一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法和裝置的製作方法
2023-05-10 00:38:31
專利名稱：一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於煤炭深加工與煤矸石綜合利用工程技術領域，特別涉及一種利用煤系
高嶺巖製備複合炭黑填料的方法和裝置。
背景技術：
橡膠製品的主要補強材料是炭黑，粒度在納米級範圍內，主要是烴類原料在無氧 (隔絕空氣)無火焰的情況下，熱裂解而成，以天然氣或焦爐氣為原料或以氣化後的重質油 或煤焦油為原料。由於原油供應緊張、原材料價格上漲、生產工藝複雜，使傳統炭黑的價格 居高不下。因此開發高檔、新型橡膠填充材料作為傳統炭黑的替代品具有一定的現實意義。
矽鋁複合炭黑(SAC)是由無機物與有機物組成的複合體，與有機高分子材料間具 有一定的相容性，主要成分為二氧化矽、氧化鋁以及有機碳等。與傳統炭黑相比，該複合填 料具有混煉時汙染少、混入速度快、分散性能好、延遲硫化防焦燒等特點，可提高製品性能、 節約動力消耗。但在目前利用煤系高嶺巖生產矽鋁炭黑的技術中，生產工藝簡單，粒度在 300 400目範圍內，產品性能較低，在橡膠製品中只能作為一般的填料使用，補強性能差。
以煤系高嶺巖為原料製備高白度煅燒高嶺土工藝中，根據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 類型。低溫鍛燒產品活性高，用於合成分子篩、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。而用於塑料橡膠的功能性填料，應為850°C， 在800 90(TC之間。中溫煅燒高嶺土的白度好，不透明度高，用於造紙工業，塗料工業，替 代鈦白粉作結構性顏料。要求鍛燒產品不但白度好、不透明度高，還要求光散射性能好、孔 隙率高，用於造紙，可增加塗料紙塗層孔隙體積和松厚度，減少壓光時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變為矽鋁尖晶石相，此時產生多孔膨體結 構，造成孔隙發育，溫度為1000 105(TC，這時結晶差的莫來石剛出現(一般含量<5%)， 產品的磨耗值相對較低。高溫鍛燒高嶺土為莫來石、方英石相，用於生產莫來石型砂、耐火 材料和特種陶瓷。目前不同種類的高嶺土產品對白度的要求很高，煅燒均要求在有氧氣氛 下進行，煤系高嶺巖中的碳成分全部被完全燃燒，以保證產品的白度與顏色。
煤系高嶺巖主要由A1203和Si02組成，發熱量通常在4000大卡左右，含碳量較 高，在我國蘊藏十分豐富，現已探明儲量1.673Gt，預測儲量高達11.086Gt。煤系高嶺巖 通常被作為煤炭開採的廢棄物與煤矸石一起排出堆放，以每年數億噸的速度增加，不僅侵 佔了大量的土地，由於自燃還嚴重汙染了生態環境，已成為一大公害。本發明專利是希望 利用改進的爐窯在少氧或缺氧的狀態下最大限度的保留其中的碳素成份，使其具有傳統 炭黑的補強及半補強性能。"十一五"期間，該研究已得到國家科技支撐計劃課題(編號 2007BAB24B02)的大力支持，因此利用煤系高嶺巖製備高檔複合橡膠炭黑填料具有廣闊的 發展前景。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法和裝置。
—種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置，該裝置為旋轉煅燒爐，其特徵在 於，窯爐具有長圓形的爐體8，爐體8內有序排列有5 9個爐管2，保溫材料3填充在長圓 形爐體8和爐管2之間，爐管2內裝有撥齒10，爐管2外壁上纏繞著電熱絲l，爐頭9處設 有爐頭蓋6，爐體8通過開關4與電源5相連，爐體8外有固定的轉動系統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內壁圓周進行固定。
所述爐管2平行內置於爐體8內部，隨爐體8同步旋轉。 —種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法，其特徵在於，依次按以下步驟實 現 (1)將煤系高嶺巖進行粗粉碎，粉碎粒度至40 100目； (2)再進行超細研磨，研磨細粉粒度至400 2500目，通過率大於97% ; (3)將超細粉填充至煅燒爐內，細粉的填充量佔煅燒爐管內腔容積的85 95%，
在溫度260 50(TC條件下預熱，預熱1 3小時； (4)在溫度500 IOO(TC下煅燒，煅燒時間為3 20小時； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，製得複合炭黑填料。 本發明的有益效果為 (1)超細煤系高嶺巖在密閉的容器內煅燒，由於細粉填充至爐管內腔容積的85 95%以及在爐管兩端蓋板的作用下，爐管內處於少氧或缺氧的密封狀態，從而使得原料將 在少氧或缺氧的氣氛下煅燒，無需增加惰性氣體進行保護，在少氧或缺氧的條件下，90%碳 素成分被保留； (2)生產工藝獨特，即不同於低檔矽鋁炭黑(SAC)的生產工藝，也不同於高白度煅 燒高嶺土的生產工藝，無汙染氣體排放，產品的附加值高； (3)製品可廣泛用作橡膠的填充及補強劑，也可部分替代軟質炭黑製造橡膠製品， 可大幅度降低生產成本。 (4)本發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、降低固體廢棄物對環境的嚴重汙染，化害為利，因此具有廣闊的應用前景。
圖1是利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置的結構示意圖；
圖2是利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置橫截面結構示意圖；
圖中標號 1-電熱絲，2-帶蓋爐管，3-保溫材料，4-開關，5-電源，6_爐蓋，7-轉動系統，8_爐 體，9-爐頭，10_撥齒。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明
實施例1
4
