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非金属矿物化学漂白方法、原理及影响因素

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-09-14  来源:中国粉体技术网  浏览次数:62
核心提示:作为填料或颜料在工业中应用的非金属矿物粉体材料,常常有白度的要求,在一定条件下,白度越高应用范围越大、附加值越高。
非金属矿物化学漂白方法、原理及影响因素

    作为填料或颜料在工业中应用的非金属矿物粉体材料,常常有白度的要求,在一定条件下,白度越高应用范围越大、附加值越高。而单纯依靠矿物本身的白度来获得高质量、高白度的矿物填料,带有很大的局限性,为此须对矿物进行增白处理,较常用的是矿物化学漂白。

    目前,国内对非金属矿物粉体材料进行化学漂白多集中在高岭土上,且已有工业规模的生产应用。其他-些矿物也已成为潜在的漂白处理对象,如伊利石、蒙脱石、累托石、凹凸棒石、海泡石、硅藻土、硅石等。本问将以高岭土的漂白为例,对矿物的化学漂白的方法、原理及影响因素进行介绍。

1、化学漂白的原理及方法

    影响高岭土等矿物白度的主要因素是矿物本身的染色杂质矿物污染,如铁、钛、硫化矿物和有机杂质。

    为此矿物漂白前,首先需了解矿石中染色杂质的特征、含量及赋存状态。依据其染色杂质不同,采用不同的漂白方式。如染色杂质是铁矿物采用还原漂白,以有机染色杂质为主,则采用氧化漂白较好。
 
   矿物化学漂白方法有还原漂白和氧化漂白两种。还原漂白主要是用还原剂对矿物漂白,常用亚硫酸盐、连二亚硫酸盐、氢硼化物等,如Na2S2O3、Na2S2O4、ZnS2O4、NH4HSO4、Na2SO3等,其中以Na2S2O4、ZnS2O4效果最好,其他亦有盐酸、草酸、草酸盐等。

    氧化漂白是以氧化剂对矿物进行漂白处理。常用过氧化物、次氯酸盐、过醋酸、臭氧、高锰酸钾等。在工业应用中氧化漂白和还原漂白可单独使用,也可分段联合使用。

(1)还原漂白原理及过程

    还原漂白在工业上应用较多。常用连二亚硫酸钠(保险粉),分子式为Na2S2O4。连二亚硫酸钠是-种强还原剂,在还原漂白中,连二亚硫酸盐被氧化生成硫酸盐。

    还原漂白多在酸性介质中进行,常以H2SO4调节酸度,即H2SO4+ =Na2S2O4对矿物体系共同作用进行漂白。其原理为矿物中的金属染色氧化物(Fe2O3等),被还原生成可溶性的硫酸亚铁而被除去。

    对于连二亚硫酸钠同染色质氧化铁的作用过程,亦有另-种解释,即矿浆中的S2O4直接与Fe2O3颗粒接触反应,使Fe2O3被还原成Fe2+而起到漂白作用,硫酸只是调节酸度提供H+。

    在还原漂白反应中,如有氧的存在,则FeSO4有被重新氧化的可能。为此,尽量避免氧与FeSO4接触,生成有色的高价铁离子和碱式盐沉淀。漂白过程造成一定的还原体系非常必要。

    还原漂白工艺中的影响因素,主要有矿浆浓度、漂白剂用量、pH值、加药次数、漂白温度、漂白时间等。

(2)氧化漂白的原理及过程

    还原漂白对含氧化铁型的染色杂质有较好的效果,但对有机物含量高及硫化矿物中的铁(黄铁矿)则较难除去。对这类矿物可采用氧化漂白。有机物含量高时,须配合缎烧。

    氧化漂白是使处于还原状态的黄铁矿被氧化成可溶性的硫酸亚铁和硫酸铁,同时对有机质进行氧化。常用氧化剂为过氧化钠或过氧化氢。

    采用过氧化物的氧化漂白常配以pH值缓冲剂,以保持过氧化氢的活性pH值范围,以硅酸钠、磷酸盐应用较多。

    采用氧化漂白,白度的增值较还原漂白要高,且成本一般低于还原漂白。但对钛、铁的浸出则效果不大。对于铁、钛含量高的矿物较差。

    其适合的工艺条件为(以高岭土为例):矿浆浓度为10%-18%、温度为35-40℃,温度高药剂用量大,时间长白度高。氧化时间依用量而定,一般为1-3h,pH值大于9的碱性时漂白时间长,白度较好。在pH值为5-6的酸性范围内反应速度快,时间短,但白度低,且药剂用量大。pH值过高,则生成Fe(OH)3沉淀,铁无法除去。漂白剂用量一般为1.5%-3%。

