趙泓銘，戴惠新，何東祥，饒　兵，杜五星

(1.復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，昆明　650093；2.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明　650093)

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吉林某三級硅藻土煅燒增白試驗研究

趙泓銘1,2，戴惠新1,2，何東祥1,2，饒兵1,2，杜五星1,2

(1.復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，昆明650093；2.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明650093)

煅燒是硅藻土增白提純的主要方法之一，本文以吉林某三級硅藻土作為研究對象，考察了Na2CO3，NaCl兩種增白劑，在不同溫度，藥劑含量，試樣含水量及煅燒時間的條件下對其增白效果，并確定了吉林某三級硅藻土適宜的增白條件。采用Na2CO3作為增白劑，硅藻土白度從原土的28.32%提高到63.76%。采用NaCl作為增白劑，硅藻土白度達到60.12%。

硅藻土； 增白； 煅燒

1　引　言

硅藻是一種單細胞藻類，形體極為微小，一般只有幾微米到十幾微米，在地球上分布極為廣泛。硅藻土是硅藻類的殘骸在水底沉積一定厚度時，經自然環(huán)境作用形成的非金屬礦物。它與其它無機的非金屬礦物(膨潤土、沸石等)不同, 是有機成因。硅藻土是一種質輕、多孔、比表面積較大、化學性質穩(wěn)定的天然硅質礦物材料，常應用在食品安全、節(jié)能、環(huán)保、健康以及生物化工等領域[1]。

由于天然的硅藻土礦物中大都含有鐵、鈦、碳等致色元素，其自然白度難以滿足工業(yè)應用標準，從而限制了它在相關領域的應用。將劣質硅藻土提純?yōu)檫m用的優(yōu)質硅藻土是一個亟待解決的問題，對于開發(fā)我國硅藻土資源具有現實意義[2]。

傳統的硅藻土增白方法主要有物理法(機械粉碎法、磁選法、浮選法等)和化學法(酸浸法、還原法、氧化法、氧化-還原法、煅燒增白法等)[3]。煅燒是去除有機質最有效、最簡單的一種方法[4]?？墒筍iO2含量可顯著提高，硅藻土的孔徑增大，比表面積提高增加[5]。同時，助熔煅燒是工業(yè)上硅藻土助濾劑和功能填料最主要且比較經濟的生產技術之一[6]。故本文將采用煅燒增白方法對吉林某三級硅藻土進行增白處理，研究各影響因素的變化規(guī)律，確定適宜的工藝條件，為進一步開發(fā)奠定基礎。

2　試　驗

2.1試驗原料及藥劑

試驗礦樣來源于吉林某礦區(qū)的三級硅藻土原礦，影響原礦白度的因素主要是有機質及鐵、鈦等染色礦物或離子，Fe、Ti是以微量的黃鐵礦、褐鐵礦、金紅石、銳鈦礦存在。原礦化學分析結果如表1所示。

表1　原礦化學多元素分析結果

圖1　原礦XRD分析圖譜Fig.1　XRD analysis spectra of diatomite

由表1可知，原礦中主要化學組分為Si、Al、Fe。其中主要有害成分為Fe。由圖1可看出，原礦圖譜中有彌散峰存在，說明原礦中存在非晶態(tài)物質，即硅藻。原礦中脈石礦物主要是長石、石英、云母等。

碳酸鈉，濃度為99.8%(天津科密歐試劑)；氯化鈉，濃度為95%(西隴化工試劑)，在試驗中作為增白劑。

2.2試驗設備、儀器

遠紅外烘烤箱 XSYH-81A；箱式爐 KSL-1400X ；白度測定儀 XT-48B；電子天平YP20002；陶瓷坩堝 40 mL。

2.3試驗方法

2.3.1礦樣制備

為防止機械磨礦破壞硅藻土的特殊殼結構，原礦采用人工碾壓的方法進行破碎，將破碎產品用0.5 mm篩子進行篩分，最終得到～0.5 mm粒級的產物。將產物混勻、縮分后放入烘箱中，在120 ℃條件下干燥48 h，為試驗提供干燥的礦樣(下文中統稱為“干礦”，含水量在3%左右)作為試驗用樣。

2.3.2硅藻土煅燒增白試驗

試驗每次試驗先稱取8 g的干燥硅藻土原礦，再稱取適量的藥劑，研磨后加入原礦中混勻，然后加入適量的蒸餾水調節(jié)試樣的含水量，倒入40 mL的坩堝中，置于箱式爐中進行煅燒，在不同試驗條件下煅燒完成后取出靜置冷卻，最后稱量產品重量并在研缽中研細后待測白度。

