高嶺巖型煤矸石新一代制備超細煅燒高嶺土技術和裝備

劉松柏

(湖南超牌科技有限公司，湖南 長沙 410015)

我國是世界上第一產煤大國，在產煤的同時產出大量與煤炭伴生的煤矸石。長期以來，煤矸石沒有得到充分利用。內蒙古、山西等主要產煤區的伴生煤矸石主要成分是高嶺巖，為我國獨有的優質高嶺土資源。經過超細加工和煅燒脫炭增白后的超細煅燒高嶺土產品是重要的工業基礎材料，作為顏填料、補強填料、涂層料廣泛應用于涂料、造紙、橡膠、塑料、高性能混凝土、建材等工業領域。我國20世紀90年代開始研究利用煤矸石資源生產煅燒高嶺土，至今已經歷了三代技術的發展。產線規模從第一代僅為年產5 000噸左右，到第二代年產1～3萬噸，發展到第三代年產5～10萬噸[1-6]。

本文針對高嶺巖型煤矸石制備超細煅燒高嶺土年產10萬噸生產線的關鍵技術與裝備開展研究。研發了大型立式濕法球磨機粗磨配漿一體化技術，與大型超細研磨機超細磨礦相結合的全濕法磨礦技術和大型內熱式回轉窯煅燒超細粉體技術，解決了制約產線規模和產品品質的技術瓶頸，研發了新一代技術與裝備，產線規模達到年產10萬噸。

1 高嶺巖型煤矸石制備超細煅燒高嶺土技術路線

以高嶺巖型煤矸石(以下簡稱煤矸石)為原料，制備超細煅燒高嶺土產品，因產品用途不同，品質性能有差異，其中細度、粒徑分布、白度、分散性、吸油值等品質指標是具有共性的關鍵指標。多年的研究認為，制約產線規模和產品品質的技術關鍵是粗磨、細磨與煅燒三大技術及裝備[7-12]。

本文研究制定的工藝流程如圖1所示。煤矸石原礦經過梯級破碎產出平均粒徑5mm以下的顆粒料，加入一定比例的水和分散劑進行濕法粉磨，產出325目的粗粉漿料；再進行超細磨，產出4 000～ 6 000目的超細漿料；超細漿料經分級去除粗顆粒、再進行干燥；解聚打散干燥中產生的顆粒團聚，產出超細干粉；超細干粉經過煅燒，實現晶形物相轉換及脫炭增白，打散煅燒中產生的顆粒團聚，產出成品。

圖1 煤矸石制備超細煅燒高嶺土工藝流程示意圖

2 煤矸石規?；苽涑氺褵邘X土的工藝與裝備研究

煤矸石制備超細煅燒高嶺土的關鍵技術問題是實現高效、低能耗、低成本大規模產業化裝備。本文重點研究了規?；惑w同步粗磨制漿技術、規模化超細研磨技術、規?；垠w煅燒技術及裝備。

2.1 規?；惑w同步粗磨制漿技術與裝備

研發了以大型立式濕法球磨機作為核心裝備，以自動計量的皮帶輸送機給料裝置和向立式濕法球磨機內自動定量加水和分散劑的控制系統作為配套裝備，煤矸石顆粒料在立式濕法球磨機內通過研磨裝置與研磨介質及水和分散劑共同作用被不斷磨細并配成漿料。實現了規?；惑w同步粗磨和制漿，與干法粉磨相比，粉磨效率高、不需另行配漿、不產生粉塵。獲得超細高嶺土四級制粉工藝與設備和超細高嶺土及其制備方法等3項發明專利[13-15]。

其工藝流程如圖2所示。梯級破碎后的煤矸石顆粒料(平均粒徑5mm以下)，通過變頻調速皮帶機輸送和計量，皮帶機上附著除鐵裝置去除物料中的鐵質。物料從濕法立式球磨機上部進料口均勻連續的進入濕法球磨機內，水和分散劑通過自動控制系統從進料口與物料同步加入濕法球磨機內。濕法球磨機內設有特殊結構的研磨盤，加有設置三級尺寸級配和質量比例的硬質研磨介質，物料在機內被磨細制成漿料。被磨細的200～325目漿料從濕法球磨機下部的出漿篩板浸出再經出漿溢流管流入儲備罐，再經泵送至下一工段。

