利用预处理烟煤制备煤基炭泡沫的方法技术

一种利用预处理烟煤制备煤基炭泡沫的方法，克服了现有烟煤的高灰分和粘结性不稳定的缺点，包括以下步骤：将烟煤经粉碎、配制浮选液，将碎粉后的烟煤和表面活性剂溶于配制的浮选液中，充分搅拌配成煤浆，然后转移到离心分离机的水平转子中，进行煤岩显微组分的分离，取出上层的上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌、过滤，将滤渣于室温下干燥，即得镜质组富集物，以镜质组富集物为原料，采用高压渗惰性气法或自升压法制备炭泡沫。其工艺流程简单，成本低，实现烟煤的煤岩显微组分的分离和富集，既满足了制备煤基炭泡沫对煤的粘结性和灰分的要求，又拓宽了对煤质的适用范围，制成的煤基炭泡沫的孔胞分布均匀，抗压强度高；且体积密度和抗压强度可调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备煤基炭泡沫的方法，特别是一种。
技术介绍
炭泡沫是一种由孔胞和相互连接的孔胞壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。它除具有炭材料的常规性能外，炭泡沫还具有密度小、强度高、抗热震、易加工等特性和良好的导电、导热、吸波等物理和化学性能。这些优异的性能使泡沫炭在化工、航空航天、电子等诸多
极具应用潜力。近年来，炭泡沫材料的研究在国内外得到高度关注，内容涉及新原料的选择与调变、制备工艺技术的开发和优化、产品的微观结构、材料的力学性能、热性能的揭示和调控以及最佳应用途径的拓展等各个方面。目前根据所用前驱体的种 类不同，炭泡沫主要分为树脂基炭泡沫，浙青基炭泡沫和煤基炭泡沫。树脂基炭泡沫的炭质为玻璃炭，不能够石墨化，因此，该炭泡沫的强度低，导热性能差。浙青基炭泡沫的前驱体主要为中间相浙青，而中间相浙青的调制工艺复杂，炭泡沫的制备成本高。而以煤为前驱体制备炭泡沫起步较晚，但由于原料便宜且来源广泛而被认为是最具工业化前景的技术。在美国专利号为US 6，241，957，BI、US 6,346,226 B1、US 6，506，354，BI 的名称均为“炭泡沫材料及其产品的制备方法”和专利号为US 6，544，491B1的“制备炭泡沫的方法”的报道中，都公开了炭泡沫的制备技术。以上技术方案的共同特点是以煤为原料分别制备各向异性炭泡沫、各向同性炭泡沫和各向异性度可调的炭泡沫。各向异性炭泡沫制备技术方案为首先利用N-甲基吡啶烷酮对煤进行脱灰处理，再将四氢化葵与脱灰后的煤按质量比3/1混合均匀加入高压釜内，在350°C和IOOOpsig下加氢I小时，加氢后冷却至室温，取出后蒸发掉四氢化葵。再将加氢后的煤溶解在四氢呋喃中进行抽提，过滤除掉不容部分，溶解的部分再溶解在甲苯内，过滤得到不溶物称为浙青烯。将高压釜加热到350°C，再将浙青烯放入高压爸内，向高压爸内冲氮气至700psig,然后在以2V /min升温至450°C反应5小时。然后在100(TC下烧结，烧结后缓慢降温至室温，将烧结后炭泡沫放入高温炉内，在高于2600°C的高温下处理I小时，冷却后取出，即得到各向异性炭泡沫。各向同性炭泡沫制备技术方案为与制备各向异性炭泡沫的过程不同之处在于没有煤的加氢过程。各向异性度可调的炭泡沫的制备技术方案为将制备各向异性炭泡沫用的浙青烯和制备各向同性的炭泡沫用的浙青烯按比例混合，以混合后的物料为原料可以得到各向异性度可以调节的炭泡沫。其各向异性度取决于上述两种浙青烯的质量比，当加氢过程得到浙青烯含量高时，炭泡沫的各向异性度高，反之，炭泡沫的各向异性度低。其孔径大小通过调节抽提工艺来改变浙青烯的挥发分和调节外部压力实现，外部压力高可以得到小孔径、高密度的炭泡沫。得到炭泡沫的孔径范围为O. 2g/cm3 2g/cm3，优先的密度范围为O. 2g/cm3 O. 4g/cm3。经过高温处理得到的石墨化炭泡沫的抗压强度为600ib/in2 (即4. 14MPa)。上述方法制备的炭泡沫抗压强度低，只有4. 14MPa ;另外，原料煤需要依次经过脱灰、加氢、抽提，因此工艺复杂。脱灰过程需要N-甲基吡啶烷酮，加氢过程需要四氢化葵，抽提过程需要四氢呋喃和甲苯，导致成本高。专利号为US 6，656，238 BI的“煤基炭泡沫”中公开了在浙青的软化点以上将自由膨胀序数为3. 5 5. O煤与石油浙青或煤浙青按照质量比为1% 10%进行热混合，将混合后的物料加入到高压模具中，在惰性气氛下以I°C/min 20°C/min升温至300°C 700°C，保温IOmin到12小时，而后降温至100°C以下。得到的炭泡沫的密度为O. 05 O. lg/cm3,孔径小于500μπι，抗压强度为2000 6000psi，导热率为l.OW/m.IT1。该方法制备炭泡沫的导热率很低，另外需要添加浙青。专利号为US 7, 588, 608 B2的“蜂窝状煤产品及工艺”中，公开了只以自由膨胀序数为3. 5 5，粒度为60 80目煤为原料，加入到高压模具中，在惰性气体压力为O 500psi，以I 20°C /min升温至300 700°C，保温IOmin到12小时，而后降温至100°C以下，得到密度为O. I O. 8 g/cm3,孔径为O 300 μ m,抗压强度为2000 6000psi，导热率 为I. Off/m. K—1的炭泡沫。该方法制备炭泡沫的导热率很低，另外对煤的要求比较严格，要求煤的自由膨胀序数为3. 5 5。专利号为US 7，767，183 B2的“以煤为原料生产炭泡沫”记载了一种常压下制备炭泡沫的技术方案。