3　結果與討論

在試驗的前期做了大量的探索性試驗，找出了各條件試驗的大致規(guī)律，并最終確定了條件試驗中的試驗點。

3.1煅燒溫度試驗

煅燒溫度對增白效果影響最大的因素，在Na2CO3含量為干礦重量的10%，試樣含水量為30%；NaCl含量為10%，試樣為干礦時，不同溫度條件下煅燒60 min，硅藻土的白度見圖2。

由圖2可看出，NaCl作為增白劑，在NaCl含量10%，試樣為干混礦時，煅燒60 min的條件下，開始時白度隨溫度升高而升高，在900 ℃左右白度隨溫度升高而下降，900 ℃可使產品白度為60.12%，故最終確定在NaCl作為增白劑時，煅燒溫度為900 ℃；Na2CO3作為增白劑，在Na2CO3含量12%，試樣含水量為30%時，煅燒60 min的條件下，煅燒溫度為1000 ℃可使產品白度較高為63.75%，雖然還有上升趨勢，但是由于硅藻土在1100 ℃煅燒時，其硅藻殼會被燒熔破壞從而失去部分特性，故最終確定在Na2CO3作為增白劑時，煅燒溫度為1000 ℃。

3.2試樣含水量試驗

在確定1000 ℃、900 ℃為適宜煅燒溫度，Na2CO3、NaCl含量為10%的基礎上，開展試樣含水量試驗：試樣不同含水量，煅燒60 min，硅藻土的白度見圖3 。

圖2　溫度對增白效果的影響Fig.2　Effect of temperature on whitening diatomite

圖3　試樣含水量對增白效果的影響 Fig.3　Effect of dosage of water on whitening diatomite

由圖3可以得出，NaCl作為增白劑，在NaCl含量為10%，900 ℃煅燒60 min的條件下，試樣為干混礦時可使產品白度最高，其實含水量越少越好，但由于條件所限烘干的礦樣不可能不含水，一般含水量在3%～5%，故最終確定在NaCl作為增白劑時，試樣含水量為3%；Na2CO3作為增白劑，隨著含水量的增加，硅藻土的白度逐漸升高，在Na2CO3含量為10%，1000 ℃煅燒60 min的條件下，試樣含水量為30%時可使產品白度達到較高的63.75%，當試樣含水量40%時，硅藻土白度變化不大，故最終確定在Na2CO3作為增白劑時，試樣含水量為30%。

3.3煅燒時間試驗

在上述試驗確定1000 ℃、900 ℃為適宜煅燒溫度、Na2CO3試樣含水量30%和NaCl試樣干混的基礎上，開展煅燒時間試驗：Na2CO3、NaCl含量為10%，煅燒時間的長短對硅藻土白度見圖4。

由圖4可以得出，30 min，45 min和60 min三點的硅藻土白度增長較為明顯，NaCl作為增白劑時，在NaCl含量為干礦重量的10%，試樣為干混礦時，900 ℃的條件下，煅燒60 min可使產品白度達到相對較高，之后呈現下降的趨勢，其主要是被還原的物質氧化，導致試樣開始變色，故最終確定在NaCl作為增白劑時，煅燒溫度為60 min；Na2CO3作為增白劑，在Na2CO3含量為干礦重量的10%，試樣含水量為30%時，1000 ℃的條件下，煅燒60 min可使產品白度有較大變化，之后三點增長趨勢變平緩，故最終確定在Na2CO3作為增白劑時，煅燒時間為60 min。

3.4藥劑含量試驗

在確定1000 ℃、900 ℃為適宜煅燒溫度的基礎上，Na2CO3試樣含水量30%和NaCl試樣干混時，煅燒60 min的條件下，開展Na2CO3、NaCl藥劑含量試驗：硅藻土的白度見圖5 。

圖4　煅燒時間對增白效果的影響Fig.4　Effect of time on whitening diatomite

圖5　藥劑含量對增白效果的影響Fig.5　Effect of dosage of chemicals on whitening diatomite

由圖5可看出，在其他試驗條件固定時，藥劑含量的增加，硅藻土的白度都呈現先增后降的趨勢。NaCl作為增白劑時，在試樣為干混礦，900 ℃煅燒60 min的條件下，NaCl含量為10%可使產品白度達到60.12%，由于9%至10%的白度增加超過1%，10%至11%的白度增加小于0.3%。故最終確定NaCl含量為干礦重量的10%；Na2CO3作為增白劑，在試樣含水量為30%時，1000 ℃煅燒60 min的條件下Na2CO3含量為10%可使產品白度達到最高的63.75%，故最終確定Na2CO3含量為10%。

