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我國水洗高嶺土加工技術研究進展 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-08-04 11:22:43 瀏覽次數: |
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高嶺土用途十分廣泛,主要用于陶瓷和耐火材料,其次是作為造紙、涂料、油漆、建材、橡膠等工業原料。近年來,隨著我國造紙行業和涂料油漆行業的快速發展,業內對優質高嶺土產品的需求量逐年增長,市場缺口較大。然而自然界中高白高純的優質高嶺土資源越來越少,已經不能滿足市場要求,水洗高嶺土是國內運用于造紙涂布上比較理想的原材料,其本身具有遮蓋力強、白度高、粒徑分布均勻的特點。在造紙涂布過程中更容易提高紙的印刷適性、吸墨性和光潔度。煅燒水洗高嶺土作為制備優質高嶺土的手段之一,具有較好的開發應用前景。
在工業生產上,高嶺土選礦工藝可分為干法和濕法。對于軟質高嶺土和砂質高嶺土一般釆用濕法選礦工藝流程。高嶺土濕法工藝的主要流程為:高嶺土原礦粗碎→制漿提純→分級→機械超細粉碎→離心脫水→干燥→粉磨。
為了使高嶺土很好分散,可邊加料邊攪拌,必要時可以加入少量分散劑。常用的分散劑有碳酸鈉、水玻璃、聚丙烯酸鈉、三聚磷酸鹽及六偏磷酸鈉。張燕依據漿體內摩擦力、質點分散機理、粘度影響因素等理論,利用恩氏粘度計測試各種分散劑混合使用后對礦漿粘度的影響,確定了能有效降低茂名水洗高嶺土粘度的方法是調節礦漿的pH值和添加合理的分散劑DC和STPP。
1、煅燒法
可以使高嶺土脫水和脫揮發性物質,也可以使高嶺土的晶體結構發生改變,從而獲得特殊的表面性質,其主要目的在于提高高嶺土的白度、純度、改變晶體結構、表面物理化學性質及加工性能等。
陳強針對提高水洗高嶺土的白度進行煅燒實驗,其水洗高嶺土在煅燒后白度可達90%以上。由于其煅燒前的鐵含量比較高,在選礦工藝上增加磁選作業再進行煅燒,白度可以達到94.5,為水洗高嶺土的持續開發和深加工提供了一定的依據。
劉欽甫等人考察了不同溫度條件下煅燒高嶺土對橡膠力學性能的影響,煅燒后產物由晶態轉變為無定形的非晶態,煅燒水洗高嶺土產品性能隨煅燒溫度而異,吸油值和體積電阻率在700℃時效果最好,且在丁苯橡膠中具有良好的力學性能。
曾偉能在水洗高嶺土傳統加工工藝的基礎上經過適當溫度煅燒、高效解聚分散、改性等工藝對高嶺土資源進行深加工,制備出具有火山灰特性的活性高嶺土,可用作高端混凝土添加劑、電纜填料、水性涂料等領域,具有凝結時間短,早期強度高、補償收縮、對鋼筋無銹蝕、電阻率高等特點,提升高嶺土資源附加值,市場空間潛力巨大。
李三華經過反復試驗確定煅燒溫度控制在960-980℃時,煅燒產品有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,同時產品的白度可達91.8%-93%。
李微微在煅燒溫度為900℃,保溫時間1h,添加2%的NaCl作為助白劑時,產品白度最大值達到92.84%。
何利喜分析了煅燒溫度、恒溫時間對其晶態結構的影響,并考察了煅燒產品的白度、吸油量在煅燒過程中的變化規律。在750℃左右得到白度最高為86.27%,吸油量最高為83.8mL/l00g水洗高嶺土,白度先大幅度增加,50min后增加趨勢變小,吸油量與延長保溫時間沒有顯著的變化。
2、離心分級
一般采用臥螺離心分級技術,使產品細度達到-2μm占90%以上,分級效率在80%以上。李啟成采用離心分級機對高嶺土進行了超細分級試驗研究,通過一次離心分級,分級溢流中-2μm粒級含量可達85%-90%以上,達到了刮刀涂料的粒度要求。
湯紅偉確定了風化型高嶺土精確分級的最佳分散條件為:固含量5%、六偏濃度0.2%、DC濃度0.1%、pH值為中性,具有較好的分散性,可較好地實現不同大小顆粒的自由沉降和分離。
易龍生以澳大利亞某砂質高嶺土為原料,經過離心除砂,離心產率達到58.5%,總產率達到28.1%,產品的SiO2含量從52.4%降低到47.2%,Al2O3含量從36.5%提升到38.0%。對精礦進行氯化焙燒除鐵鈦,使Fe2O3和TiO2含量分別從1.26%和1.03%降低到0.35%和0.46%,焙燒產品SiO2含量為52.9%,Al2O3含量為45.8%,煅燒白度從86.3%提升到93.6%,達到國標造紙用煅燒高嶺土ZT-(D)1產品的要求。
