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中国煤系高岭土加工利用现状与发展

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    2018-5-16 11:46
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    发表于 2015-5-19 07:54:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
    中国煤系高岭土加工利用现状与发展

        中国以独特而丰富的煤系高岭土资源著称于世,以煤系高岭土为原料经过煅烧等深加工工艺处理的煅烧高岭土产品以其散射力强、油墨吸附性能好、活性和白度高、电绝缘性能和热稳定性能好、孔隙率和遮盖率高、容重小等优点而在造纸、陶瓷等日用化工行业广泛应用,近年随着我国经济和工业的高速发展,对高岭土产品的需求越来越大,我国煤系高岭土的开发利用技术和生产应用的规模也随之迅速发展起来。

    一、我国高岭土资源现状



        中国是世界煤炭资源大国,在分布广、厚度大的含煤岩系中蕴藏有大量可供开采、综合利用的共伴生矿产——煤系高岭土,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。在地质时代,我国煤系高岭土上从晚古生代到新生代各主要聚煤期的煤系中均有分布,其中在晚古生代石炭-二叠系煤系中分布最广、厚度大、质量好、储量可观、开发应用价值大。目前,在我国东北、西北、西南一些较大的矿区已经在对该地区的煤系高岭土资源进行开发利用,如:秀山、大同、白山、淮北、兖州、唐山等地,有的矿区已形成可观的开发规模和经济效益。在当前煤炭企业的产业结构、产品结构调整中,这无疑是一个新的产业和经济增长点。


        我国优质高岭土资源储量4.6亿t,约占世界储量的3.9%,居世界第9位,但主要以水洗高岭土为主。我国的煤系高岭土估计储量在112亿t左右,已探明储量为17亿t,其中煤炭生产和加工过程中排弃的煤矸石中的高岭岩含量超过80%的称为煤系高岭土。我国因煤炭开采而排弃的煤矸石累计有30多亿t,占地1.2亿万顷,是我国目前排放量最大的工业固体废弃物,这部分煤矸石成分中约50%为极具开发利用价值的煤系高岭土,因此将煤系高岭土计算在内,中国已成为高岭土资源的第一大国。


        中国的高岭土资源分为硬质高岭土、软质高岭土、砂质高岭土3种原料类型和热液蚀变型、风化残积型、风化淋积型、河湖海湾沉积型、含煤建造沉积型等成因类型。全国共有高岭土矿点700多处,其中200余处作过地质工作,探明储量超过31亿t(煤系高岭土17亿t,非煤系高岭土14.32亿t)其分布为广东3.09亿t、福建1.11亿t、江西0.77亿t、湖南0.54亿t、江苏0.37亿t,东部、西部、中部所占比例分别为25.17%、46.54%和28.27%。


    二、加工技术现状


        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%。


        国内科研院所在煤系高岭土煅烧新技术、新工艺、新设备的研究开发和技术辐射方面做出了突出贡献,推动了我国煅烧高岭土行业的发展。通过一系列国家科技攻关项目和专项资金项目的研究形成了先进的、成套的煤系高岭土加工工艺技术,通过工艺技术发展的带动研制了煤系高岭土加工过程中的关键设备,如高浓度湿法超细粉碎设备、间接加热动态煅烧纯化设备,并开发出了能在多个行业应用的系列化煅烧高岭土产品。这些技术与装备已成功的在国内进行了工程转化与应用,取得了较好效果与显著经济和社会效益。煤系高岭土加工工艺流程见图1。


        山西金洋煅烧高岭土有限公司是国内首家生产、推广超细煅烧高岭土的企业,该公司采用苏州非金属矿工业设计研究院的煅烧煤系高岭土成套加工工艺和设备,经过两次扩建,现已成为亚洲最大的高档煅烧高岭土生产基地。截至2004年底,该公司累计完成投资额2亿元,年生产高档煅烧高岭土5万t,销售收入1.4亿元。经过多年的技术研发和市场开拓,公司相继开发出用于造纸、涂料、油漆、橡胶及生物化学等5大系列10余种产品。“金洋”牌高岭土以高品质和适应性在国内外享有盛誉,销售网络遍及全国,并出口日本、东南亚、澳洲和欧洲市场。该公司的发展与壮大是我国煅烧高岭土工业发展与技术创新的缩影。

    三、我国高岭土生产现状


        我国以煤系高岭岩为原料工业规模的煅烧高岭土生产起步于20世纪90年代,而白度大于90%、细度-2μm成分的含量大于90%的双90产品的规模化生产在1998年前后才开始,2001年我国煅烧高岭土产量达到13万t,经过十几年的努力,我国煅烧高岭土工业已经初具规模。目前,中国生产煅烧高岭土的企业有近45家,总生产能力达30万t,生产企业建厂投资多的上亿元,少则200万元左右,多数厂家年产量在数百吨或几千吨,主要以生产中、低档产品为主。目前,设计能力在1万t以上的企业有12家,在建和扩建的万吨级企业有9家,主要分布在山西、内蒙、陕西、河南、山东、安徽等省。生产高档煅烧土的有山西金洋、内蒙古三保;生产中档高岭土的有代县喜迪、阳泉精锐、郑州金源;生产低档煅烧土的有大同银河、河南巩义等。我国部分高岭土企业产能及产品品种见表1。

