PVC绝缘煅烧高岭土的制备方法、生产设备和应用与流程

文档序号：20778249发布日期：2020-05-19 20:59阅读：579来源：国知局

本发明涉及绝缘电线领域，特别地，涉及一种pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法。此外，本发明还涉及一种用于实施上述pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法的生产设备以及获得的pvc绝缘煅烧高岭土在pvc电线的应用。

背景技术：

pvc(聚氯乙烯)是重要的塑料原料，用于pvc电线的制备，其绝缘性能要求体积电阻达到10¹²以上，pvc电线绝缘料需要加入绝缘煅烧高岭土来提高绝缘性能。绝缘煅烧高岭土主要有两个关键指标：体积电阻率和白度。体积电阻率主要影响因素是高岭土原料和煅烧温度。不同产地、品质的原料，绝缘性能不同，需要挑选合适的高岭土原矿。白度主要由高岭土原料的铁、钛等有色杂质决定。

通常绝缘煅烧高岭土采用水洗高岭土为原料生产制备，其煅烧温度较低，从而保证产品绝缘性能。但是，水洗高岭土存在一些缺点，一方面，水洗土生产具有绝缘性能的煅烧高岭土原料供应日益紧张，成本较高；另一方面，水洗土高岭土生产过程中采用提纯、磁选、漂白等工艺，来降低原料中的铁钛杂质，特别是需要化学漂白工艺以提高白度，因此环保成本高，即使经过化学漂白，水洗高岭土生产的绝缘的煅烧高岭土白度一般只能达到80左右。煤系高岭土，具有品质好、纯度高，不需要进行提纯、化学漂白等过程，资源丰富，价格便宜，生产加工过程环境污染较少。但由于煤系高岭土的含碳量高，在低温煅烧的条件下，脱碳不完全很容易造成煅烧高岭土发灰，白度不高。然而，采用更高的温度煅烧，可以得到白度为85以上的煅烧高岭土，但是高温煅烧会使得煅烧高岭土的绝缘性能下降，使得产品体积电阻达不到10¹²。此外，煤系高岭土为硬质高岭土，需要经过超细研磨才能达到理想细度，但超细研磨往往带来铁等金属污染，造成产品煅烧后白度下降，以及pvc制品变色等问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法、生产设备和应用，以解决现阶段的煤系高岭土含碳量高，绝缘性能较低，不适用于制备绝缘煅烧高岭土的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将煤系高岭土进行破碎，获得粗物料；

(2)将步骤(1)中的粗物料进行粗磨，获得固体颗粒；

(3)将步骤(2)中的固体颗粒与水混合，添加不含碱金属离子分散剂，进行湿法研磨，喷雾干燥，获得固体物料；

(4)将步骤(3)中的固体物料干燥，解聚，煅烧，煅烧的进口温度为400℃～500℃，出口温度为800℃～850℃，获得pvc绝缘煅烧高岭土。

进一步地，步骤(4)中的煅烧处理具体包括：固体物料在10min～30min升温至800℃～850℃；煅烧时间为70min～90min。

进一步地，步骤(1)中的煤系高岭土的烧失量为13％～20％。

进一步地，煤系高岭土的al2o3含量为35％～38％，fe2o3含量小于等于0.65％，烧失量为14％～19％。

进一步地，步骤(3)中的不含碱金属离子分散剂采用聚丙烯酸铵、辛醇聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚中的一种或几种；不含碱金属离子分散剂添加量占固体颗粒总量的0.1％～0.6％。

根据本发明的另一方面，还提供了一种pvc绝缘煅烧高岭土的生产设备，包括煤系高岭土破碎装置、处于煤系高岭土破碎装置的输出端的粗研磨装置、处于研磨装置的输出端的湿法研磨装置，处于湿法研磨装置的固体输出端的干燥装置，以及处于干燥装置的固体物料输出端的煅烧装置；煅烧装置采用立式煅烧窑；立式煅烧窑设有用于控制进口温度为400℃～500℃、出口温度为800℃～850℃的控温装置。