圖2 一體同步粗磨制漿技術工藝流程示意圖

研發的CQM630型大型立式濕法球磨機作為系統的核心設備，單機生產200～325目粗粉漿料年產能超過10萬噸，電耗降低30%以上，生產成本降低20%以上。通過大型立式濕法球磨機，一體同步粗磨制漿技術，生產現場無粉塵污染。

2.2 規模化超細研磨技術與裝備

研究開發了以大型超細研磨機作為核心裝備，以壓力泵送進料裝置和出料篩分裝置作為配套裝備，煤矸石粗漿料在超細研磨機內通過研磨裝置與研磨介質和分散劑共同作用被不斷磨細。實現了物料的規?；氀心?。該技術最大特點是一次將200～325目粗粉漿料磨到6 000目(-2μm)90%以上，小于0.5μm細顆粒及大于2μm粗顆粒的比例很低，產品的粒徑分布范圍窄，品質穩定。獲得一項發明專利[16]。

其工藝流程如圖3所示。200～325目粗粉漿料通過泵送，從超細研磨機下部進漿口均勻連續地輸入研磨機內，在機內粗粉漿因漿泵壓力逐步上升，同時在特殊結構的研磨盤、研磨介質和助劑共同作用下被不斷磨細。磨細后的漿料從超細研磨機上部的出漿口溢出，經篩分后進入待檢罐檢驗，合格細漿泵入成品罐，備送下一工段。

圖3 漿料超細研磨工藝流程示意圖

研發的CYM1120B大型超細研磨機，實現了大規模制備超細漿料、大幅降低能耗和生產成本，穩定產品品質等重大目標。200～325目粗漿磨到6 000目(-2μm)90%，單機年產能超過10萬噸。

2.3 規?；毞哿响褵夹g與裝備

研發了大型內熱式煅燒回轉窯，實現了煤矸石超細粉料的規模化高效煅燒。獲得一項發明專利[17]。

其基本原理是，干燥解聚后的超細粉料經給料設備均勻輸入回轉窯內，窯頭窯尾設置動態密封帶，窯頭燃燒機和助燃風機產生的高溫煙氣與粉料運動方向相反與粉料直接接觸進行煅燒。窯尾變頻風機和除塵裝置配合，在實現排煙除塵的同時實現自動調節窯內氣氛和壓力的功能。窯內設置揚料裝置，促使粉料在窯內向前運動過程中被揚起和翻滾，促進與煙氣充分接觸煅燒。窯頭出料口設置余熱回收交換裝置，在降低下線產品溫度的同時，實現余熱回收循環利用。

研發的NDY-Φ4-66型內熱式回轉窯及其生產系統，對物料直接加熱，顯著降低能耗，提高生產效率，單窯年產能超過10萬噸。

3 結語

研究了高嶺巖型煤矸石加工超細煅燒高嶺土的新一代技術，研究開發了規模化一體同步粗磨制漿與超細研磨相結合的全濕法磨礦技術與裝備和規?；瘍葻崾交剞D窯煅燒超細粉體煅燒技術與裝備。實現了核心裝備大型化、自動化。

研究開發的CQM630型立式濕法球磨機、CYM1120B型超細研磨機、NDY-Φ4-66內熱式回轉窯均為單機年產能超過10萬噸，為建設年產能10萬噸生產線提供了關鍵技術和核心裝備支撐。在實現高效節能、環保、大幅降低生產成本、穩定提升產品品質等方面取得巨大成效。

該技術產品能耗：電耗約450kW·h/t，綜合能耗約234kgce/t。對比國內同行同類產品，節能30%以上，節能效果顯著。