我國高嶺土工業發展一直較緩慢,直到80年代之前,除少數幾家高嶺土企業為機選外,大多生產原礦。80年代開始隨著國民經濟飛速發展,對高嶺土產品提出了越來越高的要求,高嶺土消費結構由傳統的陶瓷工業轉向造紙工業、塑料工業、石化工業等。這就促進高嶺土的科技進步,科技進步又巨大推動了高嶺土行業的發展。
1.高嶺土加工工業的形成
我國高嶺土加工工業技術發展經歷了幾個時期,從在景德鎮高嶺村發現高嶺土直到70年代,均以開采原礦為主要工藝,只有少量的機選加工廠,產品只能用于陶瓷工業,而且由于化學成份不穩定,影響瓷器的質量;含鐵高,使陶瓷產品產生斑點;原料級配不合理影響泥料的干燥強度和可塑性。
針對上述問題,70年代初到90年代初期,我國高嶺土工業進入了一個技術進步時代,先后有輕工部、國家建材局的“七五”、“八五”攻關等一批科技攻關項目,以及茂名高嶺土、龍巖高嶺土的發現及選礦研究。
科技攻關在高效水力旋流器分選、剝片機超細磨剝,高梯度磁選等取得重大成果,這些成果至今仍成為高嶺土選礦的主要工藝。建材系統的科技攻關主要有針對蘇州高嶺土含硫高的問題,先后完成了選擇性絮凝、反浮選等科技成果及鑒定。
2.造紙用高嶺土加工技術水平
隨著我國造紙工業在“八五”、“九五”期間的迅猛發展,先后引進了多條刮刀涂布機,刀速提高到600m/min、800m/min,甚至1200m/min。相應對高嶺土提出了較高的質量要求,包括細度、白度、粘濃度、磨耗值等。通過造紙和高嶺土兩大行業的共同努力、技術攻關,茂名高嶺土已被確認為國內目前高檔造紙用高嶺土的重要生產基地,同時也推動了高嶺土生產技術的全面發展。九十年代初至今,茂名先后有五家大型高嶺土選礦廠建成投產。其中:茂名石化礦業公司,6萬t/a;茂名高嶺土工業有限公司,6萬t/a;山閣瓷土公司,5萬t/a。當前,茂名地區高嶺土總產量約25萬t/a,除少量用于塑料、涂料外,基本用于造紙工業。今年又有兗礦集團北海高嶺土廠投產,為我國造紙工業又提供了一個原料基地。我國目前造紙用高嶺土的加工工藝各地雖有差異,但總體工藝路線相近,下圖為其中具有代表性的工藝流程。
高嶺土原礦在水槍的高壓沖擊下碎散,或高嶺土原礦經搗漿機制漿,礦漿用泵送入螺旋分級機除砂,再用水力旋流器分選。選礦段數根據原礦性質而定,一般為2~4段。分選后的粗精礦經臥螺離心分級機,分出涂料級和填料級產品。涂料級產品,經漂白、磁選、壓濾、干燥、包裝后出廠;填料級產品,經壓濾、包裝后出廠。
主要生產設備包括:搗漿機、螺旋分級機、水力旋流器、臥螺離心分級機、高梯度磁選機、壓濾機、干燥機。
我國目前造紙用高嶺土產品質量如下:
Al2O3:37.5%,SiO2:47%,Fe2O3:0.6%,燒失量:15%,<2μm含量:90%,45μm篩余:0.02%,白度>87%,分散沉降物:0.02%,磨耗值:3mg,粘濃度(500mPa.s固含量):67%,PH值:4~7,水份<2%。
3.技術特點
3.1水采或搗漿
茂名高嶺土為砂性土,礦石較疏松,加上南方雨季時間長,降雨量大,故采用水采。礦石在水槍高壓水沖擊下,基本解離,只要控制適當的濃度和分散條件,即直接進入選礦作業,這樣就縮短了制漿等工藝環節,節省了投資和成本。而北海高嶺土由于原礦塊度大,硬度大,水力開采不易搗碎,影響分選效果,故采用連續搗漿機進行制漿。
3.2螺旋分級機
除砂高嶺土原礦中石英、長石粒度較粗,一般大于325目,而高嶺土粒度較細,主要富集在-2μm中。另外,從原礦粒度分析可知:+40μm含量高,占80.01%;細粒級含量次之,-2μm占12.97%;而中粒級范圍寬,含量卻很少,40~2μm占7.02%。所以,我們藉助大處理量的分級設備(螺旋分級機)進行粗選,甩掉大量粗尾,而用水力旋流器進行最終粒級把關。而采用螺旋分級機除砂,突破了原有高嶺土生產工藝的模式,把我國高嶺土選礦粗選規模從單機產量1~2萬t,提高到單機20萬t。
3.3臥螺離心機
精選工藝采用了臥螺離心分級技術,使產品細度達到-2μm90%以上,分級效率80%以上。特別是配置了變頻調速,可根據不同的物料調整工藝參數(如分離因素),保持產品質量的穩定。目前,國內高嶺土選廠也有采用水力旋流器精選分級,在自控尚未實現的情況下,受流量、壓力變化的影響,產品質量難于穩定在-2μm90%以上,分級效率不如臥螺離心分級機。
3.4漂白-除鐵工藝
