CN111533440A - 一种玻纤用煅烧高岭土的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻纤用煅烧高岭土的生产方法，包括以下步骤：1)将高岭土原料破碎、细破后研磨成200目以上的细粉，2)研磨后的细粉进入连续的旋风预热系统进行预热，预热温度为300～800℃，3)从旋风筒上部出来的粉料收集后与前述研磨后的粉料混合再一起进入旋风筒预热，从旋风筒下部出来的旋风下料进入煅烧设备进行煅烧，煅烧温度为500～900℃，煅烧停留时间10分钟以上，将煅烧结束的热粉冷却，即得玻纤用高岭土。本发明的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，无需加入外加剂，降低了原料投入成本，制备的玻纤用高岭土COD在300ppm以下，且莫来石相极少，成分均匀，产品成分含量波动小，有利于玻纤的熔融拉丝，同时生产工艺容易实现连续化、大规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料的技术领域，特别地，涉及一种玻纤用煅烧高岭土的生产方法。
背景技术
玻璃纤维源自于美国，诞生于20世纪30年代，是一种性能优异的替代性材料，在不同领域替代钢材、板材、母材等材料的应用。中国大概在1950年代有了自己的玻纤产业，整个行业已经发展完善了全产业链体系，从玻纤、玻纤制品到玻纤复合材料，是一个比较完整的制造行业产业链。从全球数据来看，2009～2018年全球玻璃纤维产量及中国产量占比都维持上升趋势，2018年全球玻璃纤维产量为770万吨，其中中国产量占比达到58.4％。
高岭土是玻璃纤维的重要原料之一，高岭土在玻璃纤维中主要提供Al2O3和SiO2，其用量可占配合料的三分之一，但国内玻纤用高岭土高端市场一直被进口产品所占据。分布在我国东南及中南各省的高岭土可塑性好，属于多水高岭土，这类高岭土容易吸潮，对于自动化程度高的池窑拉丝生产线，由于储存时间长，容易形成结块，不宜气力输送，比较适合玻璃纤维生产用的高岭土主要分布在我国北方的东北、西北的石炭～二叠纪煤系中，以煤层中夹矸、顶底板或单独矿层沉积的硬质高岭土，也叫煤系高岭土。优质沉积型高岭土的最大产地是山西大同一带，还有山东、陕西、河北、内蒙等一些地区。这些高岭土属于硬质高岭土，无可塑性，不会吸潮，而且含铝量稳定，但煤矸石中有机质等含碳物质比较多，对玻璃纤维特别是高档玻璃纤维熔融液的澄清极为不利。行业内用COD(化学氧需要量)值表示原料有机物含量，COD越高则有机物含量越高，没有处理的煤矸石COD一般都在几千ppm以上。国内目前有厂家对煤矸石进行煅烧得到玻纤用高岭土，但COD都大于300ppm，与国外产品先进产品300ppm的指标有差距。常见的煅烧设备如回转窑，物料与空气接触不是特别理想，在低温状态下很难把COD降到300ppm以下；升高温度可以降低COD，但温度高带来的隐患是产品中莫来石含量高。国内产品与国外产品之间还有一个差距是产品的质量不稳定，同批次上下物料的氧化铝含量有时相差超过0.8％，不同批次的产品氧化铝含量有时差别更大。质量不稳定的原料会造成拉丝作业严重断丝飞丝，给玻纤厂造成重大经济损失。
发明内容
本发明提供了一种玻纤用煅烧高岭土的生产方法，以解决含碳量高的煤系高岭土制备的玻纤用高岭土COD值高或者莫来石相含量多以及质量不稳定的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种玻纤用煅烧高岭土的生产方法，包括以下步骤：
1)将高岭土原料破碎、细破后研磨成200目以上的细粉，
2)研磨后的细粉进入连续的旋风预热系统进行预热，预热温度为300～800℃，
3)从旋风预热系统的旋风筒上部出来的粉料收集后与研磨后的粉料混合再一起进入旋风筒预热，
从旋风筒下部出来的旋风下料进入煅烧设备进行煅烧，煅烧温度为500～900℃，煅烧停留时间10分钟以上，将煅烧结束的热粉冷却，即得玻纤用高岭土。
进一步地，通过调节旋风预热系统的工作参数控制从旋风筒上部出来的粉料占进入旋风筒的总粉料的10％以上。
