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煅燒高嶺土的生產簡述與全干法煅燒工藝制度煅燒高嶺土的生產簡述與全干法煅燒工藝制度河南華冠環保科技有限公司 18637113703 [摘 要] 闡述了煅燒高嶺土的生產、消費以及貿易情況和市場預測，并介紹了國內硬質高嶺土的特點，以及采用全干法生產煅燒高嶺土的設備和工藝制度。 [關鍵詞] 硬質高嶺土；煅燒；干法 高嶺土是我國的優勢非金屬礦資源。經高溫煅燒改性而成的煅燒高嶺土以其白度高、晶形好、孔隙率大、容重小、化學穩定性和絕緣性好、遮蓋力強等特性廣泛應用于油漆涂料、造紙、橡膠、塑料、電纜、陶瓷等領域。 煅燒高嶺土的生產、消費與貿易 年世界煅燒高嶺土總產量約為350萬t，其中美國約200萬t。英美等國的煅燒土以水洗高嶺土為原料，我國的則大部分以煤系高嶺巖為原料，南方則與英美等國一樣以水洗高嶺土為原料。 我國工業規模的煅燒高嶺土生產在20世紀90年代才起步，而以“雙90”級(即白度≥90，-2μm含量≥90%)產品為標準的優質煅燒高嶺土在1999年產量約6萬t，其中細度1250目以上的超細煅燒高嶺土約2萬t。2001年煅燒高嶺土的產量約為15萬t，其中白度≥90，細度1250目以上的超細煅燒高嶺土的產品約6萬t，較前年增長200%。 目前，我國煅燒高嶺土的設計生產能力已達到25萬t，其中高白度和超細優質煅燒高嶺土的設計生產能力約15萬t。主要生產企業有山西金洋煅燒高嶺土公司、山西朔州安平高嶺土公司(已被美國安格公司并購)、內蒙古三保準格爾高嶺土有限公司、山西陽泉金銳化工有限公司、山西鋸豐高嶺土有限公司、湖北恩施金山高嶺土有限公司、福建泰寧煅燒高嶺土有限公司等。目前正在建設和擴建的煅燒高嶺土生產廠家有山西朔州礦業有限公司(2萬t)、山西金洋煅燒高嶺土有限公司(2萬t)、蒙西高新材料股份有限公司(5萬t)、山西大同秦邦化工有限公司(1萬t)、安徽淮北高嶺土有限公司(5000t)、南海永聯實業有限公司(5000t)等。 煅燒高嶺土的主要消費領域是油漆涂料、造紙、橡膠、塑料、電纜等行業。其中油漆涂料和造紙是我國優質煅燒高嶺土最主要的消費領域，分別占國內超細、高白度優質煅燒高嶺 土消費量的60%和30%左右。估計2003年國內煅燒高嶺土的消費量約20萬t。其中油漆涂料的消費量約為9萬t，涂布紙的消費量約為6萬t，橡膠和電纜等約3萬t，其他約2萬t，其中高白度(92±2)和超細(1250目以上)優質煅燒高嶺土的消費量約16萬t。 根據海關統計，1997年我國進口優質高嶺土(含精選水洗高嶺土及煅燒高嶺土)3.72萬t，用于高檔油漆涂料和造紙等領域；1998年我國消費進口優質高嶺土5.43萬t；1999年進口優質高嶺土6.43萬t；2000年進口優質高嶺土達到10.52萬t；2001年增加到18.276萬t，較上一年度增加73.73%。由此可見，國內優質精選高嶺土和煅燒高嶺土的數量還不能完全滿足高檔油漆涂料及造紙等領域的需求。 中國煅燒高嶺土產品的價格為325目(白度＞90)1000～1200元/t；600～800目(白度＞90)1500～1800元/t；1250目(白度＞90)2000～2600元/t；2μm80%(白度＞90)2800～3400元/t；“雙90”產品3600～4200元/t；表面改性產品(1250目)3800～4500元/t。 煅燒高嶺土的市場情況與預測 煅燒高嶺土作為造紙涂料主要用于銅板紙、涂布白紙板、輕量涂布紙、玻璃紙等。