煅烧高岭土的制备基本工艺研究应用.doc

1 文献综述1.1 研究背景中华人民共和国是世界煤炭资源大国，在分布广、厚度大含煤岩系中，蕴藏有大量可供顺便开采、综合运用共伴生矿产煤系高岭土，国内煤系高岭土预计储量在112亿吨左右，其中探明储量为56亿吨，相称于英、美国家储量总和。煤矸石对资源导致严重挥霍，对环境导致严重破坏，其综合运用和加工解决是一大难题。该项目属资源综合运用及环保重点产业，课题研究方向和研究内容与国家制定节能降耗、可持续发展、资源综合运用政策结合紧密，采用高新技术改造老式产业，既充分运用资源、维护环境，又变废为宝，为国民经济创造新增长点，具备积极意义1。与非金属矿产有直接关联产业GDP值占到了国民总产值6%7%。能源、资源型公司已被党和政府确立为重点保护、支持、持续发展重要行业，要将资源优势、科技优势和经济优势有机统一起来。特别是当前，全国上下都在强调节能减排状况下，非金属矿工业面临着如何秉持可持续发展原则，必要变化小、乱、散现状，满足国民经济各大产业需求。当前，中华人民共和国非金属矿市场存在这样一对矛盾：国内市场原材料供不不大于求，同步还在向国外进口非金属矿制品。如国内高岭土出口均价67.81美元/吨，进口均价210.27美元/吨，相差3.1倍2-3。非金属矿原矿必要通过加工才干加以应用，当前国内非金属矿行业大多以初加工为主，有些甚至挖掘后直接出售，对矿石功能、价值几乎完全没有进行开发，依然处在“一流资源，二流产品”发展阶段，依然“捧着金碗要饭吃”。因而，中华人民共和国非金属矿行业亟须提高产品精加工能力。中华人民共和国非金属矿工业发展方向将不再是简朴矿石提供产业，而是以精细化加工为主导矿物材料供应产业。1.2 国内外现状和技术发展趋势中华人民共和国煤系高岭土资源虽以独特而丰富著称于世，以煤系高岭土为原料，工业规模化生产煅烧高岭土直到20世纪90年代才起步，而以所谓“双90”（即白度90%、细度-2m含量90%）产品为标志优质煅烧高岭土规模化生产更是到了1998年先后，且生产厂家不多，规模不大。到，国内煅烧高岭土产量才9万吨，其中“双90”产品仅2万吨左右，与巨大市场需求形成了强烈反差，为满足市场消费需求，国家不得不花大量外汇进口，仅优质高岭土（含煅烧高岭土）进口量达18.276万吨。煅烧高岭土重要市场是油漆涂料、造纸、橡胶和塑料制品、电缆、陶瓷等，其中油漆涂料和造纸是国内优质煅烧高岭土最重要消费领域，分别占国内超细、高白度优质煅烧高岭土消费量50%和40%左右。据专家预测，由于以上产业不断发展，对优质煅烧高岭土需求也将持续处在增长状态，到优质煅烧高岭土国内需求量将达到67万吨。1-4月全国高岭土(无论与否煅烧)出口量合计380361吨，出口总值2579.17万美元，均价67.81美元/吨；进口量合计108105吨，进口总值2273.13万美元，均价210.27美元/吨，进出口价格巨大反差表白在品质上国内与国外产品尚有较大差距4-5。当前，国内煤系高岭土生产线存在问题重要体当前两个方面：一是物料超细化，二是物料煅烧工艺和设备。这两方面都存在生产成本高、产量低、运营稳定性差问题。煤系硬质高岭岩重要特点之一是矿石形成过程中受到成岩作用，矿石多是沉积岩。加工过程中需要进行破碎、粉碎、超细粉碎等一系列减少原矿块度和细度工序。其中，粉碎至325目后，因超细煅烧高岭土产品性能规定，需要进一步超细粉碎，将物料粒度加工到微米级或亚微米级。超细粉碎及精细分级技术是煤系共伴生矿物最重要深加工技术之一，其核心在于设备。在该领域日本、德国、美国、加拿大等国始终处在世界先进水平。国内重要发展趋势是：A、分级粒度细、精度高、解决能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高精细分级设备将不断得到开发应用。B、粉碎极限粒度小、粉碎比和解决能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高、合用范畴宽或者可用于低熔点、韧性、高硬度、易燃易爆等特殊物料加工超细粉碎办法和设备将会得到不断开发和应用。C、既有粒度检测办法和仪器将得到进一步完善，物料大小和粒度分布自动监控技术将会得到不断开发和应用。