茂名石化礦業(yè)有限公司 高嶺土知識(shí)培訓(xùn)課程 高嶺土加工技術(shù)和深加工技術(shù) 一、引言 二、公司生產(chǎn)工藝流程 三、加工技術(shù)與深加工技術(shù)的發(fā)展趨 勢(shì) 四、高嶺土的綜合加工技術(shù)（部分） 一、引言 高嶺土的加工技術(shù)是多種多樣的， 新的加工技術(shù)也在不斷的發(fā)展中，現(xiàn) 在以茂名目前造紙用高嶺土的加工工 藝給大家簡單介紹下傳統(tǒng)的加工技術(shù) 。茂名目前造紙用高嶺土的加工工藝 雖有一些差異，但總體工藝流程相近 似，我公司的工藝流程如圖所示。 二、公司生產(chǎn)工藝流程 公司高嶺土系風(fēng)化沉積型砂質(zhì)高嶺土 ，適合大規(guī)模開采。目前，公司主要 采用水洗法采礦。采礦時(shí)先用鉤機(jī)把 上層表土剝離運(yùn)走，然后把高嶺土層 挖松堆積起來，用高壓水槍進(jìn)行沖洗 。沖洗出來的漿沿著漿渠由高流到低 處的抽漿深坑里，用抽漿泵抽往下一 道工序：除砂。 除砂有三級(jí)除砂 一級(jí)除砂采用螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)行除砂。 螺旋分級(jí)機(jī)是借助于固體粒大小不同，比 重不同，因而在液體中的沉降速度不同的 原理，細(xì)礦粒（即漿與細(xì)砂）浮游在水中 從溢流口流出，由管道輸入下一級(jí)除砂工 序，而粗礦粒（即粗砂）則沉于槽底，由 螺旋轉(zhuǎn)子螺旋向上從上部排出。該崗位主 要除掉粒徑較大的粗顆粒。 二級(jí)和三級(jí)除砂采用水力旋流器進(jìn)行除砂 。 水力旋流器來料由進(jìn)口切向進(jìn)入旋流器內(nèi) 作螺旋運(yùn)動(dòng)，液體在腔內(nèi)急劇旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生 強(qiáng)烈的渦流，顆粒在離心力的作用下具有 向旋流器壁沉降的趨向。粗顆粒由于受到 較大的離心力作用，向旋流器壁面運(yùn)動(dòng)并 隨外旋流從旋流器底部排出形成底流；細(xì) 顆粒則由于所受的離心力較小，來不及沉 降就隨內(nèi)旋流從溢流管排出形成溢流。該 工序主要除掉洗顆粒的礦砂。 三級(jí)除砂的底流漿送往三廠，主要用 于生產(chǎn)陶瓷土；溢流漿則經(jīng)濃縮后， 根據(jù)技術(shù)部試漂白度的高低分不同檔 次抽回大漿池與一廠的儲(chǔ)漿池中。 該 崗位又分三次除砂，其旋流器規(guī)格型 號(hào)由大到小，不同大小的旋流器其除 砂效果各不相同。 臥螺崗位。臥螺崗位主要采用臥式螺旋分級(jí)機(jī) 進(jìn)行分級(jí)。其主要原理為：轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定 差速同向高速旋轉(zhuǎn)，物料由進(jìn)料管連續(xù)進(jìn)入轉(zhuǎn) 鼓，在離心力場作用下，輕相由溢流口排出機(jī) 外，重相物截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形在離心力的錐面分 力和輸料螺旋的共同作用下，連續(xù)不斷地向底 流口移動(dòng)排出轉(zhuǎn)鼓。 臥螺崗位的溢流漿流入漂白崗位前的六個(gè)溢流 池中。溢流池的作用與大漿池的作用相似，起 到提前儲(chǔ)漿及調(diào)控作用。生產(chǎn)MSH801及SA2 土?xí)r不需要經(jīng)過臥螺分級(jí)，直接用臥螺溢流漿 與原漿按一定比例進(jìn)行配比使用。 漂白崗位。漂白工藝主要分為還原漂白和氧化 漂白，公司生產(chǎn)上主要采用還原漂白工藝，采 用連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）在酸性環(huán)境中（ pH值在22.5左右）對(duì)高嶺土漿料進(jìn)行還原漂 白。其化學(xué)反應(yīng)原理為通過還原反應(yīng)，把不溶 三價(jià)鐵還原為可溶的二價(jià)鐵，再通過洗滌和壓 濾去除大部分的有害離子，從而達(dá)到漂白的目 的，其化學(xué)反應(yīng)式為： 3Fe2O3 + Na2S2O4 10H+ = 6Fe2+ + 2SO42- + 5H2O + 2 Na+ 由于二價(jià)鐵離子不夠穩(wěn)定，容易被氧化成顯色 的三價(jià)鐵，即“返黃”現(xiàn)象，影響產(chǎn)品白度，因 此生產(chǎn)上通常加入一定量的磷酸，使之與二價(jià) 鐵離子絡(luò)合生成相對(duì)穩(wěn)定的絡(luò)合物。 漂白漿可根據(jù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品要求進(jìn)入不同的后 續(xù)工序。生產(chǎn)刮刀土?xí)r，漂后漿直接輸送至一 次壓濾，經(jīng)過壓濾后直接包裝入庫；生產(chǎn)粉狀 產(chǎn)品時(shí)，漂后漿可先進(jìn)行一次壓濾洗滌后再輸 送至二次壓濾崗位，也可以進(jìn)入碟離崗位經(jīng)過 洗滌后輸送至二次壓濾崗位。 碟離洗滌。