CN1600687A - 超细高岭土的快速循环流态化煅烧过程及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超细高岭土的煅烧过程及设备，其生产方法包括：高岭土生粉料预热；预热后由流态化煅烧炉下部送入，同时向炉中通入燃料；从炉底风室送入经预热的一次空气与燃料在炉中燃烧并在其下部形成还原性气氛煅烧区，还原区中(CO+H2)体积含量为0－10％；从还原区上部送入二次空气将残留的CO+H2完全燃烧；炉中气流速度1－6米/秒，生粉料呈流态化，在700－1100℃下循环煅烧0.3－3小时；煅烧后的高岭土排入旋风冷却系统中冷却；冷却后经混磨解聚即得超细高岭土粉。具有操作弹性大，流动阻力小，动能消耗少；充分利用高温烟气和热料的显热，热效率高；气－固接触充分，热、质传递迅速，煅烧反应快速，生产效率高；产品质量好，产能大，成本低，可实现大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及高岭土的煅烧方法及其设备，特别涉及一种超细高岭土的快速循环流态化煅烧过程及其设备。
技术背景
高岭石(土)是一种非金属粘土矿物，经煅烧后的高岭土是一种应用广泛的优质工业原料，其粒度为微米或亚微米级的粉体，可用作塑料、橡胶、造纸等的填料和造纸、建筑、汽车等涂料的原料。如今，世界上的高岭土年消耗量在逐年增加，属大吨位规模的精细化工产品。
根据高岭土产品的用途不同，对高岭土产品的粒度有不同要求，如作填料用的高岭土应小于45μm、小于15μm或小于8μm，而作涂料用的高岭土的粒度则通常是90％以上小于2μm，最好是95％以上小于2μm，而且有尽可能高的白度。为了得到高白度的产品，需将矿石粉磨至小于15μm、足够高的煅烧温度和足够长的煅烧时间。另外，高岭石(土)的原料类型不同对煅烧工艺技术的要求也有所不同。我国高岭石(土)储量丰富，其类型主要有三种：风化型、沉积型和热液变质型。其中尤以沉积型煤系高岭石(土)的储量大，质量好，但含碳高，使得煅烧工艺的脱碳、去杂的技术难度大。因而要求高岭土的煅烧工艺技术有较宽的适应性。
煅烧高岭土粉料的现有技术有固定床式静态煅烧、移动层煅烧、搅拌式煅烧、流态化和气流旋涡煅烧。
固定床式静态煅烧属传统方法，将装有高岭土粉料的匣钵或风干的高岭土粉料泥坯置于倒焰窑、隧道窑或竖窑[CN1055526A，CN1186045A，CN2261427Y，CN2278692A]中进行煅烧；该煅烧方法，不管是使用倒焰窑、隧道窑还是竖窑，其煅烧窑内温度场不均匀，料层或坯块内外因传热不良而存在明显的温度差，因而导致高温“过烧”低温“欠烧”，产品质量不均匀，难以得到稳定、合格的产品；而且生产周期长达数天或更长，生产效率低，间歇操作，劳动强度大，不能满足煅烧高岭土作为大吨位规模精细化工产品的生产工艺要求。
移动层煅烧是将高岭土粉料置于直燃式、内热式或隔焰式回转窑[CN1059745A，CN1417114A]中进行滚动煅烧；搅拌式煅烧[CN2529869Y]和国外的多膛炉煅烧[US4948362]是将高岭土粉料通过机械翻动进行煅烧。与固定床式煅烧相比，回转窑煅烧和机械翻动煅烧的传热有所改善，产品质量明显提高，但依然存在因气固接触差、传热不良而导致产品质量不均匀，生产调控难，质量不稳定，热能利用不充分，燃料消耗高，生产成本高，隔焰式回转窑需用特殊钢材，单位投资大，维修难，特别是回转窑生产能力小，单台年生产能力不足万吨，而且难以放大，不能满足大规模工业化生产的要求。
气流旋涡煅烧，也称波斯琼斯气流式旋涡炉以及悬浮煅烧，在流动、传热方面相对于上述技术有很大的改进，但在用于高岭土的煅烧时，现有的气流旋涡和悬浮煅烧装置，采用高速气流使粉料成稀相旋流或悬浮，因而床层物料浓度低，存料量少，很难获得足够长的煅烧时间以保证充分煅烧和产品的白度，因而至今还未见有用于煤系高岭土煅烧生产的成功实例。