国内超细锻烧高岭土生产线煅烧高岭土生产线所使用高温设备本来多采用间接加热回转窑，间接加热回转窑应用于煤系煅烧高岭土生产也已有10近年了，近年来国内发展内热式回转窑成功地解决了间接加热回转窑存在局限性。产量大:单台年产量可达30000t甚至50000t,产品质量稳定且高:同等物料前提下，产品白度较间接加热回转窑提高1%一1.5%。此外还浮现了迅速悬浮煅烧工艺新技术，该技术与老式隧道窑、回转窑煅烧工艺相比突出长处是：投资省、效率高、能耗低、产品质量好，特别是能实现大规模工业生产，因而可大幅度地提高经济效益。，北京矿冶研究总院从国家发改委申请重大产业技术开发专项，用于稀相换热技术煅烧高岭土研究、设备开发，由此咱们可以结识到：生产线规模化、设备大型化是国内锻烧高岭土生产线发展方向，随着工艺设备开发完善，超细煅烧高岭土质量必将上一种新台阶6。1.3 煅烧高岭土加工与市场分析 在约50各种具备商业价值非金属矿产中，高岭土是很重要矿产之一。它除了自身优良物化性能和加工性能外，还是无毒无害物质，用途十分广泛。煤系高岭土是国内优势非金属矿资源。国内煤系高岭土储量大，质量好，分布广，并且大型煤矿都伴有或共生高岭土，据不完全记录，己探明储量16.73亿吨(远景储最多达100多亿吨)，占世界高岭土已探明储量10%左右，且原矿质量好，产出率高。国外煤系高岭土矿厚度薄(只有6cm左右，国内可达20cm以上)质量差，开采价值较小 7-8。通过近来几年研究开发与市场开拓，人们逐渐结识到煤系高岭土价值。用煤系高岭土为原料加工煅烧高岭土具备一系列优良性能:白度高、晶形好、孔隙率大、容重小、化学稳定性和电绝缘性好、散射力和遮盖率强、油墨吸附速度快、热稳定性能好，等等。例如，煅烧高岭土与普通高岭土相比，油墨吸附力增强了1.3倍，散射系数增长了1.8倍，还可代替60%以上价格昂贵超细钛白粉，因而广泛用于油漆涂料、造纸、橡胶、塑料、电缆、陶瓷、石化、环保等领域，在当代产业发展和老式产业技术进步中起重要作用9-11。并且，产品附加值高，经济效益好，如煤系高岭土原矿普通100元/吨左右，经超细锻烧后，最高可达300-500美元/吨(离岸价)。一种年产万吨煤系高岭土公司，每年可为国家创汇350万美元以上，创利税1000万元人民币左右12。当今世界约有60各种国家和地区生产高岭土。1998年世界高岭土总产量为3980万吨，其中精选优质高岭土约万吨。美国、英国、乌克兰、中华人民共和国、巴西、澳大利亚等是当前世界上重要高岭土生产国。美国是全球最大高岭土和煅烧高岭土生产国，1998年高岭土产量达945万吨，约占全世界高岭土总产量24%，其中煅烧高岭土产量约200万吨，占美国高岭土产量20%左右、全世界煅烧高岭土总产量70%以上。1998年，英国高岭土产量达235.97万吨，澳大利亚和巴西高岭土产量分别为200万吨和130万吨，全球其他国家(含中华人民共和国)共计高岭土产量为2475万吨13-14。中华人民共和国在产量上已成为全球三大高岭土(涉及煅烧高岭土)生产国之一，1995年高岭土产量约为148万吨，1996年达到235.35万吨，1997年和1998年高岭土产量预计分别达到245和260万吨左右。虽然1996年中华人民共和国高岭土总产量突破了200万吨，1998年超过了25万吨，但所记录产量中包括了瓷土和未经选矿或水洗加工原土，其中水洗、精选和煅烧高岭土产量只有65万吨左右(约占总产量26%)。在这些通过选矿加工和煅烧高岭土产品中，只有50%左右能满足高档纸张、高档油漆涂料、陶瓷釉料、高档橡胶和塑料制品规定。1998年煅烧高岭土产量为6万吨左右，其中白度不不大于90，细度1250目以上超细煅烧高岭土产品约2万吨，“双90(白度不不大于90、细度-2m含量不不大于90%)产品约1万吨，别的为325至500目左右产品。1999年煅烧高岭土产量约8万吨，其中白度不不大于90，细度1250目以上超细煅烧高岭土产品约3.0万吨，“双90”产品约1.5万吨。当前中华人民共和国高岭土(涉及普通瓷土和煅烧高岭土)生产能力已达到300万吨左右，其中水洗和精选高岭土生产能力(即高岭土选矿能力)约70万吨，煅烧高岭土生产能力约13万吨，其中高白度和超细优质煅烧高岭土生产能力约5万吨。煅烧高岭土生产公司重要分布在山西、内蒙、河南、陕西、山东、安徽、湖北等省(自治区)。