1 煤系高嶺石的特征
與煤一起沉積形成的高嶺石,有軟質與硬質兩大類,統稱為煤系高嶺巖。硬質高嶺土礦石一般呈灰、黑色,致密堅硬,斷口呈貝殼狀,常為塊狀構造,有的具層理或層面劈理,無吸水膨脹性。碎塊很像燧石。鏡下見高嶺石呈典型蠕蟲狀晶體。礦石的礦物成分比較簡單,主要由高嶺石組成,含量可達95%以上,其余為碎石英、云母、微量的鐵鈦礦物碳質、水鋁石等。有些可以不經精選,僅經煅燒、超細磨就可以達到造紙涂布級的質量要求,但對于多數資源而言并非如此簡單。
煤系高嶺巖均含有碳,有機碳來源于成煤過程,以有機物質或木素一腐植酸的形成直接滲雜于粘土中,由于本身濕潤粘土本身所具有的細菌作用,導致有機物逐步演變成含碳的物質。這些物質極其細微,易被粘土吸附,難于從粘土中分離,因而煤系高嶺土的脫碳必須借助煅燒。
2 煤系高嶺石的工藝特性
煤系高嶺土的成巖,是與煤一起在溫度、壓力的作用下形成的,所以,礦石中高嶺石的有序度,均較風化和近代沉積作用形成的嶺石要高,經受了成礦作用,又進一步重結晶有序化,內部結構緊密,顆粒緊密堆積,但結晶空間受限制,因而自形程度較差、破壞結晶構造需要較大的能量,可塑性低:脫羥溫度較高。從煤系高嶺巖差熱分析圖譜中可常見:較高的脫羥溫度,吸熱谷寬
且常有復谷出現,就是其有序度高所引起的??梢姡槍Σ煌貐^、不同特性的煤系高嶺石,根據煅燒目的要選用與之相適合的煅燒參數工藝,不可盲從別人的設備和工藝。
生產煤系煅燒高嶺土,一般是先將選好的原礦破碎至325目或800目、1250目,
然后進行煅燒,粒徑越小,容易脫碳,也就是常說的容易燒透。這就要通過試驗來確定,還要看煅燒的目的是什么,即產品和用途。
3 煅燒高嶺土煅燒工藝
高嶺土在煅燒過程中由于煅燒溫度不同,煅燒產品的物相不同,特性不同,致使應用方向和應用領域也不同,因此,煅燒溫度是產生不同產品的關鍵因素。
在600-1 000℃的煅燒溫度下,我們且稱低溫煅燒。其產品活性高,用于合成分子篩、鋁鹽化工及塑料、橡膠的功能性材料。最佳煅燒溫度的選擇、因原料的成因、粒度、m-v方法、用途不同而異。如合成4A分子篩和鋁鹽化工,最好在700℃左右煅燒。而用于塑料橡膠的功能填料,應在850℃煅燒。
1000℃一1200℃為中溫煅燒,其產品白度高、不透明性好、可用于造紙、涂料工業,替代鈦白粉作結構性顏料。用于造紙可增加紙涂層孔隙體積和松厚度,減少壓光時的亮度和不透明度的損失。選擇最佳的煅燒溫度,則是在非晶相剛剛轉變硅鋁尖晶相,此時產生多孔膨體結構,溫度為 1000—1050℃,這時結晶差的莫來石相剛出現(一般含量5%以下)產品的磨耗值相對較低。
1200℃以上溫度的煅燒稱為高溫煅燒。其產品為莫來石、瑩青石,用于生產莫來石粒密鑄造型砂、高級耐火材料和特種陶瓷。
美國根據煅燒溫度的不同,將煅燒高嶺土分為不完全煅燒土和完全煅燒土。不完全煅燒土的煅燒溫度為650—750℃,脫羥基,密度2.4-2.5。完全煅燒土是1000-1050℃下的產品,在電子顯微鏡下已出現少量莫來石晶體,密度2.7,具有90%以上白度和>0.24 m2/g的光散射性質。
