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1、煤系高岭土煅烧及超细化研究 331 文献综述1.1 研究背景中国是世界煤炭资源大国，在分布广、厚度大的含煤岩系中，蕴藏有大量可供顺便开采、综合利用的共伴生矿产煤系高岭土，我国的煤系高岭土估计储量在112亿吨左右，其中探明储量为56亿吨，相当于英、美国家储量的总和。煤矸石对资源造成严重浪费，对环境造成严重破坏，其综合利用和加工处理是一大难题。该项目属资源综合利用及环保重点产业，课题研究方向和研究内容与国家制定的节能降耗、可持续发展、资源综合利用政策结合紧密，采用高新技术改造传统产业，既充分利用资源、维护环境，又变废为宝，为国民经济创造新的增长点，具有积极的意义1。与非金属矿产有直接关联的产业GD
2、P值占到了国民总产值的6%7%。能源、资源型企业已被党和政府确立为重点保护、支持、持续发展的重要行业，要将资源优势、科技优势和经济优势有机的统一起来。特别是目前，全国上下都在强调节能减排的情况下，非金属矿工业面临着如何秉持可持续发展的原则，必须改变小、乱、散的现状，满足国民经济各大产业的需求。目前，中国非金属矿市场存在这样一对矛盾：国内市场原材料供大于求，同时还在向国外进口非金属矿制品。如2008年我国高岭土出口均价67.81美元/吨，进口均价210.27美元/吨，相差3.1倍2-3。非金属矿原矿必须通过加工才能加以应用，目前我国非金属矿行业大多以初加工为主，有些甚至挖掘后直接出售，对矿石的功
3、能、价值几乎完全没有进行开发，仍然处在“一流的资源，二流的产品”发展阶段，仍然“捧着金碗要饭吃”。因此，中国非金属矿行业亟须提高产品精加工能力。中国非金属矿工业的发展方向将不再是简单的矿石提供产业，而是以精细化加工为主导的矿物材料供应产业。1.2 国内外现状和技术发展趋势中国煤系高岭土资源虽以独特而丰富著称于世，以煤系高岭土为原料，工业规模化生产煅烧高岭土直到20世纪90年代才起步，而以所谓“双90”（即白度90%、细度-2m含量90%）产品为标志的优质煅烧高岭土的规模化生产更是到了1998年前后，且生产厂家不多，规模不大。到2000年，我国的煅烧高岭土产量才9万吨，其中“双90”产品仅2万吨
4、左右，与巨大的市场需求形成了强烈的反差，为满足市场消费的需求，国家不得不花大量的外汇进口，仅2000年优质高岭土（含煅烧高岭土）的进口量达18.276万吨。煅烧高岭土的主要市场是油漆涂料、造纸、橡胶和塑料制品、电缆、陶瓷等，其中油漆涂料和造纸是我国优质煅烧高岭土最主要的消费领域，分别占国内超细、高白度优质煅烧高岭土消费量的50%和40%左右。据专家预测，由于以上产业的不断发展，对优质煅烧高岭土的需求也将持续处于增长状态，到2010年优质煅烧高岭土的国内需求量将达到67万吨。2008年1-4月全国高岭土(不论是否煅烧)出口量累计380361吨，出口总值2579.17万美元，均价67.81美元/吨
5、；进口量累计108105吨，进口总值2273.13万美元，均价210.27美元/吨，进出口价格的巨大反差表明在品质上我国与国外产品还有较大差距4-5。目前，国内煤系高岭土生产线存在的问题主要表现在两个方面：一是物料的超细化，二是物料的煅烧工艺和设备。这两方面都存在生产成本高、产量低、运行稳定性差的问题。煤系硬质高岭岩的主要特点之一是矿石形成过程中受到成岩作用，矿石多是沉积岩。加工过程中需要进行破碎、粉碎、超细粉碎等一系列降低原矿块度和细度的工序。其中，粉碎至325目后，因超细煅烧高岭土产品性能的要求，需要进一步超细粉碎，将物料粒度加工到微米级或亚微米级。超细粉碎及精细分级技术是煤系共伴生矿物最