生產(chǎn)工藝中主要采用碟式離心機(jī)，通過洗 滌可以脫除部分高嶺土漿料中的有害離子（Fe2+離子 及插層劑、漂白過程中添加的H+等），有害介質(zhì)離子 的清除可增大礦粒表面的負(fù)電位而增大礦粒間的靜電 排斥勢(shì)能，以達(dá)到穩(wěn)定分散礦粒的作用，同時(shí)可以穩(wěn) 定產(chǎn)品質(zhì)量，避免產(chǎn)品返黃等問題。其工作原理：離 心分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有數(shù)十個(gè)形狀和尺寸相同的錐形碟片 ，當(dāng)具有一定壓力和流速的懸浮液進(jìn)入離心分離機(jī)后 ，就會(huì)從碟片組外緣進(jìn)入各相鄰碟片間的薄層隙道， 由于離心分離機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，這時(shí)懸浮液也被帶著高速 旋轉(zhuǎn)，具有了離心力。固體顆粒獲得的離心沉降速度 大于后續(xù)液體的流速，則有向外運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，就沿碟 片下表面離開軸線向外運(yùn)動(dòng)，并連續(xù)向鼓壁沉降；澄 清液獲得的離心沉降速度小于后續(xù)液體的流速，則在 后續(xù)液體的推動(dòng)下被迫反方向向軸心方向流動(dòng)，移動(dòng) 至轉(zhuǎn)鼓中心的進(jìn)液管周圍，并連續(xù)被排出。這樣，固 體和液體就在碟片間的隙道流動(dòng)的過程中被分開。 壓濾崗位。壓濾崗位主要是通過把低濃度的漿 ，在進(jìn)漿壓力的作用及機(jī)械外力作用下，使水 滲過濾布流出，而漿則形成所謂的“濾餅”。在 該過程中，由于漂白過程中形成的各有害離子 溶于水中，大部分有害物質(zhì)被清除掉。生產(chǎn)的 濾餅卸入分散池，加入一定量的燒堿與分散劑 ，經(jīng)過攪拌機(jī)攪拌成漿后輸送至剝片崗位前的 分散池。壓濾崗位主要是要把濾餅分散好，一 般其分散漿PH要達(dá)到5以上。 剝片崗位。剝片崗位采用剝片機(jī)把進(jìn)入的漿磨 細(xì)使之達(dá)到產(chǎn)品的粒度要求。剝片機(jī)主要由轉(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)剝片桶里的磨剝介質(zhì)（公司主 要采用鋯珠）做圓周運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，磨 珠轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力及對(duì)磨時(shí)產(chǎn)生的剪切力把 礦粒磨的更細(xì)。剝片漿經(jīng)過振動(dòng)篩（325目） 進(jìn)入干燥崗位。影響剝片效果的因素主要有進(jìn) 漿泵的轉(zhuǎn)速即進(jìn)漿量、漿的濃度、漿的粘度、 攪拌桶所加入的磨珠量等。漿的濃度太稀與磨 珠量太大一樣，會(huì)造成磨珠的過分自磨，漿也 會(huì)被過分磨細(xì)，影響產(chǎn)品的粘濃度，并導(dǎo)致磨 珠過度損耗，增加成本。漿的粘度過大也會(huì)影 響剝片效果。 干燥崗位。干燥崗位分噴霧干燥與閃蒸干燥。二廠采 用的是噴霧干燥，即過振動(dòng)篩后的漿，用噴頭以水霧 狀噴出，而通過熱交換加熱后的干凈空氣（非絕對(duì)干 凈）沿著干燥塔壁吹出與之充分接觸進(jìn)而達(dá)到干燥的 目的。使用間接換熱法進(jìn)行干燥可以避免因燃料燃燒 不完全產(chǎn)生的黑色雜質(zhì)污染到產(chǎn)品。一廠采用的是閃 蒸干燥，原先通過燃燒柴油直接加熱空氣去烘干絞碎 的濾餅，現(xiàn)在技改后采用燃燒油頁巖加熱，然后抽取 過濾后的空氣進(jìn)入熱交換爐中進(jìn)行熱交換，經(jīng)熱交換 后加熱起來的空氣進(jìn)入干燥系統(tǒng)將絞碎的濾餅烘干。 二廠因采用的是噴霧干燥，在干燥過程中漿料以霧珠 形態(tài)被干燥，因此干燥后的產(chǎn)品呈較粗的顆粒團(tuán)，稱 之為“假性顆?！薄?三、加工與深加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1、增白技術(shù) （1）磁選 高嶺土中染色礦物如褐鐵礦、赤鐵礦 、菱鐵礦、黃鐵礦、銳鈦礦、金紅石、黑 云母等均具有弱磁性，而高嶺土中含鐵、 鈦礦物大多嵌布粒度較細(xì)，一般的強(qiáng)磁選 機(jī)往往脫除率不高，因此工業(yè)上大多采用 高梯度磁選機(jī)進(jìn)行高嶺土的磁選。同時(shí)也 根據(jù)原礦狀況有選擇性地使用磁選。如果 單一使用磁選增白，高嶺土產(chǎn)品白度難以 達(dá)到造紙技術(shù)的要求。 磁選試驗(yàn)：條件是高梯度磁選機(jī)磁場強(qiáng) 度為1.6T，礦漿濃度10%左右。 如采用高梯度磁選與化學(xué)漂白相結(jié)合的 工藝，使產(chǎn)品的白度可進(jìn)一步提高，且 能降低化學(xué)漂白藥劑用量，效果一可以 降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本；二減少環(huán)境污染。 