一种高耐磨、耐高温母粒的制备方法

本发明属于煤矸石资源化利用，涉及一种高耐磨、耐高温母粒的制备方法。

背景技术：

1、部分地区煤矸石矿物组成中石英占比较高，通常大于50％，其他成分类主要为黏土(大于20％)，主要用于制砖、修路等低端产品。由于成分中石英占比较高，黏土含量太低，限制了应用范围。降低石英占比后，煤矸石可以用作橡塑材料填料。

2、在现有的技术中，公开了一些相关的专利技术，例如：申请公布号为cn113956682a的发明专利申请，公开了一种橡胶补强填料以及一种利用煤矸石活化改性制备橡胶补强填料的方法。所述方法包括以下步骤：提供煤矸石原料；将煤矸石原料破碎；将破碎后的煤矸石原料进行超细磨处理以获得煤矸石颗粒；对煤矸石颗粒进行气流分级以获得煤矸石微粒；对煤矸石微粒进行活化；对活化后的煤矸石微粒进行表面改性和研磨以获得改性后的煤矸石微粒。然而，该专利未提及如何降低石英含量，也未提及如何提高耐磨性和耐高温性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明提供了一种高耐磨、耐高温母粒的制备方法，通过富集降杂制备低石英含量煤矸石粉体，并通过分段煅烧和加入添加剂来提高耐磨性和耐高温性。

2、本发明具体包括以下技术方案：

3、1、富集降杂制备低石英含量的煤矸石粉体：

4、步骤1.对煤矸石进行预处理破碎，破碎后粒径为d50≤20mm；本步骤中的煤矸石中石英含量大于50wt％；

5、步骤2.将破碎后的煤矸石放入流化床式气流磨，加入0.2-5wt％的添加剂a，通过调整分级轮，进行一次粉碎，出料口得到产品1，除尘袋中得到产品2；其中添加剂a由氯化铵、油酸钠、三乙醇胺和十二烷基三甲基氯化铵按照3:1～2:1～2:0.5～3质量比混合而成；

6、步骤3.对产品1进行筛分，大于50μm粒级抛尾，筛下为产品3；

7、步骤4.将产品2和产品3混合后进行二次粉碎，得到d97为18μm的粉体，即产品4；所述产品4中石英含量为10-20wt％，硅酸盐类黏土含量为80-90wt％。

8、2、煅烧制备粉体填料：

9、步骤5.向产品4中加入3-5wt％的添加剂b，添加剂b由氯化钠、硼酸、硫酸镁按照质量比3～5:1～2.5:0.5～2混合而成。通过马弗炉、回转窑或微波煅烧炉进行分段煅烧，第一段由室温升温至350℃，升温速率10℃/min，保温30分钟；第二段升温至750℃，升温速率20℃/min，保温10分钟；第三段升温至850-900℃，升温速率10℃/min，保温30分钟，然后快速降温至300℃，常温下，自然冷却，降温至室温；将煅烧后的粉体粉碎至800目，得到产品5，即粉体填料。

10、3、制备高耐磨、耐高温母粒：

11、步骤6.配制添加剂c溶液，将添加剂c溶液加入产品5中，搅拌共混，得填料；填料中，添加剂c溶液占3-6wt％；添加剂c由硅烷偶联剂、聚二甲基二烯丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖混合而成；混合时还向所述添加剂c溶液中加入了无水乙醇用于稀释，所述添加剂c溶液与无水乙醇的质量比为1:1。将添加剂c溶液加入产品5中挤出共混制备填料的过程中，无水乙醇会挥发。添加剂c溶液中，硅烷偶联剂、聚二甲基二烯丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖的质量比为3～4:1～2:1～2。

12、步骤7.将混合后的填料放入高速搅拌机，在105℃下搅拌1小时；将上述填料按照60wt％、基体树脂40wt％，挤出共混，制备煤矸石母粒。所述基体树脂为pp-马来酸酐(pp-g-mah)或abs。

13、本发明的有益效果包括：

14、本发明提高了煤矸石的综合利用价值；制备的母粒具有高耐磨、耐高温性能；工艺流程简单，生产成本低；通过分段煅烧和加入添加剂，实现了对煤矸石中石英和黏土的有效利用；制备的母粒可广泛应用于橡塑材料领域，提高橡塑材料的耐磨性和耐高温性。

15、(1)本发明采用了石英含量大于50wt％利用价值低的煤矸石为原料，制备出高价值高耐磨耐高温性能的母粒，将低价值的矿物转化为高价值产品，明显提高经济性。

16、(2)本发明通过在对煤矸石粉碎时添加特定组成的添加剂能够有效降低杂质含量，也能更好分离石英与硅酸盐类黏土，提高分离的效率，且结合对多次粉碎的粒径的筛选保证石英含量保持在10wt％-20wt％，因为适量含量的石英，在后续煅烧后物相发生变化，能提高制品的耐磨性。

17、(3)本发明对煤矸石粉体进行分段煅烧时，加入特定比例组成的添加剂，其中分段煅烧的目的一是除杂提高白度；二是有助于晶型调控，改变石英结构，提高耐磨性。第一段煅烧除去有机质，第二段煅烧，除铁，第三段煅烧使硅铝比在特定温度、保温时间、淬冷条件下，物相结构发生变化，形成特殊结构，有利于制备粉体，提高后期制品的耐磨性耐高温性。添加剂的加入，能够协同提高其耐高温性和晶型结构的改变，有利于物相重构，提高整体的耐磨性和耐高温性。

技术特征：

1.一种高耐磨、耐高温母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1的煤矸石中石英含量大于50wt％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的添加剂a由氯化铵、油酸钠、三乙醇胺和十二烷基三甲基氯化铵按照3:1～2:1～2:0.5～3质量比混合而成。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤5中所述的添加剂b由氯化钠、硼酸、硫酸镁按照质量比3～5:1～2.5:0.5～2混合而成。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤5中所述的分段煅烧参数为：第一段由室温升至350℃，升温速率10℃/min，保温30分钟；第二段升温至750℃，升温速率20℃/min，保温10分钟；第三段升温至850-900℃，升温速率10℃/min，保温30分钟，并淬冷到300℃，然后自然冷却至室温。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述产品4中石英含量为10-20wt％，硅酸盐类黏土含量为80-90wt％。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤6中，混合时还向所述添加剂c溶液中加入了无水乙醇，所述添加剂c溶液与无水乙醇的质量比为1:1。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤7中，先将步骤6混合后的填料在105℃下搅拌1小时，然后将混合后的填料与基体树脂进行挤出共混。

9.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤7中，所述基体树脂为pp-马来酸酐或abs。

技术总结本发明属于煤矸石资源化利用技术领域，涉及一种高耐磨、耐高温母粒的制备方法。包括以下步骤：1、富集降杂制备低石英含量的煤矸石粉体；2、煅烧制备粉体填料；3、制备高耐磨、耐高温母粒。本发明提高了煤矸石的综合利用价值；制备的母粒具有高耐磨、耐高温性能；工艺流程简单，生产成本低；通过分段煅烧和加入添加剂，实现了对煤矸石中石英和黏土的有效利用；制备的母粒可广泛应用于橡塑材料领域，提高橡塑材料的耐磨性和耐高温性。技术研发人员：刘岩,冯乃琦,宋广毅,张然,张永康受保护的技术使用者：中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/14