盡管在造紙填料市場高嶺土面臨滑石粉、碳酸鈣強有力的競爭，但是在造紙涂料市場，優質煅燒高嶺土仍占據著最重要的地位。 2002年，使用優質煅燒高嶺土作涂料的銅板紙和涂布白紙板的實際生產能力超過200萬t。預計到2005年，造紙領域將需要涂料130萬t以上，其中高嶺土將占62%左右的份額(該份額低于美國的70%～80%，高于歐洲的60%)，即需求量將達到80萬t左右，按12%使用優質煅燒高嶺土計算，其中需要優質煅燒高嶺土超過10萬t；2015年國內造紙涂料高嶺土將達到200萬t，其中煅燒高嶺土30萬t，占優質高嶺土涂料需求量的15%左右。 除造紙涂料外，高檔油漆涂料、油墨、功能橡膠和塑料制品、電纜、陶瓷釉料等都使用優質高嶺土作為原料。其中高檔油漆(如立邦漆使用白度90以上，細度1250目以上優質煅燒高嶺土6000t/a)大量使用優質煅燒高嶺土。近幾年國內優質煅燒高嶺土(白度＞92)呈現出供不應求的局面，其中60%以上的需要量是高檔油漆生產廠商。隨著人民生活水平的提高，高檔油漆涂料的產量將不斷擴大，對高白度和超細煅燒高嶺土的需求量將不斷增加。2000年我國油漆涂料的年產量已近250萬t，目前僅有8%左右的油漆涂料廠家使用高白度和超細煅燒高嶺土作為功能性顏料和填料，用量約10萬t。由于涂料中加入超細高白度煅燒高嶺土后，具有良好的涂刷性、高分散性和優異的耐擦洗性和良好的耐候性、流動性、遮蓋性和光學性能，添加超細煅燒高嶺土還可節省15%～25%的鈦白粉，從而降低涂料成本。隨著油漆涂料行業對高白度和超細煅燒高嶺土優良使用性能的認可及市場對高檔油漆涂料需求量的增大，預計 年將有15%左右的油漆涂料廠家使用高白度和超細煅燒高嶺土，需求量約18萬t；2010年將有25%左右的油漆涂料廠家使用高白度和超細煅燒高嶺土，需求量約35萬t。 由于煅燒高嶺土優良的電纜絕緣性能，電纜填料市場對煅燒高嶺土的需求將穩步增長，預計2005年需求量將達到5萬t左右，2010年8萬t左右。由于煅燒高嶺土能提高橡膠和塑料制品的耐磨性、增加抗撕裂和撓曲強度等機械物理性能以及煅燒高嶺土填料優良的紅外線阻隔性能，煅燒高嶺土在功能性塑料和橡膠制品行業的需求量將不增加，預計2005年將達到6萬t左右，2010年將達到9萬t左右。預計2005年、2010年煅燒高嶺土在其他行業(陶瓷釉料、油墨、高檔耐火材料等)將分別達到5萬t和8萬t(見表1)。 表1 中國優質煅燒高嶺土需求量的預測(萬t) 消費領域 造紙 油漆涂料 橡膠及塑料制品 電纜 其他 國內需求量合計 出口量 合計 2005年 10 18 6 5 5 44 15 59 2010年 20 35 9 8 8 80 40 120 日本、韓國、東南亞國家和香港、臺灣地區，缺乏高嶺土資源，每年要大量從美國、巴西、英國等國家進口優質高嶺土產品。1999年日本、韓國、臺灣、印度尼西亞僅從美國進口的優質高嶺土就分別達到103.794萬t、14.593萬t、11.59萬t、6.846萬t。加上從巴西等國的進口量，日本每年高嶺土的進口量達120萬t以上。與美國、巴西、英國等國相比，中國與日本、韓國、東南亞等國家和地區距離近，運輸費用少。從2000年開始，我國已向周邊國家和地區出口優質高嶺土。隨著我國煅燒高嶺土加工技術的進步、產品質量的提高以及生產規模的擴大，預計到2005年，我國將向周邊國家和地區出口優質煅燒高嶺土，按保守估計，出口量達到15萬t，2010年將達到40萬t左右。 就目前優質煅燒高嶺土的生產能力來估計，國內優質煅燒高嶺土供不應求的局面至少將持續3～5年。