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选矿技术
化学法去除高岭土中铁杂质
2017-10-141639

高岭土作为一种性能优良的工业矿物,广泛应用于陶瓷、造纸、橡胶、塑料、建材、油漆、石油化工等,尤其在陶瓷工业中用得较多。高岭土既可作为陶瓷坯料,又可作釉料。

无论陶瓷工业还是其它工业部门,对高岭土的白度都有一定要求。而自然界产出的高岭土中,往往因含有一些有机质和铁、钛、锰等元素的矿物而影响其自然白度。高岭土中的铁杂质不仅影响陶瓷产品的烧后颜色,而且还严重影响陶瓷产品的介电性能和化学稳定性。采用常规的物理选矿方法,对黄铁矿等弱磁性矿物及细颗粒含铁杂质去除效果不明显。而采用化学除铁法可以有效地除去这部分铁杂质。

1、高岭土的化学除铁法

目前高岭土常用的化学除铁法有氧化法、还原法和汉化-还原联合法三种,其中还原法应用得最广泛。具体用哪一种方法适应要根据高岭土中含有的铁矿物类型来定。

1.1 氧化除铁法

当高岭土中含有黄铁矿和有机质时,常使矿物呈灰色,这些物质采用酸洗和还原法均难以除去,需要采用氧气除铁法进行漂白。 氧化除铁法是用强氧化剂,在水介质中将处于还原状态的黄铁矿等氧化成可溶于水的亚铁离子;同时将深色有机质氧化,使其成为能被水洗去的无色氧化物。氧化法中所用的氧化剂有次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯气、臭氧等。 氧化除铁效果与介质的pH值有关,还受到矿石特性、温度、药剂用量、矿浆浓度、漂白时间等因素的影响。 (1)pH值的影响。次氯酸盐为弱酸盐,在不同pH值下其氧化能力不同。在碱性介质中较稳定,而在酸性和中性介质中不稳定,且分解迅速,生成强氧化成分。在弱酸性(Ph5~6)条件下,其活性最大,氧化能力最强,此时二价铁离子也相对较稳定。 (2)温度的影响。随着温度升高,漂白剂的水解速度加快,漂白速度也加快,所需漂白时间缩短。但温度过高时热耗量大,药剂分解速度过快,会造成浪费并污染环境。实际操作中可在常温下通过加大药剂量、调整pH值、延长漂白时间等来达到预期效果。 (3)药剂用量的影响。最佳药剂用量与原矿特性、杂质被氧化程度、反应温度、时间和pH值等有关,药剂用量过大或过小皆影响除铁效果。 (4)矿浆浓度的影响。药剂用量一定时,矿浆浓度降低则除铁漂白效果下降;若浓度过高,由于产品不洗涤,过滤后残留药剂离子过多也会影响产品性能。 (5)漂白时间的影响。时间越长除铁效果越好,开始时反应速度很快,随后越来越慢,合理又经济的漂白时间需要通过试验才能确定。