在US5674315专利中公开了一种造粒流态化煅烧工艺，为避免上述气流悬浮煅烧的不足，将经干燥脱水的0.1～50μm的干粉，再喷水15～20％造粒，制成0.1～3mm的颗粒后，再加入流化床中进行流态化煅烧。但是此方法需喷水造粒，工艺复杂，也增加了额外的燃料消耗；粗粒(～3mm)煅烧，传热速率大为降低，生产效率下降；粗颗粒内外温度差大，导致煅烧不均，限制产品质量的提高；虽然设有部分显热回收装置，但回收不充分，利用程度有限。
此外，现有煅烧高岭土的工艺方法对高温烟气和煅烧料的显热回收利用大多没有考虑，至少没有充分考虑，或采用的技术手段不够有效，因而单位燃料消耗多，生产成本高。
综上所述，现有技术中固定床煅烧、移动层煅烧的传热速率很低，料层温差很大，煅烧转化程度不同，产品质量不均匀，而且煅烧过程很长，生产效率很低，生产规模很小；微粉造粒流态化煅烧工艺复杂，增加了额外的附加燃料消耗，单位燃料消耗高，生产成本高，设备投资大；粗粒煅烧导致颗粒内外质量不均、煅烧时间延长、生产效率下降；另外，它们共同的不足是高温固体煅烧料和高温烟气的显热回收不充分。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的高岭土煅烧方法中存在的传热速率低、产品质量不均匀、煅烧过程长、生产效率低、生产规模小、高温固体煅烧料和高温烟气的显热回收不充分、单位燃料消耗高、生产成本高等缺陷，而提供一种气固接触良好，煅烧温度均一，产品质量均匀、稳定；可以充分利用煅烧过程的余热，大幅度降低燃料消耗；热、质传递快，煅烧反应迅速，可以大幅度提高生产效率；生产成本低、能大规模生产的超细高岭土的快速循环流态化煅烧过程及其设备。
本发明提供的超细高岭土的快速循环流态化煅烧过程，由以下部分组成：
(1)原料预热部分：用气力提升加料机将粒度0.05～45μm的高岭土生粉料提升送入气固旋风预热系统中预热至500-850℃；
(2)生料煅烧部分：将经预热后的高岭土生粉料由流态化煅烧炉的下部送入煅烧炉，同时向煅烧炉中通入合成煤气、天然气或液化石油气气体燃料或轻或重燃料油液体燃料；从煅烧炉的底部风室送入经预热的一次空气与通入的燃料在煅烧炉中燃烧并在其下部形成所需还原性气氛的煅烧区，还原区气氛中(CO+H2)的体积百分含量为0-10％；从煅烧炉还原区上部送入二次空气将还原区残留的CO+H2完全燃烧；煅烧炉中的气流速度为1-6米/秒，使高岭土粉料形成快速流态化，在700-1100℃的温度下进行循环煅烧0.3-3小时，得到煅烧高岭土；
(3)焙料冷却部分：将煅烧高岭土粉料由流态化煅烧炉的下部排入旋风冷却系统中冷却至60-100℃；
(4)混磨解聚：将冷却后的高岭土粉料经混磨解聚，即制得本发明的超细高岭土粉。
其原料预热部分(1)中所述的对高岭土生粉料的预热是在二级气固逆流串联的旋风预热器中进行；
其焙料冷却部分(3)中所述的对煅烧后的高岭土粉料的冷却是在三级气固逆流串联的旋风冷却器中进行；
所述生料煅烧部分(2)中使用的流态化煅烧炉可为搅拌流化床式煅烧炉、脉动流化床式煅烧炉、振动流化床式煅烧炉或快速循环流态化煅烧炉，并且以快速循环流态化煅烧炉为最好；
其煅烧温度根据煅烧料的不同而不同，如果煅烧料为软质非煤系高岭石时，其生料煅烧部分(2)中的煅烧温度为700℃～850℃；如果煅烧料为煤系高岭石时，其生料煅烧部分(2)中的煅烧温度为850℃～950℃，并以900℃～950℃为最佳；
所述的快速循环流态化煅烧炉，其结构包括：内衬耐火材料的钢制圆柱形上部筒体121和与其下端相连通的倒圆锥形下部筒体122构成的流态化床，所述倒圆锥形下部筒体122的下端连通有圆筒形气室19，倒圆锥形下部筒体122下端与气室19之间设有气体分布板18；所述倒圆锥形下部筒体122的锥度为25-35°；所述倒圆锥形下部筒体122的四周设有供燃料喷入的燃料喷嘴17和煅烧料的排放管20a，所述钢制圆柱形上部筒体121上部筒体壁上设有供与旋风分离器13相连通的连接管131；其下部筒体壁上设有进料管11和返料管15，所述圆柱形上部筒体121上的筒体壁四周上设有二次空气喷入管16；旋风分离器13通过其料腿131与分流式排料控制阀14相连通，然后通过返料管15与分流式排料控制阀14连通；所述气室19的下端设有预热空气进气管23。
