1 中国煤系高岭土加工利用现状与发展 唐靖炎 张韬 （苏州中材非金属矿工业设计研究院 国家非金属矿深加工工程技术研究中心）
摘要：中国以独特而丰富的与煤共伴生的高岭土资源（煤系高岭土）著称于世。估计储量112亿吨，探明储量17亿吨。分布在中国东北、西北等主要产煤区。煤系高岭土的开发利用，不仅可以解决中国优质高岭土资源的匮乏，使得中国成为世界第一大高岭土资源国，而且使以往作为煤矸石而排放的的煤系高岭土获得资源优化开发利用。因此中国煤系高岭土的规模化加工利用具有重大的社会与经济意义。 煤系高岭土的加工利用在中国经过近十五年的技术攻关、装备开发，解决了“加工工艺流程”、“综合除杂提纯”、“高浓度湿法超细粉碎”、“强力粉碎干燥”、“强化气氛动态煅烧”等关键工艺技术难题，研制出“系列湿法超细磨机”、“高压压滤机”、“强力干燥机”、“直接或间接加热高温回转煅烧窑”等关键装备、填补了国际国内加工技术与装备的空白，使得中国的煤系高岭土加工已达到30万吨/年的产业规模并快速发展。 煤系高岭土产品广泛应用于造纸、塑料、橡胶、涂料等多个领域。据预测，2010年中国煤系高岭土产品的国内需求量将达92万吨，国际市场需求量更大。伴随煤系高岭土产品应用领域的不断拓展，产业规模不断扩大，煤系高岭土加工工艺的短流程化，改性复合技术的完善，加工装备的大型化，生产线自控与在线检测，装备加工产品的标准化等技术进步，将促进中国煤系高岭土产业的健康发展，为共伴生非金属矿产资源的高效开发利用走出一条创新之路。 关键词：煤系高岭土、煅烧高岭土、加工利用现状、发展前景
中国以独特而丰富的煤系高岭土资源著称于世，煤系高岭土原料经过煅烧纯化等深加工工艺处理的煅烧高岭土产品以其散射力强、油墨吸附性能好、活性和白度高、电绝缘性能和热稳定性能好、孔隙率和遮盖率高、容重小等优点而在造纸、涂料、橡塑行业广泛应用。近年随着国民经济的快速发展，对煅烧高岭土各类产品的需求量越来越大，我国煤系高岭土的开发利用技术和生产应用的规模 2
1也随之迅速发展起来。
第一部分 资源现状 中国是煤炭资源大国，在分布广、厚度大的含煤岩系中，蕴藏有大量可供同时开采综合利用的与煤共伴生矿产——煤系高岭土。煤系高岭土是中国独具特色、有广阔利用前景的重要的非金属矿产资源。我国煤系高岭土在地质时代上从晚古生代到新生代各主要聚煤期的煤系中均有分布，而以晚古生代石炭～二叠系煤系中分布最广、厚度大、质量好、储量可观、开发应用价值大。目前，在我国东北、西北、西南省份的较大的煤矿区已经在对该地区的煤系高岭土资源进行开发利用，如：内蒙呼和浩特、山西大同、吉林白山、安徽淮北、陕西浦白等地，部分地区已形成较大的开发规模和经济效益。
中国的高岭土资源分为硬质高岭土、软质高岭土、砂质高岭土三种原料类型和热液蚀变型、风化残积型、风化淋积型、河湖海湾沉积型、含煤建造沉积型等成因类型。水洗高岭土资源储量4.6亿吨，占世界储量的3.9%，位于世界第9位。而煤系高岭土估计储量在112亿吨，其中探明储量为17亿吨，其中包含煤炭开采和加工过程中的作为煤矸石排弃的煤系高岭土。据统计煤炭开采加工排弃的煤矸石累计30多亿吨，占地1.2亿万公顷，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物。煤矸石中约30%为煤系高岭土。因此将煤系高岭土计算在内，中国各类高岭土资源探明储量约30亿吨，位于世界第一位。 . 第二部分 加工技术与装备现状 国内有关国家工程技术中心、科研院所、大学及骨干企业在煤系高岭土煅烧新工艺、新技术、新设备的研究开发方面做了大量工作，通过国家“八五” 、“九五”、“十五”科技攻关项目以及国家科技部专项研究开发项目的支持，已实现了以不同类型煤系高岭土加工工艺流程、增白煅烧新技术、综合除杂技术、强化气氛动态煅烧技术、高浓度超细粉碎分级技术、湿法超细粉碎设备、间接加热、