进一步地，所述高岭土原料包括一种或几种高岭土或高岭岩，且混合复配后Al2O3的含量大于30％，SiO2的含量小于60％，Fe2O3的含量小于0.7％，烧失量小于25％，以上均以质量百分比计。
进一步地，所述高岭土原料包括烧失量＞15.5％的高岭土或高岭岩，且所述烧失量大于15.5％的高岭土或高岭岩占高岭土总原料的比例不低于20％。
进一步地，步骤1)中，将不同种类的高岭土原料分别采用颚破或锤破机破碎成小于100mm的小块料，然后将各种小块料按一定比列进行混合后再细破，细破可采用对辊破设备、锤破设备或圆锥破设备中的至少一种将混合后的小块料细破成20mm以下的颗粒料，再进磨机进行研磨成200目以上的细粉。
进一步地，步骤2)中，所述连续的旋风预热系统采用2～5级的旋风筒，预热温度为300～800℃。
进一步地，所述旋风预热系统的热源为煅烧设备的煅烧尾气。
进一步地，经过预热后，粉料的烧失量降到5％以下。
进一步地，所述从旋风筒上部出来的细粉料采用布袋除尘器收集。
进一步地，煅烧温度为500～900℃，煅烧停留时间为10～60分钟。
本发明具有以下有益效果：
本发明的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，将高岭土原料破碎成块料，然后进一步细破成颗粒料后进入磨矿设备研磨成200目以上的细粉，研磨后的细粉在连续的旋风预热系统内预热脱去大部分的碳和水分，大幅降低COD，细粉在多级连续的预热旋风筒内动态混合，使细粉的化学成分更加均匀稳定，旋风筒分离的较粗的粉料从下部落入煅烧设备进行煅烧，旋风筒上部的已经部分脱碳的粉料从气流中分离后收集返回并与研磨后的细粉料混合，再一起进入旋风筒预热，这些已经经过预热脱碳的细粉料与没有脱碳的细粉料混合后一起进入旋风筒，前者极大地稀释了后者在脱碳过程中放出的热，大大地改善了局部过热情况，使产品中少含或不含莫来石相；从旋风筒下部的出料进入煅烧设备煅烧，进一步降低COD到300以内，由于预热过程已经脱去了大部分的碳，不会再出现局部过热现象，且煅烧温度在900℃以内，煅烧过程中不容易形成莫来石相。另外前期已经预热脱掉了大部分COD，后期煅烧停留时间可以短一些，这样可以提高产量，降低能耗和生产成本。
本发明所述的高岭土(岩)可以是硬质高岭土，半硬质高岭土，如北方常见的煤矸石、白矿、紫木节等。
本发明的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，无需加入外加剂，降低了原料投入成本，制备的玻纤用高岭土COD在300以下，且莫来石相极少，成分均匀，Al2O3含量波动范围在±0.4％，SiO2含量波动范围在±0.4％，有利于玻纤的熔融拉丝，同时生产工艺容易实现连续化、大规模化生产。
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玻纤用煅烧高岭土的生产方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1的玻纤用煅烧高岭土的X射线衍射图；
图3是本发明对比例1的煅烧高岭土的X射线衍射图。
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，本发明的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，包括以下步骤：
1)将高岭土原料破碎、细破后研磨成200目以上的细粉，
2)研磨后的细粉进入连续的旋风预热系统进行预热，预热温度为300～800℃，
3)从旋风预热系统的旋风筒上部出来的粉料收集后与研磨后的粉料混合再一起进入旋风筒预热，
从旋风筒下部出来的旋风下料进入煅烧设备进行煅烧，煅烧温度为500～900℃，煅烧停留时间10分钟以上，将煅烧结束的热粉冷却，即得玻纤用高岭土。