    四、消费市场现状


    1.主要消费市场

        煅烧高岭土的主要消费市场是涂料、造纸、橡胶和塑料陶瓷等,其中油漆和涂料是我国优质煅烧高岭土最主要的应用领域,分别占国内超细高白度优质高岭土消费量的60%和30%左右。2003年国内煅烧高岭土在油漆、造纸、橡胶、塑料中的消费量为20万t,其中油漆、涂料消费量是10万t,涂布纸等消费量是6万t,橡胶、电瓷、塑料4万t。


    2.国内市场价格

        国内市场高岭土原矿每吨销售价60~120元;产品价格方面,电陶产品300~900元/t,造纸产品450~2000元/t,涂料800~2600元/t,一般煅烧土1000~2500元/t,1250目煅烧土2000~3000元/t,双90煅烧土3000~5000元/t。山西金洋高岭土公司生产的双90煅烧土价格为4000元/t左右。


    3.目标市场

        煅烧高岭土因其独特的物理性能在造纸、橡胶、电缆、塑料、医药中的应用效果非常好,现在这部分市场主要由进口煅烧高岭土占据,国产煅烧土也有部分在电缆行业得到了应用。煅烧高岭土的主要应用方向如图2。

        随着科技的发展,煤系高岭土正被开发出越来越多的作用。当今世界年产40余万t催化裂化催化剂,几乎全是加入以高岭土为主要组分的“半合成”催化剂。用废碱和劣质高岭土合成4A分子筛,该方法既节省了原料成本,又减少了污染,在环保和经济效益方面都有十分重要的意义。有机改性的高岭土,其比表面积增大,对污染物的吸附、迁移和降解有良好效果,目前国内有机改性高岭土的开发利用还处于起步阶段,有机改性高岭土作为选择吸附剂具有相当大的工业应用前景。


    4.国内主要应用领域对优质煅烧高岭土的需求预测

        随着我国经济和工业的迅速发展,对优质煅烧高岭土的市场需求也将迅速增长,预计到2010年,我国煅烧高岭土产品需求量将达到92万t。表2列出了2010年我国高岭土的需求预测。

    五、我国高岭土行业展望


        目前,国家越来越重视煤系高岭土行业的发展。我国非金属矿“十五”发展规划指出以先进的技术装备和生产工艺提高资源利用率;通过矿物材料的深加工,使资源的价值得到更大发挥;要重点做好煅烧高岭土等产品的开发。我国能源节约与资源综合利用“十五”规划指出实施可持续发展战略,要求节约资源,保护环境,建立共伴生矿资源综合利用示范工程,围绕攻克高岭土超细、增白、改性等技术难点,组织一批综合利用深加工项目,对煤系共伴生资源进行深加工和利用。国家经贸委《煤矸石综合利用技术政策要点》指出煤矸石综合利用技术以巩固、推广为主,完善、开发并举。巩固已有的技术成果,推广技术成熟、经济合理、有市场前景的技术,逐步完善比较成熟的技术,研究开发新技术,积极引进国外先进技术和装备,在消化吸收的基础上努力创新,不断提高煤矸石综合利用的技术装备水平,促进煤矸石的扩大利用。2005年6月30日国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知中再次强调推进废物综合利用,要以煤矿瓦斯利用为重点,推进共伴生矿产资源的综合开发利用。以粉煤灰、煤矸石、尾矿和冶金、化工废渣及有机废水综合利用为重点,推进工业废物综合利用,把煤矸石的扩大利用作为资源综合利用的重点工作,并将煤矸石综合利用作为一项长期的技术政策加以鼓励。


    1.市场展望

    (1)造纸行业

        造纸工业是煅烧高岭土的重要用户,造纸工业的发展已成为衡量一个国家现代化水平的标志,发达国家人均年用纸90kg左右,1993年我国人均用纸9kg左右,1996年已达26kg/人,近年来我国造纸工业正以每年15%的速度递增。煅烧高岭土油墨吸收性好,遮盖率高,可部分代替昂贵的钛白粉,尤其适合高速刮刀涂布机使用,随着我国造纸业的发展、产量的扩大以及高速刮刀涂布机的引进,煅烧高岭土的用量也会逐步扩大。