作者简介：唐靖炎，教授级高工，中国非金属矿工业协会副理事长，国家注册咨询工
程师，苏州中材非金属矿工业设计研究院院长，国家非金属矿深加工工程技术研究中心主任。 3
直接加热动态煅烧纯化设备等关键技术与设备为核心的国际领先的规模化生产煤系高岭土成套加工技术和设备，已在国内进行了大量的工程转化与应用，已超过30万吨的产业化规模，开发出不同行业应用的系列煅烧高岭土产品，取得了较好的应用效果与显著的经济和社会效益。 主要工艺与技术简介： 1、工艺流程： 原矿――粉碎――综合除杂提纯――高浓度湿法超细粉碎――压滤――干燥――打散――强化气氛动态煅烧――解聚――产品 与传统工艺流程相比，新工艺流程具有以下一些特点： ① 普通工艺流程对原料质量的要求较高，一般要求原料的Fe2O3≤0.5%；TiO2≤ 0.8%，限制了铁钛含量高（Fe2O3≥0.5%；TiO2≥0.8%）的煤系高岭土原料的利用。该新工艺流程对原料的适应性非常强，可处理目前国内已发现的大部分的煤系高岭土原矿，并可生产白度大于90%、-2um含量大于90%的高档产品，大大提高了煤系高岭土的利用率（约70%）； ② 该工艺流程为“先磨后烧”工艺，可以解决普通工艺流程存在的烧不透或过烧、产品白度低、超细磨矿效率低、能耗大等问题，可降低生产成本15%以上; ③ 该工艺采用了先进的综合除杂提纯技术、高浓度湿法超细粉碎技术、强化气氛动态煅烧技术，确保了产品的质量指标； ④ 该工艺采用了先进的煤系高岭土加工专用设备，如BP系列磨剥机、强力粉碎干燥机、高压压滤机、打散机等，从而保证了整个工艺流程的技术可靠性和稳定性。 2、关键技术 ① 综合除杂提纯技术：根据煤系高岭土与杂质矿物磁性、活性和密度的不同，针对煤系高岭土加工的特点，分别采用磁选、重选、化学等方法除去煤系高岭土原矿中的含铁含钛杂质矿物，研究开发出煤系高岭土除杂提纯新加工技术。利用煤系高岭土无磁性，部分含铁含钛杂质矿物如磁铁矿、钛铁矿、菱铁矿等有磁性的特点，采用磁选法可以除掉部分含铁含钛杂质矿物；煤系高岭土的密度为2.6g/cm3左右, 含铁含钛杂质矿物的密度为3.4~3.8 g/cm3，利用两者间的密度差， 4
在一定浓度和充分分散的条件下，实现重选分离，除去部分含铁含钛杂质矿物；化学除杂法则是采用氧化-还原漂白方法除去部分铁杂质。经过综合除杂提纯，可使产品的铁、钛含量分别降低至0.5%和0.8%以下。 ② 高浓度湿法超细粉碎技术：该技术通过高强度机械剪切和添加无机、有机混合分散剂，进行高浓度制浆、高浓度超细粉碎，浓度可达50%，比普通技术（制浆浓度35%左右）提高15%，大大提高了磨剥设备的工作效率，降低了吨产品生产成本（约5%）。 ③ 强力粉碎干燥技术：干燥作业是将压滤作业产品进行烘干，是保证煅烧过程顺利进行的手段之一。该技术突破传统干燥方式（单一的加热干燥方式），集粉碎与干燥两大功能为一体，在产品干燥过程中不断将干块料粉碎，一次作业即可获得水份含量低于0.5％的粉体，热效率可达65%，比其它干燥技术的热效率提高10%左右。 ④ 强化气氛动态煅烧技术：煅烧是获取高白度、高质量煅烧煤系高岭土产品的关键作业之一，原料质量、煅烧温度、煅烧时间、煅烧气氛是影响煅烧产品白度的主要因素，其中尤以煅烧气氛控制最为重要。