煤系高岭土是煤炭生产和加工过程中产出的工业固体废弃物,因其煅烧土质地纯净、耐磨性好、白度高等优点,也是作为新型陶瓷、造纸、涂料等不可或缺的原料。
煤系高岭土通过煅烧、脱碳除杂、超细粉碎和表面改性等加工,可广泛应用于造纸、涂料、橡胶、塑料、白炭黑等领域。
1、除杂提纯
目前,大部分煤系高岭土中的杂质以铁、钛为主,且杂质含量越高,其白度越低。根据煤系高岭土与杂质矿物磁性、活性和密度的不同,可分别采用物理、化学、电解和微生物等方法除去原矿中的含铁含钛杂质。
利用煤系高岭土(2.6g/cm3左右)和含铁含钛杂质(3.4~3.8g/cm3)之间的密度差在充分分散和一定浓度下使用重选分离。化学除杂法则是采用氧化-还原漂白方法除去部分铁杂质,使用化学除铁法,不但能有效降低以胶状和纤维状包藏存在于高岭土中的铁杂质,而且不会破坏高岭土结构。
微生物除铁是利用发酵产物或微生物发酵将难溶的铁变成易溶的铁,从而达到除铁目的的方法。
2、煅烧
因为我国的煤系高岭土主要矿物为高岭石,且普遍高品位、质量好。若存在有机质和固定碳等杂质,往往会影响其白度。高岭土主要应用于造纸、陶瓷行业,低白度也限制了高岭土的广泛应用。影响煅烧产品白度的主要因素有原料质量、时间、煅烧温度和气氛,其中煅烧气氛控制重要。煅烧的主要设备高岭土回转窑。
传统工艺技术一般采用还原气氛静态煅烧和氧化法,对原料中的铁钛含量要求严格(Fe2O3≤0.5%,TiO2≤0.8%)。
3、超细粉碎
高岭土的粒度是衡量其产品质量的关键,造纸、涂料、橡塑领域中对高岭土的粒度有一定的要求,因此需要对高岭土进行超细粉碎,将物料粒度加工到微米级或亚微米级,才能满足超煅烧高岭土产品性能的要求。高岭土超微细化的方法主要有干法超细化、湿法超细化、干湿混合法与纳米化法四种。
4、表面改性
高岭土表面改性是采用物理或化学的手段对处理高岭土的表面,使高岭土的白度、亮度、化学活性等物理化学性能发生改变。高岭土表面改性方法主要包括偶联剂处理、吸附、表面包覆等,其中应用广泛的是偶联剂改性。偶联剂改性的原理主要是通过偶联剂与高岭土表面的活性基团相互作用,从而使其表面物理化学性质发生变化。
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