黑滑石煅燒工藝條件及產(chǎn)物性能研究

劉玉芹，劉英杰，舒 鋒，王志強(qiáng)

(中國非金屬礦工業(yè)有限公司技術(shù)中心，北京 100142)

黑滑石是滑石礦物的一種，因其內(nèi)含有機(jī)質(zhì)而導(dǎo)致其呈現(xiàn)黑色、灰褐色。由于黑滑石白度低，大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，因此必須采取適當(dāng)措施提高黑滑石的白度[3]。煅燒是目前黑滑石最常用的一種加工方法，通過煅燒可以使黑滑石中的有機(jī)質(zhì)揮發(fā)，從而使白度達(dá)到90%以上。煅燒后的產(chǎn)品具有良好的絕緣、耐熱、吸附、潤滑等性能，可廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠、高檔陶瓷等工業(yè)中，市場前景廣闊。

我國黑滑石資源十分豐富，本試驗(yàn)選取江西某地黑滑石為研究對象，對原礦性質(zhì)進(jìn)行了分析，系統(tǒng)研究了磨礦粒度、煅燒溫度、煅燒時(shí)間等主要因素對產(chǎn)品性能(主要是白度)的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)樣品及其性質(zhì)

本試驗(yàn)所采用的黑滑石樣品取自江西廣豐，樣品為黑色塊礦，含水量約5%。原礦的礦物組成為：滑石79.2%、白云石11.9%、方解石0.4%、石英8.5%，化學(xué)成分(%)為：LOI 9.8、SiO258.5、Al2O30.22、Fe2O30.12、CaO 2.75、MgO 27.98、K2O 0.03、Na2O 0.09、SO30.19。

可以看出，該黑滑石礦樣的礦物組成以黑滑石為主，其次為白云石，石英和方解石也占有一定的比例。從化學(xué)成分上來看，原礦中二氧化硅和氧化鎂含量較高，產(chǎn)品可利用價(jià)值較高。

1.2 試驗(yàn)儀器

箱式電阻爐，SR-ZX-4-13，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；全自動白度儀，WSD-3C，北京康光光學(xué)儀器有限公司；顎式破碎機(jī)，PEX-100×125，武漢探礦機(jī)械廠；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；精密電子天平，F(xiàn)A2204B，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

(1)樣品處理：試驗(yàn)前，首先對原礦進(jìn)行充分的晾曬；其次采用顎式破碎機(jī)破碎至-5mm，裝袋備用。

(2)磨礦粒度試驗(yàn)：將黑滑石樣品分別磨至10、60、100、200、325目，分別稱取5g樣品置于瓷坩堝中，然后置于馬弗爐中，采用1000℃煅燒1h。煅燒后，磨粉測定其白度。

(3)煅燒溫度試驗(yàn)：取磨礦粒度為200目的樣品，分別稱取5g樣品置于瓷坩堝中，然后置于馬弗爐中，分別采用700、900、1100、1200、1300℃煅燒1h。煅燒后，磨粉測定其白度。

(4)煅燒時(shí)間試驗(yàn)：取磨礦粒度為200目的樣品，分別稱取5g樣品置于瓷坩堝中，然后置于馬弗爐中，1100～1300℃下，分別煅燒30、60、90、120、150min。煅燒后，磨粉測定其白度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磨礦細(xì)度對白度的影響

為研究磨礦粒度對煅燒產(chǎn)品白度的影響，研究中分別選取不同粒度的磨礦產(chǎn)品在相同的煅燒溫度和煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒，測試其白度。白度隨磨礦粒度的變化情況如圖1所示。

圖1 白度隨磨礦粒度的變化曲線

從圖1中可以看出，在相同的煅燒溫度和煅燒時(shí)間條件下，隨著磨礦細(xì)度的增大，煅燒產(chǎn)品的藍(lán)光白度不斷增加，但當(dāng)磨礦細(xì)度增加到200目以上時(shí)，磨礦細(xì)度對煅燒產(chǎn)品白度的影響趨勢減弱，200目煅燒產(chǎn)品與325目煅燒產(chǎn)品的白度差別僅為0.04%。綜合考慮實(shí)際生產(chǎn)中磨礦成本與磨礦時(shí)間，確定200目為最經(jīng)濟(jì)磨礦粒度。

2.2 煅燒溫度對白度的影響

在確定最經(jīng)濟(jì)磨礦粒度的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步研究煅燒溫度對煅燒產(chǎn)品白度的影響，試驗(yàn)中分別在不同煅燒溫度下對200目黑滑石原礦下進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間為1h，并測試其白度。白度隨煅燒溫度的變化情況如圖2所示。

