我国高岭土加工技术现状与发展趋势

我国高岭土加工技术现状与发展趋势

蔡建

(苏州非金属矿工业设计研究院,苏州215004)

摘要论述了我国煤系、非煤系高岭土加工技术的全面突破;指出了高岭土加工技术的最新动态和发展方向,如高岭土煅烧工艺的完善、表面改性技术的提高、合成4A分子筛工业生产技术的进展、复合材料的制备、增白降黏技术的进步以及低温超导、超细浮选的应用等;苏州非金属矿工业设计研究院在高岭土加工技术、工艺已取得的成果的基础上,将与全行业携起手来,为振兴我国高岭土工业作出贡献。

关键词高岭土加工技术现状趋势

我国高岭土工业发展一直较缓慢,直到上世纪80年代之前,除少数几家高岭土企业采用机选外,大多生产原矿。1980年开始,随着我国国民经济飞速发展,对高岭土产品提出了越来越高的要求,高岭土的消费结构也由传统的陶瓷工业转向造纸、塑料、石化等工业。这就促进高岭土行业的科技进步,科技进步又推动了高岭土行业的发展。

1高岭土加工技术发展历史及现状

1.1高岭土工业的形成我国高岭土工业技术发展经历了几个时期。从在景德镇高岭村发现高岭土直到上世纪70年代,均以开采原矿为主,属原始形成期。由于国外高岭土工业技术的发展和整个陶瓷工业的发展,使我国高岭土产品极不适应陶瓷等行业的要求,瓷件成品率低,质量差,价格一路下跌,当时出口换汇为0.32美元/件。特别表现在:1化学成分不稳定。化学成分的稳定性直接影响着瓷器的质量,如Al2O3,它除了能提高高岭土的耐火度外,在陶瓷坯料的烧成中,还有利于莫来石的生成,增加制品的强度,如其含量经常在波动,陶瓷厂就难以控制烧成温度,则势必影响生产和产品质量。o部分地区高岭土中含铁高。如景德镇地区的Fe2O3含量,一般为1.4%~ 1.8%,个别达2%以上。Fe2O3如果过高,则会降低高岭土熔点,并使陶瓷产品产生斑点、熔洞以及白度不高。?陶瓷厂原料颗粒级配不合理且不稳定。原料中颗粒多,-2L m含量少,直接影响了泥料的干燥强度和可塑性,造成坯体破损严重、变形大。?检测手段落后,测试周期长,不能及时反映陶瓷原料产品的质量,给后续的配方带来困难。

1.2高岭土加工技术攻关的突破上世纪70年代初~90年代初期,是我国高岭土工业快速发展时期。在此期间,由科技部、轻工部、国家建材局等多个部委组织/七五0、/八五0攻关,一批科技攻关项目的完成,彻底改变了我国高岭土加工技术落后的状况;同时,茂名高岭土、龙岩高岭土的发现及选矿研究成果的完成,也改变了我国高岭土工业的结构。

针对当时高岭土工业存在的问题,国家在对成型、烧成、彩绘等工艺进行系统改造和大规模引进装备,提高陶瓷厂工业化水平的同时,将/陶瓷原料精选、坯釉料精制技术研究0立为科技部、轻工部攻关项目(代号603),科技部、轻工部在下达攻关课题时明确目标是采用高新技术,对我国陶瓷原料、坯料进行精选和精制,实现陶瓷原料标准化、系列化、商品化,使我国陶瓷原料加工工业迈上新的台阶,总体上达到上世纪80年代初的国际水平。

科技攻关在高效水力旋流器分选、剥片机超细磨剥、高梯度磁选等方面取得了重大进展,这些成果至今仍为高岭土选矿所采用。建材系统的科技攻关,主要有针对苏州高岭土含硫高的问题,先后完成了选择性絮凝、反浮选等科技攻关及鉴定。

1.3高岭土加工技术全面发展随着我国造纸工业在/八五0、/九五0期间的迅猛发展,先后引进了多条刮刀涂布机,刀速提高到600m/min、800m/min,甚至1200m/min。相应地对高岭土提出了较高的质量要求,包括细度、白度、黏浓度、磨耗值等。通过造纸和高岭土两大行业的共同努力、技术攻关,茂名高岭土已被确认为国内目前高档造纸用高岭土的重要生产基地,同时也推动了高岭土生产技术的全面发展。上世纪九十年代初至今,茂名先后有五家大型高岭土选矿厂建成投产。其中:茂名高岭土工业有限公司,8万t/a;茂名石化矿业公司,5万t/a;山阁瓷土公司,4万t/a。当前,茂名地区高岭土总产量约25万t/a,除少量用于塑料、涂料外,基本用于造纸工业。该地各厂加工工艺特点可归纳如下。1.3.1水力开采:茂名高岭土为砂性土,矿石较疏松,加上南方雨季时间长,降雨量大,故采用水采。

