|
| |
| 高嶺土除鐵增白方法技術(shù)研究概況(一) |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-04-28 10:28:36 瀏覽次數： |
|
| |
（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(shí)會(huì )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，采取相應的除鐵方法，達到高嶺土除鐵增白的效果。對 高嶺土中鐵的賦存狀態(tài)，國內外學(xué)者已做了大量的研究工作。
普遍認為，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合形式很復雜，晶態(tài)者多以微細顆粒狀夾雜其中，非晶態(tài)者多包覆在高嶺土的細顆粒表面。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(shí)呈玫瑰紅或褐黃色；含 Fe2+時(shí)呈淡藍或淡綠色。
目前，針對不同賦存狀態(tài)的鐵，國內外學(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(jiǎn)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備即為較為常規的機械攪拌式浮選機，以塔爾油為捕收劑，以硫酸銨為抑制劑，以碳酸鈉作 pH值調整劑，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，Fe2O3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(zhù)于氣泡表面，得到含Fe2O3的載體泡沫尾礦與含高嶺土精礦，從而實(shí)現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(shí)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(chēng)為兩液分離，或稱(chēng)液-液界面分選，類(lèi)似于液-液萃取，是由泡沫浮選法發(fā)展而來(lái)。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(zhù)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(lèi)不同其疏水程度也不同，它們將進(jìn)入不同的界面或相，從而達到分離不同種類(lèi)礦粒的作用。魏克武課題組將高嶺土礦調成一定濃度的水懸浮液礦漿體系，加入 pH 值調整劑將礦漿體系的 pH 值調節到所需值，攪拌適當時(shí)間后將捕收劑加入到體系中，再持續攪拌一段時(shí)間后，加入有機溶液，再充分攪拌合適的時(shí)間，靜置分層、分離，得到有機相產(chǎn)品(含Fe2O3)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)行除微細粒氧化鐵礦物的研究，即首先通過(guò)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、油水體積比及機械攪拌強度等有關(guān)參數進(jìn)行了深入的研究試驗，最終確定了實(shí)現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，機械攪拌強度為1750 r/min，分選時(shí)間為 8min；將該工藝用于實(shí)際礦樣，可獲得同樣的效果。因此，該工藝可達到將高嶺土中微細粒氧化鐵礦物較好的除去效果。
但由于機械攪拌強度對雙液浮選的分離指標影響很大且不容易控制，因為機械攪拌強度不夠則影響有機相與水相的充分分散性，從而使高嶺土中鐵質(zhì)礦物顆粒與有機液滴的互相碰撞接觸的幾率減少，如果攪拌過(guò)強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(guò)在礦漿體系中加入化學(xué)試劑，將礦中含鐵氧化物轉化為可溶于水的鐵離子或亞鐵離子，再將其通過(guò)洗滌或過(guò)濾等工序除去?，F將各化學(xué)漂白法除鐵研究情況簡(jiǎn)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變?yōu)榭扇苄缘柠}類(lèi)，再經(jīng)洗礦等工序而實(shí)現高嶺土的增白。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(jià)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(shí)，對高嶺石晶體結構的破壞較為嚴重，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定的水溶性鰲合物，也能達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(lái)，而不造成對高嶺石的晶格結構和物理化學(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(lèi)雜質(zhì)而使高嶺土的白度提高，同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)上應用該技術(shù)，控制礦漿較高的溫度，對設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(jià)鐵(如褐鐵礦)還原成可溶的二價(jià)鐵，經(jīng)過(guò)過(guò)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(chēng)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式如下：
 上述反應使三價(jià)鐵還原成可溶的二價(jià)鐵，反應過(guò)程是可逆的，為防止二價(jià)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(lái)實(shí)現，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，在反應的過(guò)程中添加適量的螯合物，使其生成穩定的水溶性鰲合物，經(jīng)過(guò)濾洗滌去除鐵。因為鰲合劑的成螯官能團與 Fe2+生成穩定的螯合物，同時(shí)螯合劑的水溶性官能團可提升其螯合物親水性，該穩定的、水溶性的 Fe2+螯合物可在高嶺土漂白水洗后隨水排除，從而達到高嶺土的除鐵目的。
但保險粉價(jià)格昂貴，必須嚴格控制反應條件如酸度、溫度、反應時(shí)間、藥劑用量等，同時(shí)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(shí)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(cháng)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(guò)硼氫化鈉與其他化學(xué)藥劑反應生成連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）來(lái)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，調節漿料體系 pH 值為 6～7。再用 H2SO4或 SO2調節 pH 值到 2.5～4。
在 pH 值=6～7 時(shí)，大量生成的 Na2S2O4非常穩定。隨后 pH 值降低時(shí)，Na2S2O4立即與高嶺土礦漿體系中的 Fe2O3反應，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(chēng)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(guò)活潑金屬還原置換出酸溶液介質(zhì)中的 H+生成 H2氣體，其持續生成的 H2氣體將高嶺土中染色不溶含鐵礦物的三價(jià)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℃，漂白反應時(shí)間為 1.5 h；最佳效果為除鐵率達 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(gè)工藝中任然存在對生產(chǎn)設備有抗酸腐蝕的較高要求，同時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量含 Zn2+的工業(yè)廢水，不易工業(yè)化大量生產(chǎn)。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