进一步地，立式煅烧窑采用多炉膛结构使得炉膛内温度在30min内升温至800℃～850℃以提高物料的白度。

进一步地，湿法研磨装置采用用于超细粉研磨的立式湿法球磨机；立式湿法球磨机的筒体内壁面设有用于防止单质铁污染物料的保护层，立式湿法球磨机中的搅拌器外表面设有用于防止单质铁污染物料的陶瓷层。

进一步地，湿法研磨装置设有用于控制不含碱金属离子分散剂的添加量的上料装置；煅烧装置设有显示煅烧装置内部环境温度的温度感应装置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法获得的pvc绝缘煅烧高岭土在pvc电线的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明的pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法，以煤系高岭土为原料，通过控制湿法研磨过程中的分散剂添加种类以及煅烧温度，有效的避免金属离子的掺入，提高绝缘性能，以及实现采用低温煅烧获得高白度的pvc绝缘煅烧高岭土，解决了煤系高岭土的白度与绝缘性能相互矛盾的问题，通过温度调节使得煅烧的进口温度为400℃～500℃，出口温度为800℃～850℃，温度低于850℃保证了产品的绝缘性能，又提高了产品的白度。上述pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法实现了采用煤系高岭土生产pvc绝缘材料的可能，可替代高成本的水洗高岭土，无需进行化学漂白，降低环境污染。上述pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法获得的pvc绝缘煅烧高岭土的白度达到85以上。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的立式煅烧窑与回转窑煅烧温度变化示意图；以及

图2是本发明优选实施例的立式湿法球磨机的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例的立式煅烧窑与回转窑煅烧温度变化示意图；图2是本发明优选实施例的立式湿法球磨机的结构示意图。

一种pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原矿进行破碎，获得粗物料；

(2)将步骤(1)中的粗物料进行粗磨，获得固体颗粒；

(3)将步骤(2)中的固体颗粒与水混合，添加不含碱金属离子分散剂，进行湿法研磨，喷雾干燥，获得固体物料；

(4)将步骤(3)中的固体物料干燥，解聚，煅烧，煅烧的进口温度为400℃～500℃，出口温度为800℃～850℃，获得pvc绝缘煅烧高岭土。

本实施例中，步骤(4)中的煅烧处理具体包括：固体物料在10min～30min升温至800℃～850℃。煅烧时间为70min～90min。上述固体物料进入量为1t/h～2t/h，控温装置使得炉膛内温度在30min内升温至800℃～850℃，煅烧总时间为70min～90min，使得固体物料在800℃～850℃高温条件下的停留时间为40min～60min，增加了固体物料在高温区域停留的时间，从而增加了脱碳效果，提高pvc绝缘煅烧高岭土的白度。即在保证产品绝缘性能的同时，又提升产品白度。上述固体物料进入量为1t/h～2t/h，避免进入量过大，固体物料不能与加热气体充分接触，导致固体物料受热不均，不能脱碳完全。

本实施例中，步骤(1)中的原矿采用煤系高岭土。煤系高岭土的烧失量为13％～20％。上述pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法，采用煤系高岭土制备pvc绝缘煅烧高岭土，并满足了白度和绝缘性能的要求，煤系高岭土含碳量通常以烧失量进行判断，普通高岭土的烧失量为14％，然而煤系高岭土的烧失量为13％～20％，有的煤系高岭土的烧失量达到18％以上，烧失量越高则含碳量越多，需要通过高温煅烧进行脱除，煅烧温度一般要高于950℃，煅烧后的煤系高岭土才能具有较高的白度。因此，通过上述pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法，使得具有高烧失量的煤系高岭土制备绝缘产品成为可能。优选地，煤系高岭土的al2o3含量为35％～38％，fe2o3含量小于等于0.65％，烧失量为14％～19％。