本发明中的生料煅烧部分(2)的煅烧气氛是通过控制给入燃料量和一次风/二次风的空气比例来调节的，在快速循环流态化煅烧炉的下部形成中性、还原性气氛的煅烧区，在流态化煅烧炉的上部形成氧化性气氛的煅烧区，中性、还原性气氛的煅烧区的床层高度由相应矿物所需的煅烧时间确定。
本发明提供的超细高岭土的快速循环流态化煅烧设备，包括预热系统、煅烧炉、冷却系统和混磨机；所述的预热系统由二级气固逆流串联的旋风预热器4和9组成；所述的冷却系统由三级气固逆流串联的旋风冷却器22、26和29组成；所述的煅烧炉为快速流态化煅烧炉12，其结构为：内衬耐火材料的钢制圆柱形上部筒体121和与其下端相连通的倒圆锥形下部筒体122构成的流态化床12，所述倒圆锥形下部筒体122的下端连通有圆筒形气室19，所述倒圆锥形下部筒体122下端与气室19之间设有气体分布板18；所述倒圆锥形下部筒体122的四周设有供燃料喷入的燃料喷嘴17和煅烧料的排放管20a，所述钢制圆柱形上部筒体121上部筒体壁上设有供与旋风分离器相连的连接管(131)；其下部筒体壁上设有进料管11和返料管15，所述圆柱形上部筒体121上的筒体壁四周上设有二次空气喷入管16；旋风分离器13通过其料腿与分流式排料控制阀14相连，然后通过返料管15与快速流化床煅烧炉12连通；所述气室19的下端设有预热空气进气管23；所述的倒圆锥形筒体下部122的锥度为25-35°；所述的一级旋风预热器4的入口与二级旋风预热器9的中心管连通；一级旋风预热器4中心管与排烟管道(未表示)连通，其下端通过安装在下端的料腿41和料封阀6分别与二级旋风预热器9的入口和旋风分离器13的中心管连通；所述二级旋风预热器9通过安装在其下端的料腿91和料封阀6与安装在快速流态化煅烧炉12下部的进料管11连通；旋风分离器13通过安装在其下端的料腿132和排料控制阀14相连通，排料控制阀14通过返料管15与快速流态化煅烧炉12下部相连通，形成循环回路；与排料控制阀14下端相连通的排料管20a和安装在快速流态化煅烧炉12下部的排料管20b汇合后分别与一级旋风冷却器22的入口和二级旋风冷却器26的中心管相连通；一级旋风冷却器22通过安装在其下端的料腿221和料封阀6与二级旋风冷却器26的中心管相连通；二级旋风冷却器26的入口和三级旋风冷却器29的中心管相连通；二级旋风冷却器26通过安装在其下端的料腿261和料封阀6与三级旋风冷却器29的中心管相连通；三级旋风冷却器29的入口与冷空气进气管28相连通；三级旋风冷却器29通过安装在其下端的料腿291和料封阀6与混磨机的进料口相连通；高岭土生粉料通过气力提升机2的上端出料口与预热系统中的一级旋风预热器4的中心管相连通。
本发明提供的超细高岭土的快速循环流态化煅烧过程及设备与现有高岭石(土)煅烧技术相比，具有如下优点：
1)超细粉体高岭石(土)直接入炉、不需造粒的快速循环流化床煅烧炉煅烧，工艺简单，气固接触好，热、质传递快，煅烧反应迅速，大幅度地提高了反应器的生产效率和热效率，使单台煅烧炉的年生产能力可达到10万吨级规模，实现大规模工业化生产。
2)整个煅烧炉内温度均一，煅烧时间和煅烧气氛可调，物料转化均匀，反应完全，消除传统煅烧工艺出现的“欠烧”和“过烧”现象，煅烧产品质量均匀，可生产白度高、磨耗低的质地优良的填料和涂料。
3)快速循环流化床煅烧可对不同产品的粒径要求如小于45μm，特别是小于15μm、小于8μm以及90％以上小于2μm的粉料进行有效的煅烧，获得高白度产品。
4)该煅烧系统操作弹性大，可在较宽的温度和气速下操作，同时又可根据矿物粉料不同的煅烧特性任意调节煅烧时间，因而有广泛的应用前景，除高岭石(土)外，还可用于硼镁矿、菱镁矿等其它非金属矿的煅烧。
5)采用多级气-固逆流废热回收技术，充分利用高温煅烧料和高温烟气的显热，单位煅烧产品的热能消耗比现行的回转窑煅烧工艺可节省30～50％，大大降低了煅烧生产成本。
