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煤系高岭土煅烧工艺的研究进展
来源:中国粉体技术网    更新时间:2014-12-22 10:35:18    浏览次数:
 
国内煤系高岭土煅烧工艺的研究
       煤系高岭土煅烧产品的质量受到诸多因素的制约,如原料性质、煅烧窑炉、燃料种类和质量以及工作制度等,产品质量是诸多因素交互作用的结果,往往难于明确判定。
       高岭土的煅烧经历特别复杂的变化。煅烧条件(因素)的合理控制,把握煅烧过程中的变化历程及状况,对煅烧条件的综合考虑与协同将直接影响煅烧产品的质量与性能。煅烧条件不同可以得到不同的产品,而这些不同产品有着不尽相同的白度、密度、孔隙度、硬度(膨松度),表现出不同的物理和化学活性(吸附性、吸水吸油性、僵化活性等)以及光学、电学、磁学等性能。因此,很多研究者根据特定的原料灰分煅烧产品的用途综合考虑各种因素的影响,通过试验来制定一系列的最佳煅烧工艺过程。
       据高岭土物料在煅烧过程中的形态,将其煅烧工艺划分为:成型煅烧、粉料静态煅烧、粉料动态煅烧等法。
       成形煅烧:立式窑煅烧工艺由赵顺安等人开发,应用于山西忻州地区某厂。该工艺流程是:将粉碎后的高岭土加水及添加剂成型,成型后的物料由窑顶的加料口加入,物料在窑内下移过程中经历烘干、脱除结构水、烧成等阶段,然后由底部侧边出料口卸出。卸出的物料经冷却后,入磨碎机二次粉碎。得到高岭土煅烧产品。该工艺以煤为燃料,高压烟气由窑底部进入窑内,废气由窑顶排出。这种煅烧工艺的优点是对原料的适应性强,避免大量粉尘的产生,便于检修;但是由于有二次粉碎能耗高,块状煅烧易出现过烧、烧不透的现象,煅烧时间也很长。
       邵亚平等成功尝试了一种全干法生产1250目超细煅烧高岭土的新工艺。该工艺过程可简要概括为:矿石--颚破--斗堤--储料仓--电振机--第一道磨机--成型煅烧--双辊破碎机--斗堤--储料仓--电振机--第二道磨机--产品。高岭土煅烧前,先利用YMPl000B拉杆式磨粉机将原料超细粉碎达到1250目,煅烧过程中采用GDL-3000型立式煅烧炉,煅烧之后高岭土的解聚打散过程是选用了结构上磨辊和磨圈均带有一定锥度的拉杆式磨粉机,使煅烧料先经过双辊破碎机破碎,经破碎的煅烧块料直接进入磨粉机粉磨,并一次分级成1250目的产品。与传统工艺相比,该工艺投资少、生产效率高、生产成本低、产品质量稳定、经济效益显著,是一种较为理想的生产模式。
       静态煅烧:高岭土煅烧处理始于陶瓷工业。我国高岭土的煅烧设备中,很多是沿用陶瓷工业用窑炉.如倒焰窑、隧道窑等。煅烧工艺过程一般是:将粉碎至一定粒度的高岭土,盛于一个耐火容器(匣钵)中,再将匣钵装入窑内或装在窑车上,依照一定的热工制度煅烧。待烧出的物品冷却后,将匣钵从窑内或窑车上卸出,并倒出产品,随后进行其余的工艺处理程序。
       宋海兵介绍了另一种高岭土全干法生产工艺。煅烧窑炉采用台式小型SK-10改进型高温梭式窑(最高温度可达1300℃),与传统静态煅烧相比,具有与动态窑相当的热效率,窑内采用BOS纤维板作内衬,燃料采用液化石油气,升温速度快,窑内温差小,物料受热均匀,可达到理想的煅烧质量;目前台资煅烧高岭土厂均采用此类高温梭式窑,技术成熟稳定。超细粉碎与分级设备,采用国内最新替代产品BXZM-800型高速旋流超细粉碎自磨机进行高岭土的超细加工,粒度细、能耗低、产量高,特别适合莫氏硬度小于8的非金属矿的超细粉碎。采用改进型高温梭式窑进行煅烧,投资小,见效快。尤其是煅烧升温曲线容易控制,便于操作。
