某高品质煤系高岭土增白工艺研究_百科知识_行业资讯

刘瑄张军陈伟（山东省地质科学实验研究院，济南 250013）中图分类号：TD952.5 文献标识码：A 文章编号：1671-9492（2004）03-0034-02煤系高岭土由于与煤伴生，存在于高岭土结晶间隙中的固定碳，使其呈现灰黑色或灰白色；另外影响高岭土白度的还有铁、钛等着色矿物，它们在高温煅烧后生成的氧化物会使原料发黄或呈砖红色。因此，通过煅烧、除杂等工艺脱除其中的碳及铁、钛等着色物质，可提高产品白度。造纸涂料级煅烧高岭土，产品档次高，附加值也高，是现今最能发挥我国优质煤系高岭土潜在价值的、与国际市场接轨的产品。我们针对山东省某高品质煤质高岭土的性质进行了增白工艺研究，生产出的产品白度高达93％以上，完全符合了造纸涂料级煅烧高岭土对白度的要求。 1、煤系高岭土的品质及样品处理 1.1煤系高岭土的品质煤系高岭土以高岭石为主要矿物，其主要化学分析指标有：SiO₂、Al₂O₃、TFe₂O₃、TiO₂、LOI（烧失量），另外还有K₂O、Na₂O、CaO、MgO等。高品质的煤系高岭土，高岭石含量高且呈片状，铁、钛等杂质含量低，一般要求换算成无LOI时的SiO₂，Al₂O₃总量在90％～95％，SiO₂/Al₂O₃≈2（摩尔质量比），TFe₂O₃+TiO₂＜1，TFe₂O₃＜0.4%～0.5%。本研究所用煤系高岭土属高品质煤系高岭土，其化学分析指标及白度分析见表1。经换算无LOI时的SiO₂和Al₂O₃总量为97.1％，另外样品分析结果中虽然铁、钛总含量小于1％，但钛含量偏高，因此增白试验特别注意了对钛的脱除。 1.2样品处理原料粒度对煅烧脱碳及除铁、钛工艺有较大影响。粒度粗，煅烧时颗粒内部的碳质不易发挥，使得恒温时间长且煅烧产品白度偏低；粒度细，则比表面积大，碳质易挥发，恒温时间短，除铁、钛时反应也会更充分，使得产品白度较高。将原料粉碎至约1250目，经检测d_95.5＝10μm，d_35.2＝2μm，最大粒径13.83μm，中位径d₅₀＝2.87μm，比表面积29379cm2/g，原料粒度分布见图1。
表1 样品分析结果/％

成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	LOI	SiO₂/Al₂O₃	白度
含量	42.99	38.04	0.17	0.74	16.52	1.92	24.5

图1 原料粒度分布 2、增白工艺研究 2.1煅烧脱碳采用SRJX-高温电炉首先进行煅烧脱碳。此阶段试验了煅烧最终及恒温时间，并根据煤的燃烧特性制定了升温制度。 2.1.1最终温度试验确定最终温度是煅烧过程中首先要解决的问题，煅烧试验温度从600～1100℃，升温度3～5℃/min，最终恒温约1h，结果发现接近1000℃时效果最好，超过1000℃颗粒表面开始变硬（生成高硬度的莫来石及方石英），使白度下降。试验结果见表2。[next]
表2 煅烧温度对白度的影响

温度/℃	600	700	800	900	1000	1100
白度/％	50.4	64.7	80.3	87.9	89.4	88.7

2.1.2煅烧时间试验最终温度800℃下对原料进行煅烧，升温速度3～5℃/min，最终取4个恒温时间，结果见（见表3）表明，只有维持一煅烧时间，脱碳才能彻底，产品才能达到较高的白度。对于本试验所采用的原料粒度，最终恒温时间不应低于2h。若粒度过粗或过细，最终恒温时间应作适当调整。
表3 煅烧时间对白度的影响

