阅读说明：本技术 一种提高煅烧煤系高岭土比表面积的方法 (Method for increasing specific surface area of calcined coal series kaolin ) 是由 刘一鸣 张王刚 闫雷 高峰 苗洋 于 2021-01-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种提高煅烧煤系高岭土比表面积的方法,其技术方案为,在煤系高岭土脱羟基过程中引入微波进行辐照,同时微波处理过程中在煤系高岭土原土中加入介电常数大的的纤维丝来促进物料对微波的吸收,使煤系高岭土在脱羟阶段快速升温脱羟,促进含碳成分的快速反应,实现煅烧高岭土原位增孔膨化,增大煅烧煤系高岭土的比表面积及孔径尺寸,从而提高其吸附能力,特别是吸油性能。本发明方法得到的煤系高岭土比表面积达到常规煅烧煤系高岭土的2-3倍,吸油量比普通煤系高岭土熟料提高35-45％。(The invention relates to a method for improving the specific surface area of calcined coal-series kaolin, which adopts the technical scheme that microwave is introduced to perform irradiation in the dehydroxylation process of the coal-series kaolin, and simultaneously, cellosilk with large dielectric constant is added into raw coal-series kaolin in the microwave treatment process to promote the absorption of materials to the microwave, so that the coal-series kaolin is rapidly heated and dehydroxylated in the dehydroxylation stage to promote the rapid reaction of carbon-containing components, realize the in-situ pore-increasing expansion and swelling of the calcined kaolin, and increase the specific surface area and the pore size of the calcined coal-series kaolin, thereby improving the adsorption capacity, particularly the oil absorption performance of the calcined coal-series kaolin. The specific surface area of the coal-series kaolin obtained by the method of the invention reaches 2-3 times of that of the conventional calcined coal-series kaolin, and the oil absorption is improved by 35-45% compared with the common coal-series kaolin clinker.)

一种提高煅烧煤系高岭土比表面积的方法

技术领域

本发明属于非金属矿物功能材料加工技术领域，具体涉及一种提高煅烧煤系高岭土比表面积的方法。

背景技术

煤系高岭土是一种重要的无机非金属粘土矿物材料，其经过不同温度的煅烧后有不同的用途，经过煅烧后被广泛地应用于造纸、涂料、陶瓷、橡胶、化工、医药、国防等几十个行业中，最主要应用于造纸行业。因高岭土性质的稳定，高岭土可用作造纸行业中的填料和涂布料。高岭土用于造纸行业时能够赋予纸张良好的覆盖性能和涂布时优异的光泽度，除此之外，还可以增加纸张的白度和光滑度，极大地改善纸张的质量。

随着我国造纸业的发展、产量的扩大以及高速刮刀涂布机的引进，煅烧高岭土的用量也在逐步扩大，因此对煅烧高岭土提出了更高的要求。在造纸及环境领域，高岭土的吸油值及白度是最为重要的两个指标。高岭土的白度可通过表面包覆和控制煅烧条件来解决，但吸油值的大小却很难提高。目前国内关于吸油值的研究较少且国内高岭土的吸油值普遍很低，只有45g/100g左右，煅烧高岭土吸油值也只有60g/100g，相对于美国高岭土的90g/100g有很大差距，吸油值的指标成为制约我国煅烧高岭土出口的重要因素之一。

在传统的加热方法中，热量在材料中通过传导、辐射和对流的机制进行传递。在此种情况下，材料的表面首先被加热，之后在材料的表面到主体之间建立温度梯度，使温度由表面逐渐传递至主体部分。相比之下，微波作为一种新型的加热手段，在加热过程中，电磁能量被材料按体积吸收并转化为热能，利用能量转换代替加热过程中的温度传递，使表面与主体间不存在温度差，材料内部温度场分布更加均匀。由于微波可以穿透材料并传递能量，其不仅大大加快了反应速率，降低了材料加工过程中的能耗，而且不会对环境造成污染而被应用于材料加工工艺中。但微波在处理高岭土的过程中由于高岭土在低温过程中对微波的吸收率较低，升温速率受到了很大的影响，因此本发明使用一种介电常数大的的纤维丝来促进高岭土在低温阶段的升温速率，在低温阶段由纤维丝给高岭土物料进行热传导，从而加快微波辐照时物料的升温，使微波的利用率达到最高。

