CN104150497A - 一种由全煤矸石制备超高白度煅烧高岭土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由全煤矸石制备超高白度煅烧高岭土的方法，其中所述超高白度是指白度>95，该方法包括将全部由煤矸石组成的原料在945-955℃之间的温度下煅烧6小时以上。本发明的方法制备的煅烧高岭土，白度可达95以上，且磨耗值和325目筛余量均低于用其它方法生产的煅烧高岭土，具有很高的应用价值。

Description

一种由全煤矸石制备超高白度煅烧高岭土的方法

技术领域

本发明属于煅烧高岭土的生产方法领域。

背景技术

煅烧高岭土是一种广泛用于涂料、造纸、橡胶等领域的粉末状填料，其一般由天然高岭土或天然高岭岩经破碎后再经过煅烧制得。现有的煅烧高岭土生产工艺中，一般使用天然硬质高岭岩和煤矸石的混合物来作为原料。其中煤矸石属于沉积型煤系高岭土矿，它主要存在于煤层的顶底板和煤层夹矸中，我国煤系高岭土分布广、储量大、品位高，开发利用前景广阔。但煤矸石结构致密，硬度大，含碳量大，自然白度低(自然白度一般在17％以下，甚至是完全黑色的)，伴生的炭、有机质等挥发分很难脱出，而脱除不完全的炭质会严重影响煅烧高岭土的白度。故在本发明诞生之前，工业界是不能完全以煤矸石作为原料来生产高白度煅烧高岭土的，而是必须将煤矸石与天然白度在60左右的高岭岩混合进行煅烧，才能满足下游客户的白度要求。目前，各煅烧高岭土厂家在生产时，为确保成品白度达标，原料中的煤矸石的配比一般不超过20％，所得煅烧高岭土成品，白度一般在92-94之间，黄度在2.5-3.1之间。目前，全部以煤矸石为原料生产煅烧高岭土，尚未见报道，且工业上尚未实现。但人们显然希望能够实现全部以煤矸石作为原料，因为这样不仅可以给煤矿中堆积如山的煤矸石找到应用出路，而且可以降低煅烧高岭土的原料成本。

在涂料、造纸、橡胶等下游应用领域中，一般要求煅烧高岭土的白度不低于88，最好不低于92，但仍然希望有更高白度的煅烧高岭土，以满足这些下游应用领域的高端需求。但目前市场上的煅烧高岭土商品，其白度一般在92-94之间，很少有超过94的，几乎没有看到有超过95的。因为当煅烧高岭土的白度在93以上时，每提高一个白度单位，都是极其困难的。

因此，工业界一直希望能够全部以煤矸石为原料，生产白度超过95的煅烧高岭土产品，但困难重重，至今尚无人实现。

发明内容

本发明则创造性地找到了全部以煤矸石为原料来生产白度超过95的煅烧高岭土的生产方法。因此，本发明涉及一种由全煤矸石制备超高白度煅烧高岭土的方法，其中所述超高白度是指白度>95，该方法包括将全部由煤矸石组成的原料在945-955℃之间的温度下煅烧6小时以上。

在优选的实施方案中，本发明使用隔焰式煅烧窑炉，因此所述煅烧是隔焰式煅烧，所述隔焰式煅烧是指被煅烧物料不与火焰直接接触。

在更优选的实施方案中，其中调节煅烧气氛使得所述煤矸石在其中的炭被氧化为一氧化碳的条件下煅烧。

附图说明

图1是现有技术公开的煤矸石煅烧后的白度与煅烧温度的关系曲线。

图2是现有技术公开的煤矸石煅烧后的白度与煅烧时间的关系曲线。

图3是本发明的煤矸石煅烧后的白度与煅烧时间的关系曲线。

具体实施方式

本发明主要采用超长式煅烧窑炉来实现。

本发明中采用了180.2m的超长煅烧窑炉，且采用隔焰式煅烧方式。本发明中，可以将煅烧时间由常规直焰窑的不足2小时或常规隔焰式回转窑的约1.5小时，延长至6小时以上，有利于结构中的炭和有机质的脱除，使产品黄度稳定在3.0-3.5时，白度高达95以上。

本发明中，所述超长煅烧窑炉有效长度180m，物料放在匣钵中并随窑车行进而逐渐被煅烧，每个窑车长2.5m，窑内共循环窑车数＝180/2.5＝72个，每半小时顶进1车，那么一个窑车从窑头入窑到窑尾出窑共需的时间＝72车*0.5h/车＝36h(含预热带、烧成带、冷却带)；煅烧带总长为32米，每个窑车在煅烧带停留时间为约为32m/2.5m*0.5h＝6.4h(可根据物料白度灵活调整)。本发明中，还将超长煅烧窑炉内气氛控制为弱还原气氛，这可通过调整窑炉进风量来实现，例如使物料在相对缺氧的条件下煅烧，以使得煤矸石中的炭质主要转化成一氧化碳，该一氧化碳进一步将物料中显色的三价铁离子(Fe³⁺)以弱显色的二价(Fe²⁺)，以保证产品的色相；

Fe₂O₃+CO→Fe²⁺+CO₂↑

取本发明方法制备的煅烧高岭土成品，分别测试其白度、黄度、磨耗值和325目筛余，并将结果列于下表1中。为了对比起见，取同行业采用直焰窑煅烧的产品和采用隔焰窑煅烧但煅烧时间为常规的1.5小时的条件下获得煅烧高岭土，也分析其各项指标，结果也列于表1中进行对比。

