混合捕收劑去除高嶺土中含鐵礦物試驗(yàn)研究

夏光華，李曉鳴，蘇小麗

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

0 引言

上世紀(jì)90年代末以來(lái)，對(duì)優(yōu)質(zhì)高嶺土產(chǎn)品的白度要求已達(dá)90%以上［1］。高嶺石為含水鋁硅酸鹽，化學(xué)組成：Al4［Si4O10］OH8或 Al2O3·2SiO2·2H2O。而實(shí)際上工業(yè)高嶺土的組成與上述組成有些差別，因其中存在外來(lái)雜質(zhì)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(fēng)化的花崗巖風(fēng)化殘積型礦床，具有晶形好、粒度細(xì)、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(yīng)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(lái)對(duì)混合表面活性劑體系的行為給予很大關(guān)注［2］。本文以北海高嶺土為研究對(duì)象，擬分段采用陽(yáng)離子／陰離子捕收劑組合試劑進(jìn)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(yàn)情況

1．1 試驗(yàn)的原料和藥劑

試驗(yàn)原料采自北海高嶺土礦。原料經(jīng)水力旋流器分級(jí)后，主要化學(xué)組成為：Al2O3（36．17%），F(xiàn)e2O3（0．83%），TiO2（0．09%），K2O（1．37%）。

試驗(yàn)藥劑：十八胺、油酸、工業(yè)柴油、松醇油（2號(hào)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(yàn)方法和工藝流程

浮選前，對(duì)高嶺土給礦漿進(jìn)行高濃度摩擦洗礦和分散?？稍诟咚贁嚢钑r(shí)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(diào)整劑，試驗(yàn)中用去離子水調(diào)pH值。

浮選時(shí)，將200g已分散的高嶺土礦漿的固體濃度調(diào)整為22%，置于XFD－63型單槽式浮選機(jī)中后，礦漿pH調(diào)至8．5～9．5，加入十八胺乳化液胺類陽(yáng)離子捕收劑（十八胺和柴油以1∶2配制），少量松醇油（2號(hào)油）和淀粉抑制劑，調(diào)整10min，多次間隔刮去浮選泡沫；之后，將礦漿pH調(diào)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(jìn)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(diào)漿，不僅可除去礦石表面的細(xì)粒，使著色雜質(zhì)與高嶺土脫離，而且可提高浮選效率），調(diào)整10 min，多次間隔刮去浮選泡沫；然后，對(duì)高嶺土礦漿進(jìn)行常規(guī)化學(xué)還原漂白，即：將礦漿pH值調(diào)節(jié)至3左右，加入0．6%的保險(xiǎn)粉慢速攪拌30min；把漂白處理后的高嶺土精礦水洗過(guò)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(chǎn)品。

高嶺土浮選試驗(yàn)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(cè)試與表征

白度是評(píng)價(jià)高嶺土物理性能和含鐵量的一個(gè)重要指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)采用對(duì)藍(lán)光的反射率度量高嶺土的白度。經(jīng) WSB－L型白度計(jì)測(cè)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(xué)DMAX－RB X射線粉末衍射儀（簡(jiǎn)稱XRD）對(duì)高嶺土原礦和精礦樣品進(jìn)行物相分析，根據(jù)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(jìn)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(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2．1 浮選分離試驗(yàn)結(jié)果和影響因素分析

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

在浮選實(shí)踐中，對(duì)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(guān)鍵。本試驗(yàn)組合藥劑由十八胺乳化液胺類陽(yáng)離子捕收劑和皂化油酸陰離子捕收劑組成，其結(jié)構(gòu)為：十八胺分子式為C18H37NH2（簡(jiǎn)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(duì)高嶺土進(jìn)行浮選試驗(yàn)，F(xiàn)e2O3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(yáng)離子捕收劑和陰離子捕收劑對(duì)高嶺土礦聯(lián)合作用，發(fā)生離子對(duì)結(jié)合并形成復(fù)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(shí)現(xiàn)了目標(biāo)礦物和含鐵礦物的分離。試驗(yàn)分段采用陽(yáng)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(zhì)，并通過(guò)氫鍵或靜電吸附作用于目標(biāo)礦物，從而達(dá)到浮選分離的目的［5］。

2．1．1 胺類對(duì)高嶺土中含鐵硅酸鹽捕收的影響

含鐵硅酸鹽表面荷電機(jī)理反應(yīng)式［4－5］為：

2．1．2 油酸鈉對(duì)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(yīng)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(biāo)Table 1 Index of combination collectors flotation

2．2 北海高嶺土中著色物質(zhì)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(zhì)礦物與白度的關(guān)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(guò)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(jiàn)，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(dāng)然，結(jié)構(gòu)鐵作為高嶺土精礦主要的雜質(zhì)礦物，是高嶺土進(jìn)一步除雜提純的主要對(duì)象，這一測(cè)試結(jié)果為高嶺土精制工藝的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

2．2．2 偏反光顯微鏡的巖相分析

通過(guò)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(wú)特定形態(tài)，薄片中不透明或半透明，細(xì)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(zhì)為3價(jià)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(jié)構(gòu)鐵，或以浸染狀形態(tài)存在于高嶺土微粒中，這說(shuō)明高嶺石晶格中存在鐵類質(zhì)同相替代，此種存在方式對(duì)高嶺土的除鐵增白帶來(lái)很大的負(fù)面影響。另外還可見(jiàn)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(jié)論

（1）本試驗(yàn)組合捕收劑由十八胺乳化液胺類陽(yáng)離子捕收劑和皂化油酸陰離子捕收劑組成。先后采用陽(yáng)離子／陰離子捕收劑，對(duì)高嶺土中的含鐵硅酸鹽和氧化鐵礦進(jìn)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(jī)理，pH＝8～10時(shí)，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(jī)理，pH＝5～7時(shí)，通過(guò)表面活化反應(yīng)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(zhì)礦物主要由含鐵云母、褐鐵礦等組成，其中，結(jié)構(gòu)鐵以浸染狀形態(tài)存在于高嶺土微粒中。采用陽(yáng)離子／陰離子捕收劑組合進(jìn)行浮選分離試驗(yàn)，可使高嶺土精礦自然白度達(dá)到85%～86%，煅燒白度（1 200℃）達(dá)到88%～89%。

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