茂名某高岭土磨剥工业试验研究

李运宇，于 雷，李 青，王彬翔

(中国高岭土有限公司，江苏 苏州 215151)

高岭土是一种重要的非金属矿产资源，随着社会的进步和科学技术的发展， 其广泛应用于石油化工、塑料、橡胶、陶瓷、搪瓷、造纸、油漆、颜料、粘合剂、冶金、耐火材料、电子、农业、医药、化妆品等诸多行业[1-5]。随着各行业对高岭土质量要求日益严格，高岭土深加工技术得到进一步开发与发展[6-9]。

茂名市高岭土资源储量十分丰富，储量约5.75亿t， 该地区高岭土矿为沉积岩风化型矿床，呈砂质特性，可选性较好，高岭土风化完全，高岭石晶体为片状结构，粒度较细[10]。粒度作为评价高岭土理化性能的一个重要指标，影响其产品定位与应用行业[11-14]。为了提高高岭土产品附加值和开拓新市场，研究茂名高岭土的超细磨剥具有重大意义。前期，针对茂名某高岭土进行了磨剥小试试验研究，试验采用CDS2L 大流量砂磨机进行磨剥，磨剥后的-2μm 含量可达到93.83%[15]。小试试验研究结果表明，通过磨剥提高-2μm 含量切实有效。为扩大应用到生产，探究磨剥工业生产的最佳工艺参数，进行了本试验研究。

1 试验准备

1.1 试验原料

试验以广东省茂名市某高岭土为原料。对原料的主要化学指标及粒度指标进行检测，具体指标见表 1 所示。

由表 1 检测数据可知，茂名某高岭土样本化学指标较好，粒度较细，但较美国、巴西的一些高端高岭土产品-2μm 高岭土含量可以达到 92% 相比仍有较大差距[15]，附加值相对较低，使用范围较窄。

1.2 仪器设备与试剂

试验试剂：分散剂—六偏磷酸钠，重庆东川化工；介质球—硅酸锆球，浙江湖磨。

试验仪器：BP-1000 剥片机，江苏江阴双叶机械有限公司(电机功率160kW)；BT-1500 离心沉降粒度分布仪，丹东市百特仪器有限公司。

1.3 试验方法

试验采用两机串联的磨剥工艺，简易工艺流程如图 1 所示。茂名某高岭土化浆后过振动筛除杂进入缓冲桶，经第一道磨剥后过振动筛去除细磨球进入过渡桶，再经第二道磨剥后过振动筛去除细磨球进入成品缓冲桶，最后由渣浆泵打入成品浆池。

2 试验结果与讨论

试验主要对分散剂用量、剥片转速、磨球量进行研究。根据小试试验研究及设备过往使用经验，选择入磨矿浆浓度为40%；剥片机研磨介质球为硅酸锆球，磨剥( Ⅰ)、磨剥( Ⅱ) 初始装球量皆为800kg，其中磨剥(Ⅰ) 硅酸锆球Φ1.5 ～2.0mm300kg，Φ2.5 ～3.0mm500kg，磨剥(Ⅱ)硅酸锆球Φ1.5 ～2.0mm800kg。

2.1 分散剂用量对磨剥效果的影响

在矿浆浓度40%，剥片转速400r/min 的条件下，调整分散剂六偏磷酸钠用量(折合为干矿量的百分数)进行试验，对比不同分散剂添加量对磨剥效果的影响，试验结果如图 2 所示。

图 2 分散剂用量对磨剥效果的影响

从图 2 分析可知，在固定其他试验条件的情况下，经两段磨剥，产品-2μm 含量随着分散剂用量增加先升高后下降，产品D50 随着分散剂用量增加先减小后增大。当分散剂用量达到矿浆干矿质量的0.1%时，产品-2μm 含量和激光粒度D50 分别取得最大值和最小值。其原因是，在分散剂用量不足时，矿浆粘度大，流动性太差，高岭土颗粒与研磨介质之间、高岭土颗粒之间摩擦、撞击次数较少，不利于磨剥；在分散剂用量富余时，矿浆粘度小，流动性太好，造成高岭土颗粒与研磨介质之间、高岭土颗粒之间还未来得及摩擦、撞击就流动开来，亦不利于磨剥。分散剂六偏磷酸钠用量折合为矿浆干矿质量的0.1%时，矿浆流动性适宜，磨剥效果较佳。

2.2 剥片转速对磨剥效果的影响

为保证磨矿细度稳定，在矿浆浓度40%，分散剂六偏磷酸钠用量折合为矿浆干矿质量的0.1%的条件下，研究剥片转速对磨剥效果的影响，试验结果如图 3 所示。

图 3 剥片转速对磨剥效果的影响

从图 3 分析可知，在固定其他试验条件的情况下，经两段磨剥，产品-2μm 含量随着剥片转速增加先升高后下降而后又升高，产品激光粒度D50 随着剥片转速增加先减小后增大又减小，但变化幅度不大。当剥片转速为300r/min 时，产品-2μm 含量取得最大值。其原因是，在剥片转速较低时，虽然此时矿浆在剥片机内停留时间长，但剥片机搅拌强度低，剪切效果差，导致磨剥效果不理想；随着剥片转速增大，矿浆在剥片机内停留时间变短，但剥片机搅拌强度变大，剪切效果提高，磨剥效果变好；当继续提高剥片转速时，矿浆在剥片机内停留时间继续缩短，此时的搅拌强度不足以在这么短的时间内将高岭土磨剥；继续提高转速，虽然矿浆在剥片机内停留时间继续缩短，但搅拌强度变得更强，磨剥效果稍有提升。剥片转速提高会带来搅拌强度提高和矿浆在剥片机内停留时间缩短，这二者对磨剥的作用是相反的，综合考虑二者之间的关系及试验数据，剥片转速定为300r/min 为佳。

2.3 磨球量对磨剥效果的影响

在矿浆浓度40%，分散剂六偏磷酸钠用量折合为矿浆干矿质量的0.1%，剥片转速300r/min 的条件下进行试验，试验过程中发现，矿浆流动性较好，矿浆在磨剥机停留时间偏短，可能对产品质量造成一定影响。为此，决定在两段剥片机中同时添加部分Φ2.5 ～3.0mm 硅酸锆球，提高充填率以提高磨剥效果，试验结果如图 4 所示。

图 4 磨球量对磨剥效果的影响

从图 4 分析可知，在固定其他试验条件的情况下，经两段磨剥，产品-2μm 含量随着磨球量增加先升高后下降，产品激光粒度D50 随着磨球量增加先减小后增大，但变化幅度不大。当磨球量为900kg、950kg 时，产品-2μm 含量较高且相差不大。其原因是，刚开始随着磨球量的增加，充填率增大提高了磨剥时高岭土与磨球碰撞的几率，因此可以提高磨剥效果；随着磨球量的继续增加，磨剥机内过于拥挤，磨球抛落的空间变小，对物料的冲击变小，磨剥效果变差。另外增加磨球量也会增加球耗和能耗，降低剥片机磨筒的使用寿命，综合试验数据、运行成本考虑，生产时磨球量宜定为900kg。

3 结语

(1)茂名某高岭土磨剥工艺较佳工况为：分散剂六偏磷酸钠用量折合为矿浆干矿质量的0.1%，剥片转速为300r/min，磨球量为900kg。

(2) 茂名某高岭土经两段磨剥，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，满足多数高岭土行业对粒度的要求，应用范围进一步拓宽，产品附加值得到大幅提升。