但是，3～5年后市場競爭將趨于激烈。產品單一、質量不穩定、生產成本高的企業將面臨嚴峻的市場環境。 我國硬質高嶺土的特點 我國北方石炭—二疊紀煤系地層中，蘊藏著極其豐富，種類繁多的煤系高嶺土。其中煤系硬質高嶺巖，儲量巨大，分布廣泛。在煤系高嶺巖中，又以火山灰沉積蝕變的夾矸型硬質高嶺巖質優量大，產狀穩定，分布廣泛。硬質高嶺巖一般呈灰色、灰黑色，甚至褐色，致密堅硬，常為塊狀構造，有的具層理或層面劈理，無吸水膨脹性。 煤系高嶺巖往往與煤層及其夾矸(頂、底板)具有成因聯系，這種關系決定了煤系高嶺巖的特殊工藝性能。利用煤系高嶺巖生產造紙涂料級煅燒高嶺土，須選擇質量純凈的煤系高嶺巖，我國北方石炭—二疊紀的煤系硬質高嶺巖，可劃分為夾矸型和夾層型兩個主要類型。夾矸型的煤系高嶺巖主要分布于陰山以南，賀蘭山以東，秦嶺淮河以北。由北向南，由西向東，高嶺巖相應變薄減少，主要分布在山西、陜北、內蒙西及西南、寧夏等地，尤以山西朔州的為好。主要位居煤層中或頂、底板與煤層共生，屬于典型的夾矸，厚度＜30cm。呈黑、黑灰、黑褐色；顯微晶質至細晶、粗晶質，塊狀、層狀，粒度粗細混合。高嶺石含量高且呈片狀，不含埃洛石；SiO2/Al2O3摩爾比為2，鐵、鈦含量低，燒失量大。賦存有規律，儲量較大，是生產造紙用超細煅燒高嶺土的優質原料。 純凈的高嶺土(巖)應呈白色，引起白度降低的主要因素是雜質。依據雜質產出狀態和性質可大致分成三類：第一類是和高嶺石一起沉積的有機質，稱作有機碳，它將高嶺土(巖)染成灰黑色。多數情況下，碳質以機械混入物的形式混入高嶺土(巖)中，但在成巖過程中，部分碳質可包裹在高嶺石晶格中，給除碳造成一定的困難。第二類是色素元素，如Fe、Ti、V、Cr、Cu、Mn等。一般情況下，高嶺土(巖)中的V、Cr、Cu和Mn等元素含量甚微，對白度影響不大。Fe和Ti是高嶺土(巖)的主要染色元素，賦存形式有Fe2O3·nH2O、FeO、FeCO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、FeS2、TiO2(金紅石、銳鈦礦、板鈦礦)。第三類是暗色礦物，如黑云母、綠泥石等。暗色礦物在高嶺土(巖)呈色中居次要地位。因此，影響高嶺土(巖)白度的主要因素是碳質、鐵和鈦。煤系高嶺巖的成巖，是在溫度、壓力的作用下形成的，所以礦石中高嶺石的有序度，均較風化(水洗土)和近代沉積作用形成的高嶺石要高，經受了成礦作用，又進一步重結晶有序化，內部結構緊密，硬度較水洗土高，達到2.5～3.5，顆粒緊密堆積，但結晶空間受限制，因而自形程度較差，破壞晶格構造需要較大的能量，可塑性低，脫羥溫度較高。煤系高嶺巖差熱分析圖譜中常見的特征是：較高的脫羥溫度，吸熱谷寬且常有復谷出現，就是其有序度高所引起的；同時，煅燒制度的制定，以及粉碎設備材質的選擇，須以煅燒目的與礦石性質為依據。 高嶺石在加熱過程中脫水、分解、析出新相等變化較為復雜，主要包括兩個階段：脫水階段與脫水后產物的轉化階段。 脫水階段：100～110℃游離水排除；110～140℃，其他礦物雜質帶入水的排除(如多水高嶺石中的水)；400～450℃，晶格水開始緩慢排除；450～550℃，晶格水快速排出；500～800℃，脫水緩慢進行；800℃～1000℃，殘余水排除完畢。 脫水后產物的轉化階段：脫水過程中，自550℃開始，生成偏高嶺石，偏高嶺石是接近高嶺石結構的產物，但不完全是晶體(相當等軸晶系的均質體、一軸晶、二軸晶準晶質)。