狀況 指標(biāo)標(biāo) Fe2O3含量 TiO2含量 白 度 磁選選前 0.9% 0.71% 66.4% 磁選選后 0.66% 0.64% 76.6% （2）化學(xué)漂白 根據(jù)鐵、鈦物相分析、高嶺土中鐵 的賦存狀態(tài)如礦物鐵和晶格鐵兩種， 其中礦物鐵占60%左右，有一部分為 地表鐵質(zhì)淋濾污染，所以采用化學(xué)漂 白最經(jīng)濟(jì)、有效，也被廣泛采用。利 用還原漂白劑將Fe3+還原成可溶性的 Fe2+，再通過洗滌作業(yè)將其除去。漂 白工藝技術(shù)主要體現(xiàn)在：根據(jù)不同 礦點(diǎn)物料摸索不同藥劑制度，使其更 加合理有效； 漂白藥劑除常規(guī)漂白劑外，還需添加絡(luò) 合物等其它藥劑，以產(chǎn)生綜合效果；漂 白產(chǎn)品須進(jìn)行洗滌，及時(shí)脫除可溶性二價(jià) 鐵，以免產(chǎn)生“返黃”現(xiàn)象。 為了去除深色的有機(jī)質(zhì)，細(xì)粒污染的黃 鐵礦等雜質(zhì)，可采用強(qiáng)氧化劑進(jìn)行氧化漂 白。 茂名高嶺土產(chǎn)品的白度都能滿足造紙企業(yè) 生產(chǎn)技術(shù)的要求。 巴西 樣品 美國樣 品 茂名金塘礦區(qū)樣 品 茂名山閣 礦區(qū)樣品 85.187.688.487.2 以上樣品為紙廠提供的原料樣品。 2、超細(xì)技術(shù) 高嶺土產(chǎn)品的粒度及其分布是一個(gè)至關(guān) 重要指標(biāo)，對(duì)銅板紙、涂布紙及紙板的 涂布質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響，尤其對(duì)紙 的光澤度、印刷光澤度、平滑度等指標(biāo) 的影響，高嶺土的超細(xì)分級(jí)方式有： 自然沉降法：通過調(diào)整礦漿的PH值，加 入一定量的分散劑、速凝劑、顆粒粗、 大的高嶺土通過自重迅速下沉到池的底 部后，速凝劑把池底部的高嶺土凝結(jié)起 到分級(jí)作用，此法成本低，操作簡單， 但缺點(diǎn)亦非常明顯。 臥式離心機(jī)分級(jí)法：設(shè)定離心機(jī)的轉(zhuǎn)速 形成穩(wěn)定的離心力場，高嶺土顆粒在力場 的作用下形成環(huán)圓運(yùn)動(dòng)，細(xì)顆粒向端部流 動(dòng)，粗顆粒向底部流動(dòng)，達(dá)到分級(jí)作用。 高嶺土剝片：上述的兩種方法都有可能 有粗顆粒高嶺土的存在，粒度分布亦不盡 合理，剝片技術(shù)是解決問題最有效的方法 ，是借助研磨介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)高嶺土 顆粒產(chǎn)生剪切、沖擊和磨剝作用，使其沿 層間剝離成薄片狀微細(xì)顆粒。能滿足造紙 工藝對(duì)高嶺土粒度及分布的要求。 高嶺土剝片示意圖 剝 片 插層技術(shù)：高嶺石在加入插層劑后， 使高嶺石層間距發(fā)生膨脹，再加上機(jī) 械研磨剝片，實(shí)現(xiàn)一次剝離；加水沖 洗清除插層劑，使高嶺石結(jié)構(gòu)坍塌， 達(dá)到二次剝離。此技術(shù)未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 生產(chǎn)。 3、降粘技術(shù) 粘濃度是高嶺土產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)，目 前國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品有較大差距的是此指 標(biāo)，國產(chǎn)造紙用高嶺土產(chǎn)品的粘濃度在66 68%，少量產(chǎn)品達(dá)到70%。而國外同類產(chǎn) 品粘濃度達(dá)到74%以上。 影響高嶺土產(chǎn)品粘濃度的因素很多，如 礦石的成因；晶體結(jié)構(gòu)的有序度；高嶺 石的形態(tài)；粒度與粒度分布；礦物組成 ；PH值；分散劑的種類和用量；加 工過程添加的藥劑；高嶺土的加工方法。 從以上影響因素來看是多方面的，有高 嶺土本身的特性，也有來自外部因素；降 低高嶺土產(chǎn)品的粘度必須對(duì)原礦進(jìn)行綜合 分析，有針對(duì)性采用相應(yīng)的工藝方法。雖 然不能指望單一的方法來降低產(chǎn)品粘度， 也不可能改變所有的高嶺土產(chǎn)品。 添加降粘劑，是一種降低高嶺土粘度最 常用、最有效的辦法。降粘劑的作用是改 善高嶺土粒子表面的電性、增加排斥力、 從而達(dá)到降粘的目的。 機(jī)械降粘在某一高嶺土廠的實(shí)際使用 能達(dá)到一定的作用，是一種工藝簡單 、成本低的降粘手段。 四、高嶺土的綜合加工技術(shù) 列舉綜合利用技術(shù)方法及工藝流程采 用下列方法對(duì)高嶺土進(jìn)行加工,針對(duì)不 同性質(zhì)的高嶺土有不同的加工技術(shù)和 加工工藝,具體如下: 高嶺土綜合利用的工藝流程， 硬質(zhì)高嶺土:1.原礦粉碎搗漿 旋流器分級(jí) 離心機(jī)分級(jí) 剝片漂白造紙涂料級(jí) 2.