劉成俊

（內(nèi)蒙古烏海市天宇高嶺土高新科技有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

【試驗(yàn)研究】

內(nèi)蒙古烏海煤系高嶺土低溫快速煅燒試驗(yàn)

劉成俊

（內(nèi)蒙古烏海市天宇高嶺土高新科技有限公司，內(nèi)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(chǎn)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(nèi)蒙古烏海煤系高嶺土品位很高，但由于含碳和有機(jī)質(zhì)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(shí)現(xiàn)脫碳增白提高其品質(zhì)，以獲得白度達(dá)95以上的優(yōu)質(zhì)煅燒高嶺土產(chǎn)品。我公司建成一條長170m的自動(dòng)化隧道窯，為提高隧道窯的產(chǎn)量，進(jìn)行了烏海煤系高嶺土低溫快速煅燒試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1) 考查摻加高溫下完全分解物質(zhì)——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(chǎn)條件下，能否實(shí)現(xiàn)高嶺土低溫快速燒成的試生產(chǎn)，并通過試驗(yàn)擬推出其煅燒條件，從而實(shí)現(xiàn)大幅增產(chǎn)的目的。

(3) 為提高產(chǎn)品白度，避免“黑心料”的出現(xiàn)，生產(chǎn)中提高隧道窯的燒成溫度，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)部分燒結(jié)情況的發(fā)生，加劇了窯具的損壞情況，同時(shí)給產(chǎn)品的使用性能帶來不利影響。本試驗(yàn)?zāi)康脑诳疾榱蛩徜@用量對產(chǎn)品燒結(jié)的影響。烏海地區(qū)煤系高嶺土主要化學(xué)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(yàn)時(shí)使用的隧道窯熱工參數(shù)匯總，見表1。

生產(chǎn)時(shí)使用的隧道窯熱工參數(shù)匯總，見表2。

表1 試驗(yàn)時(shí)隧道窯熱工參數(shù)

表2 生產(chǎn)時(shí)隧道窯熱工參數(shù)

2 反應(yīng)原理

能作為高嶺土增白劑的化合物有很多，如氯化鈉、保險(xiǎn)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(gè)很大的缺陷：會(huì)將堿金屬和堿土金屬離子引入到高嶺土中，導(dǎo)致其制作的產(chǎn)品因耐火度下降而出現(xiàn)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(chǎn)品，便宜且易得。

硫酸銨加熱到513℃以上完全分解成氨氣、氮?dú)狻⒍趸蚝退?。在高嶺土生粉中進(jìn)行混合摻加的硫酸銨因其經(jīng)高溫分解揮發(fā)逸出后，會(huì)在生料內(nèi)部留有大量空隙和微細(xì)通道，使得高嶺土生粉在隧道窯內(nèi)高溫靜態(tài)煅燒時(shí)，外界的熱量和空氣更容易通過微細(xì)通道進(jìn)入生粉內(nèi)部提高脫碳效率，同時(shí)脫碳反應(yīng)的產(chǎn)物——CO2、H2O氣體也更易于從物料內(nèi)部排出，從而加快了高嶺土生粉脫碳反應(yīng)的速度，減小匣缽內(nèi)生粉中間部位的“黑心”程度，達(dá)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(yīng)：

(1) 脫羥反應(yīng)。

在400～490℃時(shí)，為有機(jī)物固定碳的氧化煅燒放熱反應(yīng)；620～700℃時(shí)，為元素碳氧化的熱效應(yīng)；800～840℃時(shí)，則為石墨的氧化效應(yīng)。這些碳在氧化反應(yīng)中會(huì)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?xí)龀鎏妓?，附著在物料表面，此即低溫沉碳作用[1]。

3 試驗(yàn)部分

3.1 原料

雷蒙磨生料粉，硫酸銨(NH4)2SO4(焦化廠工業(yè)級(jí)產(chǎn)品)。

3.2 設(shè)備

電子秤一臺(tái)，LHJ-10機(jī)械磨一臺(tái)，YQ-Z-48A白度顏色測定儀一臺(tái)，170m自動(dòng)化隧道窯一條。

3.3 試驗(yàn)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(gè)匣缽，連同空白對照組一柱進(jìn)行標(biāo)記后，置于同一窯車的一側(cè)，進(jìn)行入窯煅燒試驗(yàn)。