根據鐵、鈦物相分析,高嶺土中鐵的賦存狀態,為礦物鐵和晶格鐵兩種,其中礦物鐵占60%,有一部分為地表鐵質淋濾污染,所以采用化學漂白最經濟、有效,也被廣泛采用。利用還原漂白劑(如亞硫酸鈉)將Fe3+還原成可溶性的Fe2+,再通過洗滌作業將其除去。漂白工藝主要技術體現在:(1)根據不同礦點物料摸索不同藥劑制度,使其更加合理有效;(2)漂白藥劑除常規漂白劑外,還需添加絡合物等其它藥劑,以產生綜合效果;(3)漂白產品須進行洗滌,及時脫除可溶性二價鐵,以免產生“返黃”問題。個別高嶺土選廠采用磁選與化學漂白相結合的工藝,使產品白度進一步提高,且降低藥劑消耗。通過磁選Fe2O3可從0.66%降低到0.52%,白度從70%提高到80%。
3.5壓濾工藝
國內一般高嶺土企業都采用低壓過濾。但在茂名和北海兩地區,通過我院、企業、設備廠商三方技術攻關,采用高壓進漿,壓力達到2~2.5MPa,提高了生產率,確保產品水份低于32~35%,節約了能耗,也改善了工作環境。
3.6干燥工藝
目前國內造紙用高嶺土加工廠噴霧和閃蒸兩種干燥方式均有采用,各有特色。改進后的強力干燥,在生產流程上適應性強,在不同濃度、物料、給料量的情況下均可進行干燥。噴霧產品更適于造紙廠使用,過去由于國內離心盤霧化器的材料和加工均未過關,所以大型離心式噴霧干燥塔均為進口。目前,國內一些廠商已能加工噴霧塔,經使用效果較好。
4.造紙用高嶺土加工技術研究發展方向
雖然我國高嶺土加工技術取得了較大成績,但距造紙工業的要求還有一定距離,特別是產品與巴西土相比差距較大,我院與各高嶺土加工廠正在不斷進行技術創新。
4.1煤系高嶺土煅燒技術
煅燒高嶺土是一種非常重要的高嶺土深加工產品,主要用于造紙、塑料、油漆、橡膠、石油化工業和新型技術材料等方面。它作為造紙涂布料可使紙張的光澤度、平滑度、不透明度和原紙覆蓋率比水洗高嶺土大為改善,尤其是煅燒高嶺土具有優良的光散射能力和特殊的油墨吸收性,是它能夠替代昂貴的鈦白粉的基礎和提高紙張涂層質量的原因。
煤系高嶺土煅燒技術是我國獨有的加工技術,北方煤系高嶺土通過幾年的探索,現已形成一整套完整的加工工藝,包括濕法超細,煅燒增白、打散解聚。這批成果作為國家“九五“攻關,通過了成果鑒定,并廣泛應用于一批煤系高嶺土企業。
4.2增白、降粘技術的進步
近20年來,增白、降粘技術一直是我們高嶺土行業研究的課題之一,并取得了較大的進步,目前白度達到88%,粘濃度達到68%。但造紙工業發展迅猛,對高嶺土提出了更高的要求,特別是美國高嶺土、巴西高嶺土進入中國市場,加劇了技術的競爭,促進了我國高嶺土技術進步。近期將完成多項科技成果,取得多項專利技術。“十五”期間科技部立項的攻關課題完成后,高嶺土產品將達到白度90%、粘濃度72%。已獲專利批準。
4.3低溫超導技術的應用
我國高嶺土資源與美國、巴西等國比較,存在白度低,粘度高的缺陷,除了本身科技攻關外,還應積極學習、引進國外先進技術。低溫超導技術是目前我國尚不具備的技術,在世界上也僅有極少數公司掌握,通過我院與美國Carpco等公司的交流、談判,終于在兗礦集團北海高嶺土公司項目上引進該裝備,該設備磁場強度5萬Gs,裝機容量37KW,Fe2O30.7%降至0.5%以下,TiO2、K2O含量也有較大幅度的降低。
4.4改進高嶺土的粘度
隨著我國國民經濟的發展和人民生活水平的提高,我國造紙行業迅速發展,紙張的質量和檔次有了很大的提高,其中涂布紙、紙板及信息辦公用紙已成為我國造紙行業的發展重點。這些紙張的發展離不開對優質涂布高嶺土的利用,高嶺土是生產上述紙張最通用的白色顏料之一。應用于涂布加工紙的高嶺土,除了必須具備白度高、粒度細的優異性能外,還必須具備粘度低的特性。
對高嶺土的粘度國內外有不少人進行了研究,概括起來,影響高嶺土粘度的因素有以下幾個方面:高嶺土的成因類型、高嶺土晶體結構的有序度、高嶺石的形態、粘度與粒度分布、礦物組成、pH值、分散劑的種類和用量、加工過程中所使用的藥劑等等。因此,影響高嶺土粘度的因素是多方面的,有高嶺土本身的特性,也有來自外部的因素。
改進高嶺土的粘度首先必須對樣品進行深入細致的分析,針對高嶺土的特點采用相應的工藝方法,不能指望采用單一的方法來降低粘度,也不可能改變所有的高嶺土,使其粘度都達到68%以上。
改進高嶺土粘度的方法有很多,其中機械降粘是一種簡單有效、成本較低的方法。實踐證明通過捏合擠壓對高嶺土做功,可改善高嶺土粘度,其作用機理尚不清楚。我院經過多年研究,從小試、大試、半工業試驗和工業試驗,開發出適合我國高嶺土特點的機械降粘方法和設備,并已應用于廣西北海高嶺土,得到用戶的認可,粘濃度提高2—3個百分點。
必須指出,改進高嶺土的粘度是一個系統工程,選擇適宜的工藝、控制工藝條件都是至關重要的。
作者: 蔡建(蘇州非金屬礦工業設計研究院,蘇州215004)
?歡迎進入【粉體論壇】
|