高嶺土廣泛地應用于陶瓷工業(yè)、造紙工業(yè)、橡膠塑料工業(yè)、建材工業(yè)、化學工業(yè)、油漆工業(yè)等許多部門。根據(jù)其用途的不同,對高嶺土的白度有著不同的要求,比如在造紙工業(yè)中,對涂布級高嶺土要求白度> 83 % ,在陶瓷工業(yè)中,制作高檔瓷原料要求含Fe2O3 < 0.15 %。在高嶺土加工中,應用傳統(tǒng)的選礦工藝(常規(guī)的重選、磁選、浮選) 不能使細碎和超細碎高嶺土粉末中的雜質(zhì)鐵去除到標準含量,因此,選礦工作者另辟蹊徑,尋求非傳統(tǒng)的高嶺土除鐵新方法,使高嶺土中雜質(zhì)鐵含量大大降低,實現(xiàn)了高嶺土的深加工和經(jīng)濟價值的大大提高。以下介紹去除高嶺

土中雜質(zhì)鐵,增高其白度的幾種方法。

       1) 吸附浮選法　在細碎高嶺土( 細度為-43μm ,含F(xiàn)e2O3 0.172 %) 礦漿中加入載體石灰石粉,石灰石粉作為吸附劑,把Fe2O3 從礦漿溶液中吸附到石灰石粉載體上,載體既可依靠自身的疏水性,又可靠捕收劑造成的疏水性附著于氣泡,得到含鐵的載體泡沫產(chǎn)品與含高嶺土精礦的槽內(nèi)產(chǎn)品,從而使Fe2O3 與高嶺土分離。吸附浮選所用設備即為常規(guī)的機械攪拌式浮選機,所用捕收劑為塔爾油,硫酸銨

用于抑制高嶺土,pH 調(diào)整用碳酸鈉,水玻璃作為礦漿分散劑。由于載體吸附為吸附、吸收、混晶、裹挾、凝聚等多種作用行為,因此,介質(zhì)的pH、載體的添加

時間、地點等對吸附浮選影響較大。工藝流程如圖1 所示。用吸附浮選法可使高嶺土中的Fe2O3 由0.172 %降至0.15 %以下。

     2) 雙液浮選法　將高嶺土礦調(diào)成一定濃度的水溶液礦漿,加入pH 調(diào)整劑調(diào)至所需的pH 值,攪拌一定時間后加入捕收劑,繼續(xù)調(diào)漿一定時間后,然后加入有機溶液,再充分攪拌合適的時間后,靜置分層、分離,得到有機相產(chǎn)品(含F(xiàn)e2O3 ) 和水相產(chǎn)品(含高嶺土) 。本方法所用裝置類似于萃取分離裝置。工藝流程如圖2 。

     攪拌強度對雙液浮選的分離指標影響很大,攪拌強度不足不利于有機相的充分分散,從而使鐵質(zhì)礦物與有機液滴碰撞接觸的機會減少;但攪拌過強容易形成中間相(乳狀混濁液) ,使分選效果變差,合適的攪拌強度是必要的。此法除鐵效果不錯,尤其在加入某種添加劑溶液時除鐵效果更佳,能使- 2μm 高嶺土Fe2O3 的脫除率和高嶺土精礦產(chǎn)品的回收率達到理想結(jié)果。同時,此法還能使有機溶液回收再生,循環(huán)使用效果甚佳。

         3) 固體連二亞硫酸鈉除鐵法　連二亞硫酸鈉除鐵的基本反應如下:

Fe2O3 + Na2S2O4 + 2H2SO4W2NaHSO3+ 2FeSO4 + H2O

此反應使三價鐵還原成可溶的二價鐵,經(jīng)過濾洗滌去除鐵。反應為可逆反應,工藝上要求立即過濾洗滌除去,以防止二價鐵在空氣中氧化變成Fe2O3 ,這給工業(yè)生產(chǎn)帶來很大難度,難以實現(xiàn)預期的去鐵指標。但是,在用Na2S2O4 除鐵過程中添加適量的螯合劑,螯合劑的成螯官能團與Fe2 + 生成穩(wěn)定的螯合物,而螯合劑的水溶性官能團則促進其螯合物親水性,故而生成穩(wěn)定的水溶性螯合物,該含鐵螯合物

在高嶺土漂白后隨濾液排除,從而達到除鐵目的。應用固體藥劑Na2S2O4 配合添加劑螯合物進行除鐵,產(chǎn)品白度穩(wěn)定,質(zhì)量可靠,漂白產(chǎn)品不用洗滌,并且減少了對周圍環(huán)境的污染。但固體Na2S2O4 價格昂貴,且遇潮有氧存在的情況下,易分解和氧化,而降低藥效,因此在運輸和保管環(huán)節(jié)都須十分小心。