3.5機理分析

吉林某三級硅藻土的化學成份主要是SiO2，含有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O和有機質。Na2CO3增白硅藻土的主要原理是Na2CO3與SiO2反應生成Na2SiO3；Na2CO3與Al2O3反應生成NaAlO2，這兩者都是白色物質，所以起到了增白效果。其主要反應式：Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3+ CO2↑；Na2CO3+ Al2O3= 2NaAlO2+ CO2↑。NaCl增白硅藻土的主要原理是氯化煅燒除鐵，NaCl在硅藻土中的SiO2，少量H2O等催化組分的作用下分解成Cl2和HCl氣體，NaCl催化分解的反應式：2NaCl+SiO2+1/2O2→ Na2SiO3+Cl2↑；2NaCl+SiO2+H2O → Na2SiO3+2Cl2↑。NaCl催化分解的Cl2和HCl氣體與硅藻土中鐵的氧化物的主要氯化反應是：FeO +Cl2→ FeCl+1/2O2； FeO +2HCl → FeCl2+H2O ；1/3Fe2O3+Cl2→ 2/3FeCl3+1/2O2；而氣態(tài)鐵的氯化物由物料表層逸出，在一定的氣體流速下被帶走并排出[7]，從而達到增白效果。另外，NaCl的熔點為801 ℃左右，在900 ℃時，由于Na元素的高溫擴散，使硅藻土表面形成或粘附一層NaCl薄膜，屏蔽硅藻土中的染色離子，如鐵、鈦[8]。

采用Na2CO3作為增白劑，反應簡單，增白效果明顯，但由于原礦中的石英含量較高，其在高溫下易與Na2CO3反應，會產生“玻璃化”現象[7]，水可以使藥劑更均勻的覆蓋在礦物表面，適量的水可以提高增白效果，但過多的水會稀釋藥劑含量，降低增白效果，且藥劑含量不宜過多，否則會使藥劑和原土極易被燒結粘死在一起，影響白度和原礦結構。

采用NaCl作為增白劑，有較好的增白效果且產品結構完好，但水對試驗效果影響較大，當環(huán)境有水參與時，少量的水可作為催化劑提高增白效果，而過多的水在高溫條件下相當于氧化劑會把被還原的物質氧化，導致硅藻土的白度下降。

4　結　論

(1)采用Na2CO3作為增白劑，適宜的煅燒增白條件是Na2CO3含量為10%，試樣含水量為30%時，1000 ℃條件下煅燒60 min。硅藻土白度達到63.76%;

(2)采用NaCl作為增白劑，適宜的煅燒增白條件是NaCl含量為10%，試樣干混時，900 ℃條件下煅燒60 min，硅藻土白度達到60.12%;

(3)試驗中使用的吉林某三級硅藻土原礦石英含量較多且含水量在30%左右，采用Na2CO3作為增白劑，增白效果明顯，但由于原礦中的石英在高溫下易與Na2CO3反應，會產生“玻璃化”現象，影響白度和原礦結構；采用NaCl作為增白劑，有較好的增白效果且產品結構完好，但需使用干礦，否則會影響白度。

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Whitening with Low Grade Jilin Diatomite

ZHAOHong-ming1,2,DAIHui-xin1,2，HEDong-xiang1,2,RAOBing1,2,DUWu-xing

(1.State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Clean Utilization,Kunming 650093,China;2.Faculty of Land Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China)

Calcination is one of the main whitening processing technology to the diatomite. This article takes Jilin diatomite as the research object.In the research of the calcined to whitening diatomite, the type and the amount of reagents, the calcined time, the amount of water and the influence of whitening diatomite are investigated, and the suitable whitening conditions are determined further. Na2CO3as flux, the whiteness of diatomite increased from 28.32% to 63.76%. NaCl as a reaction agent, the whiteness of diatomite increased from 28.32% to 60.12%.

diatomaceous earth;whitening;calcination

國家自然科學基金資助項目(51264020)

趙泓銘(1992-)，男，碩士研究生.主要從事礦物加工工藝理論與技術方面的研究.

戴惠新，教授.

TQ175

A

1001-1625(2016)04-1209-04