阅读说明：本技术 一种煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统 (System for preparing multistage calcined kaolin by suspension calcination of coal-series kaolin ) 是由 袁帅 李艳军 谢瑞琦 韩跃新 高鹏 于 2020-07-29 设计创作，主要内容包括：一种煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统,破碎机、磨机、给料仓和螺旋给料器依次相配合,螺旋给料器与悬浮脱水煅烧炉进料口相配合；悬浮脱水煅烧炉、第一旋风分离器、悬浮脱羟煅烧炉、第二旋风分离器、悬浮脱碳煅烧炉和第三旋风分离器的进料口连通,第三旋风分离器的出料口与冷却器连通；冷却器底部与一级旋风分级器的进料口连通,一级旋风分级器、二级旋风分级器和三级旋风分级器串联连通。本发明系统及方法可以精准控制产品质量,具有环境友好,能耗低,传热传质效率高,处理成本低,经济性好,易实现大型工业化应用等优点。(A system for preparing multi-stage calcined kaolin by suspension calcination of coal series kaolin is characterized in that a crusher, a mill, a feeding bin and a screw feeder are sequentially matched, and the screw feeder is matched with a feeding port of a suspension dehydration calciner; the suspended dehydration calciner, the first cyclone separator, the suspended dehydroxylation calciner, the second cyclone separator, the suspended decarburization calciner and a feed inlet of a third cyclone separator are communicated, and a discharge outlet of the third cyclone separator is communicated with a cooler; the bottom of the cooler is communicated with a feed inlet of the first-stage cyclone classifier, and the first-stage cyclone classifier, the second-stage cyclone classifier and the third-stage cyclone classifier are communicated in series. The system and the method can accurately control the product quality, and have the advantages of environmental friendliness, low energy consumption, high heat and mass transfer efficiency, low treatment cost, good economy, easy realization of large-scale industrial application and the like.)

一种煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统

技术领域

本发明属于矿物加工技术领域，特别涉及一种煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统。

背景技术

高岭土被广泛的应用于陶瓷、造纸、涂料、塑料、橡胶、建材等行业，是重要的工业基础原料。煤系高岭土中的高岭土含量可高达95％以上，是一种优质的高岭土资源；目前煤系高岭土煅烧产品主要存在的问题是产品均一性差，存在部分“过烧”和部分“欠烧”，且白度较低，所生产的煅烧高岭土产品质量很难满足高档涂料级产品的要求；因此，高效脱除煤系高岭土中水分、有机物，生产性质均一且能满足不同需求的煅烧高岭土产品具有重要的战略意义。

专利CN201621155004.8公开一种处理煤系高岭土的矿物粉体螺旋煅烧炉，提出粉体在螺旋输送机输送中为内壳敷设的电能辐射管加热并利用原料自身含碳燃烧放热，在由耐高温螺旋输送机构成的“螺旋煅烧炉”内完成“自热煅烧”；该装置较传统回转窑其筒体转速更高，传热速率更快，但仍然存在物料受热不均，产品均一性差等问题。专利CN200610153358.3公开一种煤系高岭土的流态化瞬间煅烧工艺，包括烟气发生系统、下料系统、流态化煅烧系统、气固分离装置和后续煅烧系统，首先通过流态化煅烧系快速除去煤系高岭土中的部分水和有机质，然后将经过快速煅烧的产品再进行后续煅烧；该方法较传统煅烧缩短了煅烧时间，但后续煅烧工艺采用的是回转窑，存在处理能力低，产品质量均匀性差，生产效率和热利用效率低的问题。

发明内容

针对现有煤系高岭土煅烧产品均一性差，不能同时生产满足不同需求的产品，以及现有工艺处理能力低、热利用率低、能耗高等现状，本发明提供一种煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统。

