混合捕收劑去除高嶺土中含鐵礦物試驗研究

夏光華，李曉鳴，蘇小麗

（1．景德鎮陶瓷學院材料科學與工程學院，江西 景德鎮333001；2．北海兗礦高嶺土有限公司，廣西 北海536001）

0 引言

上世紀90年代末以來，對優質高嶺土產品的白度要求已達90%以上［1］。高嶺石為含水鋁硅酸鹽，化學組成：Al4［Si4O10］OH8或 Al2O3·2SiO2·2H2O。而實際上工業高嶺土的組成與上述組成有些差別，因其中存在外來雜質礦物，在其晶格中也可能被其他元素取代。

北海高嶺土屬于不完全風化的花崗巖風化殘積型礦床，具有晶形好、粒度細、白度較高等特性，但其中的含鐵云母、綠泥石、褐鐵礦和電氣石等含鐵礦物影響了北海高嶺土的廣泛應用。高嶺土和含鐵硅酸鹽礦物的浮選分離并非易事，使用不同表面活性劑組合的工藝比使用單一表面活性劑的工藝分選效果要好得多。因此，近年來對混合表面活性劑體系的行為給予很大關注［2］。本文以北海高嶺土為研究對象，擬分段采用陽離子／陰離子捕收劑組合試劑進行選擇性浮選，以分離去除高嶺土中的含鐵礦物，提高高嶺土的白度，改善其顏色。

1 試驗情況

1．1 試驗的原料和藥劑

試驗原料采自北海高嶺土礦。原料經水力旋流器分級后，主要化學組成為：Al2O3（36．17%），Fe2O3（0．83%），TiO2（0．09%），K2O（1．37%）。

試驗藥劑：十八胺、油酸、工業柴油、松醇油（2號油）、十二烷基磺酸鈉、氟化鈣、碳酸鈉、氫氧化鈉和六偏磷酸鈉。

1．2 浮選的試驗方法和工藝流程

浮選前，對高嶺土給礦漿進行高濃度摩擦洗礦和分散。可在高速攪拌時擦洗被污染的礦物表面。碳酸鈉和六偏磷酸鈉為礦漿分散劑，鹽酸和氫氧化鈉為pH調整劑，試驗中用去離子水調pH值。

浮選時，將200g已分散的高嶺土礦漿的固體濃度調整為22%，置于XFD－63型單槽式浮選機中后，礦漿pH調至8．5～9．5，加入十八胺乳化液胺類陽離子捕收劑（十八胺和柴油以1∶2配制），少量松醇油（2號油）和淀粉抑制劑，調整10min，多次間隔刮去浮選泡沫；之后，將礦漿pH調至6～6．5，加入 皂化油酸（油酸和氫氧化鈉配制）陰離子捕收劑、少量十二烷基磺酸鈉進行充氣攪拌，采用氟化鈣作活化劑（氟化鈣中的鈣離子可使高嶺土礦漿與油酸鈉很好地調漿，不僅可除去礦石表面的細粒，使著色雜質與高嶺土脫離，而且可提高浮選效率），調整10 min，多次間隔刮去浮選泡沫；然后，對高嶺土礦漿進行常規化學還原漂白，即：將礦漿pH值調節至3左右，加入0．6%的保險粉慢速攪拌30min；把漂白處理后的高嶺土精礦水洗過濾、干燥、壓片、燒成，得到自然白度85%～86%，煅燒白度（1 200℃）87%～89%的高嶺土精礦產品。

高嶺土浮選試驗流程（圖1）列出了最佳組合捕收劑的用量及浮選濃度。

1．3 樣品測試與表征

白度是評價高嶺土物理性能和含鐵量的一個重要指標，本實驗采用對藍光的反射率度量高嶺土的白度。經 WSB－L型白度計測定，高嶺土原礦自然白度77%，燒成白度R457（1 200℃）84%～85%。采用日本理學DMAX－RB X射線粉末衍射儀（簡稱XRD）對高嶺土原礦和精礦樣品進行物相分析，根據礦物的特征峰分析高嶺石的純度。采用orthlux型偏反光顯微鏡進行顯微分析，了解高嶺土原礦與處理后的高嶺土組分變化和白度之間的關系。

2 結果與討論

2．1 浮選分離試驗結果和影響因素分析

圖1 高嶺土浮選試驗流程Fig．1 Procedure of flotation test for kaolin

在浮選實踐中，對某些硅酸鹽礦物能否有效地選擇性抑制和活化，是浮選工藝成敗的關鍵。本試驗組合藥劑由十八胺乳化液胺類陽離子捕收劑和皂化油酸陰離子捕收劑組成，其結構為：十八胺分子式為C18H37NH2（簡寫R－NH2），將其配制成十八胺乳化液；油酸分子式為C17H33COOH，將其配制成皂化油酸C17H33NaO2［2］。