6)热回收技术采用粉料气-固直接接触旋风式换热，热交换速率快，热效率高，而且流动阻力小，动能消耗低。
7)煅烧系统的工艺装置采用性能好的耐火材料内衬，不用昂贵的耐高温金属材料，维修容易，寿命长，单位基建投资和维修费用大幅度降低；
综上所述，本发明的超细高岭土的煅烧过程优点在于：不需要造粒，可直接入炉，工艺简单；燃气或燃油供热，油/气比调控煅烧气氛，操作方便灵活，气固逆流直接接触换热，传热速率快，生产效率高，燃料消耗少；流化床层温度均一，产品质量均匀；物料循环煅烧，煅烧时间可调，操作弹性大，适应能力强。
附图说明
附图1为本发明的超细高岭土的快速循环流态化煅烧过程的工艺流程示意图；
附图2为本发明的快速循环流态化煅烧炉的结构示意图；
其中：上部筒体121 下部筒体122 快速循环流态化煅烧炉12
气室19 气体分布板18 燃料喷嘴17
排料管20a、20b 连接管131 进料管11
返料管15 二次空气喷入管16 一次空气进气管23
干粉1 气力提升加料机2 冷料3
二级旋风预热器9 热烟气10 一级旋风预热器4
烟气5 料封阀6 旋风分离器13
热烟气8 空气23 一级旋风冷却器22
煅烧料30 三级旋风冷却器29 分流式排料控制阀14
空气28、25 二级旋风冷却器26 煅烧料24
具体实施方式
图2为本发明设备中的快速循环流态化煅烧炉的结构示意图，由图2可知，该快速循环流态化煅烧炉的结构包括：内衬耐火材料的钢制圆柱形上部筒体121和与其下端相连通的倒圆锥形下部筒体122构成的流态化床12，所述倒圆锥形下部筒体122的下端连通有圆筒形气室19，所述倒圆锥形下部筒体122下端与气室19之间设有气体分布板18；所述倒圆锥形下部筒体122的锥角为25-35°；所述倒圆锥形下部筒体122的四周设有供燃料喷入的燃料喷嘴17和煅烧料的排放管20a，所述钢制圆柱形上部筒体121上部筒体壁上设有供与旋风分离器相连的连接管131；其下部筒体壁上设有进料管11和返料管15，所述圆柱形上部筒体121上的筒体壁四周上设有二次空气喷入管16；旋风分离器13通过其料腿与分流式排料控制阀14相连，然后通过返料管15与快速流化床煅烧炉12连通；所述气室19的下端设有预热空气进气管23。
图1为本发明的超细高岭土的快速循环流态化煅烧过程及设备的工艺流程和结构示意图，由图1可知，经细磨至粒度为小于0.05-45μm的除杂的高岭土干粉1经气力提升加料机2进入多级气固逆流串联的旋风预热系统，冷料3与来自二级旋风预热器9的热烟气10混合后进入一级旋风预热器4，经换热和气固分离，烟气5从一级旋风预热器4的顶部排出并送入干燥系统作为干燥介质，被气流带出的粉料通过布袋过滤器或静电除尘器回收后返回煅烧系统(未表示)，被预热的粉料从一级旋风预热器4的底部排出，经一级旋风分离器料腿下端的料封阀6与来自旋风分离器13的热烟气8混合后进入二级旋风预热器9，经换热和气固分离，烟气10从二级旋风预热器9的顶部排出后进入一级旋风预热器4，被预热的粉料从该二级旋风预热器9的底部排出，经旋风分离器料腿下端的料封阀6和进料管11进入快速流态化煅烧炉12，被预热的空气23从旋风冷却器22顶部排出后进入快速流态化煅烧炉12下部的风室19，然后通过分布板18进入快速流态化煅烧炉12与喷入的燃料17进行燃烧以维持所需的煅烧温度和煅烧气氛，部分空气作为二次风16从还原区上部给入，保证燃料完全燃烧，物料随热气流向上流动并进行煅烧反应，通过旋风分离器13进行气固分离，煅烧料通过旋风分离器13及其其料腿并经分流式排料控制阀14和返料管15返回快速流化床煅烧炉12进行循环煅烧；控制所需的反应温度和反应时间使煅烧料达到产品技术性能要求后，从快速流态化煅烧炉12下部排料管20a的控制阀(未表示)和经旋风分离器13料腿下端的分流式排料控制阀14的排料管20b排出的煅烧料20，与来自旋风冷却器26的空气21混合后进入旋风冷却器22，进行换热和气固分离，经料腿下端的料封阀6向下输送，被冷却的煅烧料24与来自旋风冷却器29的空气25混合进入旋风冷却器26，经换热和气固分离，被冷却的煅烧料经料腿下端的料封阀6与空气28混合后进入旋风冷却器29，经换热和气固分离，被冷却的煅烧料30经旋风冷却器29料腿下端的料封阀6排出，并送入混磨装置进行解聚混匀(图中未示)。
