化学法去除高岭土中铁杂质

化学法去除高岭土中铁杂质
高岭土作为一种性能优良的工业矿物，广泛应用于陶瓷、造纸、橡胶、塑料、建材、油漆、石油化工等，尤其在陶瓷工业中用得较多。

高岭土既可作为陶瓷坯料，又可作釉料。

无论陶瓷工业还是其它工业部门，对高岭土的白度都有一定要求。

而自然界产出的高岭土中，往往因含有一些有机质和铁、钛、锰等元素的矿物而影响其自然白度。

高岭土中的铁杂质不仅影响陶瓷产品的烧后颜色，而且还严重影响陶瓷产品的介电性能和化学稳定性。

采用常规的物理选矿方法，对黄铁矿等弱磁性矿物及细颗粒含铁杂质去除效果不明显。

而采用化学除铁法可以有效地除去这部分铁杂质。

一、高岭土的化学除铁法
目前高岭土常用的化学除铁法有氧化法、还原法和汉化-还原联合法三种，其中还原法应用得最广泛。

具体用哪一种方法适应要根据高岭土中含有的铁矿物类型来定。

（一）氧化除铁法
当高岭土中含有黄铁矿和有机质时，常使矿物呈灰色，这些物质采用酸洗和还原法均难以除去，需要采用氧气除铁法进行漂白。

氧化除铁法是用强氧化剂，在水介质中将处于还原状态的黄铁矿等氧化成可溶于水的亚铁离子；同时将深色有机质氧化，使其成为能被水洗去的无色氧化物。

氧化法中所用的氧化剂有次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯气、臭氧等。

氧化除铁效果与介质的pH值有关，还受到矿石特性、温度、药剂用量、矿浆浓度、漂白时间等因素的影响。

1、pH值的影响。

次氯酸盐为弱酸盐，在不同pH值下其氧化能力不同。

在碱性介质中较稳定，而在酸性和中性介质中不稳定，且分解迅速，生成强氧化成分。

在弱酸性（Ph5～6）条件下，其活性最大，氧化能力最强，此时二价铁离子也相对较稳定。

2、温度的影响。

随着温度升高，漂白剂的水解速度加快，漂白速度也加快，所需漂白时间缩短。

但温度过高时热耗量大，药剂分解速度过快，会造成浪费并污染
环境。

实际操作中可在常温下通过加大药剂量、调整pH值、延长漂白时间等来达到预期效果。

3、药剂用量的影响。

最佳药剂用量与原矿特性、杂质被氧化程度、反应温度、时间和pH值等有关，药剂用量过大或过小皆影响除铁效果。

4、矿浆浓度的影响。

药剂用量一定时，矿浆浓度降低则除铁漂白效果下降；若浓度过高，由于产品不洗涤，过滤后残留药剂离子过多也会影响产品性能。

5、漂白时间的影响。

时间越长除铁效果越好，开始时反应速度很快，随后越来越慢，合理又经济的漂白时间需要通过试验才能确定。

（二）还原除铁法
1、保险粉还原法
高岭土还原除铁最常用的药剂是连二亚硫酸钠，工业上又称为保险粉，其分子式为Na2S2O4，是一种强还原剂，高岭土中存在的三价铁的氧化物不溶于水，也难溶于稀酸，但在保险粉存在的条件下，可将氧化铁中的三价铁还原为二价铁。

由于二价铁可溶于水，经过滤、洗涤即可除去。

该过程的主要反应如下：
Fe2O3+Na2SO4+H2S2O4=Na2SO4+2FeSO3+H2O
影响这一反应过程的主要因素如下：
（1）酸度的影响
保险粉还原氧化铁的反应不宜在碱性条件下进行。

但是漂白反应的pH值又不宜太低，否则保险粉稳定性下降，发生分解反应。

试验表明，pH=0.8时，在室温下只要2min，保险粉就会分解一半。

（2）温度的影响
与大多数化学反应一样，保险份与氧化铁的反应随温度升高而加快，但是保险粉的稳定性则随温度升高而大大下降。

在实际生产中控制好其它条件，在常温下漂白也可取得较好效果。

（3）保险粉用量的影响
理论上，根据高岭土中所含氧化铁量可计算出保险粉用最，但实际用量远远超过理论用量。

保险粉用量一般需通过试验来确定。

另外，要进行除铁漂白的高岭土中Fe2O3
含量不宜太高（一般低于1％），否则保险粉用量过多会导致除铁成本增大。

（4）其它因素的影响
反应时间对除铁效果影响较大，时间过短达不到理想白度；时间过长浪费药剂，甚至因空气氧化二价铁的重新氧化，同样导致产品白度下降。

一般认为，反应时间应在40min到2h，反应完毕应立即洗涤、过滤，否则就会出现返黄现象，即二价铁重新氧化，使高岭土白度降低；矿浆浓度虽对漂白本身影响不大，但浓度过高时矿浆粘度增大，使反应难以进行，一般矿浆浓度应控制在15％以下。

