专利名称:黑素的制作方法
本发明是关于黑素的制作方法，采用煤为原料，制作可代替炭黑供塑料、涂料、颜料、橡胶杂件使用的黑素。
炭黑是一种重要的工业产品。在中国，三国时代就有“墨出青松之烟”的记载。南唐时(公元十世纪)，我国开始使用桐油及其他动、植物油，在空气不足的情况下点灯，使油不完全燃烧，将炭黑凝聚在陶质的烟碗下收集，以制取优质的炭黑。北宋杰出的学者沈括，在《梦溪笔谈》一书中，首先提出了从石油制取炭黑的方法。
在国外，公元十六世纪后，在德国、法国、英国等国家，开始以焦油、猪油、树脂等为原料制取炭黑。1864年美国开始以人造气体经过燃烧，以石板为收集面，用刮板刮下而获得优质炭黑。
1872年世界上首次实现了炭黑的工业规模生产。
目前采用的炭黑制造方法主要有三类接触法、炉法、热解法。
(1)接触法接触法是使原料气燃烧的火焰同温度较低的收集面接触，使裂解产生的炭黑冷却附着在收集面上，加以收集而生产炭黑的方法，此法包括槽法、滚筒法和园盘法。
槽法槽法是以天然气为原料，通过特制的火嘴，在火房内与空气接触燃烧，火焰则与缓慢往复运动的槽钢接触，使炭黑沉积在槽钢上并加以收集生产炭黑的方法。
利用固体原料萘、蒽或蒽油等辅之以焦炉煤气或甲烷含量较低的天然气为原料所生产的炭黑称为槽法混气炭黑。
滚筒法滚筒法是采用回转运动的钢制滚筒为冷却收集面使之与原料火焰接触，加以收集，生产炭黑的方法。此法通常在没有天然气资源的地区采用。多数使用焦炉气、水煤气或城市煤气为气体原料;固体或液体原料则多采用蒽、防腐油等。
(2)炉法将气态烃、液态烃或按一定比例的气态与液态烃的混合物为原料，供以适量的空气，在特制的反应炉内，于一定的高温下燃烧、裂解，生成的炭黑悬浮悬在烟气中，然后经冷却、收集，这种生产炭黑的方法就是炉法。
(3)热解法热解法是以天然气或乙炔气为原料在已预热的反应炉内，隔绝空气，进行间隙(燃烧蓄热和热分解二个阶段)或连续(单一的热分解)热裂解生成炭黑的方法。
用本发明的方法生产的黑素，其各项指标与热解法炭黑相近。
归纳起来，工业用炭黑均是由烃类(碳氢化合物)不完全燃烧而制得的具有高度分散性的黑色粉末物质;它主要由碳元素组成，其微晶具有准石墨结构，且呈同心取向，其“粒子”由近乎球形或其他不规则形状的聚熔体构成《炭黑生产基本知识》，炭黑工业研究所编，化学工业出版社1980年10月出版)。由于炭黑的原料(天然气、乙炔气、萘蒽或蒽油、气态烃、液态烃等)较贵，生产工艺及设备复杂，因而各种炭黑价格都高。所以人们一直在寻求价格便宜而又适合的原料制作炭黑。
本发明的目的，是提供一种制作炭黑的新原料，以及采用该原料制作炭黑的方法，为了与其它炭黑相区别，我们把它称之为黑素。
本发明是关于一种制作能代替部份炭黑在油墨、涂料、颜料、橡胶杂件等方面应用的黑素的新方法。该方法是采用除去了煤矸石的煤为原料、或以煤为主要原料制作黑素。
本发明制作黑素的方法与煤的产地和品种无关。炭黑的特点是含炭量高、粒径小、比表面大，所以，本发明的方法就着重于解决煤的破碎和去除煤中的杂质。用一般的破碎设备难以达到炭黑的细小粒径(小于500mu)的，本发明的方法是将已除去煤矸石的煤，经一般破碎机粗碎和细碎及送气流粉碎机多级粉碎收集其上料(比重小，硬度小，粒径小于500mu的煤粉)，弃其下料(富集了比重大，硬度大的石英等重、硬矿物的煤粉)。
上料经过盐酸处理，除去煤中的酸可溶杂质(铁、钙、磷、铝、钠、钾等)。用盐酸处理的时间与盐酸用量，浓度及处理时的温度有关，用盐酸处理的适宜温度为常温至盐酸溶液沸点以下。适当加热可以大大缩短处理时间。
本发明的实施例中，所用盐酸为工业盐酸，煤粉与盐酸的比例为5∶1，适当加热，处理时间可以缩短为10小时以内。
盐酸处理后的煤粉，用足够的水充分洗涤至PH＝7后，再用氢氧化钠溶液处理洗涤后的煤粉，以除去煤粉中的碱可溶杂质(硅、铝等)。用氢氧化钠溶液处理时间与氢氧化钠用量及处理时的温度有关，用氢氧化钠溶液处理的适当温度为常温至氢氧化钠溶液沸点以下，适当加热可以大大缩短处理时间。
本发明实施例中，所用氢氧化钠为工业氢氧化钠，煤粉与氢氧化钠的比例为50∶3，适当加热处理时间可以缩短为10小时以内。
