广东某地高岭土磨剥试验研究

2022-03-08石晓岚王彬翔申益兰

中国非金属矿工业导刊 2022年1期

张飞，李青，石晓岚，王帅，王彬翔，申益兰

(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物，用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷、涂料、橡胶填料、石油催化剂等行业，我国高岭土矿产资源排名世界前列。广东地区高岭土矿[1-2]资源储量丰富，是国内造纸用高岭土的主要产地。我国作为主要纸品生产国，每年对造纸高岭土需求量十分巨大，目前我国造纸用高端涂料级高岭土依然主要依赖于质优价高的进口产品。美国、巴西等进口高岭土具有白度高、-2μm含量高、粘浓度高等特征，其中-2μm高岭土含量可以达到92%以上。广东某地高岭土经过原矿除砂、旋流器精选、除铁增白等工艺生产的造纸高岭土产品，其白度、粘浓度等指标已经接近或者达到国外造纸用高岭土指标，但-2μm高岭土含量与国外高岭土产品有较大差距。本试验通过机械磨剥[3]研究来提升-2μm高岭土含量，对提高广东某地高岭土的应用性能具有重要意义。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验采用经过除砂、精选后的广东某地高岭土，试验编号为M高岭土，对M高岭土进行化学检测，主要化学成分如表1。M高岭土主要化学成分SiO2含量为45.36%，-2μm高岭土含量为85.00%。

表1 广东某地高岭土主要化学成分 (单位：%)

为确定M高岭土的主要矿物成分和其他杂质矿物，对其进行了XRD衍射检测(图1)。M高岭土主要含有高岭石、珍珠陶土、地开石等高岭石族矿物，还含有微量石英等杂质矿物。

图1 广东某地高岭土X衍射图片

为进一步研究其晶型结构，对M高岭土进行了透射电镜分析(图2)。M高岭土晶体呈现不规则的片状，大量地堆积在一起，形成不规则的聚集体，仅有少量单片状态。

图2 广东某地高岭土电镜图片

1.2 试验仪器与药剂

试验仪器：CDS2L大流量砂磨机，BT-1500沉降粒度仪，NDJ-5粘度计，氧化锆磨球。

试验药剂：六偏磷酸钠，氢氧化钠。

2 试验过程

M高岭土化浆后，采用CDS2L砂磨机进行磨剥试验。CDS2L砂磨机作为卧式砂磨机，其矿效率优于传统立式砂磨机，本试验采用一段磨剥[4]。CDS2L砂磨机填充0.6～0.8mm氧化锆磨球8.6kg，填充率约75%。试验主要对M高岭土磨剥矿浆浓度、分散剂用量、矿浆流速进行研究[5-6]。

3 试验结果与讨论

3.1 矿浆浓度对磨剥的影响

将M高岭土进行化浆，加入氢氧化钠调整矿浆pH值至7.5，加入干矿量4.5‰的六偏磷酸钠[7]，矿浆流速为0.6L/min，砂磨机采用2 000r/min转速，调节矿浆浓度进行磨剥试验，检测磨剥后矿浆-2μm高岭土含量(图3)。

图3 矿浆浓度对磨剥效果的影响

固定其他试验条件，随着M高岭土矿浆浓度增加，磨剥后矿浆的-2μm高岭土含量上升，当矿浆浓度达到50%时，矿浆-2μm高岭土含量达到峰值93.20%，继续增加矿浆浓度矿浆-2μm高岭土含量反而下降。说明M高岭土矿浆的浓度对磨剥效果有直接影响，随着矿浆浓度的增加，高岭土矿浆与磨剥介质碰撞概率增加，磨球与高岭土剪切、挤压增多，矿浆-2μm高岭土含量上升，当到达一定浓度后，随着磨剥矿浆-2μm高岭土含量提升，高岭土比表面增大，矿浆粘度[8]增大，矿浆流动性变差，同时磨剥矿浆温度上升，使六偏磷酸钠分散作用下降，造成矿浆流动性变差，磨剥效果下降。根据上述试验结果，确定M高岭土磨剥试验浓度在50%为宜。

3.2 六偏磷酸钠用量对磨剥影响

固定M高岭土矿浆浓度为50%，调整矿浆pH值至7.5，砂磨机采用2 000r/min转速，矿浆流速为0.6L/min的条件下，调节六偏磷酸钠加入量，对矿浆进行磨剥试验，检测磨剥后矿浆-2μm高岭土含量(图4)。

图4 六偏磷酸钠用量对磨剥效果影响

固定其他试验条件，随着六偏磷酸钠加入量增加，M高岭土矿浆磨剥后矿浆-2μm高岭土含量上升，当六偏磷酸钠加入量为干矿量的4.0‰时，矿浆2μm高岭土含量出现峰值为93.62%，继续增加六偏磷酸钠加入量，矿浆2μm高岭土含量基本保持稳定。这是由于六偏磷酸钠阴离子具有很高的负电荷，在高岭土浆料中，解离出来大量阴离子在高岭石侧面及底面的凹凸处通过与Al3+离子作用，生成稳定螯合物而产生特性吸附，使高岭石侧面产生高的负性表面电位，其底面和侧面之间双电层作用的总位能呈现出很强的排斥作用，从而使高岭土浆料处于稳定分散状态[9-10]。随着六偏磷酸钠加入量增加，矿浆磨剥流动性增大，当六偏磷酸钠加入量达到4.0‰时，矿浆磨剥时已经达到全分散状态，再增加六偏磷酸钠的量，对矿浆磨剥时流动性影响很小。根据上述试验结果，M高岭土磨剥试验确定六偏磷酸钠加入量为4.0‰。

3.3 矿浆流速对磨剥影响

固定M高岭土矿浆浓度为50%，调整矿浆pH值至7.5，加入干矿量4.0‰的六偏磷酸钠，砂磨机采用2 000r/min的条件下，调节矿浆流速，进行磨剥试验，检测磨剥后矿浆-2μm高岭土含量(图5)。

图5 矿浆流速对磨剥效果影响

固定其他试验条件，随着M高岭土矿浆进浆流速增加，磨剥后矿浆-2μm高岭土含量由平稳逐渐降低，当矿浆流速为0.6L/min时，矿浆-2μm高岭土含量出现峰值为93.83%。高岭土在磨剥时矿浆流速越慢，在机器停留时间越长，磨球与矿浆剪切、挤压作用时间越长，磨剥效果越明显。随着矿浆流速加快，矿浆在机器停留时间变短，磨剥效果变差，矿浆-2μm高岭土含量下降。根据试验结果，M高岭土磨剥试验矿浆流速确定在0.6L/min。

3.4 性能对比研究

将未磨剥M高岭土与采用上述试验条件磨剥后M高岭土及美国造纸高岭土进行白度、粒度、325目筛余、粘浓度对比(表2)。M高岭土采用一道砂磨机磨剥后，-2μm高岭土含量为93.83%，超过美国造纸高岭土的93.26%。磨剥后M高岭土对比没有磨剥M高岭土，其白度由88.96下降到88.23，粘浓度由70.20%下降到69.76%，这是由于磨剥过程加入分散药剂，磨剥后产品直接进行干燥，没有将分散剂排除造成白度下降，同时分散剂对粘浓度测试有离子干扰，磨剥后M高岭土-2μm高岭土含量增加，造成M高岭土比表面增大，也造成磨剥后高岭土粘浓度指标下降。但经过磨剥后的M高岭土，其白度、-2μm高岭土含量、325目筛余、粘浓度指标都已经接近达到美国造纸高岭土指标[11]。