1.2还原除铁法

1.2.1 保险粉还原法

高岭土还原除铁最常用的药剂是连二亚硫酸钠,工业上又称为保险粉,其分子式为Na2S2O4,是一种强还原剂,高岭土中存在的三价铁的氧化物不溶于水,也难溶于稀酸,但在保险粉存在的条件下,可将氧化铁中的三价铁还原为二价铁。由于二价铁可溶于水,经过滤、洗涤即可除去。该过程的主要反应如下: Fe2O3+Na2SO4+H2S2O4=Na2SO4+2FeSO3+H2O 影响这一反应过程的主要因素如下: (1)酸度的影响 保险粉还原氧化铁的反应不宜在碱性条件下进行。但是漂白反应的pH值又不宜太低,否则保险粉稳定性下降,发生分解反应。试验表明,pH=0.8时,在室温下只要2min,保险粉就会分解一半。 (2)温度的影响 与大多数化学反应一样,保险份与氧化铁的反应随温度升高而加快,但是保险粉的稳定性则随温度升高而大大下降。在实际生产中控制好其它条件,在常温下漂白也可取得较好效果。 (3)保险粉用量的影响 理论上,根据高岭土中所含氧化铁量可计算出保险粉用最,但实际用量远远超过理论用量。 保险粉用量一般需通过试验来确定。另外,要进行除铁漂白的高岭土中Fe2O3含量不宜太高(一般低于1%),否则保险粉用量过多会导致除铁成本增大。 (4)其它因素的影响 反应时间对除铁效果影响较大,时间过短达不到理想白度;时间过长浪费药剂,甚至因空气氧化二价铁的重新氧化,同样导致产品白度下降。一般认为,反应时间应在40min到2h,反应完毕应立即洗涤、过滤,否则就会出现返黄现象,即二价铁重新氧化,使高岭土白度降低;矿浆浓度虽对漂白本身影响不大,但浓度过高时矿浆粘度增大,使反应难以进行,一般矿浆浓度应控制在15%以下。

1.2.2 硼氢化钠还原法

常用的还原剂除了连二亚硫酸钠外,还有连二亚硫酸锌,相比之下前者很不稳定.后者则稳定得多。但是用连二亚硫酸锌漂白时会使废水中锌离子浓度过高,对江河水造成污染。为此,可采用硼氢化钠还原法。 这种方法实际上是在漂白过程中通过硼氢化钠与其它药剂反应生成连二亚硫酸钠来进行漂白。具体过程为: 在pH为7.0~10.0的条件下,将一定量的硼氢化钠和NaOH与矿浆混合,然后通入SO2气体。调节pH值在6~7,此pH值有利于在矿浆中产生最大量的连二亚硫酸钠。再用H2SO3或SO2调节pH值到2.5~4,此时即可发生漂白反应。生成连二亚硫酸钠的反应如下: NaBH4+9NaOH+9SO2=4Na2S2O4+NaBO2+NaHSO3+6H2O 这种方法的本质仍是连二亚硫酸钠起还原漂白作用,但在pH6~7时,生成的大量连二亚硫酸钠十分稳定。 在随后的pH值降低时,连二亚硫酸钠与高岭土矿浆中的氧化铁立即反应,得到及时利用,从而避免了连二亚硫酸钠的分解损失。

1.2.3 还原络合除铁法

如前所述,高岭土中的三价铁用连二亚硫酸钠还原成二价铁后,如果不立即过滤洗涤,产品就会出现返黄现象。解决这一问题较有效的方法是加络合剂,使二价铁离子得到络合而不再容易被氧化。可用来对铁进行络合的药剂很多,有磷酸、聚乙稀醇、羟胺、羟胺盐、草酸、聚磷酸盐、乙二胺醋酸盐、柠檬酸等。

1.3氧化-还原联合除铁法

有些高岭土单独采用氧化除铁法或还原除铁法均不能达到满意的效果,这时就需采用氧化-还原联合除铁法进行漂白。该工艺是先用强氧化剂次氯酸钠和过氧化氢对高岭土中的染色有机质和黄铁矿等进行氧化除去,然后再用连二亚硫酸钠进行还原漂白,使高岭土中剩余的铁的氧化物如Fe2O3、FeOOH等被还原成可溶性二价铁而除去,使这一类高岭土得到漂白。

2、结语

高岭土的精加工要经过提纯分级、剥片、磁选、化学漂白等一系列工序。由于化学漂白法的药剂成本相对较高,因此在工业生产中要充分利用前面的几道工序对高岭土进行选矿、除铁,然后再进行化学漂白,以尽量减少漂白工艺所处理的矿浆量,减少漂白剂用量。 随着科学技术的发展,陶瓷工业及其它工业部门对高岭土的白度要求越来越高,化学除铁漂白法将会得到更广泛的应用。

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