專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤炭深加工與煤矸石綜合利用工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用煤系
高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法和裝置。
背景技術(shù)：
橡膠制品的主要補(bǔ)強(qiáng)材料是炭黑，粒度在納米級(jí)范圍內(nèi)，主要是烴類(lèi)原料在無(wú)氧 (隔絕空氣)無(wú)火焰的情況下，熱裂解而成，以天然氣或焦?fàn)t氣為原料或以氣化后的重質(zhì)油 或煤焦油為原料。由于原油供應(yīng)緊張、原材料價(jià)格上漲、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，使傳統(tǒng)炭黑的價(jià)格 居高不下。因此開(kāi)發(fā)高檔、新型橡膠填充材料作為傳統(tǒng)炭黑的替代品具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
硅鋁復(fù)合炭黑(SAC)是由無(wú)機(jī)物與有機(jī)物組成的復(fù)合體，與有機(jī)高分子材料間具 有一定的相容性，主要成分為二氧化硅、氧化鋁以及有機(jī)碳等。與傳統(tǒng)炭黑相比，該復(fù)合填 料具有混煉時(shí)污染少、混入速度快、分散性能好、延遲硫化防焦燒等特點(diǎn)，可提高制品性能、 節(jié)約動(dòng)力消耗。但在目前利用煤系高嶺巖生產(chǎn)硅鋁炭黑的技術(shù)中，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，粒度在 300 400目范圍內(nèi)，產(chǎn)品性能較低，在橡膠制品中只能作為一般的填料使用，補(bǔ)強(qiáng)性能差。
以煤系高嶺巖為原料制備高白度煅燒高嶺土工藝中，根據(jù)鍛燒溫度可以將鍛燒高 嶺土劃分為600 1000。C，低溫鍛燒；1000 1200。C，中溫鍛燒；> 1200。C，高溫鍛燒三種 類(lèi)型。低溫鍛燒產(chǎn)品活性高，用于合成分子篩、鋁鹽化工及塑料、橡膠的功能性材料。最佳鍛 燒溫度的選擇，因原料的成因、粒度、加工方法、用途的不同而異。如合成4A分子篩和鋁鹽 化工，最好在70(TC左右，680 80(TC為最佳。而用于塑料橡膠的功能性填料，應(yīng)為850°C， 在800 90(TC之間。中溫煅燒高嶺土的白度好，不透明度高，用于造紙工業(yè)，涂料工業(yè)，替 代鈦白粉作結(jié)構(gòu)性顏料。要求鍛燒產(chǎn)品不但白度好、不透明度高，還要求光散射性能好、孔 隙率高，用于造紙，可增加涂料紙涂層孔隙體積和松厚度，減少壓光時(shí)的亮度和不透明度的 損失。選擇的最佳鍛燒溫度，則是在非晶相剛剛轉(zhuǎn)變?yōu)楣桎X尖晶石相，此時(shí)產(chǎn)生多孔膨體結(jié) 構(gòu)，造成孔隙發(fā)育，溫度為1000 105(TC，這時(shí)結(jié)晶差的莫來(lái)石剛出現(xiàn)(一般含量<5%)， 產(chǎn)品的磨耗值相對(duì)較低。高溫鍛燒高嶺土為莫來(lái)石、方英石相，用于生產(chǎn)莫來(lái)石型砂、耐火 材料和特種陶瓷。目前不同種類(lèi)的高嶺土產(chǎn)品對(duì)白度的要求很高，煅燒均要求在有氧氣氛 下進(jìn)行，煤系高嶺巖中的碳成分全部被完全燃燒，以保證產(chǎn)品的白度與顏色。
煤系高嶺巖主要由A1203和Si02組成，發(fā)熱量通常在4000大卡左右，含碳量較 高，在我國(guó)蘊(yùn)藏十分豐富，現(xiàn)已探明儲(chǔ)量1.673Gt，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量高達(dá)11.086Gt。煤系高嶺巖 通常被作為煤炭開(kāi)采的廢棄物與煤矸石一起排出堆放，以每年數(shù)億噸的速度增加，不僅侵 占了大量的土地，由于自燃還嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境，已成為一大公害。本發(fā)明專(zhuān)利是希望 利用改進(jìn)的爐窯在少氧或缺氧的狀態(tài)下最大限度的保留其中的碳素成份，使其具有傳統(tǒng) 炭黑的補(bǔ)強(qiáng)及半補(bǔ)強(qiáng)性能。"十一五"期間，該研究已得到國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(編號(hào) 2007BAB24B02)的大力支持，因此利用煤系高嶺巖制備高檔復(fù)合橡膠炭黑填料具有廣闊的 發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法和裝置。
—種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置，該裝置為旋轉(zhuǎn)煅燒爐，其特征在 于，窯爐具有長(zhǎng)圓形的爐體8，爐體8內(nèi)有序排列有5 9個(gè)爐管2，保溫材料3填充在長(zhǎng)圓 形爐體8和爐管2之間，爐管2內(nèi)裝有撥齒10，爐管2外壁上纏繞著電熱絲l，爐頭9處設(shè) 有爐頭蓋6，爐體8通過(guò)開(kāi)關(guān)4與電源5相連，爐體8外有固定的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)7。