        4) 電化學合成連二亞硫酸鈉除鐵法　在弱酸性條件下電解亞硫酸鹽水溶液,在電解池陰極上生成連二亞硫酸根離子:

2HSO3- + 2H+ + 2e = S2O2 -4 + H2O

連二亞硫酸根離子有強烈的還原作用,能使三價鐵

還原成二價Fe2 + :Fe2O3 + S2O42 - + 4H+ = 2Fe2 + + 2HSO3- + H2O

從而使固態(tài)的Fe2O3 轉(zhuǎn)變成Fe2 + 水合離子進入溶液,達到與高嶺土分離的目的。此法能使含鐵1.115 % ( 以Fe2O3 為主) 的高嶺土降至含鐵0.137 %。此電解法就地產(chǎn)生的新生態(tài)S2O42 - ,比固體Na2S2O4 的漂白作用更為有效,無需使用昂貴的固體Na2S2O4 ,藥品費用低。另外,在整個反應過程中, 亞硫酸氫根離子按HSO3- 電解S2O42 - 漂白HSO3- 的方式循環(huán),含有HSO3- 的濾液經(jīng)處理后可以回用,既減少了亞硫酸氫鹽的添加量,又減輕了排放含硫廢液對水體的污染。但此法的電解設備一次

      5) 選擇性絮凝與高梯度磁選除鐵法　在高嶺土礦漿中加進絮凝劑,使礦漿中微細礦粒受高分子絮凝劑作用,互相串聯(lián)成松散的絮凝團,單一的絮凝產(chǎn)品鐵含量由Fe2O3 1.118 %降至0.169 % ,再將絮凝產(chǎn)品經(jīng)過高梯度磁選機分選,得最終產(chǎn)品含F(xiàn)e2O3 降至0.149 %。而單一的高梯度磁選,一次分選產(chǎn)品含F(xiàn)e2O3 為0.161 % ,二次分選后Fe2O3 為0.152 % ,達不到高質(zhì)量高嶺土產(chǎn)品Fe2O3 < 0.15 %的要求。而選擇性絮凝與高梯度磁選聯(lián)合除鐵,可使產(chǎn)品Fe2O3 含量降至0.15 %以下。此法可使質(zhì)量低含鐵高的難選高嶺土的質(zhì)量得到大幅度提高,為高檔瓷的原料來源找到一條新途徑。但此法的高梯度磁選設備一次性投資較高。

       6) 磁種磁選法　把細碎煤系高嶺土(細度為- 20μm) 礦漿放入可調(diào)整轉(zhuǎn)速的攪拌器中攪拌。添加定量溶解好的分散劑(如焦磷酸鈉) ,調(diào)整礦漿濃度為40 %～50 %。加pH 調(diào)整劑,調(diào)節(jié)pH 為515- 710 ,攪拌10 min ,待攪拌均勻后,添加事先分散調(diào)節(jié)好的磁種( - 6μm 的磁鐵礦微細�；�- 1μm 的人造鐵氧體微粒) ,使磁種選擇性地與鐵、鈦礦物顆粒凝聚,提高這些弱磁性目的礦物的磁性。磁種團聚的關鍵是調(diào)節(jié)好微細粒礦漿懸浮液的pH 值,使其介于目的礦物和磁種等電點之間或為目的礦物的等電點,此時磁種和目的礦物表面荷電性正好相反,有利于互相凝聚。待高強度調(diào)整3 min 后,給入4 ×10 型高梯度磁選機中磁選(場強114～115 T) 。磁

選時調(diào)節(jié)好礦漿流量及磁選濃度(10 % - 15 %) ,使礦漿在磁介質(zhì)中動態(tài)停留時間為30～60 s ,待礦漿全部通過后,加脈動水沖洗,退磁后排洗磁性產(chǎn)物。工藝流程如圖3 。采用磁種分離工藝,可使原礦含F(xiàn)e2O3 1.138 % ,含TiO2 0.197 %的煤系高嶺土,鐵、鈦去除率分別達52.12 %和49.15 %。

        7) 加氯高溫焙燒法　煤系高嶺土中固定炭含量一般為2 %左右,碳存在于高嶺石結(jié)晶體間隙中,使煤系高嶺土呈現(xiàn)灰黑或灰白色,這種高嶺土常采用高溫氧化焙燒法除炭,來提高高嶺土的白度。但是,高嶺土中的含F(xiàn)e 礦物, 如黃鐵礦( FeS) 、菱鐵礦(FeCO3) 及褐鐵礦( Fe2O3·3H2O) ,在高溫焙燒時均會轉(zhuǎn)變成Fe2O3 ,造成原料發(fā)黃或呈磚紅色,因此,必須在焙燒前或焙燒過程中采取除鐵、鈦措施,才能將產(chǎn)品白度提至90 %以上。采用加氯高溫焙燒法,在除炭的同時,能夠去除鐵、鈦致色因子,達到高嶺土增白的目的。加氯高溫焙燒高嶺土,在高嶺土中C 的參與下,將鐵鈦的氧化物轉(zhuǎn)化為低熔點高揮發(fā)性的FeCl3 (沸點315 ℃) 及TiCl4 (沸點136 ℃) ,碳則轉(zhuǎn)化為CO、CO2 ,從而使C、Fe 、Ti 與高嶺土分離。其化學反應式如下:

2MeO + C + 2Cl2 = 2MeCl2 + CO2

  MeO + C + Cl2 = MeCl2 + CO

    在相同條件下,經(jīng)熱力學計算,根據(jù)反應的自由焓ΔG°大小來排列,各種氧化物與氯反應的能力有如下的順序: K2O > Na2O > CaO > MgO > Fe2O3 > TiO2> Al2O3 > SiO2 。顯然,排列在Al2O3 之前的那些MeO ,在加碳高溫氯化時,通過溫度及氣氛控制,均能轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氯化物而除去,而Al2O3 及SiO2 則得以保留,使高嶺土達到除Fe 和Ti 等雜質(zhì)的目的。加氯高溫焙燒工藝,溫度以800～900 ℃為宜,

合適的原料粒度為325 目- 400 目,加氯量一般為高嶺土重量的3 %左右,采用動態(tài)焙燒優(yōu)于靜態(tài)焙燒,以流態(tài)化焙燒技術最佳,能夠獲得高白度的優(yōu)質(zhì)高嶺土。

           8) 化學合成新生液態(tài)連二亞硫酸鹽漂白法　有關高嶺土增白的方法報道盡管較多,但目前絕大多數(shù)廠家仍脫離不了連二亞硫酸鈉(俗稱保險粉) 還原法。如前所述,保險粉價格昂貴,且遇潮易分解氧化而降低藥效。因此,尋找一種有效的而比保險粉遠為廉價的漂白藥劑來替代昂貴的保險粉,確是一件有意義的事。筆者用化學法產(chǎn)生新生液態(tài)連二亞硫酸鹽對高嶺土漂白的方法是:在高嶺土礦漿中加入NaHSO3 溶液,用H2SO4 調(diào)整礦漿的pH 至一定數(shù)值,將礦漿引入一裝有金屬鋅粒的反應器中,反應至一定時間后,流出礦漿加入Na2CO3 溶液,調(diào)節(jié)礦漿的pH 至中性后進行過濾,所得濾餅即為漂白產(chǎn)品。此化學法的漂白原理為:在酸性介質(zhì)中,藥劑在礦漿中發(fā)生如下主要化學反應:

               NaHSO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2SO3

                                   H2SO3 = SO2 + H2O

         2NaHSO3 + SO2 + Zn = Na2S2O4 + ZnSO3 + H2O

                  ZnSO3 + H2SO4 = ZnSO4 + H2SO3

                                  H2SO3 = SO2 + H2O

                       Zn + 2H2SO3 = ZnS2O4 + H2O

     反應生成的新生液態(tài)連二亞硫酸鹽(Na2S2O4 和ZnS2O4) 具有很強的還原性,它們與高嶺土礦漿中的固態(tài)鐵的氧化物發(fā)生如下反應:

      Fe2O3 + Na2S2O4 + 2H2SO4 = 2NaHSO3 +2FeSO4 + H2O

         Fe2O3 + ZnS2O4 + 2H2SO4 = Zn ( HSO3 ) 2 +2FeSO4 + H2O

   反應生成的FeSO4 溶于水而在后續(xù)過濾作業(yè)中被除去,從而使高嶺土去鐵增白。此法可使高嶺土的白度由72 %增加到83 %以上(在常溫下反應漂白的情況下) ,漂白藥劑總費用比用固體連二亞硫酸鈉大幅度下降(同等指標下相比) ,只需保險粉法的1/ 3～1/ 2 。此法無需價格高昂的設備,一次性投資少,且工藝簡單,操作易行。同時, 在漂白還原過程中, 不斷有NaHSO3 和Zn (HSO3) 2 生成, 它們作為再生藥劑又加入到Na2S2O4 和ZnS2O4的生成反應中去,試驗證明,合理循環(huán)利用反應液,可以降低NaHSO3 用量,從而進一步降低藥劑成本。由于各地高嶺土的礦床成因和類型不同,高嶺土中所含著色雜質(zhì)的種類、數(shù)量和賦存狀態(tài)等都有較大的差異,在選擇高嶺土除鐵方法時必需從實際出發(fā),通過試驗,選擇最佳方案和工藝條件。

來源：選礦圈