山西煤矸石煅燒高嶺土的產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用

李亞軍

(山西晉坤礦產(chǎn)品有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000)

山西煤矸石煅燒高嶺土的產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用

李亞軍

(山西晉坤礦產(chǎn)品有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000)

煤系高嶺巖資源是山西省的優(yōu)勢資源，對促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很大的作用。分析了煤矸石煅燒高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r、存在的問題，提出了煤系高嶺土應(yīng)用領(lǐng)域拓展產(chǎn)業(yè)的建議。

煤矸石;煅燒高嶺土;產(chǎn)業(yè)發(fā)展;應(yīng)用

引言

我國的煤系高嶺土儲量大、質(zhì)量好、分布廣，并且大型煤礦都伴有或共生高嶺土。據(jù)不完全統(tǒng)計，己探明儲量的高嶺土達(dá)16.73億t(遠(yuǎn)景儲量多達(dá)100多億t)。經(jīng)過最近幾年的研究開發(fā)與市場開拓，人們逐漸認(rèn)識到煤系高嶺土的價值。用煤系高嶺土為原料加工的煅燒高嶺土具有一系列優(yōu)良性能:白度高、晶形好、孔隙率大、容重小、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性好、散射力和遮蓋力強(qiáng)、油墨吸附速度快、熱穩(wěn)定性好等，因此廣泛用于油漆涂料、造紙、橡膠、塑料、電纜、陶瓷、石化、環(huán)保等領(lǐng)域。就山西而言，由于煅燒高嶺土生產(chǎn)技術(shù)和加工規(guī)模居國內(nèi)領(lǐng)先水平，加之豐富的高嶺土資源優(yōu)勢，必將對推動固廢綜合利用、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和煤炭的升級轉(zhuǎn)型產(chǎn)生極其重要的作用。

1 煤矸石煅燒高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 煤系高嶺土分布

煤系高嶺土是我國的優(yōu)勢非金屬礦資源。用煤系高嶺土為原料加工的煅燒高嶺土，在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步中起重要作用，而且產(chǎn)品的附加值高、經(jīng)濟(jì)效益好，如，煤系高嶺土原礦價格一般在100元/t左右，經(jīng)超細(xì)煅燒后，最高可達(dá)300美元/t～500美元/t(離岸價)。一個年產(chǎn)萬噸的煤系高嶺土企業(yè)，每年可為國家創(chuàng)匯350萬美元以上。

當(dāng)今世界約有60多個國家和地區(qū)生產(chǎn)高嶺土。1998年，世界高嶺土總產(chǎn)量已達(dá)到3980萬t，其中，精選優(yōu)質(zhì)高嶺土約2 000萬t。美國、英國、烏克蘭、中國、巴西、澳大利亞等是目前世界上主要的高嶺土生產(chǎn)國。美國是全球最大的高嶺土生產(chǎn)和煅燒。中國在產(chǎn)量上已成為全球三大高嶺土(包括煅燒高嶺土)生產(chǎn)國之一。

國內(nèi)高嶺土煅燒生產(chǎn)企業(yè)主要分布在山西、內(nèi)蒙，目前，主要生產(chǎn)企業(yè)有山西晉坤礦產(chǎn)品有限責(zé)任公司、山西金洋鍛燒高嶺土有限公司及內(nèi)蒙古蒙西高嶺土粉體有限公司等。國內(nèi)主要高嶺土生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)量見第50頁表1。我省是全國煤系煅燒高嶺土主要產(chǎn)地，生產(chǎn)技術(shù)和加工規(guī)模居國內(nèi)領(lǐng)先水平。目前，國內(nèi)規(guī)模化4 000目(125 μm)以上煤系煅燒高嶺土企業(yè)有10家，其中，山西有4家，實(shí)際產(chǎn)能為24萬t/a，內(nèi)蒙共有5家，實(shí)際產(chǎn)能為26萬t/a，河北有1家，實(shí)際產(chǎn)能為5萬t/a。