本发明的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，将高岭土原料破碎成块料，然后进一步细破成颗粒料后进入磨矿设备研磨成200目以上的细粉，优选为200～1250目，更优选为300～500目，研磨后的细粉在连续的旋风预热系统内预热脱去大部分的碳和水分，大幅降低COD，预热温度为300～800℃，由于原料中碳含量高，预热脱碳时会产生大量的热甚至发生燃烧，造成局部过热产生大量莫来石相，因此预热温度不宜过高，但若预热温度太低，脱碳脱水效果不理想，COD仍然比较高；细粉料在多级连续的旋风筒内动态混合，使细粉的化学成分更加均匀稳定，旋风筒分离的较粗的粉料从下部落入煅烧设备进行煅烧，旋风筒上部的已经部分脱碳的粉料从气流中分离后收集返回并与研磨后的细粉料混合，再一起进入旋风筒预热，这些已经经过预热脱碳的粉料与没有脱碳的粉料混合后一起进入旋风筒，前者极大地稀释了后者在脱碳过程中放出的热，大大地改善了局部过热情况，使产品中少含或不含莫来石相；从旋风筒下部的出料进入煅烧设备煅烧，进一步降低COD到300以内，由于预热过程已经脱去了大部分的碳，不会再出现局部过热现象，且煅烧温度在900℃以内，煅烧过程中不容易形成莫来石相。优选地，煅烧温度为500～900℃，煅烧停留时间为10～60分钟。在这一煅烧温度和煅烧停留时间下，可以保证高岭土产品COD达标，而又不会产生莫来石相。
本发明的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，无需加入外加剂，降低了原料投入成本，制备的玻纤用高岭土COD在300ppm以下，达到国际先进水平，且莫来石相极少，成分均匀，Al2O3含量波动范围在±0.4％，SiO2含量波动范围在±0.4％，有利于玻纤的熔融拉丝，同时生产工艺容易实现连续化、大规模化生产。
本发明中，通过调节旋风预热系统的工作参数控制从旋风筒上部出来的粉料占进入旋风筒的总粉料的10％以上。旋风筒上部的已经部分脱碳的细粉料从气流中分离后收集返回并与研磨后的细粉料混合再一起进入旋风筒预热，已经预热脱碳的粉料与没有脱碳的粉料混合后一起进入旋风筒，前者极大地稀释了后者在脱碳过程中放出的热，改善局部过热情况，避免莫来石相的形成，若返回去的细粉料量太少，稀释热的效果不显著，因此可以通过调节旋风预热系统的风机的风量、风速调整上部出料粉料的比例。若返回去的粉量太多，会降低生产效率，因此，控制返料的粉料的比例在10～20％较适宜。
本发明中，所述高岭土原料包括一种或几种高岭土或高岭岩，且混合复配后Al2O3的含量大于30％，SiO2的含量小于60％，Fe2O3的含量小于0.7％，烧失量小于25％，以上均以质量百分比计。高岭土原料可以选择为多种不同产地不同品位的高岭土或高岭岩，以原料来源方便为宜，多种不同原料复配需保证混合复配后Al2O3的含量大于30％，SiO2的含量小于60％，Fe2O3的含量小于0.7％，烧失量小于25％，以使生产得到的高岭土可以满足玻纤行业的应用需求。煤矸石和紫木节均是使用较广泛的高岭土(岩)，高岭土原料可以选择为煤矸石和/或紫木节。
本发明中，高岭土原料包括烧失量＞15.5％的高岭土或高岭岩，且烧失量大于15.5％的高岭土或高岭岩占高岭土总原料的比例不低于20％。高烧失量的物料具有比较多的水分，预热时会消耗比较多的热量，从而降低过热的风险，因此高岭土原料优选包括一定比例的高烧失量的原料。为了保证效果，更优的烧失量为18％以上。
本发明中，步骤1)中，将高岭土原料破碎、细破包括：将不同种类的高岭土原料分别采用颚破或锤破机破碎成小于100mm的小块料，然后将各种小块料按一定比列进行混合后再细破，细破可采用对辊破设备、锤破设备或圆锥破设备中的至少一种将混合后的小块料细破成20mm以下的颗粒料，再进磨机进行研磨成200目以上的细粉。由于仅使用单一的原料种类，可能难以满足原料中Al2O3的含量大于30％，SiO2的含量小于60％，Fe2O3的含量小于0.7％，烧失量小于25％的要求，需要使用多种品味的原材料进行配合使用。将不同种类的高岭土原料先分别破碎成小块料，再将小块料混合后进行细破和研磨，有利于物料的均化，原料成分更加稳定，得到的产品质量更加稳定。
本发明中，步骤2)中，连续的旋风预热系统采用2～5级的旋风筒，预热温度为300～800℃。旋风预热系统的级数越多，混料效果越好，产品质量越稳定，但是级数多设备投资就大，考虑投资性价比，将旋风预热系统设置为2～5级，使预热后COD降低较多。
