专利名称：一种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于煤炭深加工与煤矸石综合利用工程技术领域，特别涉及一种利用煤系
高岭岩制备复合炭黑填料的方法和装置。
背景技术：
橡胶制品的主要补强材料是炭黑，粒度在纳米级范围内，主要是烃类原料在无氧 (隔绝空气)无火焰的情况下，热裂解而成，以天然气或焦炉气为原料或以气化后的重质油 或煤焦油为原料。由于原油供应紧张、原材料价格上涨、生产工艺复杂，使传统炭黑的价格 居高不下。因此开发高档、新型橡胶填充材料作为传统炭黑的替代品具有一定的现实意义。
硅铝复合炭黑(SAC)是由无机物与有机物组成的复合体，与有机高分子材料间具 有一定的相容性，主要成分为二氧化硅、氧化铝以及有机碳等。与传统炭黑相比，该复合填 料具有混炼时污染少、混入速度快、分散性能好、延迟硫化防焦烧等特点，可提高制品性能、 节约动力消耗。但在目前利用煤系高岭岩生产硅铝炭黑的技术中，生产工艺简单，粒度在 300 400目范围内，产品性能较低，在橡胶制品中只能作为一般的填料使用，补强性能差。
以煤系高岭岩为原料制备高白度煅烧高岭土工艺中，根据锻烧温度可以将锻烧高 岭土划分为600 1000。C，低温锻烧；1000 1200。C，中温锻烧；> 1200。C，高温锻烧三种 类型。低温锻烧产品活性高，用于合成分子筛、铝盐化工及塑料、橡胶的功能性材料。最佳锻 烧温度的选择，因原料的成因、粒度、加工方法、用途的不同而异。如合成4A分子筛和铝盐 化工，最好在70(TC左右，680 80(TC为最佳。而用于塑料橡胶的功能性填料，应为850°C， 在800 90(TC之间。中温煅烧高岭土的白度好，不透明度高，用于造纸工业，涂料工业，替 代钛白粉作结构性颜料。要求锻烧产品不但白度好、不透明度高，还要求光散射性能好、孔 隙率高，用于造纸，可增加涂料纸涂层孔隙体积和松厚度，减少压光时的亮度和不透明度的 损失。选择的最佳锻烧温度，则是在非晶相刚刚转变为硅铝尖晶石相，此时产生多孔膨体结 构，造成孔隙发育，温度为1000 105(TC，这时结晶差的莫来石刚出现(一般含量<5%)， 产品的磨耗值相对较低。高温锻烧高岭土为莫来石、方英石相，用于生产莫来石型砂、耐火 材料和特种陶瓷。目前不同种类的高岭土产品对白度的要求很高，煅烧均要求在有氧气氛 下进行，煤系高岭岩中的碳成分全部被完全燃烧，以保证产品的白度与颜色。
煤系高岭岩主要由A1203和Si02组成，发热量通常在4000大卡左右，含碳量较 高，在我国蕴藏十分丰富，现已探明储量1.673Gt，预测储量高达11.086Gt。煤系高岭岩 通常被作为煤炭开采的废弃物与煤矸石一起排出堆放，以每年数亿吨的速度增加，不仅侵 占了大量的土地，由于自燃还严重污染了生态环境，已成为一大公害。本发明专利是希望 利用改进的炉窑在少氧或缺氧的状态下最大限度的保留其中的碳素成份，使其具有传统 炭黑的补强及半补强性能。"十一五"期间，该研究已得到国家科技支撑计划课题(编号 2007BAB24B02)的大力支持，因此利用煤系高岭岩制备高档复合橡胶炭黑填料具有广阔的 发展前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法和装置。
—种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置，该装置为旋转煅烧炉，其特征在 于，窑炉具有长圆形的炉体8，炉体8内有序排列有5 9个炉管2，保温材料3填充在长圆 形炉体8和炉管2之间，炉管2内装有拨齿10，炉管2外壁上缠绕着电热丝l，炉头9处设 有炉头盖6，炉体8通过开关4与电源5相连，炉体8外有固定的转动系统7。
所述炉体8具有5 15度的倾斜度。
所述拨齿10呈螺旋状沿炉管2内壁圆周进行固定。
