摘 要: 本文研究了提純劑(檸檬酸鈉和NaOH按一定比例配置)#65380;還原劑(Na₂S₂O₄)和穩(wěn)定劑(草酸)用量對(duì)高嶺土增白效果的影響#65377;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)提純劑用量為0.5%#65380;提純時(shí)間25min#65380;還原劑用量0.5%#65380;穩(wěn)定劑用量0.3%時(shí)試樣的白度最高，由原來(lái)的74.75°增加到了86.50°#65377;

關(guān)鍵字: 除鐵增白，高嶺土，白度，氧化還原

1前言

高嶺土是以高嶺石為主要成分的粘土#65377;高嶺石屬于層狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)式為:Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈，因其本身具有結(jié)晶好#65380;粒度細(xì)#65380;白度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于陶瓷#65380;造紙#65380;橡膠等領(lǐng)域中#65377;在陶瓷工業(yè)中，高嶺土既可用作陶瓷坯料，又可用作釉料#65377;但因高嶺土中含有著色礦物鐵，致使產(chǎn)品白度低，應(yīng)用有限，附加值低，而科技含量較高的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的白度有嚴(yán)格的要求#65377;傳統(tǒng)的除鐵增白方法主要有物理法(手選法#65380;水洗法#65380;磁選法#65380;浮選法等)和化學(xué)法(酸浸法#65380;還原法#65380;氧化法#65380;氧化還原法#65380;煅燒增白等)#65377;目前國(guó)內(nèi)外還有利用微生物和有機(jī)酸除鐵增白的方法^[1]:前者利用微生物氧化亞鐵硫桿菌氧化黃鐵礦及其它硫化礦;后者是利用發(fā)酵生成的有機(jī)酸(草酸#65380;檸檬酸)溶出高嶺土中的難溶氧化鐵#65377;此方法污染小，但周期長(zhǎng)#65380;占地面積大，且受天氣影響#65377;本文以河源市某礦含三價(jià)鐵及氧化物的粉紅色高嶺土為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以保險(xiǎn)粉(Na₂S₂O₄)為還原劑進(jìn)行除鐵增白，并對(duì)其工藝條件進(jìn)行了探討#65377;

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

1.1.1試 劑

檸檬酸鈉#65380;氫氧化鈉#65380;碳酸鈉#65380;保險(xiǎn)粉#65380;草酸(以上均為分析純)#65377;

1.1.2儀 器

恒溫磁力攪拌機(jī)#65380;白度計(jì)#65380;電子天平#65380;烘箱#65380;pH計(jì)#65380;成形壓機(jī)和電爐#65377;

1.2 原料特征

礦樣經(jīng)水洗，化學(xué)分析結(jié)果如表1所示#65377;

圖1為礦樣的掃描電鏡圖#65377;從圖1可看出:高嶺土為層狀結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合力較弱，易于裂開(kāi)及滑移#65377;

影響其白度的Fe³⁺大部分以鐵的氧化物形式存在;也有部分被高嶺土包裹在里面，這種形式的鐵很難除掉，但其對(duì)產(chǎn)品的白度影響不大;也有附著在礦物外表的，若要除去，必須球磨到一定的細(xì)度，使鐵與高嶺土完全分離#65377;

(a) 1000× (b)5000×

圖1高嶺土礦樣的SEM形貌

1.3 漂白原理

保險(xiǎn)粉增白的原理，是在堿性條件下，連二亞硫酸鈉(Na₂S₂O₄)把Fe³⁺還原成Fe²⁺除去#65377;同時(shí)，Na₂S₂O₄在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的SO₂在水中按式(3)#65380;(4)反應(yīng)，使氧氣不再氧化中間產(chǎn)物FeSO₄，防止了有色Fe³⁺的生成，從而達(dá)到脫色漂白的目的#65377;反應(yīng)方程式如下:

1.4 實(shí)驗(yàn)方法及流程

1.4.1 試樣制備

將原料放在桶里淘洗，過(guò)250目篩后，加水調(diào)節(jié)成濃度為10%的漿料，備用#65377;

1.4.2 提純劑對(duì)白度的影響實(shí)驗(yàn)

提純劑[2]由檸檬酸鈉和NaOH組成，其配比為檸檬酸鈉:NaOH(wt%)=2:1#65377;在制備好的漿料中分別加入0.2wt%#65380; 0.4wt%#65380;0.6wt%#65380;0.8wt%#65380;1.0wt%的提純劑，攪拌20min后靜止10min，取上浮液榨泥，燒結(jié)，測(cè)白度#65377;結(jié)果如表2所示#65377;

1.4.3 保險(xiǎn)粉用量實(shí)驗(yàn)

根據(jù)提純劑實(shí)驗(yàn)所得的優(yōu)化數(shù)據(jù)，制定保險(xiǎn)粉用量實(shí)驗(yàn)的正交試驗(yàn)表#65377;如表3所示#65377;

實(shí)驗(yàn)步驟如下:向漿料中加入提純劑，攪拌20min，沉淀去渣#65377;用稀硫酸調(diào)pH值至3.5，攪拌均勻后沉淀，去上層清液后再調(diào)濃度為10%;用碳酸鈉調(diào)pH值至9.2，然后加入保險(xiǎn)粉慢速攪拌60min#65377;反應(yīng)完后立即加入草酸作穩(wěn)定劑，攪拌均勻，最后加五倍于溶液的水稀釋，榨泥，壓餅，1200℃煅燒后測(cè)試白度#65377;流程如圖2所示#65377;

