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煅烧高岭土的生产简述与全干法煅烧工艺制度煅烧高岭土的生产简述与全干法煅烧工艺制度河南华冠环保科技有限公司 18637113703 [摘 要] 阐述了煅烧高岭土的生产、消费以及贸易情况和市场预测，并介绍了国内硬质高岭土的特点，以及采用全干法生产煅烧高岭土的设备和工艺制度。 [关键词] 硬质高岭土；煅烧；干法 高岭土是我国的优势非金属矿资源。经高温煅烧改性而成的煅烧高岭土以其白度高、晶形好、孔隙率大、容重小、化学稳定性和绝缘性好、遮盖力强等特性广泛应用于油漆涂料、造纸、橡胶、塑料、电缆、陶瓷等领域。 煅烧高岭土的生产、消费与贸易 年世界煅烧高岭土总产量约为350万t，其中美国约200万t。英美等国的煅烧土以水洗高岭土为原料，我国的则大部分以煤系高岭岩为原料，南方则与英美等国一样以水洗高岭土为原料。 我国工业规模的煅烧高岭土生产在20世纪90年代才起步，而以“双90”级(即白度≥90，-2μm含量≥90%)产品为标准的优质煅烧高岭土在1999年产量约6万t，其中细度1250目以上的超细煅烧高岭土约2万t。2001年煅烧高岭土的产量约为15万t，其中白度≥90，细度1250目以上的超细煅烧高岭土的产品约6万t，较前年增长200%。 目前，我国煅烧高岭土的设计生产能力已达到25万t，其中高白度和超细优质煅烧高岭土的设计生产能力约15万t。主要生产企业有山西金洋煅烧高岭土公司、山西朔州安平高岭土公司(已被美国安格公司并购)、内蒙古三保准格尔高岭土有限公司、山西阳泉金锐化工有限公司、山西锯丰高岭土有限公司、湖北恩施金山高岭土有限公司、福建泰宁煅烧高岭土有限公司等。目前正在建设和扩建的煅烧高岭土生产厂家有山西朔州矿业有限公司(2万t)、山西金洋煅烧高岭土有限公司(2万t)、蒙西高新材料股份有限公司(5万t)、山西大同秦邦化工有限公司(1万t)、安徽淮北高岭土有限公司(5000t)、南海永联实业有限公司(5000t)等。 煅烧高岭土的主要消费领域是油漆涂料、造纸、橡胶、塑料、电缆等行业。其中油漆涂料和造纸是我国优质煅烧高岭土最主要的消费领域，分别占国内超细、高白度优质煅烧高岭 土消费量的60%和30%左右。估计2003年国内煅烧高岭土的消费量约20万t。其中油漆涂料的消费量约为9万t，涂布纸的消费量约为6万t，橡胶和电缆等约3万t，其他约2万t，其中高白度(92±2)和超细(1250目以上)优质煅烧高岭土的消费量约16万t。 根据海关统计，1997年我国进口优质高岭土(含精选水洗高岭土及煅烧高岭土)3.72万t，用于高档油漆涂料和造纸等领域；1998年我国消费进口优质高岭土5.43万t；1999年进口优质高岭土6.43万t；2000年进口优质高岭土达到10.52万t；2001年增加到18.276万t，较上一年度增加73.73%。由此可见，国内优质精选高岭土和煅烧高岭土的数量还不能完全满足高档油漆涂料及造纸等领域的需求。 中国煅烧高岭土产品的价格为325目(白度＞90)1000～1200元/t；600～800目(白度＞90)1500～1800元/t；1250目(白度＞90)2000～2600元/t；2μm80%(白度＞90)2800～3400元/t；“双90”产品3600～4200元/t；表面改性产品(1250目)3800～4500元/t。 