6、主要的深加工技术之一，其关键在于设备。在该领域日本、德国、美国、加拿大等国一直处于世界先进水平。我国的主要发展趋势是：A、分级粒度细、精度高、处理能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高的精细分级设备将不断得到开发的应用。B、粉碎极限粒度小、粉碎比和处理能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高、适用范围宽或者可用于低熔点、韧性、高硬度、易燃易爆等特殊物料加工的超细粉碎方法和设备将会得到不断开发和应用。C、现有的粒度检测方法和仪器将得到进一步完善，物料大小和粒度分布自动监控技术将会得到不断开发和应用。国内超细锻烧高岭土生产线煅烧高岭土生产线所使用的高温设备原来多采用间接加热回转窑，间接加热回转窑应用
7、于煤系煅烧高岭土生产也已经有10多年了，近年来国内发展的内热式回转窑成功地解决了间接加热回转窑存在的不足。产量大:单台年产量可达30000t甚至50000t,产品质量稳定且高:同等物料的前提下，产品白度较间接加热回转窑提高1%一1.5%。另外还出现了快速悬浮煅烧工艺新技术，该技术与传统的隧道窑、回转窑煅烧工艺相比的突出优点是：投资省、效率高、能耗低、产品质量好，特别是能实现大规模工业生产，因而可大幅度地提高经济效益。2007年，北京矿冶研究总院从国家发改委申请重大产业技术开发专项，用于稀相换热技术煅烧高岭土的研究、设备开发，由此我们可以认识到：生产线的规模化、设备大型化是我国锻烧高岭土生产线发
8、展的方向，随着工艺设备开发的完善，超细煅烧高岭土的质量必将上一个新的台阶6。1.3 煅烧高岭土的加工与市场分析 在约50多种具有商业价值的非金属矿产中，高岭土是很重要的矿产之一。它除了本身优良的物化性能和加工性能外，还是无毒无害物质，用途十分广泛。煤系高岭土是我国的优势非金属矿资源。我国的煤系高岭土储量大，质量好，分布广，并且大型煤矿都伴有或共生高岭土，据不完全统计，己探明储量16.73亿吨(远景储最多达100多亿吨)，占世界高岭土已探明储量的10%左右，且原矿质量好，产出率高。国外的煤系高岭土矿厚度薄(只有6cm左右，我国可达20cm以上)质量差，开采价值较小 7-8。经过最近几年的研究开发
9、与市场开拓，人们逐渐认识到煤系高岭土的价值。用煤系高岭土为原料加工的煅烧高岭土具有一系列优良性能:白度高、晶形好、孔隙率大、容重小、化学稳定性和电绝缘性好、散射力和遮盖率强、油墨吸附速度快、热稳定性能好，等等。例如，煅烧高岭土与普通高岭土相比，油墨吸附力增强了1.3倍，散射系数增加了1.8倍，还可替代60%以上的价格昂贵的超细钛白粉，因此广泛用于油漆涂料、造纸、橡胶、塑料、电缆、陶瓷、石化、环保等领域，在现代产业发展和传统产业技术进步中起重要作用9-11。而且，产品的附加值高，经济效益好，如煤系高岭土原矿一般100元/吨左右，经超细锻烧后，最高可达300-500美元/吨(离岸价)。一个年产万吨
10、的煤系高岭土企业，每年可为国家创汇350万美元以上，创利税1000万元人民币左右12。当今世界约有60多个国家和地区生产高岭土。1998年世界高岭土总产量为3980万吨，其中精选优质高岭土约2000万吨。美国、英国、乌克兰、中国、巴西、澳大利亚等是目前世界上主要的高岭土生产国。美国是全球最大的高岭土和煅烧高岭土生产国，1998年高岭土产量达945万吨，约占全世界高岭土总产量的24%，其中煅烧高岭土的产量约200万吨，占美国高岭土产量的20%左右、全世界煅烧高岭土总产量的70%以上。1998年，英国高岭土产量达235.97万吨，澳大利亚和巴西的高岭土产量分别为200万吨和130万吨，全球其它国家
11、(含中国)合计高岭土产量为2475万吨13-14。中国在产量上已成为全球三大高岭土(包括煅烧高岭土)生产国之一，1995年高岭土产量约为148万吨，1996年达到235.35万吨，1997年和1998年高岭土产量估计分别达到245和260万吨左右。虽然1996年中国高岭土的总产量突破了200万吨，1998年超过了25万吨，但所统计的产量中包含了瓷土和未经选矿或水洗加工的原土，其中水洗、精选和煅烧高岭土的产量只有65万吨左右(约占总产量的26%)。在这些经过选矿加工和煅烧的高岭土产品中，只有50%左右能满足高级纸张、高档油漆涂料、陶瓷釉料、高档橡胶和塑料制品的要求。1998年煅烧高岭土的产量为6
