專利名稱：利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備煤基炭泡沫的方法，特別是一種利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法。
背景技術：
炭泡沫是一種由孔胞和相互連接的孔胞壁組成的具有三維網(wǎng)狀結構的輕質多孔材料。它除具有炭材料的常規(guī)性能外，炭泡沫還具有密度小、強度高、抗熱震、易加工等特性和良好的導電、導熱、吸波等物理和化學性能。這些優(yōu)異的性能使泡沫炭在化工、航空航天、電子等諸多技術領域極具應用潛力。近年來，炭泡沫材料的研究在國內外得到高度關注，內容涉及新原料的選擇與調變、制備工藝技術的開發(fā)和優(yōu)化、產(chǎn)品的微觀結構、材料的力學性能、熱性能的揭示和調控以及最佳應用途徑的拓展等各個方面。目前根據(jù)所用前驅體的種 類不同，炭泡沫主要分為樹脂基炭泡沫，浙青基炭泡沫和煤基炭泡沫。樹脂基炭泡沫的炭質為玻璃炭，不能夠石墨化，因此，該炭泡沫的強度低，導熱性能差。浙青基炭泡沫的前驅體主要為中間相浙青，而中間相浙青的調制工藝復雜，炭泡沫的制備成本高。而以煤為前驅體制備炭泡沫起步較晚，但由于原料便宜且來源廣泛而被認為是最具工業(yè)化前景的技術。在美國專利號為US 6，241，957，BI、US 6,346,226 B1、US 6，506，354，BI 的名稱均為“炭泡沫材料及其產(chǎn)品的制備方法”和專利號為US 6，544，491B1的“制備炭泡沫的方法”的報道中，都公開了炭泡沫的制備技術。以上技術方案的共同特點是以煤為原料分別制備各向異性炭泡沫、各向同性炭泡沫和各向異性度可調的炭泡沫。各向異性炭泡沫制備技術方案為首先利用N-甲基吡啶烷酮對煤進行脫灰處理，再將四氫化葵與脫灰后的煤按質量比3/1混合均勻加入高壓釜內，在350°C和IOOOpsig下加氫I小時，加氫后冷卻至室溫，取出后蒸發(fā)掉四氫化葵。再將加氫后的煤溶解在四氫呋喃中進行抽提，過濾除掉不容部分，溶解的部分再溶解在甲苯內，過濾得到不溶物稱為浙青烯。將高壓釜加熱到350°C，再將浙青烯放入高壓爸內，向高壓爸內沖氮氣至700psig,然后在以2V /min升溫至450°C反應5小時。然后在100(TC下燒結，燒結后緩慢降溫至室溫，將燒結后炭泡沫放入高溫爐內，在高于2600°C的高溫下處理I小時，冷卻后取出，即得到各向異性炭泡沫。各向同性炭泡沫制備技術方案為與制備各向異性炭泡沫的過程不同之處在于沒有煤的加氫過程。各向異性度可調的炭泡沫的制備技術方案為將制備各向異性炭泡沫用的浙青烯和制備各向同性的炭泡沫用的浙青烯按比例混合，以混合后的物料為原料可以得到各向異性度可以調節(jié)的炭泡沫。其各向異性度取決于上述兩種浙青烯的質量比，當加氫過程得到浙青烯含量高時，炭泡沫的各向異性度高，反之，炭泡沫的各向異性度低。其孔徑大小通過調節(jié)抽提工藝來改變浙青烯的揮發(fā)分和調節(jié)外部壓力實現(xiàn)，外部壓力高可以得到小孔徑、高密度的炭泡沫。得到炭泡沫的孔徑范圍為O. 2g/cm3 2g/cm3，優(yōu)先的密度范圍為O. 2g/cm3 O. 4g/cm3。經(jīng)過高溫處理得到的石墨化炭泡沫的抗壓強度為600ib/in2 (即4. 14MPa)。上述方法制備的炭泡沫抗壓強度低，只有4. 14MPa ;另外，原料煤需要依次經(jīng)過脫灰、加氫、抽提，因此工藝復雜。脫灰過程需要N-甲基吡啶烷酮，加氫過程需要四氫化葵，抽提過程需要四氫呋喃和甲苯，導致成本高。專利號為US 6，656，238 BI的“煤基炭泡沫”中公開了在浙青的軟化點以上將自由膨脹序數(shù)為3. 5 5. O煤與石油浙青或煤浙青按照質量比為1% 10%進行熱混合，將混合后的物料加入到高壓模具中，在惰性氣氛下以I°C/min 20°C/min升溫至300°C 700°C，保溫IOmin到12小時，而后降溫至100°C以下。得到的炭泡沫的密度為O. 05 O. lg/cm3,孔徑小于500μπι，抗壓強度為2000 6000psi，導熱率為l.OW/m.IT1。該方法制備炭泡沫的導熱率很低，另外需要添加浙青。專利號為US 7, 588, 608 B2的“蜂窩狀煤產(chǎn)品及工藝”中，公開了只以自由膨脹序數(shù)為3. 5 5，粒度為60 80目煤為原料，加入到高壓模具中，在惰性氣體壓力為O 500psi，以I 20°C /min升溫至300 700°C，保溫IOmin到12小時，而后降溫至100°C以下，得到密度為O. I O. 8 g/cm3,孔徑為O 300 μ m,抗壓強度為2000 6000psi，導熱率 為I. Off/m. K—1的炭泡沫。