高岭土精制浓缩工艺及设备

戴金河，褚 强

（1.南京中船绿洲机器有限公司，江苏 南京 210039；2.苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

高岭土精制浓缩工艺及设备

戴金河1，褚 强2

（1.南京中船绿洲机器有限公司，江苏 南京 210039；2.苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

旋流器、蝶式分离机和卧式离心机在高岭土浓缩精制工艺中有其各自特点。本文介绍了碟式分离机的特点、参数、结构及其在高岭土精制浓缩中的应用。

高岭土；精制；分离机；浓缩设备

1 前言

我国高岭土精制产品的收集采用压滤干燥和喷雾干燥两种工艺来完成。前者主要用在砂质水洗土，高岭土矿浆浓度要求20%～30%，后者主要用在煤系煅烧高岭土，矿浆浓度要求40%～50%。高岭土在精制过程和最终产品中，往往以分散状态存在，精制过程中只有让高岭石颗粒充分地分散，一般浓度在20%以下，才能进行有效的分离加工，这不仅影响选矿加工工艺，还影响最终产品的质量。

分散与浓缩是高岭土评价和精制加工过程中的重要环节，在高岭土应用中有着十分重要的作用，在某些应用如造纸涂料、橡胶补强剂和陶塑复合材料方面, 是一个不可忽视的因素。从文献报道上看[1]，以往对高岭土的分散研究积累较多，对浓缩工艺涉及很少。由于选矿要求及矿山实际情况，分散和精制不可能在高浓度(>40%)下完成，尤其是高质量高岭土产品往往是处在细粒级和悬浮状。另外，高岭土的尾矿回收利用时，机选出的高岭土矿浆浓度都比较低，达到5%。为了提高加工效率，选择合适的浓缩设备非常重要。

茂名水洗高岭土是我国砂性高岭土加工利用的典型工艺，本文将重点加以介绍。由于风化土矿石较疏松，加上南方雨季时间长，降雨量大，故采用水采。矿石在水枪高压水冲击下，基本解离，只要控制适当的浓度和分散条件，即可直接进入选矿作业，缩短了制浆等工艺环节，节省了投资和成本。茂名水洗土采取的这种简单加工流程，不用细磨，直接通过分散分离然后浓缩获得造纸涂料级产品，该方法是目前最廉价的生产工艺。

2 高岭土浓缩设备和使用特点

高岭土浓缩是利用原浆物质不同区域间的密度差，按自然沉降或机械离心分级两种工艺将高密度浆料进行分离。由于微细颗粒在重力场的条件下沉降速度很慢,微米级颗粒所需沉降时间可能长达数十小时，显然生产效率太低，因此选择适合的浓缩设备非常重要。

各种设备及使用特点如下：

旋流器是一种简单、高效的浓缩设备，结构如图1所示，广泛用于细颗粒的分离，其分离粒度一般不小于10μm，一般旋流器分离颗粒的粒径为3～25μm。由图1可知水力旋流器是由圆桶和圆锥组成的容器，无回转部件，依靠切向加料产生旋流，由此产生的剪切作用，将破坏产生的团块，更有利于原浆的分散分离。

图1 旋流器结构示意

图2 碟式离心机结构示意

碟式离心机结构如图2所示，这种分级机内装有一组锥型碟片，物料从中心引入，沉降在每个碟片通道内两碟片中上碟片的下表面上，颗粒的沉降运动是分级过程的第一阶段，往往是决定性的阶段，第二阶段是颗粒在碟片表面上向下、向外滑向碟片周围，紧接着沉降在转鼓上，较细颗粒随液流带出，从而达到分离的目的。碟式离心机的转速高，分离因素大(即离心加速度/重力加速度的值)一般在3 000～15 000g之间。当量沉降面积大，可以达到(30～300)×103m2，甚至更高。因此碟式离心机具有体积小，生产能力大，分离效果好等特点。设备优点在于分离粒度接近1μm，适用于液相分离或超细低浓度矿浆浓缩。

WL型卧式离心分级机的结构和工作原理如图3所示。它主要由转鼓、螺旋推料器、差速器、机壳、机座等部分组成，转鼓和螺旋推料器安装在差速器里，同向旋转只有微小的差速，待分离物料由进料管进入料仓，与转鼓几乎同步旋转，颗粒进入离心力场，迅速分层，低密度料由溢流环溢出，高密度料被抛出周边，在推料器的作用下向前运动由排渣口排出。该类型的离心机，分离因素可达2 400g，可用于1～10μm物料的分离，固体含量可高达50%。

