寧夏煤系高嶺巖的化學(xué)成分及硅酸鋁纖維的試驗(yàn)研究

寧夏煤系高嶺巖的化學(xué)成分及硅酸鋁纖維的試驗(yàn)研究

高嶺巖（高爾基藍(lán)石）是與煤系地層共生的富有資源。寧夏煤炭工業(yè)是自治區(qū)能源工業(yè)的主體,現(xiàn)已建成石嘴山、石炭井和靈武3個(gè)礦務(wù)局,伴隨著煤炭的開(kāi)采,大量煤矸石被當(dāng)做工業(yè)廢棄物堆積如山,所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重,開(kāi)發(fā)煤系高嶺巖具有重要意義。1煤系高嶺巖的組成及成分寧夏的煤系高嶺巖多集中在石嘴山市,主要分布在石嘴山、烏蘭礦、清水溝、何家圈等地。賦存于中石炭統(tǒng)羊虎溝組、上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組的煤系地層中,與煤層平行并構(gòu)成煤的頂、底板或夾層,厚度50～200cm,多為黑色、灰黑色、褐黑色、深灰色,致密塊狀,較堅(jiān)硬,在水中不膨脹、不松散。煤系高嶺巖中的礦物成分簡(jiǎn)單,主要礦物為高嶺石,其含量為80%～90%。電子顯微鏡及X光粉晶衍射分析表明,高嶺石的結(jié)晶程度良好?；瘜W(xué)成分因地層而異,有機(jī)質(zhì)含量普遍較高。通過(guò)工作,初步查明烏蘭礦5號(hào)煤層的夾矸質(zhì)量好,有用礦物高嶺石含量高,有害雜質(zhì)鐵、鈦含量低。寧夏和山西、內(nèi)蒙部分產(chǎn)地的煤系高嶺巖的化學(xué)成分對(duì)比如表1。2應(yīng)用測(cè)試目前,石嘴山地區(qū)的煤系高嶺巖主要供陶瓷廠、耐火材料廠和水泥廠使用。2.1粉磨和煅燒一體化寧夏建材研究所選用石嘴山的低鐵煤系高嶺巖及銀川套門(mén)溝的灰?guī)r、中工甘塘的石膏作原料。將各原料分別用瓷球機(jī)粉磨至120目,然后按一定比例混合,加壓成型后烘干。用RJX—8—B位式電阻爐煅燒,額定溫度為1350℃。最后將熟料再次進(jìn)行粉磨,細(xì)度過(guò)120目篩。試驗(yàn)表明:用低鐵煤系高嶺巖可以生產(chǎn)出強(qiáng)度在325#以上、白度為80度的硫鋁酸鹽型白水泥。2.2化學(xué)成分的測(cè)試?yán)脼跆m礦3號(hào)煤層中的夾矸燒成熟料后,在陜西戶(hù)縣耐火纖維廠進(jìn)行了制造纖維的小樣試驗(yàn)所制纖維的長(zhǎng)度為1～20mm,直徑6～13μm,其化學(xué)成分(%)為:Al2O343.81,Al2O3+SiO296.78,Fe2O30.5,CaO+MgO0.60,K2O+Na2O0.24,纖維的回收率可達(dá)80%以上。從以上測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看,所制纖維可以達(dá)到甲級(jí)硅酸鋁纖維的要求。2.3砂粉與石英砂粉的精鑄試驗(yàn)西安礦業(yè)學(xué)院曾將烏蘭礦的煤系高嶺巖經(jīng)1300℃高溫煅燒后,使高嶺石成為莫來(lái)石相。用煅燒后的高嶺石砂粉做精鑄試驗(yàn)。試驗(yàn)是在西安華山機(jī)械廠精鑄車(chē)間進(jìn)行,采用該廠精鑄的原工藝流程。試驗(yàn)結(jié)果表明,該砂粉在許多性能上優(yōu)于石英砂粉。其優(yōu)點(diǎn)是型殼強(qiáng)度高無(wú)裂紋涂掛性和流動(dòng)性好于石英砂粉;鑄件表面光潔度好;型殼的潰散性比較好,易清砂。(1)2.4煤系高嶺巖的晶體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)出率用烏蘭礦5號(hào)煤層頂部的夾矸為原料,用以下流程(圖1)制成了4A分子篩。其主要特征為:晶體形狀為粉狀、晶粒狀。晶化時(shí)間3～5h。沉淀一周后冒氣泡。產(chǎn)品的產(chǎn)出率為:1kg的煤系高嶺巖可產(chǎn)1.25～1.30kg的4A分子篩。在合成4A分子篩的過(guò)程中,不產(chǎn)生廢渣,不污染環(huán)境,堿溶液可以反復(fù)使用。2.5白炭黑的質(zhì)量用賀蘭山地區(qū)的煤系高嶺巖作原料,經(jīng)一系列必要工序(圖2),同時(shí)制得氧化鋁和白炭黑。氧化鋁的質(zhì)量如下:Al2O3>98.5%,SiO20.075%,Fe2O30.018%,Na2O+K2O0.15%,灼減0.43%;白炭黑的質(zhì)量如下:SiO2(干基計(jì))95.88%,水分(吸附水)4.66%,R2O30.36%,灼減3.11%,密度1.9～2.3。二者均達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。