該方法制備炭泡沫的導熱率很低，另外對煤的要求比較嚴格，要求煤的自由膨脹序數(shù)為3. 5 5。專利號為US 7，767，183 B2的“以煤為原料生產(chǎn)炭泡沫”記載了一種常壓下制備炭泡沫的技術方案。該方案只以強粘結性、低灰、低硫的高質煤為原料，這種優(yōu)質原料無需預先處理，例如脫揮發(fā)分、氧化、抽提等，但對煤質要求特別高，一般煙煤不可用。其在煤床上施加一定的壓力，通過兩步加熱法制備出煤基炭泡沫。具體做法為將煤顆粒通過振動壓實，然后在煤床表面放一塊鋁塊，并在鋁塊上放置重物實現(xiàn)對煤床施加一定壓力。解熱分為兩步進行，首先將煤顆粒加熱到第一溫度，這一溫度足以使煤顆粒軟化并熔化在一起，形成基本均勻的連續(xù)開孔塑性炭質材料；然后在第二高溫下保溫一段時間或以很慢的解熱速率加熱到第二高溫，該過程是通過充分降低或基本消除碳材料的塑性，從而制備出炭泡沫。這種方法對煤質要求很高，所用煤最高灰分為8. 0%，一般在5. 0%以下。眾所周知，我國現(xiàn)有強粘結性煙煤主要是肥煤和焦煤，而這兩種煤多為高灰分煤(即礦物質，一般在12%以上)，礦物質在炭泡沫中易形成裂紋中心，使炭泡沫的抗壓強度下降。另外，現(xiàn)有強粘結性煙煤多為混煤，其粘結性很不穩(wěn)定。我國現(xiàn)有的高揮發(fā)分煤，雖然灰分含量較低，但煤的粘結性和膨脹性不夠，不利于制備孔徑均勻而具有開孔的胞狀孔結構的炭泡沫，并且制成的炭泡沫的抗壓強度低。迄今為止，還未見關于采用煤巖顯微組分分離和富集的方法對煙煤的預處理，以提高現(xiàn)有煙煤的膨脹性和粘結性來制備煤基炭泡沫的方法報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法，克服了現(xiàn)有煙煤的高灰分和粘結性不穩(wěn)定的缺點，其工藝流程簡單，成本低，實現(xiàn)煙煤的煤巖顯微組分的分離和富集，既滿足了制備煤基炭泡沫對煤的粘結性和灰分的要求，又拓寬了對煤質的適用范圍，制成的煤基炭泡沫的孔胞分布均勻，抗壓強度高；且體積密度和抗壓強度可以分別在設定的范圍內調整。本發(fā)明所采用的技術方案是該利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法的技術要點是包括以下操作步驟
(I)粉碎將干燥無灰基揮發(fā)分為21. 00 40. 00%的煙煤粉碎到60 200目，備用；(2)配制浮選液在溫度25°C下，將分析純氯化鋅試劑逐漸添加到水中，邊添加，邊攪拌，使氯化鋅完全溶解在水中，邊用量程為I. 300 1.360的比重計測量，直至比重達到
I.350時止，即完成氯化鋅浮選液的配制，備用；在溫度25°C下，向液態(tài)四氯化碳試劑中逐漸添加液態(tài)試劑苯，邊添加，邊攪拌，邊用量程為I. 300 I. 360的比重計測量，直至比重達到1.350時止，即完成苯與四氯化碳的復配浮選液的配制，備用；
(3)配制煤漿將粉碎煤和表面活性劑溶于上述配制的浮選液中，充分攪拌，配成煤漿；煤漿中粉碎煤、浮選液和表面活性劑的質量比為1000: (2000 4000) : (2_6)，所用表面活性劑采用十二烷基硫酸鈉或硬脂酸；
(4)煤巖顯微組分的分離與富集將上述配制的煤漿轉移到離心分離機的水平轉子中，以3500 4200轉/min的轉速轉60 30min ;煤漿被分離為上、中、下三層，取出上層的上浮物用水洗除去浮選液，充分攪拌過濾，過濾后的濾渣再用水洗、過濾，如此循環(huán)3次后，將濾渣于室溫下干燥，即得鏡質組富集物，用作制備炭泡沫原料，備用；中層為浮選液，回收再循環(huán)利用；下層沉淀物為礦物質和絲質組富集物，回收干燥后用作燃料；
(5)制備炭泡沫體將鏡質組富集物轉移到不銹鋼模具中，再將模具放入高壓釜中，向高壓釜內充入惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣，在O IOMPa的壓力下，以I 5°C /min升溫至470 530°C，恒溫I 3小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫后，得到炭泡沫體。(6)炭化處理將上述炭泡沫體放入炭化爐內，在惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣的保護下，以I 3°C /min升溫至950 1050°C，保持恒溫I 3小時，自然冷卻至室溫，即得炭泡沫；
