高岭土重选、磁选、浮选、浸出、漂白和焙烧技术最新进展！

高岭土是以高岭石为主要成分的黏土类矿物，俗称为“瓷土”，包括高岭石、珍珠石、地开石和埃洛石等矿物，其脉石矿物主要有石英、长石、云母、铁矿物和钛的氧化矿物等。

高岭石的晶体化学式为Al₄［Si₄O₁₀］（OH）₈，是1:1型层状硅酸盐矿物，由一个硅氧四面体层和一个铝氧八面体层构成，层间由氢氧键连接。

▼高岭石晶体结构

根据其质地、可塑性和砂质可分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土。根据其成因可分为煤系高岭土和非煤系高岭土。

煤系高岭土是煤炭生产过程中产生的固体废弃物，包括硬质高岭土、半软质高岭土和软质高岭土，其储量占我国高岭土总储量的50%以上。

我国高岭土储量丰富，已查明资源量21.00亿吨，占世界查明资源量的9.46%，仅次于美国及印度，居世界第三位，主要分布在广东、陕西、福建、江西和广西等地。

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高岭土为什么要提纯？

目前，高岭土广泛应用于陶瓷、造纸和橡胶等领域，其应用过程中一个非常重要的工艺性能参数就是白度。

造纸、搪瓷、橡胶和陶瓷用优质高岭土的白度要求分别为≥87.0%、≥80.0%、≥78.0%和≥90.0%。有机质和含铁、钛、锰等元素的矿物以及过渡金属氧化物等有害杂质都会不同程度的降低高岭土的白度。

研究发现，晶格内的铁离子不会影响高岭土的白度，但独立存在的赤铁矿、黄铁矿和褐铁矿则会降低高岭土的白度。改性高岭土和纳米高岭土的兴起使高岭土在环保、国防和医药等领域获得更优良的应用性能，但同时也对高岭土的品质有更加严格的要求。国内生产的高岭土产品白度普遍不高，因此多用于陶瓷用二、三级高岭土，难以满足造纸和陶瓷用优质高岭土的白度要求。

此外，不同领域用高岭土对其Al₂O₃、SiO₂和Fe₂O₃等含量均有要求，优质高岭土依赖进口。因此，对高岭土进行提纯，继而提高其品质及附加值已成为高岭土生产及应用所面临的主要问题之一。

对高岭土进行提纯的目的是去除铁矿物、钛矿物和有机质等有害的染色杂质，以提高产品的白度，或去除石英、长石等砂质矿物，以提升高岭土产品的品质，进而拓展其应用的广度及深度，获取更好的经济效益，以及充分利用高岭土资源。

目前，高岭土提纯采用的工艺主要包括重选、磁选、浮选、浸出、化学漂白和焙烧等。

▼高岭土主要提纯方法

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高岭土重选提纯工艺

重选提纯工艺主要是利用高岭土和脉石之间的密度和粒度差异，去除轻质的有机质和Fe₂O₃等含铁、钛和锰等元素的高密度杂质，以达到提纯高岭土的目的，减少或去除杂质对其白度的负面影响。

同样，利用高岭土和脉石颗粒的密度差异，采用离心工艺也可以去除石英等脉石颗粒，达到提纯高岭土的目的。

实践表明：重选提纯高岭土是行之有效的，以小锥角旋流器组或离心机替代高岭土提纯流程中的洗涤和筛分作业，既能实现洗涤和分级的目的，还可以去除部分杂质，具有较好的应用价值。但同时也要考虑仅通过重选工艺很难得到符合要求的最终高岭土产品，重选提纯后仍要通过煅烧、磁选和浸出等方法以得到最终合格产品。

最新研究进展：

任瑞晨以六偏磷酸钠为分散剂，采用直径为150、75、50、10mm的小锥角旋流器四级串联流程对高岭土进行提纯，不仅显著降低了Fe₂O₃的含量，而且有效去除了粗颗粒石英。随着旋流器直径的减小，溢流产品铝硅比不断提高，表明通过旋流器组对高岭土进行提纯时选用小锥角旋流器是合理的。

 

J.M.R.deFigueiredo等对平均粒径为11.8、14.95μm的两种高岭土矿样进行提纯研究，将质量分数为40%的高岭土矿浆加入碳酸钠搅拌24h后给入旋流器进行提纯，结果表明旋流器去除石英等脉石矿物是有效的。旋流器组可替代高岭土提纯流程中的洗涤和筛分作业，既简化了洗涤及筛分流程，又可以去除部分杂质，是高岭土生产工艺改进的一条途径。

