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化學法去除高嶺土中鐵雜質

高嶺土作為一種性能優良的工業礦物,廣泛應用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料、建材、油漆、石油化工等,尤其在陶瓷工業中用得較多。高嶺土既可作為陶瓷坯料,又可作釉料?! o論陶瓷工業還是其它工業部門,對高嶺土的白度都有一定要求。而自然界產出的高嶺土中,往往因含有一些有機質和鐵、鈦、錳等元素的礦物而影響其自然白度。高嶺土中的鐵雜質不僅影響陶瓷產品的燒后顏色,而且還嚴重影響陶瓷產品的介電性能和化學穩定性。采用常規的物理選礦方法,對黃鐵礦等弱磁性礦物及細顆粒含鐵雜質去除效果不明顯。而采用化學除鐵法可以有效地除去這部分鐵雜質。1、高嶺土的化學除鐵法目前高嶺土常用的化學除鐵法有氧化法、還原法和漢化-還原聯合法三種,其中還原法應用得最廣泛。具體用哪一種方法適應要根據高嶺土中含有的鐵礦物類型來定。1.1氧化除鐵法當高嶺土中含有黃鐵礦和有機質時,常使礦物呈灰色,這些物質采用酸洗和還原法均難以除去,需要采用氧氣除鐵法進行漂白。氧化除鐵法是用強氧化劑,在水介質中將處于還原狀態的黃鐵礦等氧化成可溶于水的亞鐵離子;同時將深色有機質氧化,使其成為能被水洗去的無色氧化物。氧化法中所用的氧化劑有次氯酸鈉、過氧化氫、高錳酸鉀、氯氣、臭氧等。氧化除鐵效果與介質的pH值有關,還受到礦石特性、溫度、藥劑用量、礦漿濃度、漂白時間等因素的影響。(1)pH值的影響。次氯酸鹽為弱酸鹽,在不同pH值下其氧化能力不同。在堿性介質中較穩定,而在酸性和中性介質中不穩定,且分解迅速,生成強氧化成分。在弱酸性(Ph5~6)條件下,其活性最大,氧化能力最強,此時二價鐵離子也相對較穩定。(2)溫度的影響。隨著溫度升高,漂白劑的水解速度加快,漂白速度也加快,所需漂白時間縮短。但溫度過高時熱耗量大,藥劑分解速度過快,會造成浪費并污染環境。實際操作中可在常溫下通過加大藥劑量、調整pH值、延長漂白時間等來達到預期效果。(3)藥劑用量的影響。最佳藥劑用量與原礦特性、雜質被氧化程度、反應溫度、時間和pH值等有關,藥劑用量過大或過小皆影響除鐵效果。(4)礦漿濃度的影響。藥劑用量一定時,礦漿濃度降低則除鐵漂白效果下降;若濃度過高,由于產品不洗滌,過濾后殘留藥劑離子過多也會影響產品性能。(5)漂白時間的影響。時間越長除鐵效果越好,開始時反應速度很快,隨后越來越慢,合理又經濟的漂白時間需要通過試驗才能確定。1.2還原除鐵法1.2.1保險粉還原法高嶺土還原除鐵最常用的藥劑是連二亞硫酸鈉,工業上又稱為保險粉,其分子式為Na2S2O4,是一種強還原劑,高嶺土中存在的三價鐵的氧化物不溶于水,也難溶于稀酸,但在保險粉存在的條件下,可將氧化鐵中的三價鐵還原為二價鐵。由于二價鐵可溶于水,經過濾、洗滌即可除去。該過程的主要反應如下:Fe2O3 Na2SO4 H2S2O4=Na2SO4 2FeSO3 H2O影響這一反應過程的主要因素如下:(1)酸度的影響保險粉還原氧化鐵的反應不宜在堿性條件下進行。但是漂白反應的pH值又不宜太低,否則保險粉穩定性下降,發生分解反應。試驗表明,pH=0.8時,在室溫下只要2min,保險粉就會分解一半。(2)溫度的影響與大多數化學反應一樣,保險份與氧化鐵的反應隨溫度升高而加快,但是保險粉的穩定性則隨溫度升高而大大下降。在實際生產中控制好其它條件,在常溫下漂白也可取得較好效果。(3)保險粉用量的影響理論上,根據高嶺土中所含氧化鐵量可計算出保險粉用最,但實際用量遠遠超過理論用量。保險粉用量一般需通過試驗來確定。另外,要進行除鐵漂白的高嶺土中Fe2O3含量不宜太高(一般低于1%),否則保險粉用量過多會導致除鐵成本增大。(4)其它因素的影響反應時間對除鐵效果影響較大,時間過短達不到理想白度;時間過長浪費藥劑,甚至因空氣氧化二價鐵的

