1 前 言
高嶺土廣泛地應(yīng)用于陶瓷工業(yè)、造紙工業(yè)、橡膠塑料工業(yè)、建材工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、油漆工業(yè)等許多部門。根據(jù)其用途的不用，對(duì)高嶺土的白度有著不同的要求。但是自然界中產(chǎn)出的高嶺土中，往往因含有一些著色雜質(zhì)而影響其自然白度。采用常規(guī)的物理選礦方法，雖可除去部分雜色礦物，但因染色物質(zhì)粒度極細(xì)且共生復(fù)雜而難以奏效。因此，尋求非傳統(tǒng)的高嶺土除鐵新方法，使高嶺土中雜質(zhì)鐵含量大大降低，實(shí)現(xiàn)了高嶺土的深加工和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的提高。以下介紹去除高嶺土中鐵雜質(zhì)，增加其白度的幾種方法。
2 化學(xué)除鐵增白法
所謂化學(xué)除鐵就是用化學(xué)藥劑選擇性溶解物料中含鐵礦物，然后去除的方法。
色素離子的類型不同，所用的試劑、方法也就各異：經(jīng)提純后的高嶺石表面吸附的色素離子為Fe3+，即鐵以Fe2O3形式存在時(shí)，采用Na2S2O4與其反應(yīng)將Fe3+還原成二價(jià)鐵鹽，經(jīng)過漂洗，過濾除去；當(dāng)吸附離子為Fe2+時(shí)，即鐵以FeS2形式存在時(shí)，應(yīng)采用氧化劑與其反應(yīng)將其氧化成可溶性硫酸亞鐵和硫酸鐵，使其變成易被洗去的無色氧化物；大部份礦樣同時(shí)含有Fe3+和Fe2+，采用氧化一還原聯(lián)合漂白法，先用氧化劑氧化Fe2+成為Fe3+再用還原劑將其還原為Fe2+。經(jīng)過漂洗，過濾除去。
2．1 還原法
2，1．1 保險(xiǎn)粉還原法
連二亞硫酸鈉除鐵的基本反應(yīng)如下：
Fe203+Na2S204+2H2SO4≒2NaHS03+2FeSO4+H20
由試驗(yàn)知，漂白效果不好的原因之一是保險(xiǎn)粉極易分解而使其還原能力降低。反應(yīng)如下：
2[S2O42-]+4H+=3SO2+S+H2O
3[S2042-]+6H+=5SO2+H2S+H2O
So2與H2S進(jìn)一步反應(yīng)生成S↓：
2H2S+SO2＝3S↓+2H20，這些副反應(yīng)，既浪費(fèi)了藥劑，又影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外漂白后的高嶺土如果不能得到及時(shí)洗滌，就會(huì)造成產(chǎn)品返黃�？梢姳ｋU(xiǎn)粉還原法對(duì)條件要求非�？量蹋雽�(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，必須解決兩個(gè)難題：1)嚴(yán)格控制酸度、溫度等；2)如何使產(chǎn)品盡快、充分地得到洗滌。針對(duì)保除粉漂白的高嶺土易返黃的弱點(diǎn)，在漂白過程中添加適量的熬合劑，如草酸，它與鐵離子形成無色含水的雙草酸絡(luò)鐵熬合離子：
該熬合離子溶于水，在高嶺土鐵漂白后隨濾液排除。漂白后的礦漿要立即進(jìn)行清洗，將礦漿加入5～l0倍的清水稀釋，這樣清洗3～4次，最后濃縮干燥即成最終產(chǎn)品。
2，1，2 酸溶氫氣還原法
為了使高嶺土中的雜質(zhì)Fe2O3更易轉(zhuǎn)化為無色易溶狀態(tài)，酸溶時(shí)加入還原劑是必要的。在鹽酸、硫酸、草酸等介質(zhì)中使用鋅粉或鋁粉作還原劑，通過活潑金屬置換出酸溶劑中的氫，利用不斷生成的氫氣將高嶺土中有色不溶的Fe3+變?yōu)榭扇艿腇e2+隨濾液被除去。其中酸的作用有兩個(gè):1）作溶劑如鹽酸與Fe2O3發(fā)生置換反應(yīng)，將不溶的Fe2O3，變?yōu)榭扇艿腇e3+，反應(yīng)式為6HC1+Fe2O3→2FeC13+3H2O；2)與活潑金屬發(fā)生置換反應(yīng)，生成氫氣，以鋁作還原劑為例，反應(yīng)如下：
6HC1+2A1＝2A1Cl3十3H2↑
3H2SO4＋2A1=A12(S04)3+3H2↑
3H2C2O4十2A1＝Al2(C2O4)3+3H2↑
新生成的氫氣將有色的Fe3+還原為無色易溶的Fe2+隨濾液除去。與此同時(shí)，氫氣還有可能直接與未被酸溶解的Fe2O3，發(fā)生反應(yīng)
2Fe3++H2=2Fe2++2H+
對(duì)于含鐵多(大于2.10%)、白度低(70度以下)的煤系高嶺土，只有采取酸溶氫氣還原法除鐵，煅燒法除碳的方式，才能最大限度地提高產(chǎn)品的白度。
2．2 氧化法
高嶺土中含有黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)時(shí)，常使礦物呈灰色。這些物質(zhì)采用酸洗和還原漂白均難以除去。這就需要采用氧化法進(jìn)行漂白。