 

易龙生等对高岭土进行离心脱硅试验，在最优条件下，可除去大部分石英及部分长石，使高岭土产品中的SiO₂含量减少5.2%，Al₂O₃含量增加1.5%。

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高岭土磁选提纯工艺

磁选工艺用于去除高岭土中的赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿和金红石等弱磁性染色杂质。磁选不需要使用化学药剂，对环境无污染，因而在非金属矿的提纯过程中使用较为广泛。去除高岭土中的弱磁性杂质颗粒需要较高的磁场强度和磁场梯度，而磁选技术的发展及设备的升级，使高岭土等非金属矿的磁选提纯得以有效实现。

立环高梯度磁选机作为一种高性能的强磁选设备，在高岭土提纯的生产中已经得到使用。我国目前已经研制出适合非金属除杂的具有高磁场磁感应强度的立环高梯度磁选机，随着磁选技术的发展和设备的更新，高岭土的磁选提纯工艺将取得更好的效果。超导磁选机作为一种新兴的磁分离技术，具有高场强、节能、生产能力大等优点，也被用于高岭土的提纯。

磁选提纯工艺解决了因含铁量高而不具备商业开采价值的低品质高岭土资源的开发利用问题，超导磁选机更是可以直接处理含杂质较多的高岭土。但单一的磁选作业也难以获得高品质的高岭土产品，目前还需要配合化学漂白等其他工艺来进一步降低高岭土产品的含铁量。

最新研究进展：

熊大和采用立环高梯度磁选机对淮北煤系高岭土原矿进行处理，产品中Fe₂O₃的含量＜0.5%，可将煅烧产品白度提高到93%，实现了较好的提纯效果。

王浩等采用高梯度磁选机提纯高岭土试验结果表明，该磁选机不仅可以有效去除Fe₂O₃，也能明显降低K₂O和TiO₂的含量，进一步提高产品白度。除了对磁场磁感应强度要求较高外，矿浆流速、磁介质种类等因素对高岭土的磁选提纯也起到一定影响。同时还发现，在相同磁场磁感应强度下，通过优化矿浆流速和选择合适的磁介质可以使高岭土产品的自然白度提高1%。

李亦然等采用超导磁分离技术对高岭土进行提纯试验，结果表明磁介质越细，场强越高，除铁效果越好，同时发现矿浆流速对提纯效果影响明显，矿浆最佳流速为1cm/s。在最优条件下将高岭土中的Fe₂O₃含量由2.5%降至0.93%。因其磁场磁感应强度较高，超导磁选机可用于直接提纯杂质含量高的高岭土。

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高岭土浮选提纯工艺

浮选提纯工艺可以有效去除高岭土中的含铁、钛和碳杂质，实现回收再利用煤系高岭土等低品级高岭土资源。高岭土颗粒较细，比脉石矿物更难上浮，因此高岭土浮选提纯工艺多采用反浮选以达到较好的去除杂质的效果，如反浮选除碳、脱硫和除铁。

水玻璃被用于高岭土反浮选除杂过程中抑制石英及硅酸盐矿物，同时对高岭土起到较好的分散效果。反浮选工艺除碳药剂使用量少，具有较好的经济环保效益。

反浮选除杂流程中对不同杂质可选用不同的捕收剂。相关研究表明：羟肟酸螯合捕收剂可以与高岭土中的杂质金属离子形成螯合环，进而实现有效捕收。采用螯合捕收剂可以简化浮选流程，减少生产费用，同时因为不需要添加活化剂，从而减少了药剂用量和对后续选别作业的影响。

浮选提纯工艺多用来处理杂质较多和白度较低的高岭土原矿，以实现对低品级高岭土资源的综合利用。浮选可使高岭土的白度明显提升，其不足之处在于需要添加化学药剂，造成生产成本增高，且易对环境造成污染。螯合捕收剂等新型药剂的研发是浮选提纯研究的主要方向之一。

最新研究进展：

洪微等对高岭土进行反浮选脱碳试验，在高岭土磨矿细度为-0.045mm含量占83.57%时，以煤油为捕收剂，松醇油为起泡剂，水玻璃作为抑制剂，通过条件试验确定了最佳浮选条件：煤油、松醇油和水玻璃的最佳用量分别为600、150、2500g/t，在该条件下游离碳基本被除去，减少了碳质对后续提纯的影响。