煅烧高岭土的市场情况与预测 煅烧高岭土作为造纸涂料主要用于铜板纸、涂布白纸板、轻量涂布纸、玻璃纸等。尽管在造纸填料市场高岭土面临滑石粉、碳酸钙强有力的竞争，但是在造纸涂料市场，优质煅烧高岭土仍占据着最重要的地位。 2002年，使用优质煅烧高岭土作涂料的铜板纸和涂布白纸板的实际生产能力超过200万t。预计到2005年，造纸领域将需要涂料130万t以上，其中高岭土将占62%左右的份额(该份额低于美国的70%～80%，高于欧洲的60%)，即需求量将达到80万t左右，按12%使用优质煅烧高岭土计算，其中需要优质煅烧高岭土超过10万t；2015年国内造纸涂料高岭土将达到200万t，其中煅烧高岭土30万t，占优质高岭土涂料需求量的15%左右。 除造纸涂料外，高档油漆涂料、油墨、功能橡胶和塑料制品、电缆、陶瓷釉料等都使用优质高岭土作为原料。其中高档油漆(如立邦漆使用白度90以上，细度1250目以上优质煅烧高岭土6000t/a)大量使用优质煅烧高岭土。近几年国内优质煅烧高岭土(白度＞92)呈现出供不应求的局面，其中60%以上的需要量是高档油漆生产厂商。随着人民生活水平的提高，高档油漆涂料的产量将不断扩大，对高白度和超细煅烧高岭土的需求量将不断增加。2000年我国油漆涂料的年产量已近250万t，目前仅有8%左右的油漆涂料厂家使用高白度和超细煅烧高岭土作为功能性颜料和填料，用量约10万t。由于涂料中加入超细高白度煅烧高岭土后，具有良好的涂刷性、高分散性和优异的耐擦洗性和良好的耐候性、流动性、遮盖性和光学性能，添加超细煅烧高岭土还可节省15%～25%的钛白粉，从而降低涂料成本。随着油漆涂料行业对高白度和超细煅烧高岭土优良使用性能的认可及市场对高档油漆涂料需求量的增大，预计 年将有15%左右的油漆涂料厂家使用高白度和超细煅烧高岭土，需求量约18万t；2010年将有25%左右的油漆涂料厂家使用高白度和超细煅烧高岭土，需求量约35万t。 由于煅烧高岭土优良的电缆绝缘性能，电缆填料市场对煅烧高岭土的需求将稳步增长，预计2005年需求量将达到5万t左右，2010年8万t左右。由于煅烧高岭土能提高橡胶和塑料制品的耐磨性、增加抗撕裂和挠曲强度等机械物理性能以及煅烧高岭土填料优良的红外线阻隔性能，煅烧高岭土在功能性塑料和橡胶制品行业的需求量将不增加，预计2005年将达到6万t左右，2010年将达到9万t左右。预计2005年、2010年煅烧高岭土在其他行业(陶瓷釉料、油墨、高档耐火材料等)将分别达到5万t和8万t(见表1)。 表1 中国优质煅烧高岭土需求量的预测(万t) 消费领域 造纸 油漆涂料 橡胶及塑料制品 电缆 其他 国内需求量合计 出口量 合计 2005年 10 18 6 5 5 44 15 59 2010年 20 35 9 8 8 80 40 120 日本、韩国、东南亚国家和香港、台湾地区，缺乏高岭土资源，每年要大量从美国、巴西、英国等国家进口优质高岭土产品。1999年日本、韩国、台湾、印度尼西亚仅从美国进口的优质高岭土就分别达到103.794万t、14.593万t、11.59万t、6.846万t。加上从巴西等国的进口量，日本每年高岭土的进口量达120万t以上。与美国、巴西、英国等国相比，中国与日本、韩国、东南亚等国家和地区距离近，运输费用少。从2000年开始，我国已向周边国家和地区出口优质高岭土。随着我国煅烧高岭土加工技术的进步、产品质量的提高以及生产规模的扩大，预计到2005年，我国将向周边国家和地区出口优质煅烧高岭土，按保守估计，出口量达到15万t，2010年将达到40万t左右。 