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利用煤系高嶺石生產煅燒高嶺土的技術利用煤系高嶺石生產煅燒高嶺土的技術 高嶺土，特別是超細煅燒高嶺土，作為一種非常重要的無機非金屬材料，憑借其優異的物理性能在造紙工業中一直占有非常重要的地位。造紙工業使用的煅燒高嶺土是一種多孔的高白度結構性功能材料，這種材料主要是用于替代價格昂貴的鈦白粉等高級顏料。造紙工業對煅燒高嶺土的質量要求主要表現為對煅燒高嶺土的粒度、白度及遮蓋力、吸油率、粘濃度、pH值、磨耗值等指標的要求。近年來，英、美等國已相繼開發并批量生產出一些具有高白度、高細度并且具有高遮蓋力的名牌產品，其產品白度(F457)與細度(以-2微米顆粒含量計)均已超過90%(即通常所稱的“雙90”指標)，在普通水洗高嶺土市場受重質碳酸鈣沖擊而連年萎縮的情況下，市場銷售一派繁榮，令許多廠家競相追隨。自八十年代以來，煤系高嶺土的大量發現(據稱遠景儲量超過100億噸)，并且由于煤系高嶺土的品質高，有害雜質極少，使它成為生產造紙涂布級煅燒高嶺土的理想原料。近年來，我國許多部門以“雙90”為目標，就利用煤矸石生產造紙涂料級高嶺土的工藝開發做了一些嘗試并已經取得一定進展。然 而，目前只有極少數的企業能夠生產出合格產品，大部分企業由于原料、工藝以及設備等方面的原因，產品質量以及產品成本一直不盡人意。本文擬對現有的一些工藝過程做一分析比較，以期從中獲得一些啟示。 一工藝原理 利用煤矸石生產造紙涂布級高嶺土的工藝主要包括兩個部分：粉碎超細過程與煅燒增白過程。 粉碎超細過程 粉碎超細過程是決定高嶺土質量的一個重要環節。煤系高嶺土的粉碎超細屬硬質高嶺土粉碎(由5～20mm至40～80μm)超細(由40～80μm至-10μm或-2μm)。盡管各種設備的功能、破碎范圍、能耗等不盡相同，但按其破碎粉碎原理可以概括為以下幾種： )擠壓法：由于壓力P作用在兩塊工作面之間的物料粉碎； )沖擊法：由于沖擊力作用使物料粉碎。沖擊力的產生是由于：運動的工作體對物料的沖擊；高速運動的物料向固定的工作面沖擊；高速運動的物料互相沖擊；高速運動的工作體向懸空的物料沖擊； )磨剝法：靠運動的工作面對物料摩擦時所施的剪切力，或者靠物料彼此之間摩擦時的剪切作用而使物料粉碎； 4)劈裂法：物料因楔形工作體的作用而粉碎。 不同型式的粉碎機粉碎物料的方法各不相同。在一臺粉碎機中也不是單純使用一種方法，通常都是由兩種或兩種以上的方法結合起來進行粉碎的。 現有高嶺土粉碎超細過程中粗碎、中碎過程一般使用以擠壓法或沖擊法為主的粉碎設備，而超細過程所使用的設備則以磨剝法為主。 煅燒增白過程 鑒于煤系高嶺土的成巖特性，即其中含有部分有機質，使其原礦白度僅有6～40%，遠不能滿足造紙工業對涂布級高嶺土的質量要求，因而必須采用煅燒脫碳增白工藝過程。煤系高嶺土中有機質及固定碳在煅燒增白過程中經歷如下反應： (m 1/4n)O2→mCO2 1/2nH2O O2→CO2 以上兩種形式的碳一般在300～800℃間發生反應，經歷一定時間反應便可完成以達到脫碳的目的。在進行加熱的過程中，高嶺石族礦物熱反應歷程見表1。 表1 高嶺石族礦物熱反應歷程 溫度℃ 熱反應 ～110 脫除物理水 ～800 脫除結構水，形成偏高嶺土 偏高嶺土發生晶形轉化，形成鋁硅尖晶石 鋁硅尖晶石轉化為擬莫來石 擬莫來石轉變為莫來石 其中形成莫來石及方石英的溫度在1000℃以上。為了避免形成有害礦物晶形(莫來石和方石英)，在生產造紙級高嶺土的工藝過程中，一般控制煅燒溫度在1000℃以下。根據對高嶺土質量的不同要求，又可分為中溫煅燒高嶺土及高溫煅燒高嶺土兩種產品。 目前的煅燒工藝可以分為成型煅燒工藝及粉體煅燒工藝，且各具特點。 二工藝流程簡介及特點分析與討論 根據超細工藝是采用濕法工藝還是干法工藝以及超細工藝與煅燒工藝的前后順序，可將生產工藝組合為四種，即(1)先濕法超細后煅燒工藝(2)先干法超細后煅燒工藝(3)先煅燒后濕法超細工藝(4)先煅燒后干法超細工藝。由于人們對超細物料的認識不同，因而在不同的企業中選用的工藝路線也不盡相同，作者擬對各不同路線進行簡單分析： )先煅燒后濕法超細工藝 該工藝的流程框圖為： 原礦→破碎→粉碎→煅燒→濕法超細→干燥→分散→產品 該工藝的優點為：(1)超細物料量少，由于由高嶺土制成煅燒高嶺土的理論燒失量為1396%，考慮到煅燒過程中 有機質及固定碳的燃燒及揮發以及在煅燒工藝過程中的機械損失，實際生產過程中煅燒高嶺土的得率僅80%左右，超細過程是一個消耗能量較多的過程，由于處理物料量的減少，從一個側面降低了能量消耗。(2)超細后的物料易于烘干分散，由于高嶺土自身的粘性屬性，致使物料在燒前超細后很難還原成干態粉料，這樣物料在煅燒過程中極容易由起初的粘結變成燒結，特別是當物料中易熔礦物含量較高時，燒結情況更為嚴重，極不利于燒后物料的分散，因而燒后仍需要用超細設備再度超細；而將超細過程臵于煅燒過程之后，則可避免這種情況。