Onderzoek naar talggraad en slijtagewaarde: minerale structuur bepaalt slijtageprestaties

Talkpoeder is een kernfunctioneel vulmiddel in de papierindustrie en wordt veel toegepast in cultuurpapier, verpakkingspapier en speciaal papier, normaal gesproken verantwoordelijk voor 10% tot 30% van het droge gewicht van het papier. Omdat de werksnelheid van moderne papiermachines hoger is dan 1500 meter per minuut en de apparatuur voor het maken van papier steeds geavanceerder wordt, is de slijtagekarakteristiek van vulstoffen een kritische factor geworden die de operationele stabiliteit van de papiermachine, de levensduur van de apparatuur en de productiekosten beïnvloedt.

Talkerts is een complexe minerale afzetting die geassocieerd is met meerdere mineralen, en pure talk is uiterst zeldzaam, waarbij magnesiet als de belangrijkste bijbehorende onzuiverheid dient. Talk en magnesiet verschillen drastisch wat betreft hardheid, kristalstructuur en deeltjesmorfologie, wat direct leidt tot sterk uiteenlopende schuurprestaties van talkpoeders van verschillende kwaliteiten. Dit artikel analyseert de verschillen in kerneigenschappen tussen de twee mineralen vanuit een mineralogisch perspectief en identificeert de grondoorzaken van slijtage veroorzaakt door talk.

I. Onderzoeksachtergrond en kernproblemen

Bij de daadwerkelijke productie heeft laagwaardig talkpoeder met een hoog magnesietgehalte een schuurwaarde variërend van 30 mg tot 45 mg, terwijl diepgezuiverd hoogwaardig talkpoeder een schuurwaarde van minder dan 10 mg kan bereiken. Vulstoffen met een te hoge slijtvastheid versnellen de vorming van weefselslijtage, verkorten de levensduur van papiersnijders en verhogen het energieverbruik van raffinageapparatuur. Dit verhoogt niet alleen de onderhoudskosten, maar verslechtert ook de papierkwaliteit.

Daarom heeft het verduidelijken van de interne correlatie tussen talkkwaliteit, onzuiverheidsgehalte en schuurwaarde een belangrijke richtinggevende betekenis voor talkmineraalverwerkende bedrijven en papierfabrikanten bij de keuze van vulstoffen.

Dit onderzoek is gebaseerd op experimentele gegevens van het R&D-centrum van Liaoning Xinda Talc Group en onderzoekt uitgebreid de problemen met talkslijtage vanuit vier dimensies: minerale eigenschappen, kwantitatieve regels, impact van apparatuur en toepassingsaanbevelingen.

II. Talk versus magnesiet: opvallend verschillende kristalstructuren

Talk: lamellaire structuur met inherente smeringTalc is een 2:1 gelaagd silicaatmineraal met de chemische formule (ce{Mg3Si4O10(OH)2}). De structuur bestaat uit één laag magnesium-zuurstof-octaëders, ingeklemd tussen twee lagen silicium-zuurstof-tetraëders, en aangrenzende lagen worden alleen gebonden door zwakke van der Waals-krachten.

Deze structuur maakt het mogelijk dat talk gemakkelijk fijne lamellaire deeltjes vormt met een extreem lage glijweerstand tussen de lagen en uitstekende zelfsmerende eigenschappen. Talkdeeltjes werken als "microscopische kogellagers", verdeeld over apparatuur en vezels, en verminderen effectief de wrijving.

Magnesiet: Rhomboëdrische prismatische structuur, hard en gevoelig voor snijslijtage

Magnesiet is een carbonaatmineraal met een ruimtelijke netwerkstructuur van het calciettype met slechte of afwezige splitsing. Het breekt in deeltjes met scherpe breukvlakken.

Magnesiet bestaat meestal als rhomboëdrische en prismatische kristallen. In plaats van plastische vervorming onder invloed van buitenaf ondergaat het brosse breuken, waardoor scherpe deeltjes ontstaan ​​die fungeren als microscopisch kleine snijgereedschappen – de belangrijkste oorzaak van slijtage van apparatuur.

III. Vergelijking van de hardheid: zacht mineraal versus harde onzuiverheid

Mohs-hardheid is een kernindex voor het meten van de slijtvastheid en vervormingsweerstand van een mineraal:

Talk heeft een Mohs-hardheid van slechts 1, behoort tot de zachtste mineralen in de natuur en is krasbaar met de vingernagels. Onder kracht glijdt het alleen tussen lagen en breekt het in dunnere vlokken, waardoor de contactoppervlakken nauwelijks schuren.

Magnesiet heeft een Mohs-hardheid van 3,5 tot 4,5 en valt tussen calciet en fluoriet. In de hogesnelheidsomgeving van het natte uiteinde van de papierfabricage veroorzaken dergelijke harde deeltjes aanzienlijke schurende slijtage aan roestvrijstalen stoffen en keramische componenten.

Met name wordt slijtage niet uitsluitend bepaald door de hardheid. Scherpgerande deeltjes gevormd uit gebroken magnesiet veroorzaken spanningsconcentratie en versterken de slijtage-effecten drastisch, terwijl afgevlakte talklamellaire deeltjes de contactspanning bij botsing verminderen.

IV. Paragenese van talk- en magnesium- en industriële scheidingstechnologieën

Grote talkproducerende regio's in China, waaronder Liaoning, Shandong en Guangxi, worden gekenmerkt door fijnkorrelige vergroeiing en paragenese van talk en magnesiet, waardoor volledige dissociatie van de twee mineralen moeilijk wordt. Er worden momenteel vier reguliere industriële scheidingsmethoden toegepast:

1. Handsortering: Handmatig sorteren op basis van het textuurverschil tussen gladde talk en ruw magnesiet; alleen toepasbaar op grofkorrelig erts met een laag rendement en slechte precisie.

2. Flotatie: Scheiding waarbij gebruik wordt gemaakt van de hydrofobiciteit van talk en de hydrofiliciteit van magnesiet, waardoor concentraat kan worden geproduceerd met een talkgehalte van meer dan 90%; het dominante zuiveringsproces.

3. Elektrostatische scheiding: Elektrostatische scheiding dankzij tegengestelde elektrische ladingen: talk draagt ​​negatieve ladingen en magnesiet draagt ​​positieve ladingen onder elektrische hoogspanningsvelden.

4. Selectief slijpen-zeven: gebruik maken van hardheidsverschillen; Zachte talk wordt bij voorkeur tot fijne deeltjes vermalen, terwijl hard magnesiet grove korrels vasthoudt, gevolgd door scheiding via zeven.

Hogere ertszuiveringsgraden komen overeen met hogere talkkwaliteiten en lagere schuurwaarden, maar resulteren tegelijkertijd in een lagere opbrengst en hogere productiekosten. Het balanceren van lage slijtageprestaties en economische efficiëntie blijft een belangrijke zorg voor upstream- en downstream-bedrijven.