表1：不同煅烧装置产品性能对比

从表1可见，采用本发明的方法制备的煅烧高岭土产品，以上性能指标均优于同行业其他煅烧高岭土产品。虽然本发明制得的产品黄度值略高，但白度仍高于95，这也是出乎技术人员预料的，因为通常黄度值升高将致使白度值下降，但本发明打破了此常规规律。且本发明的方法制备的产品，磨耗值和325目筛余量也大大改善。这些指标均是下游应用领域所关注的重点指标，因此，本发明的方法制备的产品，具有以下优点：

1.由于该工艺生产的煅烧高岭土具有硬度低、活性大等突出优点，产品磨耗值明显低于直焰窑和隔焰回转窑产品，不及直焰窑的一半，比隔焰回转窑产品的磨耗值低10mg/100000次(均采用国内外较权威的德国产AT1000磨耗仪检测)。在造纸行业中应用时，将大幅降低高速涂布生产对刮刀的大量磨损，降低造纸厂家的生产成本。(近年来造纸行业发展趋势是由低速涂布向高速涂布发展，纸机车速均在550m/min、750m/min以上甚至更高，所以对主要的颜填料煅烧高岭土的磨耗值要求越低越好)。此外，本发明的方法制得的煅烧高岭土活性很高，这非常有利于其应用于橡胶工业中，因为橡胶行业就要求煅烧高岭土具有较高的活性，其作用一方面填补高分子链之间的空隙，起到补强的作用，其次是降成本，可以适当减少价格昂贵的丁基胶的用量。

2.该工艺生产的煅烧高岭土蓬松、质软，物料经轻轻打散后，分散性好，使325目筛余从直焰窑的0.005％下降至0.0020％，涂料中使用时不需研磨可有效提高与体系中各类乳液、助剂的相容性，减少了大颗粒的量，提高涂料的过滤速度，降低过滤成本，提高工作效率。

本发明貌似简单，但其实却很难想到。原因在于，煅烧高岭土行业一直以来有以下两个常识性观点：

1.为控制成品的白度高于92，原料中掺入的煤矸石量不能超过20％，否则成品白度很难达标。

2.随着煅烧时间的延长，煅烧高岭土的白度会逐步增加，直至趋于稳定。如图1和图2所示。再延长煅烧时间，白度不会再有提高，反而会徒耗热能。

例如，根据现有技术记载，见2004年第4期《煤炭加工与综合利用》-“提高煅烧煤系高岭土白度的实验研究”一文：以煤系高岭土(即煤矸石)为原料进行煅烧，其白度随煅烧温度及煅烧时间的变化的趋势，如本发明的附图1和附图2所示。从图1可见，在相同的原料粒度下，提高煅烧温度，产品白度也随之提高，800-950℃时，样品白度上升幅度较大，煅烧温度继续提高，样品白度提高缓慢，逐步趋于稳定；而在同一温度下，原料粒度越细，产品白度越高。从图2可看出，煅烧时间从1 h递增至2.5 h时，煤矸石煅烧样品白度显著增加，煅烧时间继续延长，样品白度提高缓慢，逐步趋于稳定在85左右，不再继续升高。这也是为什么现有的煅烧高岭土行业为了继续提高白度至92以上不得不向煤矸石中掺入大量天然白度60以上的高岭岩进行混合煅烧的原因。

但是，本发明用事实证明，上述认识其实是一种技术偏见。本发明全部采用煤矸石作为原料，并大大延长煅烧时间，意外地制得了白度>95的高端超白煅烧高岭土产品。从图3可见，本发明中全部采用煤矸石作为原料进行煅烧时，在煅烧时间达到4h时，白度达到92.8，已经满足国标要求，继续煅烧至4.5h时，白度为92.7，继续煅烧至5h时，白度为92.8，已经明显地出现了白度随煅烧时间而稳定的情况。至此，大多数技术人员都会认为白度不会再随煅烧时间延长而继续升高，故不会想到再继续延长煅烧时间。但本发明发现，当继续延长煅烧时间至5.5h时，白度又有显著提高，能达到94.8，当继续延长煅烧时间至6h及其以上时，白度甚至能达到95.5以上，这不仅出乎预料，而且这在本发明之前是技术人员想都不敢想的。本领域技术人员在看到白度随煅烧时间延长而趋于稳定的第一个平台期后，是不会有动机去进一步延长煅烧时间的，因为他可以预料到这不仅不会进一步提高白度，反而会使煅烧成本上升，立刻在概念设计阶段就被否决掉的，更不会有人试图去做工业化实验的。但是本发明恰恰打破了上述技术偏见，且实现了非常良好的效果。

Claims (3)

1.一种由全煤矸石制备超高白度煅烧高岭土的方法，其中所述超高白度是指白度>95，该方法包括将全部由煤矸石组成的原料在945-955℃之间的温度下煅烧6小时以上。

2.根据权利要求1的方法，其中所述煅烧是隔焰式煅烧，所述隔焰式煅烧是指被煅烧物料不与火焰直接接触。

3.根据权利要求1的方法，其中调节煅烧气氛使得所述煤矸石在其中的炭被氧化为一氧化碳的条件下煅烧。