1.2 煤矸石煅燒高嶺土市場

煅燒高嶺土的主要市場是油漆涂料、造紙、橡膠和塑料制品、電纜、陶瓷等，其中，油漆涂料和造紙是我國優(yōu)質(zhì)煅燒高嶺土最主要的消費(fèi)領(lǐng)域，分別占國內(nèi)超細(xì)、高白度優(yōu)質(zhì)煅燒高嶺土消費(fèi)量的50%和40%左右。據(jù)專家預(yù)測，由于以上產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對優(yōu)質(zhì)煅燒高嶺土的需求也將持續(xù)處于增長狀態(tài)，到2000年，我國的煅燒高嶺土產(chǎn)量僅9萬t，與巨大的市場需求形成了強(qiáng)烈的反差。為滿足市場消費(fèi)的需求，國家不得不花大量的外匯進(jìn)口，僅2000年優(yōu)質(zhì)高嶺土(含煅燒高嶺土)的進(jìn)口量達(dá)18.276萬t。到2010年，優(yōu)質(zhì)煅燒高嶺土的國內(nèi)需求量達(dá)到67萬t。

表1 國內(nèi)高嶺土主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)量

世界高嶺土主要出口國為美國、英國、巴西、中國等，出口產(chǎn)品主要是剝片土、煅燒土和改性土。英、美兩國高嶺土出口量分別占世界貿(mào)易量的45%和30%，多年來一直控制著國際市場。世界高嶺土主要進(jìn)口國是日本、德國、意大利、加拿大、芬蘭和法國等，其中，日本是世界最大的高嶺土進(jìn)口國，年進(jìn)口各類高嶺土180萬t，其中，煅燒土30萬t，大多從美國和巴西進(jìn)口。我國高嶺土出口對象主要是東南亞國家，出口產(chǎn)品多為原礦，出口價僅為20美元/t～30美元/t。目前，國內(nèi)市場價格，涂料用煅燒高嶺土銷售價3 000元/t以上，一般煅燒土1 000元/t～2 500元/t，雙90煅燒土3 000元/t～5 000元/t。

1.3 煤矸石煅燒高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義

我國目前的主要發(fā)展趨勢是粉碎極限粒度小、粉碎比和處理能力大、單位產(chǎn)品能耗低、磨耗小、效率高、適用范圍寬或者可用于低熔點(diǎn)、韌性、高硬度、易燃易爆等特殊物料加工的超細(xì)粉碎方法和設(shè)備。同時，煅燒脫碳技術(shù)也將會得到不斷開發(fā)和應(yīng)用。國內(nèi)超細(xì)煅燒高嶺土生產(chǎn)線所使用的高溫設(shè)備原來多采用間接加熱回轉(zhuǎn)窯，間接加熱回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用于煤系煅燒高嶺土生產(chǎn)也已經(jīng)有10多年了。近年來，國內(nèi)發(fā)展的內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯成功地解決了間接加熱回轉(zhuǎn)窯存在的不足。內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)點(diǎn)有:1)產(chǎn)量大:單臺年產(chǎn)量可達(dá)15萬t;2)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且高:同等物料的前提下，產(chǎn)品白度較間接加熱回轉(zhuǎn)窯提高1.0%～1.5%。在約50多種具有商業(yè)價值的非金屬礦產(chǎn)中，高嶺土是很重要的礦產(chǎn)之一。它除了本身優(yōu)良的物化性能和加工性能外，還是無毒無害物質(zhì)，因此用途十分廣泛。

煤系高嶺巖資源是山西朔州及內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾地區(qū)的一個優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，對促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很大的幫助，但目前綜合利用該優(yōu)勢資源、將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益的開發(fā)仍處于起步階段。隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長和現(xiàn)代化科技的發(fā)展，各有關(guān)行業(yè)，特別是造紙、涂料、石油、化工、橡膠、塑料等行業(yè)對高檔高嶺土的需求與日俱增。該項(xiàng)目的實(shí)施，能使生產(chǎn)的高檔造紙涂布級煅燒高嶺土滿足市場需求，同時，符合國家節(jié)能產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整方向，有利于改善本地區(qū)環(huán)境狀況，節(jié)省大量土地資源，減少大氣污染，對于加快本地工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整起到積極的推動作用。