所述爐體8具有5 15度的傾斜度。
所述撥齒10呈螺旋狀沿爐管2內(nèi)壁圓周進(jìn)行固定。
所述爐管2平行內(nèi)置于爐體8內(nèi)部，隨爐體8同步旋轉(zhuǎn)。 —種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法，其特征在于，依次按以下步驟實(shí) 現(xiàn) (1)將煤系高嶺巖進(jìn)行粗粉碎，粉碎粒度至40 100目； (2)再進(jìn)行超細(xì)研磨，研磨細(xì)粉粒度至400 2500目，通過(guò)率大于97% ; (3)將超細(xì)粉填充至煅燒爐內(nèi)，細(xì)粉的填充量占煅燒爐管內(nèi)腔容積的85 95%，
在溫度260 50(TC條件下預(yù)熱，預(yù)熱1 3小時(shí)； (4)在溫度500 IOO(TC下煅燒，煅燒時(shí)間為3 20小時(shí)； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，制得復(fù)合炭黑填料。 本發(fā)明的有益效果為 (1)超細(xì)煤系高嶺巖在密閉的容器內(nèi)煅燒，由于細(xì)粉填充至爐管內(nèi)腔容積的85 95%以及在爐管兩端蓋板的作用下，爐管內(nèi)處于少氧或缺氧的密封狀態(tài)，從而使得原料將 在少氧或缺氧的氣氛下煅燒，無(wú)需增加惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，在少氧或缺氧的條件下，90%碳 素成分被保留； (2)生產(chǎn)工藝獨(dú)特，即不同于低檔硅鋁炭黑(SAC)的生產(chǎn)工藝，也不同于高白度煅 燒高嶺土的生產(chǎn)工藝，無(wú)污染氣體排放，產(chǎn)品的附加值高； (3)制品可廣泛用作橡膠的填充及補(bǔ)強(qiáng)劑，也可部分替代軟質(zhì)炭黑制造橡膠制品， 可大幅度降低生產(chǎn)成本。 (4)本發(fā)明不僅能拓寬煤矸石的利用途徑，提高利用率，又能大大減少煤矸石的堆 積、降低固體廢棄物對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染，化害為利，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中標(biāo)號(hào) 1-電熱絲，2-帶蓋爐管，3-保溫材料，4-開(kāi)關(guān)，5-電源，6_爐蓋，7-轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，8_爐 體，9-爐頭，10_撥齒。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例1
4
—種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示， 橫截面結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，該裝置為旋轉(zhuǎn)煅燒爐，窯爐具有長(zhǎng)圓形的爐體8，爐體8具 有5 15度的傾斜度。爐體8內(nèi)有序排列有8個(gè)爐管2，保溫材料3填充在長(zhǎng)圓形爐體8 和爐管2之間，爐管2內(nèi)裝有撥齒10，撥齒10呈螺旋狀沿爐管2內(nèi)壁圓周進(jìn)行固定，爐管2 外壁上纏繞著電熱絲1，爐頭9處設(shè)有爐頭蓋6，爐體8通過(guò)開(kāi)關(guān)4與電源5相連，爐體8外 有固定的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)7，爐管2平行內(nèi)置于爐體8內(nèi)部，隨爐體8同步旋轉(zhuǎn)。
實(shí)施例2 —種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實(shí)現(xiàn) (1)將固定碳含量13%的煤系高嶺巖進(jìn)行粗粉碎，粉碎粒度至40目； (2)再進(jìn)行超細(xì)研磨，研磨細(xì)粉粒度至400目，通過(guò)率大于97% ; (3)將超細(xì)粉填充至煅燒爐內(nèi)，細(xì)粉的填充量占煅燒爐管內(nèi)腔容積的85 % ，在溫
度26(TC條件下預(yù)熱，預(yù)熱3小時(shí)； (4)在溫度60(TC下煅燒，煅燒時(shí)間為20小時(shí)； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，制得復(fù)合炭黑填料。 制得的復(fù)合炭黑填料含碳量為12. 4% 。 實(shí)施例3 —種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實(shí)現(xiàn) (1)將固定碳含量10%的煤系高嶺巖進(jìn)行粗粉碎，粉碎粒度至60目； (2)再進(jìn)行超細(xì)研磨，研磨細(xì)粉粒度至800目，通過(guò)率大于97% ; (3)將超細(xì)粉填充至煅燒爐內(nèi)，細(xì)粉的填充量占煅燒爐管內(nèi)腔容積的90%，在溫
