內蒙古烏海煤系高嶺土低溫快速煅燒試驗

劉成俊

（內蒙古烏海市天宇高嶺土高新科技有限公司，內蒙古 烏海 016000）

【試驗研究】

內蒙古烏海煤系高嶺土低溫快速煅燒試驗

劉成俊

（內蒙古烏海市天宇高嶺土高新科技有限公司，內蒙古 烏海 016000）

通過在煤系高嶺土生料粉中摻加硫酸銨增白劑的方法，可降低其煅燒溫度(從1 150℃降至1 030℃)，并可提高燒成高嶺土成品的白度(從78.37提高至82.40)，從而提高其合格品的產量(從30車約45t/天提高至40車約60t/天)。

煤系高嶺土；增白劑；低溫快速煅燒

內蒙古烏海煤系高嶺土品位很高，但由于含碳和有機質及鐵、鈦礦物，外觀呈灰色、黑色，自然白度很低，只有50～60，無法得到利用，只能通過高溫煅燒實現脫碳增白提高其品質，以獲得白度達95以上的優(yōu)質煅燒高嶺土產品。我公司建成一條長170m的自動化隧道窯，為提高隧道窯的產量，進行了烏海煤系高嶺土低溫快速煅燒試驗，以實現產能最大化。

1 試驗目的

(1) 考查摻加高溫下完全分解物質——硫酸銨，對高嶺土生粉煅燒白度的影響。

(2) 在隧道窯低溫煅燒生產條件下，能否實現高嶺土低溫快速燒成的試生產，并通過試驗擬推出其煅燒條件，從而實現大幅增產的目的。

(3) 為提高產品白度，避免“黑心料”的出現，生產中提高隧道窯的燒成溫度，導致產品出現部分燒結情況的發(fā)生，加劇了窯具的損壞情況，同時給產品的使用性能帶來不利影響。本試驗目的在考查硫酸銨用量對產品燒結的影響。烏海地區(qū)煤系高嶺土主要化學成分(%)為：SiO244.93、Al2O337.30、Fe2O30.45、TiO20.21、MgO 0.25、CaO 0.35、K2O 0.18、Na2O 0.12、LOI 15.98。

試驗時使用的隧道窯熱工參數匯總，見表1。

生產時使用的隧道窯熱工參數匯總，見表2。

表1 試驗時隧道窯熱工參數

表2 生產時隧道窯熱工參數

2 反應原理

能作為高嶺土增白劑的化合物有很多，如氯化鈉、保險粉、碳酸鈣等堿金屬和堿土金屬化合物，但這些增白劑有一個很大的缺陷：會將堿金屬和堿土金屬離子引入到高嶺土中，導致其制作的產品因耐火度下降而出現不合格品。所以要加入一種能在高溫下完全分解的化合物——硫酸銨，它是煤焦化行業(yè)的一種副產品，便宜且易得。

硫酸銨加熱到513℃以上完全分解成氨氣、氮氣、二氧化硫和水。在高嶺土生粉中進行混合摻加的硫酸銨因其經高溫分解揮發(fā)逸出后，會在生料內部留有大量空隙和微細通道，使得高嶺土生粉在隧道窯內高溫靜態(tài)煅燒時，外界的熱量和空氣更容易通過微細通道進入生粉內部提高脫碳效率，同時脫碳反應的產物——CO2、H2O氣體也更易于從物料內部排出，從而加快了高嶺土生粉脫碳反應的速度，減小匣缽內生粉中間部位的“黑心”程度，達到物料增白效果，防止“死燒”情況發(fā)生。高嶺土脫羥、脫碳反應：

(1) 脫羥反應。

在400～490℃時，為有機物固定碳的氧化煅燒放熱反應；620～700℃時，為元素碳氧化的熱效應；800～840℃時，則為石墨的氧化效應。這些碳在氧化反應中會以CO2形式排出，在較弱的氧化氣氛或還原氣氛下，則以CO形式排出，甚至會析出碳素，附著在物料表面，此即低溫沉碳作用[1]。

3 試驗部分

3.1 原料

雷蒙磨生料粉，硫酸銨(NH4)2SO4(焦化廠工業(yè)級產品)。

3.2 設備

電子秤一臺，LHJ-10機械磨一臺，YQ-Z-48A白度顏色測定儀一臺，170m自動化隧道窯一條。

3.3 試驗步驟

(1) 取一定量的雷蒙磨出磨生粉，將硫酸銨分別按2%、4%的配比加入混勻。將混勻后的物料按3.5 kg/匣缽分別裝入16個匣缽，連同空白對照組一柱進行標記后，置于同一窯車的一側，進行入窯煅燒試驗。

