高嶺土精制濃縮工藝及設備

戴金河，褚 強

（1.南京中船綠洲機器有限公司，江蘇 南京 210039；2.蘇州中材非金屬礦工業(yè)設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

高嶺土精制濃縮工藝及設備

戴金河1，褚 強2

（1.南京中船綠洲機器有限公司，江蘇 南京 210039；2.蘇州中材非金屬礦工業(yè)設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

旋流器、蝶式分離機和臥式離心機在高嶺土濃縮精制工藝中有其各自特點。本文介紹了碟式分離機的特點、參數、結構及其在高嶺土精制濃縮中的應用。

高嶺土；精制；分離機；濃縮設備

1 前言

我國高嶺土精制產品的收集采用壓濾干燥和噴霧干燥兩種工藝來完成。前者主要用在砂質水洗土，高嶺土礦漿濃度要求20%～30%，后者主要用在煤系煅燒高嶺土，礦漿濃度要求40%～50%。高嶺土在精制過程和最終產品中，往往以分散狀態(tài)存在，精制過程中只有讓高嶺石顆粒充分地分散，一般濃度在20%以下，才能進行有效的分離加工，這不僅影響選礦加工工藝，還影響最終產品的質量。

分散與濃縮是高嶺土評價和精制加工過程中的重要環(huán)節(jié)，在高嶺土應用中有著十分重要的作用，在某些應用如造紙涂料、橡膠補強劑和陶塑復合材料方面, 是一個不可忽視的因素。從文獻報道上看[1]，以往對高嶺土的分散研究積累較多，對濃縮工藝涉及很少。由于選礦要求及礦山實際情況，分散和精制不可能在高濃度(>40%)下完成，尤其是高質量高嶺土產品往往是處在細粒級和懸浮狀。另外，高嶺土的尾礦回收利用時，機選出的高嶺土礦漿濃度都比較低，達到5%。為了提高加工效率，選擇合適的濃縮設備非常重要。

茂名水洗高嶺土是我國砂性高嶺土加工利用的典型工藝，本文將重點加以介紹。由于風化土礦石較疏松，加上南方雨季時間長，降雨量大，故采用水采。礦石在水槍高壓水沖擊下，基本解離，只要控制適當的濃度和分散條件，即可直接進入選礦作業(yè)，縮短了制漿等工藝環(huán)節(jié)，節(jié)省了投資和成本。茂名水洗土采取的這種簡單加工流程，不用細磨，直接通過分散分離然后濃縮獲得造紙涂料級產品，該方法是目前最廉價的生產工藝。

2 高嶺土濃縮設備和使用特點

高嶺土濃縮是利用原漿物質不同區(qū)域間的密度差，按自然沉降或機械離心分級兩種工藝將高密度漿料進行分離。由于微細顆粒在重力場的條件下沉降速度很慢,微米級顆粒所需沉降時間可能長達數十小時，顯然生產效率太低，因此選擇適合的濃縮設備非常重要。

各種設備及使用特點如下：

旋流器是一種簡單、高效的濃縮設備，結構如圖1所示，廣泛用于細顆粒的分離，其分離粒度一般不小于10μm，一般旋流器分離顆粒的粒徑為3～25μm。由圖1可知水力旋流器是由圓桶和圓錐組成的容器，無回轉部件，依靠切向加料產生旋流，由此產生的剪切作用，將破壞產生的團塊，更有利于原漿的分散分離。

圖1 旋流器結構示意

圖2 碟式離心機結構示意

碟式離心機結構如圖2所示，這種分級機內裝有一組錐型碟片，物料從中心引入，沉降在每個碟片通道內兩碟片中上碟片的下表面上，顆粒的沉降運動是分級過程的第一階段，往往是決定性的階段，第二階段是顆粒在碟片表面上向下、向外滑向碟片周圍，緊接著沉降在轉鼓上，較細顆粒隨液流帶出，從而達到分離的目的。碟式離心機的轉速高，分離因素大(即離心加速度/重力加速度的值)一般在3 000～15 000g之間。當量沉降面積大，可以達到(30～300)×103m2，甚至更高。因此碟式離心機具有體積小，生產能力大，分離效果好等特點。設備優(yōu)點在于分離粒度接近1μm，適用于液相分離或超細低濃度礦漿濃縮。

WL型臥式離心分級機的結構和工作原理如圖3所示。它主要由轉鼓、螺旋推料器、差速器、機殼、機座等部分組成，轉鼓和螺旋推料器安裝在差速器里，同向旋轉只有微小的差速，待分離物料由進料管進入料倉，與轉鼓幾乎同步旋轉，顆粒進入離心力場，迅速分層，低密度料由溢流環(huán)溢出，高密度料被拋出周邊，在推料器的作用下向前運動由排渣口排出。該類型的離心機，分離因素可達2 400g，可用于1～10μm物料的分離，固體含量可高達50%。

