第46卷第5期2023年9月煤炭转化COALCONVERSIONVol.46No.5Sep.2023*辽宁省教育厅重点攻关项目(LJ2019ZL004)和辽宁工程技术大学创新团队项目(LNTU20TD-34).第一作者:王兴峰,硕士生,E-mail:cnwxff@126.com收稿日期:2022-11-11;修回日期:2023-02-25王兴峰,刘豹,李彩霞,等.Box-Behnken模型优化煤系高岭土增白实验研究及表征[J].煤炭转化,2023,46(5):99-110.DOI:10.19726/j.cnki.ebcc.202305011.WANGXingfeng,LIUBao,LICaixia,etal.Experimentalstudyandcharacterizationofcoal-serieskaolinwhiteningoptimizedbyBox-Be-hnkenmodel[J].CoalConversion,2023,46(5):99-110.DOI:10.19726/j.cnki.ebcc.202305011.Box-Behnken模型优化煤系高岭土增白实验研究及表征*王兴峰1刘豹2李彩霞1洪琰1孙得智1宁琴1(1.辽宁工程技术大学矿业学院,123000辽宁阜新;2.阜新市海州区人民政府,123000辽宁阜新)摘要以山西塔山煤系高岭土为原料,采用“先煅烧后漂白”工艺对其进行增白实验研究。通过单因素实验探究煅烧、化学漂白阶段的工艺参数,并对化学漂白阶段进行Box-Behnken响应面实验,优化制备工艺参数。采用XRD、SEM和FT-IR等手段对原料及实验各阶段产物进行表征,分析其理化性质以探究增白机理。实验结果表明:在煅烧温度为950℃、恒温时间为3.0h和NaCl质量分数为2%的煅烧条件下可获得白度为83.51%的样品(calcinedkaoline,CK);响应面回归模型的相关系数R2=0.9979,优化模型可信度较高;化学漂白实验对白度的影响有显著性关系的四因素为草酸用量、Na2S2O4用量、矿浆pH值及反应温度;在矿浆pH值为3.6、Na2S2O4质量分数为3.4%、草酸质量分数为3.9%和反应温度为38℃的响应面优化方案下对样品CK进行化学漂白,最终产品的Fe2O3质量分数由原先的1.93%降至0.28%,白度由5.72%升至90.09%,满足GB/T14563-2020优质高岭土白度要求。TG-DSC、XRD、SEM和FT-IR分析结果表明:原料的主要成分为高岭石,经950℃煅烧3.0h后其晶体结构发生变化,形成无定形且活性更高的偏高岭石,而未形成莫来石;化学还原漂白过程对偏高岭石内部结构影响甚微,即不会破坏偏高岭石的晶体结构。关键词煤系高岭土,Box-Behnken模型,煅烧,化学漂白,工艺优化中图分类号TD97,TD927DOI:10.19726/j.cnki.ebcc.2023050110引言煤系高岭土属于煤的伴生矿物,主要矿物成分为高岭石、地开石、珍珠石等高岭石族矿物[1-2]。煤系高岭土的致色成分主要是碳质和铁、钛等金属氧化物,致色成分是导致煤系高岭土自然白度较低和限制煤系高岭土应用范围...
