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| 高嶺土除鐵增白方法技術(shù)研究概況(一) |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2015-04-28 10:28:36 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）鐵是高嶺土的主要染色因素，含鐵礦物在高溫鍛燒時會變成 Fe2O3，造成高嶺土礦發(fā)黃或呈磚紅色。要將高嶺土礦中含鐵雜質(zhì)高效除去，必須清楚含鐵雜質(zhì)在高嶺土中的賦存狀態(tài)，才能針對不同的鐵，采取相應(yīng)的除鐵方法，達(dá)到高嶺土除鐵增白的效果。對 高嶺土中鐵的賦存狀態(tài)，國內(nèi)外學(xué)者已做了大量的研究工作。
普遍認(rèn)為，鐵多以赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦等礦物形態(tài)存在于高嶺土中。它們在高嶺土中的分布及與高嶺土的結(jié)合形式很復(fù)雜，晶態(tài)者多以微細(xì)顆粒狀夾雜其中，非晶態(tài)者多包覆在高嶺土的細(xì)顆粒表面。在高嶺土中主要有兩種存在形式，大部分鐵主要為膠狀褐鐵礦的存在形式，并在高嶺土中高度分散；少量的鐵礦物有近于針狀、球狀或不規(guī)則等形狀，它們屬于針鐵礦和赤鐵礦。Fe2+通常呈薄膜狀，包裹在高嶺土表面；Fe3+以呈游離狀態(tài)的褐鐵礦存在。高嶺土中含 Fe2O3時呈玫瑰紅或褐黃色；含 Fe2+時呈淡藍(lán)或淡綠色。
目前，針對不同賦存狀態(tài)的鐵，國內(nèi)外學(xué)者在高嶺土除鐵增白工藝方面上做了大量的研究工作，研究較多的幾種方法如下。
1 浮選法除鐵
目前，用浮選法對高嶺土除鐵的研究有吸附浮選法、雙液浮選法和混合捕收劑浮選法等，簡述如下。
蘇成德等使用吸附浮選法除高嶺土中鐵。吸附浮選所用浮選設(shè)備即為較為常規(guī)的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，以塔爾油為捕收劑，以硫酸銨為抑制劑，以碳酸鈉作 pH值調(diào)整劑，以水玻璃為礦漿分散劑，以石灰石為吸附載體，采用吸附浮法對高嶺土浮選除鐵。在高嶺土(顆粒粒度不大于 43μm，F(xiàn)e2O3含量0.72（wt%)礦漿中添加以石灰石為吸附載體的粉末，將高嶺土礦漿的 Fe2O3吸附到石灰石載體上，而吸附載體又在依靠自身的疏水性和捕收劑造成的疏水性的協(xié)同作用下附著于氣泡表面，得到含F(xiàn)e2O3的載體泡沫尾礦與含高嶺土精礦，從而實(shí)現(xiàn)Fe2O3與高嶺土分離。
但由于載體吸附有吸附、吸收、凝聚、裹挾、混晶等多種因素作用，漿料體系的 pH 值，載體的添加時間、地點(diǎn)等對吸附浮選分離效果影響較大，使得該吸附浮選法除鐵的應(yīng)用受到一定程度上的制約。
魏克武、張香亭等用雙液浮選法對高嶺土除鐵做了大量的研究工作。雙液浮選，也可稱為兩液分離，或稱液-液界面分選，類似于液-液萃取，是由泡沫浮選法發(fā)展而來。雙液浮選的基本原理是礦粒在水-油界面的選擇性富集，即在油-液(水)- 固(礦粒)體系中，存在著三相界面張力的差異，在固-油、油-水、固-水三相界面之間，由于礦粒種類不同其疏水程度也不同，它們將進(jìn)入不同的界面或相，從而達(dá)到分離不同種類礦粒的作用。魏克武課題組將高嶺土礦調(diào)成一定濃度的水懸浮液礦漿體系，加入 pH 值調(diào)整劑將礦漿體系的 pH 值調(diào)節(jié)到所需值，攪拌適當(dāng)時間后將捕收劑加入到體系中，再持續(xù)攪拌一段時間后，加入有機(jī)溶液，再充分?jǐn)嚢韬线m的時間，靜置分層、分離，得到有機(jī)相產(chǎn)品(含F(xiàn)e2O3)和水相產(chǎn)品(含高嶺土〕。
