CN111099600B

CN111099600B - 低需水量高活性偏高岭土的生产方法及制得的偏高岭土

Info

Publication number: CN111099600B
Application number: CN201911404943.XA
Authority: CN
Inventors: 林炼; 王宇轩; 王凤全; 张增明; 陈建文; 亢浪浪
Original assignee: Inner Mongolia Chaopai New Material Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Chaopai New Material Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111099600A

Abstract

本发明公开了一种低需水量高活性偏高岭土的生产方法及制得的偏高岭土，生产方法包括以下步骤：高岭土原矿经过破碎、研磨后，煅烧成偏高岭土，将煅烧后高温状态的偏高岭土喷水急冷快速降温到120℃以下，将冷却后的偏高岭土加水配制成料浆，加入分散剂和降低需水量的助剂进行湿法研磨，或将冷却后的偏高岭土加水配制成料浆，加入分散剂进行湿法研磨，研磨后加入降低需水量的助剂，喷雾干燥得到低需水量高活性偏高岭土。本发明的生产方法制得的偏高岭土产品为近球形，具有很好的流动性，避免了产品在料仓中架桥，在混凝土、砂浆拌合过程中，偏高岭土反应活性高，需水量低，工作性能较优。

Description

低需水量高活性偏高岭土的生产方法及制得的偏高岭土

技术领域

本发明涉及偏高岭土制备的技术领域，特别地，涉及一种低需水量高活性偏高岭土的生产方法及采用该方法制备得到的偏高岭土。

背景技术

偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性，主要用作混凝土外加剂。偏高岭土能与硅酸盐水泥水化时所产生的副产物--氢氧化钙快速反应，生成新的胶凝材料，从而极大地提高混凝土及砂浆的性能。偏高岭土也可制作高性能的地质聚合物、催化剂载体等。

活性是偏高岭土的重要指标，通常用活性指数(28天胶砂强度法)来表示。除了纯度、煅烧温度的影响，煅烧制度也有一定的影响。需水量是混凝土掺合料重要的指标，需水量小的掺合料，往往有更好的工作性能，可以使混凝土、砂浆具有较小的水胶比，从而有更好的力学性能。目前，制得的偏高岭土在配制混凝土、砂浆时，存在需水量较大，坍落度损失快等缺点，为解决偏高岭土工作性能不好的问题，现在只能是用户在配制混凝土、砂浆时，加入较多的减水剂、保坍剂、缓凝剂来提高偏高岭土的工作性能，或者加入粉煤灰来提高工作性能。

偏高岭土在混凝土、砂浆中工作性能不好的原因主要有以下三个方面：一是较细的细度，要达到较好的性能，偏高岭土平均粒径往往在3微米以下，有的甚至达到1微米左右，从而具有较大的比表面积，增加了需水量；二是偏高岭土煅烧后会使高岭土脱去约14％的结构水，具有较多的孔穴结构，从而对水的吸附较多；三是偏高岭土主要活性成分是硅酸铝，具有较快的反应性，有早强早凝的特点，硬化较快造成流动性下降。

采用较粗粒径的偏高岭土，可以适当降低需水量，但降低了偏高岭土的性能，特别是对早期强度降低较多，由于比表面积小，对减轻泛碱的效果也明显下降。而且由于原因二、三的影响，工作性能仍不好。加入较多的减水剂、保坍剂、缓凝剂，可以一定范围内降低混凝土、砂浆的用水量，但增加了成本，配合比调试工作量大。此外，偏高岭土在达到较好性能所需要的细度时，具有较强的粘附性，因此容易在料仓中架桥，不易下料。

由于解决不好偏高岭土工作性能差的问题，严重制约了偏高岭土的应用，甚至导致有些领域放弃使用偏高岭土。

发明内容

本发明提供了一种低需水量高活性偏高岭土的生产方法及制备得到的偏高岭土，以解决现有技术中制备的偏高岭土工作性能差，配制混凝土、砂浆时需水量较大的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种低需水量高活性偏高岭土的生产方法，包括以下步骤：

