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        高嶺土除鐵技術與高嶺土增白技術

        編輯: 日期:2015-07-31 00:04:33

              高嶺土廣泛地應用于陶瓷工業、造紙工業、橡膠塑料工業、建材工業、化學工業、油漆工業等許多部門。根據其用途的不用,對高嶺土的白度有著不同的要求。但是自然界中產出的高嶺土中,往往因含有一些著色雜質而影響其自然白度。采用常規的物理選礦方法,雖可除去部分雜色礦物,但因染色物質粒度極細且共生復雜而難以奏效。因此,尋求非傳統的高嶺土除鐵新方法,使高嶺土中雜質鐵含量大大降低,實現了高嶺土的深加工和經濟價值的提高。以下介紹去除高嶺土中鐵雜質,增加其白度的幾種方法。

        2 高嶺土化學除鐵增白法

          所謂化學除鐵就是用化學藥劑選擇性溶解物料中含鐵礦物,然后去除的方法。

          色素離子的類型不同,所用的試劑、方法也就各異:經提純后的高嶺石表面吸附的色素離子為Fe3+,即鐵以Fe2O3形式存在時,采用Na2S2O4與其反應將Fe3+還原成二價鐵鹽,經過漂洗,過濾除去;當吸附離子為Fe2+時,即鐵以FeS2形式存在時,應采用氧化劑與其反應將其氧化成可溶性硫酸亞鐵和硫酸鐵,使其變成易被洗去的無色氧化物;大部份礦樣同時含有Fe3+和Fe2+,采用氧化一還原聯合漂白法,先用氧化劑氧化Fe2+成為Fe3+再用還原劑將其還原為Fe2+。經過漂洗,過濾除去。

        2.1 高嶺土還原法

        2,1.1 高嶺土保險粉還原法

          連二亞硫酸鈉除鐵的基本反應如下:

          Fe203+Na2S204+2H2SO4≒2NaHS03+2FeSO4+H20

          由試驗知,漂白效果不好的原因之一是保險粉極易分解而使其還原能力降低。反應如下:

            2[S2O42-]+4H+=3SO2+S+H2O

          

           3[S2042-]+6H+=5SO2+H2S+H2O

         

        So2與H2S進一步反應生成S↓:

         

          2H2S+SO2=3S↓+2H20,這些副反應,既浪費了藥劑,又影響產品質量。此外漂白后的高嶺土如果不能得到及時洗滌,就會造成產品返黃??梢姳kU粉還原法對條件要求非??量?,要想實現工業化生產,必須解決兩個難題:1)嚴格控制酸度、溫度等;2)如何使產品盡快、充分地得到洗滌。針對保除粉漂白的高嶺土易返黃的弱點,在漂白過程中添加適量的熬合劑,如草酸,它與鐵離子形成無色含水的雙草酸絡鐵熬合離子:

         

         該熬合離子溶于水,在高嶺土鐵漂白后隨濾液排除。漂白后的礦漿要立即進行清洗,將礦漿加入5~l0倍的清水稀釋,這樣清洗3~4次,最后濃縮干燥即成最終產品。

         2,1,2 酸高嶺土溶氫氣還原法

          為了使高嶺土中的雜質Fe2O3更易轉化為無色易溶狀態,酸溶時加入還原劑是必要的。在鹽酸、硫酸、草酸等介質中使用鋅粉或鋁粉作還原劑,通過活潑金屬置換出酸溶劑中的氫,利用不斷生成的氫氣將高嶺土中有色不溶的Fe3+變為可溶的Fe2+隨濾液被除去。其中酸的作用有兩個:1)作溶劑如鹽酸與Fe2O3發生置換反應,將不溶的Fe2O3,變為可溶的Fe3+,反應式為6HC1+Fe2O3→2FeC13+3H2O;2)與活潑金屬發生置換反應,生成氫氣,以鋁作還原劑為例,反應如下:

          6HC1+2A1=2A1Cl3十3H2↑

          3H2SO4+2A1=A12(S04)3+3H2↑

          3H2C2O4十2A1=Al2(C2O4)3+3H2↑

        新生成的氫氣將有色的Fe3+還原為無色易溶的Fe2+隨濾液除去。與此同時,氫氣還有可能直接與未被酸溶解的Fe2O3,發生反應

          2Fe3++H2=2Fe2++2H+

        對于含鐵多(大于2.10%)、白度低(70度以下)的煤系高嶺土,只有采取酸溶氫氣還原法除鐵,煅燒法除碳的方式,才能最大限度地提高產品的白度。

        2.2 高嶺土氧化法

          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漂白均難以除去。這就需要采用氧化法進行漂白。

          氧化漂白法是用強氧化劑,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。氧化漂白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。