重要生产公司有山西金洋锻烧高岭土有限公司、内蒙古三保准格尔高岭土有限公司、山西阳泉金锐化工有限公司、山西代县喜迪精细化工有限公司、山西琚丰高岭土有限公司、陕西韩城矿务局高岭土厂、陕西蒲白高岭土公司、河南巩义市中龙高岭土公司等；山东兖州矿务局北宿煤矿高岭土总厂、陕西榆林高岭土厂、山东新坟坟南高岭土公司、中煤公司高碑店煅烧高岭土厂、湖北恩施金山煅烧高岭土公司、大同市银河精细化工厂、福建泰宁陶金峰高岭土有限公司等:当前正在建设或拟建煅烧高岭土生产厂家土要有山西朔州矿业公司(1万吨)、蒙西高新材料股份有限公司(3万吨)、山西金洋缎烧高岭土有限公司(1.4万吨)、山西大同秦家化工有限公司(1万吨)、吉林白城经济开发区(2万吨)、北京泰邦化工有限公司、安徽淮北金岩高岭土有限公司(1万吨)等。但是，由于工艺及设备选型不合理、能耗和生产成本偏高及产品质量不稳定等因素，某些厂家，如陕西榆林高岭土厂、中煤公司高碑店煅烧高岭土厂等基本上己停产或未能正常生产15。在国外，造纸工业是煅烧高岭土重要顾客，造纸工业消费高岭土占高岭土消费总量50%以上，特别是造纸涂料级高岭土在世界范畴内都处在短缺状态。美国是高岭土最大消费国，其高岭土产量60%用于造纸工业（其中造纸涂料占40%，填料占20%，建材用量占20%，耐火砖及玻纤用量占16%，其她为油漆塑料，约4%；英国也有80%高岭土产量用于造纸工业。而在国内高岭土消费构造与国外差别较大，在8090万吨消费总量中，用于生产陶瓷和耐火材料占了80%。这两个行业大某些生产公司就近采购高岭土原矿，直接应用，产品档次较低，而造纸工业、电缆工业和中高档涂料工业等年消耗高档煅烧高岭土约60万吨，其中华人民共和国内仅能满足23万吨，局限性某些依托进口。当前，高岭土世界贸易量约为700万吨/年，其中80%用于造纸，15%用于陶瓷，其他占5%16-17。 世界高岭土重要出口国为美国、英国、巴西、中华人民共和国等。英美两国高岭土出口量分别占世界贸易量45%和30%，近年来始终控制着国际市场。出口产品重要是剥片土、煅烧土和改性土。世界高岭土重要进口国是日本、德国、意大利、加拿大、芬兰和法国等，其中日本是世界最大高岭土进口国，年进口各类高岭土180万吨，其中煅烧土30万吨，大多从美国和巴西进口，国内台湾造纸业对煅烧土也有一定需求18。国内从1980代末以来，高岭土对外出口日益扩大，1996年出口量达到88.2万吨， 出口量达到119.65万吨。国内高岭土出口对象重要是东亚国家，出口产品多为原矿，出口价仅为2030美元/吨，有所提高，达到45.42美元/吨，而国内铜版纸用优质高岭土重要从美国、英国、巴西、捷克进口，进口量逐年增长，从1999年10.5万吨，到增长到41.89万吨，平均价格达到209.06美元/吨，而高档煅烧高岭土价格更会达到400美元/吨。国内市场价格：涂料用煅烧高岭土销售价3000元/吨以上，普通煅烧土10002500元/吨，双90煅烧土30005000元/吨。造纸工业是煅烧高岭土重要顾客，造纸工业发展已成为衡量一种国家当代化水平标志，发达国家人均年用纸90kg左右，1993年国内人均用纸9kg左右，1996年已达26kg，近年来国内造纸工业正以每年15%速度递增。煅烧高岭土油墨吸取性好，遮盖率高，可某些代替昂贵钛白粉，特别适合高速刮刀涂布机使用，随着国内造纸业发展，产量扩大以及高速刮刀涂布机引进，煅烧高岭土用量也在逐渐扩大。随着国民经济水平提高，人们对油漆涂料需求量在不断增大。无论是大涂料跨国公司，还是国内新兴资本，都对这块市场志在必得，世界知名立邦，ICI涂料公司对煅烧高岭土需求正在逐渐扩大，由于大公司样板和市场竞争作用，国内各涂料厂家已越来越多地使用煅烧高岭土。煅烧高岭土用于涂料行业可减少TiO2用量，使涂膜具备更好特性，可改进涂料加工、储存和应用性能。煅烧高岭土在涂料中用量为10%30%，使用煅烧高岭土以-2m含量为7090%为主，当前该行业年用量4.5万吨/年，此后乳胶漆年产量将达80100万吨，这是煅烧高岭土一种潜在更大市场19-20。在工程塑料、通用塑料中，煅烧高岭土充填量为20%40%，用作填料和补强剂。煅烧高岭土用于聚氯乙烯电缆，能改进塑料电性能。多功能塑料棚膜也是一种很大市场。