    (2)中高档涂料

        随着国民经济水平的提高,人们对油漆涂料的需求量在不断增大。无论是大的涂料跨国公司,还是国内的新兴资本,都对这块市场志在必得,世界著名的立邦、ICI涂料公司对煅烧高岭土的需求正在逐步扩大,由于大公司的样板和市场竞争作用,国内的各涂料厂家已越来越多地使用煅烧高岭土。煅烧高岭土用于涂料行业可减少TiO2的用量,使涂膜具有更好的特性,可改善涂料的加工、储存和应用性能。煅烧高岭土在涂料中的用量为10%~30%,使用的煅烧高岭土以-2μm含量为主,占70%~90%,目前该行业的年用量4.5万t/a,据权威人士估计,近几年乳胶漆年产量将达80~100万t,这是煅烧高岭土的一个潜在的巨大市场。


    (3)塑料、橡胶工业

        在工程塑料、通用塑料中,煅烧高岭土的充填量为20%~40%,用作填料和补强剂;煅烧高岭土用于聚氯乙烯电缆,能改善塑料的电性能;多功能塑料棚膜也是一个很大的市场。我国橡胶行业用的高岭土用量较大,在橡胶中充填的高岭土比例从15%~20%不等,煅烧后的高岭土(包括表面改性)可替代炭黑、白炭黑,生产浅色橡胶制品、轮胎等,具有很好的市场前景,有5万~10万t的市场潜力。

    总的来说,未来的煅烧高岭土市场,虽然有碳酸钙、滑石等矿物的竞争,有可能失去一些低档产品市场,但高档煅烧土因其独特的物理性能,在国际和国内市场上仍具有很强的竞争力。


    2.技术展望

    (1) 加工工艺的创新

        制约我国煤系高岭土开发的关键是加工技术。煤系高岭土普遍含有铁、钛等着色杂质,过去的加工工艺对原料要求比较高,这使得占相当大比例的高铁、钛煤系高岭土不能得到充分应用,很大程度的浪费了资源。以苏州中材非金属工业设计研究院为代表的科研院所的科技攻关成果已经在国内多家煅烧高岭土企业中得到了应用,放宽了煅烧高岭土对原料的要求,利用劣质煤系高岭土也能制备出可以使用的煅烧高岭土产品。该工艺采用先磨后烧工艺路线,克服了普通加工工艺流程存在的产品烧不透或过烧、生产能耗高、生产成本大、产品白度低的缺陷;该工艺采用了强化气氛动态煅烧技术,解决了煤系高岭土深加工开发利用的技术关键,可确保煅烧产品的白度大于90%,且产品不返黄;同时该工艺采用综合除杂提纯技术,扩大了煤系高岭土原矿的适用范围,使一些含铁钛杂质高(0.5%~5%的Fe2O3,0~2.0%的TiO2)的煤系高岭土原矿经该工艺技术深加工后,也能生产出高档煅烧煤系高岭土产品。预计在今后数年内,国内煅烧高岭土企业将大量采用该工艺方案,会大大提高我国煤系高岭土的可利用率,促进煅烧高岭土产业的发展。


    (2)关键设备的改进

        国内煤系高岭土的加工设备很大程度制约了煅烧高岭土的发展。目前,我国生产优质煅烧高岭土的煅烧设备主要依靠进口,进口一台年产10 000t煅烧高岭土的回转窑需要约1500万元,对相当多的企业来说是笔不小的投资,因此,先进的煅烧设备国产化成为非金属矿深加工领域急需解决的问题。苏州中材非金属矿工业设计研究院的科研院所研制的间接加热动态煅烧纯化窑等装备,采用具有自主知识产权的专有技术,已经在10余家煅烧高岭土企业中成功应用,生产出双90产品,该煅烧窑具有自动化程度高、生产能力大、单位产品能耗低、白度指标稳定的特点,很好地解决了煅烧设备依靠进口、投资过大的问题,促进了煅烧高岭土的发展。目前国内正在对该煅烧窑进行技术改进,通过改进可使每吨双90煅烧高岭土产品的投资成本减小25%,每吨产品的生产成本直接减少10%。另外,国内研制的BP-300、BP-500型磨剥机采用大容量、高浓度的高效磨剥方式,提高了超细粉碎的效率,增大了处理能力,也在一定程度上减小了设备的投资,该院作为我国非金属矿行业工程转化的基地,具备了完善而先进的煤系高岭土加工技术和设备制造技术。在今后5年内,通过对煅烧设备的研制和工程转化,使所有加工设备全部国产化,形成成熟的、成套的、国产化的煅烧高岭土加工技术和设备,极大程度地降低了投资成本,促进了煅烧高岭土行业的发展。


    (3)煅烧高岭土系列产品的研发

        经过十几年的发展,国内煅烧高岭土工业已经开发出能够广泛应用于涂料、油漆、造纸、橡胶等工业领域的多种高岭土产品,但深加工程度还不够。开发出更多的煅烧煤系高岭土产品,使产品系列化,扩大应用面,仍是未来煅烧高岭土研究单位和企业技术创新所要解决的重要问题。



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    哎...今天够累的,签到来了6...
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