—種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置，該裝置結構示意圖如圖1所示， 橫截面結構示意圖如圖2所示，該裝置為旋轉煅燒爐，窯爐具有長圓形的爐體8，爐體8具 有5 15度的傾斜度。爐體8內有序排列有8個爐管2，保溫材料3填充在長圓形爐體8 和爐管2之間，爐管2內裝有撥齒10，撥齒10呈螺旋狀沿爐管2內壁圓周進行固定，爐管2 外壁上纏繞著電熱絲1，爐頭9處設有爐頭蓋6，爐體8通過開關4與電源5相連，爐體8外 有固定的轉動系統7，爐管2平行內置於爐體8內部，隨爐體8同步旋轉。
實施例2 —種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實現 (1)將固定碳含量13%的煤系高嶺巖進行粗粉碎，粉碎粒度至40目； (2)再進行超細研磨，研磨細粉粒度至400目，通過率大於97% ; (3)將超細粉填充至煅燒爐內，細粉的填充量佔煅燒爐管內腔容積的85 % ，在溫
度26(TC條件下預熱，預熱3小時； (4)在溫度60(TC下煅燒，煅燒時間為20小時； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，製得複合炭黑填料。 製得的複合炭黑填料含碳量為12. 4% 。 實施例3 —種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實現 (1)將固定碳含量10%的煤系高嶺巖進行粗粉碎，粉碎粒度至60目； (2)再進行超細研磨，研磨細粉粒度至800目，通過率大於97% ; (3)將超細粉填充至煅燒爐內，細粉的填充量佔煅燒爐管內腔容積的90%，在溫
度30(TC條件下預熱，預熱2小時； (4)在溫度70(TC下煅燒，煅燒時間為15小時； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，製得複合炭黑填料。 製得的複合炭黑填料含碳量為9. 6% 。 實施例4 —種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實現 (1)將固定碳含量8%的煤系高嶺巖進行粗粉碎，粉碎粒度至80目； (2)再進行超細研磨，研磨細粉粒度至1250目，通過率大於97% ; (3)將超細粉填充至煅燒爐內，細粉的填充量佔煅燒爐管內腔容積的95%，在溫
度40(TC條件下預熱，預熱1. 5小時； (4)在溫度80(TC下煅燒，煅燒時間為8小時； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，製得複合炭黑填料。 製得的複合炭黑填料含碳量為7. 3% 。 實施例5 —種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法，依次按以下步驟實現 (1)將固定碳含量6%的煤系高嶺巖進行粗粉碎，粉碎粒度至100目； (2)再進行超細研磨，研磨細粉粒度至2500目，通過率大於97% ; (3)將超細粉填充至煅燒爐內，細粉的填充量佔煅燒爐管內腔容積的90%，在溫
度50(TC條件下預熱，預熱1小時；
(4)在溫度90(TC下煅燒，煅燒時間為3小時； (5)在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，製得複合炭黑填料。
製得的複合炭黑填料含碳量為5. 6% 。
權利要求
一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置，該裝置為旋轉煅燒爐，其特徵在於，窯爐具有長圓形的爐體(8)，爐體(8)內有序排列有5～9個爐管(2)，保溫材料(3)填充在長圓形爐體(8)和爐管(2)之間，爐管(2)內裝有撥齒(10)，爐管(2)外壁上纏繞著電熱絲(1)，爐頭(9)處設有爐頭蓋(6)，爐體(8)通過開關(4)與電源(5)相連，爐體(8)外有固定的轉動系統(7)。
2. 根據權利要求1所述的一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置，其特徵在於，所述爐體(8)具有5 15度的傾斜度。
3. 根據權利要求1所述的一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置，其特徵在於，所述撥齒(10)呈螺旋狀沿爐管(2)內壁圓周進行固定。
4. 根據權利要求1所述的一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的裝置，其特徵在於，所述爐管(2)平行內置於爐體(8)內部，隨爐體(8)同步旋轉。
5. —種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法，其特徵在於，依次按以下步驟實現(1) 將煤系高嶺巖進行粗粉碎，粉碎粒度至40 100目；(2) 再進行超細研磨，研磨細粉粒度至400 2500目，通過率大於97% ;(3) 將超細粉填充至煅燒爐內，細粉的填充量佔煅燒爐管內腔容積的85 95%，在溫度260 50(TC條件下預熱，預熱1 3小時；(4) 在溫度500 1000。C條件下煅燒，煅燒3 20小時；(5) 在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，製得複合炭黑填料。
全文摘要
本發明提供了屬於煤炭深加工與煤矸石綜合利用工程技術領域的一種利用煤系高嶺巖製備複合炭黑填料的方法和裝置。該裝置為旋轉煅燒窯爐，窯爐具有長圓形的爐體，爐管在爐體內有序排列，保溫材料填充在爐體和爐管之間，爐管內裝有撥齒，爐管外壁上纏繞著電熱絲，爐頭處設有爐頭蓋，爐體外有固定的轉動系統。將煤系高嶺巖進行粗粉碎、超細研磨，將超細粉填充至煅燒爐內，預熱，煅燒，在密封條件下自然冷卻至室溫，取出打散，製得複合炭黑填料。該裝置無需增加惰性氣體進行保護，製品可廣泛用作橡膠的填充及補強劑，也可部分替代軟質炭黑製造橡膠製品，降低了生產成本；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環境的嚴重汙染。
文檔編號C09C1/50GK101724300SQ20081022427
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月15日 優先權日2008年10月15日
發明者張豔榮, 楊玉芬, 蓋國勝, 蔡振芳 申請人:清華大學