原礦粉碎焙燒搗漿旋流器分級(jí) 剝片 離心機(jī)分級(jí) 造紙涂料級(jí)和填料級(jí) 軟質(zhì)高嶺土:1原礦破碎搗漿旋流器分級(jí) 選擇性絮凝漂白優(yōu)質(zhì)造紙、陶瓷級(jí) 2原礦破碎搗漿旋流器分級(jí)離心機(jī)分級(jí) 剝片磁選造紙涂料級(jí) 砂質(zhì)高嶺土:1.原礦搗漿螺旋分級(jí)機(jī)除砂 沉 淀池分級(jí) 離心機(jī)分級(jí)剝片漂白造紙涂料 級(jí)和填料級(jí) 2原礦搗漿重選除砂調(diào)和槽(載體) 浮 選(藥劑)優(yōu)質(zhì)造紙、陶瓷級(jí) 現(xiàn)就具體的介紹10種加工技術(shù)介紹如下: 1、泥料的分散 在高嶺土濕選工藝中首先將原礦制成泥漿 ，使礦物以顆粒狀單體形態(tài)在水中解離， 顆粒大小以微米為單位，甚至于更小。為 了使高嶺石族礦物與雜質(zhì)礦物(如石英、 長石、云母、黃鐵礦、鈦鐵礦等)分離， 就必須使粘土顆粒分成細(xì)、中、粗三個(gè)粒 級(jí)。 高嶺土顆粒界面上帶著相反電荷，顆粒之 間相互吸引產(chǎn)生絮凝呈絮團(tuán)狀，這樣就需添 加適當(dāng)?shù)姆稚?，使之電離后附在帶電荷的 高嶺土表面，使其具相同的電荷而相互排斥 ，此時(shí)泥漿便具有流動(dòng)性(礦漿的濃度一般為 514%)。礦漿中的礦物顆粒只有達(dá)到充分 分散，才能有效地進(jìn)行分級(jí)和選別。一般粘 土懸浮液呈現(xiàn)中性堿性(pH=8)時(shí)，便顯 示穩(wěn)定的分散狀態(tài)。 常用的分散劑有如下幾種： 調(diào)整pH：氫氧化鈉(NaOH)、碳酸鈉 (Na2CO3)。 沉淀Ca2+：草酸銨 (NH4)2C2O4H2O 絡(luò)合Al3+、Fe3+： 檸檬酸鈉(Na3C6H5O22H2O) 絡(luò)合多價(jià)金屬離子： 水玻璃Na2O(1.6-4)SiO2、 焦磷酸鈉(Na4P2O410H2O)、 六聚偏磷酸鈉(NaPO3)6 2、除砂 濕法除砂，即主要去掉石英、長石、云 母等碎屑礦物和巖屑等較粗粒的雜質(zhì)，同 時(shí)也可除去部分鐵鈦礦物。常用耙式浮槽 式分級(jí)機(jī)、螺旋式分級(jí)機(jī)、水力旋流器和 振動(dòng)篩等進(jìn)行。我國小礦山采用自然沉淀 除砂，再進(jìn)入沉淀池濃縮、經(jīng)沉降脫水干 燥后生產(chǎn)出磚塊狀的高嶺土坯子。這種產(chǎn) 品一般用于陶瓷工業(yè)。 在機(jī)械化選礦廠，則先用單軸搗漿機(jī) 除去部分粗砂，而后再進(jìn)入水力旋流 器或振動(dòng)篩等進(jìn)一步除砂。據(jù)報(bào)道， 目前國外有一種用于除砂的新型設(shè)備 工業(yè)型杓輪機(jī)(西德產(chǎn))，經(jīng)過工業(yè) 考核，其可以取代現(xiàn)有生產(chǎn)所用的螺 旋分級(jí)機(jī)和振動(dòng)篩的生產(chǎn)工藝。 3、分級(jí) 目前我國生產(chǎn)高檔產(chǎn)品，特別是涂料級(jí) 高嶺土產(chǎn)品，主要采用分級(jí)方法。在造紙 涂料加工過程中，2m粒級(jí)含量一直作為 工作指標(biāo)的控制點(diǎn)，要求粒度盡量均勻， 既要小于2m，又要防止研磨時(shí)發(fā)生過粉 碎，因此必須分級(jí)。所謂分級(jí)就是利用礦 物顆粒的大小或密度的差別來分離礦物， 若組成礦漿的礦物粒度相差大，則一般用 篩網(wǎng)分級(jí)； 若相近，則據(jù)其密度差別進(jìn)行選別。常用 的分級(jí)設(shè)備有水簸、水力旋流器、離心機(jī)等 。 高嶺土深加工工藝中的超細(xì)分級(jí)，在國 外多采用臥式螺旋離心機(jī)，一般結(jié)構(gòu)的臥式 螺旋離心機(jī)在處理過程中，由于螺旋的攪動(dòng) ，中粗顆粒很難沉降，而隨溢流帶走，同時(shí) 又夾帶著相當(dāng)部分的細(xì)顆粒由螺旋推送到出 渣口排出，這樣使得分級(jí)效果不好。目前國 外較先進(jìn)完善的粒子分級(jí)裝置首推美國所產(chǎn) 的專利離心機(jī)。 4、磁選除鐵 幾乎所有的高嶺土原礦都含有少量(一般為 0.53%)的鐵礦物，主要有鐵的氧化物、鈦 鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、云母、電氣石等。 這些著色雜質(zhì)通常具有弱磁性，這樣即可用 磁選方法除去這些有害雜質(zhì)。磁選是利用礦 物的磁性差別而在磁場中分離礦物顆粒的一 種方法，對(duì)除去磁鐵礦和鈦鐵礦等高磁性礦 物或加工過程中混入的鐵屑等較為有效。 對(duì)于弱磁性礦物，一種方法可以先焙燒， 待其轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性氧化鐵后再進(jìn)行磁選分 離；再一種方法就是采用高梯度強(qiáng)磁場磁 選法。 （1）高梯度強(qiáng)磁場磁選法 這種方法有兩大特點(diǎn)，一是具有能產(chǎn)生高 磁場強(qiáng)度(107高斯/cm數(shù)量級(jí))的聚磁介質(zhì) (一般為鋼毛)，二是有先進(jìn)的螺絲管磁體 結(jié)構(gòu)，高梯度磁分離技術(shù)對(duì)于脫除有用礦 物中弱磁性微細(xì)顆粒甚至膠體顆粒十分有 效。 