所述炉管2平行内置于炉体8内部，随炉体8同步旋转。 —种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法，其特征在于，依次按以下步骤实 现 (1)将煤系高岭岩进行粗粉碎，粉碎粒度至40 100目； (2)再进行超细研磨，研磨细粉粒度至400 2500目，通过率大于97% ; (3)将超细粉填充至煅烧炉内，细粉的填充量占煅烧炉管内腔容积的85 95%，
在温度260 50(TC条件下预热，预热1 3小时； (4)在温度500 IOO(TC下煅烧，煅烧时间为3 20小时； (5)在密封条件下自然冷却至室温，取出打散，制得复合炭黑填料。 本发明的有益效果为 (1)超细煤系高岭岩在密闭的容器内煅烧，由于细粉填充至炉管内腔容积的85 95%以及在炉管两端盖板的作用下，炉管内处于少氧或缺氧的密封状态，从而使得原料将 在少氧或缺氧的气氛下煅烧，无需增加惰性气体进行保护，在少氧或缺氧的条件下，90%碳 素成分被保留； (2)生产工艺独特，即不同于低档硅铝炭黑(SAC)的生产工艺，也不同于高白度煅 烧高岭土的生产工艺，无污染气体排放，产品的附加值高； (3)制品可广泛用作橡胶的填充及补强剂，也可部分替代软质炭黑制造橡胶制品， 可大幅度降低生产成本。 (4)本发明不仅能拓宽煤矸石的利用途径，提高利用率，又能大大减少煤矸石的堆 积、降低固体废弃物对环境的严重污染，化害为利，因此具有广阔的应用前景。
图1是利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置的结构示意图；
图2是利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置横截面结构示意图；
图中标号 1-电热丝，2-带盖炉管，3-保温材料，4-开关，5-电源，6_炉盖，7-转动系统，8_炉 体，9-炉头，10_拨齿。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
实施例1
4
—种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置，该装置结构示意图如图1所示， 横截面结构示意图如图2所示，该装置为旋转煅烧炉，窑炉具有长圆形的炉体8，炉体8具 有5 15度的倾斜度。炉体8内有序排列有8个炉管2，保温材料3填充在长圆形炉体8 和炉管2之间，炉管2内装有拨齿10，拨齿10呈螺旋状沿炉管2内壁圆周进行固定，炉管2 外壁上缠绕着电热丝1，炉头9处设有炉头盖6，炉体8通过开关4与电源5相连，炉体8外 有固定的转动系统7，炉管2平行内置于炉体8内部，随炉体8同步旋转。
实施例2 —种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法，依次按以下步骤实现 (1)将固定碳含量13%的煤系高岭岩进行粗粉碎，粉碎粒度至40目； (2)再进行超细研磨，研磨细粉粒度至400目，通过率大于97% ; (3)将超细粉填充至煅烧炉内，细粉的填充量占煅烧炉管内腔容积的85 % ，在温
度26(TC条件下预热，预热3小时； (4)在温度60(TC下煅烧，煅烧时间为20小时； (5)在密封条件下自然冷却至室温，取出打散，制得复合炭黑填料。 制得的复合炭黑填料含碳量为12. 4% 。 实施例3 —种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法，依次按以下步骤实现 (1)将固定碳含量10%的煤系高岭岩进行粗粉碎，粉碎粒度至60目； (2)再进行超细研磨，研磨细粉粒度至800目，通过率大于97% ; (3)将超细粉填充至煅烧炉内，细粉的填充量占煅烧炉管内腔容积的90%，在温
度30(TC条件下预热，预热2小时； (4)在温度70(TC下煅烧，煅烧时间为15小时； (5)在密封条件下自然冷却至室温，取出打散，制得复合炭黑填料。 制得的复合炭黑填料含碳量为9. 6% 。 实施例4 —种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法，依次按以下步骤实现 (1)将固定碳含量8%的煤系高岭岩进行粗粉碎，粉碎粒度至80目； (2)再进行超细研磨，研磨细粉粒度至1250目，通过率大于97% ; (3)将超细粉填充至煅烧炉内，细粉的填充量占煅烧炉管内腔容积的95%，在温