国内橡胶行业用高岭土量较大，在橡胶中充填高岭土比例约15%20%，煅烧后高岭土（涉及表面改性）可代替炭黑，白炭黑，生产浅色橡胶制品、轮胎等，具备较好市场前景，有510万吨市场潜力21。总来说，将来煅烧高岭土市场，虽然有碳酸钙，滑石等矿物竞争，有也许失去某些低档产品市场，但高档煅烧土在国际和国内市场上仍具备一定竞争力。1.4 高岭土煅烧原理及煅烧高岭土用途1.4.1 高岭土煅烧原理(1)煅烧时构造变化煤系高岭土由于与煤伴生，高岭岩在生成过程中，有机质直接渗入高岭土，并在一定温压下，有机质逐渐转变成固定碳，存在与高岭土结晶间隙中，使煤系高岭土呈现灰黑色或灰白色。直接生产产品，若不通过任何化学解决，白度普通不超过75%。为了消除碳影响，曾实验用漂白法以提高白度:如双氧水、过氧化钠、次氯酸钠、臭氧等氧化剂，其白度只能提高到80%左右，用连二亚碱酸钠还原只能脱除铁质影响对白度提高作用不大，实践证明，采用化学办法提高白度不能奏效。因而，必要采用高温氧化煅烧等办法除碳，来提高高岭土白度，普通煤系高岭土经煅烧后白度大幅度提高，质量较好矿石，白度可达90%以上。煅烧高岭土除了能脱除有机质提高白度外，还能脱除羟基以提高最后产品孔隙体积和活性22-24。(2)高岭土在加热过程中物相变化高岭土在加热过程中脱水分解析出新物相等物化变化，较为复杂，普通以为高岭土在加热过程中变化，涉及两个阶段:脱水阶段和脱水后产物转化阶段。a. 脱水阶段100-110，湿存水与自由水脱除；110-140，其她矿物杂质带入水脱除；400-450，晶格水开始缓慢排除；450-550，晶格水迅速排除；500-800，脱水缓慢进行；800-1000 ,残存水排除完毕。此过程两个方程式如下25-26:Al2O32SiO22H2O 550-700 A12O32SiO2+2H2O 高岭土 偏高岭土b. 脱水后产物转化阶段脱水后产物接着转化起始温度是925，形成新铝尖晶石构造。反映式为:2(A12O32SiO2) 925 2A12O33SiO2+ SiO2偏高岭土 铝尖晶石1050-1100 开始转化为似莫来石，反映式如下:2A12O33SiO2 1100 2(A12O3SiO2)+ SiO21200-1400生成莫来石，反映式如下:3(A12O3SiO2) 1400 3A12O32SiO2+ SiO21.4 .2 煅烧高岭土用途高岭土在不同温度下煅烧产品，具备各种不同物理性能，例如低温(750)煅烧可获得卓越电性能，在PVC电缆料中能成倍提高PVC塑料体积电阻率，而在高温条件下(950 )煅烧可获得较高洁白度、油吸取较好和比表面积大，并具备好遮盖率和不透明性，这些特点可用于涂料中体积颜料或白色颜料代用品以及造纸工业中。因而，在煅烧高岭土是应依照产品不同用途，选取不同煅烧工艺。(1) PVC电缆料填料低温煅烧脱羟基高岭土是PVC电缆料中不可缺少电绝缘填料，可大大提高PVC体积电阻率。不同化学构成煅烧高岭土对电缆电性能亦会产生不同影响。这是由于煅烧高岭土化学构成重要是Si和Al，因而可以以为影响电缆料电性能上要因素是由硅、铝含量决定。高岭土硅铝比越高，既A12O3含量越高，则煅烧后高岭土越能提高电缆料电绝缘性能27-28。(2)造纸填料和涂料高岭土脱羟后来，在950左右进一步煅烧产品，比脱羟高岭土更白、更亮，能某些或所有取代钛白粉，用作纸张填料，既减少了成本，又具备较好性能。张鸿源、朱光林等人在普通涂布级高岭土中加入煅烧高岭土，既可以提高涂布涂层松厚度，又能改进涂料层透气性和油墨吸取性，还能提高纸张平滑度和光泽度29。(3)涂料填料由于煅烧高岭土晶体中构造水被逸出，因而，颗粒与颗粒之间产生了大量孔隙，以致于变化了晶体构造，使得高岭土颗粒变硬，并导致外形不规则，且内部不易紧密堆积。由于孔隙中布满了空气，因而，导致涂层具备较高不透明性。吴裕军、鲍学昭等人用煅烧高岭土代替钛白粉应用于外墙涂料和快干氨基醇酸烘漆研制中减少了生产成本，并且各项性能均已达到规定30-31。(4)合成4A沸石4A沸石可作为合成洗涤剂中洗涤助剂，代替三聚磷酸钠，生产无磷或低磷洗涤剂，以减少磷对环境污染。4A沸石最大长处是:原料来源广泛，成本低廉，价格便宜，生产下艺易控制，产品性能稳定32。