氢氧化钠溶液处理后的煤粉，用足够的水充分洗涤至PH＝7。
当煤粉中SiO2含量大于5%时，盐酸处理水洗涤后最好采用盐酸和氢氟酸混酸处理。
本发明实施例中，盐酸和氢氟酸用量比例约为3∶2，煤酸比约为5∶1，混酸处理后，用足够的水将煤粉洗涤至PH＝7。
酸碱处理或盐酸及盐酸-氢氟酸混酸处理后经水洗涤后的煤粉，在烘干过程中有聚集现象，故煤粉烘干后再将煤粉经过一次气流粉碎，以破坏其聚集状态。同时，为了满足特殊需要，在这次气流粉碎时，可加入少量颜料，如为了满足塑料厂家生产暖色人造革的要求，在这次气流粉碎机粉碎时加入少量红色颜料，这样生产出的黑素经应用厂家使用，在涂料、颜料方面可以与上海特墨媲美。又如，在气流粉碎时，加入少量兰色颜料，用于某些设备外壳的低压聚乙烯静电喷涂。再如，在气流粉碎时加入适当补强炭黑，用于橡胶件以提高其补强性能。
根据本发明方法制作的黑素，由于采用价格便宜的煤为原料或为主要原料，因此，成本远低于各类炭黑。此外，本发明的方法，采用常温或适当加热的条件下对煤粉进行酸碱处理，以除去酸、碱可溶杂质，再经水洗涤、烘干和粉碎后即得黑素，因而工艺简单。用煤为原料，经过适当处理后、生产的黑素在塑料、颜料、涂料等方面代替炭黑在生产上的应用是成功的。可以预料，当超细手段进一步提高后(产品粒径更小)，黑素还可以在更多的领域代替炭黑使用。
实例将去除煤矸石的无烟煤经一般粉碎机粉碎至20目，然后经气流粉碎，收集其上料，废弃下料(即比重大、硬度较大的石英等矿物)。称取粒径小于500mu的上料50公斤，放入带搅拌器的塑料反应器中，加入100公斤水，经搅拌均匀后，再加入工业盐酸10公斤，搅匀后浸泡两昼夜，然后过滤，用水洗涤至PH＝7。再加水80公斤，加工业烧碱3公斤，搅拌均匀后浸泡2昼夜，然后过滤，用水洗聚至PH＝7，将滤饼在110～120℃下烘干，再进行气流粉碎。根据厂家对产品不同的要求，在粉碎前混入0.05%的铁红或酞青兰颜料。
若煤粉中SiO2含量大于5%，最好先用盐酸处理，洗涤后，再用盐酸一氢氟酸混酸处理。具体作法是煤粉用盐碱处理后，用水洗至PH＝7，再加水80公斤、工业盐酸7公斤、工业氢氟酸5公斤。将物料搅拌均匀后，浸泡两昼夜。然后过滤、水洗至PH＝7。将滤饼在110～120℃下烘干，然后将烘干后的滤饼块打碎，再进行气流粉碎。根据不同厂家的不同要求，气流粉碎前可混入适量的铁红、酞青兰、半补强炭黑，或不加任何其它颜料。
权利要求
1.一种制作黑素的方法，其特征是用煤为原料或主要原料。
2.一种按照权利要求
1所述的方法，其特征是该方法包括(1)将已除去煤矸石的煤，经一般破碎机粗碎、细碎后，送气流粉碎机数次粉碎并收集其上料;(2)用盐酸处理收集的上料;(3)用水将酸处理后的煤粉洗涤至PH＝7;(4)用碱处理洗涤后的煤粉;(5)用水将碱处理后的煤粉洗涤至PH＝7;(6)将洗涤后的煤粉烘干后送气流粉碎机粉碎。
3.据权利要求
2所述的方法，其特征是收集上料的粒径应小于500mu。
4.据权利要求
2所述的方法，其特征是酸碱处理的适宜温度为常温至酸、碱溶液沸点以下。
5.据权利要求
2所述的方法，其特征是所用碱为氢氧化钠。
6.据权利要求
2所述的方法，其特征是当煤粉中的SiO2含量大于5%时最好先用盐酸处理，然后再用盐酸和氢氟酸混酸处理。
7.据权利要求
2、3、4、5、6所述的方法其特征是烘干后的煤粉经气流粉碎机粉碎时，可加入少量颜料。
专利摘要
本发明是一种采用煤为原料或主要原料制作能代替部分炭黑在塑料、涂料、颜料、油墨、橡胶杂件等方面应用的黑素制造方法。将已除去煤矸石的无烟煤，经多级粉碎至粒径小于500μm，然后经过酸碱处理以除去酸、碱可溶性杂质。酸碱处理后的煤粉经洗涤、烘干、再次粉碎后得到黑素。
文档编号C09C1/44GK86100842SQ86100842
公开日1987年1月31日 申请日期1986年2月1日
发明者邱道常, 何良惠, 王祖森 申请人:成都科技大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan