一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)保及資源綜合利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置。本發(fā)明裝置分為加料腔、反應(yīng)腔、收集器等部分；將硅藻土或高嶺土原土與反應(yīng)劑混合投入加料腔后，通過(guò)擠入方式將材料送入微波反應(yīng)腔，通過(guò)微波深層加熱，在第一反應(yīng)腔內(nèi)加熱至100℃以上，持續(xù)時(shí)間5~30分鐘，使原土預(yù)熱干燥；在第二反應(yīng)腔內(nèi)加熱至所需的煅燒溫度并煅燒5~30分鐘，得到白度92以上的高白度粉末材料；生成的粉末材料由收集器冷卻并儲(chǔ)存。本發(fā)明裝置采用微波加熱方式，節(jié)能環(huán)保，能夠確保連續(xù)批量生產(chǎn)，并可以有效避免火災(zāi)等安全隱患。本發(fā)明生產(chǎn)的高白度粉末材料具有良好的遮蓋力和穩(wěn)定性，能夠替代或部分替代價(jià)格昂貴的鈦白粉材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保及資源綜合利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在造紙、油漆涂料等眾多化工行業(yè)，需要使用大量的高白度、高遮蓋力的白色粉末材料來(lái)提高產(chǎn)品性能。目前最常用的是鈦白粉材料，但這種材料價(jià)格比較昂貴，而且高質(zhì)量的鈦白粉材料主要依賴于進(jìn)口。因此，為了進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本、改善性能，需要尋找更價(jià)廉物美的材料來(lái)替代或部分替代鈦白粉材料。
[0003]硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，由單細(xì)胞水生植物硅藻的遺骸沉積所形成，其化學(xué)成分以S12為主，并含有少量Fe203、Ca0、Mg0、Al203及有機(jī)雜質(zhì)。天然硅藻土的顏色取決于其粘土礦物及有機(jī)質(zhì)等，不同礦源硅藻土的成分不同。通常呈現(xiàn)淺黃或淺灰色，優(yōu)質(zhì)的硅藻土顏色更白，S12含量更高。硅藻土具有多孔性結(jié)構(gòu)，質(zhì)地輕軟、吸收性強(qiáng)，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨耐熱，因而在工業(yè)上有著眾多用途，例如作為保溫材料、過(guò)濾材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脫色劑及硅藻土助濾劑、催化劑載體等。
[0004]硅藻土的多孔性令其具有良好的遮蓋力，因而可以部分替代昂貴的鈦白粉材料。其中，硅藻土在造紙?zhí)盍戏矫婢哂袕V泛的應(yīng)用。良好的分散性使其能夠與纖維的有機(jī)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從而制造功能特性紙張。使用硅藻土材料能夠顯著提升紙張的厚度、光滑性、不透明度、耐磨性以及干燥性等性能指標(biāo)，使紙張質(zhì)量輕、白度高、光澤好、強(qiáng)度高，紙張薄而光滑，印刷后不易發(fā)生穿透。另外，由于硅藻土無(wú)毒無(wú)害，也可以用于食品、醫(yī)藥、日常生活用品的包裝材料。此外，硅藻土還可以用于涂料行業(yè)，改善涂料的表面性能，增加遮蓋力和附著力，并提高涂料的快干度。
[0005]高嶺土也一種非金屬礦產(chǎn)，主要成分是Al2O3.2Si02.2H20。目前高嶺土已成為造紙、陶瓷、橡膠、化工、涂料、醫(yī)藥和國(guó)防等幾十個(gè)行業(yè)所必需的礦物原料。高嶺土的顏色主要與其所含的金屬氧化物或有機(jī)質(zhì)有關(guān)，純度高的高嶺土為白色。造紙用煅燒高嶺土以優(yōu)質(zhì)的煤系高嶺土為原料，經(jīng)選礦、超細(xì)粉磨、煅燒而成。它具有較完整的六方片狀結(jié)構(gòu)、良好的孔隙度、合理的粒度分布范圍和極佳的光散射性等特點(diǎn)。同時(shí)，由于白度高、磨耗值低、吸油性好，是一種優(yōu)良的涂料顏料，在造紙行業(yè)中主要用于涂布的面涂。其具有降低生產(chǎn)成本，提高紙張性能，提高油墨吸收率，與其他組分有良好的相容性且自身粘濃度高的特點(diǎn)。
[0006]我國(guó)具有豐富的硅藻土和高嶺土礦產(chǎn)資源。我國(guó)硅藻土儲(chǔ)量3.2億噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)20多億噸，分布很廣，主要集中在華東及東北地區(qū)，但是優(yōu)質(zhì)的硅藻土主要集中在吉林長(zhǎng)白山以及云南兩個(gè)地區(qū)，而其他礦床大多數(shù)為3?4級(jí)土，雜質(zhì)含量高。而高嶺土礦產(chǎn)資源排名世界前列，其中煤系高嶺土 16.7億噸，可用于建筑、涂料、油漆及造紙涂料。但是，為了滿足各種工業(yè)要求，需要對(duì)原土進(jìn)行煅燒等提煉、提純加工工序來(lái)提高粉末材料性能。
[0007]目前的高溫煅燒工序大多采用回轉(zhuǎn)爐等燒窯方式，通過(guò)對(duì)原土的粉碎、分選、煅燒、氣流分級(jí)、去雜等一系列加工工序改變其粒度的分布狀態(tài)及表面性質(zhì)。如發(fā)明專利CN88109070.0中，將硅藻土原土經(jīng)過(guò)粉碎、酸化處理提純、洗滌、烘干、加入助熔劑混合、煅燒、粉碎、活性表面處理、低溫活化等工序，得到硅藻土助濾劑，其煅燒采用的就是焙燒爐。實(shí)用新型專利CN201320229097.4介紹了一種由兩層煅燒室組成的硅藻土煅燒裝置和煅燒方法，但沒(méi)有本質(zhì)上改變煅燒方式。而燒窯方式需要消耗大量的煤炭燃料，能耗嚴(yán)重，且存在嚴(yán)重的安全隱患。發(fā)明專利CN201310204770.3描述了一種微波燒結(jié)硅藻土磚的配方及制備方法，其中微波用于干燥、排碳和燒結(jié)成磚。該專利詳細(xì)介紹了硅藻土磚的配方以及制備流程，但并未對(duì)微波反應(yīng)裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，用以提純硅藻土和高嶺土，并獲得低價(jià)格、高遮蓋力、高穩(wěn)定性的白色粉末材料來(lái)替代或部分替代鈦白粉材料，從而提高這兩種原土的利用效率、增加經(jīng)濟(jì)效益，并開(kāi)發(fā)并推廣其在造紙業(yè)、油漆涂料等多方面領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明提出的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，是采用微波對(duì)硅藻土或高嶺土原土進(jìn)行加熱處理，其包含加料腔、微波反應(yīng)腔、收集器等，生產(chǎn)力至少達(dá)到200 kg/h ;其中:
(1)加料腔設(shè)有一個(gè)供料口，用以將硅藻土或高嶺土原土與0.5^5%的氫氧化鈉或氫氧化鉀反應(yīng)劑混合后投入加料腔，經(jīng)由擠入方式推送材料并進(jìn)入微波反應(yīng)腔體，擠入速度根據(jù)所需的煅燒時(shí)間來(lái)確定；
(2)微波反應(yīng)腔腔體分為兩部分，第一反應(yīng)腔體為預(yù)熱干燥腔體，第二反應(yīng)腔體為高溫煅燒腔體；兩個(gè)反應(yīng)腔體軸心與地面的夾角為0°、0° ;原土材料通過(guò)第一反應(yīng)腔體時(shí)被加熱至100 V以上，持續(xù)時(shí)間為5?30分鐘，排除水汽和一些揮發(fā)性的雜質(zhì)氣體；然后材料在第二反應(yīng)腔內(nèi)加熱至所需的煅燒溫度并持續(xù)煅燒5?30分鐘，得到白度92以上的粉末材料；
(3)微波反應(yīng)腔后連接收集器，煅燒后的粉末材料落入收集器內(nèi)進(jìn)行冷卻和儲(chǔ)存，收集器下方設(shè)有出料口。
[0010]本發(fā)明中，所述的反應(yīng)腔腔體采用金屬或合金的板材或鑄件制成，反應(yīng)腔體長(zhǎng)度和容量大小可以變化，腔體內(nèi)表面可以用物理、化學(xué)或機(jī)械的方法附著有高微波反射率的材料，腔體內(nèi)還有一層保溫層。腔體上開(kāi)有若干個(gè)窗口，窗口裝有透射微波的介質(zhì)材料，介質(zhì)材料為陶瓷、云母、石英、玻璃、聚四氟乙烯或塑料，窗口大小、形狀以及排列密度根據(jù)所述反應(yīng)腔體的具體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)確定。
[0011]所述的反應(yīng)腔體外側(cè)排布至少I個(gè)磁控管，磁控管與窗口之間用波導(dǎo)連接，微波透過(guò)窗口對(duì)原土材料進(jìn)行深層加熱。反應(yīng)腔體外采取一個(gè)波導(dǎo)覆蓋一個(gè)窗口的排布方式，或者采用一個(gè)波導(dǎo)覆蓋多個(gè)窗口的方式。所述的磁控管的微波頻率是433 MHz,915 MHz、2450 MHz或5800 MHz，微波功率為I kW以上，磁控管的數(shù)量與所述反應(yīng)腔體的生產(chǎn)力相匹配。
[0012]所述的第一反應(yīng)腔體和第二反應(yīng)腔體可以采用不同的結(jié)構(gòu)尺寸、窗口排布、磁控管數(shù)量、微波功率；第一反應(yīng)腔體設(shè)有出氣孔，用來(lái)排除硅藻土原土加熱后產(chǎn)生的水汽以及其它雜質(zhì)氣體。
[0013]所述的收集器靠近出料口的地方可以吹入冷空氣，冷卻煅燒后的粉末；收集器上方設(shè)有管道出氣且管道內(nèi)有過(guò)濾裝置，濾除排放氣體中的粗顆粒物和細(xì)顆粒物。
[0014]所述的磁控管散出的熱風(fēng)以及收集器排出的熱氣可以通過(guò)管道收集回用，輔助原土的預(yù)熱干燥，從而節(jié)省能源。
[0015]本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):
本發(fā)明裝置利用了微波深層加熱效應(yīng)，能夠以較低的耗電量對(duì)大容量的原土材料進(jìn)行均勻的高溫煅燒，消耗的能量較現(xiàn)有的燒窯裝置低，是一種更加節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)裝置，并且能夠隨時(shí)關(guān)斷微波熱源，可以有效避免火災(zāi)等安全事故的發(fā)生，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。
[0016]本發(fā)明裝置的微波加熱方式，能夠快速升溫煅燒硅藻土原土生成高性能高白度的粉末材料，并且能夠瞬時(shí)關(guān)斷外部熱源，這樣既節(jié)約了煅燒反應(yīng)時(shí)間，又以流水線式的生產(chǎn)工藝提高了生產(chǎn)效率，可以確保持續(xù)的大批量生產(chǎn)，還有效降低了加工成本和人力成本。
[0017]本發(fā)明生產(chǎn)的高白度粉末材料具有良好的遮蓋力和穩(wěn)定性，能夠替代或部分替代價(jià)格昂貴的鈦白粉材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置的示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置的反應(yīng)腔體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中標(biāo)號(hào):1一加料腔；2—第一反應(yīng)腔體；3—第二反應(yīng)腔體；4一收集器；5—出料口 ；6—供料口 ；7—擠入螺桿；8—排氣管；9一磁控管；10—通氣管；11一放氣管道；12—濾網(wǎng)；13—放料閥門；14一反應(yīng)腔壁；15—介質(zhì)窗口 ； 16—波導(dǎo)管。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的部分實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例而未作出創(chuàng)造性成果的其他所有實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]根據(jù)圖1所示的一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，包含加料腔1、第一反應(yīng)腔2、第二反應(yīng)腔3、收集器4、出料口 5等部分:
在加料腔I處，將硅藻土原土與1%的氫氧化鈉混合原料通過(guò)供料口 6投入，由螺桿7不斷擠入到微波反應(yīng)器第一反應(yīng)腔體2，并通過(guò)這種擠入方式推動(dòng)硅藻土在整個(gè)煅燒裝置中的運(yùn)動(dòng)。
[0023]微波反應(yīng)腔體分為兩部分，第一反應(yīng)腔體2為預(yù)熱干燥腔體，第二反應(yīng)腔體3為高溫煅燒腔體，兩個(gè)反應(yīng)腔體軸心與地面的夾角為0°、0°。反應(yīng)腔體的結(jié)構(gòu)如圖2所示，反應(yīng)腔壁14采用不銹鋼板制成，內(nèi)表面套有玻璃套管作為保溫層，腔壁上開(kāi)有多個(gè)玻璃介質(zhì)窗口 15，腔體外部排布若干個(gè)磁控管9，產(chǎn)生頻率2450 MHz的微波。微波經(jīng)波導(dǎo)管16傳遞，由腔體表面的玻璃窗15進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)部，對(duì)腔體內(nèi)的硅藻土材料進(jìn)行均勻的深層加熱。冷卻風(fēng)扇吹過(guò)磁控管散熱片后產(chǎn)生的熱風(fēng)可以回收利用，用來(lái)預(yù)熱原料。
[0024]第一反應(yīng)腔體2和第二反應(yīng)腔體3可以采用不同的結(jié)構(gòu)尺寸、窗口排布、磁控管數(shù)量、微波功率。娃藻土原土在第一反應(yīng)腔體2內(nèi)被加熱至150 °C ,持續(xù)時(shí)間為10分鐘,生成的水汽以及其他雜質(zhì)氣體經(jīng)由腔體2與加料腔I接口處的排氣管8排出；預(yù)熱干燥后的硅藻土在加料口不斷輸入的原土的推動(dòng)下進(jìn)入第二反應(yīng)腔體3，被加熱至900 °C高溫并煅燒30分鐘，能夠得到白度92以上的高白度粉末材料。
[0025]最后，煅燒成的高白度粉末材料落入收集器4內(nèi)進(jìn)行冷卻和儲(chǔ)存。收集器4下方設(shè)有通氣管10，可以通入冷空氣使高溫的粉末材料冷卻，而熱氣經(jīng)由收集器4上方的放氣管道11排出，放氣管道11中有濾網(wǎng)12來(lái)濾除排放氣體中的粗顆粒物，再由濾袋濾除細(xì)顆粒物。放氣管道11排出的熱氣可以經(jīng)由管道連通到第一反應(yīng)腔體，輔助原料的預(yù)熱干燥，從而節(jié)約能源。收集器4正下方連接出料口 5，通過(guò)閥門13來(lái)控制放料。
[0026]本發(fā)明裝置利用了微波深層加熱效應(yīng)，微波在硅藻土原土內(nèi)進(jìn)行多次穿透、反射和吸收，對(duì)其內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行加熱，所以加熱后溫度均勻、效率高，相比現(xiàn)有的使用煤炭燃料的燒窯裝置更加環(huán)保節(jié)能，且安全性也更高。
[0027]本發(fā)明裝置的微波加熱方式，加熱速度快，節(jié)約了煅燒反應(yīng)時(shí)間，而且能夠?qū)崿F(xiàn)流水線式的生產(chǎn)工藝，有效提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。
【權(quán)利要求】
