内蒙古乌海煤系高岭土低温快速煅烧试验

刘成俊

（内蒙古乌海市天宇高岭土高新科技有限公司，内蒙古 乌海 016000）

【试验研究】

内蒙古乌海煤系高岭土低温快速煅烧试验

刘成俊

（内蒙古乌海市天宇高岭土高新科技有限公司，内蒙古 乌海 016000）

通过在煤系高岭土生料粉中掺加硫酸铵增白剂的方法，可降低其煅烧温度(从1 150℃降至1 030℃)，并可提高烧成高岭土成品的白度(从78.37提高至82.40)，从而提高其合格品的产量(从30车约45t/天提高至40车约60t/天)。

煤系高岭土；增白剂；低温快速煅烧

内蒙古乌海煤系高岭土品位很高，但由于含碳和有机质及铁、钛矿物，外观呈灰色、黑色，自然白度很低，只有50～60，无法得到利用，只能通过高温煅烧实现脱碳增白提高其品质，以获得白度达95以上的优质煅烧高岭土产品。我公司建成一条长170m的自动化隧道窑，为提高隧道窑的产量，进行了乌海煤系高岭土低温快速煅烧试验，以实现产能最大化。

1 试验目的

(1) 考查掺加高温下完全分解物质——硫酸铵，对高岭土生粉煅烧白度的影响。

(2) 在隧道窑低温煅烧生产条件下，能否实现高岭土低温快速烧成的试生产，并通过试验拟推出其煅烧条件，从而实现大幅增产的目的。

(3) 为提高产品白度，避免“黑心料”的出现，生产中提高隧道窑的烧成温度，导致产品出现部分烧结情况的发生，加剧了窑具的损坏情况，同时给产品的使用性能带来不利影响。本试验目的在考查硫酸铵用量对产品烧结的影响。乌海地区煤系高岭土主要化学成分(%)为：SiO244.93、Al2O337.30、Fe2O30.45、TiO20.21、MgO 0.25、CaO 0.35、K2O 0.18、Na2O 0.12、LOI 15.98。

试验时使用的隧道窑热工参数汇总，见表1。

生产时使用的隧道窑热工参数汇总，见表2。

表1 试验时隧道窑热工参数

表2 生产时隧道窑热工参数

2 反应原理

能作为高岭土增白剂的化合物有很多，如氯化钠、保险粉、碳酸钙等碱金属和碱土金属化合物，但这些增白剂有一个很大的缺陷：会将碱金属和碱土金属离子引入到高岭土中，导致其制作的产品因耐火度下降而出现不合格品。所以要加入一种能在高温下完全分解的化合物——硫酸铵，它是煤焦化行业的一种副产品，便宜且易得。

硫酸铵加热到513℃以上完全分解成氨气、氮气、二氧化硫和水。在高岭土生粉中进行混合掺加的硫酸铵因其经高温分解挥发逸出后，会在生料内部留有大量空隙和微细通道，使得高岭土生粉在隧道窑内高温静态煅烧时，外界的热量和空气更容易通过微细通道进入生粉内部提高脱碳效率，同时脱碳反应的产物——CO2、H2O气体也更易于从物料内部排出，从而加快了高岭土生粉脱碳反应的速度，减小匣钵内生粉中间部位的“黑心”程度，达到物料增白效果，防止“死烧”情况发生。高岭土脱羟、脱碳反应：

(1) 脱羟反应。

在400～490℃时，为有机物固定碳的氧化煅烧放热反应；620～700℃时，为元素碳氧化的热效应；800～840℃时，则为石墨的氧化效应。这些碳在氧化反应中会以CO2形式排出，在较弱的氧化气氛或还原气氛下，则以CO形式排出，甚至会析出碳素，附着在物料表面，此即低温沉碳作用[1]。

3 试验部分

3.1 原料

雷蒙磨生料粉，硫酸铵(NH4)2SO4(焦化厂工业级产品)。

3.2 设备

电子秤一台，LHJ-10机械磨一台，YQ-Z-48A白度颜色测定仪一台，170m自动化隧道窑一条。

3.3 试验步骤

(1) 取一定量的雷蒙磨出磨生粉，将硫酸铵分别按2%、4%的配比加入混匀。将混匀后的物料按3.5 kg/匣钵分别装入16个匣钵，连同空白对照组一柱进行标记后，置于同一窑车的一侧，进行入窑煅烧试验。

(2) 待试验窑车出窑后，分别对空白组、2%掺加组、4%掺加组三柱匣钵，自上而下标记1，2，……7，8层，逐层取样观察黑心大小，每个匣钵内物料混匀后取样检测白度并记录。

