除鐵增白是提高高嶺土附加值和應(yīng)用效果的重要手段，為了去除高嶺土原礦中的鐵、鈦礦物及有機(jī)質(zhì)等著色物，提高其白度，必須要對其進(jìn)行選礦提純。
近年來由于用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，大大推動了高嶺土選礦工藝和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)上高嶺土的選礦加工工藝主要分為干法和濕法。
（1）干法工藝
干法工藝主要采用風(fēng)選，是一種簡單、經(jīng)濟(jì)的加工工藝。采出的原礦經(jīng)過錘式破碎機(jī)碎至25mm后，給入籠式破碎機(jī)，使粒度減小到6.35mm，籠式破碎機(jī)內(nèi)的熱空氣將高嶺土的水分由采出的20%降至10%左右。碎后的礦石則經(jīng)配有離心分離機(jī)和旋風(fēng)除塵器的吹氣式雷蒙磨進(jìn)一步磨細(xì)。
該工藝可將大部分砂石除去，用于造紙工業(yè)時，該產(chǎn)品可作為填料層灰分含量小于10%或12%處的填料，此時產(chǎn)品的亮度要求不高。
通常硬質(zhì)高嶺土采用干法生產(chǎn)，可省掉產(chǎn)品脫水和干燥過程，減少微粉流失，工藝流程短，生產(chǎn)成本低，適宜于干旱和缺水地區(qū)。
（2）濕法工藝
濕法工藝包括礦石準(zhǔn)備、選礦加工和產(chǎn)品處理三個階段。
準(zhǔn)備階段包括配料、破碎和搗漿等作業(yè)。
選礦階段包括水力分級、浮選、選擇性絮凝、磁選、化學(xué)處理（漂白）等作業(yè)，以除去不同的雜質(zhì)。
漂白的粘土用高速離心機(jī)、旋轉(zhuǎn)式真空過濾機(jī)或壓濾機(jī)脫水。濾餅經(jīng)再分散成55%-65%固體的礦漿，然后噴霧干燥制成松散的干品。部分干品被混入到分散的礦漿中制成70%固體，再運(yùn)至造紙廠。
軟質(zhì)高嶺土用濕法生產(chǎn)。造紙涂布用高嶺土，對物質(zhì)組成、白度、粒度組成、粘濃度和含砂量等方面都有較高的要求，一般采用濕法工藝。
2、高嶺土選礦提純技術(shù)研究進(jìn)展
（1）分散劑降粘
分散劑可以改善高嶺土懸浮液的分散狀況和流變性，能明顯地改善洗選、水力旋流器分級、高梯度磁選等分選效果，顯著提高生產(chǎn)能力，且易于控制和操作。
加入分散劑改善高嶺土粘度特性是目前最常用的一種有效方法，應(yīng)用最廣的是加入聚丙烯酸鹽、聚磷酸鹽等負(fù)電性分散劑來調(diào)節(jié)料漿的粘度。
近幾年表面活性劑工業(yè)的快速發(fā)展，也豐富了高分子分散劑的種類。表面活性劑能夠吸附在高嶺土表面上，從而改變高嶺土表面的帶電狀況，極大地影響高嶺土料漿的粘度。通過無機(jī)、有機(jī)及高分子分散劑的復(fù)配使用，能起到很好的效果還能降低成本。
（2）機(jī)械加工
日本專利介紹，通過應(yīng)用合成樹脂球的濕法球磨機(jī)或介質(zhì)攪拌型磨機(jī)將平均粒徑為1.5-6μm之間的高嶺土磨碎，通過這種方法獲得涂布級高嶺土，既不會破壞高嶺土的結(jié)晶，又不會使涂布液粘度提高，特別是代替剝片粘土。
Albert等發(fā)現(xiàn)，對于原礦粘度較高的高嶺土，在液體漿料狀態(tài)下，用無機(jī)氫氧化鋁聚合物絡(luò)合體可將其粘度顯著降低。
姜磊等對湖北恩施建始地區(qū)的煤系高嶺土原礦進(jìn)行初選、破碎、粉磨、剝片之后，利用水力旋流器進(jìn)行選礦試驗，得到的最終產(chǎn)品白度大于88%，且產(chǎn)品中主要雜質(zhì)鐵、鈦含量均有所下降。
（3）表面改性
高嶺土表面改性是指用物理、化學(xué)方法對高嶺土粉體表面進(jìn)行處理，以改變其表面電性、表面浸潤性、表面吸附性和反應(yīng)特性等性質(zhì)。