    矿物的化学漂白可在贮浆池或漂白塔中进行。当腐蚀性较强时,亦可采用不锈钢和砖衬的混凝土塔等设备。

2、化学漂白工艺的影响因素

    水洗软质高岭土的化学漂白,在国内外生产中应用得较多,亦是提高高岭土白度的关键作业。因天然的高岭土受铁、钛、硫矿物的污染自然白度较低,即使经过磁选白度提高也有限,通过化学漂白后白度可提高到85度以上。对水洗软质土的化学漂白大多采用保险粉(连二亚硫酸钠)的还原漂白。

(1)矿浆浓度

    漂白过程一般在低浓度条件下进行,如某高岭土漂白试验的最佳液固比为4:1,浓度20%。浓度过低,水中含有的氧可足以使还原剂氧化而失效;浓度过高,一是pH值不好控制,二是黏度过高易夹带空气,使还原剂部分氧化。

(2)漂白剂用量

    漂白剂用量是高岭土漂白白度重要影响因素之一。在一定的Na2S2O4的用量范围内(0.5%-1%),漂白剂用量增加,白度、亮度及白色度均提高,且效果明显,以1%为最好。漂白剂用量过大,漂白效果下降,主要原因在于过多的Na2S2O4来不及与Fe2O3反应,自身发生歧化反应生成单质硫混人产品中,使其白度下降。

    漂白剂的用量与原矿性质、杂质被氧化的程度、反应速度等均有关。可依不同矿石性质不同对待。

(3)介质pH值

    矿浆pH值是影响漂白效果的重要参数之一。pH值的大小,影响产品的漂白指标,亦影响设备的抗腐蚀性及生产成本,合适的pH值选择非常重要。

    一般来讲,在pH值为2-4范围内可得比较理想的漂白效果,以pH值为2时最好,pH值为1时,Na2S2O4很快分解,失去漂白作用,pH值较高时,Na2S2O4的还原能力下降。连二亚硫酸钠的漂白过程属于复杂和不稳定的化学体系,其漂白反应的结果生成酸性基团,可自身导致pH值迅速下降。如增加一定的pH值缓冲剂时,连二亚硫酸钠的最佳pH值范围会有所提高,在4-5之间。

(4)漂白剂的添加次数

    还原漂白剂Na2S2O4在溶液中分解速度较快,尤其在高温和酸性条件下。一次性添加Na2S2O4,因受还原反应速度的限制,部分漂白剂来不及反应而分解失效,导致Na2S2O4利用率下降。分批添加可较好地解决上述问题。

    分次添加(用量相同时)漂白剂,显著改善利用率,提高漂白产品指标。对于分批添加漂白剂,在生产上可由连续加药来实现,且效果较好。

(5)温度

    温度对漂白也有一定影响,适当增加温度,漂白效果也有改善,以40℃左右为好。温度过高,不仅增大能源消耗,又使药剂过快分解造成浪费。实际生产一般在常温进行。

(6)漂白时间

    工业生产一般在3h内漂白白度改善较大,时间过长无明显效果,且影响生产能力,实际生产中漂白时间视条件而定,一般在2h左右为好。

(7)添加剂

    添加剂与漂白剂联合使用可改善漂白效果。如Na2S2O4中加人鳌合剂,可使白度提高2-4度。这里的添加剂,主要包括分散剂、缓冲剂、鳌合剂等。

    分散剂使矿浆充分分散,不产生团聚,降低黏度,增加流动性,常用六偏磷酸钠或水玻璃等。

    鳌合剂可降低金属离子对连二亚硫酸钠的漂白影响。最有效的鳌合剂有胺基竣酸盐(乙二胺四聚磷酸钠、EDTA等)、NTA及三聚磷酸钠(SPT)等。

 来源:中国粉体技术网

 
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