有些結晶好的仍有少量羥基水存在，稱變水高嶺石。脫水后產物繼續轉化的起始溫度是925℃，構成鋁硅尖晶石結構。1050～1100℃開始轉化為似莫來石，1200～1400℃則完全莫來石化。 高嶺土煅燒制度 .1 煅燒溫度 高嶺土在煅燒過程中由于煅燒溫度不同，煅燒產品的物相不同、特性不同，致使應用方向和應用領域也不同。煅燒可脫除染色雜質，如碳和鐵、鈦的化合物；脫除羥基水，提高化學反應活性，生成新的物質，如偏高嶺石、莫來石等。 碳氫化合物及碳素物質，其熱反應過程可歸結為：碳氫化合物先蒸餾為氣態，再在高溫裂化為小分子的可燃氣體，然后參與氧化燃燒形成CO2和水汽。碳素成分由于其燃點較高(煤和焦炭的燃點大約在440～600℃)，氧化速度較慢，需要充分的煅燒時間。煤系高嶺巖煅燒脫碳漂白，其煅燒溫度通常會延續到800℃以上，甚至更高。 煅燒溫度越高，產物的白度越高，但不同的溫度下煅燒產物適用于不同的用途。如用作合成4分子篩和鋁鹽化工，最好在700℃左右；而用在塑料、橡膠電纜上則應嚴格控制在850℃以下，硬度4左右；而在1050℃下煅燒成的高嶺土產品，可獲得較好的吸油值和大的比表面積，并且有良好的遮蓋率和不透明性，同時比脫羥高嶺土更白更亮，用作紙張涂料使其具有良好光學性能，并可代替TiO2降低紙張成本，此時硬度可達6～7；而經過1200～1525℃煅燒的高嶺土已基本莫來石化，耐火度達1770℃，莫氏硬度7～8.5，用作陶瓷制品。 .2 煅燒原料的粒度 煅燒原料的粒度對煅燒工藝、煅燒產品的白度有較大的影響。粒度粗，脫碳難，特別是顆粒內部碳質不易揮發；恒溫時間長，影響煅燒產品白度，對產品超細粉碎最終白度影響更大。原料粒度細，表面積大，脫碳較容易，碳質易揮發；恒溫時間短，生產周期短，煅燒產品的白度較高。 原料的粒度對煅燒產品更深層的影響，是對煅燒產品的使用特性的影響。煤系高嶺巖經成巖作用，礦物顆粒粗，比表面積小，只有在煅燒前粉碎到一定粒度，煅燒產品才能獲得最佳的松厚度、孔隙率。 由于純凈高嶺石呈2μm片狀，晶體呈松散易滑移的“工”字結構，在粉碎過程，2μm含量相對較高。在造紙涂料中，要求盡可能控制10μm以上大顆粒，以及0.5μm以下細顆粒的含量，這就要求分級粒度盡可能分布較窄。 同時，隨著煅燒溫度的升高，煅燒料的硬度也由2.5升至8。而達到涂料級要求的煅燒土，溫度必須控制在850～1050℃之間，此時產物的硬度高達6～7，對粉碎設備的材質要求極高，象干法設備的耐磨內襯，濕法設備的內襯與研磨介質，硬度一般要求HRC(洛氏)達到62以上，HV(維氏)達到750以上，HBW(布氏)達到700以上。優質的耐磨材料的選擇，是防止煅燒土二次污染的關鍵因素。 .3 煅燒窯爐及煅燒方式 理想的煅燒窯爐應能連續作業，耗能低；能滿足溫升速度和氣氛控制要求；煅燒產品溫差小、均勻，煅燒過程操作方便，勞動強度低；煙塵、噪音符合環境標準要求，投資成本相對較低。 為達到小投資，低成本，生產控制簡易，只有采用小型靜態窯。而改進型的小型梭式窯，與傳統靜態煅燒相比，具有動態窯爐相當的熱效率，勞動強度低，氣體流動速度快，能充分燃燒，上下溫差小，燃燒均勻，產品質量穩定。而動態窯爐如回轉窯占地面積大，投資大，煅燒溫升段相對不易控制，生產工藝操作復雜，行業成本高。 .4 升溫速度與恒溫時間 升溫速度與恒溫時間的選擇，對煤系高嶺巖在煅燒過程中脫羥，脫碳質以及高孔隙率的獲得，具有重要影響。 升溫速度控制適當、羥基和碳質脫失徹底，煅燒產品表面均勻干凈，表面積大，才能充分形成煅燒產品的膨松結構。