造紙塗布級高嶺土提純加工技術及關鍵設備！

最新 05-18

高嶺土作為一種重要的純天然新型環保顏料，目前已廣泛應用於造紙領域，並佔有越來越重要的地位，不僅可顯著提高紙張品質，增加產品附加值，還可滿足卓越品質和特殊紙製品的要求。在今後相當長的一段時間內，高嶺土將會是高檔塗布紙顏料的理想選擇。

隨著下游用戶對高嶺土產品質量的要求越來越高，大大推動了高嶺土選礦提純、超細粉碎、煅燒、表面改性、脫水等相關技術和機械設備的發展。

1、選礦提純

高嶺土中主要的著色物為鐵、鈦礦物及有機質。鐵和鈦多以赤鐵礦、針鐵礦、硫鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、及鈦鐵礦等礦物形態存在。

提高高嶺土白度的傳統方法有物理法和化學法，物理法主要有磁選法、浮選法、選擇性絮凝等方法；化學法有氧化法、還原法、氧化-還原聯合法、酸浸法、螯合劑劑強化處理法、微生物浸出法等。

（1）磁選

高嶺土中的染色物質如銳鈦礦、金紅石、赤鐵礦、雲母和黃鐵礦等均具有弱磁性，比較適合用高梯度超導磁選機，這種磁選機可處理幾個微米或亞微米級別極弱的順磁場礦物。

美國恩格爾哈達公司2個精選廠，採用PEM-84型高梯度磁選機，處理能力8t/h，使含TiO21.8%-2.0%的原礦降低到0.8%，白度由原來的83%提高到85%。

目前正在加速發展新型永久超導材料，力圖降低超導磁體的成本，以使這項技術更廣泛地應用於高嶺土和其他非金屬礦的選礦。

高嶺土超導磁選機能長期運轉，與常規磁選機相比，可降低電耗80%-90%，還具有快速激磁和退磁能力，可使設備減少分選、退磁和沖洗雜物所需的時間，從而大大提高了礦物的處理量。

（2）載體浮選

由於雜質顆粒極細，高嶺土通常採用載體浮選工藝。載體礦物可以是方解石、硅砂等（325目），載體礦物的用量一般為高嶺土質量的10%-20%，載體的一部分經過回收可再利用。

浮選過程中所用的藥劑包括分散劑硅酸鈉，pH調整劑氫氧化銨和苛性鈉，捕收劑塔爾油、脂肪酸及石油磺酸鈣。但載體浮選存在不少缺點，載體的水化需要大量的藥劑。浮選過程只能在礦漿濃度較低時有效，從而增加脫水費用。

所載入體必須從粘土產品中儘可能地清除，並從泡沫產品中回收以循環使用。殘留在粘土中的化學藥劑及載體礦物對最終產品有害。

美國恩格爾哈達公司Molntyre精選廠在生產中用載體浮選法除去高嶺土中的銳鈦礦，0.043mm的方解石為載體，用塔爾油、燃料油作捕收劑，石油磺酸鈣做輔助捕收劑，氫氧化銨做pH值調整劑（pH值8.2-8.5），載體浮選除去微細粒銳鈦礦效果良好。原礦中TiO21.8%-1.2%，經浮選後TiO2可降低到0.3%-0.4%，白度由原來的83%提高到了87%。但整個工藝過程複雜，生產成本較高。

（3）選擇性絮凝

選擇性絮凝的工藝過程比較簡單，首先使懸浮液中固體顆粒充分分散，然後加入絮凝劑使其對目標礦物（礦物微粒或脈石細泥）進行選擇性吸附。目標礦物絮凝完畢後，利用浮選的方法使絮凝體與分散相分離。

儘管選擇性絮凝對極細顆粒粘土除雜是一種高效的方法，但它尚有某些缺陷：該工藝礦漿濃度比較低，必有大量的水要在後續作業中除去，粘土絮凝團的夾雜，產品回收率較低，殘餘的聚合絮凝劑對最終產品的有害影響。因而目前選擇性絮凝提純高嶺土仍處於實驗室或半工業研究階段。

（4）化學提純及漂白

高嶺土的化學處理往往與高嶺土的使用性能和所含的雜質有關。影響高嶺土及煤系高嶺岩使用性能的主要雜質是鐵的礦物、鈦的礦物和有機質，鹼處理法往往不起太大作用，除雜提純常用的化學處理方法主要是酸處理法和化學漂白法。