就目前优质煅烧高岭土的生产能力来估计，国内优质煅烧高岭土供不应求的局面至少将持续3～5年。但是，3～5年后市场竞争将趋于激烈。产品单一、质量不稳定、生产成本高的企业将面临严峻的市场环境。 我国硬质高岭土的特点 我国北方石炭—二叠纪煤系地层中，蕴藏着极其丰富，种类繁多的煤系高岭土。其中煤系硬质高岭岩，储量巨大，分布广泛。在煤系高岭岩中，又以火山灰沉积蚀变的夹矸型硬质高岭岩质优量大，产状稳定，分布广泛。硬质高岭岩一般呈灰色、灰黑色，甚至褐色，致密坚硬，常为块状构造，有的具层理或层面劈理，无吸水膨胀性。 煤系高岭岩往往与煤层及其夹矸(顶、底板)具有成因联系，这种关系决定了煤系高岭岩的特殊工艺性能。利用煤系高岭岩生产造纸涂料级煅烧高岭土，须选择质量纯净的煤系高岭岩，我国北方石炭—二叠纪的煤系硬质高岭岩，可划分为夹矸型和夹层型两个主要类型。夹矸型的煤系高岭岩主要分布于阴山以南，贺兰山以东，秦岭淮河以北。由北向南，由西向东，高岭岩相应变薄减少，主要分布在山西、陕北、内蒙西及西南、宁夏等地，尤以山西朔州的为好。主要位居煤层中或顶、底板与煤层共生，属于典型的夹矸，厚度＜30cm。呈黑、黑灰、黑褐色；显微晶质至细晶、粗晶质，块状、层状，粒度粗细混合。高岭石含量高且呈片状，不含埃洛石；SiO2/Al2O3摩尔比为2，铁、钛含量低，烧失量大。赋存有规律，储量较大，是生产造纸用超细煅烧高岭土的优质原料。 纯净的高岭土(岩)应呈白色，引起白度降低的主要因素是杂质。依据杂质产出状态和性质可大致分成三类：第一类是和高岭石一起沉积的有机质，称作有机碳，它将高岭土(岩)染成灰黑色。多数情况下，碳质以机械混入物的形式混入高岭土(岩)中，但在成岩过程中，部分碳质可包裹在高岭石晶格中，给除碳造成一定的困难。第二类是色素元素，如Fe、Ti、V、Cr、Cu、Mn等。一般情况下，高岭土(岩)中的V、Cr、Cu和Mn等元素含量甚微，对白度影响不大。Fe和Ti是高岭土(岩)的主要染色元素，赋存形式有Fe2O3·nH2O、FeO、FeCO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、FeS2、TiO2(金红石、锐钛矿、板钛矿)。第三类是暗色矿物，如黑云母、绿泥石等。暗色矿物在高岭土(岩)呈色中居次要地位。因此，影响高岭土(岩)白度的主要因素是碳质、铁和钛。煤系高岭岩的成岩，是在温度、压力的作用下形成的，所以矿石中高岭石的有序度，均较风化(水洗土)和近代沉积作用形成的高岭石要高，经受了成矿作用，又进一步重结晶有序化，内部结构紧密，硬度较水洗土高，达到2.5～3.5，颗粒紧密堆积，但结晶空间受限制，因而自形程度较差，破坏晶格构造需要较大的能量，可塑性低，脱羟温度较高。煤系高岭岩差热分析图谱中常见的特征是：较高的脱羟温度，吸热谷宽且常有复谷出现，就是其有序度高所引起的；同时，煅烧制度的制定，以及粉碎设备材质的选择，须以煅烧目的与矿石性质为依据。 高岭石在加热过程中脱水、分解、析出新相等变化较为复杂，主要包括两个阶段：脱水阶段与脱水后产物的转化阶段。 脱水阶段：100～110℃游离水排除；110～140℃，其他矿物杂质带入水的排除(如多水高岭石中的水)；400～450℃，晶格水开始缓慢排除；450～550℃，晶格水快速排出；500～800℃，脱水缓慢进行；800℃～1000℃，残余水排除完毕。 