12、万吨左右，其中白度大于90，细度1250目以上的超细煅烧高岭土产品约2万吨，“双90(白度大于90、细度-2m含量大于90%)产品约1万吨，其余为325至500目左右的产品。1999年煅烧高岭土的产量约8万吨，其中白度大于90，细度1250目以上的超细煅烧高岭土产品约3.0万吨，“双90”产品约1.5万吨。目前中国高岭土(包括一般瓷土和煅烧高岭土)的生产能力已达到300万吨左右，其中水洗和精选高岭土的生产能力(即高岭土的选矿能力)约70万吨，煅烧高岭土的生产能力约13万吨，其中高白度和超细优质煅烧高岭土的生产能力约5万吨。煅烧高岭土生产企业主要分布在山西、内蒙、河南、陕西、山东、安徽、湖北等省
13、(自治区)。主要生产企业有山西金洋锻烧高岭土有限公司、内蒙古三保准格尔高岭土有限公司、山西阳泉金锐化工有限公司、山西代县喜迪精细化工有限公司、山西琚丰高岭土有限公司、陕西韩城矿务局高岭土厂、陕西蒲白高岭土公司、河南巩义市中龙高岭土公司等；山东兖州矿务局北宿煤矿高岭土总厂、陕西榆林高岭土厂、山东新坟坟南高岭土公司、中煤公司高碑店煅烧高岭土厂、湖北恩施金山煅烧高岭土公司、大同市银河精细化工厂、福建泰宁陶金峰高岭土有限公司等:目前正在建设或拟建的煅烧高岭土生产厂家土要有山西朔州矿业公司(1万吨)、蒙西高新材料股份有限公司(3万吨)、山西金洋缎烧高岭土有限公司(1.4万吨)、山西大同秦家化工有限公司(
14、1万吨)、吉林白城经济开发区(2万吨)、北京泰邦化工有限公司、安徽淮北金岩高岭土有限公司(1万吨)等。但是，由于工艺及设备选型不合理、能耗和生产成本偏高及产品质量不稳定等原因，部分厂家，如陕西榆林高岭土厂、中煤公司高碑店煅烧高岭土厂等基本上己停产或未能正常生产15。在国外，造纸工业是煅烧高岭土的主要用户，造纸工业消费的高岭土占高岭土消费总量的50%以上，尤其是造纸涂料级高岭土在世界范围内都处于短缺的状态。美国是高岭土最大的消费国，其高岭土产量的60%用于造纸工业（其中造纸涂料占40%，填料占20%，建材用量占20%，耐火砖及玻纤用量占16%，其他为油漆塑料，约4%；英国也有80%的高岭土产量用
15、于造纸工业。而在我国高岭土消费结构与国外差别较大，在8090万吨的消费总量中，用于生产陶瓷和耐火材料的占了80%。这两个行业的大部分生产企业就近采购高岭土原矿，直接应用，产品档次较低，而造纸工业、电缆工业和中高档涂料工业等年消耗高档煅烧高岭土约60万吨，其中国内仅能满足23万吨，不足部分依靠进口。目前，高岭土世界贸易量约为700万吨/年，其中80%用于造纸，15%用于陶瓷，其它占5%16-17。 世界高岭土主要出口国为美国、英国、巴西、中国等。英美两国高岭土出口量分别占世界贸易量的45%和30%，多年来一直控制着国际市场。出口产品主要是剥片土、煅烧土和改性土。世界高岭土主要进口国是日本、德国、
16、意大利、加拿大、芬兰和法国等，其中日本是世界最大的高岭土进口国，年进口各类高岭土180万吨，其中煅烧土30万吨，大多从美国和巴西进口，我国台湾造纸业对煅烧土也有一定的需求18。我国从1980代末以来，高岭土对外出口日益扩大，1996年出口量达到88.2万吨， 2005年出口量达到119.65万吨。我国高岭土出口对象主要是东亚国家，出口产品多为原矿，出口价仅为2030美元/吨，2005年有所提高，达到45.42美元/吨, 而我国的铜版纸用优质高岭土主要从美国、英国、巴西、捷克进口，进口量逐年增长，从1999年的10.5万吨，到2005年增加到41.89万吨，平均价格达到209.06美元/吨，而高档煅烧高岭土的价格更会达到400美元/吨。国内市场价格：涂料用煅烧高岭土销售价3000元/吨以上，一般煅烧土10002500元/吨，双90煅