本发明的煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统包括破碎机1、磨机2、给料仓4、螺旋给料器6、悬浮脱水煅烧炉7、第一旋风分离器8、悬浮脱羟煅烧炉9、第二旋风分离器10、悬浮脱碳煅烧炉11、第三旋风分离器12、冷却器13、一级旋风分级器14、二级旋风分级器15和三级旋风分级器16；破碎机1的出料口与磨机2的进料口相对，磨机2的出料口与第一送料皮带3相对，第一送料皮带3的出料端与给料仓4相配合；给料仓4的放料口与第二送料皮带5相对，第二送料皮带5与螺旋给料器6的进料端相配合，螺旋给料器6的出料端与悬浮脱水煅烧炉7顶部的进料口相配合；悬浮脱水煅烧炉7的底部设有第一燃烧器23与煤气气源连通，并设有进气口与空气气源连通，悬浮脱水煅烧炉7的上部设有出料口与第一旋风分离器8的进料口连通；第一旋风分离器8的出料口通过管道与悬浮脱羟煅烧炉9顶部的进料口连通，悬浮脱羟煅烧炉9的底部设有第二燃烧器24与煤气气源连通，并设有进气口与空气气源连通，悬浮脱羟煅烧炉9上部的出料口与第二旋风分离器10的进料口连通；第二旋风分离器10的出料口与悬浮脱碳煅烧炉11顶部的进料口连通；悬浮脱碳煅烧炉11底部设有第三燃烧器25与煤气气源连通，并设有进气口同时与空气气源和氮气气源连通；悬浮脱碳煅烧炉11上部的出料口与第三旋风分离器12的进料口连通，第三旋风分离器12的出料口与冷却器13顶部的进料口连通；冷却器13下部设有进气口与空压机22连通，冷却器13底部的出料口与一级旋风分级器14顶部的进料口连通，一级旋风分级器14、二级旋风分级器15和三级旋风分级器16串联连通；冷却器13的上部设有出气口。

上述系统中，第一旋风分离器8的出气口与除尘装置20的进气口连通，除尘装置20的出气口与烟囱21连通。

上述系统中，第二旋风分离器10的出气口与除尘装置20的进气口连通。

上述系统中，第三旋风分离器12的出气口与除尘装置20的进气口连通。

上述系统中，冷却器13的出气口通过管道与悬浮脱羟煅烧炉9的进气口连通。

上述系统中，一级旋风分级器14上部的出料口与二级旋风分级器15顶部的进料口连通，二级旋风分级器15上部的出料口与三级旋风分级器16顶部的进料口连通，三级旋风分级器16上部的出料口与除尘装置20的进气口连通。

上述系统中，一级旋风分级器14、二级旋风分级器15和三级旋风分级器16底部的放料口分别与一级产品槽17、二级产品槽18和三级产品槽19相对。

上述系统中，悬浮脱水煅烧炉7、悬浮脱羟煅烧炉9、悬浮脱碳煅烧炉11、冷却器13和除尘装置20设有热电偶测温装置和压力传感器装置，用于测量温度和压力。

本发明的煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统的使用方法按以下步骤进行：

1、将煤系高岭土用破碎机1破碎至粒径≤15mm，然后输送到磨机2，磨矿至平均粒径0.002～0.0025mm，制成粉料；

2、将粉料通过第一送料皮带3连续输送至给料仓4，通过给料仓4的放料口放入第二送料皮带5，经第二送料皮带5连续输送到螺旋给料器6；

3、在通入煤气的条件下启动第一燃烧器23，并向悬浮脱水煅烧炉7通入空气，燃烧生成的烟气进入悬浮脱水煅烧炉7；通过螺旋给料器6连续定量向悬浮脱水煅烧炉7的进料口输送粉料；粉料在气流作用下处于悬浮状态，并被加热至200～300℃进行脱水反应，脱除粉料表面的附着水；脱水反应后形成的固体物料为脱水物料；脱水物料随同烟气从悬浮脱水煅烧炉7的出料口排出，进入第一旋风分离器8，经旋风分离后的脱水物料从第一旋风分离器8的出料口排出；

4、在通入煤气的条件下启动第二燃烧器24，并向悬浮脱羟煅烧炉9的进气口通入空气，燃烧生成的烟气进入悬浮脱羟煅烧炉9；从第一旋风分离器8排出的脱水物料进入悬浮脱羟煅烧炉9，在气流作用下处于悬浮状态，并被加热至700～900℃进行脱羟反应，使脱水物料中的高岭土变为偏高岭土，脱羟反应后形成的固体物料为脱羟物料；脱羟物料随同烟气从悬浮脱羟煅烧炉9的出料口排出，进入第二旋风分离器10，经旋风分离后的脱羟物料从第二旋风分离器10的出料口排出；

5、在通入煤气的条件下启动第三燃烧器25，并向悬浮脱碳煅烧炉11的进气口通入空气和氮气，燃烧生成的烟气进入悬浮脱碳煅烧炉11；其中空气与氮气的体积流量比为1:(1～2)；从第二旋风分离器10排出的脱羟物料进入悬浮脱碳煅烧炉11，在气流作用下处于悬浮状态，并被加热至850～950℃进行脱碳反应，脱碳反应后形成的固体物料作为脱碳物料；脱碳物料随同烟气从悬浮脱碳煅烧炉11的出料口排出，进入第三旋风分离器12，经旋风分离后的脱碳物料从第三旋风分离器12的出料口排出；