(5)制造结晶氯化铝和聚合氯化铝氯化铝重要用作有机合成石油工业催化剂，并用来解决润滑油和制造蒽醌等，聚合氯化铝是一种新型水净化剂，重要用来净化饮用水，也可用作各种工业废水解决剂，具备絮凝快、不溶物少、净化效果好、用量少、成本低等长处。运用煤系高岭士生产聚合氯化铝，成本低，产品质量好、生产无废渣、经济效益明显33-34。(6)耐火材料经高温煅烧( 1300-1525)高岭土，其组分中生成新莫来石物相。它构造随温度升高而发生转变，孔隙不断闭合，变得十分致密坚硬，是一种极好耐火材料。耐火度达到7-8，被广泛应用于耐火材料中填料、玻璃钢中增强填料、各种陶瓷窖具和高档陶瓷胚料得配料，以及在锻造工业中涡轮叶片等精密铸件得模型等。煅烧高岭土得耐火度与其中含量关于。A12O3含量越高，A12O3/ SiO2比值越大，耐火度就越高35-36。1.5 煤系煅烧高岭土白度测定白度是一种颜色属性，基于目视感知而判断物体反射所显示白限度术语称之为白度。“白”是物体表面对电磁波可见波段中所有波长反射率都等于或接近于一一种客观生理上视觉刺激，既与人视觉特性关于，又与外界刺激客观辐射关于。白度评价办法有二种。一为目视评价，它是以标有白度数据原则板，如瑞士CIBA-GEIGY公司12个块型白色标板，以此为基本进行目视对比。此种办法人为因素明显，不同观测者往往有不同测试成果，给出测试值也只是区间值。故此办法已被逐渐裁减。二为仪器评价，使用白度计、色差计及光谱测量计对白度进行定量测定，是一种定量化科学测试办法。在使用测试仪器时，由于设计思路上差别，不同测试仪器运用测试原理也不尽相似。当前，世界各国用仪器测定白度办法可分为三种，即分光光度法、滤光片直接法和色差法。据不完全记录，所使用白度计算公式有一百各种，其中重要及影响最大有三种，即甘茨(Ganz)白度公式、蓝光白度(TAPPI)公式及亨特(Hallter)白度公式37。(1)甘茨(Ganz)白度公式W10=Y10+800(Xn,10-X)+1700(Yn,10-Y)T W10=900(Xn,10-X)-800(Yn,10-Y)Xn,10 、Yn,10完全漫反射体色品坐标(在D65照明下，则为D65色品坐标) Xn,10=0.3138 Yn,10=0.3310X、Y为样品色品坐标 X(Y)=X(Y)/(X+Y+8)(2)蓝光白度(TAPPI)公式以主波长457nm0.5nm半峰宽度为44nm蓝色光谱为照射光源，用积分球收集漫反射光，以相对于白色参比原则反射率作为被测物体白度W=B457式中：W 试样白度；B457 蓝光绝对反射比(3)亨特(Hallter)白度公式W=100-(100-L)2+(a2+b2)21/2式中：L 表达明度(L=O为纯黑，L=100为纯白)；a、b 分别代表不同色度座标(a+为红色座标、a-为绿色痤标，b+为黄色座标、b-为蓝色座标)。2 实验内容2.1 实验原料：重要原料：煤系高岭土（工业矿，乌海）,化学成分见表2.1：表2.1 高岭土矿重要化学成分（%）成分AL2O3SiO2Fe2O3TiO2MgOK2ONa2O烧失量含量37.3044.570.901.010.130.460.3515.26其她试剂：氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钙(CaCO3)、氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl2)、氯化钾(KCl)、硫酸(H2SO4)、尿素(CO(NH2)2)、碳粉(化学纯试剂)。其中氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钙、氯化钠、氯化钙、氯化钾、氟化钙作为高岭土煅烧助剂，尿素作为插层剂，碳粉在研究还原氛围对煅烧高岭土白度影响实验中作为还原剂，提供还原氛围。2.2 实验设备实验设备见表2.2表2.2 实验设备及型号实验设备名称型号双头迅速研磨机KY-型迅速升温箱式电炉MF-900型激光粒度分析仪LS-POP()型差热分析仪CRY-1型测色色差计WSC-S型X-射线衍射仪D/MAX2200型2.3 方案根据煅烧对于高岭土资源，特别是煤系高岭土开发、运用和深加工是十分核心作业之一，无论是生产高档次填料、涂料及磨料、耐火材料都必要进行煅烧。