某高品质煤系高岭土增白工艺研究.pdf

‘3 4 。 有色金属 选矿部分 2 0 0 4 年第3 期 一 某高品质煤系高岭土增白工艺研究 刘琏，张军，陈伟 山东省地质科学实验研究院，济南2 5 0 0 1 3 摘 要根据某高品质煤系高岭土的特性进行了增白工艺研究，研发的增白工艺流程简单、效率高，最终产品白 度高达9 3 ％以上，完全符合了造纸涂料级煅烧高岭土对白度的要求。 关键词煤系高岭土；白度；煅烧；氯化 中图分类号T D 9 5 2 ．5文献标识码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 4 0 3 0 0 3 4 0 2 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9 3 ％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S i 0 3 、A 1 2 0 3 、T F e 2 0 3 、T i 0 2 、L O I 烧失 量 ，另外还有K 2 0 、N a 2 0 、C a O 、M g O 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L O I 时的S i Q ，砧2 q 总量在9 0 ％～9 5 ％，S i 0 2 ／A 1 2 0 3 ≈2 摩尔质量比 ， T F e 2 0 3 十T i h 1 ％，T F e 2 0 3 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L O I 时的 S i Q 和A 1 2 0 { 总量为9 7 ．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挥发，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1 2 5 0 目，经检测d 9 5 ．5 l O g m ，d 3 5 ．2 2 舯，最大粒径 1 3 ．8 3 t _ ￡m ，中位径d 5 0 2 ．8 7 f f m ，比表面积2 9 3 7 9 c m 2 儋，原料粒度分布见图1 。 表1样品分析结果／％ T a b1 A n a l y s i sr e s u l t so ft h es a m p l e ／％ 堕坌璺堕些垒堕垒 堕塑 皇垒坐垒自鏖 含量4 29 93 8 ．0 40 ．1 70 ．7 4 1 6 ．5 21 ．9 22 4 5 图1 原料粒度分布 F i g1 S i z ed i s t r i b u t i o no ft h er a wm a t e r i a l 2 增白工艺研究 2 ．1 煅烧脱碳 采用S 埘x 一高温电炉首先进行煅烧脱碳。此 阶段试验了煅烧最终温度及恒温时间，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6 0 0 ～1 1 0 0 0 C ，升温速度3 ～5 ℃／r a i n ，最终恒温约1 h ，结果发现接近1 0 0 0 Z ；时效果 箨薯是羿；癸；警五1 9 6 5 誓；，女，江苏镇江人，高级工程师，主要从事非金属矿物的开发应用研究工作。作者简介刘逭一 ，女，江苏镇江人，高级工程师，主要从事非金属矿物的开发应用研究工作。 万方数据 2 0 0 4 年第2 期 有色金属 选矿部分 ．3 5 ． 一一 最好，超过1 0 0 0 。C 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 。 表2 煅烧温度对白度的影响 T a b2T h ee f f e c t so fc a l c i n i n gt e m p e r a t u r eo n w h i t e n e s s 塑垦釜 白度／％ 螋 Q 塑 旦旦 塑竺 塑 5 0 ．46 4 ．78 0 ．3 8 7 ．98 9 ．48 8 7 2 ．1 ．2 煅烧时间试验 最终温度8 0 0 * 2 下对原料进行煅烧，升温速度3 ～5 ℃／r a i n ，最终取4 个恒温时间，结果 见表3 表 明，只有维持一定煅烧时间，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2 h 。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 T a b3T h ee f f e c t so fc a l c i n i n gt i m eo nw h i t e n e s s 2 ．1 ．3 升温制度的制定 煤燃烧过程中，4 0 0 - - 4 5 0 ℃时，热解生成可燃气 体扩散燃烧，较易完成；5 0 0 - 6 5 0 “ C 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，此中间相只有在1 2 0 0 ～1 4 0 0 ℃才能充 分燃烧，而达此温度会使高岭土转变为高硬度的莫 表4 乃64 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5 0 0 - 6 5 0 ℃ 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白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熔 点高挥发性的F e C l 3 沸点3 1 5 ℃ 及T i C l 4 沸点 1 3 C C ，碳则转化为C O 、c 0 2 ，从而使c 、F e 及T i 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5 5 07 0 0 * 2 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s 0 2 、S i 0 2 、H 2 0 作 用下发生分解，产生的C 1 2 或H C l 将铁、钛的氧化物 转化为F e C l 3 及T i C h ，从而达到增白目的。 试验中将氯化焙烧溶人煅烧工艺中同时进行， 只将升温制度稍加调整，即在7 0 0 ℃时适当恒温，以 保证固体氯化剂分解。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 。 