6、从第三旋风分离器12排出的脱碳物料放入冷却器13，同时通过空压机22向冷却器13内吹入空气，脱碳物料与空气逆流换热；当脱碳物料温度降至150～250℃时，形成冷却物料从冷却器13的出料口排出；

7、冷却物料从冷却器13排出后放入一级旋风分级器14，经一次旋风分级生成的一次粗料从一级旋风分级器14的放料口排出，作为一级煅烧高岭土；一次旋风分级生成的一次细料通入二级旋风分级器15，经二次旋风分级生成的二次粗料从二级旋风分级器15的放料口排出，作为二级煅烧高岭土；二次旋风分级生成的二次细料通入三级旋风分级器16，经三次旋风分级生成的三次粗料从三级旋风分级器16的放料口排出，作为三级煅烧高岭土。

上述的步骤3中，粉料在悬浮脱水煅烧炉7内的停留时间2～10min。

上述的步骤4中，脱水物料在悬浮脱羟煅烧炉9内的停留时间10～30min。

上述的步骤4中，脱羟反应时发生的高岭土转化的反应式为：

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O→Al₂O₃·2SiO₂+H₂O。

上述的步骤5中，脱羟物料在悬浮脱碳煅烧炉11内的停留时间40～90min。

上述的步骤5中，脱碳反应时的主要反应式为：

4(CH)_n+5n O₂→4nCO₂+2nH₂O、

C+O₂→CO₂和

4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂。

上述的步骤3中，第一旋风分离器8分离出的气体进入除尘装置20，经除尘装置20除尘后的气体从烟囱21排出。

上述的步骤4中，第二旋风分离器10分离出的气体进入除尘装置20。

上述的步骤5中，第三旋风分离器12分离出的气体进入除尘装置20。

上述的步骤6中，脱碳物料与空气逆流换热后，经过换热的热空气温度600～700℃，通入悬浮脱羟煅烧炉9的进气口。

上述的步骤7中，一级煅烧高岭土、二级煅烧高岭土和三级煅烧高岭土分别放入一级产品槽17、二级产品槽18和三级产品槽19。

上述的步骤7中，一级煅烧高岭土的白度85～90％，二级煅烧高岭土的白度88～92％，三级煅烧高岭土的白度90～95％。

上述的步骤7中，一级煅烧高岭土的粒径≥0.0025mm，二级煅烧高岭土的粒径≥0.002mm且＜0.0025mm，三级煅烧高岭土的粒径＜0.002mm。

上述的步骤7中，三次旋风分级生成的三次细料为含尘烟气，通过管道通入除尘装置20。

与当前煤系高岭土煅烧工艺相比，本发明系统及方法可以精准控制产品质量，可同时生产满足不同需求的高岭土产品，解决了目前工艺存在产品质量均一性差，整体白度偏低的问题，可满足不同生产需求；此外，具有环境友好，能耗低，传热传质效率高，处理成本低，经济性好，易实现大型工业化应用等优点。

附图说明

图1为本发明实施例中的煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统结构示意图；

图中，1、破碎机，2、磨机，3、第一送料皮带，4、给料仓，5、第二送料皮带，6、螺旋给料器，7、悬浮脱水煅烧炉，8、第一旋风分离器，9、悬浮脱羟煅烧炉，10、第二旋风分离器，11、悬浮脱碳煅烧炉，12、第三旋风分离器，13，冷却器，14、一级旋风分级器，15、二级旋风分级器，16、三级旋风分级器，17、一级产品槽，18、二级产品槽，19、三级产品，20、除尘装置，21、烟囱，22、空压机，23、第一燃烧器，24、第二燃烧器，25、第三燃烧器。

具体实施方式

本发明实施例中的除尘装置为市购静电除尘装置。

本发明实施例中的破碎机为颚式破碎机。

本发明实施例中的磨机为高压辊磨机。

本发明实施例中的煤系高岭土按质量百分比含SiO₂ 42～46％，Al₂O₃ 36～39％，Fe₂O₃ 0.15～0.3％，CaO 0.2～0.6％，TiO₂ 0.1～0.4％，MgO 0.1～0.5％，K₂O 0.2～0.4％，Na₂O 0.1～0.35％，C 0.9～1.6％。

本发明实施例中粉料的粒径≤0.038mm。

实施例1

煤系高岭土悬浮煅烧制备多级煅烧高岭土的系统结构如图1所示，包括破碎机1、磨机2、给料仓4、螺旋给料器6、悬浮脱水煅烧炉7、第一旋风分离器8、悬浮脱羟煅烧炉9、第二旋风分离器10、悬浮脱碳煅烧炉11、第三旋风分离器12、冷却器13、一级旋风分级器14、二级旋风分级器15和三级旋风分级器16；

