高嶺土除鐵增白技術分析

王志國 李坤

摘 要：隨著高嶺土除鐵增白產業的發展，以磁力脫除為核心的物理法和以強還原酸洗的化學法脫除技術已經日益成熟，本文對高嶺土的物理法和化學法除鐵增白技術進行闡述總結。同時，面對日益殘酷的市場競爭，本文又總結了生物法在高嶺土除鐵增白的作用原理與效果，為高嶺土除鐵增白產業發展提供思路。

關鍵詞：高嶺土;除鐵增白;物理法;化學法;生物法

1 前言

高嶺土是一種典型的無機非金屬礦物質材料，其主要化學組成為硅鋁酸鹽，我國目前高嶺土主產區所產的高嶺土中氧化鋁含量集中在34-40%之間，氧化硅含量集中在46-55%之間，其中氧化硅和氧化鋁以公用晶體面的形式形成硅鋁酸鹽，同時由于生產篩選工藝條件的限制，產出的粗制高嶺土含有少量的鈉、鐵、鈦、鎂和鈣等金屬氧化物。高嶺土由于穩定的化學性質及化學組成，具有可塑性強、分散性好、粘結指數高、耐火好、絕緣性優良的特點，被廣泛應用在陶瓷、石油化工、紡織、造紙、涂料、油漆等領域中。隨著中國經濟建設的發展，國內市場對高嶺土的需求呈上升趨勢，造成目前高嶺土供不應求的市場行情。由于高嶺土中含有鐵鈦氧化物、碳質顆粒等雜質，導致其自然白度普遍偏低，影響了其在高端材料產業中的應用，粗制的高嶺土只能用在陶瓷制品、橡膠塑料、油漆等對白度要求較低的行業中，如何提高高嶺土的白度，對提高高嶺土生產產業的經濟效益，提高高嶺土的經濟附加值變得非常重要。其中鐵是造成高嶺土染色的主要元素，因此本文通過總結歸納了國內現有高嶺土除鐵增白技術并展望了未來技術發展趨勢。

2 高嶺土除鐵增白技術現狀

一般來說，高嶺土中鐵元素的存在形式主要包括黃鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦以及鈦鐵礦等鐵系氧化物。工業中常見的除鐵增白技術主要分為物理法和化學法。

2.1 物理法除鐵增白

物理法除鐵增白的原理是利用不同礦物質的磁性之間的差距，進行的電磁選礦的方法，由于鐵礦物質與高嶺土組成之間的磁性差異，在磁場的作用下實現分離除鐵的作用。此方法的具體步驟首先將水洗過的高嶺土漿料通過永久性磁鐵或者電磁鐵等設備，并在漿料流過的管溝中放上永久性磁鐵做多級分離。該方法能夠有效的脫除高嶺土中磁性較強的鐵礦石以及機械混合的鐵雜質。

2.2 化學法除鐵增白

由于物理法除鐵增白的作用只能局限于磁鐵礦以及鈦鐵礦，因此物理法除鐵后的高嶺土需要做化學除鐵的精加工。

化學法除鐵增白的原理是利用強還原劑--保險粉（連二亞硫酸鈉）對氧化鐵進行溶解，并把三價鐵離子還原成二價鐵離子，經過水洗過濾，實現除鐵增白的作用。常見的工藝流程路線：物理除鐵后泥漿酸處理→調整pH值→加保險粉→攪拌→壓濾→泥餅化漿水洗→壓濾→再水洗。其中工藝步驟的主要操作參數包括：選用硫酸調整漿料pH值在2.0左右，再向漿料中分批量的加入保險粉，并保持30min的機械攪拌，攪拌結束后加入堿性緩沖溶液調整酸度在5-6左右，這一步主要是抑制保險粉的水解作用，提高漂白效果。壓濾、水洗是去除二價鐵離子的關鍵步驟，需嚴格按規程操作。

化學法除鐵增白除了常見的保險粉強化的方法，還有氫氣還原法、高氯酸強氧化法等。通過物理磁力除鐵作用和化學強還原的處理脫除，基本可以達到高嶺土的除鐵增白目的。

3 高嶺土除鐵增白創新技術開發

以物理法和化學法為核心的傳統高嶺土除鐵增白技術已經成熟，但是存在能耗高、資源利用率低、環境污染高等缺陷，利用特殊功能微生物實現鐵系雜質的溶解脫除的技術代表著高嶺土除鐵增白技術的未來發展方向。氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus ferrooxidans，簡稱T.f.菌）是生物氧化除鐵中最常用的一種細菌，其在氧化高嶺土中的鐵礦中主要實現硫化亞鐵的氧化，將亞鐵離子氧化成三價鐵離子，氧化得到的三價鐵離子主要通過有機酸（如草酸、檸檬酸）酸洗的方式脫除。高嶺土生物法的除鐵增白技術具有能耗低、污染小、資源利用率高的特點。目前高嶺土生物法的除鐵增白技術使用的菌種主要為鐵還原菌，包括了腐敗希瓦氏菌、金屬還原土桿菌、湖泊高鐵桿菌、嗜鐵熱土桿菌、金屬還原菌、深層芽孢桿菌、脫鐵熱土桿菌等。

4 總結

物理法和化學法的高嶺土除鐵增白技術對我國經濟建設過程中發揮了重要作用，但是面對環境保護問題日趨嚴重、市場競爭日益殘酷、高端高嶺土材料需求廣泛的市場行情，傳統的物理法和化學法很難適用高嶺土行業的發展。微生物的除鐵增白技術是一種發展潛力較高的技術，可以作為高嶺土產業深加工的發展方向，但是目前的研究多局限于實驗室小試和中試研究，工業生產經驗仍不足，今后的技術開發中，應該加強產學研平臺建設，將高校科學院所的強大科研水平和高嶺土企業的規模化平臺進行融合，早日實現高嶺土生物法的除鐵增白技術工業應用。

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