2 煤矸石煅燒高嶺土產(chǎn)業(yè)存在的問題

2.1 我國煤矸石煅燒高嶺土存在問題

國內(nèi)煤系高嶺土生產(chǎn)線存在的問題主要表現(xiàn)在2個方面，一是物料的超細(xì)化，二是物料的煅燒工藝和設(shè)備。這兩方面都存在生產(chǎn)成本高、產(chǎn)量低、運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題。煤系硬質(zhì)高嶺巖的主要特點(diǎn)之一是礦石形成過程中受到成巖作用，礦石多是沉積巖，加工過程中需要進(jìn)行破碎、粉碎、超細(xì)粉碎等一系列降低原礦塊度和細(xì)度的工序。其中，粉碎至325目(74 μm)后，因超細(xì)煅燒高嶺土產(chǎn)品性能的要求，需要進(jìn)一步超細(xì)粉碎，將物料粒度加工到微米級或亞微米級。超細(xì)粉碎及精細(xì)分級技術(shù)是煤系共伴生礦物最主要的深加工技術(shù)之一，其關(guān)鍵在于設(shè)備。在該領(lǐng)域，日本、德國、美國、加拿大等國一直處于世界先進(jìn)水平。

2.2 山西煤矸石煅燒高嶺土存在問題

一是行業(yè)內(nèi)煅燒高嶺土企業(yè)規(guī)模小，管理成本偏高，技術(shù)研發(fā)、國際銷售方面投入不足，造成產(chǎn)品單一，只能在國內(nèi)市場打價格戰(zhàn)。

二是煤礦設(shè)備大型化、采掘機(jī)械化后，將優(yōu)質(zhì)煤矸石與其他雜質(zhì)混采在一起，使煤矸石資源綜合利用受限制。

三是山西省煤矸石利用仍以低端開發(fā)或者原材料銷售為主，影響了其深度開發(fā)利用。

3 煤系高嶺土應(yīng)用領(lǐng)域拓展產(chǎn)業(yè)建議

煤系高嶺土這種寶貴資源可以進(jìn)一步加工制備出更有價值、符合實(shí)際、滿足企業(yè)和市場需求的新產(chǎn)品。通過長期以來的積累和調(diào)研，認(rèn)為可以從以下幾方面入手開展山西煤系高嶺土延伸產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的研究。

3.1 煤系高嶺土改性制備粉末涂料

粉末涂料與傳統(tǒng)的溶劑型涂料比較，無污染物排放，屬于環(huán)保型涂料，在家電(占比45%)、建筑鋁型材(20%)、管道防腐(18%)及普通金屬板材(15%)等領(lǐng)域應(yīng)用很廣，是未來涂料發(fā)展的一大方向。煤系高嶺土作為涂料中的一種填料，是當(dāng)前或今后市場消費(fèi)中不可忽視的一部分，開展煤系高嶺土改性，利用改性后的煤系高嶺土配以其他原料，制備熱固型粉末涂料是未來煤系高嶺土利用領(lǐng)域的一個重要方向，大力發(fā)展煤系高嶺土粉末涂料可以極大地推動煤系高嶺土產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

3.2 用煤矸石為主要原料制備保溫材料

當(dāng)前，建筑保溫材料以有機(jī)材料為主，存在易燃的缺點(diǎn)，遇火會放出大量的有毒氣體。將煤矸石配以其他化學(xué)試劑制備出的A級保溫材料，既符合國家消防材料使用政策，又可以消耗工業(yè)固體廢物，是煤矸石產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。

3.3 煤系高嶺土制備硅酸鋁陶瓷纖維產(chǎn)業(yè)