酸處理法和化學漂白法也可看做是一種方法的兩個方面或一個完整工藝過程的兩個階段，二者有密切的聯繫，其區別在於酸處理法是以除去雜質為主要目的，而漂白是以改變致色元素（主要指鐵）的價態，使其呈色性減弱為主要目的。其實酸浸過程往往同時加入氧化劑或還原劑達到上述目的。

2、超細粉碎及分級

（1）超細粉碎

日本專利介紹，通過應用合成樹脂球的濕法球磨機或介質攪拌型磨機將平均粒徑為1.5-6μm之間的高嶺土磨碎，通過這種方法獲得塗布級高嶺土，既不會破壞高嶺土的結晶，又不會使塗布液粘度提高，特別是代替剝片粘土。

（2）降低粘度

加入分散劑改善高嶺土粘度特性是目前最常用的一種有效方法，應用最廣的是加入聚丙烯酸鹽、聚磷酸鹽等負電性分散劑來調節料漿的粘度。

分散劑可以改善高嶺土懸浮液的分散狀況和流變性，能明顯地改善洗選、水力旋流器分級、高梯度磁選等分選效果，顯著提高生產能力，且易於控制和操作。

近幾年表面活性劑工業的快速發展，也豐富了高分子分散劑的種類。表面活性劑能夠吸附在高嶺土表面上，從而改變高嶺土表面的帶電狀況，極大地影響高嶺土料漿的粘度。通過無機、有機及高分子分散劑的復配使用，能起到很好的效果還能降低成本。

值得注意的是，使用分散劑改善漿料粘度，實驗條件的改變對吸附的影響很大，分散劑製漿工藝比較講究，隨分散劑的不同，操作工藝也會有差別。

（3）精細分級

國外高嶺土超細分級技術和設備進展較快，尤其是美國、英國等一些國家的高嶺土加工，離心機早已成功地用於高嶺土的超細分級，產品粒度達到數微米或亞微米的範圍。

水力旋流器作為微米級超細分級設備也有很大發展，瑞典、英國、德國等研製出了一種直徑為10mm的水力旋流器，成功地用於-10μm高嶺土分級。

3、表面改性

高嶺土表面改性是指用物理、化學方法對高嶺土粉體表面進行處理，以改變其表面電性、表面浸潤性、表面吸附性和反應特性等性質。

高嶺土表面結構官能團有-Si（Al）-OH、-Si-O-Al-和-Si（Al）-O，這些活性點是對高嶺土進行表面改性的基礎。

偶聯劑改性是目前最主要的方法，目的在於改變高嶺土表面親水親油性，提高與有機相中的相容性。

4、脫水

美國高嶺土選礦一般採用外濾式圓筒真空過濾機進行脫水。這種外濾機最大的優點就是連續排渣，便於工序之間的銜接，過濾效率較高。脫水前礦漿濃度25%左右，真空過濾後含固量達60%左右。

英國高嶺土脫水設備主要使用頂裝式壓濾機、板框式頂裝式壓濾機、側裝式自動高壓壓濾機，以及管式壓濾機（ECC專利）。壓濾機進漿濃度20%-25%，普通壓濾機產品濾餅固體含量65%-70%左右，高壓壓濾機固體含量為75%左右，管式壓濾機進漿固體含量15%，壓濾後固體含量82%-83%，一次脫水後不需乾燥，可直接出廠。

近年來出現了一種利用電場中荷電粒子電泳特性的新型過濾工藝——電泳電滲過濾機。其原理為：在電場中，帶負電的粒子移向陽極，雙電層中配衡離子移向陰極。當順利抵達陽極時，在用來保護電極的陽極薄腆上形成濾餅，陽極濾餅採用電滲法進一步脫水，多餘水分以電滲原理用泵通過荷電的浦餅毛細管排出，而濾布所粗蓋的陰極室則在真空條件下協助濾液排出。

Dorr-Oliver公司已生產出可作半間歇操作的電濾機，其容積為18.9m3，每個陰極與陽極的面積為55.4m2，經電泳電滲過濾機過濾的產品不需噴霧乾燥，因而脫水費用經濟。

5、實例

（1）美國KaMin公司

美國KaMin公司生產的超細高嶺土粒徑分布窄、粒子扁平狀，白度高，流變性好，尤其適合於高固含量塗布配方和高車速塗布機，賦予塗布紙和紙板高光澤且遮蓋性好。

▽KaMin公司超細高嶺土生產工藝