(2) 待試驗窯車出窯后，分別對空白組、2%摻加組、4%摻加組三柱匣缽，自上而下標記1，2，……7，8層，逐層取樣觀察黑心大小，每個匣缽內物料混勻后取樣檢測白度并記錄。

(3) 改變硫酸銨摻加量，重復(1)，(2)試驗步驟，確定最優(yōu)摻加量。

(4) 選擇白度最高的一組試驗物料，進行打散，檢測篩余及白度等各項物理性能指標。

4 結果分析與討論

4.1 白度試驗結果

硫酸銨摻加量為0、2%、4%時，試樣白度試驗結果見表3。

表3 試樣白度試驗結果

分析：試驗時間為2015年8月5日～7日，試驗整體結果偏低，與此組試驗煅燒期間煤氣不穩(wěn)定有直接關系，由于煤氣不足致使試驗物料煅燒不完全，整體物料白度偏低(此間生產的產品，也低于平常1%～2%)。但是通過比較發(fā)現，同等條件下，硫酸銨添加量為4%時，單個匣缽黑心明顯少于空白對照及2%摻加組，平均白度也分別高于空白、2%組4.14%、5.24%。由此可推斷，摻加一定比例的硫酸銨經高溫揮發(fā)逸出后增加了物料顆粒間的空隙和微細通道，有利于加快脫碳反應從而使得物料白度上升。

由于隧道窯內的熱工工況受各種因素如風、煤氣、物料的影響，常會出現一些不正常的波動，為了搞清窯內的情況，我們又做了窯內兩側的煅燒白度試驗，結果見表4。

表4 雷蒙磨出磨料置于窯東西兩側直接煅燒白度結果

分析：此組于2015年8月7日～8日完成，期間煤氣正常，頂車數正常。此組試驗，表明在現有出磨粒度范圍及煅燒條件下，高嶺土生粉出窯白度能夠穩(wěn)定在79～81之間。這主要是由于煅燒溫度、時間所制約的。此外東西兩側白度相差1.54%，是由窯內東西溫度不均衡造成的(西側煤氣火焰較東側的長)。

此后，又做了硫酸銨摻加量為6%、8%、10%的試驗，結果見表5。

表5 硫酸銨摻加量為6%、8%、10%時白度試驗結果

分析：此組試驗是隨后幾天在窯爐生產完全正常情況下，加大窯爐頂車數量，由30車/天增加到40車/天，產量由45t/天增加到60t/天，通過加大窯爐產量從而達到快速煅燒的目的，硫酸銨加填量由6%到8%再到10%變化，可以看出黑心越來越小，但物料結塊情況也越來越嚴重，10%摻加組中，結塊物料碾碎后有黑點為燒不透物料。6%、8%摻加組結塊相對較少(物料硬度與表4中的產品比要松軟的多)，8%摻加組白度平均達到84.41，此白度為未打散物料白度，打散后物料白度一般會下降1.5～2.0，若各項指標全部合格即為合格成品，見表6。

表6 硫酸銨摻加量為8%時，試驗物料打散后檢測現象及結果

分析：8%摻加組煅燒物料打散后白度下降2.01，檢測篩余時并未發(fā)現任何結塊、絮凝現象，測得325目篩余為0.001 7%，較0摻加組的0.004 1%要小得多，燒成物料較0摻加組的料松軟，這是由于8%摻加組的是快速煅燒，其煅燒時間大幅縮短，物料不會出現燒結情況。

5 試驗結論

(1) 在高嶺土生粉中摻加8%硫酸銨能夠明顯提高產品白度。

(2) 生產中，使用8%硫酸銨摻加后的生粉快速煅燒，能達到最低入窯車數40輛60t/天的產量(目前每班入窯車數為30輛45t/天)顯著提高隧道窯產量20%。

(3) 在產量不變的情況下，摻加8%硫酸銨可使隧道窯上、下煅燒溫度各降低125℃，可減少耐火材料的損耗，同時也避免了高嶺土產品高溫燒結情況的發(fā)生。

(4) 該試驗理論上對產品使用性能無任何影響。

(5) 硫酸銨作為煤焦化廠副產品，價格低廉，按8%摻加每噸成品僅增加成本30元左右，僅相當于損耗一個匣缽的價錢，因此顯著增加公司的經濟效益。

[1]張繼宇，劉慧納，王學軍.煤系高嶺土煅燒工藝制度及流程的討論[J].非金屬礦，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