張香亭課題組對高嶺土與赤鐵礦的人工混合礦樣及實(shí)際礦樣用雙液浮選法進(jìn)行除微細(xì)粒氧化鐵礦物的研究，即首先通過對人工混合礦樣的油酸鈉捕收劑用量、礦漿 pH 值、碳酸鈉用量、油水體積比及機(jī)械攪拌強(qiáng)度等有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了深入的研究試驗，最終確定了實(shí)現(xiàn)其雙液浮選的最佳分選工藝，該工藝為礦漿濃度 10%(固體質(zhì)量)，油水體積比為2:5，溫度條件為(30±2)℃，油酸鈉捕收劑用量為 400g/t，機(jī)械攪拌強(qiáng)度為1750 r/min，分選時間為 8min；將該工藝用于實(shí)際礦樣，可獲得同樣的效果。因此，該工藝可達(dá)到將高嶺土中微細(xì)粒氧化鐵礦物較好的除去效果。
但由于機(jī)械攪拌強(qiáng)度對雙液浮選的分離指標(biāo)影響很大且不容易控制，因為機(jī)械攪拌強(qiáng)度不夠則影響有機(jī)相與水相的充分分散性，從而使高嶺土中鐵質(zhì)礦物顆粒與有機(jī)液滴的互相碰撞接觸的幾率減少，如果攪拌過強(qiáng)容易形成非所需的乳狀混濁液相，使雙液浮選分選效果變差；還有此法消耗較多的有機(jī)溶液且不易回收等很多因素限制了雙液浮選法在高嶺土除鐵上的廣泛應(yīng)用。
2 化學(xué)漂白法除鐵
目前，在高嶺土除鐵的一系列研究中，用化學(xué)漂白法除鐵的研究最多，有酸浸除鐵漂白法、還原除鐵漂白法、氧化漂白法、酸浸還原聯(lián)合除鐵、氧化還原聯(lián)合除鐵等?；瘜W(xué)漂白法除鐵共同的特點(diǎn)是，是通過在礦漿體系中加入化學(xué)試劑，將礦中含鐵氧化物轉(zhuǎn)化為可溶于水的鐵離子或亞鐵離子，再將其通過洗滌或過濾等工序除去?，F(xiàn)將各化學(xué)漂白法除鐵研究情況簡述如下。
2.1 酸浸漂白除鐵法
酸浸漂白除鐵法就是用酸溶液處理高嶺土，使其中含鐵不溶礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘柠}類，再經(jīng)洗礦等工序而實(shí)現(xiàn)高嶺土的增白。魏克武等在控制高于室溫的某一溫度情況用酸浸的方法除鐵，使礦漿體系的 H+置換出三價鐵離子并生成可溶性的鐵離子進(jìn)入溶液。研究分析表明，硫酸、鹽酸及草酸都能用于較高溫度體系中除鐵，但使用硫酸時，對高嶺石晶體結(jié)構(gòu)的破壞較為嚴(yán)重，高嶺石的優(yōu)良物理或化學(xué)性能也隨之下降。利用聚檸檬酸、乙二胺醋酸鹽、磷酸鹽、草酸等與鐵離子生成穩(wěn)定的水溶性鰲合物，也能達(dá)到高嶺土除鐵漂白的目的。
王平用 5%～10%的草酸在100℃水浴加熱處理高嶺土 1.5h，白度由 79.5%提高至 85%。進(jìn)一步的研究表明，在該實(shí)驗條件下草酸能將高嶺石表面及晶格聯(lián)系最牢固的鐵離子溶解出來，而不造成對高嶺石的晶格結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)影響。該方法對呈浸染狀附存于高嶺土表面的赤鐵礦(易溶于酸)有效，但對含硫化鐵礦物、鈦鐵礦物等有色雜質(zhì)的高嶺土用該方法很難除去該類雜質(zhì)而使高嶺土的白度提高，同時在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用該技術(shù)，控制礦漿較高的溫度，對設(shè)備的抗酸腐蝕的要求提高，生產(chǎn)成本也提高，這是限制其廣泛應(yīng)用的重要原因。
