高嶺土的加工技術及工藝流程
2021-05-12
高嶺土的加工工藝隨著原礦性質、產品用途及產品質量要求的不同而不同。總體來說，高嶺土的加工技術包括：提純增白、超細加工、改性等。
1、提純
高嶺土的主要礦物是高嶺石和多水高嶺石，除高嶺石族礦物外，亦常伴生有蒙脫石、伊利石、葉臘石等黏土礦物，石英、長石、鐵礦物、鈦礦物等非黏土礦物及有機質。為生產出能滿足各工業領域需求的高嶺產品，常采用物理法、化學法及高溫煅燒法對高嶺土進行提純除雜。物理提純法主要利用不同礦物的粒度、密度、磁性及表面吸附性等物理性質的差異分離出一些非黏土礦物，包括手選法、水選法、浮選法、磁選。化學提純及漂白主要用于除去高嶺土中含鐵礦物，主要方法有酸浸法、氯化法、堿處理法、還原法、氧化及氧化還原聯合法。高溫煅燒法是除碳增白的最佳方法，亦是煤系地層高嶺土必須的加工方法。通常在650～1050℃下煅燒，使高嶺土物相徹底改變，同時部分雜質揮發，達到提高白度及絕緣性的效果。有時也可采用氯化焙燒、氧化焙燒等高溫處理方法，除去高嶺土中的鐵、鈦元素。
2、超細加工
高嶺土超細加工的方法主要有：機械粉碎法、分級法、插層-剝片法及化學合成法。機械粉碎法主要利用了礦物層狀結構的特點，在外力作用下，破壞層與層之間的作用力，從而達到超細化的目的，但能耗較大。分級法主要根據斯托克斯法則將高嶺土在液體中沉降得到超微細高嶺土，但成本高，產出率低。插層-剝片法主要利用插層作用使高嶺土中礦物層間膨脹，鍵合力大為減弱，除去插層客體后，原來堆垛的片狀高嶺石就自然分解成小片狀的高嶺石，達到自然剝離的目的。化學合成法一般采用巖石礦物或鋁硅凝膠為原料采用水熱法得到超微細合成高嶺石。其純度高、懸浮穩定性好、光散射性好，同時其他性能俱佳。
粒度是衡量高嶺土產品質量的重要指標之一，同時高嶺土的粒徑大小及分布亦是影響其黏度的重要因素。目前對超細高嶺土的研究主要集中在插層-剝片法，劉欽甫等以高純度軟質高嶺土為原料，采用插層—剝片法的制備工藝，制得的納米級高嶺石晶片平均直徑為300～500nm，平均厚度達到20～50nm，適用于做各種橡膠制品的增強劑。雖然通過加工高嶺土的粒度已可達到納米尺度，但降黏技術不成熟仍是中國缺乏造紙涂布用高嶺土的主要原因，劉攀等發現相對較集中的粒徑分布可有效降低漿料的黏度。高嶺土礦物納米材料不僅可以降低漿料的黏度，而且其具有良好的表面效應、小尺度效應等，是擴大高嶺土應用范圍的重要研究方向。
3、改性
改性是當今非金屬礦最重要的深加工技術之一。由于高嶺土的礦物形成條件及開采加工方法的差異，導致其物理化學性質有很大差異，使其應用范圍具有局限性。因此，研究、開發不同改性方法，是擴大高嶺土應用范圍及效果的重要手段。高嶺土的改性方法主要有酸堿改性、表面改性及插層改性。酸堿改性主要針對煅燒高嶺土而言，根據Al、Si在相變過程中化學環境的不同，將高嶺土在一定溫度下煅燒活化，使其中Al、Si可以和酸或堿反應從而達到改變其酸性、孔徑和比表面積的目的。表面改性是用物理的、化學的機械的方法對高嶺土粉體表面進行處理以改變其表面的理化性質，可有效提高其白度、亮度、表面化學活性及與聚合物的相容性等。插層改性主要指在不破壞高嶺石原有層狀結構的前提下，將一些有機分子直接或間接地插入高嶺石層間。
4、工藝流程
目前，工業上高嶺土常見的選礦工藝有干法和濕法兩種。
干法工藝一般包括破碎、干燥(通常在旋轉干燥器中進行)、細磨和空氣浮選等幾道工序。該工藝可將大部分砂石除去，適用于加工那些原礦白度高、砂石含量低、粒度分布適宜的礦石。干法加工生產成本低，一般適用于干燥地區，產品通常用于橡膠、塑料及造紙等工業的低價填料。
國內外高嶺土選礦工藝多半選擇濕法，濕法工藝包括漿料的分散、分級、雜質分選和產品處理等幾個階段。一般流程為：原礦→破碎→搗漿→除砂→旋流器分級→剝片→離心機分級→磁選(或漂白)→濃縮→壓濾→干燥→包裝。
煤系(硬質)高嶺土是我國特有的高嶺土資源，目前生產上基本采用先超細后煅燒或先煅燒后超細加工工藝。先超細后煅燒工藝流程一般為：原礦→破碎→粉碎→搗漿→濕式超細研磨或剝片→干燥→煅燒→解聚→分級→包裝。先煅燒后超細工藝流程一般為：原礦→破碎→粉碎→煅燒→濕式超細→干燥→包裝。
以中國高嶺土公司為例，高嶺土生產工藝分采礦、選礦兩部分。采礦工藝流程：回采工作面鑿巖→爆破→裝卸運輸→提升→地面運輸→手選→高嶺石原礦。選礦工藝流程：高嶺土原礦→破碎→制漿→旋流分級→濃縮→壓濾→自然干燥→塊狀高嶺土，若要生產含水量低、高品位的粉末狀高嶺土則要經過磨粉、烘干工藝流程。每噸塊狀高嶺土成品綜合能耗約0.064t標煤/噸產品，耗電量約65.64度/噸產品，耗水量約7.5t/噸產品，坑木消耗量約0.8M3/百噸產品，排放廢水和選礦廢渣約0.56t/噸產品。
存在問題主要包括：(1)產品附加值低，國內大部分企業以生產原礦或對原礦進行簡單加工即出售，缺乏對產品的深加工。(2)降黏技術有限使得制備造紙涂布級高嶺土困難。
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