圖3 WL型臥式離心機結構及工作原理

根據茂名高嶺土原漿濃度和顆粒度在實際應用中采用碟式離心機取得的效果較好。離心機轉鼓內有一組碟片，通常情況下為60～200片，相應地把轉鼓空間分成等同于碟片數量的分離空間，從而縮短沉降距離，大幅度增大了沉降面積，達到改善和提高分離效果及大處理量的目的。

3 碟片式離心機的應用

廣東省茂名高嶺土以其高有序度的假六邊形片狀結晶、天然粒度細、白度高、粘度低、儲量大而聞名于世, 已成為我國紙張涂布高嶺土的重要生產基地。高嶺土濕法加工工藝包括泥料的分散、分級、雜質分選和產品處理等幾個階段。一般原則流程為：原礦→水采→分散→除砂→旋流器分級→離心機分級→磁選(或漂白)→濃縮→壓濾→干燥→填料級或造紙涂料級產品。

高嶺土礦石在水槍的高壓沖擊下碎散, 砂漿用泵送入螺旋分級機除砂, 再用水力旋流器分選。分選后的粗精礦經離心分級機, 分出涂料級和填料級產品，臥螺離心分級機進料礦漿濃度為17%，分離出的溢流漿料濃度為8%。溢流經漂白、磁選、壓濾、干燥、包裝后出廠為涂料級產品; 底流排出經壓濾、包裝后出廠，為填料級產品。主要生產設備包括: 水槍、螺旋分級機、水力旋流器、臥螺離心分級機、高梯度磁選機、壓濾機、干燥機。

單片狀結構高嶺石經簡單工藝處理即可直接應用于造紙涂料。主要產品有三類，分別是氣刀土、刮刀土和干粉，前兩類附加值相對較低。因此生產附加值較高的高質量干粉成為眾多廠家的追求。碟式離心機應用于臥式離心機分離后的輕相經漂白后的水洗、濃縮工序，除去高嶺土水溶液中的Fe2+離子，以提高高嶺土成品的質量。分離機進料的高嶺土漿料參數為：粒度-2μm≥90%、濃度8%～11%。

高嶺土碟式離心機有原型和新型兩種機型，本次生產驗證試驗根據高壓壓濾機進漿濃度要求選擇了新型機。新型機在材料和結構上做了改進，主要技術規(guī)格參數見表1。

表1 碟式離心機主要技術規(guī)格參數

經幾個月的運行試驗，運轉平穩(wěn)可靠、振動小、噪音低，振動速度2mm/s，噪聲為83dB(A)，分離性能有較大提高，完全達到了工藝設計的要求，超過了國外進口機水平。試驗結果見表2。

4 結語

根據生產實際條件選擇適合的加工設備是非常必要的。從市場看，高級紙張、高檔油漆涂料、陶瓷釉料、高檔橡膠和塑料制品對精制高嶺土的需求越來越大，而且精制高檔的高嶺土經濟價值遠超低檔產品。據介紹，全世界年產的4 000萬t高嶺土中，純度高、白度高、光澤好、粒度均勻分布在0.2～2μm之間的優(yōu)質高嶺土占三分之一，其銷售額卻占了70%，因此精制高嶺土的市場需求看好。碟式離心機在生產高檔高嶺土的濃縮工藝中的運用，提升了產品質量，減少占地面積，為我國高嶺土濕法工藝提供高效可靠的濃縮設備。

表2 高嶺土碟式離心機濃縮工藝試驗結果

[1]戴勁草,許承晃.高嶺土分散與高濃泥漿液化的研究[J].華僑大學學報(自然科學版),1990,11(3):303-307.

[2]RUSHTON A, WORD A S, HOLDICH R G.固液兩相過濾及分離技術[M].朱企新,許莉,譚蔚,譯.北京:化學工業(yè)出版社,2005.

[3]孫啟才,金鼎五.離心機原理結構與設計計算[M].北京:機械工業(yè)出版社,1987.

Thickening Technology and Equipment Used in Refining Kaolin

DAI Jin-he1, CHU Qiang2
(1. CSSC Nanjing Luzhou Machine CO., Ltd., Nanjing 210039, China; 2. Suzhou SINOMA Design &Research Institute of Non-metallic Minerals Industry Co., Ltd., Suzhou 215004, China)

Hydrocyclone, disc separator and horizontal centrifuge, separator, these methods have their characteristics in different fields for thickening kaolin liquid. The article mainly introduces characteristic on specification, structure of type disc separator, and application of which in concentration of kaolin liquid.

kaolin; purification; separator; thickening equipment

TQ051.8;P619.232

A

1007-9386(2012)04-0045-03

2012-03-30