煤系高嶺巖中的碳質，均勻地膠結在高嶺石的表面和顆粒間的縫隙內，以及滲透到其解理縫中，它的揮發和脫失，要非常均勻和相對持續一定時間。 高嶺土的煅燒是不斷加熱升溫的過程，由于脫失羥基和物相轉變，升溫速度不是均勻遞升的。高嶺土在脫失羥基時是一個吸熱過程，這個階段升溫要慢些，才有利于表面羥基和內部羥基的脫除。對于結晶好的，有序度高的高嶺土，920～950℃時剩余的內部羥基才能脫失完畢。而在950～1050℃是一個放熱過程，均勻加熱，升溫要快些。 經過不同程度后期成巖作用的高嶺巖，其中碳質的芳香鏈環長短不同，因此脫失碳質難易程度不同，要求的恒溫時間和煅燒溫度也就不同。 .5 添加劑選擇和煅燒氣氛控制。 使用不同煅燒添加劑，可簡化生產流程，在相對低溫下完成脫羥、脫碳、增白等過程， 降低產物硬度，降低成本，增加煅燒產品品種。 煅燒氣氛的控制，對煅燒產品的白度和黃色度的影響也很大。由于煤系高嶺巖碳質的脫除，需要氧化氣氛焙燒，同時造成其中的Fe質變成高價，這樣必然造成在碳質脫除，白度提高的同時，產品的黃色度也相應提高。因此，在一定溫度下，采用還原氣氛使高價Fe還原為低價Fe，控制煅燒氣氛，使產品白度提高，黃色度降低，有利于產品在造紙和涂料中的使用。 選擇理想的添加劑，可起漂白和使鐵生成可揮發化合物的作用。我們在高嶺土(巖)粉中加入數種添加劑，一是改變爐內氣氛，對高嶺土(巖)直接漂白；二是與鐵反應，生成鐵化物揮發帶走，起到除鐵漂白的作用；三是降低轉化溫度，使產出物在低轉化溫度下除鐵而不帶入其他顏色。 高嶺土全干法生產工藝 (1)技術來源 煅燒窯爐采用臺式小型SK-10改進型高溫梭式窯(最高溫度可達1300℃)，窯內采用BOS纖維板作內襯，燃料采用液化石油氣，升溫速度快，窯內溫差小，物料受熱均勻，可達到理想的煅燒質量；目前臺資煅燒高嶺土廠均采用此類高溫梭式窯，技術成熟穩定。 超細粉碎與分級設備，采用國內最新替代產品BXZM-800型高速旋流超細粉碎自磨機進行高嶺土的超細加工，粒度細、能耗低、產量高，特別適合莫氏硬度小于8的非金屬礦的超細粉碎。 (2)工藝技術成熟程度 采用小型高溫梭式窯，煅燒溫度、煅燒氣氛、物料停留時間等工藝參數均可自動調控，熱效率高；物料受熱均勻，單位產品能耗低；產品白度高，質量穩定。單窯產量可達2.0～3.0t，日產量可達9～12t。 BXZM-800型超細粉碎高速旋流自磨機組的特點是在粉碎腔下安裝一錐形粉碎轉盤，旋轉盤外斜錐面上固定有沖擊粉碎板與兩組助粉碎板。配套的超細分級機，采用輪式雙金屬機械密封裝置與迷宮護衛圈配合，杜絕了粉體跑粗現象，分級產量大，精度高，能耗極低。能穩定生產800～6000目超細粉體產品。此機組生產高嶺土超細粉，產量在1.0～1.5t，日產量可達24～30t，足以滿足配套窯爐的生產要求。 (3)工藝技術的優越性 采用改進型高溫梭式窯進行煅燒，與國內高嶺土廠數億上千萬投資相比，單位折舊大大降低，投資小，見效快。尤其是煅燒升溫曲線容易控制，便于操作。 由于高嶺土煅燒后，硬度顯著增加，對粉碎機材料的磨損極大，造成產品受到污染，產 品質量達不到要求，而我們采用BXZM-800型高速旋流自磨機，直接塊礦進料，一次粉碎分級成相應細度，采用最新WCS碳化鎢鋼梯度耐磨材料，在耐磨件的鋼基體上通過高能離子注滲WCS產品。具有高硬度、高強度、高韌性、高抗疲勞和高耐磨性。使工件表面光潔度不受破壞，提高耐磨件的使用壽命。比傳統高鉻鑄鋼、鑄鐵及硬質耐磨合金塊條，硬度高得多，HRC達63～65。