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高岭土除铁增白方法技术研究概况(二)
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-04-29 11:22:57    浏览次数:
 
      (中国粉体技术网/班建伟)铁是高岭土的主要染色因素,含铁矿物在高温锻烧时会变成 Fe2O3,造成高岭土矿发黄或呈砖红色。要将高岭土矿中含铁杂质高效除去,必须清楚含铁杂质在高岭土中的赋存状态,才能针对不同的铁,采取相应的除铁方法,达到高岭土除铁增白的效果。对高岭土中铁的赋存状态,国内外学者已做了大量的研究工作。
表1 各工业部门对高岭土白度的要求
1 氧化漂白除铁法
       氧化漂白除铁法主要用于处理黄铁矿型高岭土。高岭土矿中的黄铁矿用还原漂白法或酸洗法均难以漂白。氧化漂白法是以强氧化剂为漂白剂,在高岭土矿浆体系中将高岭土中黄铁矿等氧化生成可溶性的 Fe2+。同时,也可将其它深色有机质氧化成无色氧化物而能被漂白。所用的强氧化剂通常为 H2O2、NaClO、O3气体、Cl2气体、KMnO4等。
       在较强的酸性溶液介质中,Fe2+是稳定的。但当 pH 值较高时,Fe2+则可能被氧化成难溶的 Fe3+、可溶性降低。除 pH 值的影响外,氧化漂白过程还受到高岭土矿物特点、浆料体系温度、漂白时间、氧化剂用量、高岭土浆料浓度等因素的影响。
       黄明礼等用 NaClO 作氧化剂对苏州阳山西面某含黄铁矿型的高岭土矿进行了氧化漂白除铁研究,该高岭土矿煅烧白度为 66-68%,其染色矿物主要为游离星散状或浸染状的黄铁矿,含量为 1~3%,经氧化漂白后,煅烧白度可达84.5%,其最佳工艺条件是矿浆浓度为 12~15%,温度控制在 30~40℃,pH 值控制在 5~6,漂白剂用量为 1.5~2.5%,漂白时间为 1~3 小时,最后过滤洗涤。
       由于氧化漂白法除铁主要针对漂白含黄铁矿的高岭土,而对含其他染色金属物质类型的高岭土矿除铁增白效果甚微,不具备广泛应用的条件。
氧化还原联合除铁法
       在粘土矿物中,有一类呈灰色(如产自美国佐治亚州的某高岭土),它与呈粉红色和米色的粘土不同,采用上述还原漂白法并不能改善其白度和亮度,而采用氧化法漂白的效果也不很好。因此出现了氧化-还原联合漂白除铁法,以美国佐治亚州灰色高岭土采用氧化-还原复合漂白法进行漂白为例,先将该高岭土在强氧化剂次H2O2和 NaClO 的共同作用下进行氧化漂白,将高岭土的染色有机质和黄铁矿等杂质除去;然后再用联二亚硫酸钠作还原剂进行还原漂白,使得高岭土中剩余的铁的氧化物如 Fe2O3,FeOOH 等还原成可溶的二价铁,从而使该高岭土得到漂白。
       其具体工艺流程如下:将该高岭土矿调制成高岭土浓度为 30%的矿浆,加入约 1.2kg/t无水碳酸钠和三聚磷酸盐混合溶液,溶液中两种药剂质量比例约为 1:2,充分搅拌均匀,将 pH 值调至 6.4;去除 100 目筛上粗颗粒后,矿浆中加入 1.7kg/t   NaClO,再次搅拌均匀,然后加入 0.66kg/t 的 H2O2,搅拌均匀后离心分级出<2μm 占 90%的细粒级,加入浓度为 10%的硫酸和硫酸铝(各占 50%)的溶液,调节 pH 值为 3,再加入 2.72kg/t  Na2S2O4再次漂白、然后过滤干燥,漂白后高岭土的白度值及与不加氧化剂和还原剂的对比结果见表2
表2  高领土氧化-还原联合漂白法的效果
       同样,氧化还原联合除铁也是主要针对与产自美国佐治亚州的某高岭土相类似的高岭土,对含其他染色金属物质类型的高岭土矿除铁增白效果也甚微,也不具备广泛应用的条件。
氯化焙烧工艺除铁法
       郑水林、刘文中等采用氯化焙烧法对煤系高岭土除铁增白工艺进行了研究。郑水林研究组以 NaCl 为氯化剂,用 CO2气体调节气氛,用刚玉管式炉在升温速度 4~5  ℃/min,恒温温度 860~950℃,恒温时间>1.5h,CO2气流速度 1.5~2.5 L/min 条件下,可从煤系高岭土生产出白度较高、Fe2O3含量较低的煅烧高岭土产品。