高嶺土表面結(jié)構(gòu)官能團(tuán)有：-Si（Al）-OH、-Si-O-Al-和-Si（Al）-O，這些活性點是對高嶺土進(jìn)行表面改性的基礎(chǔ)。
偶聯(lián)劑改性是目前最主要的方法，目的在于改變高嶺土表面親水親油性，提高與有機(jī)相中的相容性。
歐洲專利介紹在造紙涂料和油漆涂料改性土的研究，用水溶性有機(jī)多元酸或者分子量為200-1000的聚乙酞亞胺、聚乙烯二胺或其單體和乙烯二鹵化物/甲醛的縮合物作改性劑，可以改變粘土礦物的懸浮性、流變性。
（4）細(xì)粒分級
國外高嶺土超細(xì)分級技術(shù)和設(shè)備進(jìn)展較快，尤其是美國、英國等一些國家的高嶺土加工，離心機(jī)早已成功地用于高嶺土的超細(xì)分級，產(chǎn)品粒度達(dá)到數(shù)微米或亞微米的范圍。
近年來，對高嶺土超細(xì)分級設(shè)備的工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用范圍等進(jìn)行了大量研究，水力旋流器作為微米級超細(xì)分級設(shè)備也有很大發(fā)展，瑞典、英國、德國等研制出了一種直徑為10mm的水力旋流器，成功地用于-10μm高嶺土分級。
德國AKW公司用聚氨基甲酸醋優(yōu)質(zhì)材料，制造直徑300、200、125、75、50、40、20、10mm的水力旋流器，不同直徑的水力旋流器用來分離不同粒級的產(chǎn)品，φ10mm旋流器機(jī)組，產(chǎn)品分級粒度-2μm可達(dá)96%左右。
為滿足產(chǎn)品對粒度的要求，一般采用一級或二級離心分級。美國普遍采用Bird公司生產(chǎn)的沉降式離心分級機(jī)，如美國恩格爾達(dá)公司，粗選的礦漿在精選前首先進(jìn)行離心分級，第一次分級使-2μm達(dá)到80%-90%，第二次離心分級使-2μm達(dá)94%-96%以上，滿足生產(chǎn)超光澤、超亮度的高級涂布高嶺土的要求。
英國ECC公司采用螺旋離心機(jī)進(jìn)行細(xì)粒分級，得到-2μm75%，-10μm達(dá)99.5%的高級產(chǎn)品和99.99%小于53μm的粗粒產(chǎn)品。
現(xiàn)在國內(nèi)外對分級技術(shù)的研究大多集中在超細(xì)分級機(jī)方面，其中濕式分級包括臥螺分級離心機(jī)、螺旋沉降離心機(jī)、復(fù)合流臥螺機(jī)、小直徑水力旋流器、渦輪旋流器等。
（5）磁選
高嶺土中的染色物質(zhì)如銳鈦礦、金紅石、赤鐵礦、云母和黃鐵礦等均具有弱磁性，可以用高梯度磁選機(jī)將它們除去。
美國恩格爾哈達(dá)公司2個精選廠，采用PEM-84型高梯度磁選機(jī)，處理能力8t/h，使含TiO21.8%-2.0%的原礦降低到0.8%，白度由原來的83%提高到85%。
目前正在加速發(fā)展新型永久超導(dǎo)材料，力圖降低超導(dǎo)磁體的成本，以使這項技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于高嶺土和其他非金屬礦的選礦。
高嶺土比較適合用高梯度超導(dǎo)磁選機(jī)，這種磁選機(jī)可處理幾個微米或亞微米級別極弱的順磁場礦物。超導(dǎo)磁選機(jī)能長期運(yùn)轉(zhuǎn)，與常規(guī)磁選機(jī)相比，降低電耗80%-90%，占地面積為原來的34%，質(zhì)量為原有的47%。
另外，其還具有快速激磁和退磁能力，可使設(shè)備減少分選、退磁和沖洗雜物所需的時間，從而大大提高了礦物的處理量。
（6）浮選
浮選的目的是從高嶺土中浮選出鐵、鈦等雜質(zhì)。
由于雜質(zhì)顆粒極細(xì)，通常采用載體浮選工藝。載體礦物可以是方解石、硅砂等（325目），載體礦物的用量一般為高嶺土質(zhì)量的10%-20%，載體的一部分經(jīng)過回收可再利用。