硅酸鋁陶瓷纖維，耐火溫度可達(dá)1 000℃ ～1 450℃，比傳統(tǒng)的礦物棉纖維材料(耐火300℃ ～400℃)耐火溫度高很多，主要應(yīng)用于工業(yè)窯爐保溫及防火服、防火簾等。利用煤系高嶺土制備硅酸鋁陶瓷纖維可以擴(kuò)大煤系高嶺土應(yīng)用領(lǐng)域，同時為市場提供高端的纖維產(chǎn)品。

3.4 煤系高嶺土表面包覆二氧化鈦產(chǎn)業(yè)

鈦白粉是涂料行業(yè)最重要的體質(zhì)填料，具有白度高、遮蓋力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但價格偏高(約1.5萬/t)。用二氧化鈦包裹高嶺土粉末，既能夠達(dá)到純鈦白粉的效果，又可以降低生產(chǎn)成本，是一種經(jīng)濟(jì)理想的產(chǎn)業(yè)。涂料行業(yè)每年上千億元的產(chǎn)值，開展這方面的研究，推動產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)對山西整體的工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。

3.5 煤系高嶺土制備微晶玻璃材料產(chǎn)業(yè)

微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于天然石材和陶瓷，用于高檔裝飾、機(jī)械結(jié)構(gòu)材料、電工絕緣材料、集成電路以及耐熱、耐磨、化工與防腐材料等。山西煤矸石資源豐富，可以利用其經(jīng)過原料復(fù)配和調(diào)整，制備微晶玻璃，拓展煤矸石整體產(chǎn)業(yè)鏈高附加值產(chǎn)品的多樣性和規(guī)?；?。

3.6 煤系高嶺土制備耐火材料產(chǎn)業(yè)

煤系高嶺土經(jīng)1 200℃以上高溫煅燒形成莫來石，其最高使用溫度可達(dá)1 700℃(一般的耐火材料使用溫度1 400℃ ～1 500℃)，可廣泛應(yīng)用到各種熱工設(shè)備和耐火材料，主要用于耐火澆注料、陶瓷纖維和耐火磚的制備，以及各種高溫爐窯、焙燒爐、鍋爐及其附設(shè)火道的保護(hù)層保溫防護(hù)。利用煤系高嶺土為原料發(fā)展莫來石耐火材料產(chǎn)業(yè)，是解決當(dāng)?shù)孛喉肥Y源，提高資源利用率的有效方法，同時也可提振山西省耐火材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.7 煤系高嶺土制備日用陶瓷材料產(chǎn)業(yè)

日用陶瓷市場需求十分巨大。煤系高嶺土粒度細(xì)、白度高，在山西大力發(fā)展煤系高嶺土陶瓷，一方面，可以消耗大量的煤系高嶺土，推動煤矸石資源的高附加值轉(zhuǎn)化，另一方面，可以制備出優(yōu)質(zhì)的陶瓷產(chǎn)品，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4 結(jié)語

伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，煤系高嶺巖資源將越來越引起高度關(guān)注，煤矸石煅燒高嶺土產(chǎn)業(yè)也隨之得以空前發(fā)展。因此，必須通過科技創(chuàng)新破解當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中的瓶頸和難題，不斷構(gòu)建和完善煤矸石煅燒高嶺土產(chǎn)業(yè)化可持續(xù)發(fā)展的體制和機(jī)制。

Industrial development and application of calcined kaolin by gangue in Shanxi

LI Yajun

(Shanxi Jinkun Mineral Products Co.，Ltd.，Shuozhou Shanxi 036000，China)

As superior resources of Shanxi Porvince，the kaolinite rock in coal measures plays an important role in promoting local economy.The development status and existing problems of industry of calcined kaolin by gangue are described and analyzed.And the suggestions on expanding industry are put forward for the application field of the kaolinite rock in coal measures.

coal gangue;calcined kaolin;industry development;application

TD98

A

1004－7050(2016)06－0049－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.14

2016－08－21

李亞軍，男，1977年出生，2016年畢業(yè)于山西省委黨校，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)主要從事煅燒高嶺土的深加工研究。