本实施例中，步骤(3)中的不含碱金属离子分散剂采用聚丙烯酸铵、辛醇聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚中的一种或几种。不含碱金属离子分散剂添加量占固体颗粒总量的0.1％～0.6％。上述聚丙烯酸铵、辛醇聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚为不含碱金属离子分散剂，避免了碱金属离子分散剂降低产品的绝缘性能。优选地，烷基聚氧乙烯醚采用月桂醇聚氧乙烯醚。

根据本发明的另一方面，还提供了本实施例的pvc绝缘煅烧高岭土的生产设备，包括煤系高岭土破碎装置、处于煤系高岭土破碎装置的输出端的粗研磨装置、处于研磨装置的输出端的湿法研磨装置，处于湿法研磨装置的固体输出端的干燥装置，以及处于干燥装置的固体物料输出端的煅烧装置；煅烧装置采用立式煅烧窑；立式煅烧窑设有用于控制进口温度为400℃～500℃、出口温度为800℃～850℃的控温装置。本发明的pvc绝缘煅烧高岭土的生产设备，包括煤系高岭土破碎装置、粗研磨装置、湿法研磨装置、干燥装置和煅烧装置，煅烧装置采用立式煅烧窑，通过控制煅烧温度，解决了煤系高岭土的白度与绝缘性能相互矛盾的问题，一方面，通过控制控温装置，使得出口温度为800℃～850℃，立式煅烧窑内部温度低于850℃保证了产品的绝缘性能；另一方面，立式煅烧窑实现了从400℃～500℃到800℃～850℃快速升温，增加了物料在高温区域停留的时间，从而达到更好的脱碳效果，提高产品的白度。即在保证产品绝缘性能的同时，又提升产品白度。上述pvc绝缘煅烧高岭土的生产设备实现了采用煤系高岭土生产pvc绝缘材料的可能，可替代高成本的水洗高岭土，无需进行化学漂白，降低环境污染。

如图1所示，本实施例中，立式煅烧窑采用多炉膛结构使得炉膛内温度在30min内升温至800℃～850℃以提高物料的白度。上述立式煅烧窑包括炉壳和设置在炉壳内部的多层炉床，炉床上设有物料通过孔，多层炉床之间形成煅烧腔体，煅烧腔形成炉膛。在煅烧腔体中心设有转轴，转轴上套设有搅拌耙，在转轴的带动下搅拌耙转动，热源设置在炉壳底部，热源产生的热气体从下向上流动。固体物料从立式煅烧窑上端送入炉床上，进口温度为400℃～500℃，转轴带动搅拌耙搅动固体物料，搅拌耙推动煅烧物料使其通过炉床上的物料通过孔落到下层煅烧腔体，并落到其下层炉床上，并继续在下层炉床上加热，最终逐层通过多层炉床，完成对煅烧物料的煅烧。煅烧物料自上向下运动，加热空气自下向上运动，二者运动方向相反，从而达到充分的换热，提高了煅烧装置的热效率。控温装置设置在炉壳上部，调节加热空气的温度及进入固体物料的量来控制内部升温情况，固体物料进入量为1t/h～2t/h，控温装置使得炉膛内温度在30min内升温至800℃～850℃，煅烧总时间为70min～90min，大大增加固体物料在800℃～850℃高温条件下的停留时间，增加脱碳效果，提高白度。相比于传统的回转窑煅烧，回转窑升温趋势呈直线型增长，因此固体物料在回转窑内升温均匀，无法增加在高温区的停留时间，从而造成脱碳效果不佳，白度较低，一般在煅烧温度为800℃～850℃时，白度只能达到80左右。在回转窑中煅烧，如果需要提高白度，则只能提高煅烧温度，才能满足白度为85以上的产品要求，但是煅烧温度升高又会造成绝缘性能下降，煅烧后获得的产品体积电阻只能达到10¹¹。