2.2 還原漂白除鐵法
還原漂白除鐵法是用還原劑，將不溶的三價鐵(如褐鐵礦)還原成可溶的二價鐵，經(jīng)過過濾洗滌，隨濾液除去。主要的還原法有保險粉還原法（保險粉亦稱連二亞硫酸鈉）、硼氫化鈉還原法和酸溶氫氣還原法。王宜明研究組等對高嶺土除鐵用保險粉還原法進(jìn)行了研究。保險粉與氧化鐵的反應(yīng)式如下：
 上述反應(yīng)使三價鐵還原成可溶的二價鐵，反應(yīng)過程是可逆的，為防止二價鐵在空氣中氧化變成Fe2O3，前蘇聯(lián)采用添加磷酸和聚乙烯醇，美國在漂白后添加羥胺或羥胺鹽來實(shí)現(xiàn)，我國學(xué)者則以草酸、檸檬酸、聚磷酸鹽、乙二胺醋酸鹽、EDTA等作為螯合物，在反應(yīng)的過程中添加適量的螯合物，使其生成穩(wěn)定的水溶性鰲合物，經(jīng)過濾洗滌去除鐵。因為鰲合劑的成螯官能團(tuán)與 Fe2+生成穩(wěn)定的螯合物，同時螯合劑的水溶性官能團(tuán)可提升其螯合物親水性，該穩(wěn)定的、水溶性的 Fe2+螯合物可在高嶺土漂白水洗后隨水排除，從而達(dá)到高嶺土的除鐵目的。
但保險粉價格昂貴，必須嚴(yán)格控制反應(yīng)條件如酸度、溫度、反應(yīng)時間、藥劑用量等，同時在遇潮且有氧存在的情況下，在酸性環(huán)境中或高溫環(huán)境中易分解為 SO2、H2S 等，使得藥效降低，同時釋放的刺激性氣味造成工作環(huán)境惡劣，在工業(yè)化大生產(chǎn)中不易長期大量使用。
硼氫化鈉還原法，實(shí)際上是在高嶺土漿料體系中通過硼氫化鈉與其他化學(xué)藥劑反應(yīng)生成連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）來對高嶺土進(jìn)行化學(xué)漂白。該方法一般在 pH值7～10 的條件下，將 Na2S2O4和 NaOH 與高嶺土礦漿混合均勻后，向體系中通入 SO2氣體，調(diào)節(jié)漿料體系 pH 值為 6～7。再用 H2SO4或 SO2調(diào)節(jié) pH 值到 2.5～4。
在 pH 值=6～7 時，大量生成的 Na2S2O4非常穩(wěn)定。隨后 pH 值降低時，Na2S2O4立即與高嶺土礦漿體系中的 Fe2O3反應(yīng)，避免了 Na2S2O4的分解損失。此方法因使用的 SO2氣體，若泄漏將污染大氣，不易在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用。
酸溶氫氣還原法，也稱酸浸還原聯(lián)合漂白法。該方法的基本原理是在硫酸、鹽酸、草酸等酸性溶液介質(zhì)中，使用活潑金屬單質(zhì)如鋁粉或鋅粉作還原劑，通過活潑金屬還原置換出酸溶液介質(zhì)中的 H+生成 H2氣體，其持續(xù)生成的 H2氣體將高嶺土中染色不溶含鐵礦物的三價鐵還原成可溶的 Fe2+隨濾液被除去。陳霞等對煤系高嶺土(其煅燒白度為 64.4，含 Fe2O3量為 2.36%)利用酸溶氫氣還原法除鐵進(jìn)行了大量的實(shí)驗研究，研究表明，最佳漂白參數(shù)是礦漿濃度為 30%，漂白介質(zhì)以礦漿中HCl 濃度為 10%，還原劑 Zn 粉用量為 0.1%，溫度為 70℃，漂白反應(yīng)時間為 1.5 h；最佳效果為除鐵率達(dá) 70%以上，煅燒白度由 67.1%提高到 91.3%。酸溶氫氣還原法，對高嶺土除鐵確實(shí)有很好的效果，但整個工藝中任然存在對生產(chǎn)設(shè)備有抗酸腐蝕的較高要求，同時會產(chǎn)生大量含 Zn2+的工業(yè)廢水，不易工業(yè)化大量生產(chǎn)。
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