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材料冶金
苏州非矿院蔡建高工谈造纸高岭土生产技术
来源:粉体技术网2017-11-151683

高岭土是一种非常重要、用途十分广泛的非金属矿产,由于它具有可塑性、粘结性、分散性、耐火性、绝缘性和化学稳定性等多种工艺性能,因此它广泛应用于造纸、陶瓷、塑料、橡胶、化工、电子、涂料、油漆、耐火材料、军工、医药、化妆品、农药等几十个行业中。

1高岭土加工工业的形成

我国高岭土加工工业技术发展经历了几个时期,从在景德镇高岭村发现高岭土直到70年代,均以开采原矿为主要工艺,只有少量的机选加工厂,产品只能用于陶瓷工业,而且由于化学成份不稳定,影响瓷器的质量;含铁高,使陶瓷产品产生斑点;原料级配不合理影响泥料的干燥强度和可塑性。

针对上述问题,70年代初到90年代初期,我国高岭土工业进入了一个技术进步时代,先后有轻工部、国家建材局的“七五”、“八五”攻关等一批科技攻关项目,以及茂名高岭土、龙岩高岭土的发现及选矿研究。

2造纸用高岭土加工技术水平

随着我国造纸工业在“八五”、“九五”期间的迅猛发展,先后引进了多条刮刀涂布机,刀速提高到600m/min、800m/min,甚至1200m/min。相应对高岭土提出了较高的质量要求,包括细度、白度、粘浓度、磨耗值等。通过造纸和高岭土两大行业的共同努力、技术攻关,茂名高岭土已被确认为国内目前高档造纸用高岭土的重要生产基地,同时也推动了高岭土生产技术的全面发展。九十年代初至今,茂名先后有五家大型高岭土选矿厂建成投产。其中:茂名石化矿业公司,6万t/a;茂名高岭土工业有限公司,6万t/a;山阁瓷土公司,5万t/a。当前,茂名地区高岭土总产量约25万t/a,除少量用于塑料、涂料外,基本用于造纸工业。今年又有兖矿集团北海高岭土厂投产,为我国造纸工业又提供了一个原料基地。我国目前造纸用高岭土的加工工艺各地虽有差异,但总体工艺路线相近,下图为其中具有代表性的工艺流程。

高岭土原矿在水枪的高压冲击下碎散,或高岭土原矿经捣浆机制浆,矿浆用泵送入螺旋分级机除砂,再用水力旋流器分选。选矿段数根据原矿性质而定,一般为2~4段。分选后的粗精矿经卧螺离心分级机,分出涂料级和填料级产品。涂料级产品,经漂白、磁选、压滤、干燥、包装后出厂;填料级产品,经压滤、包装后出厂。

主要生产设备包括:捣浆机、螺旋分级机、水力旋流器、卧螺离心分级机、高梯度磁选机、压滤机、干燥机。

我国目前造纸用高岭土产品质量如下:

Al2O3:37.5%,SiO2:47%,Fe2O3:0.6%,烧失量:15%,<2μm含量:90%,45μm筛余:0.02%,白度>87%,分散沉降物:0.02%,磨耗值:3mg,粘浓度(500mPa.s固含量):67%,PH值:4~7,水份<2%。

3高岭土加工技术

3.1水采或捣浆

茂名高岭土为砂性土,矿石较疏松,加上南方雨季时间长,降雨量大,故采用水采。矿石在水枪高压水冲击下,基本解离,只要控制适当的浓度和分散条件,即直接进入选矿作业,这样就缩短了制浆等工艺环节,节省了投资和成本。而北海高岭土由于原矿块度大,硬度大,水力开采不易捣碎,影响分选效果,故采用连续捣浆机进行制浆。

3.2螺旋分级机

除砂高岭土原矿中石英、长石粒度较粗,一般大于325目,而高岭土粒度较细,主要富集在-2μm中。另外,从原矿粒度分析可知:+40μm含量高,占80.01%;细粒级含量次之,-2μm占12.97%;而中粒级范围宽,含量却很少,40~2μm占7.02%。所以,我们藉助大处理量的分级设备(螺旋分级机)进行粗选,甩掉大量粗尾,而用水力旋流器进行最终粒级把关。而采用螺旋分级机除砂,突破了原有高岭土生产工艺的模式,把我国高岭土选矿粗选规模从单机产量1~2万t,提高到单机20万t。

