干货 | 造纸涂布级高岭土提纯加工技术及关键设备！

2018-05-17 10:42

高岭土作为一种重要的纯天然新型环保颜料，目前已广泛应用于造纸领域，并占有越来越重要的地位，不仅可显著提高纸张品质，增加产品附加值，还可满足卓越品质和特殊纸制品的要求。在今后相当长的一段时间内，高岭土将会是高档涂布纸颜料的理想选择。

随着下游用户对高岭土产品质量的要求越来越高，大大推动了高岭土选矿提纯、超细粉碎、煅烧、表面改性、脱水等相关技术和机械设备的发展。

1、选矿提纯

高岭土中主要的着色物为铁、钛矿物及有机质。铁和钛多以赤铁矿、针铁矿、硫铁矿、黄铁矿、菱铁矿、褐铁矿、锐钛矿、及钛铁矿等矿物形态存在。

提高高岭土白度的传统方法有物理法和化学法，物理法主要有磁选法、浮选法、选择性絮凝等方法；化学法有氧化法、还原法、氧化-还原联合法、酸浸法、螯合剂剂强化处理法、微生物浸出法等。

（1）磁选

高岭土中的染色物质如锐钛矿、金红石、赤铁矿、云母和黄铁矿等均具有弱磁性，比较适合用高梯度超导磁选机，这种磁选机可处理几个微米或亚微米级别极弱的顺磁场矿物。

美国恩格尔哈达公司2个精选厂，采用PEM-84型高梯度磁选机，处理能力8t/h，使含TiO21.8%-2.0%的原矿降低到0.8%，白度由原来的83%提高到85%。

目前正在加速发展新型永久超导材料，力图降低超导磁体的成本，以使这项技术更广泛地应用于高岭土和其他非金属矿的选矿。

高岭土超导磁选机能长期运转，与常规磁选机相比，可降低电耗80%-90%，还具有快速激磁和退磁能力，可使设备减少分选、退磁和冲洗杂物所需的时间，从而大大提高了矿物的处理量。

（2）载体浮选

由于杂质颗粒极细，高岭土通常采用载体浮选工艺。载体矿物可以是方解石、硅砂等（325目），载体矿物的用量一般为高岭土质量的10%-20%，载体的一部分经过回收可再利用。

浮选过程中所用的药剂包括分散剂硅酸钠，pH调整剂氢氧化铵和苛性钠，捕收剂塔尔油、脂肪酸及石油磺酸钙。但载体浮选存在不少缺点，载体的水化需要大量的药剂。浮选过程只能在矿浆浓度较低时有效，从而增加脱水费用。

所加载体必须从粘土产品中尽可能地清除，并从泡沫产品中回收以循环使用。残留在粘土中的化学药剂及载体矿物对最终产品有害。

美国恩格尔哈达公司Molntyre精选厂在生产中用载体浮选法除去高岭土中的锐钛矿，0.043mm的方解石为载体，用塔尔油、燃料油作捕收剂，石油磺酸钙做辅助捕收剂，氢氧化铵做pH值调整剂（pH值8.2-8.5），载体浮选除去微细粒锐钛矿效果良好。原矿中TiO21.8%-1.2%，经浮选后TiO2可降低到0.3%-0.4%，白度由原来的83%提高到了87%。但整个工艺过程复杂，生产成本较高。

（3）选择性絮凝

选择性絮凝的工艺过程比较简单，首先使悬浮液中固体颗粒充分分散，然后加入絮凝剂使其对目标矿物（矿物微粒或脉石细泥）进行选择性吸附。目标矿物絮凝完毕后，利用浮选的方法使絮凝体与分散相分离。

尽管选择性絮凝对极细颗粒粘土除杂是一种高效的方法，但它尚有某些缺陷：该工艺矿浆浓度比较低，必有大量的水要在后续作业中除去，粘土絮凝团的夹杂，产品回收率较低，残余的聚合絮凝剂对最终产品的有害影响。因而目前选择性絮凝提纯高岭土仍处于实验室或半工业研究阶段。

（4）化学提纯及漂白

高岭土的化学处理往往与高岭土的使用性能和所含的杂质有关。影响高岭土及煤系高岭岩使用性能的主要杂质是铁的矿物、钛的矿物和有机质，碱处理法往往不起太大作用，除杂提纯常用的化学处理方法主要是酸处理法和化学漂白法。

