茂名某高岭土磨剥工业试验研究

2023-05-06 14:25李运宇王彬翔
中国非金属矿工业导刊 2023年2期
关键词:磷酸钠高岭土分散剂

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。

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