[发明专利]一种成品颜色可控的高岭土煅烧冷却系统及方法

说明书

本发明公开了一种成品颜色可控的高岭土煅烧冷却系统及方法，包括悬浮预热系统、煅烧炉系统、第一冷却系统和第二冷却系统，煅烧炉系统包括预热炉和改性炉，预热炉顶部出口与改性炉底部入口连接，预热炉和改性炉内为还原区；悬浮预热系统最下一级旋风预热器出气口与倒数第二级旋风预热器进口之间的氧化炉内为氧化区；最下一级旋风预热器出料口与第一冷却系统物料入口连接，第一冷却系统物料入口或物料入口的连接管道处设有燃料喷射装置，第一冷却系统内为局部还原气氛，用于将物料冷却至200‑350℃；第一冷却系统与第二冷却系统连接。本发明可生产出满足颜色控制要求的偏高岭土，解决了制备系统能耗高、处理能力小、产品质量较难控制等问题。

技术领域

本发明涉及高岭土技术领域，特别是涉及一种成品颜色可控的高岭土煅烧冷却系统及方法。

背景技术

我国是高岭土资源第一大国，高岭土以高岭石为主要矿物，伴生石英、伊利石、针铁矿、水铝石、方解石等其他少量矿物。高岭土(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O，AS₂H₂)在适当的温度下(600～900℃)经脱水可生成偏高岭土(metakaolin，简称MK)。高岭土属于层状硅酸盐结构，层与层之间由范德华键结合，OH-离子在其中结合得较牢固。高岭土在空气中受热时，会发生几次结构变化，加热到大约600℃时，高岭土的层状结构因脱水而破坏，形成结晶度很差的过渡相——偏高岭土。由于偏高岭土的分子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，在适当激发下具有胶凝性。偏高岭土是一种高活性的人工火山灰材料，可与Ca(OH)₂(简称CH)和水发生火山灰反应，生成与水泥类似的水化产物。

利用这一特点，偏高岭土在用作水泥的掺合料时，与水泥水化过程中产生的CH反应，可改善水泥的某些性能。由于偏高岭土的制备成本低于熟料的制备成本，偏高岭土制备过程中的CO₂排放量也低于熟料制备过程中的CO₂排放量，加上原材料高岭土来源非常广泛，在混凝土和水泥工业积极推进碳减排的背景下，在混凝土和水泥工业中使用偏高岭土大掺量代替熟料显得格外有吸引力。此外，偏高岭土还具有密度小、比表面积大、吸油率大等物理性能，除应用于混凝土和水泥添加剂，还可替代颜料、塑料与橡胶充填剂、吸附剂和4A分子筛等，可以用于陶瓷、造纸、橡胶、涂料、石化等行业作为原料或填料，广泛的用途使其具有更高的经济附加值。

煅烧温度、煅烧气氛、停留时间和成品冷却是偏高岭土制备过程中必须严格控制的工艺参数，上述参数将决定偏高岭土成品的质量和颜色。煅烧含铁量高的高岭土往往会导致生成的偏高岭土呈红色或粉红色，而呈红色或粉红色的混凝土或水泥往往会被误认为是劣质材料，这极大影响了偏高岭土在混凝土和水泥工业的大规模使用。从原理上分析，赤铁矿(Fe₂O₃)呈红褐色，磁铁矿(Fe₃O₄)和方铁矿(FeO)呈灰黑色，因此含铁偏高岭土成品的颜色主要取决于成品中铁相的存在形式，降低偏高岭土成品中赤铁矿的含量可以有效改变偏高岭土成品的颜色。基于上述分析，在偏高岭土制备过程中创造还原气氛将Fe³⁺还原为Fe²⁺是降低偏高岭土成品中赤铁矿的含量进而制备满足混凝土和水泥工业所要求的偏高岭土的有效手段。

目前，现有的偏高岭土制备方式主要包括固定床式、半固定床式和流化床式等。其中，采用回转窑煅烧高岭土制备偏高岭土是普遍采用的方法，但是采用回转窑煅烧高岭土时，往往存在系统热耗高、处理能力小、产品颜色和质量较难控制等问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种成品颜色可控的高岭土煅烧冷却系统及方法，该系统及方法充分考虑混凝土和水泥行业对偏高岭土成品颜色的控制要求，可生产出满足颜色控制要求的偏高岭土，同时解决了偏高岭土制备系统能耗高、处理能力小、产品质量较难控制等问题。