2、硼氢化钠还原法
常用的还原剂除了连二亚硫酸钠外，还有连二亚硫酸锌，相比之下前者很不稳定．后者则稳定得多。

但是用连二亚硫酸锌漂白时会使废水中锌离子浓度过高，对江河水造成污染。

为此，可采用硼氢化钠还原法。

这种方法实际上是在漂白过程中通过硼氢化钠与其它药剂反应生成连二亚硫酸钠来进行漂白。

具体过程为：
在pH为7.0～10.0的条件下，将一定量的硼氢化钠和NaOH与矿浆混合，然后通入SO2气体。

调节pH值在6～7，此pH值有利于在矿浆中产生最大量的连二亚硫酸钠。

再用H2SO3或SO2调节pH值到2.5～4，此时即可发生漂白反应。

生成连二亚硫酸钠的反应如下：
NaBH4+9NaOH+9SO2=4Na2S2O4+NaBO2+NaHSO3+6H2O
这种方法的本质仍是连二亚硫酸钠起还原漂白作用，但在pH6～7时，生成的大量连二亚硫酸钠十分稳定。

在随后的pH值降低时，连二亚硫酸钠与高岭土矿浆中的氧化铁立即反应，得到及时利用，从而避免了连二亚硫酸钠的分解损失。

3、还原络合除铁法
如前所述，高岭土中的三价铁用连二亚硫酸钠还原成二价铁后，如果不立即过滤洗涤，产品就会出现返黄现象。

解决这一问题较有效的方法是加络合剂，使二价铁离子得到络合而不再容易被氧化。

可用来对铁进行络合的药剂很多，有磷酸、聚乙稀醇、羟胺、羟胺盐、草酸、聚磷酸盐、乙二胺醋酸盐、柠檬酸等。

（三）氧化－还原联合除铁法
有些高岭土单独采用氧化除铁法或还原除铁法均不能达到满意的效果，这时就需采用氧化－还原联合除铁法进行漂白。

该工艺是先用强氧化剂次氯酸钠和过氧化氢对高岭土中的染色有机质和黄铁矿等进行氧化除去，然后再用连二亚硫酸钠进行还原漂白，使高岭土中剩余的铁的氧化物如Fe2O3、FeOOH等被还原成可溶性二价铁而除去，使这一类高岭土得到漂白。

二、结语
高岭土的精加工要经过提纯分级、剥片、磁选、化学漂白等一系列工序。

由于化学漂白法的药剂成本相对较高，因此在工业生产中要充分利用前面的几道工序对高岭土进行选矿、除铁，然后再进行化学漂白，以尽量减少漂白工艺所处理的矿浆量，减少漂白剂用量。

随着科学技术的发展，陶瓷工业及其它工业部门对高岭土的白度要求越来越高，化学除铁漂白法将会得到更广泛的应用。

酸浸除铁提纯钾长石粉的工艺试验
[导读]采用硫酸作为浸出剂，通过单因素条件试验与正交试验，对河南洛阳篙县金都
矿业公司的钾长石粉进行了硫酸酸浸除铁试验。

试验结果表明，在硫酸体积分数40%，
温度94℃，酸浸时间为210min的优化条件下，钾长石粉铁的浸出率为93.2%，除铁
效果显著。

钾长石是一种重要的工业原料，而天然钾长石矿石中又普遍含较多的铁质，降低了钾长石的经济价值，也妨碍了它在许多工业领域的应用。

研究表明，酸浸除铁是矿物除铁的一种较好方法，而硫酸除铁提纯钾长石又是比较新的课题，目前这一方面研究并不多。

本文在常压恒温下分别采用单因素和正交试验研究了硫酸除铁提纯钾长石的工艺条件。

一、试验材料与研究方法
（一）试验材料
试验所用原矿钾长石采自河南洛阳嵩县金都矿业公司，原矿样经球磨机初碎、中碎、细碎处理，过200目（－0.074mm）套筛，备用。

