[发明专利]乙炔瓶用无石棉硅酸钙填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种多孔硅酸钙填料及其制备方法，特别指一种乙炔瓶用无石棉硅酸钙填料及其制备方法。

背景技术

由于乙炔和氧气充分燃烧得到的氧炔焰炬最高温度可以达到3150℃，乙炔气已被广泛应用于金属的焊接、切割过程中；然而乙炔气是不稳定的，如果未做适当的稳定化处理，通常在很低的压力下，也极易发生分解和聚合作用，具有易爆性。因此，为安全贮存乙炔气体，根据乙炔的溶解特性，必须将其压缩充入溶剂中，并被储存于多孔填料的钢瓶内。丙酮作为一种极好的溶剂，在钢瓶内被填料吸附用于溶解和释放乙炔，它的作用是增大钢瓶的有效容积和降低乙炔气的爆炸性能。整体硅酸钙多孔填料的作用是利用填料中相互贯通的毛细孔来均匀地吸附丙酮和阻止乙炔分解爆炸的传播。这样，乙炔就可在高压状态下安全地贮存和运输，既方便使用和提高工效，又改善环境，降低在现场进行乙炔发生操作的危险性，因此，溶解乙炔气瓶在工业生产中已得到了迅速的推广，国家专门为此出台GB 11638-2003《溶解乙炔气瓶》强制技术标准，以规范溶解乙炔气瓶的制造、运输与使用。

溶解乙炔的气瓶，是先用多孔填料块充满气瓶，再将溶剂注入气瓶，然后将乙炔加压充入气瓶，使乙炔在溶剂中溶解分布于多孔材料的所有毛细管系统中。这样，能确保安全地贮存溶解的乙炔量，通常乙炔的充填量按体积最高可达乙炔瓶容量的8倍。

硅酸钙填料是目前应用最广泛的乙炔瓶用多孔填料。该硅酸钙填料通常是由石灰、硅藻土、石英粉、增强剂等材料，混入一定量的水制成浆体，后经固化、结晶干燥制备形成高孔隙率填料块。填料块含有互相连通的微孔毛细管系统。通常情况下，硬化硅酸钙填料孔隙率约为88wt％～91wt％，而体积密度仅为260～310g/L，为溶剂和乙炔之间达到最大程度的接触提供了足够的表面积，其吸收乙炔的比例接近每千克溶剂0.58千克乙炔。但从另一方面，硅酸钙填料的高孔隙率特性使得整个固化填料块结构强度不高，这往往会造成气瓶在长期的运输、反复充装使用过程中，由于填料溃散、下沉而影响乙炔瓶的安全运行。传统的硅酸钙填料制备工艺在制造过程中需要向料浆中添加一些石棉纤维，其作用之一在于吸收游离水并起促进悬浮作用，而另一个重要作用就在于起填料结构增强的作用，有助于保持填料块结构的整体性。

然而，众所周知，石棉纤维是一种高抗张强度、高挠性、高耐火性、耐化学以及电绝缘的天然矿物纤维材料，在自然环境中具有长期稳定性。但会对人体健康产生一定危害，因此限制甚至全面禁止这种有害物质在民用、工业上的应用是未来的发展趋势，以降低其对卫生和污染的潜在不利影响。目前，世界部分发达国家已经全面禁止使用这种危险性物质，包括含有石棉的硅酸钙填料乙炔瓶。我国在1980年开始推广硅酸钙填料乙炔瓶的应用，所有乙炔瓶全部为含石棉的硅酸钙填料，目前每年仅40L规格乙炔瓶仍有近40万只的产量。2003年在修订GB 11638《溶解乙炔气瓶》标准时，对石棉的使用进行了限制，即强制推广应用无石棉填料乙炔瓶。因此，需要开发研制出工艺简单、成本低且技术水平高的无石棉硅酸钙填料。

目前国内已有厂家在开发生产以耐碱玻璃纤维取代石棉纤维的整体式多孔硅酸钙填料，其填料的技术指标和基本性能与含有石棉的填料相当，应该说，这是国内开发新型硅酸钙填料料块的重要方向。

申请号为200710119792.4(公告号为CN101125967A)的中国发明专利申请公开了《一种用消石灰制备的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料及制备方法》，其在硅酸钙填料的制造过程中使用铝的可溶盐为凝胶剂、玻璃纤维或硅酸铝纤维为悬浮剂、硅酸钠或水玻璃为无机增稠剂，通过添加专用无机盐(纤维)达到控制料浆稳定、均匀与一定稠度的目的；添加剂的种类较多，尤其是无机盐的添加，额外增加了与制造多孔硅酸钙填料无关的成分，这不仅增加了填料的制造成本，使制造工艺相对复杂化，而且料浆中加入的无机盐中的铝离子(凝胶剂、悬浮剂)与钠离子(增稠剂)共存时，会分别发生如下反应：

Al³⁺+OH^-→Al(OH)₃

Na⁺+OH^-→NaOH