煤系高岭土的发展现状，煅烧加工技术及产业市场发展前景

行业资讯

2023-02-04

煤炭开采过程中会产生大量煤矸石，当煤矸石中高岭岩含量超过80%的称为煤系高岭土，是中国特有、独具特色、有广阔利用前景的重要非金属矿产资源。煤系高岭土是一种宝贵的自然资源和重要的非金属矿产，它具有很多可以利用的性质，如耐火性、电绝缘性、化学稳定性、分散性等。开发后的高岭土可用于造纸、橡胶、油漆、化工、建材、冶金、陶瓷、玻璃、电瓷、石油等行业，是许多工业部门不可缺少的矿物原料。

目前，我国煤系高岭土产业在开发利用过程中存在以下主要问题：

（1）行业内煅烧高岭土企业规模小，管理成本偏高，技术研发，产品单一；

（2）煤矿设备大型化、采掘机械化后，将优质煤矸石与其它杂质混采在一起，使煤矸石资源综合利用受限制；

（3）目前对煤系高岭土的利用仍然以低端开发或者原材料销售为主，影响了其深度开发利用。

1、煤系高岭土的发展现状

我国煤系高岭土储量主要分布在山西、内蒙古等地。近年来，煤系高岭土成产业“热土”。内蒙、山西等地区的各大矿区已经引起了对煤系高岭土资源开发利用的高度重视。

2021年11月，内蒙古自治区工信厅发布《关于印发自治区新材料产业高质量发展方案(2021-2025)》的通知。表示未来5年将重点发展建材及非金属矿物材料等新材料产业，规划到2025年，建成高端煤系高岭土160万吨以上产能规模。并在呼和浩特、鄂尔多斯两市布局煤系高岭土材料产业建设。加快颜料级、造纸涂布级、涂料级高岭土新型煅烧工艺、关键设备开发与产业化。

2022年3月，山西省政府办公厅印发了《关于支持煤系高岭土材料产业高质量发展的意见》，提出要实施一批重大工程和项目、打造大规模产业化基地，推进煤系高岭土由“低效、低值、分散利用”向“高效、高值、规模利用”转变，全面推动高质量发展，并提出力争2025年形成晋北煤系高岭土材料产业基地。

作为一种粘土矿物材料，煤系高岭土自身具备一定的比表面积和吸附性能等优点，但其自身结构、物理化学性质的局限性，并不能完全满足现代工业生产的需求，煤系高岭土材料产业若要高值化发展，离不开改性。

2、煤系高岭土的改性及应用

煤系高岭土改性方法：根据用途的不同多种多样，常用的改性方法有煅烧，插层/剥离，包覆改性，酸碱改性等方法。

煅烧改性：为了从外观呈现黑色或褐色的煤系高岭土中得到高白度、高质量的高岭土产品，煅烧是极其关键的步骤之一。煅烧后的煤系高岭土白度较高，可以用于涂料或是白色颜料。另外，煅烧煤系高岭土具有散射力强、塑性好、活性高、绝缘性能和热稳定性能好、孔隙率和遮盖率高、容量小等优点，所以在橡胶填料、塑料、日用化妆品、农药和医药产品中被大量应用，在纺织、石油、国防、化工等领域也有应用。

插层/剥离改性：插层/剥离是指通过机械物理作用、化学反应或者两者的结合作用，破坏高岭土的层间氢键，扩大其层间间距，最终达到层与层间的分离而获得剥离出结构单层，以达到增加高岭土活性与比表面积的方法。插层的方法多种多样，但无论利用哪种方法对高岭土进行插层都离不开插层剂的使用，同时需要结合外部机械力、微波、超声波、煅烧等条件的变化而实现。

以醋酸钾为插层剂，将高岭土与质量百分比浓度分别为 5%、15%和30%的醋酸钾溶液以1∶4的比例共混搅拌2h，然后将搅拌后的浆料放入磨剥桶内磨剥2h，经过滤分离、水洗，除去多余醋酸钾，最后烘干、打散，制备出插层剥片高岭土。将其填充至丁苯橡胶复合材料中，有助于提高丁苯橡胶复合材料的力学性能，尤其对拉伸强度有很大的改善作用。