酸浸除铁试验所用样品未经重选和磁选处理。

钾长石矿样主要成分见表1。

表1 钾长石原矿粉的化学成分（质量分数）／％
SiO2Al2O3Fe2O3K2O Na2O CaO MgO 64.96 18.07 2.50 15.30 0.20 0.40 微量
（二）研究方法
单因素条件实验：将恒温水浴升温至预定温度后，放入盛有硫酸的烧杯，待烧杯预热至设定温度，加入准确称取的钾长石粉1g，搅拌均匀。

达到设定的反应时间取出烧杯并置于冷水中冷却，此时反应结束。

经水循环式真空泵真空过滤、水洗，直至滤液接近中性，测定滤液中Fe2＋含量，从而得出此次酸浸出铁的浸出率。

依次确定最佳浸出时间、浸出温度和浸出剂硫酸体积分数。

正交试验：为了进一步确定各因素各水平对酸浸除铁效果的影响，采用4因素3水平正交试验对试验条件进行了优化，确定最佳酸浸除铁工艺参数。

二、试验结果及分析
（一）硫酸体积分数与除铁率的关系
酸浸温度为94℃，酸浸时间为210min，研究了硫酸体积分数对除铁率的影响，结果见图1。

图1 硫酸体积分数与除铁率的关系
由图1可见，除铁率随硫酸体积分数的增大呈递增趋势，但是硫酸体积分数增加到一定程度后除铁率增长不明显了。

综合工艺条件和生产成本考虑，硫酸体积分数在40%左右时浸除效果较好。

（二）酸浸时间对酸浸除铁的影响
酸浸温度为94℃，硫酸体积分数为40%时，研究了酸浸时间对除铁率的影响，结果见图2。

图2 酸浸时间与除铁率的关系
由图2可见，除铁率随酸浸时间的延长呈递增趋势。

酸浸时间超过150min后，除铁率增加趋于平缓，酸浸时间为210min时，除铁率已达到93.2%，因此，确定最佳酸浸时间为210min。

（三）酸浸温度对酸浸除铁的影响
硫酸体积分数为40%，酸浸时间为210min时，研究了酸浸温度对除铁率的影响，结果见图3。

图3 酸浸温度与除铁率的关系
由图3可以看出，随着酸浸温度的升高，除铁率增大，当酸浸温度达到90℃以后，除铁率基本不变，故确定最佳酸浸除铁温度为90℃。

（四）正交试验结果
单因素条件试验表明，硫酸体积分数、酸浸时间、浸出温度对钾长石中除铁率影响明显，为了进一步确定各因素各水平对酸浸除铁效果的影响，采用4因素3水平正交试验对试验条件进行了优化，其中矿物浓度因素对浸出效果影响不是很明显，故固定矿粉质量为1g。

试验条件及结果分别见表2与表3。

表2 4因素3水平试验设计表
水平硫酸体积分数/% 温度/℃时间/min
1 35 90 150
2 40 94 180
3 45 99 210
表3 正交试验结果
试验号 A B C 除铁率/%
1 1 1 1 89.7
2 1 2 2 91.2
3 1 3 3 92.4
4 2 1 2 91.9
5 2 2 3 93.2
6 2 3 1 92.4
7 3 1 3 91.0
8
3 2 1 92.7 9
3 3 2 92.0 M 1
91.19 90.99 91.69 Y ＝826.5 ω＝Y/9＝91.8 A2B2C3
M 2
2.59 2.49 2.09 M 3
2.2 2.3 2.2 最大水
平值 A2 B2 C3 备注：Mi 表示该水平3个重复的除铁率之和的平均值。

由表3结果可以看出，在试验条件范围内，采用较大的硫酸浓度、较高的温度和较
长的酸浸时间，除铁效果比较好。

在硫酸体积分数为40%，浸出温度为94℃，浸出
时间210min 条件下，钾长石粉酸浸除铁率达到最大值，为93.2%。

在硫酸体积分数为40%，反应温度为94℃的条件下，在反应开始阶段，富铁物相的
溶解非常快，一段时间后，反应速度趋于平缓；以120min 为界，可以将反应过程分
为两个阶段。

杨晓杰等人进行高岭土浸出除铁的试验时也发现了铁溶解的两阶段性，
并认为，第一阶段反映样品中存在可溶性的氧化矿物，第二阶段是铝硅酸盐矿物晶
格中呈类质同象替代的微量铁质的溶解。