图3 WL型卧式离心机结构及工作原理

根据茂名高岭土原浆浓度和颗粒度在实际应用中采用碟式离心机取得的效果较好。离心机转鼓内有一组碟片，通常情况下为60～200片，相应地把转鼓空间分成等同于碟片数量的分离空间，从而缩短沉降距离，大幅度增大了沉降面积，达到改善和提高分离效果及大处理量的目的。

3 碟片式离心机的应用

广东省茂名高岭土以其高有序度的假六边形片状结晶、天然粒度细、白度高、粘度低、储量大而闻名于世, 已成为我国纸张涂布高岭土的重要生产基地。高岭土湿法加工工艺包括泥料的分散、分级、杂质分选和产品处理等几个阶段。一般原则流程为：原矿→水采→分散→除砂→旋流器分级→离心机分级→磁选(或漂白)→浓缩→压滤→干燥→填料级或造纸涂料级产品。

高岭土矿石在水枪的高压冲击下碎散, 砂浆用泵送入螺旋分级机除砂, 再用水力旋流器分选。分选后的粗精矿经离心分级机, 分出涂料级和填料级产品，卧螺离心分级机进料矿浆浓度为17%，分离出的溢流浆料浓度为8%。溢流经漂白、磁选、压滤、干燥、包装后出厂为涂料级产品; 底流排出经压滤、包装后出厂，为填料级产品。主要生产设备包括: 水枪、螺旋分级机、水力旋流器、卧螺离心分级机、高梯度磁选机、压滤机、干燥机。

单片状结构高岭石经简单工艺处理即可直接应用于造纸涂料。主要产品有三类，分别是气刀土、刮刀土和干粉，前两类附加值相对较低。因此生产附加值较高的高质量干粉成为众多厂家的追求。碟式离心机应用于卧式离心机分离后的轻相经漂白后的水洗、浓缩工序，除去高岭土水溶液中的Fe2+离子，以提高高岭土成品的质量。分离机进料的高岭土浆料参数为：粒度-2μm≥90%、浓度8%～11%。

高岭土碟式离心机有原型和新型两种机型，本次生产验证试验根据高压压滤机进浆浓度要求选择了新型机。新型机在材料和结构上做了改进，主要技术规格参数见表1。

表1 碟式离心机主要技术规格参数

经几个月的运行试验，运转平稳可靠、振动小、噪音低，振动速度2mm/s，噪声为83dB(A)，分离性能有较大提高，完全达到了工艺设计的要求，超过了国外进口机水平。试验结果见表2。

4 结语

根据生产实际条件选择适合的加工设备是非常必要的。从市场看，高级纸张、高档油漆涂料、陶瓷釉料、高档橡胶和塑料制品对精制高岭土的需求越来越大，而且精制高档的高岭土经济价值远超低档产品。据介绍，全世界年产的4 000万t高岭土中，纯度高、白度高、光泽好、粒度均匀分布在0.2～2μm之间的优质高岭土占三分之一，其销售额却占了70%，因此精制高岭土的市场需求看好。碟式离心机在生产高档高岭土的浓缩工艺中的运用，提升了产品质量，减少占地面积，为我国高岭土湿法工艺提供高效可靠的浓缩设备。

表2 高岭土碟式离心机浓缩工艺试验结果

[1]戴劲草,许承晃.高岭土分散与高浓泥浆液化的研究[J].华侨大学学报(自然科学版),1990,11(3):303-307.

[2]RUSHTON A, WORD A S, HOLDICH R G.固液两相过滤及分离技术[M].朱企新,许莉,谭蔚,译.北京:化学工业出版社,2005.

[3]孙启才,金鼎五.离心机原理结构与设计计算[M].北京:机械工业出版社,1987.

Thickening Technology and Equipment Used in Refining Kaolin

DAI Jin-he1, CHU Qiang2
(1. CSSC Nanjing Luzhou Machine CO., Ltd., Nanjing 210039, China; 2. Suzhou SINOMA Design &Research Institute of Non-metallic Minerals Industry Co., Ltd., Suzhou 215004, China)

Hydrocyclone, disc separator and horizontal centrifuge, separator, these methods have their characteristics in different fields for thickening kaolin liquid. The article mainly introduces characteristic on specification, structure of type disc separator, and application of which in concentration of kaolin liquid.

kaolin; purification; separator; thickening equipment

TQ051.8;P619.232

A

1007-9386(2012)04-0045-03

2012-03-30