中國(guó)粉體網(wǎng)訊  高嶺土具有特殊的理化性能，是陶瓷、造紙、橡膠、塑料、耐火材料及石油精煉等工業(yè)及農(nóng)業(yè)和國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的非金屬礦產(chǎn)資源。而高嶺土白度是決定其應(yīng)用價(jià)值的重要指標(biāo)。

高嶺土白度影響因素

高嶺土是一種以高嶺石族礦物為主要成分的細(xì)粒黏土或黏土巖，晶體化學(xué)式為2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O，少量的非黏土礦物為石英、長(zhǎng)石、鐵礦物、鈦、鋁的氫氧化物及氧化物、有機(jī)質(zhì)等。

高嶺土晶體結(jié)構(gòu)

根據(jù)高嶺土中的雜質(zhì)狀態(tài)和性質(zhì)，引起高嶺土的白度降低的雜質(zhì)可分為三類：有機(jī)炭；色素元素，如Fe，Ti，V，Cr，Cu，Mn等；暗色礦物，如黑云母、綠泥石等。通常情況下，高嶺土的V，Cr，Cu，Mn等等元素含量很少，對(duì)于白度影響不大。鐵、鈦的礦物成分與含量才是影響高嶺土白度的主因。它們的存在，不僅僅會(huì)影響到高嶺土的自然白度，同時(shí)還影響其煅燒白度。尤其是氧化鐵的存在對(duì)粘土顏色有不利影響，并降低其亮度和耐火性。且即使氧化鐵的氧化物、氫氧化物和水合氧化物的量為0.4%，也足以賦予粘土沉積物紅色至黃色的著色。這些氧化鐵、氫氧化物可以是赤鐵礦（紅色）、磁赤鐵礦（紅棕色）、針鐵礦（棕黃色）、鱗鐵礦（橙色）、水合氧化鐵（棕紅色）等�？梢哉f(shuō)高嶺土當(dāng)中鐵雜質(zhì)去除對(duì)高嶺土的更好使用占有極其重要的作用。

鐵元素賦存狀態(tài)

高嶺土中鐵元素的賦存狀態(tài)是決定除鐵方法的主要因素。大量研究認(rèn)為：以微細(xì)顆粒存在的晶態(tài)鐵夾雜于高嶺土中，而非晶態(tài)鐵則包覆于高嶺土細(xì)粒表面。目前，國(guó)內(nèi)外將鐵元素在高嶺土中的賦存狀態(tài)分為兩種：一種是存在于高嶺石和副礦物中（如云母、鈦白礦和伊利石），稱為結(jié)構(gòu)鐵；另一種是以獨(dú)立的鐵礦物形式存在，稱為自由鐵（包括表面鐵、細(xì)粒晶質(zhì)鐵和非晶質(zhì)鐵）。

高嶺土除鐵增白除去的鐵為自由鐵，主要包括磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦和黃鉀鐵礬等礦物；多數(shù)鐵以高度分散的膠狀褐鐵礦形式存在，少量的以球狀、針狀和不規(guī)則形的針鐵礦及赤鐵礦形式存在。

高嶺土除鐵增白方法

水選法

此種方法主要去掉石英、長(zhǎng)石、云母等碎屑礦物和巖屑等較粗粒的雜質(zhì)，同時(shí)也可除去部分鐵鈦礦物。對(duì)密度和溶解度與高嶺土相似的雜質(zhì)礦物無(wú)法去除，白度提高相對(duì)不是很明顯，適合于較為優(yōu)質(zhì)的高嶺土礦的選礦增白。

磁選法

高嶺土中鐵礦物雜質(zhì)通常為弱磁性，目前主要采用高梯度強(qiáng)磁選法，或者將弱磁性礦物焙燒后轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性氧化鐵，再采用普通磁選法除去。

浮選法

浮選法已應(yīng)用于處理來(lái)自原生和次生礦床的高嶺土。在浮選過(guò)程中，高嶺石和云母顆粒被分離，所得提純物是幾種合適的工業(yè)級(jí)原料。高嶺石和長(zhǎng)石的選擇性浮選分離通常在控制酸堿度的水漿中進(jìn)行。

還原法

還原法是采用還原劑將高嶺土中處于三價(jià)態(tài)不溶的鐵雜質(zhì)（如赤、褐鐵礦）還原成可溶的二價(jià)態(tài)鐵離子，經(jīng)過(guò)濾、洗滌除去。從工業(yè)高嶺土中去除Fe3+雜質(zhì)通常是通過(guò)在酸性或還原條件下利用物理技術(shù)（磁分離、選擇性絮凝）與化學(xué)處理相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

亞硫酸氫鈉（Na₂S₂O₄），也稱連二亞硫酸鈉、保險(xiǎn)粉，從高嶺土中還原浸出鐵是有效的，目前在高嶺土工業(yè)中得到應(yīng)用。但這種方法必須在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行（酸堿度<3），導(dǎo)致高運(yùn)行成本和環(huán)境影響。此外，保險(xiǎn)粉化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，需要特殊而昂貴的儲(chǔ)存和運(yùn)輸安排。