中国专利CN109748286A公开了一种高白度高吸油值煅烧高岭土及其制备的方法，该方法是通过将水玻璃和强酸加入到高岭土浆料中，控制反应体系的pH值，干燥，进行煅烧，获得高白度高吸油值的煅烧高岭土。该方法使得煅烧高岭土的白度和吸油值有了明显的提高，但用强酸处理会对环境有一定的污染性。此外，中国专利CN108483458A也公开了一种湿法提高高岭土比表面积的方法，但是其工艺过程中存在需要加入浓硫酸，同样存在一定程度的环境污染，并且其工序也较为复杂。

中国专利CN101857740A公开了一种增加煅烧高岭土吸油值的方法。该发明方法简单、成本低、无污染，但对无水氯化镁的纯度粒度要求较高，否则容易造成筛余物超标且对设备有一定的腐蚀，且在煅烧过程中有腐蚀性的气体产生，对设备的要求较高，不利于工业化的生产。

中国专利CN108275688A公开了一种高吸油量高岭土的制备方法，该发明方法在一定程度上提高了产品的吸油量，但在生产过程中需要加入了有机分散剂和插层剂，产品的品质不高，杂质较多且成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的提高高岭土比表面积的生产工艺过程中因原料对设备有一定的腐蚀性，存在环境污染或者筛余物超标且对设备要求较高，不利于工业化的生产，以及生产过程中加入有机分散剂和插层剂等添加成分后，还造成产品的品质不高等技术问题，本发明的目的在于，提供了一种微波辅助处理煤系高岭土来增大高岭土的比表面积，同时可以提高其吸附能力，特别是吸油值的方法。本发明方法可以克服现有技术中存在的上述技术问题，在一定程度上缓减造纸行业对高吸油值煅烧高岭土的需求，且工序简单、产品吸油值高。本发明的另一目的是得到高吸油量的煅烧煤系高岭土。

本发明的技术方案如下：

一种提高煅烧煤系高岭土比表面积的方法，包括如下步骤：

1)将煤系高岭土原土与一定量的微波吸收促进剂置于容器内，混合均匀，得到混合物料；

2)把装有混合物料的容器放入微波炉中，设置微波功率为1500W-3000W，微波处理3-8min；

3)将用微波处理后的混合物料恒温转入已预热至相同温度的常规加热炉中继续加热至1000-1200℃，升温速率为5-8℃/min，保温一段时间后冷却至100℃；

4)将冷却至100℃的煅烧高岭土样品放入干燥器中继续冷却至室温，即获得高比表面积的煅烧煤系高岭土；

所述的煤系高岭土原土中SiO₂含量为40-53％，Al₂O₃含量为33-45％，TiO₂含量为1％以下，Fe₂O₃含量为0.90％以下。

进一步地，所述的微波吸收促进剂为介电常数不小于3.6的纤维丝。

更进一步地，所述的纤维丝由碳化硅、三氧化二铁、石墨中的一种或几种材料制成。

进一步地，步骤3)中保温时间为20min-60min。

一种利用前述发明方法制备得到的高吸油量的煅烧煤系高岭土，其特征在于，所述的高吸油量的煅烧煤系高岭土的比表面积为30-40m²/g、单点吸附总孔体积为0.10-0.15cm³/g、吸附平均孔径10-15nm。

进一步地，所述的高吸油量的煅烧煤系高岭土的吸油值不低于80g/100g。

本方法采用煤系高岭土脱羟阶段快速升温的方法，使得煤系高岭土在脱羟过程中快速脱羟，并促进含碳成分快速反应，实现煅烧煤系高岭土原位增孔膨化，增大煅烧煤系高岭土的比表面积及孔径尺寸。