(7)石墨化處理將上述炭泡沫放入石墨化爐內，在惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣的保護下，在以5 10°C /min升溫至2500 2900°C，保持恒溫I 3小時，自然冷卻至室溫，即得石墨化炭泡沫。作為原料的所述鏡質組富集物為氣煤鏡質組富集物、肥煤鏡質組富集物或焦煤鏡質組富集物中的至少一種，各鏡質組富集物的質量混合比為(I O): (O I): (O I)。所述石墨化炭泡沫的體積密度為O. 30 O. 80g/cm3,抗壓強度為18 40MPa。本發(fā)明具有的優(yōu)點及積極效果由于本發(fā)明主要是針對我國現(xiàn)有煙煤的粘結性不穩(wěn)定和灰分高的特性，存在不利于制備孔隙均勻、抗壓強度高的炭泡沫的問題，只利用配制的浮選液對煙煤進行預處理，且適用于處理氣煤、肥煤和焦煤等高灰煤，使其煤巖顯微組分得到分離與富集，再以分離出的鏡質組富集物作為制備炭泡沫的原料，而且浮選液可以循環(huán)使用，所以其工藝流程簡單，成本低，既滿足了制備煤基炭泡沫對煤的粘結性和灰分的要求，又拓寬了對煤質的適用范圍。另外，本發(fā)明的利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法，之所以能克服現(xiàn)有煙煤的高灰分和粘結性不穩(wěn)定的缺點，制成的煤基炭泡沫的孔胞分布均勻，抗壓強度高，并且體積密度和抗壓強度可以分別在O. 30 O. 80g/cm3和18 40MPa范圍內調整，主要基于該方法的作用機理，它體現(xiàn)在
其一、煤巖學理論認為，煙煤的煤巖顯微組分主要包括鏡質組、穩(wěn)定組、絲質組和礦物質，其中鏡質組和穩(wěn)定組為活性組分，比重小于I. 350。在活性組分中穩(wěn)定組的含量很低，也就是說活性組分的富集主要為鏡質組的富集。絲質組和礦物組為惰性組分，沒有粘結性，比重大于I. 350。因此，通過比重為I. 350的浮選液對煤巖顯微組分進行分離與富集處理，可以將煤中的活性組分和惰性組分分離，盡管工藝簡單，但可以明顯提高現(xiàn)有煙煤的粘結性，并顯著降低灰分。其二、以鏡質組富集物為原料，制備的炭泡沫的抗壓強度高，是因為鏡質組富集物活性組分的粘結性高，制成的炭泡沫的抗壓強度高。另外，以鏡質組富集物為原料，因基本上除去了原煙煤中的絲質組和礦物質，制備炭泡沫已不存在產(chǎn)生裂紋的因素，因此，炭泡沫的抗壓強度得到提高。其三、通過向高壓釜內充惰性氣體氮氣，也可充氬氣或氦氣，實現(xiàn)對釜內加壓，高壓釜內的鏡質組富集物隨著溫度升高，發(fā)生熱裂解和熱聚合反應。在熱聚合反應下產(chǎn)生具有粘結性的膠質體，而在熱裂解過程中產(chǎn)生氣態(tài)小分子化合物，膠質體將氣態(tài)小分子包裹起來。這些氣態(tài)小分子需要克服粘性膠質體束縛和外加壓力才能沖破膠質體的包裹層。隨著溫度升高，氣態(tài)小分子化合物逐漸增多，包裹層內的自生壓力也在增大。當膠質體包裹層的內壓大于膠質體外部壓力時，氣態(tài)小分子便沖破膠質體的包裹層，使包裹層的內、外壓力達到平衡，于是形成塑性球形的開孔結構，即孔胞，當溫度升高到480°C左右塑性球形的開 孔結構被固化即形成炭泡沫。如果煙煤不經(jīng)過預處理，即煤中鏡質組、穩(wěn)定組、絲質組和礦物質均作為制備炭泡沫的原料，那么其中的絲質組和礦物質在受熱后不軟化、不熔融，仍為固態(tài)存在于膠質體中，就會影響塑性孔胞的形成和發(fā)展，得到炭泡沫的孔胞也不均勻。其四、隨著鏡質組富集物的揮發(fā)分提高，作為原料的鏡質組富集物在受熱時產(chǎn)生的氣態(tài)小分子多，熱聚合產(chǎn)生的具有粘結性的膠質體粘度降低，因此形成炭泡沫的孔胞多，體積密度下降。反之，體積密度增大；另外降低外加壓力，氣態(tài)小分子沖破膠質體包裹層的阻力小，孔胞的直徑大，體積密度??；反之，體積密度大。炭泡沫的體積密度和抗壓強度具有相同的變化趨勢，即炭泡沫的體積密度高，則其抗壓強度也高。因此，煤基炭泡沫的體積密度和抗壓強度裁剪，可以通過選擇具有與相適應揮發(fā)分的氣煤、肥煤或焦煤鏡質組富集物和改變壓力協(xié)同作用來實現(xiàn)，另外，也可以通過幾種不同揮發(fā)分的氣煤、肥煤和焦煤鏡質組富集物的混合來實現(xiàn)。基于上述機理制成的煤基炭泡沫的體積密度和抗壓強度可以分別在O. 30
O.80g/cm3和18 40MPa范圍內調整，能夠根據(jù)需要裁剪。
具體實施例方式以下根據(jù)實施例對本發(fā)明作進一步描述。該利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法主要包括以下操作步驟
步驟一、煙煤的預處理 (I)粉碎
將干燥無灰基揮發(fā)分為21. 00 40. 00%的氣煤、焦煤和肥煤等高灰煤中的一種或幾種，分別粉碎到60 200目，備用。(2)配制浮選液
配制比重為I. 350的氯化鋅浮選液或四氯化碳與苯的復配浮選液備用。氯化鋅浮選液的配制在溫度25°C下，將分析純氯化鋅試劑逐漸添加到水中。邊添加，邊攪拌，使氯化鋅完全溶解在水中，邊用量程為1.300-1.360的比重計測量，直至比重達到I. 350時止，即完成氯化鋅懸浮液的配制。