破碎机1的出料口与磨机2的进料口相对，磨机2的出料口与第一送料皮带3相对，第一送料皮带3的出料端与给料仓4相配合；给料仓4的放料口与第二送料皮带5相对，第二送料皮带5与螺旋给料器6的进料端相配合，螺旋给料器6的出料端与悬浮脱水煅烧炉7顶部的进料口相配合；

悬浮脱水煅烧炉7的底部设有第一燃烧器23与煤气气源连通，并设有进气口与空气气源连通，悬浮脱水煅烧炉7的上部设有出料口与第一旋风分离器8的进料口连通；第一旋风分离器8的出料口通过管道与悬浮脱羟煅烧炉9顶部的进料口连通，悬浮脱羟煅烧炉9的底部设有第二燃烧器24与煤气气源连通，并设有进气口与空气气源连通，悬浮脱羟煅烧炉9上部的出料口与第二旋风分离器10的进料口连通；第二旋风分离器10的出料口与悬浮脱碳煅烧炉11顶部的进料口连通；

悬浮脱碳煅烧炉11底部设有第三燃烧器25与煤气气源连通，并设有进气口同时与空气气源和氮气气源连通；悬浮脱碳煅烧炉11上部的出料口与第三旋风分离器12的进料口连通，第三旋风分离器12的出料口与冷却器13顶部的进料口连通；冷却器13下部设有进气口与空压机22连通，冷却器13底部的出料口与一级旋风分级器14顶部的进料口连通，一级旋风分级器14、二级旋风分级器15和三级旋风分级器16串联连通；冷却器13的上部设有出气口；

第一旋风分离器8的出气口与除尘装置20的进气口连通，除尘装置20的出气口与烟囱21连通；

第二旋风分离器10的出气口与除尘装置20的进气口连通；

第三旋风分离器12的出气口与除尘装置20的进气口连通；

冷却器13的出气口通过管道与悬浮脱羟煅烧炉9的进气口连通；

一级旋风分级器14上部的出料口与二级旋风分级器15顶部的进料口连通，二级旋风分级器15上部的出料口与三级旋风分级器16顶部的进料口连通，三级旋风分级器16上部的出料口与除尘装置20的进气口连通；

一级旋风分级器14、二级旋风分级器15和三级旋风分级器16底部的放料口分别与一级产品槽17、二级产品槽18和三级产品槽19相对；

使用方法按以下步骤进行：

煤系高岭土按质量百分比含SiO₂ 45.77％，Al₂O₃ 37.52％，Fe₂O₃ 0.27％，CaO0.21％，TiO₂ 0.32％，MgO 0.41％，K₂O 0.21％，Na₂O 0.28％，C 0.92％；将煤系高岭土用破碎机1破碎至粒径≤15mm，然后输送到磨机2，磨矿至平均粒径0.002mm，制成粉料；

将粉料通过第一送料皮带3连续输送至给料仓4，通过给料仓4的放料口放入第二送料皮带5，经第二送料皮带5连续输送到螺旋给料器6；

在通入煤气的条件下启动第一燃烧器23，并向悬浮脱水煅烧炉7通入空气，燃烧生成的烟气进入悬浮脱水煅烧炉7；通过螺旋给料器6连续定量向悬浮脱水煅烧炉7的进料口输送粉料；粉料在气流作用下处于悬浮状态，并被加热至200℃进行脱水反应，脱除粉料表面的附着水；脱水反应后形成的固体物料为脱水物料；脱水物料随同烟气从悬浮脱水煅烧炉7的出料口排出，进入第一旋风分离器8，经旋风分离后的脱水物料从第一旋风分离器8的出料口排出；粉料在悬浮脱水煅烧炉7内的停留时间10min；第一旋风分离器8分离出的气体进入除尘装置20，经除尘装置20除尘后的气体从烟囱21排出；

在通入煤气的条件下启动第二燃烧器24，并向悬浮脱羟煅烧炉9的进气口通入空气，燃烧生成的烟气进入悬浮脱羟煅烧炉9；从第一旋风分离器8排出的脱水物料进入悬浮脱羟煅烧炉9，在气流作用下处于悬浮状态，并被加热至700℃进行脱羟反应，使脱水物料中的高岭土变为偏高岭土，脱羟反应后形成的固体物料为脱羟物料；脱羟物料随同烟气从悬浮脱羟煅烧炉9的出料口排出，进入第二旋风分离器10，经旋风分离后的脱羟物料从第二旋风分离器10的出料口排出；脱水物料在悬浮脱羟煅烧炉9内的停留时间30min；第二旋风分离器10分离出的气体进入除尘装置20；