煅烧是煤系高岭土脱碳增白必须办法，煅烧有时还具备精选除杂效果。在运用高岭土中物料组分为原料进行深加工时，煅烧还是增强化学反映活性，提高其有用成分提取率必要手段。因而，煤系高岭土深加工核心技术是煅烧，煅烧是提高煤系煅烧高岭土产品质量核心工序。煅烧高岭土产品特性及应用是由煅烧工艺及设备决定，由于煅烧目、煅烧工艺和资源特性差别，当前尚未推出较抱负、可靠设备。而对于一定煅烧设备或煅烧方式来说，煅烧过程中各种影响因素，如温度、添加剂、氛围以及原料细度等，直接影响高岭土产品性能。而煅烧产品物化性能决定其应用性能和使用价值。因而本课题研究对于提高和稳定煅烧高岭土产品质量、增长其运用价值，以便有效开发国内煤系高岭土资源，具备重要理论意义和应用价值。2.4 研究内容和技术路线 研究各种不同煅烧条件对煅烧高岭土物化性能影响。重要涉及如下内容:(1)同种类物料及给料细度对煅烧产品白度影响。(2)煅烧温度、恒温时间等对煅烧高岭土产品白度影响。(3)不同煅烧氛围或煅烧助剂对煅烧高岭土产品物化性能影响。取不同细度高岭土，研究不同原料细度对煅烧产品白度、活性等物化性能影响:在此基本上，选取一定细度原料，在不同温度下进行煅烧，研究煅烧温度对高岭土性能影响；选取较佳煅烧温度，以它为定量因素，进行不同升温速度、恒温时间对煅烧高岭土产品物化性能影响研究；然后再研究煅烧氛围或煅烧助剂对煅烧高岭土物化性能影响。拟定了这些影响因素最佳组合条件后，进行综合实验。拟采用技术路线如图2-1:煅烧物化性能检测原料煅烧温度、恒温时间、煅烧氛围、添加剂、煅烧方式原料细度图2-1 实验路线图2.5 性能测试2.5.1 白度这里所测量白度为蓝光白度(TAPPI)以主波长457nm0.5nm半峰宽度为44nm蓝色光谱为照射光源，用积分球收集漫反射光，以相对于白色参比原则反射率作为被测物体白度W=B457式中：W 试样白度，B457 蓝光绝对反射比。用测色色差计进行测量。2.4.2 DTA 差热分析(DTA)是在程序控制温度下测定物质和参比物之间温度差和温度关系一种技术。物质在加热或冷却过程中某一特定温度下，往往会发生随着有吸热或放热效应物理、化学变化，如晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和解离等化学变化。另有某些物理变化如玻璃化转变，虽无热效应发生但比热容等某些物理性质也会发生变化。此时物质质量不一定变化，但温度是必然会变化。差热分析就是在物质基本此类性质基本上建立一种技术。将高岭土粉末研磨，过180目筛子，称取样品12g。差热分析使用中温差热分析仪CRY-1型差热分析仪，由室温升至1050，升温速率为10/min。2.4.3 TG 许多物质在加热或冷却过程中除了产生热效应外，往往有质量变化，其变化大小及浮现温度与物质化学构成和构造密切有关。因而运用在加热和冷却过程中物质质量变化特点，可以区别和鉴定不同物质。热重分析(TG)就是在程序控制温度下测量获得物质质量与温度关系一种技术。其特点是定量性强，能精确测量物质质量变化及变化速率。当前，热重分析广泛应用在化学以及化学关于各个领域，在冶金学、漆料及油墨科学、陶瓷学、食品工艺学、无机化学、聚合物科学、生物化学及地球化学等学科中都发挥着重要作用。用相似高岭土样品进行失重分析，温度从室温到800，升温速率为10/min。2.4.4 XRDX射线衍射位置取决于晶胞形状、大小、也取决于各晶面间距，而衍射线相对强度则取决于晶胞内原子种类、数目及排列方式。每种晶体物质均有其特有构造，因而它们也就具备各自特有衍射花样。当物质中包具有两种或两种以上晶体物质时，她们衍射花样也不会互相干涉。依照这些表征各自晶体衍射花样，咱们就能来拟定物质中晶体。进行物相定性分析时，普通采用粉末照相法或粉末衍射仪法测定所含晶体衍射角，依照布拉格方程，进而获得晶面间距d，再预计出各衍射线相对强度，最后与原则衍射花样进行比较鉴别。2.4.5 粒度分析光在传播中，波前受到与波长尺度相称隙孔或颗粒限制，以受限波前处各元波为源发射在空间干涉而产生衍射和散射，衍射和散射光能空间（角度）分布与光波波长和隙孔或颗粒尺度关于。用激光做光源，光为波长一定单色光后，衍射和散射光能空间（角度）分布就只与粒径关于。