       动态煅烧:回转窑煅烧高岭土工艺为英国APV公司开发。其工艺流程为:将高岭土粉料加入倾斜放置的回转圆筒中,使物料在圆筒的转动过程中由高端移动至低端。加热介质(高温烟气)逆流流动,与物料换热后由高端排出。该工艺的显著特点在于采用了外热式回转窑,从而使物料与烟气隔开(物料在筒内运动,烟气在筒外烟室流动),由筒壁(耐热金属)传导热量。回转窑投资高,但完全能连续化生产,采用计算机控制,机械化、自动化程度高,产量大,热效率高,煅烧温度均匀、分区控制温度,产品白度高(基本稳定在94%~95%),质量均匀稳定,操作环境好,负压运行,无粉尘污染。多级移动床煅烧工艺由张百玉等人开发,在河南省内有应用。
       间歇流化床高岭土煅烧工艺由赵顺安等人研究开发,并在山西太原某厂进行中试,取得较好效果。该工艺流程为:将高岭土粉料加入流化床中,鼓入流化介质(经预热的空气),使物料处于流化状态并与床壁换热。高岭土烧成后全部被气力输迭至冷却器,经冷却后进至成品罐。高温烟气(加热介质)将热量由床壁外间传入床内,流化床由耐热钢制成。
       程卫泉等介绍了了一种以煤系高岭岩为原料、生产造纸用高亮度超细煅烧高岭土的无尾矿化、规模化生产技术,本技术采用先磨后烧的煤系高岭岩深加工工艺,工艺流程如下:原矿—粉碎—综合除杂提纯—高浓度湿法超细粉碎—干燥—打散—强化气氛动态煅烧—解聚—产品。
       该流程对原料的适应性强,“先磨后烧”工艺科学合理,流程中采用了综合除杂技术、高浓度湿法超细粉碎技术和强化气氛动态煅烧技术,并BP系列磨剥机和CR间接高温煅烧纯化窑等相关设备支持,涂布铜版纸试验结果表明,涂料的粘度达到进口标准,光泽度和油墨性能提高,但是光泽度有所下降。
       西安建筑科技大学粉体工程研究所的王战娥 、李辉等在分析高岭土传统堆积态煅烧(固定床、移动床、流化床)工艺的基础上,利用西安建筑科技大学自主研发的稀相悬浮态快速煅烧新技术( 投资项目为年产16000t 稀相悬浮态快速煅烧高岭土系统)对煤系高岭土稀相悬浮态快速煅烧工艺进行了小型实验室实验。该工艺传递( 传热及传质,下同) 面积大、综合传递系数大、传递动力大、煅烧速度快和热效率高的特点,可有效克服传统高岭土生产工艺能耗高、规模小及产品“过烧”和“欠烧”的问题,并保证产品白度高、活性高的性能。
       李炳云提出了煤系高岭土的“高白超细全动态煅烧”工艺技术。技术关键和核心内容是:将“流变动力学”理论应用于高岭岩颗粒的(剥片)超细磨,一定条件下分析出小于2μm产品产量与研磨介质球的充填量成正比,和球径成反比的关系,据此将超细磨剥机进行组合串联,前几段(台)投入犬球径小剂量介质球,利用高岭岩颗粒易破损的裂隙和缺陷,给予研磨.随着颗粒磨细,相应减小介质球球径并加大投人剂量;到最后几段,介质球径更小,投入剂量更大,主要利用高岭石晶体结构单元层之间结合力脆弱部位,给予研磨;设计出“渐进式串联超细磨”新工艺,使产品小于2μm粒级含量达95%左右;将“动态受热”和“氧化还原”原理引进调控煅烧系统,脱碳、除铁、除钛增白,使产品白度达到93%以上。但是对该煅烧工艺技术机理的研究、解析,目前仅局限于定性或半定量阶段,需要更加全面深入的研究使其由定性阶段发展到定量阶段。

2. 目前研究存在的问题
       我国高岭土资源丰富,但是从目前的情况看,我国同英美等国在煅烧高岭土的生产原料、生产设备、生产技术及产品质量等方面相比,都存在一定差距。特别是在造纸行业,高档纸类的涂布用煅烧高岭土主要依赖进口,国内生产的煅烧高岭土市场竞争力较差。从90 年代中期,国内开始对煅烧高岭土及其应用进行研究。但至今大部分工作局限于煤系高岭土的煅烧及应用,且由于煤系高岭土原料本身的特性,国产煅烧高岭土在涂布性能方面(遮盖力、吸油量、磨耗值及粘度)和性能稳定性方面与进口高岭土一直存在差距,在高档涂布纸中的应用受到限制。国内有些研究者为开发新能源对水洗高岭土做了一部分研究,但主要工作都是集中在煅烧增白方面,关于水洗高岭土的吸油量、遮盖力、粒度分布、磨耗值及粘度等涂布性能的研究非常少,而且几乎没用系统研究,对于各种性能的变化机理更缺少研究和探讨。


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