度30(TC條件下預(yù)熱，預(yù)熱2小時(shí)； (4)在溫度70(TC下煅燒，煅燒時(shí)間為15小時(shí)； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，制得復(fù)合炭黑填料。 制得的復(fù)合炭黑填料含碳量為9. 6% 。 實(shí)施例4 —種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實(shí)現(xiàn) (1)將固定碳含量8%的煤系高嶺巖進(jìn)行粗粉碎，粉碎粒度至80目； (2)再進(jìn)行超細(xì)研磨，研磨細(xì)粉粒度至1250目，通過(guò)率大于97% ; (3)將超細(xì)粉填充至煅燒爐內(nèi)，細(xì)粉的填充量占煅燒爐管內(nèi)腔容積的95%，在溫
度40(TC條件下預(yù)熱，預(yù)熱1. 5小時(shí)； (4)在溫度80(TC下煅燒，煅燒時(shí)間為8小時(shí)； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，制得復(fù)合炭黑填料。 制得的復(fù)合炭黑填料含碳量為7. 3% 。 實(shí)施例5 —種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實(shí)現(xiàn) (1)將固定碳含量6%的煤系高嶺巖進(jìn)行粗粉碎，粉碎粒度至100目； (2)再進(jìn)行超細(xì)研磨，研磨細(xì)粉粒度至2500目，通過(guò)率大于97% ; (3)將超細(xì)粉填充至煅燒爐內(nèi)，細(xì)粉的填充量占煅燒爐管內(nèi)腔容積的90%，在溫
度50(TC條件下預(yù)熱，預(yù)熱1小時(shí)；
(4)在溫度90(TC下煅燒，煅燒時(shí)間為3小時(shí)； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，制得復(fù)合炭黑填料。
制得的復(fù)合炭黑填料含碳量為5. 6% 。
權(quán)利要求
一種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置，該裝置為旋轉(zhuǎn)煅燒爐，其特征在于，窯爐具有長(zhǎng)圓形的爐體(8)，爐體(8)內(nèi)有序排列有5～9個(gè)爐管(2)，保溫材料(3)填充在長(zhǎng)圓形爐體(8)和爐管(2)之間，爐管(2)內(nèi)裝有撥齒(10)，爐管(2)外壁上纏繞著電熱絲(1)，爐頭(9)處設(shè)有爐頭蓋(6)，爐體(8)通過(guò)開(kāi)關(guān)(4)與電源(5)相連，爐體(8)外有固定的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置，其特征在于，所述爐體(8)具有5 15度的傾斜度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置，其特征在于，所述撥齒(10)呈螺旋狀沿爐管(2)內(nèi)壁圓周進(jìn)行固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的裝置，其特征在于，所述爐管(2)平行內(nèi)置于爐體(8)內(nèi)部，隨爐體(8)同步旋轉(zhuǎn)。
5. —種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法，其特征在于，依次按以下步驟實(shí)現(xiàn)(1) 將煤系高嶺巖進(jìn)行粗粉碎，粉碎粒度至40 100目；(2) 再進(jìn)行超細(xì)研磨，研磨細(xì)粉粒度至400 2500目，通過(guò)率大于97% ;(3) 將超細(xì)粉填充至煅燒爐內(nèi)，細(xì)粉的填充量占煅燒爐管內(nèi)腔容積的85 95%，在溫度260 50(TC條件下預(yù)熱，預(yù)熱1 3小時(shí)；(4) 在溫度500 1000。C條件下煅燒，煅燒3 20小時(shí)；(5) 在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，制得復(fù)合炭黑填料。
全文摘要
本發(fā)明提供了屬于煤炭深加工與煤矸石綜合利用工程技術(shù)領(lǐng)域的一種利用煤系高嶺巖制備復(fù)合炭黑填料的方法和裝置。該裝置為旋轉(zhuǎn)煅燒窯爐，窯爐具有長(zhǎng)圓形的爐體，爐管在爐體內(nèi)有序排列，保溫材料填充在爐體和爐管之間，爐管內(nèi)裝有撥齒，爐管外壁上纏繞著電熱絲，爐頭處設(shè)有爐頭蓋，爐體外有固定的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。將煤系高嶺巖進(jìn)行粗粉碎、超細(xì)研磨，將超細(xì)粉填充至煅燒爐內(nèi)，預(yù)熱，煅燒，在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，制得復(fù)合炭黑填料。該裝置無(wú)需增加惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，制品可廣泛用作橡膠的填充及補(bǔ)強(qiáng)劑，也可部分替代軟質(zhì)炭黑制造橡膠制品，降低了生產(chǎn)成本；拓寬了煤矸石的利用途徑，減少煤矸石的堆積、降低了固體廢棄物對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。
文檔編號(hào)C09C1/50GK101724300SQ20081022427
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者張艷榮, 楊玉芬, 蓋國(guó)勝, 蔡振芳 申請(qǐng)人:清華大學(xué)