這是因為煅燒高嶺土自身已經不再具有粘結性，烘干后極易分散。 該工藝的缺點為：(1)濕法超細的研磨介質較難解決，濕法超細設備所選用的研磨介質一般為玻璃珠、剛玉球、瓷球或鋯剛玉球，根據濕法超細工藝對研磨介質的硬度要求為大于物料硬度3個等級，高嶺土在燒前的硬度為3～4，燒后硬度則達7左右，因而當使用以上介質為研磨介質時，容易引起較大磨耗，甚至不能完成研磨任務。當磨耗較大時，則可能因為引入雜質過多而使產品的刮刀磨耗值達不到指標。使用價格昂貴的鋯剛玉球時，生產成本難以降低。(2)需要高嶺土的質量較高，由于煅燒前采用了干法粗碎、中碎過程，未能有效去除有害雜質，致使有害雜質如鐵、鈦等直接影響煅燒產品的質量(白度)，因此只有使用品位較高的原料進行 煅燒，才能達到比較理想的白度。(3)工藝中需要單獨的烘干分散設備來完成濕法超細后物料的處理，因而對烘干設備有較高的質量要求，以防止物料被三次污染。 )先煅燒后干法超細工藝 該工藝過程的流程框圖如下： 原礦→破碎→粉碎→煅燒→干法超細→產品 該工藝的主要優點為：工藝流程短；超細處理物料量少；能耗小。 該過程的主要缺點為：對原料質量要求高；難以生產出-2μm達90%的超細產品；對超細設備的研磨體要求高；只能采用氣流式粉碎機。 就目前的設備水平來說，該工藝還不是一種可行的生產工藝，因為目前尚無合適的超細粉碎機。 )先干法超細后煅燒工藝 工藝流程框圖為： 原礦→破碎→粉碎→干法超細→煅燒→產品 該工藝過程的優點在于(1)流程短，整個工藝所需主要設備不過三～四臺，如果選用咸陽產超細設備，則僅需三臺設備，即：破碎機、超細粉碎機、煅燒爐，便于統籌管理、合理調度；(2)能源利用合理，該工藝過程將物料超細過程臵于煅燒工藝前，避免因破碎燒后物料而消耗較多能量的問題。如果采用粉體煅燒工藝，則可看作全干法生產工藝。僅 就工藝而言，能源利用較為合理。 該工藝的不足之處為：(1)產品檔次難以提高，如前所述，目前國內外尚無干法超細設備能夠生產造紙行業所需粒度為-2μm達90%的超細產品，因而可能由于最終產品的粒子較粗，導致產品的粒度、刮刀磨耗、粘濃度等指標達不到造紙行業對刮刀涂布級高嶺土的質量要求；(2)對產品中的易熔礦物含量有嚴格要求，為了避免物料在高嶺土合理煅燒溫度范圍內出現燒結、粘結等情況，必須嚴格控制原礦中K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl、S等成分的含量，以避免形成低共熔物。因為該工藝中不存在燒后物料再粉碎的環節。作者認為該工藝為利用優質原料生產低檔次造紙填料的工藝，適合于具有資源優勢但不具備資金實力的企業作為起動的一種工藝。 )先濕法超細后煅燒工藝 工藝流程框圖為： 原礦→破碎→粉碎→濕法超細→烘干→煅燒→還原→產品 該工藝的優點在于：(1)較好地解決了超細的位臵問題。因為煤系高嶺石的硬度在3～5之間，遠低于煅燒后高嶺土的硬度，因而超細粉碎所需能耗較低，并且容易選擇研磨介質；(2)采用濕法超細工藝容易使產品粒度達到-2μm占90%的水平。目前國內外的干法超細工藝尚不能達到這一水平； (3)技術可靠；(4)容易解決除鐵鈦等雜質問題。 該工藝的主要缺點為(1)工藝流程較長(2)需要還原過程。 山西喜迪精細化工有限公司經過多年的探索，采用先濕法超細后煅燒的工藝，在國內率先生產出符合造紙工業要求的煅燒高嶺土，并且將該工藝技術連同喜迪公司的煅燒技術轉讓山西陽泉精銳化工有限公司，使該公司僅用半年時間進行建設與試生產，便于1998年7月成功地生產出高標準的煅燒高嶺土產品，并于十月通過省級鑒定。 三結論 利用煤系高嶺石生產造紙工業用涂料級煅燒高嶺土無疑是一條合理利用煤矸石的有效途徑。需要注意的是應該根據當地資源與資金情況選擇適宜的工藝路線，根據前面分析，作者認為： (1)濕法超細再煅燒工藝流程較長，但是對原料的適應性強，產品質量能夠滿足造紙工業的需求； (2)煅燒再濕法超細工藝一般需要專門配臵烘干設備與分散設備，該工藝對原料的適應性較弱，但能生產出造紙工業需求的產品； (3)干法超細再煅燒工藝與先煅燒再干法超細工藝均不能生產出造紙工業用高嶺土(因為超細設備原因)，對原料的質量要求較高。 河南華冠環保科技有限公司公司愿以自己在探索中屢次失敗的教訓與成功的經驗與正在進行或準備利用煤系高嶺石生產煅燒高嶺土的同行共享。歡迎各級領導與國內外的專家學者給予指導。
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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