1)高岭土原矿经过破碎、研磨后，煅烧成偏高岭土，

2)将煅烧后高温状态的偏高岭土进行气流输送至料仓，气流输送过程中喷水冷却，使偏高岭土快速降温到200℃以下，到达料仓时所述偏高岭土降温至120℃以下，

3)将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为40～50％的浆料，加入分散剂和降低需水量的助剂进行湿法研磨，或将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为40～50％的浆料，加入分散剂进行湿法研磨，在研磨后的料浆中加入降低需水量的助剂，

4)将步骤3)得到的料浆搅拌均匀后进行喷雾干燥，得到低需水量高活性偏高岭土。

进一步地，步骤3)中，所述降低需水量的助剂采用明胶、淀粉、聚乙烯醇、纤维素醚或葡萄糖酸钠中的一种或几种。

进一步地，所述降低需水量的助剂的加入量为偏高岭土的质量的0.1～2％。

进一步地，步骤3)中，所述分散剂采用六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠中的一种或两种。

进一步地，所述分散剂的加入量为偏高岭土的质量的0.1～1％。

进一步地，步骤3)中，所述湿法研磨是研磨至平均粒径5μm以下。

进一步地，步骤1)中，所述研磨是研磨至200～400目细度，步骤3)中，所述湿法细磨是研磨至800～4000目细度。

进一步地，步骤1)中，所述煅烧的温度为650～900℃，煅烧的时间为50～90分钟。

根据本发明的另一方面，还提供了一种根据上述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法制备得到的偏高岭土。

进一步地，所述低需水量高活性偏高岭土的活性指数为120～135％，所述低需水量高活性偏高岭土的需水量比为102～110％。

本发明具有以下有益效果：

本发明的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，先将高岭土原矿破碎、粗磨，然后细磨成较小粒径后煅烧成偏高岭土，将煅烧后的高温状态(约800℃左右)的偏高岭土在出料过程中喷水急冷到120℃以下，急冷有效提高了偏高岭土的反应活性，将急冷后的偏高岭土制浆加入分散剂和降低需水量的助剂一起进行湿法研磨或者将急冷后的偏高岭土制浆加入分散剂一起进行湿法研磨后再加入降低需水量的助剂，分散剂在研磨时可以降低研磨时料浆的粘度，降低需水量的助剂吸附在偏高岭土的表面，干燥工序使其包覆在偏高岭土的表面，降低需水量的助剂能缓慢溶解于水，且溶解于水的速度是可调的，降低需水量的助剂包覆在偏高岭土粒子的表面，可以降低偏高岭土颗粒的孔穴对水的吸收，从而降低需水量，且可以减弱在混凝土、砂浆拌合过程中，偏高岭土与混凝土、砂浆水化时产生的氢氧化钙的接触，从而降低初期反应性及硬化速度，处理后的偏高岭土进行喷雾干燥，得到近球形的偏高岭土粒子团聚体，具有很好的流动性，避免了产品在料仓中架桥，近球形偏高岭土产品在混凝土、砂浆拌合过程中，遇水会缓慢地逐步崩解，偏高岭土最终可以充分分散。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的低需水量高活性偏高岭土的生产方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本实施例的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，包括以下步骤：

1)高岭土原矿经过破碎、研磨后，煅烧成偏高岭土。

2)将煅烧后高温状态的偏高岭土进行气流输送至料仓，气流输送过程中喷水冷却，使偏高岭土快速降温到200℃以下，到达料仓时偏高岭土降温至120℃以下。

3)将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为40～50％的浆料，加入分散剂和降低需水量的助剂进行湿法研磨，或将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为40～50％的浆料，加入分散剂进行湿法研磨，在研磨后的料浆中加入降低需水量的助剂，浆料在上述浓度，粘度始终，有利于研磨，若浓度过低后续干燥成本高，若浓度过高，不利于研磨。