重新氧化,同樣導致產品白度下降。一般認為,反應時間應在40min到2h,反應完畢應立即洗滌、過濾,否則就會出現返黃現象,即二價鐵重新氧化,使高嶺土白度降低;礦漿濃度雖對漂白本身影響不大,但濃度過高時礦漿粘度增大,使反應難以進行,一般礦漿濃度應控制在15%以下。1.2.2硼氫化鈉還原法常用的還原劑除了連二亞硫酸鈉外,還有連二亞硫酸鋅,相比之下前者很不穩定.后者則穩定得多。但是用連二亞硫酸鋅漂白時會使廢水中鋅離子濃度過高,對江河水造成污染。為此,可采用硼氫化鈉還原法。這種方法實際上是在漂白過程中通過硼氫化鈉與其它藥劑反應生成連二亞硫酸鈉來進行漂白。具體過程為:在pH為7.0~10.0的條件下,將一定量的硼氫化鈉和NaOH與礦漿混合,然后通入SO2氣體。調節pH值在6~7,此pH值有利于在礦漿中產生最大量的連二亞硫酸鈉。再用H2SO3或SO2調節pH值到2.5~4,此時即可發生漂白反應。生成連二亞硫酸鈉的反應如下:NaBH4 9NaOH 9SO2=4Na2S2O4 NaBO2 NaHSO3 6H2O這種方法的本質仍是連二亞硫酸鈉起還原漂白作用,但在pH6~7時,生成的大量連二亞硫酸鈉十分穩定。在隨后的pH值降低時,連二亞硫酸鈉與高嶺土礦漿中的氧化鐵立即反應,得到及時利用,從而避免了連二亞硫酸鈉的分解損失。1.2.3還原絡合除鐵法如前所述,高嶺土中的三價鐵用連二亞硫酸鈉還原成二價鐵后,如果不立即過濾洗滌,產品就會出現返黃現象。解決這一問題較有效的方法是加絡合劑,使二價鐵離子得到絡合而不再容易被氧化??捎脕韺﹁F進行絡合的藥劑很多,有磷酸、聚乙稀醇、羥胺、羥胺鹽、草酸、聚磷酸鹽、乙二胺醋酸鹽、檸檬酸等。1.3氧化-還原聯合除鐵法  有些高嶺土單獨采用氧化除鐵法或還原除鐵法均不能達到滿意的效果,這時就需采用氧化-還原聯合除鐵法進行漂白。該工藝是先用強氧化劑次氯酸鈉和過氧化氫對高嶺土中的染色有機質和黃鐵礦等進行氧化除去,然后再用連二亞硫酸鈉進行還原漂白,使高嶺土中剩余的鐵的氧化物如Fe2O3、FeOOH等被還原成可溶性二價鐵而除去,使這一類高嶺土得到漂白。2、結語  高嶺土的精加工要經過提純分級、剝片、磁選、化學漂白等一系列工序。由于化學漂白法的藥劑成本相對較高,因此在工業生產中要充分利用前面的幾道工序對高嶺土進行選礦、除鐵,然后再進行化學漂白,以盡量減少漂白工藝所處理的礦漿量,減少漂白劑用量?! ‰S著科學技術的發展,陶瓷工業及其它工業部門對高嶺土的白度要求越來越高,化學除鐵漂白法將會得到更廣泛的應用。

 

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