2結(jié)果與討論

2.1 提純劑^[2]對(duì)白度的影響

表2為提純劑加入量對(duì)試樣白度的影響#65377;由表2可以看出:加入提純劑可明顯提高試樣的白度#65377;當(dāng)提純劑加入量(干基含量)為0.6%時(shí)效果最好，白度提高了5.5°#65377;其原因是高嶺土顆粒細(xì)，有一定的懸浮性，提純劑中檸檬酸鈉對(duì)漿料有一定的分散作用，它能增大高嶺土的懸浮性，加速高嶺土與泥質(zhì)沉積物的分離，從而除去試樣中與高嶺石伴生的石英#65380;長(zhǎng)石#65380;云母等礦物#65377;

2.2 pH值對(duì)除鐵增白效果的影響

pH值對(duì)除鐵增白效果的影響，實(shí)際上是pH值對(duì)保險(xiǎn)粉還原能力的影響#65377;保險(xiǎn)粉在空氣中易被氧化，以二水化合物形式存在，是一種強(qiáng)還原劑#65377;干燥時(shí)較穩(wěn)定，潮濕時(shí)則易分解出SO₂氣體，它在酸#65380;堿性條件下的電極反應(yīng)式分別如式(5)#65380;(6)所示#65377;

根據(jù)有關(guān)理論，當(dāng)給定不同的pH值時(shí)，Na₂S₂O₄在酸#65380;堿性條件下的電極電位(pH，電位θ)如表4所示#65377;

從表4可見(jiàn)，電極電位隨pH值變動(dòng)而變化:pH<8時(shí)，電極電位隨pH值的增大而減小，表明還原能力越來(lái)越大;pH>8時(shí)，電極電位隨pH值的增大而逐漸增大，說(shuō)明還原能力減弱#65377;因此，pH=8~9時(shí)還原能力最強(qiáng)，同時(shí)又說(shuō)明在堿性條件下的還原能力比酸性條件下強(qiáng)，除鐵增白效果更好#65377;

2.3 保險(xiǎn)粉用量對(duì)白度的影響

保險(xiǎn)粉用量對(duì)試樣白度的影響如表5所示#65377;由表5可看出:經(jīng)處理后的高嶺土白度有明顯的提高#65377;當(dāng)提純劑用量為0.5%#65380;提純時(shí)間25min#65380;保險(xiǎn)粉0.5%#65380;穩(wěn)定劑0.3%(質(zhì)量百分含量都以干基計(jì)算)時(shí)試樣的白度最高，達(dá)到86.50°#65377;其中保險(xiǎn)粉用量為主要影響因素，極差為2.47;其次是提純劑的用量，極差為1.95;最小的影響因素為提純時(shí)間，極差為0.55#65377;這說(shuō)明溶液中的Fe³⁺離子大部分被還原成Fe²⁺離子，在漂洗階段被除去了#65377;

保險(xiǎn)粉用量對(duì)試樣的白度影響較大:加入量太少時(shí)不能將Fe³⁺ 充分還原;由于保險(xiǎn)粉在空氣中易被氧化，加入量太大時(shí)在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)相互反應(yīng)，這樣不但沒(méi)有起到還原Fe³⁺離子的作用，還增加了藥劑的成本;當(dāng)加入0.5%的保險(xiǎn)粉時(shí)，對(duì)試樣的增白效果最好#65377;另外，由于保險(xiǎn)粉不穩(wěn)定，容易在空氣中氧化而失去還原性，使還原的Fe²⁺在空氣中又很快氧化成Fe³⁺，出現(xiàn)返黃現(xiàn)象，而在漂白過(guò)程中加入適量的草酸作穩(wěn)定劑，它能與Fe²⁺形成穩(wěn)定的絡(luò)合物， 形成無(wú)色含水的雙草酸絡(luò)鐵熬合離子(式7)，從而阻止了Fe²⁺在空氣中氧化#65377;

3小結(jié)

(1) 本實(shí)驗(yàn)以河源某高嶺土礦為研究對(duì)象，原礦白度為74.75°，F(xiàn)e₂O₃含量為1.30%;

(2) 通過(guò)試驗(yàn)，得出最佳試驗(yàn)條件:礦漿濃度為10%;提純劑用量0.5%#65380;提純時(shí)間25min#65380;保險(xiǎn)粉用量0.5%#65380;穩(wěn)定劑用量0.3%#65377;除鐵后試樣白度增至86.50°，達(dá)到了生產(chǎn)的要求;

(3) 本試驗(yàn)是小試驗(yàn)，如需進(jìn)行大試驗(yàn)還需作進(jìn)一步調(diào)整#65377;

參考文獻(xiàn)

1 袁欣等.非金屬礦物的微生物加工技術(shù)研究[J]，2000，21~24

2 侯太鵬.高嶺土除鐵#65380;增白試驗(yàn)研究[J].非金屬礦，2001，32~36

Whiteness Improvement of Heyuan Kaolinite

Wu Xigui Liu Weidong Fu Peng

（Materials Science and EngineerigSouth China University of TechnologyGuangzhou510640）

Abstract: The effects of quantities of purification agent(sodium citrate and sodium hydroxide)，reducer(Na2S2O4 )and stabilization agent(oxalic acid) on whiteness of Heyuan kaolinite were studied in this paper.The results showed that the whiteness of kaolinite was greatly improved from 74.75°to 86.50°at the following conditions:purification agent 0.5%，reducer 0.5%，stabilization agent 0.3%，purification time 25min.

Keywords:iron removing，kaolinite，whiteness，oxidation deoxidize