浮選過程中所用的藥劑包括：分散劑硅酸鈉，pH調(diào)整劑氫氧化銨和苛性鈉，捕收劑塔爾油、脂肪酸及石油磺酸鈣。
但載體浮選存在不少缺點，載體的水化需要大量的藥劑。浮選過程只能在礦漿濃度較低時有效，從而增加脫水費(fèi)用。所加載體必須從粘土產(chǎn)品中盡可能地清除，并從泡沫產(chǎn)品中回收以循環(huán)使用。殘留在粘土中的化學(xué)藥劑及載體礦物對最終產(chǎn)品有害。
美國恩格爾哈達(dá)公司Molntyre精選廠在生產(chǎn)中用載體浮選法除去高嶺土中的銳鈦礦，以0.043mm的方解石為載體，用塔爾油、燃料油作捕收劑，石油磺酸鈣做輔助捕收劑，氫氧化銨做pH值調(diào)整劑（pH值8.2-8.5），載體浮選除去微細(xì)粒銳鈦礦效果良好。原礦中TiO21.8%-1.2%，經(jīng)浮選后TiO2可降低到0.3%-0.4%，白度由原來的83%提高到了87%。但整個工藝過程復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。
Young等提出一種處理高濃度粘土礦漿的浮選工藝。粘土先進(jìn)行氧化漂白后再調(diào)漿，礦漿濃度為30%-40%，加分散劑硅酸鈉進(jìn)行搗漿，然后在pH值6.5-7.0時，用過硫酸鉀漂白，漂白后的粘土加CaCl2和油酸在高速搗漿機(jī)中調(diào)漿20min，再稀釋至20%-30%進(jìn)行浮選浮選時加入聚丙烯酸鈉做粘土分散劑和抑制劑，礦漿攪拌數(shù)分鐘后進(jìn)行浮選除去銳鈦礦雜質(zhì)。
（7）選擇性絮凝
選擇性絮凝一般用來處理重選磁選和浮選方法難以奏效的高嶺土除雜。
1975年美國Mereade發(fā)表了“選擇性絮凝提純高嶺土”的專利報告。Meroade所提出的工藝：礦漿濃度3%-20%，pH值8.0-9.5，加入少量可溶性多價陽離子（CaCl2）活化，然后加入一種水溶性的弱陽離子聚丙烯酞胺進(jìn)行選擇性絮凝。用這種方法可除去粘土中的TiO2，使高嶺土白度提高4.5%左右。
印度有人研究用六偏磷酸鈉做分散劑、聚丙烯酞胺做絮凝劑分離高嶺土和磷酸鈣，具有明顯的選擇性。大多數(shù)高嶺石的零電點（PZC）在pH值2.8-4.8，邊緣PZC在pH值7.3-7.8，當(dāng)pH值大于邊緣PZC的pH值時，高嶺石不絮凝。
盡管選擇性絮凝對極細(xì)顆粒粘土除雜是一種高效的方法，但它尚有某些缺陷：該工藝礦漿濃度比較低，必有大量的水要在后續(xù)作業(yè)中除去，粘土絮凝團(tuán)的夾雜，產(chǎn)品回收率較低，殘余的聚合絮凝劑對最終產(chǎn)品的有害影響。因而目前選擇性絮凝提純高嶺土仍處于實驗室或半工業(yè)研究階段。
（8）化學(xué)漂白
高嶺土中鐵的賦存狀態(tài)有兩種：結(jié)構(gòu)鐵和游離鐵。結(jié)構(gòu)鐵存在于高嶺石晶格中，以Fe3+置換八面體中的Al3+，化學(xué)除鐵處理對結(jié)構(gòu)鐵不產(chǎn)生影響，可去除絕大部分游離鐵。
化學(xué)漂白方法中對含氧雜質(zhì)效果明顯且應(yīng)用廣泛的是連二亞硫酸的鈉鹽或鋅鹽的還原漂白法，它在酸性介質(zhì)中能將三價鐵還原成可溶性的二價鐵，隨溶液洗滌除去。在一定條件下，以硫酸的效果較好，鹽酸次之，草酸最差。
美國專利介紹，采用漂白和絮凝聯(lián)合法，先加入次氯酸鈉，再加H2O2，最后加入連二亞硫酸鈉漂白，經(jīng)過漂白之后，再用選擇性絮凝，可以極大的提高白度。
有人發(fā)明了氧化還原聯(lián)合方法，先用強(qiáng)氧化劑，如臭氧、次氯酸鈉等處理含硫雜質(zhì)，將鐵氧化成三價鐵，再用還原劑進(jìn)行常規(guī)的漂白處理。