韌性強，能在加工過程中，把工件磨損的鐵污染降低到最小，杜絕了產品的二次污染，提高了煅燒高嶺土產品的純度與質量。實行全封閉一體化生產。 與目前國內煅燒高嶺土“全濕法”生產工藝相比，“全干法”生產工藝具有生產成本低，生產工藝簡單易控的獨特優勢，同時能生產出與“全濕法”產品一樣的高白度，白度可在93%～96%，具有巨大的性能價格優勢。 (4)高嶺巖的煅燒工藝流程 超細煅燒高嶺土生產工藝流程主要包括四個部分：①原料的預先干燥，達到進行超細粉碎的水份要求；②高嶺土的超細粉碎與分級，達到煅燒要求粒度；③高溫煅燒處理成要求純度和白度；④煅燒后的打散解聚，達到最終成品要求細度。生產工藝流程圖如下。 油漆涂料、塑料橡膠級：高嶺土原料→水洗除雜→混入藥劑→干法粉碎(800目、1250目)→煅燒→解聚打散→產品(800目、1250目、2000目、3000目)。 造紙涂料級：原料→水洗除雜→混入藥劑→干法粉碎(2μm＞80%)→煅燒→混入干磨助劑→解聚打散→產品(1250目、2000目、3000目、2μm＞70%、2μm＞80%及部分2μm＞90%)。 產品質量標準、主要設備、原材料及水電成本分別見表2、表3、表4。 表2 產品質量標準(%，按GB/T14563-93) 牌號 白度 92 94 SiO2 56 54 Al2O3 42 44 Fe2O30.5 0.3 TiO20.3 0.3 K2O 0.1 0.1 Na2O0.2 0.2 CaO LOI 0.3 0.3 60 65 55 60 0.5 0.5 表3 主要設備 設備名稱 顎式破碎機 超細粉碎成套設備 高溫窯爐 干燥設備 型高溫轉盤和襯圈 脈沖布袋除塵器 規格型號 250×400 BXZM-800 SK-10 非標 非標(HRC＞63) JH-60 臺數 1 1 1 1 1 1 功率(kW) 15 160 2.2 價格(萬元) 1 65 20 3 3 3.7 調頻電動機 離心鼓風機 液化氣鋼瓶 高溫耐火料盆 合計 YTPFQ1600L-2 90L-9-19 50kg 非標 1 2 20 5 000 22 4.4 203.6 1.3 0.5 1 2 100.5 表4 原材料及水電成本 名稱 精選高嶺土 煤氣 紙塑三復合袋 電 水 藥劑消耗 合計 單位 t t 個 度 t t 單耗 1.2 0.15 50 250 2 0.015 單價(元) 300 3 000 2 0.6 1 均價10 000 單耗價(元/t) 360 450 100 150 2 150 1 212 結 語 綜上所述全干法生產煅燒高嶺土工藝與全濕法生產工藝相比，具有投資小，工藝簡單，生產操作方便易控，質量穩定，生產成本低等優點，具有極高的性價比，值得大力推廣。 河南華冠環保科技有限公司在山西境內有大量的煅燒高嶺土行業業績，細度有325、800、1000、1250目， 產量有50-200噸每天產能，可技術轉讓，可出售設備，產品。 河南華冠環保科技有限公司專業致力于資源再利用、高嶺土行業，生產的回轉窯運轉率可提高10%以上，產量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產能達到50-500t/d，更加節能環保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號)，華冠環保科技公司為您竭誠服務，隨時歡迎前來參觀! 專業售后服務！
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