(2) 待試驗(yàn)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(biāo)記1，2，……7，8層，逐層取樣觀察黑心大小，每個(gè)匣缽內(nèi)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(fù)(1)，(2)試驗(yàn)步驟，確定最優(yōu)摻加量。

(4) 選擇白度最高的一組試驗(yàn)物料，進(jìn)行打散，檢測篩余及白度等各項(xiàng)物理性能指標(biāo)。

4 結(jié)果分析與討論

4.1 白度試驗(yàn)結(jié)果

硫酸銨摻加量為0、2%、4%時(shí)，試樣白度試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 試樣白度試驗(yàn)結(jié)果

分析：試驗(yàn)時(shí)間為2015年8月5日～7日，試驗(yàn)整體結(jié)果偏低，與此組試驗(yàn)煅燒期間煤氣不穩(wěn)定有直接關(guān)系，由于煤氣不足致使試驗(yàn)物料煅燒不完全，整體物料白度偏低(此間生產(chǎn)的產(chǎn)品，也低于平常1%～2%)。但是通過比較發(fā)現(xiàn)，同等條件下，硫酸銨添加量為4%時(shí)，單個(gè)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(jīng)高溫?fù)]發(fā)逸出后增加了物料顆粒間的空隙和微細(xì)通道，有利于加快脫碳反應(yīng)從而使得物料白度上升。

由于隧道窯內(nèi)的熱工工況受各種因素如風(fēng)、煤氣、物料的影響，常會(huì)出現(xiàn)一些不正常的波動(dòng)，為了搞清窯內(nèi)的情況，我們又做了窯內(nèi)兩側(cè)的煅燒白度試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 雷蒙磨出磨料置于窯東西兩側(cè)直接煅燒白度結(jié)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(shù)正常。此組試驗(yàn)，表明在現(xiàn)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(shí)間所制約的。此外東西兩側(cè)白度相差1.54%，是由窯內(nèi)東西溫度不均衡造成的(西側(cè)煤氣火焰較東側(cè)的長)。

此后，又做了硫酸銨摻加量為6%、8%、10%的試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 硫酸銨摻加量為6%、8%、10%時(shí)白度試驗(yàn)結(jié)果

分析：此組試驗(yàn)是隨后幾天在窯爐生產(chǎn)完全正常情況下，加大窯爐頂車數(shù)量，由30車/天增加到40車/天，產(chǎn)量由45t/天增加到60t/天，通過加大窯爐產(chǎn)量從而達(dá)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(jié)塊情況也越來越嚴(yán)重，10%摻加組中，結(jié)塊物料碾碎后有黑點(diǎn)為燒不透物料。6%、8%摻加組結(jié)塊相對較少(物料硬度與表4中的產(chǎn)品比要松軟的多)，8%摻加組白度平均達(dá)到84.41，此白度為未打散物料白度，打散后物料白度一般會(huì)下降1.5～2.0，若各項(xiàng)指標(biāo)全部合格即為合格成品，見表6。

表6 硫酸銨摻加量為8%時(shí)，試驗(yàn)物料打散后檢測現(xiàn)象及結(jié)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(shí)并未發(fā)現(xiàn)任何結(jié)塊、絮凝現(xiàn)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(shí)間大幅縮短，物料不會(huì)出現(xiàn)燒結(jié)情況。

5 試驗(yàn)結(jié)論

(1) 在高嶺土生粉中摻加8%硫酸銨能夠明顯提高產(chǎn)品白度。

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

(3) 在產(chǎn)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(shí)也避免了高嶺土產(chǎn)品高溫?zé)Y(jié)情況的發(fā)生。

(4) 該試驗(yàn)理論上對產(chǎn)品使用性能無任何影響。

(5) 硫酸銨作為煤焦化廠副產(chǎn)品，價(jià)格低廉，按8%摻加每噸成品僅增加成本30元左右，僅相當(dāng)于損耗一個(gè)匣缽的價(jià)錢，因此顯著增加公司的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]張繼宇，劉慧納，王學(xué)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