升温制度 T h ep r o c e d u r ef o rr a i s i n gt e m p e r a t u r e 表5氯化剂用量对白度的影响 T a b5T h ee f f e c t so fc h l o r i d ed o s a g eo nw h i t e n e s s 氯化剂用量／％0 2351 0 皂堕[ 兰 ； i 竺 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 9 8 0 * 2 ，恒温时间达6 m i n 以上，结果白度也一直难以 达到9 3 ％，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，煅烧升温制度配合适量的氯化剂 用量使最终白度在不加氯化剂、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F e z 0 3 为0 ．1 1 ％， T i 0 2 为0 ．2 9 ％。在此基础上进行粒度分级或湿法 超细粉碎，即可得到双9 0 型 即白度≥9 0 ％、细度 一2 t t m 含量≥9 0 ％ 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，1 9 8 4 ， 1 9 4 2 0 0 ． [ 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，2 0 0 2 ，2 7 3 9 1 1 ． [ 3 ] 安家驹，王伯英．实用精细化工辞典[ M ] ．北京轻工业 出版社，1 9 8 8 ，8 9 1 8 9 3 ． [ 4 ] 许时．矿石可选性研究[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 8 3 ，2 0 7 ． 下转第4 6 页 万方数据 4 6 有色金属 选矿部分2 0 0 4 年第3 期 5结语 银山铅锌矿选矿厂结合现场管理中遇到的实际 问题，引进北京矿冶研究总院生产的B R F S 型自动 给药系统对原有的手工虹吸给药系统进行了改造， 提高了给药的准确性和及时性；新建一个给药控制 室，改善了给药工的工作环境与劳动强度，也便于浮 选操作工与给药工的联系；重新砌筑一给药平台，增 加给药落差，减少了药剂管堵塞现象。经过一年多 的应用表明，此次改造解决了原有的各种问题，同时 选矿药剂成本明显下降，经济效益显著。 ‘r H EP R A C T I C E 蕾D RR E I D 剐ⅥI N GR E A G E N TI 吧E D I N GS Y S T E Mo F M I N E R A LP R O C E S S I N GF A C T o R YI NY I N S H A NL E A D Z I N CM I N E D O N G H o n g x i n L o n g q i a oM i n eC o ，．L u j i a n gA n h u i2 3 1 5 5 5 ，C h i n a A B S T RA C T T h er e f o r m i n gw o r k sd o n ea i m i n ga tr e a g e n tf e e d i n gs y s t e mo ft h em i n e r a lp r o c e s s i n gf a c t o r ya r ei n t r o d u c e d ．’F h ep r o b l e m se x i s t e do r i g i n a l l ya r es o l v e df i n a l l y ，a n dt h er e a g e n tc o s tf o rm i n e r a lp r o c e s s i n gl o w e r e ds i m u h a n e o u s l y ． K E YW O R D S r e a g e n tf e e d i n g ；r e f o r m i n g ；s p o tm a n a g e m e n t 代锵似乱代代会S 舍 全仓，铽全全饿全％吨，代俅饿饿仓％呵N 仓“噜铽詹“沌铽命％吧铽蝓影N 仓∽乜全％娜N 金％呵N 仓％々眦 上接第3 5 页 T H EP R O C E S SR E S E A R C HF O RR A I S I N GW H I T E N E S SO FC E R T A I N H l G H Q u A L r r YC O A L S E R I E SK A O L I N E L J U X u a n ．Z H A N G J u n 。C H E NW e i S t l 丑7 z d o 竹gI n s t i t u t ea n dL a b o r a t o r yo fG e o l o g i c a lS c i e n c e ，J i ’n a n2 5 0 0 1 3 ，C h i n a A B s l 限A C T A c c o r 【l i n gt ot h ep r o p e r t yo fc e r t a i nh i g h q u a l i t yc o a l s e r i e sk a o l i n e ，t h ep r o c e s sr e s e a r c hh a sb e e nd o n e f o rr a i s i n gw h i t e n e s so ft h ek a o l i n e ．T h ef l o w s h e e td e v e l o p e df o rr a i s i n gw h i t e n e s si ss i m p l ea n dh i g he f f i c i e n t 7 F h ew h i t e n e s so ft h ef i n a lp r o d u c ti sm o r et h a n9 5 ％． 1 i n eu s e df o rm a k i n gp a p e ra n dd o p e ． a n dt h e r e f o r em e e tv e r yw e l lt h ed e m a n d so fc a l c i n e dk a o K E YW O R D S c o a l s e r i e sk a o l i n e ；w h i t e n e s s ；c a l c i n i n g ；c h l o r i d i z i n g 万方数据