這種方法優(yōu)點(diǎn)是工序簡單、產(chǎn)量高、成本 低、無污染，能借助于調(diào)整分離操作參數(shù)來 生產(chǎn)不同檔次的產(chǎn)品，并可按需要控制生產(chǎn) 成本，是一種效果好、適應(yīng)性強(qiáng)的技術(shù)，具 有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。早在70年代美 國就有不少廠家用此項(xiàng)技術(shù)全部或部分取代 浮選、化學(xué)漂白等傳統(tǒng)的提純高嶺土的方法 。美國佐治亞中部地區(qū)的一些高嶺土公司已 將高梯度磁選作為標(biāo)準(zhǔn)的處理工藝。 缺點(diǎn)是設(shè)備投資高、耗電大。表22為不同 產(chǎn)地的高嶺土用PEM-5型高梯度磁機(jī)除鐵、 鈦試驗(yàn)的結(jié)果。 原 礦礦 (%)磁 選選 后 (%)背景場場 強(qiáng)度 磁化 時(shí)間時(shí)間 Fe2O3TiO2白 度Fe2O3TiO2白 度2T2min 美加州 (1) 0.581.1730.470.3824min 美加州 (2) 2.31.9490.50.4794min 美加州 (3) 2500.564 耒陽高 嶺土 0.651640.360.371-74 汨羅羅 高嶺土 1.680.540.740.14 表22 不同產(chǎn)地高嶺土用PEM-5型高梯度磁選結(jié)果 （2）超導(dǎo)磁選 隨著高嶺土礦體不斷開采，高嶺土原礦質(zhì) 量逐漸降低，賦存于高嶺土中的鐵鈦礦物的 粒度也越來越小，高梯度磁選機(jī)也無法將幾 個(gè)微米下的弱順磁性礦物分離出來。目前國 外已有10多個(gè)國家正從事用超導(dǎo)磁選機(jī)對(duì)高 嶺土進(jìn)行除鐵、鈦的研究，超導(dǎo)磁選機(jī)由三 個(gè)主體部件組成。一是超導(dǎo)磁體，它是由鈮 鈦線或鈮錫線繞制而成；二是超低溫制冷系 統(tǒng)，用液氦，液氮制冷，使鈮鈦或鈮錫磁體 在4.2K下達(dá)到磁體無直流電阻的超導(dǎo)狀態(tài)； 三是分選管道或分選裝置，使要分選的礦 ?；虻V漿在超導(dǎo)磁場中將磁性礦物與非磁 礦物分開。超導(dǎo)磁選機(jī)根據(jù)有無介質(zhì)及其 所產(chǎn)生的梯度不同可分為無梯度超導(dǎo)磁選 機(jī)和高梯度超導(dǎo)磁選機(jī)兩種，高嶺土比較 適合于用后種，這種磁選機(jī)可處理幾個(gè)微 米或亞微米級(jí)別極弱的順磁場礦物。超導(dǎo) 磁選機(jī)能長期運(yùn)轉(zhuǎn)，與常規(guī)磁選機(jī)相比， 降低電耗8090%，僅此一項(xiàng)每年可節(jié)約 15萬美元，其占地面積為原來的34%，重 量為原有的47%； 另外，其還具有快速激磁和退磁能力 ，可使設(shè)備減少分選、退磁和沖洗雜 物所需的時(shí)間，從而大大提高了礦物 的處理量。該設(shè)備處理能力為6t/h。 5、浮選 浮選法提純高嶺土應(yīng)用十分廣泛，目前工 藝和設(shè)備也在不斷改進(jìn)、更新，使得高嶺 土精礦獲得更高的白度，而滿足工業(yè)需要 。 因高嶺土原礦所含的雜質(zhì)不同，所采用的 浮選方法、藥劑和設(shè)備也不一樣。常用的 有泡沫浮選、背負(fù)浮選、雙液層浮選和選 擇性絮凝浮選等。泡沫浮選對(duì)處理幾微米 以下的礦物，特別是一些難選的礦物效果 不大，一般不常用。 （1）超細(xì)粒浮選法 超細(xì)粒浮選(又稱背負(fù)浮選)能處理100%小 于3m，其中48%小于0.5m的礦物(如 銳鈦礦、石英砂、電氣石和氧化鐵等)， 是選別微細(xì)粒礦物極為有效的工藝之一。 該法是采用油酸(塔爾油、燃料油)作捕收 劑，松油作起泡劑，可溶性的堿土金屬鹽 (石油磺酸鈣)作助選劑，用氫氧化銨調(diào)整 pH值(一般pH=9左右)，采用325目的方 解石、石英、硅石、螢石、重晶石等作載 體，用來捕集要分選的微細(xì)礦物雜質(zhì)， 這種方法的實(shí)質(zhì)是用載體增大礦物與氣泡 的碰撞率和接觸面，在浮選過程中，吸附 捕收劑的載體背負(fù)著雜質(zhì)顆粒上升到泡沫 層，而隨泡沫溢流排出，高嶺土為底流產(chǎn) 品，這樣便達(dá)到分離的目的。一般情況下 ，載體礦物粒度的減小，攪拌強(qiáng)度的提高 ，能顯著提高載體礦物與微細(xì)欲浮礦粒的 碰撞速率，對(duì)提高分選指標(biāo)非常有利，另 外對(duì)載體礦物預(yù)先進(jìn)行疏水化處理是提高 鐵脫除率的一項(xiàng)必不可少的措施。 超細(xì)粒浮選的優(yōu)點(diǎn)是可采用普通設(shè)備 和浮選藥劑，分選效果好，一般能除 去70%的鐵鈦雜質(zhì)，白度可達(dá)90以上 。缺點(diǎn)是工藝流程復(fù)雜。 （2）雙液層浮選法 雙液層浮選法是在超細(xì)粒浮選的基礎(chǔ)上發(fā) 展而來的，這種方法是先在高嶺土礦漿中 加入分散劑，調(diào)整pH在511范圍之間， 再加入能選擇性地捕集其中一種礦物的陽 離子捕集劑和四氯化碳，然后用有機(jī)液調(diào) 和，礦漿在pH=812時(shí)，乳化而形成高嶺 土水層和雜質(zhì)有機(jī)液層兩種液體層， 最后將前者分離出來，并回收純的高嶺土 。