传统工艺技术一般采用氧化或还原气氛静态煅烧，对原料的铁钛含量要求严格（Fe2O3≤0.5%，TiO2≤0.8%），难以加工处理铁钛含量较高的原料，且产品在堆放一段时间后会返黄。氧化气氛煅烧技术原理是：在煅烧过程中与煤系高岭土伴生的碳质和有机质经氧化反应生成CO和CO2逸出，煅烧产品白度一般可提高至80%以上，但同时铁钛物质在一般情况下也发生氧化反应生成FeO、Fe2O3、TiO2(分别呈黑色、砖红色和黄色)，影响产品白度；还原气氛煅烧则是通过添加煅烧助剂（如氯化物），控制三价铁的含量来提高产品白度指标，但该类煅烧助剂对设备会产生腐蚀作用，影响煅烧设备的使用寿命。针对以上问题，该技术对煤系高岭土煅烧技术进行了系统研究，研究开发出先进的强化气氛动态煅烧技术，可确保煅烧产品白度大于90％，甚至高达94％。强化气氛动态煅烧技术即采用回转煅烧窑，通过添加一种或几种煅烧助剂（该助剂对煅烧设备无任何腐蚀作用），来控制煅烧气氛如氧浓度，一氧化碳浓度、二氧化碳浓度以及其它一些物质组分的浓度，调节上述各组分在煅烧气氛中的比例，在一定的温度和压力条件下，使物料中的活性铁与气氛中的某些组分如一氧化碳生成稳定的羰基络合物—五羰基铁。在五羰基铁中，铁的氧化 5
态为零，所以不显色。这种特殊络合物很稳定，在200—800℃、氧化气氛条件下对用强化气氛动态煅烧法获得的高白度煅烧高岭土产品煅烧4—5小时，产品仍为白色，并不变红。所以，采用该技术生产出的煅烧高岭土产品，在常温下使用或即使在腐蚀性较强的涂料中使用仍能保持稳定而不显色。强化气氛动态煅烧技术就是通过调节和控制煅烧气氛，促使原料中的铁在煅烧过程中生成铁的羰基络合物而不显色，从而保证获得高白度的煅烧高岭土产品。 以煤系高岭土为原料采用不同煅烧技术生产煅烧高岭土产品结果对比：
原料产地 Fe2O3 % TiO2
%
产 品 白 度（%）
氧化气氛静态 还原气氛静态 强化气氛动态 山西浑源 0.2 0.4 84.6 90 95
山西七峰 0.25 0.45 88.5 90.5 93 辽宁北票 0.7 1.2 83.6 89.3 90.7 内蒙伊蒙 0.4 0.5 86 89 93.3 吉林白山 0.4 0.9 85.2 90 92 重庆秀山 0.6 1.2 84.5 89.6 91.4 安徽淮北 0.2 0.4 85.7 89.3 94.8 广西北海 0.4 0.5 85.6 86.9 94.5
注：除煅烧气氛外，其他条件均相同。 ⑤.采用先进的加工设备：该技术中采用了新研制开发的系列磨剥机、高压压滤机、强力粉碎干燥机、打散机、直接加热、间接加热回转煅烧窑等。 新型磨剥机采用单槽与双槽两种串联加工不仅在容积上扩大，还对搅拌叶轮和筒体进行了改进，叶轮改为偏心轮，可以产生不等速紊流，增强剪切作用，提高磨剥效率，降低能耗10%左右。 高压压滤机的进浆压力可达3-4MPa，滤饼水分低达28-32%，大大提高了压滤工作效率，也减轻了干燥作业的负荷； 新型多功能强力粉碎干燥机集干燥和粉碎于一体，是一种高效节能干燥设备，热效率可达65%，比其它干燥设备的热效率提高10%左右； 煤系高岭土经高温煅烧后会产生烧结团聚现象，解聚的作用是将煅烧过程中形成的部分大颗粒打散，使煅烧产品恢复超细粉状。在对国外软质高岭土煅烧产品加工用打散机进行了消化吸收的基础上，针对我国煤系高岭土煅烧产品的特点，对打散机的转子、传动装置等进行了改进，开发出煤系高岭土煅烧产品解聚设备，目前，该设备除了应用于煤系高岭土加工，还应用于软质高岭土、碳酸钙、