本方法发挥微波的辅助煅烧作用，通过微波-常规加热炉共同作用，得到高比表面积的煅烧煤系高岭土样品。

本发明在微波处理过程中加入了一种纤维丝来促进高岭土原土对微波的吸收效率，这种纤维丝可以是任何介电常数大于3.6的金属材料或无机非金属材料物质，本发明采用碳化硅、三氧化二铁、石墨制成的纤维丝进行实验，在微波辐照结束后方便与高岭土样品分离。

具体实施方式

本发明各实施例所用煤系高岭土的化学成分为：SiO₂含量为42.684％，Al₂O₃含量为36.717％，TiO₂含量为0.934％，Fe₂O₃含量为0.429％。

实施例1：

(1)将煤系高岭土生料取3g与1.5g碳化硅制成的纤维丝混合放入容器内；

(2)把装有高岭土原土的容器放入微波炉中在1800W微波下处理7min；

(3)将步骤(2)微波预处理后的煤系高岭土恒温放入已预热至相同温度的加热炉中继续加热至1000℃，升温速率为5℃/min，保温20min后冷却至100℃；

(4)将冷却至100℃的煅烧高岭土样品放入干燥器中继续冷却至室温，即获得高比表面积的煅烧煤系高岭土产品。

实施例2：

(1)将煤系高岭土生料取5g与2.5g石墨制成的纤维丝混合放入容器内；

(2)把装有高岭土原土的容器放入微波炉中在2500W微波下处理5min；

(3)将步骤(2)微波预处理后的煤系高岭土恒温放入已预热至相同温度的加热炉恒温放入已预热至相同温度的中继续加热至1100℃，升温速率为6℃/min，保温60min后冷却至100℃；

(4)将冷却至100℃的煅烧高岭土样品放入干燥器中继续冷却至室温，即获得高比表面积的煅烧煤系高岭土产品。

实施例3：

(1)将煤系高岭土原土取4g与2g三氧化二铁制成的纤维丝混合放入容器内；

(2)把装有高岭土原土的容器放入微波炉中在2000W微波下处理3min；

(3)将步骤(2)微波预处理后的煤系高岭土恒温放入已预热至相同温度的加热炉中继续加热至1050℃，升温速率为5℃/min，保温30min后冷却至100℃。

(4)将冷却至100℃的煅烧高岭土样品放入干燥器中继续冷却至室温，即获得高比表面积的煅烧煤系高岭土产品。

实施例4：

(1)将煤系高岭土原土取6g与3g碳化硅制成的纤维丝混合放入容器内；

(2)把装有高岭土原土的容器放入微波炉中在2800W微波下处理6min；

(3)将步骤(2)微波预处理后的煤系高岭土恒温放入已预热至相同温度的加热炉中继续加热至1200℃，升温速率为6℃/min，保温40min后冷却至100℃；

(4)将冷却至100℃的煅烧高岭土样品放入干燥器中继续冷却至室温，即获得高比表面积的煅烧煤系高岭土产品。

本发明实施例1至4中得到的高比表面积的煅烧煤系高岭土产品的主要BET参数及吸油值数据见表1。

对比例1：

普通煤系高岭土熟料样品的BET参数及吸油值数据见表1。

对比例2：

对比例2为普通煤系高岭土熟料样品经加热炉直接处理得到的煅烧煤系高岭土产品，具体方法为：

(1)将煤系高岭土生料取3g与1.5g碳化硅制成的纤维丝混合放入容器中；

(2)将放有物料的容器立即放入加热炉中从室温加热至1000℃，升温速率为5℃/min，保温20min后冷却至100℃；

(3)将步骤(2)得到的样品放入干燥器中继续冷却至室温，即获得了煅烧煤系高岭土产品。

表1

由表1可以看出，经过微波辐照作用后的样品的比表面积远远大于普通加热炉直接处理的，这是由于微波处理阶段使得煤系高岭土在脱羟阶段快速升温，促进了煤系高岭土内部含碳成分的快速反应，煤系高岭土内部发生膨化作用，从而增大了煅烧煤系高岭土的比表面积及吸附平均孔径的尺寸。计算结果表明，本发明方法使得处理后的煅烧煤系高岭土的比表面积达到常规煅烧煤系高岭土的2-3倍，吸油值也较普通加热炉处理的样品提高了35-45％。