這種方法的特點(diǎn)是不使用礦物載體，而 用能捕集雜質(zhì)的憎水性捕集劑和非極性的 有機(jī)液處理礦漿， 浮選過程可在水力旋流器或重力沉淀池 中進(jìn)行，分選前須調(diào)整礦漿的固含量并 加入適當(dāng)?shù)姆稚?，以得到最佳的分選 效果。英國高嶺土公司(ECC公司)采用 此法進(jìn)行分離高嶺土中電氣石等雜質(zhì)的 研究，其在粘土礦漿中添加硅酸鈉和堿 作分散劑，以工業(yè)煤油作調(diào)和劑，脂肪 酸作捕集劑，攪拌混合后靜置，兩液分 層，純凈的高嶺土從液相回收，電氣石 從油相回收。使用過的調(diào)和劑(工業(yè)煤油 )，清除雜質(zhì)后可重復(fù)使用。這種方法的 缺點(diǎn)成本較高。 （3）選擇性絮凝浮洗法 此法是使用一種陰離子絮凝劑使高嶺土沉淀 ，其它礦物留在懸浮液中，靜置10分鐘后倒 出懸浮液，將絮凝物在清水中攪拌成懸浮液 后再進(jìn)一步分離。也可使分散于高嶺土礦漿 中的雜質(zhì)絮凝，高嶺土呈分散狀態(tài)，用虹吸 或傾析法，使高嶺土礦漿與絮凝雜質(zhì)分離。 這種方法是近20年來發(fā)展起來的被認(rèn)為是細(xì) 粒選礦中最有前途的有效工藝之一，美、前 蘇聯(lián)、英、西德、捷克等國均采用了這種工 藝，使得高嶺土的分選能力和選礦回收率均 有所提高。 我國在70年代末開始進(jìn)行高嶺土選擇性絮 凝浮選的研究，主要是除明礬石，并取得 了一定的成果。試驗(yàn)中采用水玻璃作分散 劑，水解的聚丙烯酰胺作絮凝劑，加Ca2+ 活化礦漿，結(jié)果礦石脫硫率可達(dá)65.72%。 試驗(yàn)中絮凝劑濃度為1610ppm，絮凝劑 聚內(nèi)烯酰胺水解度為70%，沉降時(shí)間為 180min，pH=9.510，水玻璃用量為 400ppm時(shí)效果最佳。在礦漿中添加Ca2+ 可使高嶺土和明礬石產(chǎn)生不同的絮凝效果 ，明礬石絮凝明顯活化，當(dāng)CaCl2達(dá) 40ppm時(shí)，明礬石絮凝回收率可達(dá)92%。 6、漂白 用作顏料、填料和涂料的高嶺土，其白度 和亮度的高低直接影響其價(jià)值的高低。所 謂的漂白即是采用不同手段使高嶺土的白 度增高。具體方法有磁選漂白、浮選漂白 、化學(xué)漂白等。磁選漂白與浮選漂白已在 前面介紹過，這里著重介紹著色漂白和化 學(xué)漂白。 （1）著色漂白 著色漂白是指在高嶺土中加入適量的白色 藥劑，經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬?，白色藥劑覆蓋在 高嶺土表面，從而大大提高高嶺土的白度 。著色漂白所使用的藥劑有：TiO2、 CaSO42H2O、CaCO3、CaSiO3H2O及 Al(OH)3等。捷克漂白專家在這項(xiàng)工藝研究 上有突破性的進(jìn)展，目前正致力于工業(yè)應(yīng) 用試驗(yàn)。其研究結(jié)果表明：以TiO2作覆蓋 劑漂白效果最佳，Al(OH)3最差。但TiO2 價(jià)格昂貴，所以建議使用價(jià)格低廉的 CaSO42H2O或CaSiO3, 也可以采用其它藥劑通過它們之間反應(yīng)而 得到上述藥劑，然后再進(jìn)行攪拌漂白。例 如可以采用Ca(OH)2 和Al2SO4 318H2O,二者反應(yīng)后生成CaSO42H2O和 Al(OH)3，這兩種物質(zhì)均為白色。反應(yīng)式如 下： 3Ca(OH)2+Al2SO4 318H2O=3CaSO42H2O+2Al(OH)3+12H2 O 這項(xiàng)工藝中值得注意的是白色藥劑的細(xì)度 及所用的攪拌設(shè)備，藥劑的細(xì)度不足或攪 拌速度不當(dāng)都會(huì)降低漂白效果。 （2）化學(xué)漂白 對(duì)于一些牢固覆蓋在高嶺土顆粒表面的氧 化鐵，采用磁選、浮選方法是很難將其去 掉的，這就必須采用化學(xué)漂白進(jìn)行處理。 化學(xué)漂白法就是采用化學(xué)方法溶出鐵、鈦 等著色雜質(zhì)再漂洗出去。常用的具體方法 有：氧化還原法、酸溶法、氯化法等。 ()還原法 該法的實(shí)質(zhì)就是使高嶺土中難溶性的Fe3+ 還原成可溶性的Fe2+，而后洗滌除去，從 而提高高嶺土的白度。這是高嶺土工業(yè)中 傳統(tǒng)的除鐵方法。在漂白前礦漿流入攪拌 機(jī)攪拌，并要加入絮凝劑絮凝后，再進(jìn)行 漂白。常用的還原劑有：連二亞硫酸鈉( 又稱保險(xiǎn)粉)、硫代硫酸鈉、亞硫酸鋅等 ，還原的主要反應(yīng)式如下： Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4=Na2SO4+2FeSO 4+3H2O+2SO2 影響漂白效果的因素有很多，如礦石的特 征、溫度、pH值、藥劑用量、礦漿濃度 、漂白時(shí)間、攪拌強(qiáng)度等。若礦石中雜質(zhì) 呈星點(diǎn)狀、浸染狀，含量低，那么可以得 到較好的漂白效果，白度顯著提高。若礦 石中含有機(jī)質(zhì)、雜質(zhì)含量高，那么漂白效 果差，白度提高的幅度不大。