本实施例的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，先将高岭土原矿破碎、粗磨成较小粒径煅烧成偏高岭土，煅烧工序可在回转窑内完成，将煅烧后的高温状态(约800℃左右)的偏高岭土在出料过程中喷水急冷到120℃以下，急冷有效提高了偏高岭土的反应活性，将急冷后的偏高岭土制浆加入分散剂和降低需水量的助剂一起进行湿法研磨或者将急冷后的偏高岭土制浆加入分散剂一起进行湿法研磨后再加入降低需水量的助剂，分散剂在研磨时可以降低研磨时料浆的粘度，降低需水量的助剂在偏高岭土的表面吸附，然后通过干燥包覆在偏高岭土的表面，降低需水量的助剂能缓慢溶解于水，且溶解于水的速度是可调的(通过选择不同的助剂或助剂用量)，降低需水量的助剂包覆在偏高岭土粒子的表面，可以在一定时间内降低偏高岭土颗粒的孔穴对水的吸收，从而降低需水量，可以减弱在混凝土、砂浆拌合过程中，偏高岭土与混凝土、砂浆水化时产生的氢氧化钙的接触，从而降低初期反应性及硬化速度，处理后的偏高岭土进行喷雾干燥，得到近球形的偏高岭土粒子团聚体，具有很好的流动性，避免了产品在料仓中架桥，近球形偏高岭土产品在混凝土、砂浆拌合过程中，遇水逐步崩解，偏高岭土可以充分分散。

本实施例中，步骤3)中，降低需水量的助剂采用明胶、淀粉、聚乙烯醇、纤维素醚或葡萄糖酸钠中的一种或几种。降低需水量的助剂优选采用聚乙烯醇。上述物质作为助剂包覆在偏高岭土颗粒的表面，在水中的溶解速度比较慢，从而可以减慢偏高岭土颗粒中的孔穴对水的吸收，从而降低需水量，以及减慢偏高岭土与水泥水化产生的氢氧化钙的反应速率，从而降低初期反应性及硬化速度。葡萄糖酸钠可以延缓混凝土、砂浆的凝结速度，减缓偏高岭土反应速度，从而减缓偏高岭土加入后对混凝土坍落度的降低。而同一助剂不同的规格，其溶解速度也不同，如聚乙烯醇，聚乙烯醇1798溶于95度热水，基本不溶于冷水，聚乙烯醇1788在冷水中可以溶解，因而通过不同规格助剂的配比及用量，可以调节其在偏高岭土表面的溶解速度，从而延缓并控制偏高岭土与水的接触时间，从而降低需水量。

本实施例中，降低需水量的助剂的加入量为偏高岭土的质量的0.1～2％。降低需水量的助剂包覆在偏高岭土的表面，减少偏高岭土在混凝土、砂浆拌合过程中的需水量，加入上述含量的助剂，可以较大程度地降低需水量，又不会降低偏高岭土的反应活性，如果降低需水量的助剂加入量太少，需水量的降低程度不多，加入量过多，需水量也不会再明显降低，反而会使偏高岭土反应活性降低。

本实施例中，步骤3)中，分散剂采用六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠中的一种或两种。六偏磷酸钠和聚丙烯酸钠均能够增加偏高岭土在水中的分散性，降低研磨时料浆的粘度，使研磨过程更顺利进行。分散剂的加入量为偏高岭土的质量的0.1～1％。加入上述含量的分散剂，既能达到要求的研磨粘度，又不至于浪费原料。

本实施例中，步骤3)中，湿法研磨是研磨至平均粒径5μm以下。偏高岭土产品需要达到一定的细度，其工作性能更好，湿法研磨至平均粒径5μm以下，喷雾干燥得到的偏高岭土离子产品的粒度在800～4000目。

本实施例中，步骤1)中，研磨是研磨至200～400目细度，步骤3)中，湿法研磨是研磨至800～4000目细度。将高岭土原矿粗磨至200～400目细度，可以使煅烧更充分，且有助于制浆和降低需水量的助剂的包覆，粒度太粗，制得的偏高岭土产品粒度达不到要求，其工作性能也较差，粒度太细，增加成本，且降低了工作效率，湿法研磨将偏高岭土细磨至使用粒径，性能满足应用需求。