曹学鹏开展了对高岭土反浮选脱硫研究。高岭土的硫元素主要赋存于黄铁矿中，所处理的高岭土92.68%的硫赋存于黄铁矿中。试验发现，随着磨矿细度增加，对硫的浮选回收效果越好，但-0.074mm含量超过90%时产生的细泥会对浮选产生影响，最终在-0.043mm含量占95%的磨矿细度下实现硫的回收率87.30%，获得硫品位48.77%的硫精矿，达到良好的脱硫效果，既对高岭土进行了提纯，又实现了资源的综合利用。

余力等研究发现，自制的含有磷酸-2-乙基己基脂的捕收剂对氧化铁杂质的去除效果显著优于氧化石蜡皂和油酸钠等传统捕收剂。

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高岭土浸出提纯工艺

浸出是通过适当浸出药剂来选择性地溶解并去除高岭土中的某些杂质组分的方法，如使用盐酸或硫酸的酸法浸出和微生物浸出法。浸出工艺流程简单、节能、可降低生产成本，具有较好的发展潜力。

煤系高岭土中含有黄铁矿、褐铁矿和赤铁矿等杂质，在煅烧过程中黄铁矿会被氧化成黑褐色的铁氧化物，使高岭土的白度有所降低。氧化亚铁硫杆菌可以通过催化氧化作用分解黄铁矿，因此可以用于去除高岭土中的黄铁矿。

与目前常用的提纯工艺相比，浸出提纯工艺流程简单，可以显著降低生产成本，使低品位高岭土得到有效的开发利用，具有更高的发展潜力。当然，在采用微生物浸出时，必须进行更加严格的环境评估及经济效益评估。

最新研究进展：

 

陈武生等对主要含铁杂质为黄铁矿和赤褐铁矿的高岭土进行提纯研究，浮选和强磁选提纯效果较差。采用浓度25%的硫酸对含铁较高的硬质高岭土进行酸浸处理5h，其除铁率可达37.67%。因原矿中铁多以黄铁矿的形式存在，为到达更好的除铁效果，以H₂O₂为氧化剂进行氧化酸浸，结果表明H₂O₂浓度为2mol/L时，采用0.5mol/L的盐酸浸出，除铁率可达到45.83%。

雷邵民等对富黄铁矿煤系高岭土采用微生物浸出法进行研究。从酸性矿坑水中获取氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿进行氧化，其氧化速度比自热氧化提高3倍，脱硫率超过83.82%，除铁率超过72.32%，使产品白度提升12.1%～13.9%，有效地实现了除铁脱硫的目的。

A.Zegeye等用希瓦氏菌浸出高岭土中的铁杂质，三价铁仅在pH＜3的酸性条件下可溶，而二价铁能在更大的pH值范围内溶解，希瓦氏菌具有较强的铁还原能力，因此被用于浸出高岭土中的铁杂质。试验结果表明，在30℃下希瓦氏细菌浸出5d即可使高岭土的白度从54%提升至66%，ISO亮度从74%提升到79%，较好地提高了高岭土的白度和ISO亮度指标。

 

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高岭土化学漂白提纯工艺

三价铁离子及其氧化物是降低高岭土白度的主要染色杂质，通过化学试剂去除这些有害杂质的方法称为化学漂白法。高岭土的化学漂白法分为氧化法、还原法和氧化-还原联合法等。

氧化漂白法的原理是将还原态的有害着色杂质氧化成可溶性的物质，进而将其去除，例如将黄铁矿氧化成可溶性的硫酸亚铁，然后将有机质氧化后通过水洗去除。常用的强氧化剂有次氯酸钠、高锰酸钾和过氧化氢等。该方法在使用过程中需要严格控制体系的pH值，如果pH值过高将使Fe^2＋转化为难溶的Fe^3＋；此外温度、药剂用量、矿浆浓度和漂白时间等对漂白效果均有影响，需经条件试验确定最佳方案。

还原漂白法的原理是将难溶的三价铁氧化物还原为可溶的二价铁盐，使有害元素铁转化为可溶相以溶解，继而通过洗涤流程去除。常用的还原漂白药剂有连二亚硫酸钠（Na₂S₂O₄）和二氧化硫脲（HO₂SC（NH）NH₂）等。