该方案只以强粘结性、低灰、低硫的高质煤为原料，这种优质原料无需预先处理，例如脱挥发分、氧化、抽提等，但对煤质要求特别高，一般烟煤不可用。其在煤床上施加一定的压力，通过两步加热法制备出煤基炭泡沫。具体做法为将煤颗粒通过振动压实，然后在煤床表面放一块铝块，并在铝块上放置重物实现对煤床施加一定压力。解热分为两步进行，首先将煤颗粒加热到第一温度，这一温度足以使煤颗粒软化并熔化在一起，形成基本均匀的连续开孔塑性炭质材料；然后在第二高温下保温一段时间或以很慢的解热速率加热到第二高温，该过程是通过充分降低或基本消除碳材料的塑性，从而制备出炭泡沫。这种方法对煤质要求很高，所用煤最高灰分为8. 0%，一般在5. 0%以下。众所周知，我国现有强粘结性烟煤主要是肥煤和焦煤，而这两种煤多为高灰分煤(即矿物质，一般在12%以上)，矿物质在炭泡沫中易形成裂纹中心，使炭泡沫的抗压强度下降。另外，现有强粘结性烟煤多为混煤，其粘结性很不稳定。我国现有的高挥发分煤，虽然灰分含量较低，但煤的粘结性和膨胀性不够，不利于制备孔径均匀而具有开孔的胞状孔结构的炭泡沫，并且制成的炭泡沫的抗压强度低。迄今为止，还未见关于采用煤岩显微组分分离和富集的方法对烟煤的预处理，以提高现有烟煤的膨胀性和粘结性来制备煤基炭泡沫的方法报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，克服了现有烟煤的高灰分和粘结性不稳定的缺点，其工艺流程简单，成本低，实现烟煤的煤岩显微组分的分离和富集，既满足了制备煤基炭泡沫对煤的粘结性和灰分的要求，又拓宽了对煤质的适用范围，制成的煤基炭泡沫的孔胞分布均匀，抗压强度高；且体积密度和抗压强度可以分别在设定的范围内调整。本专利技术所采用的技术方案是该的技术要点是包括以下操作步骤(I)粉碎将干燥无灰基挥发分为21. 00 40. 00%的烟煤粉碎到60 200目，备用；(2)配制浮选液在温度25°C下，将分析纯氯化锌试剂逐渐添加到水中，边添加，边搅拌，使氯化锌完全溶解在水中，边用量程为I. 300 1.360的比重计测量，直至比重达到I.350时止，即完成氯化锌浮选液的配制，备用；在温度25°C下，向液态四氯化碳试剂中逐渐添加液态试剂苯，边添加，边搅拌，边用量程为I. 300 I. 360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成苯与四氯化碳的复配浮选液的配制，备用； (3)配制煤浆将粉碎煤和表面活性剂溶于上述配制的浮选液中，充分搅拌，配成煤浆；煤浆中粉碎煤、浮选液和表面活性剂的质量比为1000: (2000 4000) : (2_6)，所用表面活性剂采用十二烷基硫酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用预处理烟煤制备煤基炭泡沫的方法：其特征在于：包括以下操作步骤：（1）粉碎：将干燥无灰基挥发分为21.00～40.00%的烟煤粉碎到60～200目，备用；（2）配制浮选液：在温度25℃下，将分析纯氯化锌试剂逐渐添加到水中，边添加，边搅拌，使氯化锌完全溶解在水中，边用量程为1.300～1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成氯化锌浮选液的配制，备用；在温度25℃下，向液态四氯化碳试剂中逐渐添加液态试剂苯，边添加，边搅拌，边用量程为1.300～1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成苯与四氯化碳的复配浮选液的配制，备用；（3）配制煤浆：将粉碎煤和表面活性剂溶于上述配制的浮选液中，充分搅拌，配成煤浆；煤浆中粉碎煤、浮选液和表面活性剂的质量比为：1000:？(2000～4000)？:？(2？6)，所用表面活性剂采用十二烷基硫酸钠或硬脂酸；（4）煤岩显微组分的分离与富集：将上述配制的煤浆转移到离心分离机的水平转子中，以3500～4200转/min的转速转60～30min；煤浆被分离为上、中、下三层，取出上层的上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌过滤，过滤后的滤渣再用水洗、过滤，如此循环3次后，将滤渣于室温下干燥，即得镜质组富集物，用作制备炭泡沫原料，备用；中层为浮选液，回收再循环利用；下层沉淀物为矿物质和丝质组富集物，回收干燥后用作燃料；（5）制备炭泡沫体：将镜质组富集物转移到不锈钢模具中，再将模具放入高压釜中，向高压釜内充入惰性气体氮气，在0～10MPa的压力下，以1～5℃/min升温至470～530℃，恒温1～3小时，断电自然冷却至室温，缓慢释放压力至环境压力，得到炭泡沫体；（6）炭化处理：将上述炭泡沫体放入炭化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，，以1～3℃/min升温至950～1050℃，保持恒温1～3小时，然后自然降温至室温，即得炭泡沫；（7）石墨化处理：将上述炭泡沫放入石墨化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，以5～10℃/min升温至2500～2900℃，保持恒温1～3小时，最后断电降温至室温，即得石墨化炭泡沫。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国忠，钟祥云，赵振宁，赵俊国，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：