河南某粘土礦在軋制鋁箔用油中脫色的應用探索

喻廣軍，余麗秀，余悅發(fā)，胡 偉

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016；3.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006)

粘土礦物主要有蒙脫石、高嶺石、凹凸棒石(也稱坡縷石)、海泡石、伊利石、綠泥石等多種，是開發(fā)功能礦物材料和高附加值天然納米礦物材料的重要原料。粘土礦加工產(chǎn)品用途廣泛，也被稱為“萬用”粘土[1-4]。目前已開采及應用的主要是以單一粘土礦物品種為主類型的粘土礦，如膨潤土、高嶺土、凹凸棒土等[5]，但自然界產(chǎn)出的粘土礦還有較大量的是含多種粘土礦物及非粘土礦物伴生或共生的類型。因而，針對資源量大、且有多種礦物伴生的新型粘土礦資源開展評價及應用研究，是當前粘土礦資源開發(fā)領(lǐng)域的迫切需求，技術(shù)突破對克服單品種型粘土礦資源應用短缺具有重要意義。

鋁箔是現(xiàn)代包裝材料中發(fā)展較快的新型包裝材料，具有保質(zhì)期長、質(zhì)輕、價格適中等優(yōu)異特點，其應用領(lǐng)域及應用量逐年增長較快，中國已成為世界鋁箔生產(chǎn)強國[6]，對其生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化及降低成本是鋁箔加工行業(yè)長期需解決的問題[7]。在鋁箔生產(chǎn)過程中，需用礦物油類的商品航空用油配制軋制工序用壓延循環(huán)油，而為了降低鋁箔生產(chǎn)用循環(huán)油的成本，循環(huán)油使用一定次數(shù)后需對油品進行吸附凈化再處理，以處理掉油品中的微細金屬鋁宵、原油降解后帶色酚類物、設備磨耗渣等，使油品粘度低、清澈，以減少壓延鋁箔制品表面的針孔及提高鋁箔制品的光潔度。

目前對鋁箔生產(chǎn)循環(huán)用油其工業(yè)應用的主流吸附材料是硅藻土粉，用其對使用后的油品進行吸附、過濾處理[8-9]，使油品滿足可多次循環(huán)使用要求。而硅藻土粉在鋁箔生產(chǎn)中使用，也存在凈化效率有待改善及產(chǎn)地遙遠、產(chǎn)品運費高的問題，就近選擇鋁箔生產(chǎn)循環(huán)用油新型凈化材料，對降低鋁箔生產(chǎn)成本具有重要意義。

1 河南某粘土礦工藝礦物學研究

1.1 樣品采集

試驗采集的粘土礦樣來自河南豫西南陽，試驗期在2個不同的礦點共采集樣品5個，樣品采至地表剝離覆蓋層后的3～5m處，礦點編號為ZP-1或ZP-2，樣品外觀顯著特征描述及編號如表1，不同采樣現(xiàn)場或采集樣品的外觀形貌如圖1。樣品經(jīng)破碎、縮分、干燥、粉碎制得分析礦樣，做X熒光半定量、X-射線衍射、化學成分及物性分析等檢測。

表1 試驗樣品外觀特征及編號

圖1 樣品采樣現(xiàn)場圖片

1.2 樣品組成及含量分析

1.2.1 光譜半定量分析

對采集的5個樣品進行X熒光全光譜半定量分析，結(jié)果顯示樣品稀貴及有色金屬元素含量均較低，故可不考慮做稀貴及有色金屬元素利用。

1.2.2 X-射線衍射分析

對處理后樣品做粉晶X-射線衍射分析，其礦物成分及含量結(jié)果見表2。與表1樣品的外觀色澤判斷對應，外觀色白樣判定主要礦物為白云石，少量方解石和凹凸棒石，及含少量石英和微量蒙脫石等，對應 樣品 為ZP-1-1、ZP-1-2、ZP-2-1；外觀綠色樣判定主要礦物為白云石、蒙脫石、凹凸棒石和石英，含少量高嶺石等，對應樣品為ZP-1-3、ZP-2-2。

表2 樣品組成與含量結(jié)果 (單位：%)