对颗粒群衍射，各颗粒级多少决定着相应各特定角处获得光能量大小，各特定角光能量在总光能量中比例，应反映着各颗粒级分布丰度。按照这一思路可建立表征粒度级丰度与各特定角处获取光能量数学物理模型，进而研制仪器，测量光能，由特定角度测得光能与总光能比较推出颗粒群相应粒径级丰度比例量。粒度分析仪采用湿法分散技术，机械搅拌使样品均匀散开，超声高频震荡使团聚颗粒充分分散，电磁循环泵使大小颗粒在整个循环系统中均匀分布，从而在主线上保证了宽分布样品测试精确重复。3 实验成果及讨论3.1 不同粒度煤系高岭土制备及物理性能研究3.1.1 不同粒度高岭土制备取原料d90=50m物料200克，放入球墨罐中，磨球为直径2.0-3.0mm刚玉球，以料：球：水=1：1.5：1在迅速研磨机中进行研磨实验，每隔20min，取出5g样品做粒度分析。原料粒度与球磨时间关系曲线见图3-1。图3-1 原料粒度与球磨时间关系图由图3-1可知原料细度随球磨时间延长而变小，且趋势变缓。由上图可知，制得d90=8m，d90=16m，d90=24m所需球磨时间为112min，88min和56min左右。据此，可制得四种不同细度物料。3.1.2 煤系高岭土物理性能研究(1)高岭土DTA和TG测试取d90=8m球磨过高岭土，以10/min升温速度，在室温到1050温度下进行热分析实验，图3-2 高岭土差热曲线图3-3 高岭土热重曲线图由图3-2 DTA曲线和图3-3TG曲线可知，高岭土中自由水和湿存水在110左右开始脱除，在566左右有一种明显吸热谷，此时，高岭土开始脱除构造水，在TG曲线上可以看出有明显重量损失，高岭土从晶变(变为偏高岭土)发展到相变，变成无定型硅和铝氧化物，在600左右完毕，变成具备较高活性偏高岭土；在965时，有一种明显放热峰，阐明此时高岭土晶格发生破坏，高岭土开始进行向莫来石和无定型二氧化硅转变。因此在煅烧温度超过960后，煅烧产品中莫来石含量增长，由于偏高岭土活性比较高，而莫来石活性低，因而煅烧温度不应超过960。图3-4 煤系高岭土X射线衍射图图3-5 煤系高岭土与原则高岭土X射线衍射对比图由图3-4和图3-5可知，煤系高岭石均为1T型，谱线分界清晰，衍射峰狭窄，呈尖锐对称，表白高岭石结晶好，构造有序度高。煤系高岭岩几乎为纯高岭石。图3-3为煤系高岭土与原则高岭土X射线衍射对比图。煤系高岭岩显示为典型高岭石衍射图谱，晶面(001)(相应衍射峰为0.7178 nm)至(060)间浮现三斜高岭石所有峰，峰形尖锐对称；晶面(001)和(002)间浮现56个衍射峰。3.2 原料细度对煅烧产品白度影响取 d90=8m，d90=16m，d90=24m，d90=50m原料各30克，放在小坩埚中，其中不加入任何添加剂，分别在马弗炉中煅烧，煅烧温度为850，升温速度为5/min,恒温时间为2h。图3-6 原料细度对产品白度影响曲线图图3-6表达煅烧产品白度与给料细度曲线。成果显示，给料粒度越小，煅烧产品白度越高，粒度越大，煅烧产品白度越低。这是由于粒度粗，煅烧会从原始固相表层开始，并逐渐向矿物中心推移，煅烧一定限度后，物料颗粒内部未反映某些，将被外部固体产物所包裹而形成一层固体反映层。继续煅烧，反映气体或热传导将先穿过固体反映层，达到内部未反映界面某些。这样煅烧反映速度将随反映界面向内部推移而减少，煅烧脱炭、脱羟将逐渐变得困难。若高岭土粒度足够小，形成疏松多孔层料，则煅烧反映(热传导)可以顺利地穿过料层，达到料层每个某些高岭土颗粒表面，并向每个颗粒内部扩散，由于颗粒较小，在每个颗粒表面形成固体反映层较薄，故煅烧反映易进行，脱炭、脱羟较完全，产品白度高。因此最佳粒度取d90=8m。3.3 煅烧温度对煅烧产品白度影响3.3.1 不同煅烧温度对白度影响为了研究不同煅烧温度对煅烧高岭土白度影响，取添加剂含量相似、粒度相似原料在不同温度下进行煅烧实验研究各种煅烧温度对产品白影响。取d90=8m、添加剂为2%NaCl物料各六份，每份各30g，放入坩埚中并放入马弗炉中，在650，750,850,900，950,1050温度下煅烧，恒温时间4小时，升温速度为5/min。图3-7 煅烧温度对产品白度影响曲线图由图3-7中曲线可知，煅烧温度越高，煅烧产品白度也越高。