          以次氯酸鈉為例,黃鐵礦被其氧化的反應如下:

          FeS2+8NaOCl→Fe2++8Na++S042-+8C1-

         

           在較強的酸性介質中,亞鐵離子是穩定的。但當pH值較高時,亞鐵則可能變成難溶的三價鐵、失去其可溶性。除pH值的影響外,氧化漂白過程還受到礦石特性、溫度、藥劑用量、礦漿濃度、漂白時間等因素的影響。

        3高嶺土微生物除鐵增白法

          礦物的微生物加工技術是一門新興的礦物加工技術。其顯著特點是投資少、成本低、能耗小、環境污染程度輕。礦物的微生物加工技術包括微生物浸出技術和微生物浮選技術。礦物的微生物浸出技術研究較早,研究最多,發展較快。它是利用微生物與礦物之間的深度作用,使礦物晶格破壞,從而使有用組分溶解出來的一門提取技術。

         3,1 微生物(T.f.菌)氧化增白法

          許多非金屬礦石中均含有有害雜質黃鐵礦。目前采礦現場采用的是化學增白法,但成本較高。因此探索成本低、能耗小、環境污染小、對高嶺土的物化性質無影響的新的增白方法具有重要意義。

         3,1,1 微生物(T.f.菌)氧化增白原理

          氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans,簡稱T.f.菌)是礦物地微生物加工技術中最常用的一種細菌,它能氧化黃鐵礦及其他硫化礦。

        在氧化亞鐵硫桿菌氧化高嶺土中的黃鐵礦過程中,適宜的起始Fe2+濃度既能保證T.f,菌因有足夠的營養而迅速生長,又能促使T.f.菌在沒有Fe2+的情況下,以氧化FeS2。為主要生命活動。它們從氧化Fe2+為Fe3+,氧化FeS2中的S為H2SO4,兩方面而獲得能量,因此氧化率最高。在氧化過程中,主要影響因素有:礦漿中起始Fe2+濃度,礦漿起始pH值,礦漿濃度,黃鐵礦粒度,氧化時間等。

        微生物(T.f.菌)氧化增白法成本低,環境污染小,不影響高嶺土的物理化學性質,是高嶺土的一種具有發展前景的新的增白方法。

         3.2 高嶺土有機酸的除鐵增白法

         3,2,1優 點

        有機酸除鐵增白法是利用發酵生成的有機酸(草酸、檸檬酸)溶出高嶺土中的難溶氧化鐵;溶出后的殘液易處置,不產生二次污染。有機酸除鐵增白法具有易操作、成本低、無污染優點,因而得到廣泛應用。

        3.2.2 微生物法制備有機酸

        在250mL錐瓶中,將發酵糖液調配成一定糖濃度的發酵培養基,其中按不同需要,不加或加少量促進劑,封口滅菌接入黑曲霉的孢子,置于搖床上控制發酵條件培養,定期進行顯微鏡檢查以觀察菌體生長情況,并進行有機酸(草酸、檸檬酸)酸度測定,直至有機酸積累到最大值。

         3.2。3 原位生物漂白法和二階段生物漂白法

          有機酸除鐵增白法可分為原位生物漂白法和二階段生物漂白法:

        (1)  原位生物漂白法是指在發酵的初期加入高嶺土。這種漂白技術有幾大缺點:①漂白效果受制所使用的黑曲霉種類,不能大范圍的應用;②高嶺土被生物質吸收,不易分離;③高嶺土在反應前要消毒,防止繁殖出不需要的微生物,操作過程繁瑣。

          (2)二階段生物漂白法是指:首先將黑曲霉放在振蕩燒瓶培植發酵,10天左右,有機酸積累到一定量,然后再分離,加入高嶺土,同樣可以達到除鐵增白的效果。二階段生物漂白法不但克服了原位生物漂白法的上述缺點,并且有機酸(尤其是草酸)在適宜 的pH下能達到最高的濃度。二階段生物漂白法過程如圖1。

         4 結 語

        (1)由于化學漂白法的藥劑成本相對較高,因此在工業生產中,常與物理選礦方法聯合對經選礦后的精礦進行漂白,以盡量減少漂白 所處理的礦漿量,減少漂白劑用量。

        (2)微生物法提純高嶺土,投資少,成本低、能耗小、環境污染程度輕微。隨著技術的發展,微生物除鐵增白法會變得更可行、經濟上更合理。 

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