第28卷增刊2005年9月

非金属矿

Non2Metallic Mines

Vol.28Sp.Issue

Sep,2005

矿石在水枪高压水冲击下,基本解离,只要控制适当的浓度和分散条件,即可直接进入选矿作业,这样就缩短了制浆等工艺环节,节省了投资和成本。

1.3.2卧螺离心分级:精选工艺采用了卧螺离心分级技术,使产品细度达到-2L m90%以上,分级效率80%以上。特别是配置了变频调速,可根据不同的物料调整工艺参数(如分离因素),保持产品质量的稳定。中国高岭土公司、茂名高岭土公司、北京门头沟一企业引进国外技术与装备,之后又消化吸收国外技术,而装备国产化,使得高岭土分级技术达到当时的世界水平。

1.3.3广泛推广漂白2除铁技术:根据铁、钛物相分析,高岭土中铁的赋存状态,为矿物铁和晶格铁两种,相当部分为矿物铁,特别是地表铁质淋滤污染,所以采用化学漂白最为经济、有效,也被广泛采用。该技术利用还原漂白剂(如连二亚硫酸钠)将Fe3+还原成可溶性的Fe2+,再通过洗涤作业将其除去。个别高岭土选厂还采用磁选与化学漂白相结合的工艺,使产品白度进一步提高,且降低药剂消耗。

1.3.4压滤工艺:国内一般高岭土企业原来都采用低压过滤。通过技术攻关,采用高压进浆,压力达到2~

2.5MPa,提高了生产率,确保产品水分低于35%,节约了能耗。

1.3.5采用干燥新工艺:过去由于国内离心盘雾化器的材料和加工技术均未过关,所以大型离心式喷雾干燥塔均为进口,而目前通过技术攻关,国内一些厂商也能生产喷雾塔,经使用效果较好,改善了作业环境。

1.4煤系高岭土煅烧技术煅烧高岭土是一种重要的高岭土深加工产品,主要用于造纸、塑料、油漆、橡胶、石油化工工业和新型技术材料等方面。它作为造纸涂布料,可使纸张的光泽度、平滑度、不透明度和原纸覆盖率比采用水洗高岭土时大为改善,尤其是煅烧高岭土具有优良的光散射能力和特殊的油墨吸收性,是它能够替代昂贵的钛白粉的基础和提高纸张涂层质量的原因。它作为塑料、橡胶填料,比一般高岭土填料具有更好的收缩性、强度、阻燃性、吸湿性和电阻率。在油漆和其他涂料中,煅烧高岭土的添加,使产品具有较佳的不透明性、薄膜完整性及耐擦洗性。

煤系高岭土煅烧技术是我国独有的加工技术,国外只有水洗煅烧高岭土。煤系煅烧高岭土在我国的发展也仅有15年历史。苏州非金属矿工业设计研究院根据我国煤系高岭土的资源特性,消化吸收国外煅烧技术,通过几年的探索,现已形成一整套完整的加工工艺,包括湿法超细、煅烧增白、打散解聚等。这批成果作为国家/九五0攻关项目,通过了成果鉴定,获得了国家科技成果二等奖,并广泛应用于金洋、大同、淮北等一批煤系高岭土企业。

2高岭土加工技术最新动态及发展方向

虽然我国高岭土加工技术取得了较大进展,但发展空间仍然很大,距下游产业发展的要求,有一定距离,特别是与国际水平比较差距明显,现各大高岭土企业都在注重技术进步,在今后一段时间内还将涌现更多的新颖实用的高岭土加工技术。

2.1煅烧高岭土工艺的完善目前,煅烧高岭土产品虽然达到了用户的要求,但生产中单位投资大,工艺复杂、质量控制难,能耗高。苏州非金属矿工业设计研究院与生产企业共同合作,不断完善工艺技术。新工艺特点为:湿磨分级,克服了因过磨而产生的粒度分布不合理,影响最终产品的遮盖率和吸油量不高的弊端,降低了单位产品的电耗,提高了劳动生产率,降低了磨矿成本;改进煅烧工艺和煅烧温度,既提高了产量又提高了产品的遮盖率、吸油量及分散性,同时降低了能耗。该工艺技术的生产实践证明:相同的原矿、相同的产量,其综合生产成本仅为原生产工艺流程的70%~75%,且产品质量显著提高,如遮盖率可提高3%、吸油量可调整到70%~75%、分散性指标可达到42.5L m、白度在95%以上,可显著提高产品的市场竞争力,工艺技术和产品质量达到世界先进水平。