本实施例中，步骤1)中，煅烧的温度为650～900℃，煅烧的时间为50～90分钟。高岭土原矿在该温度下煅烧得到偏高岭土，煅烧时间50～90分钟，生产效率高。

采用上述方法制备得到的低需水量高活性偏高岭土，其中二氧化硅(SiO₂)的质量百分含量为52～55％，氧化铝(Al₂O₃)的质量百分含量为40～45％，活性指数为110～135％，偏高岭土的需水量比为102～110％。

活性指数是用10％偏高岭土代替基准水泥，测试砂浆的28天抗压强度，与未添加偏高岭土的砂浆的强度的比值。活性指数越高越好，本实施例制得的偏高岭土，4000目的活性指数可以达到135％，平均在122％左右，800目的活性指数可以达到110～115％。需水量比是用10％偏高岭土代替基准水泥，按国标测试，达到同样扩展度时，所需要的水量与未添加偏高岭土时用水量的比值，偏高岭土需水量比较小时工作性能较好。本实施例制得的偏高岭土，4000目的需水量比在105％左右，800目的需水量比可以降低至102％。偏高岭土的需水量比可以通过选择和调节降低需水量的助剂的用量进行调节，从而调节和控制偏高岭土的初期反应性，满足不同的应用要求。

以下以煤系高岭土(岩)为原矿，对低需水量高活性偏高岭土的生产方法作进一步说明。

煤系高岭土(岩)的化学成分见下表。

SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	烧失量
					42.45％	35.28％	0.61％	1.30％	18.08％

实施例1

1)将上述高岭土原矿经过破碎、研磨成325目粉，加入到回转窑煅烧，最高煅烧温度为850℃，停留时间为70分钟，

2)将煅烧后高温状态的偏高岭土进行气流输送至料仓，气流输送过程中喷水冷却，使偏高岭土快速降温到200℃以下，到达料仓时偏高岭土降温至100℃，

3)将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为40％的浆料，加入聚丙烯酸钠、明胶、聚乙烯醇，聚丙烯酸钠用量为偏高岭土质量的0.4％，明胶用量为偏高岭土质量的0.3％，聚乙烯醇用量为偏高岭土质量的0.2％，经过湿法研磨，使偏高岭土细度达到-2μm80％，

4)将步骤3)得到的料浆搅拌均匀后进行喷雾干燥，得到近球形颗粒状的低需水量高活性偏高岭土产品。

实施例2

1)将上述高岭土原矿经过破碎、研磨成400目粉，加入到回转窑煅烧，最高煅烧温度为900℃，停留时间为50分钟，

3)将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为50％的浆料，加入聚丙烯酸钠、明胶、纤维素醚和葡萄糖酸钠，聚丙烯酸钠用量为偏高岭土质量的0.2％，明胶用量为偏高岭土质量的0.3％，纤维素醚用量为偏高岭土质量的0.1％，葡萄糖酸钠用量为偏高岭土质量的0.1％，经过湿法研磨，使偏高岭土细度达到-2μm70％，

实施例3

1)将上述高岭土原矿经过破碎、研磨成200目粉，加入到回转窑煅烧，最高煅烧温度为800℃，停留时间为90分钟，

3)将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为45％的浆料，加入聚丙烯酸钠进行湿法研磨，使偏高岭土细度达到-4μm80％，聚丙烯酸钠用量为偏高岭土质量的0.6％，在湿法研磨后的料浆中加入聚乙烯醇，聚乙烯醇用量为偏高岭土质量的1.5％，

实施例4

1)将上述高岭土原矿经过破碎、研磨成300目粉，加入到回转窑煅烧，最高煅烧温度为850℃，停留时间为70分钟，

3)将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为45％的浆料，加入六偏磷酸钠进行湿法研磨，使偏高岭土细度达到-2μm70％，六偏磷酸钠用量为偏高岭土质量的0.2％，在研磨后的料浆中加入淀粉和葡萄糖酸钠，淀粉用量为偏高岭土质量的0.5％，葡萄糖酸钠用量为偏高岭土质量的0.3％，