如图2所示，本实施例中，湿法研磨装置采用用于超细粉研磨的立式湿法球磨机。立式湿法球磨机的筒体内壁面设有用于防止单质铁污染物料的保护层，立式湿法球磨机中的搅拌器外表面设有用于防止单质铁污染物料的陶瓷层。普通的球磨机也可以进行湿法研磨，但是不含有搅拌装置，并且通常只能研磨到325目产品。上述立式湿法球磨机为自行研发的装置，将固体颗粒与水混合，可实现湿法超细研磨，获得至少88％的粒径小于2μm的浆料。但是在立式湿法球磨机的研磨过程中，金属部件的磨损会将一部分金属带入物料中，特别是有害金属单质铁，通常情况下，单质铁在高温煅烧，一般超过950℃时，会转变成氧化铁，并与煅烧高岭土烧结在一起，因此对下游工艺影响较小，但是采用800℃～850℃高温煅烧条件下，研磨时的单质铁不能全部转化成氧化铁，即使通过立式煅烧窑煅烧，仍然存在部分单质铁，残留的单质铁会造成pvc电线绝缘料绝缘性能和耐雾化性能下降，易老化，甚至引起加工过程中pvc塑料分解，造成pvc电线绝缘料变色。因此，在前序工艺杜绝或减少单质铁的混入，以提高产品的绝缘性能。上述立式湿法球磨机包括电机、减速器、筒体、底座和搅拌器，电机驱动伸入筒体内的搅拌器。筒体和搅拌器所用的材料为耐磨性能优良的铸铁复合材料制成，搅拌器研磨损耗较大，因此上述筒体内壁面设有用于防止单质铁污染物料的保护层，搅拌器外表面设有用于防止单质铁污染物料的陶瓷层。优选地，保护层采用耐磨的橡胶。陶瓷层采用氧化锆陶瓷层。从而基本杜绝了湿法研磨过程中带入的单质铁污染。

本实施例中，湿法研磨装置设有用于控制不含碱金属离子分散剂的添加量的上料装置。上述湿法研磨装置设有上料装置用于控制分散剂的添加量，并且分散剂为不含碱金属离子分散剂，在湿法研磨过程中，研磨体系加入分散剂，水能快速渗透到高岭土的裂纹中，加快固体颗粒变细的速度，使得固体颗粒研磨均匀，高岭土颗粒不发生团聚。现有技术通常采用的分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、水玻璃等含有碱金属钠离子的分散剂，不利于产品的绝缘性能，因此，采用不含碱金属离子分散剂，并通过上料装置控制不含碱金属离子分散剂的添加量。上述上料装置除了用于控制不含碱金属离子分散剂的添加量，也可以控制固体颗粒添加量，湿法研磨装置还设有用于调整固体颗粒与水配比的注水装置。通过上料装置和注水装置控制固含量为40％～60％；当固含量低于40％，注水较多，固体颗粒研磨过细，出现过磨现象，并浪费能耗；当固含量高于60％，浆料粘度过大，粒度级差较大，分布不均，降低磨矿效率。上述上料装置可采用绞龙螺旋输送，推料板推送，鼓风吹送，输送带输送等多种方式将固体颗粒输送至湿法研磨装置内。上述煅烧装置设有显示煅烧装置内部环境温度的温度感应装置。以监控立式煅烧窑各炉膛的温度，通过温度感应装置反应的温度信号，调节控温装置，以保证立式煅烧窑炉膛内温度在30min内升温至800℃～850℃，并在800℃～850℃维持较长的时间，脱碳完全。

根据本发明的另一方面，还提供了一种pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法获得的pvc绝缘煅烧高岭土在pvc电线的应用。将煤系高岭土通过800℃～850℃煅烧加热，获得pvc绝缘煅烧高岭土用于制备pvc电线的绝缘料，使得获得的pvc电线的绝缘性能的体积电阻达到10¹²以上。pvc电线绝缘料除了包含pvc绝缘煅烧高岭土之外，还包含聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二辛脂、三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸，上述各成分混合。

实施例

实施例1

pvc绝缘煅烧高岭土的制备方法，包括以下步骤：

(1)煤系高岭土成分包括sio2为42.15％、al2o3为36.18％、fe2o3为0.56％、tio2为1.18％、c为3.62％、烧失量为18.78％，将煤系高岭土在破碎装置中进行破碎，获得粗物料；