姜磊等對煤系高嶺土原礦進行初選、破碎、粉磨、剝片之后,利用水力旋流器進行選礦試驗,得到的最終產品白度大于88%,且產品中主要雜質鐵、鈦含量均有所下降。
3、除鐵技術
白度是影響高嶺土工藝性能的主要參數,白度越高,純度越高,其利用價值越高。天然高嶺土常因含有雜質而使白度降低,高嶺土中影響礦物白度的物質主要為有機質、鐵、含鈦礦和暗色礦物。其中,鐵是影響高嶺土白度的主要物質,含鐵礦物在高溫鍛燒時會變成Fe2O3,造成原料發黃或呈磚紅色。這些著色雜質通常具有弱磁性,可通過強磁選法除去。
王浩通過高梯度磁選,精礦中Fe203含量從1.33%降低到1.04%,除鐵率為21.80%,K2O含量從1.68%降低到1.27%,除去了高嶺土中的大量云母等雜質礦物;通過還原漂白后精礦中Fe203含量從1.33%降低到1.07%,除鐵率為19.55%,降低了鐵雜質的含量;高梯度磁選-還原漂白聯合工藝精礦產品Fe203含量從1.33%降低到0.95%,除鐵率為28.57%,K20含量從1.68%降低1.29%,煅燒白度從76.53%提高到84.00%,產品滿足陶瓷工業用二級標準(TC-2)。
4、化學改性
宋海峰對水洗高嶺土進行親水改性,使用鈦酸酯偶聯劑,通過機械共混法制備了親水改性高嶺土/水性聚氨酯復合材料。當改性高嶺土質量分數2.0%時,復合材料的拉伸強度為24.4MPa,比聚氨酯增加53.1%,斷裂伸長率達492%,增加9.6%,實現了復合材料的增韌增強。
孫濤等人發現高嶺土在750℃煅燒時吸油值最高,為80.272g/100g,此時煅燒高嶺土的比表面積最大,孔徑分布集中于微孔和中孔,平均孔徑最小。甘學鋒等人通過配漿濃度10%,保險粉4%,水浴溫度85℃,NaCl為1%,得到了白度可達92.89%的高嶺土精粉。
羅榮煌以福建某地水洗高嶺土為主要原料,經過礦物活化、加酸分解、分離等工藝,制備白炭黑聯產硫酸鋁,產品達到國家標準,具有良好經濟效益。HongliangXu通過用甲醇嵌入和溶劑熱法,制備出長度300nm-2000nm,內外直徑分別為15-55,40-80的高嶺石納米管。
劉雪寧等將不同改性的高嶺土與聚丙烯共混,制備了聚丙烯插層的PP/高嶺土納米復合材料。翟由濤等人利用酸改性改變了高嶺土的吸附活性點位,提高了其對磷的吸附凈化性能,而通過煅燒活化高嶺石中的鋁進一步提高其對磷的吸附凈化性能。
SoniaZul?qar利用二甲基亞砜使高嶺土的層間距從0.712nm增至1.12nm,使高嶺土的吸附性能增強。高嶺石有機插層化合物將成為一種全新的功能化納米復合材料,具有廣闊的應用前景。董文輝等使用還原加絡合的方法,顯著提高了高嶺土的白度、有效降低了高嶺土中鐵的含量,使其最終產品白度達到86%,滿足了橡膠填料、塑料填料等領域的應用要求。楊明安等對高嶺土進行活化處理,加入聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺,無需分解絮凝及煅燒,將白度從72%提高至82%。
單一的選礦提純方法對高嶺土的提純效果有限,在工業上一般采用多種工藝聯合作用對高嶺土進行選礦提純。張凌燕]等以廣東某地砂質高嶺土為研究對象,經“磁選---還原漂白”后,高嶺土白度從56.04%提升到66.61%,1200℃煅燒后白度達86.10%。SamyaEl 通過酸浸和煅燒的方法提高了銅版紙的光學性能,伸展和抗張強度分別增長17.5%和19.7%。
5、存在的問題
目前,國內市場上的水洗高嶺土含有較多的吸附水、結構水及有機質和其它著色雜質元素,使其存在白度低、空隙率低、油墨吸收性差、遮蓋力低等缺陷,并且粘度大,品種規格少,產品缺乏市場競爭力。高嶺土作為高附加值的造紙填料、造紙涂料等用途時,對產品的白度要求很高,一般要求白度大于90%,特別是做造紙涂料用途時,還要求產品有比較低的粘度。
6、展望
高嶺土在各行業的應用非常廣泛,隨著需求量的增加,優質高嶺土資源的供需逐漸緊張,然而普通的高嶺土又不能滿足工業需求,因此中低品質高嶺土的深加工成為高嶺土資源綜合利用的熱點問題。目前,在某些應用領域“雙90”的標準已經不能滿足應用需要,高嶺土的粒度和白度急需得到進一步的提高,這將為高嶺土的深層次加工利用打下堅實的基礎,同時合理開發利用高嶺土資源也將會產生巨大的經濟效益和社會效益。
作者:張克南 杜高翔 宋銳 李玉成(中國地質大學(北京)材料科學與工程學院,北京 100083)(山西省靈丘縣元通振華鐵礦有限公司,山西大同,034400)
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