本发明中，旋风预热系统的热源为煅烧设备的煅烧尾气。将煅烧设备的煅烧尾气余热用作旋风预热系统的热源，提高了热利用率，降低了能耗。
本发明中，经过预热后，粉料的烧失量降到5％以下。将预热后粉料的烧失量控制在5％以下，一方面保证了后续煅烧时不会再出现大量碳的脱除导致局部过热的现象，避免了莫来石相的产生，同时又能保证煅烧后COD在300以下，另一方面，返回去的细粉烧失量较低，与研磨后的细粉混合后，预热时稀释大量脱碳产生的热防止局部过热的效果更好。
本发明中，从旋风筒上部出来的细粉料采用布袋除尘器收集。从旋风筒上部出料的细粉是由气流携带，将其通过布袋除尘器，细粉被布袋截留后收集并返回与研磨机研磨的细粉混合均匀再一起进入旋风预热系统，经布袋除尘后的洁净气流可以排空，也可以进行其它二次利用。
以下以具体的实施例对本发明的玻纤用煅烧高岭土的生产方法作进一步说明。
实施例1
高岭土原料包括：以质量百分比计，1#高岭土(岩)20％、2#高岭土(岩)50％和3#高岭土(岩)30％。
1#高岭土(岩)的成分含量如下：以下均为质量百分比
2#高岭土(岩)的成分含量如下：
3#高岭土(岩)的成分含量如下：
1)将上述三种高岭土原料分别破碎成小于100mm的小块料后，放入各自的料仓里，用计量皮带输送到细破设备上面料斗里，把小块料混合后输送落入对辊机细破成10mm以下颗粒料，颗粒料进入球磨机或立磨机磨成500目的细粉。
2)细粉进入3级连续的旋风预热系统，一级旋风筒的预热温度为345℃，二级旋风筒的预热温度为380℃，三级旋风筒的预热温度为425℃，控制预热时间使预热旋风筒出来的中间产品烧失量降到5％以下，预热的热源采用煅烧设备的煅烧尾气；
3)旋风筒的下部出料落入煅烧设备，煅烧温度650℃，煅烧停留时间40分钟，旋风筒上部出来的细粉由布袋收尘器收集后与球磨机研磨的细粉混合后再进入预热旋风筒，调节引风机的风量、风速使返料占整个旋风筒物料比例的20％；煅烧出来的热粉由外部鼓入冷风冷却，得玻纤用高岭土。
实施例2
高岭土原料与实施例1中所用的原料相同。其中1#高岭土(岩)20％、2#高岭土(岩)60％和3#高岭土(岩)20％。
1)将上述三种高岭土原料分别破碎成小于100mm的小块料后，放入各自的料仓里，用计量皮带输送到细破设备上面料斗里，把小块料混合后输送落入对辊机细破成10mm以下颗粒料，颗粒料进入球磨机或立磨机磨成300目的细粉。
2)细粉进入3级连续的旋风预热系统，一级旋风筒的预热温度为300℃，二级旋风筒的预热温度为380℃，三级旋风筒的预热温度为460℃，控制预热时间使预热旋风筒出来的中间产品烧失量降到5％以下，预热的热源采用煅烧设备的煅烧尾气；
3)旋风筒的下部出料落入煅烧设备，煅烧温度900℃，煅烧停留时间20分钟，旋风筒上部出来的细粉由布袋收尘器收集后与球磨机研磨的细粉混合后再进入预热旋风筒，调节引风机的风量、风速使返料占整个旋风筒物料比例的10％；煅烧出来的热粉由外部鼓入冷风冷却，得玻纤用高岭土。
实施例3
高岭土原料与实施例1中所用的原料相同。其中，1#高岭土(岩)20％、2#高岭土(岩)50％和3#高岭土(岩)30％。
1)将上述三种高岭土原料分别破碎成小于100mm的小块料后，放入各自的料仓里，用计量皮带输送到细破设备上面料斗里，把小块料混合后输送落入对辊机细破成10mm以下颗粒料，颗粒料进入球磨机或立磨机磨成1250目的细粉。
2)细粉进入3级连续的旋风预热系统，一级旋风筒的预热温度为425℃，二级旋风筒的预热温度为500℃，三级旋风筒的预热温度为600℃，控制预热时间使预热旋风筒出来的中间产品烧失量降到5％以下，预热的热源采用煅烧设备的煅烧尾气；
3)旋风筒的下部出料落入煅烧设备，煅烧温度650℃，煅烧停留时间60分钟，旋风筒上部出来的细粉由布袋收尘器收集后与球磨机研磨的细粉混合后再进入预热旋风筒，调节引风机的风量、风速使返料占整个旋风筒物料比例的20％；煅烧出来的热粉由外部鼓入冷风冷却，得玻纤用高岭土。
对比例1
高岭土原料与实施例3中所用的原料及比例相同。
1)将上述高岭土原料破碎成小于100mm的小块料后，输送落入细破设备细破成10mm以下颗粒料，颗粒料进入球磨机磨成1250目的细粉。