       煤系高岭土氯化焙烧过程中,铁的氧化物均以 FeO 参与氯化反应(Fe2O3首先还原为FeO),其氯化产物主要是 FeCl2,低温时也有少量 FeCl3。对该工艺机理研究表明,高岭土矿温度升至 550℃时,NaCl 在体系中的 SiO2、H2O 等组分的综合作用下分解,分解生成的 Cl2气体及 HCl 气体,与高岭土体系中的 FeO 进行氯化反应;而高岭土体系中 Fe2O3则在煤系高岭土中的碳气化产生的还原气氛作用下,先被还原为 FeO,然后在氯化作用下形成 FeCl2气体;部分 FeCl2亦可与 Cl2反应产生 FeCl3
       在体系温度 550~700℃之间有少量的氯化物(FeCl2和 FeCl3)产生,温度继续升高后,以大量的 FeCl2挥发为主,气态 FeCl2由反应的固体颗粒表层逸出,被 CO2气流带走排出。该除铁法从高岭土除铁且作为开发煅烧高岭土产品角度上讲,有较好的应用前景,但是工艺中排放的氯化铁或氯化亚铁固体颗粒物是目前最关注的环境问题(即PM2.5 问题),不易工业化应用。
微生物除铁法
       微生物除铁法在高岭土除铁技术中,有投资少、成本低、能耗小、环境污染程度轻等显著特点而被有关研究者重视。目前国内外已有利用氧化亚铁硫杆菌、异养微生物和异化铁还原菌GS-15等菌种产生生物作用及发酵产生的有机酸对高岭土除铁增白的研究。现以氧化亚铁硫杆菌除铁法和异化铁还原菌 GS-15 除铁法为例简单介绍。
       袁欣研究组对主要含黄铁矿杂质的高岭土矿,采用氧化亚铁硫杆菌的新陈代谢作用对该类高岭土进行氧化除铁。氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus  ferrooxidans,简称 T.f.菌)是矿物的微生物加工技术中最常用的一种细菌。研究表明,在氧化亚铁硫杆菌氧化高岭土中的黄铁矿过程中,T.f.菌氧化高岭土矿中 FeS2,保证其生长所需足够的营养物质及浓度,再将 Fe2+与高岭土矿分离,从而达到提高白度的目的。
       研究结果表明,含 FeS2的高岭土,经 T.f.菌的氧化作用 35d 后,煅烧白度由73.6%提高到84.9%,除铁率达 71. 98%。 郭敏容研究组利用异养铁还原菌的新陈代谢作用对含 Fe2O3的高岭土进行了深入的除铁研究。研究了处理时间、碳源及其投加量、体系 pH 值、异养铁还原菌接种量、体系温度 6 个影响因素对高岭土除铁效果。
       研究结果表明,在厌氧条件下,在每克高岭土需加入蔗糖量为 0.04g、异养铁还原菌菌液加入量为 0.5mL、体系pH 值为 6.0、体系温度为 30℃的条件下,铁还原菌除铁效果最好,培养 16 天后,矿浆质量浓度为 100g/L 高岭土中的 Fe2O3的质量分数由原来的 0.59%降到 0.52%,高岭土的自然白度由原来的 75%提高为 80%。
       总体上讲,微生物除铁法在高岭土除铁的各方法中,确实存在许多优点。但是,菌种一般对体系环境的要求较为严格,在工业化生产中难以控制而存在着很多技术问题。因此,微生物除铁法还有待于进一步研究。
磁选分离除铁法
       磁选分离除铁法具有节能、环境污染小等优点,已成为各高岭土企业首选除铁方法。磁选分离除铁法的基本原理是将高岭土中的含铁矿物在磁场中进行磁化、分离,以清除。分离的依据是矿物的质量磁化率不同,即磁场对不同的含铁矿物有不同的磁场效应,若含铁矿物磁化率愈大,则磁场对它的作用愈大。
       强磁性矿物的质量磁化率χ大于3.8*10-4 m3/kg,这类矿物中含铁矿物主要有磁铁矿、磁赤铁矿(γ-赤铁矿)、钛磁铁矿、锌铁尖晶石和磁黄铁矿等,是磁选法最易处理、最重要的磁选对象,对这类强磁性矿物仅仅采用磁感应强度0.12-0.15T的弱磁场磁选机就能实现磁选分离。弱磁性矿物的质量比磁化率χ为7.5-0.126*10-4 m3/kg /kg,这类矿物中含铁矿物主要有赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、   钛铁矿、铬铁矿,对这类弱磁性类矿物需采用磁感应强度为 1~2 T 的强磁场磁选机才能实现与高岭土的磁选分离。
       普通磁选对强磁性矿物较为有效,但对于弱磁性的矿物,需采用高梯度强磁场磁选法。高梯度强磁场磁选法对高岭土中弱磁性微细颗粒甚至胶体颗粒均有较好的磁选除铁效果,对高岭土的白度提高很显著。但是,由于目前设备和技术的限制,以及高岭土中含铁成分的多样性,通过磁选除去高岭土中的铁,产品在质量上还不是很理想,不能满足所有需要。


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