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粉体百科:矿物粉体去杂增白的常用方法


来源:中国粉体网   三昧

[导读]  常见矿物的除杂增白方法主要有物理法和化学法,如机械粉碎法、重选法、磁选法、浮选法、煅烧法、酸浸法、氧化法等。

中国粉体网讯  白度是矿物的重要光学性质之一,也是影响矿物粉体应用的重要指标之一。影响矿物白度的因素众多,如碳质有机质和含铁钛矿物杂质、矿物中杂质元素的价态与晶体化学环境、矿物的粒度大小等。其中矿物中的碳质有机质、含铁钛矿物杂质、杂质元素的价态等杂质成分对矿物白度和增白效果起负面作用,因此,去除或降低它们的含量或影响,有利于提高矿物的真白度或增白效果。目前,常见矿物的除杂增白方法主要有物理法和化学法,如机械粉碎法、重选法、磁选法、浮选法、煅烧法、酸浸法、氧化法等。


机械粉碎法


机械粉碎法是指将块状矿物经过一系列工艺手段粉碎成粉末的一种方法。常见的工艺手段有挤压、冲击、摩擦和剪切四种方式及其随机组合方式。由于非金属矿物含有的杂质Fe、Ti等粒径非常细,将矿物粉碎,杂质单体能更好的剥离,达到增白效果。对于机械粉碎法,污染是其很重要的一个问题,在被磨物料磨碎的过程中,磨机内壁和磨矿介质也在磨损。


重选法


重选是将原矿石先经过洗涤、破碎,再依据矿物的密度差别,通过跳汰、摇床等方法除去二氧化硅等杂质。如利用高岭土和脉石之间的密度和粒度差异,去除轻质的有机质和 Fe2O3 等含铁、钛和锰等元素的高密度杂质,以达到提纯高岭土的目的,减少或去除杂质对其白度的负面影响。


磁选法


磁选法是根据矿物的磁性差异在磁场中将其分离的一种方法。因为铁质矿物与硅铝质矿物的磁性不同,所以磁选法可将矿浆中的铁杂质与黏土矿物分离,降低黏土矿物的含铁率,增加黏土矿物的白度。


浮选法


浮选法利用矿物表面物理、化学性质的不同和矿物可浮性的差异来分离杂质,常用的有吸附浮选法和双液层浮选法。吸附浮选法通过使用目标化学试剂从黏土矿物中分离出杂质以达到增白的目的。


煅烧法


煅烧对于高温下吸热分解或生成挥发性产物的杂质如含碳杂质的矿物特别有效,可将其转化为二氧化碳除去。如高岭土可通过焙烧工艺去除其中的含碳杂质,通过磁化焙烧加磁选去除磁性杂质,通过氯化焙烧去除某些金属杂质。


酸浸法


酸浸法主要是将矿浆中不溶的杂质矿物转化成离子态,然后将其洗去。酸浸法主要利用较浓的强酸对Ti和Cr等杂质进行去除。酸处理效果的影响因素有酸的种类、酸的浓度、酸浸温度以及酸浸时间等。其中无机酸漂白法是以盐酸或硫酸等无机酸作为浸出剂在一定的温度下除铁增白。有机酸漂白法是通过葡萄酸、柠檬酸、草酸等有机酸作为浸出剂来增白处理黏土矿物的方法。


碱处理法


碱处理方法是指用碳酸钠或氢氧化钠等碱性溶液,使难溶的有价金属转化为易溶性的盐,然后将其洗涤除去。如刘闯等人采用NaOH碱溶液去除石英砂中的Al、Fe等杂质,使得该石英砂满足电光源石英管的要求。


盐处理法


盐处理法主要采用的是氯化铵或氯化钠,除杂机理是氯盐在高温下释放出Cl2,与矿物中的杂质Fe2O3、TiO2等反应,生成气态的FeCl3和TiCl4,从而可以使矿物中的铁、钛杂质得到有效的去除。


还原法


还原法是通过还原剂将高价金属离子转化为更易除去的低价离子,常用的还原剂有连二亚硫酸钠、二氧化硫脲、亚硫酸盐等。其中最普遍使用的还原剂是Na2S2O4(保险粉),其除去铁的基本化学反应方程式为:




氧化法


氧化法针对的是含有黄铁矿或有机质的矿物,使用强氧化剂:次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯气、臭氧等将其氧化成可溶的离子化合物,达到矿物与杂质分离的效果。工业上最常用的氧化剂是次氯酸钠,在弱酸性介质中的反应方程式如下:



化学包裹法


化学包裹是在颗粒外围包裹一层其他物质,将原料包裹在里面,改善其性能。包裹方法分为两种,一种是机械涂覆,另一种是化学沉淀法。机械涂覆虽然操作简单,但由于属于物理吸附,结合力十分薄弱,包裹层容易脱落,从而导致整个产品的性能不稳定。相较之下,化学沉淀由于发生化学反应形成强有力的化学键,结合紧密,外壳不易脱落。


微生物除杂法


微生物除杂法是利用微生物的可降解性对所含的杂质重金属进行去除。目前主要有生物氧化浸出法和生物还原浸出法2种微生物处理技术。微生物氧化浸出法是利用微生物氧化铁矿物杂质,然后通过漂洗过滤的方法将杂质除去的过程,被认为是一种创新的、环保的、高效的除铁法。微生物还原浸出法大多利用Fe3+以不溶氧化物的形式存在于pH为7的环境中,以有机物为微生物的电子供体,唯一电子受体是Fe3+,氧化有机物持续提供培养微生物所需的能量时,铁还原反应将能持续进行。


小结


整体而言,物理法工艺流程简单,成本低廉,但除铁效率较低,增白的效果有限,且产品难以满足工业标准要求。化学除铁增白法种类多,效果好,但也存在成本高和污染环境的问题,在实际操作中,常常将不同的化学方法联合起来,取长补短,以取得最佳的除铁效果。


参考文献:

温旺林.重质碳酸钙粉体除杂增白实验研究

丁铸等.黏土矿物增白技术的研究进展

汪灵等.矿物白度的影响因素与增白机理研究

郭春雷等.高岭土除铁增白研究进展


(中国粉体网编辑整理/三昧)

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