圖2 白度隨煅燒溫度的變化曲線

從圖2中可以看出，在相同的磨礦細(xì)度和煅燒時(shí)間條件下，隨著煅燒溫度的增大，煅燒產(chǎn)品的藍(lán)光白度不斷增加，當(dāng)溫度達(dá)到1100℃時(shí)，白度可以達(dá)到91.52%；當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，白度可以達(dá)到92.04%；但當(dāng)煅燒溫度超過1200℃以后，隨著煅燒溫度的增加，煅燒產(chǎn)品的白度開始下降。這是因?yàn)闇囟冗_(dá)到1200℃以上時(shí)，煅燒產(chǎn)物中開始出現(xiàn)液相，導(dǎo)致白度下降。從試驗(yàn)結(jié)果可以初步判定，最佳煅燒溫度在1100～1200℃之間。

2.3 煅燒時(shí)間對白度的影響

為進(jìn)一步明確煅燒時(shí)間對產(chǎn)品白度的影響，從而確定最佳煅燒時(shí)間和溫度，分別在不同煅燒時(shí)間下，采用不同煅燒溫度進(jìn)行煅燒，采用的磨礦細(xì)度為200目，并測試其白度。不同煅燒時(shí)間和溫度條件下產(chǎn)品白度如下表所示。

不同煅燒時(shí)間和溫度下產(chǎn)品的白度

從表中可以看出，在1100～1280℃、煅燒時(shí)間為15min時(shí)，產(chǎn)品的白度主要集中在80%左右，當(dāng)煅燒時(shí)間達(dá)到30min以上時(shí)，隨著煅燒時(shí)間的變化，產(chǎn)品白度的變化不明顯，說明在溫度達(dá)到1100℃、煅燒時(shí)間達(dá)到30min以后，通過延長煅燒時(shí)間并不能提高煅燒產(chǎn)品的白度。因此，可以判定，對該產(chǎn)品最佳的煅燒溫度為1100～1200℃，煅燒時(shí)間為30min。煅燒溫度過高，會使得產(chǎn)品液相，產(chǎn)品結(jié)塊而不利于使用；煅燒時(shí)間過長，一方面使得生產(chǎn)成本增加，另一方面也會使產(chǎn)品性質(zhì)發(fā)生改變。

2.4 煅燒產(chǎn)物物相分析

取200目原礦在1100℃下煅燒60min的產(chǎn)品進(jìn)行物相分析，其結(jié)果為：石英5.4%、頑火輝石80.6%、硅酸鈣14.0%。

可以看出，通過高溫煅燒產(chǎn)品中的礦物成分已經(jīng)發(fā)生變化，原礦中的滑石轉(zhuǎn)化為頑火輝石，白云巖轉(zhuǎn)化為硅酸鈣[5]。說明黑滑石煅燒的過程中，不僅去除了有機(jī)質(zhì)，也使礦物成分發(fā)生了改變。

3 結(jié)論

通過對影響黑滑石煅燒工藝條件的試驗(yàn)研究，明確了磨礦粒度、煅燒溫度、煅燒時(shí)間等主要因素對煅燒產(chǎn)品性能的影響。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磨礦粒度是影響煅燒產(chǎn)品白度的重要因素，較細(xì)的磨礦粒度是保證有機(jī)質(zhì)充分暴露的條件；而煅燒溫度是保證黑滑石中有機(jī)質(zhì)分解的條件；煅燒時(shí)間主要使有機(jī)質(zhì)充分分解。因此，黑滑石煅燒的最佳工藝條件為磨礦粒度200目以上，煅燒溫度1100～1200℃，煅燒時(shí)間30min，產(chǎn)品白度可以達(dá)到92%以上。但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料添加方式、堆層厚度不同，也會對產(chǎn)品性能造成影響，需通過工業(yè)或半工業(yè)試驗(yàn)確定。

[1]劉伯元,王明洋,方慶生.江西廣豐黑滑石開發(fā)應(yīng)用研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,1999(5):55-58.

[2]陳正國,邸素梅,祝強(qiáng).廣豐黑滑石的增白試驗(yàn)及制黑機(jī)理探討[J].非金屬礦,1993(6):6-8.

[3]鮑正湘,王德生,包覺敏.湘西卡棚黑滑石礦床地質(zhì)特征及開發(fā)應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2001(1):38-39.

[4]肖承煌.九江黑滑石礦地質(zhì)特征及開發(fā)應(yīng)用研究[J].江西地質(zhì),1996,10(4):304-308.

[5]許芳芳,李金洪,王宇才.江西廣豐黑滑石鍛燒增白及物相變化特征[J].非金屬礦,2010,33(6):15-17.