实施例1
中国某地煤系高岭石(土)矿样，代号DN，其高岭石(土)含量为91％，自然白度45.3％。经磨矿制成粒度约为0.05-45μm、0.05-15μm、0.05-8μm和0.05-4μm的不同粒级的矿样，分别记为代号DN-1、DN-2、DN-3、和DN-4，每种矿样小于2μm粒级的重量百分数分别为16％、28％、32％和91％。
A、(1)将粒度约为0.05-45μm(其中小于2μm粒级矿样的重量百分数为16％)的矿样用气力提升加料机提升送入二级气固逆流串联的旋风预热器(参见图1中标号4和标号9)中预热至500℃左右；
(2)将预热至500℃的矿样由本发明提供的快速循环流态化煅烧炉下部送入煅烧炉，同时向煅烧炉中通入合成煤气；从煅烧炉底部送入一次空气(该一次空气可经预热)与通入的燃料在煅烧炉中燃烧并在其下部形成还原性气氛的煅烧还原区，煅烧还原区中的气氛为(CO+H2)的体积百分含量为10％；从煅烧炉的煅烧还原区上部送入二次空气(该二次空气也可经预热)将残留的CO+H2完全燃烧，煅烧炉中的气流速度为6米/秒，高岭土生粉料在煅烧炉中以950℃的温度进行快速流态化循环煅烧0.3小时，得到煅烧高岭土；
(3)将煅烧后的高岭土由流态化煅烧炉的下部排入旋风冷却系统中冷却，本实施例的旋风冷却系统中为三级气固逆流串联的旋风冷却炉，冷却至100℃；
(4)将冷却后的高岭土粉料经混磨解聚，即制备得到本发明的超细煅烧高岭土。
B、(1)将粒度约为0.05-15μm(其中小于2μm粒级矿样的重量百分数为28％)的矿样用气力提升加料机提升送入二级气固逆流串联的旋风预热器(参见图1中标号4和标号9)中预热至500℃左右；
(2)将预热至500℃的矿样由本发明提供的快速循环流态化煅烧炉下部送入煅烧炉，同时向煅烧炉中通入合成煤气；从煅烧炉底部送入一次空气(该一次空气可经预热)与通入的燃料在煅烧炉中燃烧并在其下部形成还原性气氛的煅烧还原区，煅烧还原区中的气氛为(CO+H2)的体积百分含量为10％；从煅烧炉的煅烧还原区上部送入二次空气(该二次空气也可经预热)将残留的CO+H2完全燃烧，煅烧炉中由上至下的气流速度为6米/秒，高岭土生粉料在煅烧炉中以950℃的温度进行快速流态化循环煅烧0.3小时，得到煅烧高岭土；
(3)将煅烧后的高岭土由流态化煅烧炉的下部排入旋风冷却系统中冷却，本实施例的旋风冷却系统中为三级气固逆流串联的旋风冷却系统，冷却至100℃；
(4)将冷却后的高岭土粉料经混磨解聚，即制备得到本发明的超细煅烧高岭土。
C、(1)将粒度约为0.05-8μm(其中小于2μm粒级矿样的重量百分数为32％)的矿样用气力提升加料机提升送入二级气固逆流串联的旋风预热器(参见图1中标号4和标号9)中预热至500℃左右；
(2)将预热至500℃的矿样由本发明提供的快速循环流态化煅烧炉下部送入煅烧炉，同时向煅烧炉中通入合成煤气；从煅烧炉底部送入一次空气(该一次空气可经预热)与通入的燃料在煅烧炉中燃烧并在其下部形成还原性气氛的煅烧还原区，煅烧还原区中的气氛为(CO+H2)的体积百分含量为10％；从煅烧炉的煅烧还原区上部送入二次空气(该二次空气也可经预热)将残留的CO+H2完全燃烧，煅烧炉中由上至下的气流速度为6米/秒，高岭土生粉料在煅烧炉中以950℃的温度进行快速流态化循环煅烧0.3小时，得到煅烧高岭土；
(3)将煅烧后的高岭土由流态化煅烧炉的下部排入旋风冷却系统中冷却，本实施例的旋风冷却系统中为三级气固逆流串联的旋风冷却系统，冷却至100℃；
(4)将冷却后的高岭土粉料经混磨解聚，即制备得到本发明的超细煅烧高岭土。