2.2高岭土表面改性技术我国塑料合成树脂产量达500万t,尽管塑料工业已取得显著发展,但按人均计算,年消费量仍很低,不足5kg,与发达国家比尚有较大差距。所以,到本世纪初我国塑料工业将保持一定的发展速度,塑料制品年产量将达到800万t。高岭土在塑料工业中作为功能性填料占有重要地位。由于它颗粒微细、呈片状或管状,能够提高塑料制品的强度、硬度、白度、电绝缘性等,并且在塑料膜中能提高散射光透过率、阻隔红外线,因此可广泛用于农膜,特别是作为体积填料,可显著降低制品的成本。近几年来,科技人员已在超细、改性两方面做了大量研究工作,取得了一定的效果,使得矿物填料在塑料制品中的份额占10%以上,有些塑料制品(如打包带)可达50%以上。

2.3高岭土合成4A分子筛沸石(也称分子筛)是一种四面体骨架的硅铝酸盐矿物,由于具有大量孔径均一的微孔和可交换的阳离子,因而具有特殊

的吸附、分离和离子交换特点。对洗涤剂而言,需要的是离子交换能力强的4A沸石。

由于使用含磷洗涤剂的废水排放到河流湖泊后,造成对生态环境污染方面的争议,有些国家已基本限制了含磷洗涤剂的生产。我国随着政府对环境保护的重视,已于1993年颁发5洗涤剂用4A沸石6标准,1999年1月1日开始在环太湖流域禁止生产、销售、使用含磷洗涤剂。故用4A分子筛代替三聚磷酸钠用于洗涤剂有着现实意义。

合成4A沸石有高岭土法、活性白土法和化学合成法,通过比较,用高岭土合成4A沸石是最经济、合理的。因为高岭土与4A沸石两者硅铝比相同,只要向高岭土加入Na2O组分,并使其发生晶形转变即可生成4A沸石。高岭土生产4A沸石的工艺为:煅烧y晶化y洗涤y干燥与包装。

2.4黏土材料纳米材料由于尺寸进入分子、原子世界,所以展现了许多奇特性能,如能屏蔽紫外线、电磁波,用于军事、通信、电脑等行业;用纳米黏土添加到冰箱、饮水机制作材料中,具有抗菌、消毒作用;特别是陶瓷,添加纳米黏土,使其强度提高50倍,可用来制造发动机零件。添加纳米的塑料,强度高、耐热性好、密度低,特别是耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍,且具有阻燃自熄灭性,纳米塑料被制成管材、汽车机械零件、啤酒和肉类制品包装材料等。世界纳米技术产生的营业额已达500亿美元,成为21世纪的代表性技术。

高岭土制备纳米材料,我国目前已取得了阶段性成果,科技攻关已完成了试验,Al2O3基的纳米材料,强度从200~300MPa提高到1200~1300MPa。

2.5增白、降黏技术的进步近20年来,增白、降黏技术一直是我国高岭土行业研究的课题之一,并取得了较大的进步,目前产品白度已达到88%,黏浓度达到68%。但造纸工业发展迅猛,对高岭土的质量提出了更高的要求,特别是美国高岭土、巴西高岭土进入中国市场,加剧了技术的竞争,促进了我国高岭土的技术进步。近期将完成多项科技成果,也取得了多项专利技术。如专利ZL00112186.3,使高岭土产品黏浓度达到70%以上。/十五0期间科技部立项的攻关课题完成后,高岭土将有白度达到90%、黏浓度为72%的产品。

2.6低温超导技术的应用我国高岭土资源与美国、巴西等国比较,存在白度低,黏度高的缺陷。对此,除了本身科技攻关外,还应积极学习、引进国外先进技术。低温超导技术是目前我国尚不具备的技术,在世界上也仅有极少数公司可掌握。通过我院与美国Carpco等公司的交流、谈判,终于在兖矿集团北海高岭土公司项目上引进该装备,该设备磁场强度5万Gs,装机容量37kW,产品Fe2O3含量将由0.9%降到0.5%以下。

2.7超细浮选技术超细浮选高岭土,目的是为了提纯、增白。由于高岭土与一些杂质矿物嵌布在很细粒级,采用超细浮选技术可进行有效分离。该技术国外较成熟,但在我国尚处在研究阶段。在此方面,苏州非金属矿工业设计研究院已取得小试成果。3结语

随着高岭土应用领域的不断拓展,高岭土会有更多性能被人们所认识,也会有更多技术难题需要攻关,我们作为国家唯一的甲级非金属矿设计研究院,愿与各企业家们一道为我国高岭土工业振兴发展,做出贡献。