恒温时间/min	50	100	150	200
产品白度/％	79.8	82.4	85.4	85.9

2.1.3升温制度的制定煤燃烧过程中，400～450℃时，热解生成可燃气体扩散燃烧，较易完成；500～650℃则在固态焦炭表面进行燃烧，此阶段除要求颗粒达到一定细度外，氧的提供也要及时充足，焦炭表面燃烧才能充分，否则容易产生焦化现象，形成一种各向异性的有机物和炭的中间相，只有在1200～1400℃才能充分燃烧，而达此温度会使高岭土转变为高硬度的莫来石及方石英。因此，煅烧脱碳自室温至最终温度一直采用均速升温不够科学，根据煤的燃烧特性我们制定了阶段性升温与在几个关键温度点（如500～650℃）进行适当恒温的温度制度（见表4）。另外由于物料在高温电炉中是静态燃烧，为保证供氧充足、燃烧充分，整个煅烧过程对物料进行了几次适当搅动，以免形成中间相。 2.2氯化焙烧除铁、钛人们通常采用化学漂泊法及其它的化学方法如盐酸、硫酸及草酸酸浸法等除铁，这些方法虽能去除大部分铁，但对钛却无效，且工艺复杂。本试验所用原料钛含量相对于铁则偏高，因此不适宜采用此类方法。高温含氯空气可将铁、钛的氧化物转化为低溶点高挥发性的FeCl₃（沸点315℃）及TiCl₄（沸点136℃），碳则转化为CO、CO₂，从而使C、Fe及Ti与高岭土分离。氯化焙烧可直接通氯气，也可添加固体氯化剂使其复分解产生氯气。试验中采用在煅烧过程中添加一定量的固体氯化剂的方法，当温度升至550～700℃（物料自身温度）以后，固体氯化剂在一些原料自身产生的催化剂组分SO₂、SiO₂、H₂O作用下发生分解，产生的Cl₂或HCl将铁、钛的氧化物转化为FeCl₃及TiCl₄，从而达到增白目的。试验中将氯化焙烧溶入煅烧工艺中同时进行，只将升温制度稍加调整，即在700℃适当恒温，以保证固本氯化剂分解。煅烧最终温度，具体升温制度见表4，不同氯化剂用量对比试验结果见表5。
表4 升温制度

温度/℃	室温～500	500	550	600	650	700	700～980	980
恒温时间/min	3～5℃/min	30	30	30	30	30	3～5℃/min	＞120

表5 氯化剂用量的白度的影响

氯化剂用量/％	0	2	3	5	10
白度/％	89.8	92.8	93.3	93.6	92.4

试验中发现，3％～5％的氯化剂用量（接近氯化剂与铁、钛氧化物反应的摩尔比）效果较佳，用量大产品的硬度明显增大，使得白度降低。另外在原料中加入4％的氯化剂匀速升温至980℃，恒温时间达6min以上，结果白度也一直难以达到93％，这证明升温制度的运用是行之有效的。 3、结语经过试验研究对此煤系高岭土制定的增白工艺流程简单，效率高，煅烧升高制度配合适量的氯化剂用量使最终白度不加氯化剂、匀速升温的基础上提高了3％～4％，证明此方法是该煤系高岭土较佳的增白方法。最终产品经检测Fe₂O₃为0.11％，TiO₂为0.29％。在此基础上进行粒度分级或湿法超细粉碎，即可得到双90型（即白度≥90％、细度-2μm含量≥90％）造纸涂料级煅烧高岭土。
参考文献［1］陶著主编，煤化学［M］，北京：冶金工业出版社，1984，194-200。［2］陆银平，李凯琦，煤系高岭岩质量评价方法及深加工方向探讨［J］，中国非金属矿工业导刊，2002，27（3）：9-11。［3］安家驹，王伯英，实用精细化工辞典［M］，北京：轻工业出版社，1988，891-893。［4］许时，矿石可选性研究［M］，北京：冶金工业出版社，1983，207。THE PROCESS RESEARCH FOR RAISING WHITENESS OF CERTAINHIGH-QUALFTY COAL-SERIES KAOLINELIU Xuan，ZHANGJun,CHEN Wei（Shandong Institute and Laboratory of Geological Science,Ji^，nan 250013,China）ABSTRACTAccording to the property of certain high-quality coal-series kaoline,the process research has been done for raising whiteness of the kaoline,The flowsheet developed for raising whiteness is simple and high efficient,The whiteness of the final product is more than 95%,and therefore meet very well the demands of calcined kao-line used for making paper and dope.KEY WORDS:coal-series kaoline; whiteness; calcining; chloridizing

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