D、(1)将粒度约为0.05-4μm的矿样(其中小于2μm粒级矿样的重量百分数为91％)用气力提升加料机提升送入二级气固逆流串联的旋风预热器(参见图1中标号4和标号9)中预热至500℃左右；
(2)将预热至500℃的矿样由本发明提供的快速循环流态化煅烧炉下部送入煅烧炉，同时向煅烧炉中通入合成煤气；从煅烧炉底部送入一次空气(该一次空气可经预热)与通入的燃料在煅烧炉中燃烧并在其下部形成还原性气氛的煅烧还原区，煅烧还原区中的气氛为(CO+H2)的体积百分含量为10％；从煅烧炉的煅烧还原区上部送入二次空气(该二次空气也可经预热)将残留的CO+H2完全燃烧，煅烧炉中由上至下的气流速度为6米/秒，高岭土生粉料在煅烧炉中以950℃的温度进行快速流态化循环煅烧0.3小时，得到煅烧高岭土；
(3)将煅烧后的高岭土由流态化煅烧炉的下部排入旋风冷却系统中冷却，本实施例的旋风冷却系统中为三级气固逆流串联的旋风冷却系统，冷却至100℃；
(4)将冷却后的高岭土粉料经混磨解聚，即制备得到本发明的超细煅烧高岭土。
分别对得到的煅烧高岭土粉进行白度测定，其结果如下表：
| 矿样代号 | 平均粒径(μm) | 煅烧白度(％) |
| DN-1 | 16.08 | 73 |
| DN-2 | 4.71 | 91 |
| DN-3 | 3.64 | 91.5 |
| DN-4 | 1.02 | 92 |
实验结果表明，随着矿样粒级的减小，煅烧白度相应有所提高，粒级越小，白度越高；粒级小于15μm，煅烧高岭土的白度可达90％以上。
实施例2
实施例1中的中国某地煤系高岭石(土)矿样，代号DN，其高岭石(土)含量为95％，自然白度55.3％。经磨矿制成粒度约为0.05-45μm、0.05-15μm、0.05-8μm和0.05-4μm的不同粒级的矿样，分别记为代号DN-11、DN-22、DN-33、和DN-44，每种矿样小于2μm粒级的重量百分数分别为18％、30％、35％和92％。
本实施例对四种矿样，煅烧温度为850℃，其他煅烧的条件均与实施例1相同，经检测，本实施例煅烧后得到的四种超细煅烧高岭土的性能如下表：
| 矿样代号 | 平均粒径(μm) | 煅烧白度(％) |
| DN-11 | 15.4 | 75 |
| DN-22 | 4.51 | 91 |
| DN-33 | 3.45 | 92 |
| DN-44 | 0.98 | 92.5 |
实施例3
中国某地高岭石(土)矿样，代号DN，其高岭石(土)含量为88％，自然白度65.8％。经磨矿制成粒度约为0.05-45μm、0.05-15μm、0.05-8μm和0.05-4μm的不同粒级的矿样，分别记为代号DN-111、DN-222、DN-333、和DN-444，每种矿样小于2μm粒级的重量百分数分别为20％、29％、33％和91％。
本实施例对四种矿样，在不同温度下煅烧，其他煅烧的条件均与实施例1相同，经检测，本实施例煅烧后得到的四种超细煅烧高岭土的性能如下表：
| 矿样代号 | 平均粒径(μm) | 煅烧白度(％) | ||
| 700℃ | 775℃ | 850℃ | ||
| DN-111 | 15.1 | 78 | 80 | 81 |
| DN-222 | 4.58 | 82 | 83 | 83 |
| DN-333 | 3.55 | 84 | 85 | 86 |
| DN-444 | 1.01 | 87 | 89 | 88 |
实施例4
采用实施例1相同的矿样和煅烧温度，在小型电加热式快速循环流化床煅烧炉，以空气为流化介质，其用量由流化气速而定，流化气速可在1m/s～6m/s范围内选择。当加入一定量矿粉时，由于高速气流的作用，将在流化床中形成快速流态化状态。煅烧烟气从床层中带出的矿粉经高温过滤器回收并返回快速循环流化床煅烧反应器。实验时，按选定的温度和气速的条件，向煅烧反应器中通人相应空气量，同时通电加热至略高于规定温度时恒温，加入一定量的矿粉，在煅烧反应器中形成气固快速流态化，进行快速加热和煅烧。矿样刚加入时，煅烧反应器中的温度有瞬时的下降，经1～2分钟可恢复到规定温度，煅烧规定的时间后，停止通气和供电，将煅烧料排出，冷却、磨细后测定白度。实验所用矿样与实施例1相同，其煅烧结果如下：