度40(TC条件下预热，预热1. 5小时； (4)在温度80(TC下煅烧，煅烧时间为8小时； (5)在密封条件下自然冷却至室温，取出打散，制得复合炭黑填料。 制得的复合炭黑填料含碳量为7. 3% 。 实施例5 —种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法，依次按以下步骤实现 (1)将固定碳含量6%的煤系高岭岩进行粗粉碎，粉碎粒度至100目； (2)再进行超细研磨，研磨细粉粒度至2500目，通过率大于97% ; (3)将超细粉填充至煅烧炉内，细粉的填充量占煅烧炉管内腔容积的90%，在温
度50(TC条件下预热，预热1小时；
(4)在温度90(TC下煅烧，煅烧时间为3小时； (5)在密封条件下自然冷却至室温，取出打散，制得复合炭黑填料。
制得的复合炭黑填料含碳量为5. 6% 。
权利要求
一种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置，该装置为旋转煅烧炉，其特征在于，窑炉具有长圆形的炉体(8)，炉体(8)内有序排列有5～9个炉管(2)，保温材料(3)填充在长圆形炉体(8)和炉管(2)之间，炉管(2)内装有拨齿(10)，炉管(2)外壁上缠绕着电热丝(1)，炉头(9)处设有炉头盖(6)，炉体(8)通过开关(4)与电源(5)相连，炉体(8)外有固定的转动系统(7)。
2. 根据权利要求1所述的一种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置，其特征在于，所述炉体(8)具有5 15度的倾斜度。
3. 根据权利要求1所述的一种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置，其特征在于，所述拨齿(10)呈螺旋状沿炉管(2)内壁圆周进行固定。
4. 根据权利要求1所述的一种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的装置，其特征在于，所述炉管(2)平行内置于炉体(8)内部，随炉体(8)同步旋转。
5. —种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法，其特征在于，依次按以下步骤实现(1) 将煤系高岭岩进行粗粉碎，粉碎粒度至40 100目；(2) 再进行超细研磨，研磨细粉粒度至400 2500目，通过率大于97% ;(3) 将超细粉填充至煅烧炉内，细粉的填充量占煅烧炉管内腔容积的85 95%，在温度260 50(TC条件下预热，预热1 3小时；(4) 在温度500 1000。C条件下煅烧，煅烧3 20小时；(5) 在密封条件下自然冷却至室温，取出打散，制得复合炭黑填料。
全文摘要
本发明提供了属于煤炭深加工与煤矸石综合利用工程技术领域的一种利用煤系高岭岩制备复合炭黑填料的方法和装置。该装置为旋转煅烧窑炉，窑炉具有长圆形的炉体，炉管在炉体内有序排列，保温材料填充在炉体和炉管之间，炉管内装有拨齿，炉管外壁上缠绕着电热丝，炉头处设有炉头盖，炉体外有固定的转动系统。将煤系高岭岩进行粗粉碎、超细研磨，将超细粉填充至煅烧炉内，预热，煅烧，在密封条件下自然冷却至室温，取出打散，制得复合炭黑填料。该装置无需增加惰性气体进行保护，制品可广泛用作橡胶的填充及补强剂，也可部分替代软质炭黑制造橡胶制品，降低了生产成本；拓宽了煤矸石的利用途径，减少煤矸石的堆积、降低了固体废弃物对环境的严重污染。
文档编号C09C1/50GK101724300SQ20081022427
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月15日 优先权日2008年10月15日
发明者张艳荣, 杨玉芬, 盖国胜, 蔡振芳 申请人:清华大学