(2)需要說(shuō)明的是,上述試驗(yàn)規(guī)模偏小,開(kāi)發(fā)研究程度不深。若將來(lái)投入工業(yè)化生產(chǎn),還須進(jìn)一步做工業(yè)性試驗(yàn)。3產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分由煤系高嶺巖加工生產(chǎn)的煅燒高嶺土已成為重要的工業(yè)礦物原料由于它比普通高嶺土白度高密度小,比表面積大,吸油性與遮蓋性良好,絕緣性和熱穩(wěn)定性較高等,因而用途廣泛。目前應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域有:造紙、油漆、涂料、橡膠、塑料、陶瓷、耐火材料、石化、水泥、紡織、環(huán)保、日用品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等。其中,國(guó)內(nèi)用量最大的主要是在油漆、涂料、橡膠、塑料等工業(yè)部門(mén)。煅燒高嶺土在國(guó)外的造紙業(yè)中用量最大,并取得了很好的應(yīng)用效果。據(jù)我國(guó)造紙工業(yè)“九五”計(jì)劃和2010年發(fā)展規(guī)劃要點(diǎn),1996～2010年期間,將大力調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),重點(diǎn)發(fā)展高檔膠印新聞紙、高檔膠印書(shū)刊紙、輕量涂布紙、涂布白板紙等短線產(chǎn)品。2000年計(jì)劃新聞紙產(chǎn)量110萬(wàn)t,年平均增長(zhǎng)率7.4%;膠印書(shū)刊紙110萬(wàn)t,年平均增長(zhǎng)率8.5%;銅板紙70萬(wàn)t,年平均增長(zhǎng)率22.9%;涂布白板紙120萬(wàn)t,年平均校長(zhǎng)率19.2%。因此,雙90型(白度>90%,-2μm含量>90%)造紙涂料級(jí)煅燒高嶺土,是當(dāng)今最有發(fā)展前途、最能發(fā)揮優(yōu)質(zhì)煤系高嶺巖潛在價(jià)值并與國(guó)際市場(chǎng)接軌的產(chǎn)品。寧夏石嘴山市瓷器廠曾在1995年初購(gòu)置2臺(tái)咸陽(yáng)產(chǎn)CXF—S1型沖擊式超細(xì)粉碎機(jī),用烏蘭礦、海渤灣的煤系高嶺巖經(jīng)手選→粉碎→除鐵→煅燒→超細(xì)粉碎→表面處理等工藝,試產(chǎn)出400填料級(jí)和涂料級(jí)煅燒高嶺土。產(chǎn)品的化學(xué)成分及物理性能經(jīng)原中國(guó)有色金屬總公司寧夏有色金屬研究所分析,結(jié)果如表2、表3。從表中可以明顯看出,若做為造紙行業(yè)使用的涂料級(jí)產(chǎn)品,<2μm料級(jí)含量與所要求達(dá)到的指標(biāo)還相差很大。這主要是與缺少粉碎分級(jí)設(shè)備有關(guān)。因?yàn)?當(dāng)超細(xì)磨礦進(jìn)行到一定程度時(shí),新生的微細(xì)顆粒因受到磨礦激活而趨向團(tuán)聚,團(tuán)聚形成的“二次顆?！睍?huì)導(dǎo)致產(chǎn)品粗化(超細(xì)分級(jí)機(jī)便可通過(guò)對(duì)磨礦產(chǎn)物進(jìn)行分級(jí),及時(shí)分出合格產(chǎn)物)。另外,關(guān)鍵設(shè)備之一的煅燒爐用的是燒瓷的燧道窯,也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)原因。由于粉料處在一種靜態(tài)煅燒的環(huán)境,不利于均勻煅燒,難以生產(chǎn)出質(zhì)量均勻的產(chǎn)品。雖然煅燒高嶺土的生產(chǎn)最終因產(chǎn)品銷(xiāo)路不暢僅銷(xiāo)往包頭油漆廠)而停止,但該廠為本地區(qū)煤系高嶺巖的高值利用開(kāi)辟了新的途徑,積累了值得借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)。4加強(qiáng)煤系高嶺巖開(kāi)發(fā)的地質(zhì)工作超細(xì)煅燒高嶺土是一種既能滿足國(guó)內(nèi)需求又能出口創(chuàng)匯的高附加值產(chǎn)品,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。基于寧夏資源的實(shí)際情況,煤系高嶺巖的開(kāi)發(fā)利用有著長(zhǎng)遠(yuǎn)利益和現(xiàn)實(shí)意義。但在建廠前期