茂名某高嶺土磨剝工業(yè)試驗研究

李運(yùn)宇，于 雷，李 青，王彬翔

(中國高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215151)

高嶺土是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 其廣泛應(yīng)用于石油化工、塑料、橡膠、陶瓷、搪瓷、造紙、油漆、顏料、粘合劑、冶金、耐火材料、電子、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化妝品等諸多行業(yè)[1-5]。隨著各行業(yè)對高嶺土質(zhì)量要求日益嚴(yán)格，高嶺土深加工技術(shù)得到進(jìn)一步開發(fā)與發(fā)展[6-9]。

茂名市高嶺土資源儲量十分豐富，儲量約5.75億t， 該地區(qū)高嶺土礦為沉積巖風(fēng)化型礦床，呈砂質(zhì)特性，可選性較好，高嶺土風(fēng)化完全，高嶺石晶體為片狀結(jié)構(gòu)，粒度較細(xì)[10]。粒度作為評價高嶺土理化性能的一個重要指標(biāo)，影響其產(chǎn)品定位與應(yīng)用行業(yè)[11-14]。為了提高高嶺土產(chǎn)品附加值和開拓新市場，研究茂名高嶺土的超細(xì)磨剝具有重大意義。前期，針對茂名某高嶺土進(jìn)行了磨剝小試試驗研究，試驗采用CDS2L 大流量砂磨機(jī)進(jìn)行磨剝，磨剝后的-2μm 含量可達(dá)到93.83%[15]。小試試驗研究結(jié)果表明，通過磨剝提高-2μm 含量切實有效。為擴(kuò)大應(yīng)用到生產(chǎn)，探究磨剝工業(yè)生產(chǎn)的最佳工藝參數(shù)，進(jìn)行了本試驗研究。

1 試驗準(zhǔn)備

1.1 試驗原料

試驗以廣東省茂名市某高嶺土為原料。對原料的主要化學(xué)指標(biāo)及粒度指標(biāo)進(jìn)行檢測，具體指標(biāo)見表 1 所示。

由表 1 檢測數(shù)據(jù)可知，茂名某高嶺土樣本化學(xué)指標(biāo)較好，粒度較細(xì)，但較美國、巴西的一些高端高嶺土產(chǎn)品-2μm 高嶺土含量可以達(dá)到 92% 相比仍有較大差距[15]，附加值相對較低，使用范圍較窄。

1.2 儀器設(shè)備與試劑

試驗試劑：分散劑—六偏磷酸鈉，重慶東川化工；介質(zhì)球—硅酸鋯球，浙江湖磨。

試驗儀器：BP-1000 剝片機(jī)，江蘇江陰雙葉機(jī)械有限公司(電機(jī)功率160kW)；BT-1500 離心沉降粒度分布儀，丹東市百特儀器有限公司。

1.3 試驗方法

試驗采用兩機(jī)串聯(lián)的磨剝工藝，簡易工藝流程如圖 1 所示。茂名某高嶺土化漿后過振動篩除雜進(jìn)入緩沖桶，經(jīng)第一道磨剝后過振動篩去除細(xì)磨球進(jìn)入過渡桶，再經(jīng)第二道磨剝后過振動篩去除細(xì)磨球進(jìn)入成品緩沖桶，最后由渣漿泵打入成品漿池。

2 試驗結(jié)果與討論

試驗主要對分散劑用量、剝片轉(zhuǎn)速、磨球量進(jìn)行研究。根據(jù)小試試驗研究及設(shè)備過往使用經(jīng)驗，選擇入磨礦漿濃度為40%；剝片機(jī)研磨介質(zhì)球為硅酸鋯球，磨剝( Ⅰ)、磨剝( Ⅱ) 初始裝球量皆為800kg，其中磨剝(Ⅰ) 硅酸鋯球Φ1.5 ～2.0mm300kg，Φ2.5 ～3.0mm500kg，磨剝(Ⅱ)硅酸鋯球Φ1.5 ～2.0mm800kg。

2.1 分散劑用量對磨剝效果的影響

在礦漿濃度40%，剝片轉(zhuǎn)速400r/min 的條件下，調(diào)整分散劑六偏磷酸鈉用量(折合為干礦量的百分?jǐn)?shù))進(jìn)行試驗，對比不同分散劑添加量對磨剝效果的影響，試驗結(jié)果如圖 2 所示。

圖 2 分散劑用量對磨剝效果的影響

從圖 2 分析可知，在固定其他試驗條件的情況下，經(jīng)兩段磨剝，產(chǎn)品-2μm 含量隨著分散劑用量增加先升高后下降，產(chǎn)品D50 隨著分散劑用量增加先減小后增大。當(dāng)分散劑用量達(dá)到礦漿干礦質(zhì)量的0.1%時，產(chǎn)品-2μm 含量和激光粒度D50 分別取得最大值和最小值。其原因是，在分散劑用量不足時，礦漿粘度大，流動性太差，高嶺土顆粒與研磨介質(zhì)之間、高嶺土顆粒之間摩擦、撞擊次數(shù)較少，不利于磨剝；在分散劑用量富余時，礦漿粘度小，流動性太好，造成高嶺土顆粒與研磨介質(zhì)之間、高嶺土顆粒之間還未來得及摩擦、撞擊就流動開來，亦不利于磨剝。分散劑六偏磷酸鈉用量折合為礦漿干礦質(zhì)量的0.1%時，礦漿流動性適宜，磨剝效果較佳。