根据收缩未反应芯模型，当控制反应过程的步骤为化学反应时，铁浸出率与浸出时
间满足：
1－（1－α）1/3＝k h t （1）
当控制步骤为扩散过程时，则符合：
1－ α－（1－α）2/3＝k k t （2）
式中a 为浸出率；t 为酸浸时间，kh 和kk 分别为当控制步骤为扩散过程和化学反应
时的速率常数。

可以看出开始阶段反应速率主要由化学反应速率控制，其后则由扩
散作用控制。

Chirizia 等人在研究铁的氧化物如赤铁矿的酸浸时发现，溶解过程由表
面化学反应控制。

而含铁矿物如黑云母、角闪石等物相中铁质的溶解非常困难。

由
此可见，在钾长石粉酸浸除铁开始阶段，主要是大量极细小的富铁矿物颗粒赤铁矿、
磁铁矿、黄铁矿等矿物相的溶解，此后，可能主要是微斜长石晶格中微量铁质的溶
解。

三、结语
（一）根据硫酸对钾长石粉的酸浸试验，在硫酸体积分数、温度、酸浸时间不相同
的时候，铁浸出率也各不相同。

通过单因素试验及其结果可知，在一般情况下，硫
酸体积分数越大、温度越高、酸浸时间越长，除铁效果相对好一些。

通过4因素3
水平正交试验表明，在硫酸体积分数40%，温度94℃，酸浸时间210 min的优化条
件下，得到钾长石粉铁的浸出率为93.2%。

（二）钾长石粉酸浸除铁反应开始时，铁质的溶解速度极快，反应速率主要由化学
反应控制；其后的溶解则相对缓慢，反应速率由扩散作用控制。

（三）酸浸后的滤液中含有大量的铁质，且游离硫酸的体积分数仍很大。

采用合理
的技术路线，可由滤液中提取氧化铁红、硫酸亚铁等产品，并使剩余的硫酸废液得
以循环利用，从而降低生产成本。

相关的问题有待于进一步研究。

石英砂除铁新方法
双击自动滚屏发布者：admin 发布时间：2012-6-2 9:45:36 阅读：272次【字体：大中小】
除铁的方法有多种，除了超声波除铁、浮选除铁、磁选除铁等方法外，亚恒石英砂厂提示您可以用
方法除去石英砂中的铁杂质。

英砂酸浸除铁是利用石英砂不溶于酸(HF除外)，含Fe的杂质矿物能被酸液溶解的特点，从而可以实除去含铁矿物的目的。

酸浸法不仅可以从石英砂中除去含铁矿物，对石英中的非金属杂质矿物均有
去除效果。

选后的石英颗粒其有害成分以斑点或包裹体形态连体在表面。

要脱除这部分杂质，必须进行酸浸处用酸类有硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等。

对Fe、AI、Mg的脱除，上述酸均有效果。

研究发现盐酸
去除效果比硫酸要好。

石英砂中由于有害成分是以矿物集合体而不是以纯矿物形态存在，采用混合酸浸出比单一酸的酸浸效种酸的配比以及加入顺序对杂质矿物的去除也有较大影响。

酸液浓度要适合，酸液浓度过低，耗时
除杂效果不好；酸液浓度过高，不但会使成本增加，对设备的腐蚀加剧，而且同样会使SiO2产量浸温度对石英中杂质的除去率影响较大。

温度越低，反应速度越慢，需时越长；温度越高，酸的挥从而使酸的用量增加。

另外，酸浸时间、矿物粒度及矿浆搅拌均对去除效果产生影响。

当经一次酸品中杂质含量达不到要求还可以进行二次酸浸和多次酸浸，直到杂质铁的含量达到要求为止。

般来说使用硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸费用高，而且对环境影响大。

外国学者F•维格里奥等人使用除去石英砂矿物中的铁。

这种方法是利用革酸与矿粒表面的Fe3+反应生成络合物再溶于水达到除铁情况下铁的溶解机理有别于无机酸对铁矿物的溶解。

使用草酸除铁优点在于，浸出时形成了可溶性络草酸铁(III)络合阴离子)，该络合物在微生物和日光作用下均可被分解。

另外用草酸除铁对矿石的粒求，一般要求把矿石磨细到平均粒径20um左右，在处理矿石3h以上，除铁率可达80％～100％。

浸处理后，可获得SiO2纯度达99.99％，Fe含量<235ppm的高纯石英砂。