对比例1

将上述高岭土原矿破碎、研磨成325目粉，然后加入到预先加入水、聚丙烯酸钠的配浆池中，湿法研磨到-2um80％，喷雾干燥，解聚后在回转窑中煅烧，最高温度为850度，停留时间为70分钟，煅烧后产品经风冷、解聚、包装，成为粉状偏高岭土产品。

对比例2

将上述高岭土原矿破碎、研磨成400目粉，加入到回转窑煅烧，最高煅烧温度为880度，停留时间为70分钟，然后出料，物料气流输送过程中冷却到120度以下，然后加入到预先加入水、聚丙烯酸钠、明胶、纤维素醚、葡萄糖酸钠的配浆池中，聚丙烯酸钠用量为偏高岭土为0.4％，明胶为0.2％，纤维素醚为0.1％，葡萄糖酸钠0.1％，经过湿法研磨，使偏高岭土细度达到-2um70％，然后进行喷雾干燥，成为近球形颗粒状偏高岭土产品。

对比例3

将上述高岭土原矿破碎、研磨成800目粉，加入到回转窑煅烧，最高煅烧温度为880度，停留时间为70分钟，然后出料，物料通过气流输送到料仓，在输送过程中冷却到120度以下，打散解聚后成为偏高岭土粉料产品。

将实施例1～4和对比例1～3制备得到的偏高岭土产品进行测试，测试结果如下：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
								活性指数％	131	128	126	128	122	118	115
需水量比％	105	102	108	110	115	115	105
								安息角	25	24	25	25	45	25	35

由以上测试结果可以得出：本发明的偏高岭土生产方法制备得到的偏高岭土活性指数较高，需水量比较小，安息角也较小，使用的工作性能更优，对比例3中由于未进行细磨，粒径较大，因此需水量比实施例3～4小，但其活性指数比实施例3～4差很多。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低需水量高活性偏高岭土的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）高岭土原矿经过破碎、研磨后，煅烧成偏高岭土，

2）将煅烧后高温状态的偏高岭土进行气流输送至料仓，气流输送过程中喷水冷却，使偏高岭土快速降温到200℃以下，到达料仓时所述偏高岭土降温至120℃以下，

3）将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为40~50%的浆料，加入分散剂和降低需水量的助剂进行湿法研磨，或将冷却后的偏高岭土加水配制成质量浓度为40~50%的浆料，加入分散剂进行湿法研磨，在研磨后的料浆中加入降低需水量的助剂，

步骤3）中，所述降低需水量的助剂采用明胶、淀粉、纤维素醚或葡萄糖酸钠中的一种或几种；

4）将步骤3）得到的料浆搅拌均匀后进行喷雾干燥，得到低需水量高活性偏高岭土。

2.根据权利要求1所述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，其特征在于，

步骤3）中，所述降低需水量的助剂的加入量为偏高岭土的质量的0.1~2%。

3.根据权利要求1所述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，其特征在于，

步骤3）中，所述分散剂采用六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠中的一种或两种。

4.根据权利要求3所述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，其特征在于，

所述分散剂的加入量为偏高岭土的质量的0.1~1%。

5.根据权利要求1~4任一项所述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，其特征在于，

步骤3）中，所述湿法研磨是研磨至平均粒径5μm以下。

6.根据权利要求1~4任一项所述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，其特征在于，

步骤1）中，所述研磨是研磨至200~400目细度，

步骤3）中，所述湿法研磨是研磨至800~4000目细度。

7.根据权利要求1~4任一项所述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法，其特征在于，

步骤1）中，所述煅烧的温度为650~900℃，煅烧的时间为50~90分钟。

8.一种根据权利要求1~7任一项所述的低需水量高活性偏高岭土的生产方法制备得到的偏高岭土。

9.根据权利要求8所述的偏高岭土，其特征在于，

所述偏高岭土的活性指数为120~135%，所述偏高岭土的需水量比为102~110%。