2)细粉进入旋风预热系统，三级旋风预热温度分别为650℃、750℃和850℃，控制预热时间使预热旋风筒出来的中间产品烧失量降到5％以下；
3)预热旋风筒的下部出料落入煅烧设备，煅烧温度1000℃，煅烧停留时间40分钟，煅烧出来的热粉由外部鼓入冷风冷却，得煅烧高岭土产品。
将实施例1～3以及对比例1制备得到的高岭土产品进行检测，得以下结果：
| 样品 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| COD | 287ppm | 256 | 251 | 221ppm |
| 莫来石相含量/％ | 检测不出 | 10 | 检测不出 | 61 |
图2是实施例1制备的玻纤用高岭土的X射线衍射图；图3是对比例1的煅烧高岭土的X射线衍射图。
由图2可知，图谱中只有微量的尖锐的吸收峰，这个吸收峰是锐钛矿的，没有莫来石相的吸收峰。对比例1中为了降低COD，预热温度较高，煅烧温度也高，虽然生产得到的高岭土产品COD在300ppm以下，但预热温度较高，易出现过热现象，煅烧温度也较高，图谱中有大量的尖锐吸收峰，表明产品中生成了大量的莫来石。
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 (9)
1.一种玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将高岭土原料破碎、细破后研磨成200目以上的细粉，
2)研磨后的细粉进入连续的旋风预热系统进行预热，预热温度为300～800℃，
3)从旋风预热系统的旋风筒上部出来的粉料收集后与研磨后的粉料混合再一起进入旋风筒预热，
从旋风筒下部出来的旋风下料进入煅烧设备进行煅烧，煅烧温度为500～900℃，煅烧停留时间10分钟以上，将煅烧结束的热粉冷却，即得玻纤用高岭土。
2.根据权利要求1所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
通过调节旋风预热系统的工作参数控制从旋风筒上部出来的粉料占进入旋风筒的总粉料的10％以上。
3.根据权利要求1所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
所述高岭土原料包括一种或几种高岭土或高岭岩，且混合复配后Al2O3的含量大于30％，SiO2的含量小于60％，Fe2O3的含量小于0.7％，烧失量小于25％，以上均以质量百分比计。
4.根据权利要求3所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
所述高岭土原料包括烧失量＞15.5％的高岭土或高岭岩，且所述烧失量大于15.5％的高岭土或高岭岩占高岭土总原料的比例不低于20％。
5.根据权利要求4所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
步骤1)中，所述将高岭土原料破碎、细破包括：将不同种类的高岭土原料分别采用颚破或锤破机破碎成小于100mm的小块料，然后将各种小块料按一定比列进行混合后再细破，细破可采用对辊破设备、锤破设备或圆锥破设备中的至少一种将混合后的小块料细破成20mm以下的颗粒料，再进磨机进行研磨成200目以上的细粉。
6.根据权利要求1所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
步骤2)中，所述连续的旋风预热系统采用2～5级的旋风筒，预热温度为300～800℃。
7.根据权利要求6所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
所述旋风预热系统的热源为煅烧设备的煅烧尾气。
8.根据权利要求7所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
经过预热后，粉料的烧失量降到5％以下。
9.根据权利要求1～8任一项所述的玻纤用煅烧高岭土的生产方法，其特征在于，
煅烧温度为500～900℃，煅烧停留时间为10～60分钟。
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