包覆改性：包覆改性分为金属氧化物与有机物包覆两种方式。此方法简便易操作，同时可以大幅提升高岭土的附加价值，扩展了高岭土的应用领域。如经过表面改性包覆二氧化钛后，煤系煅烧高岭土具有与钛白粉相近的功能，由于具备更高的着色力、遮盖力，尤其适于使用在高速刮刀涂布机上。

酸碱改性：酸碱改性可以有效的溶解高岭土中的Al2O3及其他金属氧化物成分，而Al2O3及其他成分浸出后会使得高岭土比表面积增加。由于这种特性的存在，高岭土又被视为提取铝源的重要矿物资源，成为了铝土矿的替代品。

用盐酸、氢氧化钠对煅烧煤系高岭土进行改性，得出了吸油值最佳时所对应的处理条件，由于高岭土煅烧处理后形成了具有酸反应活性的四面体Al，盐酸改性后高岭土中的Al元素浸出，极大地丰富了高岭土的孔道结构；氢氧化钠改性能浸出煅烧高岭土中的Si元素，使小孔结构增加，这是因为煅烧处理后高岭土中的一部分SiO2转化为游离的SiO2，易于与碱性物质发生反应。酸改性中高岭土中的金属氧化物杂质浸出，也能使高岭土孔道丰富，进一步提升其孔径、粒度分布、比表面积等重要性能参数。随碱处理时间的增加，煅烧煤系高岭土孔径分布变宽，比表面积减小、孔体积增加，裂化活性和裂化选择性提高。

3、煤系高岭土的煅烧加工技术

用煤系高岭土加工煅烧高岭土的关键技术在于超细粉碎和煅烧，目前国内生产煅烧高岭土的原料主要指标要求为：高岭石含量在97% 以上，Fe2O3含量不超过0.5%。

（1）超细粉磨

超细粉磨主要靠设备完成的，对设备和技术的要求主要包括：物料纯度、产品粒度（规格、外型、粒度分布）、单位能耗、耐磨件的使用寿命、维修费、对产品是否造成二次污染以及超细和分级的功能和效率。国内外先后研制了振动磨机、冲击磨机、离心磨机、胶体磨机、气流粉碎机和搅拌磨等。

目前，已建成的煤系高岭土生产加工工厂多采用雷蒙麿进行干法细磨，出磨粒度为325目，出磨粒度大，这样就加大了剥片负荷，相应地增加剥片机台数，加大了厂房面积。而最新粉磨技术选用飓风磨进行干法细麿，出磨粒度为1250目，减轻了剥片负荷，还可以直接生产1250目干法产品。可结合实际情况对产品方案进行灵活调整。针对煅烧后造成部分颗粒占连和结聚现象，配置专用打散分级设备，从而能够确保最终产品的白度和粒度。

（2）煅烧技术

煤系高岭土煅烧技术工艺目前有先烧后磨和先磨后烧。两种工艺方案相比各有利弊。先磨后烧工艺可获得白度较高的产品，这是因为微米级粒度煅烧更完全，而且氧化铁可用增白剂在煅烧作业中还原增白；另一优点是原矿硬度低，超微细磨中球耗较低；存在的问题是磨矿浓度较低，所需设备台数较多。另外，煅烧后微细的颗粒易粘结，甚至烧结，使原本已合格的粒度变粗，为保证合格的粒度要求还需要再进行超细磨细、干燥，使工艺复杂化。先烧后磨工艺可保证合格的粒度，工艺流程相对简单；不足之处是烧后再磨，硬度高、球耗增加，煅烧作业后的再磨使产品白度比先磨后烧工艺低1%~3%，要求矿石质量较高。目前，优质煤系煅烧高岭土大多采用干、湿结合，先磨后烧的生产工艺。

煅烧可选用的燃料主要有天然气、轻柴油、重油、液化石油的敢、煤气等。轻柴油、重油、液化石油气热值高，但在当地供应价格也高；使用煤气成本较低，但热值也低、含硫量高、一次性投资大。如果拟建项目附近有焦化厂炼焦产生的煤气，那么可以直接利用焦炉煤气作为煅烧燃料，十分洁净、便利。