1.一種微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，采用微波對(duì)硅藻土或高嶺土原土進(jìn)行加熱處理，其特征在于包含加料腔、反應(yīng)腔、收集器、出料口，其中: (1)加料腔設(shè)有一個(gè)供料口，用以將硅藻土或高嶺土原土與0.5^5%的氫氧化鈉或氫氧化鉀反應(yīng)劑混合后投入加料腔，并經(jīng)由擠入方式推送材料，進(jìn)入微波反應(yīng)腔體，擠入速度根據(jù)所需的煅燒時(shí)間來(lái)確定； (2)微波反應(yīng)腔腔體分為兩部分，第一反應(yīng)腔體為預(yù)熱干燥腔體，第二反應(yīng)腔體為高溫煅燒腔體；兩個(gè)反應(yīng)腔體軸心與地面的夾角為0°、0° ;原土材料通過(guò)第一反應(yīng)腔體時(shí)被加熱至100 °C以上，持續(xù)時(shí)間為5?30分鐘，排除水汽和一些揮發(fā)性的雜質(zhì)氣體；然后材料在第二反應(yīng)腔內(nèi)加熱至所需的煅燒溫度并持續(xù)煅燒5?30分鐘，得到白度92以上的粉末材料； (3)微波反應(yīng)腔后連接收集器，煅燒后的粉末材料落入收集器內(nèi)進(jìn)行冷卻和儲(chǔ)存，收集器下方設(shè)有出料口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)腔體采用金屬或合金的板材或鑄件制成；反應(yīng)腔體長(zhǎng)度和容量大小可以變化；腔體內(nèi)設(shè)有一層保溫層；腔體上開(kāi)有若干個(gè)窗口，窗口裝有透射微波的介質(zhì)材料；所述的反應(yīng)腔體外側(cè)排布至少1個(gè)磁控管，磁控管與窗口之間用波導(dǎo)連接，微波透過(guò)窗口對(duì)原土材料進(jìn)行深層加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)腔體內(nèi)表面用物理、化學(xué)或機(jī)械的方法附著有高微波反射率的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的介質(zhì)窗口采用陶瓷、云母、石英、玻璃、聚四氟乙烯或塑料制成，窗口大小、形狀以及排列密度根據(jù)所述反應(yīng)腔體的具體尺寸確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)腔體外采取一個(gè)波導(dǎo)覆蓋一個(gè)窗口的排布方式，或者采用一個(gè)波導(dǎo)覆蓋多個(gè)窗口的方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的磁控管的微波頻率是433 MHz,915 MHz,2450 MHz或5800 MHz，微波功率為1 kW以上，磁控管的數(shù)量與所述反應(yīng)腔體的生產(chǎn)力相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的第一反應(yīng)腔體和第二反應(yīng)腔體采用不同的結(jié)構(gòu)尺寸、窗口排布、磁控管數(shù)量、微波功率；第一反應(yīng)腔體設(shè)有出氣孔，用來(lái)排除硅藻土原土加熱后產(chǎn)生的水汽以及其它雜質(zhì)氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的收集器靠近出料口的地方可以吹入冷空氣，冷卻煅燒后的粉末；收集器上方設(shè)有管道，用于出氣，且管道內(nèi)有過(guò)濾裝置，濾除排放氣體中的粗顆粒物和細(xì)顆粒物。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或8所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的磁控管散出的熱風(fēng)以及收集器排出的熱氣通過(guò)管道收集回用，輔助原土的預(yù)熱干燥。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱煅燒高白度粉末材料的裝置，其特征在于所述的煅燒裝置的生產(chǎn)力至少達(dá)到200 kg/h。
【文檔編號(hào)】C01B33/26GK104276576SQ201410291715
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】張善端, 韓秋漪, 荊忠 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué), 上海鎵銦光電科技有限公司