四氯化碳與苯的復配浮選液在溫度25°C下，向液態(tài)四氯化碳試劑中逐漸添加液態(tài)試劑苯。邊添加，邊攪拌，邊用量程為I. 300 I. 360的比重計測量，直至比重達到I. 350時止，即完成了苯與四氯化碳的復配浮選液的配制。(3)配制煤漿
將粉碎煤和表面活性劑溶于上述配制的浮選液中，充分攪拌，配成煤漿。煤漿中粉碎煤、浮選液和表面活性劑的質量比為1000: (2000 4000) : (2_6)，所用表面活性劑采用十二烷基硫酸鈉或硬脂酸。(4)煤巖顯微組分的分離和富集
將配制的煤漿轉移到離心分離機的水平轉子中，以3500 4200轉/min的轉速轉60 30min。煤漿分被分離為上、中、下三層。取出上層的上浮物，用水洗除去浮選液，充分攪拌、 過濾，過濾后的濾渣再用水洗、過濾，如此循環(huán)3次后，完全洗除去上浮物中的浮選液。將濾渣于室溫下干燥，即得鏡質組富集物，用作制備炭泡沫原料。將上述分離和富集出的煤巖顯微組分作為原料的鏡質組富集物可為氣煤鏡質組富集物、肥煤鏡質組富集物或焦煤鏡質組富集物中的至少一種，各鏡質組富集物的質量混合比為(I O): (O I): (O I)。中層為浮選液，回收再循環(huán)利用；下層沉淀物為礦物質和絲質組富集物，回收干燥后用作燃料。步驟二、采用高壓滲惰氣法或自升壓法制備炭泡沫體
(5)將步驟一中制得的鏡質組富集物作為原料，將原料轉移到炭泡沫所需要形狀的模具中，再將模具放入高壓釜中，向高壓釜內充入惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣，在O IOMPa的壓力下。當充入惰性氣體的壓力為OMPa時，利用鏡質組富集物加熱發(fā)生熱裂解產(chǎn)生的氣態(tài)小分子混合物來增大釜內壓力，為自升壓法。當充入惰性氣體的壓力為大于OMPa時，為高壓滲惰氣法。以I 10°c /min升溫至470 530°C,恒溫I 3小時,緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。(6)將上述炭泡沫體放入炭化爐內，在惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣的保護下，以1-30C /min升溫至950 1050°C，保持恒溫1_3小時，自然冷卻至室溫，即得炭化炭泡沫。(7)將上述炭化炭泡沫放入石墨化爐內，在惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣的保護下，以5 10°C /min升溫至2500 3000°C，保持恒溫I 3小時，自然冷卻至室溫，即得體積密度為O. 30 O. 80g/cm3，抗壓強度為18 40Mpa的石墨化炭泡沫。實施例I :
將一種干燥無灰基揮發(fā)分為39. 02%的氣煤粉碎到60 80目，備用。在25°C下，將分析純氯化鋅試劑逐漸添加到水中，邊添加邊攪拌，使氯化鋅完全溶解在水中，邊利用量程為
I.300-1. 360的比重計測量，直到比重達到I. 350時止，即配制成氯化鋅浮選液，備用。將粉碎煤和十二烷基硫酸鈉溶于氯化鋅浮選液中，充分攪拌配成煤漿。煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比為1000:3000:4。煤巖顯微組分的分離和富集的具體作法是將配制的煤衆(zhòng)轉移到離心分離機的水平轉子中，以4200轉/min的轉速轉30min。轉子中的煤漿分為三層，取出上浮物用水洗除去浮選液，充分攪拌、過濾。濾渣再用水冼，如此循環(huán)3次，冼凈浮選液。將得到濾渣在室溫下干燥，即為氣煤鏡質組富集物；中層為浮選液回收循環(huán)利用；下層為沉淀物礦物質和絲質組富集物，回收干燥后用用作燃料。以氣煤鏡質組富集物為原料，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。不向高壓釜充壓力氮氣，即相當于控制高壓釜內氣體初始壓力為OMPa，靠原料受熱揮發(fā)出的氣態(tài)小分子產(chǎn)生壓力。以I0C /min升溫至470°C，恒溫3小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。將得到的炭泡沫體放入炭化爐內進行炭化處理，在氮氣保護下，以2°C /min升溫至1000°C，保溫2小時，自然降溫至室溫，得到炭泡沫。再將炭泡沫放入石墨化爐內進行石墨化處理，在氮氣保護下，以5°C /min升溫至2700°C，恒溫2小時，自然冷卻至室溫，得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 3g/cm3，抗壓強度為18MPa。實施例2
將一種干燥無灰基揮發(fā)分為28. 05%肥煤煤粉碎到60 80目。按照實施例I中配制浮選液的方法配制比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將粉碎煤和十二烷基硫酸鈉溶于氯化鋅浮選液中，充分攪拌，配成煤漿。煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比為1000:4000:6。按照實施例I中的煤巖顯微組分的分離和富集方法，分離和富集出肥煤鏡質組富集物。以肥煤鏡質組富集物為原料，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力為5MPa，然后以2. 5°C /min升溫至500°C，恒溫2小時，緩慢釋放壓力 至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理及進行石墨化處理，分別與實施例I中的炭化處理和石墨化處理方法相同，得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 40g/cm3,抗壓強度為 20MPa。實施例3
將一種干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%焦煤粉碎到60 80目。按照實施例I中配制浮選液的方法配制比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將碎粉煤和十二烷基硫酸鈉溶于氯化鋅浮選液中，充分攪拌，配成煤漿。煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比為1000:2000:2。按照實施例I中的煤巖顯微組分的分離和富集方法，分離與富集出焦煤鏡質組富集物。以焦煤鏡質組富集物為原料，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力為5MPa，然后以5°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理及進行石墨化處理，分別與實施例I中的炭化處理和石墨化處理方法相同，得到石墨化炭泡沫，其體積密度為
O.70g/cm3，抗壓強度為 32MPa。實施例4:
將一種干燥無灰基揮發(fā)分為39. 02%的氣煤粉碎到60 80目，備用。按照實施例I中配制浮選液的方法配制比重為I. 350的氯化鋅浮選液。按照實施例I中煤漿配制方法配制煤漿。煤巖顯微組分的分離和富集，具體作法是將配制煤漿轉移到離心分離機的水平轉子中，以3500轉/min的轉速轉60min。轉子中的煤漿分為三層，取出上浮物用水洗除去浮選液，充分攪拌、過濾。濾渣再用水冼，如此循環(huán)3次。將得到濾渣在室溫下干燥，即為氣煤鏡質組富集物；中層為浮選液回收循環(huán)利用；下層為沉淀物礦物質和絲質組富集物，回收干燥后用用作燃料。以氣煤鏡質組富集物為原料，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氬氣至壓力為5MPa，以1°C /min升溫至470°C，恒溫3小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。將得到的炭泡沫體放入炭化爐內，在氬氣保護下，以1°C /min升溫至950°C，保溫3小時，斷電降溫至室溫，得到炭泡沫。將炭泡沫放入石墨化爐內，在氬氣保護下，以7. 50C /min升溫至2500°C，恒溫3小時，斷電降溫至室溫，得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 42g/cm3，抗壓強度為22MPa。
實施例5
將一種干燥無灰基揮發(fā)分為39. 02%的氣煤粉碎到60 80目，備用。按照實施例I中配制浮選液的方法配制比重為I. 350的氯化鋅浮選液。按照實施例I中煤漿配制方法配制煤漿。煤巖顯微組分的分離和富集，具體作法是將配制煤漿轉移到離心分離機的水平轉子中，以3850轉/min的轉速轉45min。轉子中的煤漿分為三層，取出上浮物用水洗除去浮選液，充分攪拌、過濾 ，濾渣再用水冼，如此循環(huán)3次。將得到濾渣在室溫下干燥，即為氣煤鏡質組富集物；中層為浮選液回收循環(huán)利用；下層為沉淀物礦物質和絲質組富集物，回收干燥后用用作燃料。以氣煤鏡質組富集物為原料，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氦氣至壓力為lOMPa，以1°C /min升溫至470°C，恒溫3小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。將得到的炭泡沫體放入炭化爐內，在氦氣保護下，以3°C /min升溫至1050°C，保溫I小時，斷電降溫至室溫，得到炭泡沫。將炭泡沫放入石墨化爐內，，在氦氣保護下，以10°C /min升溫至2900°C，恒溫I小時，斷電降溫至室溫，得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 6g/cm3，抗壓強度為30MPa。實施例6