從表1可以看出，采用胺類與皂化油酸表面活性劑組合對高嶺土進行浮選試驗，Fe2O3的含量有明顯的下降（幅度0．16%），Al2O3的含量有明顯的上升（幅度0．58%），表明礦漿中陽離子捕收劑和陰離子捕收劑對高嶺土礦聯合作用，發生離子對結合并形成復雜凝聚物［3］；原礦、精礦和尾礦中Fe2O3，K2O的變化反映了高嶺石中氧化鐵礦、含鐵硅酸鹽的減少，實現了目標礦物和含鐵礦物的分離。試驗分段采用陽離子捕收劑和陰離子捕收劑，它們之間的作用類似于電子的給予體－接受體之間的性質，并通過氫鍵或靜電吸附作用于目標礦物，從而達到浮選分離的目的［5］。

2．1．1 胺類對高嶺土中含鐵硅酸鹽捕收的影響

含鐵硅酸鹽表面荷電機理反應式［4－5］為：

2．1．2 油酸鈉對高嶺土中氧化鐵礦捕收的影響

氧化鐵礦如赤鐵礦表面荷電并形成雙電層的表面反應方程式［6－7］為：

表1 白海高嶺土采用組合捕收劑的浮選指標Table 1 Index of combination collectors flotation

2．2 北海高嶺土中著色物質的賦存形式

2．2．1 高嶺土XRD衍射分析

圖2 高嶺土中含鐵雜質礦物與白度的關系Fig．2 Kaolin whiteness VS Fe－bearing minerals

圖3 北海高嶺土XRD圖譜Fig．3 XRD pattern of Beihai kaolin

圖4 氧化鐵礦物沿裂隙或高嶺石分布（反光下）Fig．4 Iron oxides distribution along the crack or kaolinite（reflecting）

通過分析（圖3），北海高嶺土主要成分為高嶺土、含鐵云母、石英及其他微量礦物如赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦及電氣石等［8］。由圖3可見，浮選后高嶺石的礦物特征峰明顯增高，峰面積增大，純度提高。當然，結構鐵作為高嶺土精礦主要的雜質礦物，是高嶺土進一步除雜提純的主要對象，這一測試結果為高嶺土精制工藝的選擇提供了科學依據。

2．2．2 偏反光顯微鏡的巖相分析

通過在偏光鏡下觀察高嶺土晶體薄片（圖4，圖5），表明氧化鐵礦物一般無特定形態，薄片中不透明或半透明，細而薄的顆粒能透光，顯褐色、紅褐色、黃褐色，反光下呈褐色。鈦含量很少，主要染色介質為3價鐵。小部分鐵附著在高嶺土、石英表面，大部分存在于云母類礦物中形成硅酸鹽結構鐵，或以浸染狀形態存在于高嶺土微粒中，這說明高嶺石晶格中存在鐵類質同相替代，此種存在方式對高嶺土的除鐵增白帶來很大的負面影響。另外還可見粒徑1．0×10－6m～1．5×10－6m的云母。含鐵云母在高嶺土中主要為單礦物或膠粒狀集合體兩種存在形式。

3 結論

（1）本試驗組合捕收劑由十八胺乳化液胺類陽離子捕收劑和皂化油酸陰離子捕收劑組成。先后采用陽離子／陰離子捕收劑，對高嶺土中的含鐵硅酸鹽和氧化鐵礦進行選擇性浮選分離去除，高嶺土精礦的白度隨之提高。

（2）十八胺乳化液捕收含鐵硅酸鹽的機理，pH＝8～10時，在礦物表面主要靠靜電力吸附作用為主；皂化油酸和少量十二烷基磺酸鈉捕收高嶺石中氧化鐵礦的機理，pH＝5～7時，通過表面活化反應形成的離子－分子締合物為主要因素。

圖5 含鐵云母礦物或集合體（單偏光）Fig．5 Fe－bearing mica mineral or aggregation（single－polarized）

（3）北海高嶺土原礦中雜質礦物主要由含鐵云母、褐鐵礦等組成，其中，結構鐵以浸染狀形態存在于高嶺土微粒中。采用陽離子／陰離子捕收劑組合進行浮選分離試驗，可使高嶺土精礦自然白度達到85%～86%，煅燒白度（1 200℃）達到88%～89%。

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