2 原礦配礦及制粉加工

2.1 試驗樣品配礦

根據(jù)表1、2所采樣品色澤與成分，白色樣品含白云石77%～84%、凹凸棒石3.8%～10.5%、石英含量3%～6%，綠色樣品含白云石23%～32%、蒙脫石30%～33%、石英約25%，配料方案見表3。當原礦成分波動較大時，應根據(jù)原礦成分適當調(diào)整配料比例，以保證后續(xù)加工用礦樣的成分基本穩(wěn)定。

表3 試驗批量樣品配料方案

2.2 配礦后樣品的成分

試驗配礦樣品礦物成分見表4，化學成分見表5。

表4 試驗配礦樣品礦物成分 (單位：%)

表5 試驗配礦樣品主要化學成分 (單位：%)

2.3 樣品加工

按干法配礦后進行干燥、粉碎加工，考慮應用于鋁箔油品吸附凈化的過濾速度要求，不宜采用過細粉體，控制加工粉體細度為-0.074mm的粉體。最終制備的用于鋁箔軋制油脫色用粉體經(jīng)用標準篩網(wǎng)檢測，＜0.074mm顆粒占到99.8%，經(jīng)試驗滿足使用要求。

3 在壓延鋁箔生產(chǎn)循環(huán)油處理中的應用

3.1 處理壓延鋁箔生產(chǎn)循環(huán)油效果對比

將配料、干燥、粉碎至-0.074mm的ZPH-1、ZPH-2樣品與目前實際生產(chǎn)中用的-0.074mm吉林硅藻土粉樣品，采用軋制鋁箔工業(yè)用油處理及評價條件，做了同樣10g/L添加量、20min攪拌吸附處理條件的對比試驗，試驗用油取自河南某鋁箔加工廠需處理的循環(huán)油，過濾后的清油用分光光度計在500nm波長測定吸光度值，壓延油脫色率試驗結(jié)果見表6，不同試驗樣品處理后油液外觀直接對比見圖6。試驗可知，試驗礦樣較硅藻土粉對鋁箔壓延油處理具有較好的處理效果，較目前工業(yè)應用的硅藻土粉脫色率分別提高104.61%、101.65%，且樣品ZPH-1脫色效果更好。

表6 不同樣品處理鋁箔壓延油脫色率試驗結(jié)果

圖6 不同樣品處理后油液對比圖

3.2 吸附效果機理探討

由3.1不同樣品對鋁箔壓延油處理可看出，試驗加工礦樣具有較好的處理效果。分析原因，用硅藻土處理僅發(fā)生礦物表面的物理吸附；但因試驗礦樣中含有大量的白云石、方解石礦物，而白云石、方解石的溶度積值稍大，能發(fā)生部分鎂、鈣離子的微量溶出[14-15]，且體系中新生成的鎂、鈣離子具有較好的活性；當用試驗礦樣吸附凈化軋制鋁箔循環(huán)用油品時，不僅有復合粘土礦所含鏈狀、層狀礦物表面常見進行的物理吸附(凹凸棒石、蒙脫石)，還有因含白云石和方解石礦物微量溶出的鎂、鈣離子對處理體系含鋁宵、原油降解后帶色酚類物、設備磨耗渣等進行的化學吸附，故其吸附脫色率較硅藻土高；而根據(jù)表5化學成分分析結(jié)果，ZPH-1鎂和鈣含量高于ZPH-2，也間接證明了鎂鈣成分對鋁箔循環(huán)油的處理其化學吸附起了重要作用。

4 結(jié)語

(1)河南某混合粘土礦經(jīng)工藝礦物學研究，是含白云石23%～81%、方解石0%～15%、凹凸棒石3%～14%、蒙脫石0%～34%、石英3%～25%及少量高嶺石、長石等的復雜組成類型礦，該礦外觀自然解離度高、顆粒細小、礦粉化顯著。

(2)對原礦進行混合配礦后制成-0.074mm的粉，將其與軋制鋁箔工業(yè)用油現(xiàn)采用的-0.074mm細度硅藻土粉進行吸附凈化性能對比，在相同處理條件下，過濾后的清油較硅藻土粉處理脫色率分別提高104.61%、101.65%，其性能優(yōu)于目前工業(yè)用的硅藻土粉吸附劑，具有吸附效率高、處理成本低的顯著特點。

(3)試驗礦樣僅從吸附性能評價，其性能既有普通粘土礦的物理吸附，也有活性高鎂質(zhì)礦物的化學吸附，對其特性和應用加大力度研究，有望在造紙[16]、環(huán)保等領(lǐng)域開拓更多的應用。