(3) 改变硫酸铵掺加量，重复(1)，(2)试验步骤，确定最优掺加量。

(4) 选择白度最高的一组试验物料，进行打散，检测筛余及白度等各项物理性能指标。

4 结果分析与讨论

4.1 白度试验结果

硫酸铵掺加量为0、2%、4%时，试样白度试验结果见表3。

表3 试样白度试验结果

分析：试验时间为2015年8月5日～7日，试验整体结果偏低，与此组试验煅烧期间煤气不稳定有直接关系，由于煤气不足致使试验物料煅烧不完全，整体物料白度偏低(此间生产的产品，也低于平常1%～2%)。但是通过比较发现，同等条件下，硫酸铵添加量为4%时，单个匣钵黑心明显少于空白对照及2%掺加组，平均白度也分别高于空白、2%组4.14%、5.24%。由此可推断，掺加一定比例的硫酸铵经高温挥发逸出后增加了物料颗粒间的空隙和微细通道，有利于加快脱碳反应从而使得物料白度上升。

由于隧道窑内的热工工况受各种因素如风、煤气、物料的影响，常会出现一些不正常的波动，为了搞清窑内的情况，我们又做了窑内两侧的煅烧白度试验，结果见表4。

表4 雷蒙磨出磨料置于窑东西两侧直接煅烧白度结果

分析：此组于2015年8月7日～8日完成，期间煤气正常，顶车数正常。此组试验，表明在现有出磨粒度范围及煅烧条件下，高岭土生粉出窑白度能够稳定在79～81之间。这主要是由于煅烧温度、时间所制约的。此外东西两侧白度相差1.54%，是由窑内东西温度不均衡造成的(西侧煤气火焰较东侧的长)。

此后，又做了硫酸铵掺加量为6%、8%、10%的试验，结果见表5。

表5 硫酸铵掺加量为6%、8%、10%时白度试验结果

分析：此组试验是随后几天在窑炉生产完全正常情况下，加大窑炉顶车数量，由30车/天增加到40车/天，产量由45t/天增加到60t/天，通过加大窑炉产量从而达到快速煅烧的目的，硫酸铵加填量由6%到8%再到10%变化，可以看出黑心越来越小，但物料结块情况也越来越严重，10%掺加组中，结块物料碾碎后有黑点为烧不透物料。6%、8%掺加组结块相对较少(物料硬度与表4中的产品比要松软的多)，8%掺加组白度平均达到84.41，此白度为未打散物料白度，打散后物料白度一般会下降1.5～2.0，若各项指标全部合格即为合格成品，见表6。

表6 硫酸铵掺加量为8%时，试验物料打散后检测现象及结果

分析：8%掺加组煅烧物料打散后白度下降2.01，检测筛余时并未发现任何结块、絮凝现象，测得325目筛余为0.001 7%，较0掺加组的0.004 1%要小得多，烧成物料较0掺加组的料松软，这是由于8%掺加组的是快速煅烧，其煅烧时间大幅缩短，物料不会出现烧结情况。

5 试验结论

(1) 在高岭土生粉中掺加8%硫酸铵能够明显提高产品白度。

(2) 生产中，使用8%硫酸铵掺加后的生粉快速煅烧，能达到最低入窑车数40辆60t/天的产量(目前每班入窑车数为30辆45t/天)显著提高隧道窑产量20%。

(3) 在产量不变的情况下，掺加8%硫酸铵可使隧道窑上、下煅烧温度各降低125℃，可减少耐火材料的损耗，同时也避免了高岭土产品高温烧结情况的发生。

(4) 该试验理论上对产品使用性能无任何影响。

(5) 硫酸铵作为煤焦化厂副产品，价格低廉，按8%掺加每吨成品仅增加成本30元左右，仅相当于损耗一个匣钵的价钱，因此显著增加公司的经济效益。

[1]张继宇，刘慧纳，王学军.煤系高岭土煅烧工艺制度及流程的讨论[J].非金属矿，1997(2)：35-39.

Inner Mongolia Wuhai Coal Measures Kaolin Rapid Calcination Experiments at Low Temperature

LIU Cheng-jun
(Wuhai City of Inner Mongolia Tianyu Kaolin High and New Science and Technology Co., Ltd., Wuhai 016000, China)

Through adding whitening agent in the raw coal measures kaolin powder method, can reduce the calcination temperature (from 1 150℃ to 1 030℃), and can improve the firing kaolin whiteness of the finished product (increased from 78.37 to 82.40), so as to improve the production of its products (up to 30 cars 45t/day from 40 cars 60t/day).

coal measures kaolin; brightener; fast calcined at low temperature

TD873.2

A

1007-9386(2017)01-0012-02

2016-05-20