完全煅燒高嶺土的良好性能對涂布紙,尤其是對低定量涂布紙的生產十分重要,在高檔紙板涂料中其用量也在擴大。它在造紙涂料配方中加入量為5%一15%。
不完全煅燒高嶺土可用于造紙填料和涂布,作為非高濃涂布顏料,在低光澤涂布紙和紙板生產中的用量,一般為顏料總量的20%~40%。近幾年,刮刀涂布已用到20%以上。
4 煤系高嶺土的超細粉碎
超細粉體工程已成為當代科學技術的一項重要內容。隨著超細技術的發展,出現了新材料、新產品,極大地推動材料科學。許多價格低廉的礦物原料,經過超細粉碎,竟然身價百倍,成為高附加值的新材料。煤系高嶺土就是其中之一。
超細粉碎主要靠設備完成的,對設備和技術的要求主要包括:物料純度、產品粒度(規格、外型、粒度分布)單位能耗、耐磨件的使用壽命、維修費、對產品是否造成二次污染以及超細和分級的功能和效率。
煤系高嶺土的破碎設備,已淘汰了應用較多的雷蒙機。為了降低破碎能耗,一般經過鍔式破碎機、錘式破碎機,就可以直接進入超細粉磨設備了。超細磨機的料粒徑可以在8mm以下,而經過分級的產品一般在10μm以下。這是指沖擊式超細磨而言。
煤系高嶺土的超細設備屬于非金屬礦加工設備。國內外先后研制了振動磨機、沖擊磨機、離心磨機、膠體磨機、氣流粉碎機和攪拌磨機,其中前三種多用于1250目產品加工,后兩種多用于粒度更細的微粉體工程了。煤系煅燒高嶺土多選攪拌磨機生產。這是因為它具有效率高、能耗低、產品粒度均勻,粒徑小(<1μm),越來越受到超細粉碎行業的重視。氣流磨雖然可以把高嶺石破碎至更細,但由于能耗大,產品成本太高。一般用氣流磨加工珍貴中藥材。
攪拌磨加工超細高嶺土按工藝流程分為間歇式、連續式和循環式。
間歇式,將已磨為325目-1250目的物料經配制成合適濃度后一次加入磨機筒體內一直磨到粒度達到預期要求后全部排出作為磨礦產品。然后再加料進行第二批超細磨礦。這種方式機械化、自動化程度高,可以實現全工序編程運行。缺點是已達到要求粒徑的顆粒仍參與磨礦始終,消耗能量、增加礦漿溫升、效率低。
連續式:多臺磨機串聯工作,連續給料、連續排料,可以根據各級物料徑的變化選配不同尺寸的研磨球。這種方式在煤系焙燒土的超細磨粉中應用普遍。
循環式:是采用攪拌磨和濕式分級機組成閉路,磨機排料給分級機分級后,已經達到粒度要求的物料,做為最終產品收集起來。而粗粒物料返回磨機再磨,這樣可以防止物料的重復粉碎和過粉碎,提高磨礦效率,降低系統能耗。這種方式與連續式結合起來,即兩臺磨或三臺磨后分級再串聯,可以適應生產不同物料、不同產品而效率提高。
國產攪拌磨機在生產能力,磨礦細度、單位電耗、設備價格、配件供應等方面都比進口磨機具優勢,其缺點是材質差,耐用性差、自動化程度低。
結束語:
煤系高嶺土的加工工藝制定,必須依據礦石特征、性質、市場所需的產品、規模、以及自身的投資能力等技術經濟分析來確定。生產什么產品主要由市場來回答。另外,超細磨是關鍵環節,它決定產品的檔次和附加值,也決定煅燒工藝的科學性、合理性、可靠性。目前,國產超細磨機已基本滿足需要,不必一味追求進口設備。
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