脱水后产物的转化阶段：脱水过程中，自550℃开始，生成偏高岭石，偏高岭石是接近高岭石结构的产物，但不完全是晶体(相当等轴晶系的均质体、一轴晶、二轴晶准晶质)。有些结晶好的仍有少量羟基水存在，称变水高岭石。脱水后产物继续转化的起始温度是925℃，构成铝硅尖晶石结构。1050～1100℃开始转化为似莫来石，1200～1400℃则完全莫来石化。 高岭土煅烧制度 .1 煅烧温度 高岭土在煅烧过程中由于煅烧温度不同，煅烧产品的物相不同、特性不同，致使应用方向和应用领域也不同。煅烧可脱除染色杂质，如碳和铁、钛的化合物；脱除羟基水，提高化学反应活性，生成新的物质，如偏高岭石、莫来石等。 碳氢化合物及碳素物质，其热反应过程可归结为：碳氢化合物先蒸馏为气态，再在高温裂化为小分子的可燃气体，然后参与氧化燃烧形成CO2和水汽。碳素成分由于其燃点较高(煤和焦炭的燃点大约在440～600℃)，氧化速度较慢，需要充分的煅烧时间。煤系高岭岩煅烧脱碳漂白，其煅烧温度通常会延续到800℃以上，甚至更高。 煅烧温度越高，产物的白度越高，但不同的温度下煅烧产物适用于不同的用途。如用作合成4分子筛和铝盐化工，最好在700℃左右；而用在塑料、橡胶电缆上则应严格控制在850℃以下，硬度4左右；而在1050℃下煅烧成的高岭土产品，可获得较好的吸油值和大的比表面积，并且有良好的遮盖率和不透明性，同时比脱羟高岭土更白更亮，用作纸张涂料使其具有良好光学性能，并可代替TiO2降低纸张成本，此时硬度可达6～7；而经过1200～1525℃煅烧的高岭土已基本莫来石化，耐火度达1770℃，莫氏硬度7～8.5，用作陶瓷制品。 .2 煅烧原料的粒度 煅烧原料的粒度对煅烧工艺、煅烧产品的白度有较大的影响。粒度粗，脱碳难，特别是颗粒内部碳质不易挥发；恒温时间长，影响煅烧产品白度，对产品超细粉碎最终白度影响更大。原料粒度细，表面积大，脱碳较容易，碳质易挥发；恒温时间短，生产周期短，煅烧产品的白度较高。 原料的粒度对煅烧产品更深层的影响，是对煅烧产品的使用特性的影响。煤系高岭岩经成岩作用，矿物颗粒粗，比表面积小，只有在煅烧前粉碎到一定粒度，煅烧产品才能获得最佳的松厚度、孔隙率。 由于纯净高岭石呈2μm片状，晶体呈松散易滑移的“工”字结构，在粉碎过程，2μm含量相对较高。在造纸涂料中，要求尽可能控制10μm以上大颗粒，以及0.5μm以下细颗粒的含量，这就要求分级粒度尽可能分布较窄。 同时，随着煅烧温度的升高，煅烧料的硬度也由2.5升至8。而达到涂料级要求的煅烧土，温度必须控制在850～1050℃之间，此时产物的硬度高达6～7，对粉碎设备的材质要求极高，象干法设备的耐磨内衬，湿法设备的内衬与研磨介质，硬度一般要求HRC(洛氏)达到62以上，HV(维氏)达到750以上，HBW(布氏)达到700以上。优质的耐磨材料的选择，是防止煅烧土二次污染的关键因素。 .3 煅烧窑炉及煅烧方式 理想的煅烧窑炉应能连续作业，耗能低；能满足温升速度和气氛控制要求；煅烧产品温差小、均匀，煅烧过程操作方便，劳动强度低；烟尘、噪音符合环境标准要求，投资成本相对较低。 为达到小投资，低成本，生产控制简易，只有采用小型静态窑。而改进型的小型梭式窑，与传统静态煅烧相比，具有动态窑炉相当的热效率，劳动强度低，气体流动速度快，能充分燃烧，上下温差小，燃烧均匀，产品质量稳定。而动态窑炉如回转窑占地面积大，投资大，煅烧温升段相对不易控制，生产工艺操作复杂，行业成本高。 .4 升温速度与恒温时间 升温速度与恒温时间的选择，对煤系高岭岩在煅烧过程中脱羟，脱碳质以及高孔隙率的获得，具有重要影响。 升温速度控制适当、羟基和碳质脱失彻底，煅烧产品表面均匀干净，表面积大，才能充分形成煅烧产品的膨松结构。煤系高岭岩中的碳质，均匀地胶结在高岭石的表面和颗粒间的缝隙内，以及渗透到其解理缝中，它的挥发和脱失，要非常均匀和相对持续一定时间。 高岭土的煅烧是不断加热升温的过程，由于脱失羟基和物相转变，升温速度不是均匀递升的。高岭土在脱失羟基时是一个吸热过程，这个阶段升温要慢些，才有利于表面羟基和内部羟基的脱除。对于结晶好的，有序度高的高岭土，920～950℃时剩余的内部羟基才能脱失完毕。而在950～1050℃是一个放热过程，均匀加热，升温要快些。 经过不同程度后期成岩作用的高岭岩，其中碳质的芳香链环长短不同，因此脱失碳质难易程度不同，要求的恒温时间和煅烧温度也就不同。 .5 添加剂选择和煅烧气氛控制。 使用不同煅烧添加剂，可简化生产流程，在相对低温下完成脱羟、脱碳、增白等过程， 降低产物硬度，降低成本，增加煅烧产品品种。 煅烧气氛的控制，对煅烧产品的白度和黄色度的影响也很大。由于煤系高岭岩碳质的脱除，需要氧化气氛焙烧，同时造成其中的Fe质变成高价，这样必然造成在碳质脱除，白度提高的同时，产品的黄色度也相应提高。因此，在一定温度下，采用还原气氛使高价Fe还原为低价Fe，控制煅烧气氛，使产品白度提高，黄色度降低，有利于产品在造纸和涂料中的使用。 选择理想的添加剂，可起漂白和使铁生成可挥发化合物的作用。我们在高岭土(岩)粉中加入数种添加剂，一是改变炉内气氛，对高岭土(岩)直接漂白；二是与铁反应，生成铁化物挥发带走，起到除铁漂白的作用；三是降低转化温度，使产出物在低转化温度下除铁而不带入其他颜色。 高岭土全干法生产工艺 (1)技术来源 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℃)，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。 (2)工艺技术成熟程度 采用小型高温梭式窑，煅烧温度、煅烧气氛、物料停留时间等工艺参数均可自动调控，热效率高；物料受热均匀，单位产品能耗低；产品白度高，质量稳定。单窑产量可达2.0～3.0t，日产量可达9～12t。 BXZM-800型超细粉碎高速旋流自磨机组的特点是在粉碎腔下安装一锥形粉碎转盘，旋转盘外斜锥面上固定有冲击粉碎板与两组助粉碎板。配套的超细分级机，采用轮式双金属机械密封装置与迷宫护卫圈配合，杜绝了粉体跑粗现象，分级产量大，精度高，能耗极低。能稳定生产800～6000目超细粉体产品。此机组生产高岭土超细粉，产量在1.0～1.5t，日产量可达24～30t，足以满足配套窑炉的生产要求。 (3)工艺技术的优越性 采用改进型高温梭式窑进行煅烧，与国内高岭土厂数亿上千万投资相比，单位折旧大大降低，投资小，见效快。尤其是煅烧升温曲线容易控制，便于操作。 由于高岭土煅烧后，硬度显著增加，对粉碎机材料的磨损极大，造成产品受到污染，产 品质量达不到要求，而我们采用BXZM-800型高速旋流自磨机，直接块矿进料，一次粉碎分级成相应细度，采用最新WCS碳化钨钢梯度耐磨材料，在耐磨件的钢基体上通过高能离子注渗WCS产品。具有高硬度、高强度、高韧性、高抗疲劳和高耐磨性。使工件表面光洁度不受破坏，提高耐磨件的使用寿命。