將干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%的焦煤和干燥無灰基揮發(fā)分為39. 02%的氣煤分別粉碎到60 80目，備用。按照實施例I中浮選液的配制方法配制浮選液兩份比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將碎粉煤焦煤和氣煤分別和十二烷基硫酸鈉溶于兩份氯化鋅浮選液中，充分攪拌即配成兩種煤漿。兩種煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比均為1000:3000:4。將配制的兩種煤漿分別按照實施例I中煤巖顯微組分的分離和富集方法處理。將得到的焦煤鏡質組富集物和氣煤鏡質組富集物按I :1混合均勻，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力為5MPa，以3°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理，分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 54g/cm3，抗壓強度為27MPa。實施例7
將干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%的焦煤和干燥無灰基揮發(fā)分為28. 05%的肥煤分別粉碎到60 80目。按照實施例I中浮選液的配制方法配制浮選液兩份比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將碎粉煤焦煤和肥煤分別和十二烷基硫酸鈉溶于兩份氯化鋅浮選液中，充分攪拌即配成兩種煤漿。兩種煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比均為1000:3000:4。將配制兩種煤漿分別按照實施例I中煤巖顯微組分的分離和富集方法處理。將得到的焦煤鏡質組富集物和肥煤鏡質組富集物按I :1混合均勻，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力5MPa，以4°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理，分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 56g/cm3，抗壓強度為28MPa。實施例8
將干燥無灰基揮發(fā)分為28. 05%的肥煤和干燥無灰基揮發(fā)分為39. 02%的氣煤分別粉碎到60 80目。按照實施例I中浮選液的配制方法配制浮選液兩份比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將碎粉煤肥煤和氣煤分別和十二烷基硫酸鈉溶于兩份氯化鋅浮選液中，充分攪拌即配成兩種煤漿。兩種煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比均為1000:3000:4。將配制兩種煤漿分別按照實施例I中煤巖顯微組分的分離和富集方法處理。將得到的肥煤鏡質組富集物和氣煤鏡質組富集物按I :1混合均勻，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力為5MPa，以5°C /min升溫至500°C，恒溫2小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 36g/cm3，抗壓強度為19MPa。實施例9