这是由于给料粒度相似，在相似时间里，煅烧温度越高，在颗粒表面形成固体反映层越薄，热传导越易穿过这层反映层，到达颗粒内部，在其他条件相似状况下，产品脱炭和脱羟更为完全、彻底，因而白度也就越高。其中温度从750升高到850时，白度有较大提高，在这一阶段，高岭土中所具有色杂质碳、有机物、硫、铁等相继燃烧，故白度有较大提高。超过900后，白度增长趋缓。由图3-2原料差热曲线可知，当煅烧温度超过960时，高岭土逐渐莫来石化而失去了活性。因此在煅烧高岭土时，煅烧温度偏低，则煅烧所需时间长，炭质不易脱除；煅烧温度过高，导致莫来石形成，能耗高。900煅烧产品白度相对于850煅烧产品白度提高幅度很小，因此，不能为提高白度而一味地提高煅烧温度。最佳煅烧温度取850。3.3.2 850煅烧产品XRD曲线图3-8 850恒温4h煅烧高岭土X射线衍射图图3-9 含2%NaCl850恒温4h煅烧高岭土X射线衍射图由图3-8X射线衍射图可知，高岭土特性峰已经完全消失，成为非晶质相，转变为无定形氧化铝，成为非晶质相，矿物构成发生了很大变化，此时Al以偏高岭土和无定形氧化铝形式存在，因而具备一定活性。由图3-9X射线衍射图可知，NaCl引入没有影响大煅烧后高岭土物相变化。3.4 恒温时间对产品白度影响取等量d90=8m、添加剂为2%NaCl物料5份，放入马弗炉中，均以5/min升至850，然后分别恒温2小时，3小时，4小时，5小时，6小时。图3-10 恒温时间对产品白度影响曲线图由图3-10可知，恒温时间增长，产品白度提高，特别是在恒温时间由2小时增长到4小时这一段曲线，增幅很大，产品白度由84.6增长到90.2，当恒温时间超过4小时之后，再增长恒温时间，产品白度依然提高，但是增幅已很小。这是由于当恒温时间由2小时增长到4小时这一段里，产品脱炭、脱羟完全限度增长很大，因此产品白度提高多:恒温时间超过4小时之后，产品脱炭、脱羟完全限度增长得很小，因此产品白度虽有提高，但提高限度很小。为提高热运用率，煅烧产品恒温时间控制在4小时比较适当。3.5 煅烧助剂对产品白度影响为了研究各种煅烧助剂对产品白度影响，取原抖在相似实验条件下，加入不同煅烧助剂,比较各种煅烧助剂对产品白度影响。在样品中分别加入煅烧助剂NaOH、Na2CO3、NaCl、KCl、CaCO3、CaCl2、CaO七种各2%含量和一份具有NaCl 2%、尿素10%综合助剂高领土(d90=8m)，共八份样品，放入马弗炉中，升温速度5/min在850下恒温4小时。图3-11 不同煅烧助剂对产品白度影响曲线由图3-11可知，不同煅烧助剂对煅烧产品白度有很大影响，由图中数据可知，NaCl和KCl对煅烧产品白度提高有明显效果。煅烧助剂NaCI增白机理是:在煅烧高岭土过程中，Fe2O3、TiO2在原则状态之下，不能被氯气氯化。但在煤系高岭土中因有碳质存在，使金属氧化物MeO氯化反映得以顺利进行：MeO+C+Cl2 MeCl2+CO2MeO+C+2Cl2 2MeCl2+CO2MeO+CO+Cl2 MeCl2+CO2在高岭土煅烧过程中，有固定碳存在，在较低温度700下，Fe2O3和TiO2氯化反映可顺利进行:Fe2O3+3Cl2+3C 2FeCl3+3COFe2O3+3Cl2+3CO 2FeCl3+3CO2TiO2+2Cl2+C TiCl4+CO2TiO2+2Cl2+2C TiCl4+2CO反映过程中碳作用普通有两个方面(1)使CO2煤气化:C十1/2O2= CO；(2)催化，使氯吸附于碳表面并被活化成原子态氯:Cl2 Cl2(吸附) 2Cl(吸附)。关于固体氯化剂复分解及氯气产生。在煤系高岭土氯化焙烧过程中，增长定量NaCl为固体氯化剂，当温度升至550-700(物料自身温度)后来，NaCl在某些催化组分SO2、SiO2、H2O作用下，发生分解。SO2由少量黄铁矿而产生，SiO2由高岭土自身产生，H2O为煤系高岭土脱除某些。重要反映为:2NaCl+SO2+O2 Na2SO4+Cl22NaCl+ SiO2+O2 Na2SiO4+Cl22NaCl+ SiO2+H2O Na2SiO3+2HCl最后一种反映中HCl也将参加与FeO反映生成FeCl2。氯化焙烧除铁机理过程可归纳为：物料温度升至550后来，NaCl在SO2、SiO2、H2O等催化组分作用下，开始分解生成Cl2，HCl气体，并与高岭土中FeO直接进行氯化反映；而Fe2O3则