酸处理法和化学漂白法也可看做是一种方法的两个方面或一个完整工艺过程的两个阶段，二者有密切的联系，其区别在于酸处理法是以除去杂质为主要目的，而漂白是以改变致色元素（主要指铁）的价态，使其呈色性减弱为主要目的。其实酸浸过程往往同时加入氧化剂或还原剂达到上述目的。

2、超细粉碎及分级

（1）超细粉碎

日本专利介绍，通过应用合成树脂球的湿法球磨机或介质搅拌型磨机将平均粒径为1.5-6μm之间的高岭土磨碎，通过这种方法获得涂布级高岭土，既不会破坏高岭土的结晶，又不会使涂布液粘度提高，特别是代替剥片粘土。

（2）降低粘度

加入分散剂改善高岭土粘度特性是目前最常用的一种有效方法，应用最广的是加入聚丙烯酸盐、聚磷酸盐等负电性分散剂来调节料浆的粘度。

分散剂可以改善高岭土悬浮液的分散状况和流变性，能明显地改善洗选、水力旋流器分级、高梯度磁选等分选效果，显著提高生产能力，且易于控制和操作。

近几年表面活性剂工业的快速发展，也丰富了高分子分散剂的种类。表面活性剂能够吸附在高岭土表面上，从而改变高岭土表面的带电状况，极大地影响高岭土料浆的粘度。通过无机、有机及高分子分散剂的复配使用，能起到很好的效果还能降低成本。

值得注意的是，使用分散剂改善浆料粘度，实验条件的改变对吸附的影响很大，分散剂制浆工艺比较讲究，随分散剂的不同，操作工艺也会有差别。

（3）精细分级

国外高岭土超细分级技术和设备进展较快，尤其是美国、英国等一些国家的高岭土加工，离心机早已成功地用于高岭土的超细分级，产品粒度达到数微米或亚微米的范围。

水力旋流器作为微米级超细分级设备也有很大发展，瑞典、英国、德国等研制出了一种直径为10mm的水力旋流器，成功地用于-10μm高岭土分级。

3、表面改性

高岭土表面改性是指用物理、化学方法对高岭土粉体表面进行处理，以改变其表面电性、表面浸润性、表面吸附性和反应特性等性质。

高岭土表面结构官能团有-Si（Al）-OH、-Si-O-Al-和-Si（Al）-O，这些活性点是对高岭土进行表面改性的基础。

偶联剂改性是目前最主要的方法，目的在于改变高岭土表面亲水亲油性，提高与有机相中的相容性。

4、脱水

美国高岭土选矿一般采用外滤式圆筒真空过滤机进行脱水。这种外滤机最大的优点就是连续排渣，便于工序之间的衔接，过滤效率较高。脱水前矿浆浓度25%左右，真空过滤后含固量达60%左右。

英国高岭土脱水设备主要使用顶装式压滤机、板框式顶装式压滤机、侧装式自动高压压滤机，以及管式压滤机（ECC专利）。压滤机进浆浓度20%-25%，普通压滤机产品滤饼固体含量65%-70%左右，高压压滤机固体含量为75%左右，管式压滤机进浆固体含量15%，压滤后固体含量82%-83%，一次脱水后不需干燥，可直接出厂。

近年来出现了一种利用电场中荷电粒子电泳特性的新型过滤工艺——电泳电渗过滤机。其原理为：在电场中，带负电的粒子移向阳极，双电层中配衡离子移向阴极。当顺利抵达阳极时，在用来保护电极的阳极薄腆上形成滤饼，阳极滤饼采用电渗法进一步脱水，多余水分以电渗原理用泵通过荷电的浦饼毛细管排出，而滤布所粗盖的阴极室则在真空条件下协助滤液排出。

Dorr-Oliver公司已生产出可作半间歇操作的电滤机，其容积为18.9m3，每个阴极与阳极的面积为55.4m2，经电泳电渗过滤机过滤的产品不需喷雾干燥，因而脱水费用经济。

5、实例

（1）美国KaMin公司

美国KaMin公司生产的超细高岭土粒径分布窄、粒子扁平状，白度高，流变性好，尤其适合于高固含量涂布配方和高车速涂布机，赋予涂布纸和纸板高光泽且遮盖性好。

▽KaMin公司超细高岭土生产工艺