漂白過程中 的溫度的一般宜在常溫下，太高，雖然能 加快漂白速度，但熱耗量大，藥劑分解速 度過快，造成浪費(fèi)并污染環(huán)境；過低，反 應(yīng)緩慢，生產(chǎn)能力下降。礦漿的pH值調(diào) 整到24時(shí)，漂白效果最佳 。 藥劑用量方面，一般隨著用量的增大，漂白 速度加快，白度也隨之提高，但達(dá)到一定程 度時(shí)，白度不再增長。礦漿濃度以1215% 為宜。漂白時(shí)間既不能過長，也不能太短， 時(shí)間過長既浪費(fèi)藥劑，又降低了高嶺土的質(zhì) 量因?yàn)榭諝庵械难鯐?huì)導(dǎo)致Fe2+氧化成Fe3+ ；過短，白度達(dá)不到要求。反應(yīng)完畢后，應(yīng) 立即進(jìn)行過濾洗滌，否則表面會(huì)逐漸發(fā)黃。 對(duì)于產(chǎn)品發(fā)黃問題，70年代美國曾有專利介 紹了添加磷酸鹽可避免返黃，具體方法即是 ：先加連二亞硫酸鈉進(jìn)行還原漂白，過一定 時(shí)間后，加入磷酸鹽。經(jīng)驗(yàn)證，漂白后的產(chǎn) 品能夠達(dá)到永久性的漂白。 采用連二亞硫酸鹽對(duì)高嶺土進(jìn)行漂白，在 一定程度上可使高嶺土的白度和亮度顯著 提高，但這種還原劑性質(zhì)極不穩(wěn)定，受熱 、受潮或敞露于空氣中都能發(fā)生分解。在 漂白過程中有相當(dāng)量的Na2S2O4消耗在 自身的分解反應(yīng)中，為了避免這種浪費(fèi)， 近幾年來已研究出幾種改進(jìn)方法，如鋅粉 漂白法、硼氫化鈉漂白法、二氧化硫電解 法等，這些方法的相同點(diǎn)在于：在漂白過 程中即時(shí)產(chǎn)生Na2S2O4,從而避免了藥劑 的浪費(fèi)，降低了成本，同時(shí)也獲得了較好 的漂白效果。 對(duì)含黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)高嶺土一般采用氧化 漂白法，即使處于還原狀態(tài)的黃鐵礦氧化 成可溶性的硫酸亞鐵和硫酸鐵，同時(shí)氧化 有機(jī)質(zhì)，使其變成易被洗去的無色氧化物 。據(jù)資料，國外采用了一種氧化還原聯(lián)合 漂白，并通過試驗(yàn)證明這種方法比單純的 還原或氧化漂白效果更佳。如美國佐治亞 洲高嶺土，原土2m) 分成單片或減少疊加的層次。目前剝分采 用的主要設(shè)備是鱗片研磨機(jī)，研磨介質(zhì)有 瓷珠、玻璃珠、人造剛玉珠、尼龍聚乙烯 珠。珠的相對(duì)密度約2.45，直徑為23mm 。通過攪拌泥漿和細(xì)研磨介質(zhì)組成的混合 物而達(dá)到剝離目的。高嶺土經(jīng)剝分后，晶 體結(jié)構(gòu)一般沒被破壞，新生面不污染，能 解離釋放出高嶺土中的著色雜質(zhì)，通過沉 降或離心分離除去。 所以，在細(xì)度大大提高的同時(shí)，白度和光澤度 也有所提高。用于造紙業(yè)，可大大提高紙張的 光澤度和不透明性。目前的剝片一般使用介質(zhì) 磨剝與振動(dòng)磨剝。介質(zhì)攪拌磨主要由一個(gè)靜置 的內(nèi)填小直徑研磨介質(zhì)(鋼球、陶瓷球、玻璃球 等)的研磨筒和一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器構(gòu)成,其工作原 理:通過攪拌器攪動(dòng)研磨介質(zhì)產(chǎn)生沖擊、摩擦、 剪切等作用使物料粉碎。由于攪拌磨在超細(xì)粉 磨設(shè)備中效率較高,能耗較低,可以得到平均粒 徑1m以下的產(chǎn)品,所以被廣泛應(yīng)用于高級(jí)陶瓷 原料、顏料、云母、硅灰石等非金屬礦的超細(xì) 粉碎。 振動(dòng)磨是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的機(jī)械粉碎法設(shè) 備,其工作原理:利用研磨介質(zhì)(球形或棒形) 在作高頻振動(dòng)的筒體內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行沖擊、 摩擦、剪切等作用,從而使物料達(dá)到粉碎 。其產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)亞微米級(jí),且具有較強(qiáng) 的機(jī)械化學(xué)效應(yīng),能耗較低,易于工業(yè)大規(guī) 模生產(chǎn),所以振動(dòng)磨在超細(xì)粉碎加工中占 有一定的比重,廣泛地應(yīng)用于建材、化工 、陶瓷、耐火材料和非金屬礦等行業(yè)的粉 體加工。 （2）高壓擠出法 高壓擠出法是在高壓擠出裝置中，利用高 剪切力加空穴效應(yīng)原理制成的高壓均漿器， 以泵高壓(最高可調(diào)到5.88107Pa)，高壓料 漿以950m/s線速度從窄縫中摩擦擠出，高速 噴射到處于常壓區(qū)的葉輪上，當(dāng)物料離開縫 隙時(shí)，壓力降低，這一壓力的突然降低便產(chǎn) 生空穴效應(yīng)，好象爆米花一般，這種強(qiáng)大的 沖擊力結(jié)合空穴作用與摩擦剪切力使高嶺土 的晶面沿結(jié)合力較弱的氫鍵間層層剝開。 用此工藝處理的高嶺土粒度范圍是2 20m。