二氧化硫脲（(NH₂)₂CO₂，TD）是一種強(qiáng)還原劑，具有還原能力強(qiáng)、環(huán)境友好、分解率低、安全和批量生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。高嶺土中的不溶性Fe³⁺可以通過(guò)TD還原為可溶性Fe²⁺。隨后，經(jīng)過(guò)過(guò)濾和洗滌過(guò)程，高嶺土的白度可以增加。TD在室溫和中性條件下非常穩(wěn)定。TD的強(qiáng)還原能力只能在強(qiáng)堿性（pH>10）或加熱（T>70°C）條件下才能獲得，導(dǎo)致運(yùn)行成本和操作難度較高。

氧化法

氧化處理包括使用臭氧、過(guò)氧化氫、高錳酸鉀和次氯酸鈉，用于去除吸附的碳層，以提高白度。在較厚覆蓋層下更深的地方出現(xiàn)的高嶺土呈灰色，高嶺土中的鐵處于還原狀態(tài)。利用臭氧或次氯酸鈉等強(qiáng)氧化性劑將黃鐵礦中的不可溶FeS₂氧化為可溶的Fe²⁺，之后再水洗將Fe²⁺從體系中除去。

酸浸法

酸浸法是將高嶺土中的不溶鐵雜質(zhì)在酸性溶液（鹽酸、硫酸、草酸等）中轉(zhuǎn)化成可溶物，從而實(shí)現(xiàn)與高嶺土的分離。與其他有機(jī)酸相比，草酸因其酸強(qiáng)度、良好的絡(luò)合特性和高還原能力而被認(rèn)為是最有前途的。使用草酸，溶解的鐵可以以草酸亞鐵的形式從浸出液中沉淀出來(lái)，可以通過(guò)煅燒進(jìn)一步再加工形成純赤鐵礦。草酸可以廉價(jià)地從其他工業(yè)過(guò)程獲得，并且在陶瓷制造的燒制階段，處理過(guò)的材料中任何殘留的草酸鹽都將分解成二氧化碳。許多研究人員研究了使用草酸溶解氧化鐵的結(jié)果。

高溫煅燒法

煅燒是生產(chǎn)特殊等級(jí)高嶺土產(chǎn)品的過(guò)程。根據(jù)處理溫度，生產(chǎn)兩種不同等級(jí)的煅燒高嶺土。在650-700℃的溫度范圍內(nèi)煅燒去除了結(jié)構(gòu)羥基，逸出的水蒸氣，使得高嶺土的彈性和不透明度增強(qiáng)，這是紙張涂布應(yīng)用的理想屬性。另外，通過(guò)在1000-1050℃下加熱高嶺土，既可以增加研磨性，也可以獲得92-95%的白度。

氯化煅燒法

用氯化法從粘土礦物，特別是高嶺土中除去鐵和鈦，取得了很好的效果。在氯化煅燒的過(guò)程中，使用高溫（700℃-1000℃）此時(shí)高嶺石已經(jīng)發(fā)生脫羥基作用，生成偏高嶺石，在更高的溫度下，生成尖晶石和莫來(lái)石相。這些轉(zhuǎn)變通過(guò)燒結(jié)增加了顆粒的疏水性、硬度和尺寸。如此處理的礦物可用于許多行業(yè)，如紙張、聚氯乙烯、橡膠、塑料、粘合劑、拋光和牙膏，其中較高的疏水性使這些礦物與有機(jī)體系更相容。

微生物法

礦物的微生物提純加工技術(shù)是一個(gè)比較新的礦物加工課題，包括微生物浸出技術(shù)和微生物浮選技術(shù)。礦物的微生物浸出技術(shù)是利用微生物與礦物之間的深度作用，是礦物晶格破壞，從而使有用組分溶解出來(lái)的一門提取技術(shù)。高嶺土中含有的氧化黃鐵礦及其他硫化礦就可以利用微生物提出技術(shù)進(jìn)行提純加工。常用的微生物有氧化亞鐵硫桿菌和鐵還原桿菌等。微生物法成本低，環(huán)境污染小不會(huì)影響高嶺土的物理化學(xué)性質(zhì)，是高嶺土礦的一種具有發(fā)展前景的新的提純?cè)霭追椒ā?/p>

小結(jié)

高嶺土的除鐵增白處理需要針對(duì)不同的致色原因、不同應(yīng)用目標(biāo)來(lái)選擇最優(yōu)的方法，提高高嶺土礦物的白度綜合性能，使其具有較高的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。對(duì)于未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是結(jié)合化學(xué)法、物理法、微生物法各自的特點(diǎn)，將其有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)抑制各自的劣勢(shì)與不足，從而取得更加優(yōu)異的增白效果。同時(shí)，還需要進(jìn)一步研究各種除雜方法的新機(jī)理，改進(jìn)工藝，使高嶺土除鐵增白向著綠色、高效、低碳的方向發(fā)展。

參考資料：

刁會(huì)鵬.高嶺土增白工藝及綜合利用探究

郭春雷等.高嶺土除鐵增白研究進(jìn)展

丁鑄等.黏土礦物增白技術(shù)的研究進(jìn)展

王明俊.高嶺土礦選礦加工方法概述

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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