技术 | 广西北海高岭土工艺矿物学分析及化学漂白方法！

广西北海是我国的高岭土主产区之一，北海高岭土属花岗岩风化壳型砂质高岭土。矿石中矿物成份简单，淘洗率高，有害杂质低，高岭石粒度微细、晶形理想、品质优良，具有良好开采前景。

但通常情况下，高岭土原矿含有少量的含铁矿物质影响了高岭土的白度。深入研究高岭土中铁、钛物相的赋存状态对于深化高岭土的矿物学研究和高岭土的开发利用具有重要理论意义和指导意义。

1、北海高岭土工艺矿物学分析

所分析样品来源为兖矿北海高岭土公司提供的高岭土产品。

（1）化学成分

北海高岭土中钛含量较少，主要染色元素为铁。

（2）矿物组成

X射线衍射图谱分析：北海高岭土中最主要的矿物成分为高岭石、白云母和石英。

高岭石：无色或淡黄褐色，以细小鳞片状为主，呈集合体分布。伴有石英存在。高岭石之间有大颗粒及细粒石英集合体。

白云母：矿物组成除高岭石外，可见粒径1.0～1.5μm的白云母。白云母是高岭土样品中的主要的脉石矿物，在镜下多为隐晶质结构，可见有因重结晶而晶粒变为板条状的白云母，大者可见其大小为0.15mm×0.4mm。

石英：石英也是北海高岭土中主要的脉石矿物，颗粒的磨圆度较差，具有棱角，其大小主要为0.001～0.6mm、粒径0.05μm左右的碎屑状石英。

（3）岩相分析

△a为高岭土样品的低倍率扫描电镜照片，b为放大10000倍的扫描电镜照片

北海高岭土为球形颗粒，且颗粒大小不均匀，粒径约在100μm以下。样品是由片状晶体构成的晶粒组成，晶粒之间分散较好。

（4）粒度

北海高岭土样品的粒度分布较集中，分布范围较窄。颗粒粒径大多集中在2～15μm范围内，粒度较细，通过普通物理分级方法很难脱除其中的杂质。

2、北海高岭土中铁赋存状态的分析

普遍认为铁在高岭土中或以结构铁存在或以自由铁（包括细微粒晶质铁、表面铁和非晶质铁）存在。经分析，北海高岭土中的铁元素主要以下面两种形式存在：

（1）结构铁

结构铁是指通过类质同象取代的方式进入高岭土晶格中的Fe元素。根据SEM和偏光显微观察分析，北海高岭石呈假六方片状，偏光显微观察表明，北海高岭土中可见到浸染状的铁，这说明高岭石晶格中存在Fe的类质同象取代，而且结构铁比结构钛更普遍些。

（2）含铁矿物

赤铁矿（Fe2O3）是北海高岭土中主要存在的铁矿物，属三方晶系，以粒状、粉末状为主，多呈不规则粒状集合体存在，粒径约0.2～0.4μm。据其晶形，容易辨认赤铁矿的存在。

铁还以菱铁矿的形式存在，菱铁矿中间部分色浅，边缘浅褐色，菱形平行排列，不均匀分布。多呈不规则状，成团集中分布或呈细小分散状分布。

此外，褐铁矿也是北海高岭土中存在的重要染色矿物，褐铁矿一种含水氧化铁混合物的总称，主要成分是针铁矿和纤铁矿，同时还混入细粒石英及高岭石等粘土矿物。因此，它的成分中不仅含有吸附水，还有Si、Al、Ca等，褐铁矿主要为隐晶质的针铁矿和纤铁矿，它们均属斜方晶系，一般无特定形态，薄片中不透明或半透明，细而薄的颗粒能透光，显褐色、红褐色、黄褐色，反光下呈褐色。

3、北海高岭土提纯方法

北海高岭土矿物主要成分为高岭石、白云母和石英，高岭土中的铁一部分以结构铁的形式存在，其余以赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等伴生矿物的形式存在，所以，结构铁和氧化铁矿物是北海高岭土中主要的杂质矿物，它是高岭土进一步提纯除杂的主要对象。

通过以上分析可以得出，在经过简单的除砂和分级提纯处理后，进行除铁增白是进一步提升北海高岭土品质的关键，但因北海高岭土粒度较细，浮选方法效果不明显，且北海高岭土属于砂质高岭土，用磁选除铁的方法效果也不好，并且使用磁选设备成本较高。因此，采用化学漂白法对北海高岭土进行除铁增白是比较经济可行的方法。

4、化学漂白的方法及影响因素

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。

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剂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利剂，在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：北海高岭土矿物特征及铁赋存状态的研究，作者：夏光华、李晓鸣、赵晓东；