氧化漂白法是用強(qiáng)氧化劑，在水介質(zhì)中將處于還原狀態(tài)的黃鐵礦等，氧化成可溶于水的亞鐵離子；同時(shí)，將深色有機(jī)質(zhì)氧化，使其成為能被水洗去的無色氧化物。氧化漂白中所用的氧化劑有次氯酸鈉、過氧化氫、高錳酸鉀、氯氣、臭氧等。
以次氯酸鈉為例，黃鐵礦被其氧化的反應(yīng)如下：
FeS2+8NaOCl→Fe2++8Na++S042-+8C1-
在較強(qiáng)的酸性介質(zhì)中，亞鐵離子是穩(wěn)定的。但當(dāng)pH值較高時(shí)，亞鐵則可能變成難溶的三價(jià)鐵、失去其可溶性。除pH值的影響外，氧化漂白過程還受到礦石特性、溫度、藥劑用量、礦漿濃度、漂白時(shí)間等因素的影響。
3微生物除鐵增白法
礦物的微生物加工技術(shù)是一門新興的礦物加工技術(shù)。其顯著特點(diǎn)是投資少、成本低、能耗小、環(huán)境污染程度輕。礦物的微生物加工技術(shù)包括微生物浸出技術(shù)和微生物浮選技術(shù)。礦物的微生物浸出技術(shù)研究較早，研究最多，發(fā)展較快。它是利用微生物與礦物之間的深度作用，使礦物晶格破壞，從而使有用組分溶解出來的一門提取技術(shù)。
3，1 微生物(T．f．菌)氧化增白法
許多非金屬礦石中均含有有害雜質(zhì)黃鐵礦。目前采礦現(xiàn)場(chǎng)采用的是化學(xué)增白法，但成本較高。因此探索成本低、能耗小、環(huán)境污染小、對(duì)高嶺土的物化性質(zhì)無影響的新的增白方法具有重要意義。
3，1，1 微生物(T．f．菌)氧化增白原理
氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans，簡(jiǎn)稱T．f．菌)是礦物地微生物加工技術(shù)中最常用的一種細(xì)菌，它能氧化黃鐵礦及其他硫化礦。
在氧化亞鐵硫桿菌氧化高嶺土中的黃鐵礦過程中，適宜的起始Fe2+濃度既能保證T．f，菌因有足夠的營養(yǎng)而迅速生長(zhǎng)，又能促使T．f．菌在沒有Fe2+的情況下，以氧化FeS2。為主要生命活動(dòng)。它們從氧化Fe2+為Fe3+，氧化FeS2中的S為H2SO4，兩方面而獲得能量，因此氧化率最高。在氧化過程中，主要影響因素有：礦漿中起始Fe2+濃度，礦漿起始pH值，礦漿濃度，黃鐵礦粒度，氧化時(shí)間等。
微生物(T．f．菌)氧化增白法成本低，環(huán)境污染小，不影響高嶺土的物理化學(xué)性質(zhì)，是高嶺土的一種具有發(fā)展前景的新的增白方法。
3．2 有機(jī)酸的除鐵增白法
3，2，1優(yōu) 點(diǎn)
有機(jī)酸除鐵增白法是利用發(fā)酵生成的有機(jī)酸(草酸、檸檬酸)溶出高嶺土中的難溶氧化鐵；溶出后的殘液易處置，不產(chǎn)生二次污染。有機(jī)酸除鐵增白法具有易操作、成本低、無污染優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。
3．2．2 微生物法制備有機(jī)酸
在250mL錐瓶中，將發(fā)酵糖液調(diào)配成一定糖濃度的發(fā)酵培養(yǎng)基，其中按不同需要，不加或加少量促進(jìn)劑，封口滅菌接入黑曲霉的孢子，置于搖床上控制發(fā)酵條件培養(yǎng)，定期進(jìn)行顯微鏡檢查以觀察菌體生長(zhǎng)情況，并進(jìn)行有機(jī)酸(草酸、檸檬酸)酸度測(cè)定，直至有機(jī)酸積累到最大值。
3．2。3 原位生物漂白法和二階段生物漂白法
有機(jī)酸除鐵增白法可分為原位生物漂白法和二階段生物漂白法：
(1) 原位生物漂白法是指在發(fā)酵的初期加入高嶺土。這種漂白技術(shù)有幾大缺點(diǎn)：①漂白效果受制所使用的黑曲霉種類，不能大范圍的應(yīng)用；②高嶺土被生物質(zhì)吸收，不易分離；③高嶺土在反應(yīng)前要消毒，防止繁殖出不需要的微生物，操作過程繁瑣。
(2)二階段生物漂白法是指：首先將黑曲霉放在振蕩燒瓶培植發(fā)酵，10天左右，有機(jī)酸積累到一定量，然后再分離，加入高嶺土，同樣可以達(dá)到除鐵增白的效果。二階段生物漂白法不但克服了原位生物漂白法的上述缺點(diǎn)，并且有機(jī)酸(尤其是草酸)在適宜 的pH下能達(dá)到最高的濃度。二階段生物漂白法過程如圖1。
4 結(jié) 語
(1)由于化學(xué)漂白法的藥劑成本相對(duì)較高，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，常與物理選礦方法聯(lián)合對(duì)經(jīng)選礦后的精礦進(jìn)行漂白，以盡量減少漂白 所處理的礦漿量，減少漂白劑用量。
（2）微生物法提純高嶺土，投資少，成本低、能耗小、環(huán)境污染程度輕微。隨著技術(shù)的發(fā)展，微生物除鐵增白法會(huì)變得更可行、經(jīng)濟(jì)上更合理。
圖1 異樣微生物漂白高嶺土過程