由于連二亞硫酸鈉還原漂白產(chǎn)品白度不穩(wěn)定，存放易返黃，為了解決這一問題，有人研究了還原-絡(luò)合漂白法，即在還原的過程中加入絡(luò)合劑，使還原后的二價鐵離子與絡(luò)合劑形成可溶性的穩(wěn)定絡(luò)合物隨溶液排出。
國外研究報道，用蔗糖或其水解物作還原劑，在酸性介質(zhì)中除鐵，除鐵率可達(dá)98%。用硼氫化鈉和氫氧化鈉來處理高嶺土礦漿，隨后加入SO2或硫酸溶液生成新鮮的連二亞硫酸鈉與礦漿中的氧化鐵起作用，達(dá)到除鐵的目的。
（9）脫水
美國高嶺土選礦一般采用外濾式圓筒真空過濾機(jī)進(jìn)行脫水。這種外濾機(jī)最大的優(yōu)點就是連續(xù)排渣，便于工序之間的銜接，過濾效率較高。脫水前礦漿濃度25%左右，真空過濾后含固量達(dá)60%左右。
英國高嶺土脫水設(shè)備主要使用頂裝式壓濾機(jī)、板框式頂裝式壓濾機(jī)、側(cè)裝式自動高壓壓濾機(jī)以及管式壓濾機(jī)（ECC專利）。壓濾機(jī)進(jìn)漿濃度20%-25%，普通壓濾機(jī)產(chǎn)品濾餅固體含量65%-70%左右，高壓壓濾機(jī)固體含量為75%左右，管式壓濾機(jī)進(jìn)漿固體含量15%，壓濾后固體含量82%-83%，一次脫水后不需干燥，可直接出廠。
近年來出現(xiàn)了一種利用電場中荷電粒子電泳特性的新型過濾工藝——電泳電滲過濾機(jī)。其原理為：在電場中，帶負(fù)電的粒子移向陽極，雙電層中配衡離子移向陰極。當(dāng)順利抵達(dá)陽極時，在用來保護(hù)電極的陽極薄腆上形成濾餅，陽極濾餅采用電滲法進(jìn)一步脫水，多余水分以電滲原理用泵通過荷電的浦餅毛細(xì)管排出，而濾布所粗蓋的陰極室則在真空條件下協(xié)助濾液排出。
Dorr-Oliver公司已生產(chǎn)出可作半間歇操作的電濾機(jī)，其容積為18.9m3，每個陰極與陽極的面積為55.4m2，經(jīng)電泳電滲過濾機(jī)過濾的產(chǎn)品不需噴霧干燥，因而脫水費(fèi)用經(jīng)濟(jì)。
目前世界上各主要高嶺土生產(chǎn)國，正在努力改進(jìn)原有設(shè)備，完善工藝，不斷研究并采用新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)，以便更好地有效利用資源，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。同時大力發(fā)展深加工技術(shù)，對高嶺土產(chǎn)品進(jìn)行加工和改性、復(fù)合以適應(yīng)各工業(yè)部門的特殊需要。
綜上所述，造紙用高嶺土選礦加工的研究主要有以下特點：
（1）機(jī)械加工和表面改性可以提高高嶺土的利用率，但成本過高，操作較復(fù)雜、分散劑降粘是最常用的方法。
（2）選礦作業(yè)除采用水力旋流器分級外，也采用離心分級機(jī)、砂磨機(jī)、高梯度磁選機(jī)、浮選機(jī)，以提高產(chǎn)品細(xì)度和降低鐵、鈦、硫等雜質(zhì)，多種作業(yè)聯(lián)合處理及最終產(chǎn)品多是高嶺土選礦工藝的主要特征。目前分級技術(shù)的研究大多集中在超細(xì)分級機(jī)方面。
（3）除雜提純技術(shù)：化學(xué)漂白工藝生產(chǎn)高白度的高嶺土產(chǎn)品效果好，但成本高，對環(huán)境影響較大；磁選成本低，對環(huán)境影響小，但效果較差；超導(dǎo)高梯度磁選機(jī)能耗少，處理量大，產(chǎn)品純度高。因此，用化學(xué)法改變鐵的賦存狀態(tài)，再用磁選法除去，是該技術(shù)的發(fā)展方向。
（4）電泳/電滲脫水工藝將礦漿濃度提高到70%左右，而生產(chǎn)費(fèi)用大大低于噴霧干燥，是造紙涂布用高嶺土脫水的發(fā)展方向。
來源：造紙涂布級高嶺土選礦加工研究進(jìn)展，作者：方金宇、林金輝