该方法同样需要严格控制体系的pH值。当pH值较低时，连二亚硫酸钠容易分解；当pH值较高时，可以增强连二亚硫酸钠的还原能力，但是被还原的二价铁离子在高pH值条件下易发生氧化，又被氧化成难溶的三价铁。同样，如果反应时间过长，刚还原的二价铁离子也会被氧化成三价铁离子，导致高岭土白度的降低，在工业生产中将这一现象称为“返黄”现象。

另外，还可以采用还原-络合法来解决Fe^2＋的氧化问题。以草酸等为络合剂与Fe^2＋发生反应，可以生成可溶的［Fe（C₂O₄）₂·H₂O］^2-，进而溶于水达到去除目的，同时也避免了Fe^2＋的氧化，达到较好的漂白效果。

化学漂白法可以大幅提升高岭土产品的白度，但其生产成本较高，多用于对经过除杂的高岭土精矿进行进一步提纯。连二亚硫酸钠等药剂的使用会产生酸性废气和废水，对环境污染影响较大，因此采用此方法时需要考虑环保问题和经济合理性，今后的发展趋势应采用更加廉价且无污染的漂白剂。

最新研究进展：

于瑞敏等采用还原法将高岭土白度提高了21.7%，可见化学漂白法可以较大幅度地提高高岭土的白度。同时发现漂白使Fe含量降低的同时，未明显降低Al的含量。

 

聂鑫采用还原-络合法从离子型稀土尾矿中提纯高岭土，在温度50℃、pH值为3、保险粉和草酸添加量分别为3%和2.5%、漂白60min的条件下得到最佳的漂白效果，使高岭土白度提高14.8%。

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高岭土焙烧提纯工艺

焙烧也是提高高岭土白度的一种重要提纯工艺。高岭土可通过焙烧工艺去除其中的含碳杂质，如通过磁化焙烧加磁选去除磁性杂质，通过氯化焙烧去除某些金属杂质。

磁化焙烧将高岭土中含铁杂质转化为较强磁性或强磁性的含铁矿物，进而通过磁选进行杂质的去除。

氯化焙烧是在高岭土焙烧过程中添加氯化剂，使某些金属氧化物和硫化物杂质转化为可挥发的氯化物以达到去除该金属元素的目的。

 

焙烧提纯工艺可以使高岭土白度大幅提升而获得高品质的高岭土产品，实现对低品级高岭土资源的利用，可获得较高品质的高岭土产品。但该方法能耗大，生产过程中会对环境造成污染。因此，今后的发展思路是通过优化焙烧流程和设备，不断降低生产成本及污染，其对促进焙烧提纯高岭土及资源综合利用具有重要意义。

最新研究进展：

 

姬梦姣等研究了低温焙烧工艺从某低品级煤系高岭土去除含碳杂质，其中以化学需氧量（COD）来量化除碳效果。经该工艺处理，在粒径为0.043～0.074mm、升温时间为3h、温度在450℃下保温1.5H时，COD值从27641.1μg/g降至1049.7μg/g，降低了96.20%。研究表明，采用该低温焙烧可脱除表面和层间羟基，而不会破坏高岭石结构，同时使含碳有机质有效分解，使该低品级煤系高岭土达到玻璃纤维原料要求，有效实现对低品级煤系高岭土资源的利用。

夏光华等对某铁染高岭土进行提纯研究，发现化学漂白法和磁选除铁效果均不理想，而通过磁化焙烧显著降低了高岭土中的含铁杂质，磁化焙烧后的非磁性产品产率达84.4%，高岭土白度由64.8%提升到87.4%，磁化焙烧对该高岭土的提纯效果优于传统化学漂白法。

易龙生等采用氯化焙烧将煅烧白度为86.3%的高岭土中的Fe₂O₃含量由1.26%降到0.35%，TiO₂含量由1.03%降到0.46%，Al₂O₃含量增加1.00%，煅烧白度增加至93.6%，得到了质量较高的高岭土产品。

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高岭土多种提纯工艺联合流程

单一的提纯工艺难以获得高品质的高岭土产品，特别是处理我国储量较大的低品级煤系高岭土以及矿石组成复杂的高岭土。因此，在实际生产中常采用多种提纯工艺相结合的联合流程。