將干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%的焦煤、28. 02%的肥煤和39. 02%的氣煤，分別粉碎到60 80目。按照實施例I中浮選液的配制方法配制浮選液三份比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將碎粉煤焦煤、肥煤和氣煤分別和十二烷基硫酸鈉溶于三份氯化鋅浮選液中，充分攪拌即配成三種煤漿。三種煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比均為 1000:3000:4。將配制三種煤漿分別按照實施例I中煤巖顯微組分的分離和富集方法處理。將得到的焦煤鏡質組富集物、肥煤鏡質組富集物和氣煤鏡質組富集物，按4 1 5混合均勻，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力為5MPa，以5°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，得自然冷卻至室溫，到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理，分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 50g/cm3，抗壓強度為25MPa。實施例10
將干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%的焦煤、28. 02%的肥煤和39. 02%的氣煤，分別粉碎到60 80目。按照實施例I中浮選液的配制方法配制浮選液三份比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將碎粉煤焦煤、肥煤和氣煤分別和十二烷基硫酸鈉溶于三份氯化鋅浮選液中，充分攪拌即配成三種煤漿。三種煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比均為1000:3000:4。將配制三種煤漿分別按照實施例I中煤巖顯微組分的分離和富集方法處理。將得到的焦煤鏡質組富集物、肥煤鏡質組富集物和氣煤鏡質組富集物按3 2 5混合均勻，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力為5MPa，以5°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理，分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 48g/cm3，抗壓強度為24MPa。實施例11
將干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%的焦煤、28. 02%的肥煤和39. 02%的氣煤，分別粉碎到60 80目。按照實施例I中浮選液的配制方法配制浮選液三份比重為I. 350的氯化鋅浮選液。將碎粉煤焦煤、肥煤和氣煤分別和十二烷基硫酸鈉溶于三份氯化鋅浮選液中，充分攪拌即配成三種煤漿。三種煤漿中粉碎煤、氯化鋅浮選液和十二烷基硫酸鈉的質量比均為1000:3000:4。將配制三種煤漿分別按照實施例I中煤巖顯微組分的分離和富集方法處理。將得到的焦煤鏡質組富集物、肥煤鏡質組富集物和氣煤鏡質組富集物按2 3 5混合均勻，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充氮氣至壓力為5MPa，以5°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理，分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 38g/cm3，抗壓強度為19MPa。實施例12
將一種干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%的焦煤粉碎到80 120目，備用。配制比重為
I.350的苯與四氯化碳復配浮選液，具體作法是在25°C下，向液態(tài)四氯化碳試劑中逐漸添加液態(tài)試劑苯，邊添加邊攪拌，邊用I. 300 I. 360的比重計測量，當溶液比重達到I. 350止。即完成了苯與四氯化碳的復配浮選液的配制。因為四氯化碳與苯的復配浮選液有毒，對操作者健康不利，因此，一般首選氯化鋅浮選液。配制煤漿，具體作法是將粉碎煤和硬脂酸溶于苯與四氯化碳復配浮選液，充分攪拌即配成煤漿。煤漿中粉碎煤、苯與四氯化碳復配浮選液和硬脂酸的質量比為1000:3000:4。煤漿按照實施例I中的煤巖顯微組分分離與富集的方法進行處理。以焦煤鏡質組富集物為原料，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充壓力氮氣至壓力為5MPa，以5°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理，分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為 O. 75g/cm3,抗壓強度為 36MPa。實施例13