3.3卧螺离心机

精选工艺采用了卧螺离心分级技术,使产品细度达到-2μm90%以上,分级效率80%以上。特别是配置了变频调速,可根据不同的物料调整工艺参数(如分离因素),保持产品质量的稳定。目前,国内高岭土选厂也有采用水力旋流器精选分级,在自控尚未实现的情况下,受流量、压力变化的影响,产品质量难于稳定在-2μm90%以上,分级效率不如卧螺离心分级机。

3.4漂白-除铁工艺

根据铁、钛物相分析,高岭土中铁的赋存状态,为矿物铁和晶格铁两种,其中矿物铁占60%,有一部分为地表铁质淋滤污染,所以采用化学漂白最经济、有效,也被广泛采用。利用还原漂白剂(如亚硫酸钠)将Fe3+还原成可溶性的Fe2+,再通过洗涤作业将其除去。漂白工艺主要技术体现在:(1)根据不同矿点物料摸索不同药剂制度,使其更加合理有效;(2)漂白药剂除常规漂白剂外,还需添加络合物等其它药剂,以产生综合效果;(3)漂白产品须进行洗涤,及时脱除可溶性二价铁,以免产生“返黄”问题。个别高岭土选厂采用磁选与化学漂白相结合的工艺,使产品白度进一步提高,且降低药剂消耗。通过磁选Fe2O3可从0.66%降低到0.52%,白度从70%提高到80%。

3.5压滤工艺

国内一般高岭土企业都采用低压过滤。但在茂名和北海两地区,通过我院、企业、设备厂商三方技术攻关,采用高压进浆,压力达到2~2.5MPa,提高了生产率,确保产品水份低于32~35%,节约了能耗,也改善了工作环境。

3.6干燥工艺

目前国内造纸用高岭土加工厂喷雾和闪蒸两种干燥方式均有采用,各有特色。改进后的强力干燥,在生产流程上适应性强,在不同浓度、物料、给料量的情况下均可进行干燥。喷雾产品更适于造纸厂使用,过去由于国内离心盘雾化器的材料和加工均未过关,所以大型离心式喷雾干燥塔均为进口。目前,国内一些厂商已能加工喷雾塔,经使用效果较好。

4造纸用高岭土加工技术研究发展方向

虽然我国高岭土加工技术取得了较大成绩,但距造纸工业的要求还有一定距离,特别是产品与巴西土相比差距较大,我院与各高岭土加工厂正在不断进行技术创新。

4.1煤系高岭土煅烧技术

煅烧高岭土是一种非常重要的高岭土深加工产品,主要用于造纸、塑料、油漆、橡胶、石油化工业和新型技术材料等方面。它作为造纸涂布料可使纸张的光泽度、平滑度、不透明度和原纸覆盖率比水洗高岭土大为改善,尤其是煅烧高岭土具有优良的光散射能力和特殊的油墨吸收性,是它能够替代昂贵的钛白粉的基础和提高纸张涂层质量的原因。

煤系高岭土煅烧技术是我国独有的加工技术,北方煤系高岭土通过几年的探索,现已形成一整套完整的加工工艺,包括湿法超细,煅烧增白、打散解聚。这批成果作为国家“九五“攻关,通过了成果鉴定,并广泛应用于一批煤系高岭土企业。

4.2增白、降粘技术的进步

近20年来,增白、降粘技术一直是我们高岭土行业研究的课题之一,并取得了较大的进步,目前白度达到88%,粘浓度达到68%。但造纸工业发展迅猛,对高岭土提出了更高的要求,特别是美国高岭土、巴西高岭土进入中国市场,加剧了技术的竞争,促进了我国高岭土技术进步。近期将完成多项科技成果,取得多项专利技术。“十五”期间科技部立项的攻关课题完成后,高岭土产品将达到白度90%、粘浓度72%。已获专利批准。

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