2.2 剝片轉(zhuǎn)速對磨剝效果的影響

為保證磨礦細(xì)度穩(wěn)定，在礦漿濃度40%，分散劑六偏磷酸鈉用量折合為礦漿干礦質(zhì)量的0.1%的條件下，研究剝片轉(zhuǎn)速對磨剝效果的影響，試驗結(jié)果如圖 3 所示。

圖 3 剝片轉(zhuǎn)速對磨剝效果的影響

從圖 3 分析可知，在固定其他試驗條件的情況下，經(jīng)兩段磨剝，產(chǎn)品-2μm 含量隨著剝片轉(zhuǎn)速增加先升高后下降而后又升高，產(chǎn)品激光粒度D50 隨著剝片轉(zhuǎn)速增加先減小后增大又減小，但變化幅度不大。當(dāng)剝片轉(zhuǎn)速為300r/min 時，產(chǎn)品-2μm 含量取得最大值。其原因是，在剝片轉(zhuǎn)速較低時，雖然此時礦漿在剝片機(jī)內(nèi)停留時間長，但剝片機(jī)攪拌強(qiáng)度低，剪切效果差，導(dǎo)致磨剝效果不理想；隨著剝片轉(zhuǎn)速增大，礦漿在剝片機(jī)內(nèi)停留時間變短，但剝片機(jī)攪拌強(qiáng)度變大，剪切效果提高，磨剝效果變好；當(dāng)繼續(xù)提高剝片轉(zhuǎn)速時，礦漿在剝片機(jī)內(nèi)停留時間繼續(xù)縮短，此時的攪拌強(qiáng)度不足以在這么短的時間內(nèi)將高嶺土磨剝；繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，雖然礦漿在剝片機(jī)內(nèi)停留時間繼續(xù)縮短，但攪拌強(qiáng)度變得更強(qiáng)，磨剝效果稍有提升。剝片轉(zhuǎn)速提高會帶來攪拌強(qiáng)度提高和礦漿在剝片機(jī)內(nèi)停留時間縮短，這二者對磨剝的作用是相反的，綜合考慮二者之間的關(guān)系及試驗數(shù)據(jù)，剝片轉(zhuǎn)速定為300r/min 為佳。

2.3 磨球量對磨剝效果的影響

在礦漿濃度40%，分散劑六偏磷酸鈉用量折合為礦漿干礦質(zhì)量的0.1%，剝片轉(zhuǎn)速300r/min 的條件下進(jìn)行試驗，試驗過程中發(fā)現(xiàn)，礦漿流動性較好，礦漿在磨剝機(jī)停留時間偏短，可能對產(chǎn)品質(zhì)量造成一定影響。為此，決定在兩段剝片機(jī)中同時添加部分Φ2.5 ～3.0mm 硅酸鋯球，提高充填率以提高磨剝效果，試驗結(jié)果如圖 4 所示。

圖 4 磨球量對磨剝效果的影響

從圖 4 分析可知，在固定其他試驗條件的情況下，經(jīng)兩段磨剝，產(chǎn)品-2μm 含量隨著磨球量增加先升高后下降，產(chǎn)品激光粒度D50 隨著磨球量增加先減小后增大，但變化幅度不大。當(dāng)磨球量為900kg、950kg 時，產(chǎn)品-2μm 含量較高且相差不大。其原因是，剛開始隨著磨球量的增加，充填率增大提高了磨剝時高嶺土與磨球碰撞的幾率，因此可以提高磨剝效果；隨著磨球量的繼續(xù)增加，磨剝機(jī)內(nèi)過于擁擠，磨球拋落的空間變小，對物料的沖擊變小，磨剝效果變差。另外增加磨球量也會增加球耗和能耗，降低剝片機(jī)磨筒的使用壽命，綜合試驗數(shù)據(jù)、運(yùn)行成本考慮，生產(chǎn)時磨球量宜定為900kg。

3 結(jié)語

(1)茂名某高嶺土磨剝工藝較佳工況為：分散劑六偏磷酸鈉用量折合為礦漿干礦質(zhì)量的0.1%，剝片轉(zhuǎn)速為300r/min，磨球量為900kg。

(2) 茂名某高嶺土經(jīng)兩段磨剝，其-2μm 含量由最初的84.77%提高到了92.08%，激光粒度D50 由2.36μm 降到了1.67μm，滿足多數(shù)高嶺土行業(yè)對粒度的要求，應(yīng)用范圍進(jìn)一步拓寬，產(chǎn)品附加值得到大幅提升。