將一種干燥無灰基揮發(fā)分為21. 44%的焦煤粉碎到120 200目，備用。按照實施例12中苯與四氯化碳的復配浮選液配制方法配制比重為I. 350的苯與四氯化碳復配浮浮選液。按照實施例12中煤漿的配制方法配制煤漿。煤漿按照實施例I中的煤巖顯微組分分離與富集的方法進行處理。以焦煤鏡質組富集物為原料，將其轉移到模具中，再將模具放入高壓釜中。向高壓釜充壓力氮氣至壓力為5MPa，以5°C /min升溫至530°C，恒溫I小時，緩慢釋放壓力至環(huán)境壓力，自然冷卻至室溫，得到炭泡沫體。炭泡沫體進行炭化處理和進行石墨化處理，分別與實施例I中炭化處理和石墨化處理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其體積密度為O. 80g/cm3,抗壓強度為40MPa。
權利要求
1.ー種利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法 其特征在于包括以下操作步驟 (1)粉碎將干燥無灰基揮發(fā)分為21.OO 40. 00%的煙煤粉碎到60 200目，備用； (2)配制浮選液在溫度25°C下，將分析純氯化鋅試劑逐漸添加到水中，邊添加，邊攪拌，使氯化鋅完全溶解在水中，邊用量程為I. 300 1.360的比重計測量，直至比重達到I.350時止，即完成氯化鋅浮選液的配制，備用；在溫度25°C下，向液態(tài)四氯化碳試劑中逐漸添加液態(tài)試劑苯，邊添加，邊攪拌，邊用量程為I. 300 I. 360的比重計測量，直至比重達到1.350時止，即完成苯與四氯化碳的復配浮選液的配制，備用； (3)配制煤漿將粉碎煤和表面活性劑溶于上述配制的浮選液中，充分攪拌，配成煤漿；煤漿中粉碎煤、浮選液和表面活性劑的質量比為1000: (2000 4000) : (2-6)，所用表面活性劑采用十二烷基硫酸鈉或硬脂酸； (4)煤巖顯微組分的分離與富集將上述配制的煤漿轉移到離心分離機的水平轉子中，以3500 4200轉/min的轉速轉60 30min ;煤漿被分離為上、中、下三層，取出上層的上浮物用水洗除去浮選液，充分攪拌過濾，過濾后的濾渣再用水洗、過濾，如此循環(huán)3次后，將濾渣于室溫下干燥，即得鏡質組富集物，用作制備炭泡沫原料，備用；中層為浮選液，回收再循環(huán)利用；下層沉淀物為礦物質和絲質組富集物，回收干燥后用作燃料； (5)制備炭泡沫體將鏡質組富集物轉移到不銹鋼模具中，再將模具放入高壓釜中，向高壓釜內充入惰性氣體氮氣，在0 IOMPa的壓カ下，以I 5°C/min升溫至470 530°C，恒溫I 3小時，斷電自然冷卻至室溫，緩慢釋放壓カ至環(huán)境壓力，得到炭泡沫體； (6)炭化處理將上述炭泡沫體放入炭化爐內，在惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣的保護下，，以I :TC /min升溫至950 1050°C，保持恒溫I 3小時，然后自然降溫至室溫，即得炭泡沫； (7)石墨化處理將上述炭泡沫放入石墨化爐內，在惰性氣體氮氣、氬氣或氦氣的保護下，以5 10°C /min升溫至2500 2900°C，保持恒溫I 3小時，最后斷電降溫至室溫，即得石墨化炭泡沫。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于作為原料的所述鏡質組富集物為氣煤鏡質組富集物、肥煤鏡質組富集物與焦煤鏡質組富集物中的至少ー種，各鏡質組富集物的質量混合比為(I 0): (0 I): (0 I)。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述炭泡沫的體積密度為0.30 0. 80g/cm3,抗壓強度為18 40MPa。
全文摘要
一種利用預處理煙煤制備煤基炭泡沫的方法，克服了現(xiàn)有煙煤的高灰分和粘結性不穩(wěn)定的缺點，包括以下步驟將煙煤經(jīng)粉碎、配制浮選液，將碎粉后的煙煤和表面活性劑溶于配制的浮選液中，充分攪拌配成煤漿，然后轉移到離心分離機的水平轉子中，進行煤巖顯微組分的分離，取出上層的上浮物用水洗除去浮選液，充分攪拌、過濾，將濾渣于室溫下干燥，即得鏡質組富集物，以鏡質組富集物為原料，采用高壓滲惰性氣法或自升壓法制備炭泡沫。其工藝流程簡單，成本低，實現(xiàn)煙煤的煤巖顯微組分的分離和富集，既滿足了制備煤基炭泡沫對煤的粘結性和灰分的要求，又拓寬了對煤質的適用范圍，制成的煤基炭泡沫的孔胞分布均勻，抗壓強度高；且體積密度和抗壓強度可調。
文檔編號C01B31/02GK102849723SQ20121036494
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權日2012年9月27日
發(fā)明者徐國忠, 鐘祥云, 趙振寧, 趙俊國 申請人:遼寧科技大學