比传统高铬铸钢、铸铁及硬质耐磨合金块条，硬度高得多，HRC达63～65。韧性强，能在加工过程中，把工件磨损的铁污染降低到最小，杜绝了产品的二次污染，提高了煅烧高岭土产品的纯度与质量。实行全封闭一体化生产。 与目前国内煅烧高岭土“全湿法”生产工艺相比，“全干法”生产工艺具有生产成本低，生产工艺简单易控的独特优势，同时能生产出与“全湿法”产品一样的高白度，白度可在93%～96%，具有巨大的性能价格优势。 (4)高岭岩的煅烧工艺流程 超细煅烧高岭土生产工艺流程主要包括四个部分：①原料的预先干燥，达到进行超细粉碎的水份要求；②高岭土的超细粉碎与分级，达到煅烧要求粒度；③高温煅烧处理成要求纯度和白度；④煅烧后的打散解聚，达到最终成品要求细度。生产工艺流程图如下。 油漆涂料、塑料橡胶级：高岭土原料→水洗除杂→混入药剂→干法粉碎(800目、1250目)→煅烧→解聚打散→产品(800目、1250目、2000目、3000目)。 造纸涂料级：原料→水洗除杂→混入药剂→干法粉碎(2μm＞80%)→煅烧→混入干磨助剂→解聚打散→产品(1250目、2000目、3000目、2μm＞70%、2μm＞80%及部分2μm＞90%)。 产品质量标准、主要设备、原材料及水电成本分别见表2、表3、表4。 表2 产品质量标准(%，按GB/T14563-93) 牌号 白度 92 94 SiO2 56 54 Al2O3 42 44 Fe2O30.5 0.3 TiO20.3 0.3 K2O 0.1 0.1 Na2O0.2 0.2 CaO LOI 0.3 0.3 60 65 55 60 0.5 0.5 表3 主要设备 设备名称 颚式破碎机 超细粉碎成套设备 高温窑炉 干燥设备 型高温转盘和衬圈 脉冲布袋除尘器 规格型号 250×400 BXZM-800 SK-10 非标 非标(HRC＞63) JH-60 台数 1 1 1 1 1 1 功率(kW) 15 160 2.2 价格(万元) 1 65 20 3 3 3.7 调频电动机 离心鼓风机 液化气钢瓶 高温耐火料盆 合计 YTPFQ1600L-2 90L-9-19 50kg 非标 1 2 20 5 000 22 4.4 203.6 1.3 0.5 1 2 100.5 表4 原材料及水电成本 名称 精选高岭土 煤气 纸塑三复合袋 电 水 药剂消耗 合计 单位 t t 个 度 t t 单耗 1.2 0.15 50 250 2 0.015 单价(元) 300 3 000 2 0.6 1 均价10 000 单耗价(元/t) 360 450 100 150 2 150 1 212 结 语 综上所述全干法生产煅烧高岭土工艺与全湿法生产工艺相比，具有投资小，工艺简单，生产操作方便易控，质量稳定，生产成本低等优点，具有极高的性价比，值得大力推广。 河南华冠环保科技有限公司在山西境内有大量的煅烧高岭土行业业绩，细度有325、800、1000、1250目， 产量有50-200吨每天产能，可技术转让，可出售设备，产品。 河南华冠环保科技有限公司专业致力于资源再利用、高岭土行业，生产的回转窑运转率可提高10%以上，产量提高5%～10%，能耗降低20%左右，产能达到50-500t/d，更加节能环保。如有需求，可直接咨询18637113703(微信同号)，华冠环保科技公司为您竭诚服务，随时欢迎前来参观! 专业售后服务！
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