| 矿样代号 | 粒度范围，目 | 平均粒径，μm | 煅烧时间，分钟 | 煅烧白度，％ |
| DN-2 | ＜800 | 4.71 | 9 | 91 |
| DN-3 | ＜1250 | 3.64 | 9 | 91.5 |
| DN-4 | ＜6000 | 1.02 | 9 | 92 |
同时在相同的条件下，用固定床静态煅烧做比较实验，其煅烧结果如下：
| 矿样代号 | 粒度范围，目 | 平均粒径，μm | 煅烧时间，分钟 | 煅烧白度，％ |
| DN-2 | ＜800 | 4.71 | 30 | 82 |
| DN-3 | ＜1250 | 3.64 | 30 | 84 |
| DN-4 | ＜6000 | 1.02 | 30 | 85 |
比较发现，欲达到相近的煅烧白度，小样量固定床静态煅烧时间是快速循环流化床煅烧时间的三倍，而且随着静态煅烧样量的增加，所需的煅烧时间会更长。这是因为快速循环流态化煅烧的气固接触充分、传热快速，温度均匀，反应加快，达到强化了煅烧过程，提高了反应器的效率。
本发明的气-固逆流换热系统是由适应高固含量的气固两相流的多级低流阻异型旋风预热器气固直接接触换热、级间气固逆流串联而成，既使气固充分接触、快速换热，又能实现气固有效分离，保证高的换热效率以回收该过程中的高温固体和高温气体的显热，大幅度减少过程的热能消耗和动能消耗
本发明的旋风冷却器是将煅烧热物料与空气在异型旋风器的进气管中混合后一同进入该旋风器进行直接接触换热和气固分离，空气被预热后从该旋风换热器顶部中心管排出，然后进入上一级旋风换热器，热物料被冷却后从该旋风换热器底部中心管(料腿)排出，然后进入下一级旋风换热器。类似地，旋风预热器是煅烧热烟气与冷物料在异型旋风器的进气管中混合后一同进入该异型旋风器进行直接接触换热，冷物料被预热后从该异型旋风换热器底部中心管(料腿)排出，然后进入下一级旋风换热器；热烟气被冷却后从该异型旋风换热器顶部中心管排出，然后进入上一级旋风换热器，最上一级旋风预热器排出的热烟气作为干燥介质送去浆料干燥，进一步利用其显热，被气流带出的粉料通过布袋过滤器或静电除尘器回收后返回煅烧系统。
对于高岭土煅烧，高温煅烧料的空气冷却可以是三级也可以是四级逆流换热，冷物料的高温烟气预热可是以两级也可以是三级逆流换热，但煅烧烟气用作干燥介质时，以两级逆流换热为宜
本发明的每个旋风换热器料腿的下端应设置料封阀以防止旋风换热器的料腿串气和保证粉体物料的稳定流动，提高系统的热回收效率。旋风换热器料腿下端的料封阀，可以是机械式料封阀，也可采用中国科学院过程工程研究所的V-型或J-型气动料封阀，最好采用料腿气固稳流阀。
本发明的分流式排料控制阀可以是机械式控制阀，也可采用中国科学院过程工程研究所的双级分流式气动控制阀。
Claims (10)
1、一种超细高岭土快速循环流态化煅烧过程，由以下部分组成：
(1)生料预热部分：用气力提升加料机将粒度小于0.05-45μm的高岭土生粉料提升送入气固旋风预热系统中预热至500-850℃；
(2)生料煅烧部分：将经预热后的高岭土生粉料由流态化煅烧炉的下部送入煅烧炉，同时向煅烧炉中通入合成煤气、天然气或液化石油气气体燃料或轻或重燃料油液体燃料；从煅烧炉的底部风室送入经预热的一次空气与通人所说的燃料在煅烧炉中燃烧并在其下部形成所需还原性气氛的煅烧区，还原区气氛中(CO+H2)的体积百分含量为0-10％；从煅烧炉还原区上部送入二次空气将还原区残留的CO+H2完全燃烧；煅烧炉中的气流速度为1-6米/秒，使高岭土生粉料形成快速流态化，煅烧料通过旋风分离器及其料腿并经分流式排料控制阀和返料管返回快速流化床煅烧炉在700-1100℃的温度下进行循环煅烧0.3-3小时；
(3)焙料冷却部分：将煅烧后的高岭土粉料由流态化煅烧炉的下部排入旋风冷却系统中冷却至60-100℃；