經(jīng)試驗(yàn)證明，用高壓均漿器一次 處理后的料漿中小于2m的粒級(jí)可由原來 的18%提高到37%。如福建龍巖高嶺土礦 ，原礦天然白度很高(7580)，高嶺石含 量為2030%，精選后高嶺土為片狀，粒 度以25m、510m為主，達(dá)不到涂 料級(jí)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，采用高壓擠壓法后，可得 小于2m顆粒占80%以上的涂料級(jí)產(chǎn)品， 獲得了最大的經(jīng)濟(jì)效益。 （3）氣流粉碎法 氣流粉碎法的實(shí)質(zhì)是利用流體能量，使粉 料受到很大的剪切碰撞、摩擦力等的作用 。當(dāng)作用力大于粒子本身的破壞應(yīng)力時(shí)， 粒子即被粉碎。該法是將粉料連續(xù)給入 750m/s或更高的超音速氣流中，使粉體 顆粒相互碰撞達(dá)到碾磨，同時(shí)使碾碎的顆 粒隨同噴射的旋渦氣流在粉碎機(jī)內(nèi)設(shè)置的 特殊分級(jí)室中分級(jí)，再通過離心作用，將 分級(jí)旋流中的粗粒子甩向外邊，通過回路 管使之再循環(huán)回到超音速噴嘴， 從噴嘴中高速噴射出來的顆粒再碰撞碾磨 室中旋渦著的粗顆粒，只有被粉碎了的、小 于一定粒度大小的細(xì)顆粒被排放出來，進(jìn)入捕 集器收集。經(jīng)氣流粉碎后，煅燒高嶺土90%以 上的粒度均在5m以下，由此可見，采用此法 可以收到良好的效果。 9、煅燒加工 煅燒是改善高嶺土性能的特殊加工方法。 造紙涂料工業(yè)使用煅燒高嶺土可以增加散 射力和遮蓋率，提高油墨吸咐速度。用于 電纜填料可增加電阻率，在合成4A沸石 、生產(chǎn)氯化鋁、冰晶石工業(yè)中，煅燒可以 增加高嶺土的化學(xué)活性。高溫煅燒能增加 白度，可部分代替價(jià)昂的鈦白粉。煅燒可 生產(chǎn)莫來石。對(duì)于煤系高嶺巖煅燒是必不 可少的工藝，因煅燒能脫除炭質(zhì)、提高白 度。 高嶺石在煅燒過程中隨著溫度的升高，會(huì)產(chǎn) 生不同的相變，煅燒相變過程的反應(yīng)式如下 ： Al2O32SiO22H2O 550700 Al2O32SiO2(偏高嶺石)+2H2O 2(Al2O32SiO2) 925 2Al2O33SiO2(硅尖晶石)+SiO2 2Al2O33SiO2 1100 2(Al2O3SiO2)( 似莫來石)+SiO2 3(Al2O3SiO2 ) 1400 3Al2O32SiO2(莫來石)+SiO2 從反應(yīng)式可看出，500700之間脫除結(jié)晶水 ，生成偏高嶺石，仍保持片狀形態(tài)。925后 產(chǎn)生硅尖晶石相。1100時(shí)產(chǎn)生似莫來石相。 1400產(chǎn)生莫來石。 高嶺土的煅燒，按煅燒溫度劃分，有低溫煅燒 (650以下)、中溫煅燒(6501050)、高溫 煅燒(13001525)等。中溫煅燒可分為不完 全煅燒(800950)、完全煅燒(9501050) 。不同的煅燒溫度，所得產(chǎn)品性能及用途也有 差別。 高嶺土煅燒溫度的選擇，視用途而定。低溫煅 燒產(chǎn)品為偏高嶺石相，屬非晶相，其活性高， 用于合成分子篩，鋁鹽化工及塑料、橡膠的功 能性材料。作為電纜填料、化工產(chǎn)品，溫度宜 選700左右。 中溫煅燒(6501050)高嶺土為硅鋁尖晶石， 其白度好，不透明度高，用于造紙工業(yè)、涂料 工業(yè)，替代鈦白粉作結(jié)構(gòu)性顏料，煅燒產(chǎn)品除 白度好、不透明度高之外，還要求光散性能好 、孔隙率高，用于造紙可增加涂料紙涂層孔隙 體積和松厚度，減少壓光時(shí)的亮度和不透明度 損失。生產(chǎn)造紙涂料，宜選擇800900,此 時(shí)產(chǎn)生的偏高嶺石仍保持了片狀形態(tài)。生產(chǎn)高 白度和高亮度的填料，溫度可選擇1000左右 。 高溫煅燒高嶺土為莫來石、方英石相，用于生 產(chǎn)莫來石型砂、耐火材料和特種陶瓷。生產(chǎn)莫 來石時(shí)，溫度應(yīng)大于1400。 為提高煅燒高嶺土的白度，可加入煅燒添加劑 。添加劑的品種有多種，要根據(jù)礦石的性質(zhì)， 合理選用添加劑。 10、表面改性 高嶺土用于塑料、橡膠、油漆、電纜的填 料，為使其與各種有機(jī)高分子材料容易均 勻的分散，并更牢固的結(jié)合，需在高嶺土 表面包覆一層有機(jī)耦聯(lián)劑，此過程稱為表 面改性。耦聯(lián)劑與高嶺土的結(jié)合，有化學(xué) 反應(yīng)、物理吸附或二者兼有。常用的耦聯(lián) 劑有硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、硬脂酸及其 皂類可以用。 改性方法有干法和濕法，干法比濕法效果 好。常用的設(shè)備為高速捏合機(jī)。 在改性生產(chǎn)中，高嶺土則直接與有機(jī)材料 在一定溫度下?lián)胶?，在單螺桿或雙螺桿捏 合機(jī)中進(jìn)行。 改性效果的檢測，用紅外光譜能準(zhǔn)確的測 出耦聯(lián)劑的包覆面積。簡便的方法是用疏 水法。取少許改性后產(chǎn)品，放入盛有清水 的燒杯中，用玻璃棒攪拌一、二分鐘，靜 止后觀察水中的濁度。改性效果好的高嶺 土是疏水的，它漂浮在水的表面而不下沉 。