在通入煤气的条件下启动第三燃烧器25，并向悬浮脱碳煅烧炉11的进气口通入空气和氮气，燃烧生成的烟气进入悬浮脱碳煅烧炉11；其中空气与氮气的体积流量比为1:1；从第二旋风分离器10排出的脱羟物料进入悬浮脱碳煅烧炉11，在气流作用下处于悬浮状态，并被加热至850℃进行脱碳反应，脱碳反应后形成的固体物料作为脱碳物料；脱碳物料随同烟气从悬浮脱碳煅烧炉11的出料口排出，进入第三旋风分离器12，经旋风分离后的脱碳物料从第三旋风分离器12的出料口排出；脱羟物料在悬浮脱碳煅烧炉11内的停留时间90min；第三旋风分离器12分离出的气体进入除尘装置20；

从第三旋风分离器12排出的脱碳物料放入冷却器13，同时通过空压机22向冷却器13内吹入空气，脱碳物料与空气逆流换热；当脱碳物料温度降至150℃时，形成冷却物料从冷却器13的出料口排出；脱碳物料与空气逆流换热后，经过换热的热空气温度600℃，通入悬浮脱羟煅烧炉9的进气口；

冷却物料从冷却器13排出后放入一级旋风分级器14，经一次旋风分级生成的一次粗料从一级旋风分级器14的放料口排出，作为一级煅烧高岭土；一次旋风分级生成的一次细料通入二级旋风分级器15，经二次旋风分级生成的二次粗料从二级旋风分级器15的放料口排出，作为二级煅烧高岭土；二次旋风分级生成的二次细料通入三级旋风分级器16，经三次旋风分级生成的三次粗料从三级旋风分级器16的放料口排出，作为三级煅烧高岭土；三次旋风分级生成的三次细料为含尘烟气，通过管道通入除尘装置20；一级煅烧高岭土、二级煅烧高岭土和三级煅烧高岭土分别放入一级产品槽17、二级产品槽18和三级产品槽19；

一级煅烧高岭土的白度85％，二级煅烧高岭土的白度88％，三级煅烧高岭土的白度90％；

一级煅烧高岭土的粒径≥0.0025mm，二级煅烧高岭土的粒径≥0.002mm且＜0.0025mm，三级煅烧高岭土的粒径＜0.002mm。

实施例2

系统结构同实施例1；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)煤系高岭土按质量百分比含SiO₂ 42.45％，Al₂O₃ 36.29％，Fe₂O₃ 0.15％，CaO0.239％，TiO₂ 0.17％，MgO 0.18％，K₂O 0.34％，Na₂O 0.34％，C 1.53％；粉料平均粒径0.0022mm；

(2)250℃进行脱水反应；粉料在悬浮脱水煅烧炉7内的停留时间6min；

(3)800℃进行脱羟反应；脱水物料在悬浮脱羟煅烧炉9内的停留时间20min；

(4)900℃进行脱碳反应；脱羟物料在悬浮脱碳煅烧炉11内的停留时间60min；空气与氮气的体积流量比为1:1.5；

(5)脱碳物料温度降至200℃形成冷却物料；脱碳物料与空气逆流换热后，经过换热的热空气温度660℃；

(6)一级煅烧高岭土的白度87％，二级煅烧高岭土的白度91％，三级煅烧高岭土的白度94％。

实施例3

系统结构同实施例1；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)煤系高岭土按质量百分比含SiO₂ 43.82％，Al₂O₃ 38.83％，Fe₂O₃ 0.21％，CaO0.52％，TiO₂ 0.26％，MgO 0.33％，K₂O 0.4％，Na₂O 0.13％，C 1.26％；粉料平均粒径0.0025mm；

(2)300℃进行脱水反应；粉料在悬浮脱水煅烧炉7内的停留时间2min；

(3)900℃进行脱羟反应；脱水物料在悬浮脱羟煅烧炉9内的停留时间10min；

(4)950℃进行脱碳反应；脱羟物料在悬浮脱碳煅烧炉11内的停留时间40min；空气与氮气的体积流量比为1:2；

(5)脱碳物料温度降至250℃形成冷却物料；脱碳物料与空气逆流换热后，经过换热的热空气温度700℃；

(6)一级煅烧高岭土的白度90％，二级煅烧高岭土的白度92％，三级煅烧高岭土的白度95％。