(4)混磨解聚部分：将冷却后的高岭土粉料经混磨解聚，即制得本发明的超细高岭土粉。
2、按权利要求1所述的超细高岭土快速循环流态化煅烧过程，其特征在于，所述生料预热部分(1)中的对高岭土生粉料的预热是在二级气固逆流串联的旋风预热器中进行。
3、按权利要求1所述的超细高岭土快速循环流态化煅烧过程，其特征在于，所述的焙料冷却部分(3)中的对煅烧后的高岭土粉料的冷却是在三级气固逆流串联的旋风冷却器中进行。
4、按权利要求1所述的超细高岭土快速循环流态化煅烧过程，其特征在于，所述的生料煅烧部分(2)中的煅烧温度为700℃～850℃。
5、按权利要求1所述的超细高岭土快速循环流态化煅烧过程，其特征在于，所述的生料煅烧部分(2)中的煅烧温度为850℃～950℃。
6、按权利要求5所述的超细高岭土快速循环流态化煅烧过程，其特征在于，所述的生料煅烧部分(2)中的煅烧温度为900℃～950℃。
7、一种权利要求1所述方法使用的煅烧设备，其特征在于，该设备包括预热系统、煅烧炉、冷却系统和混磨机；所述的预热系统由二级气固逆流串联的旋风预热器(4)和(9)组成；所述的冷却系统由三级气固逆流串联旋风冷却器(22)、(26)和(29)组成；所述的煅烧炉为快速流态化煅烧炉(12)，其结构为：内衬耐火材料的钢制圆柱形上部筒体(121)和与其下端相连通的倒圆锥形下部筒体(122)构成的流态化床(12)，所述倒圆锥形下部筒体(122)的下端连通有圆筒形气室(19)，所述倒圆锥形下部筒体(122)下端与气室(19)之间设有气体分布板(18)；所述倒圆锥形下部筒体(122)的四周设有进料管(11)、返料管(15)、供燃料喷入的燃料喷嘴(17)和煅烧料的排放管(20a)；所述钢制圆柱形上部筒体(121)上部筒体壁上四周上设有二次空气喷入管(16)；所述圆柱形上部筒体(121)上端的筒体壁上设有供与旋风分离器相连的连接管(131)；旋风分离器(13)通过其料腿与分流式排料控制阀(14)相连，然后通过返料管(15)与快速流化床煅烧炉(12)连通；所述气室(19)的下端设有预热空气进气管(23)；
所述的一级旋风预热器(4)入口与二级旋风预热器(9)的中心管连通；一级旋风预热器(4)的中心管与排烟管道(未表示)连通，其下端通过安装在下端的料腿(41)和料封阀(6)分别与二级旋风预热器(9)的入口和旋风分离器(13)的中心管连通；所述二级旋风预热器(9)通过安装在其下端的料腿(91)和料封阀(6)与安装在快速流态化煅烧炉(12)下部的进料管(11)连通；旋风分离器(13)通过安装在其下端的料腿(132)和排料控制阀(14)相连通，排料控制阀(14)通过返料管(15)与快速流态化煅烧炉(12)下部相连通，形成循环回路；与排料控制阀(14)下端相连通的排料管(20a)和安装在快速流态化煅烧炉(12)下部的排料管(20b)汇合后分别与一级旋风冷却器(22)的入口和二级旋风冷却器(26)的中心管相连通；一级旋风冷却器(22)通过安装在其下端的料腿(221)和料封阀(6)与二级旋风冷却器(26)的中心管相连通；二级旋风冷却器(26)的入口和三级旋风冷却器(29)的中心管相连通；二级旋风冷却器(26)通过安装在其下端的料腿(261)和料封阀(6)与三级旋风冷却器(29)的中心管相连通；三级旋风冷却器(29)的入口与冷空气进气管(28)相连通；三级旋风冷却器(29)通过安装在其下端的料腿(291)和料封阀(6)与混磨机的进料口相连通；高岭土生粉料通过气力提升机(2)的上端出料口与预热系统中的一级旋风预热器(4)的中心管相连通。
8、按权利要求7所述的超细高岭土粉的煅烧设备，其特征在于，所述的倒圆锥形筒体下部(122)的锥角为25-35°。
9.按权利要求7所述的超细高岭土粉的煅烧设备，其特征在于，所述的料封阀为气动稳流阀。
10.按权利要求7所述的超细高岭土粉的煅烧设备，其特征在于，所述的排料控制阀为分流式气动排料阀。
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