混合捕收剂去除高岭土中含铁矿物试验研究

夏光华，李晓鸣，苏小丽

（1．景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，江西 景德镇333001；2．北海兖矿高岭土有限公司，广西 北海536001）

0 引言

上世纪90年代末以来，对优质高岭土产品的白度要求已达90%以上［1］。高岭石为含水铝硅酸盐，化学组成：Al4［Si4O10］OH8或 Al2O3·2SiO2·2H2O。而实际上工业高岭土的组成与上述组成有些差别，因其中存在外来杂质矿物，在其晶格中也可能被其他元素取代。

北海高岭土属于不完全风化的花岗岩风化残积型矿床，具有晶形好、粒度细、白度较高等特性，但其中的含铁云母、绿泥石、褐铁矿和电气石等含铁矿物影响了北海高岭土的广泛应用。高岭土和含铁硅酸盐矿物的浮选分离并非易事，使用不同表面活性剂组合的工艺比使用单一表面活性剂的工艺分选效果要好得多。因此，近年来对混合表面活性剂体系的行为给予很大关注［2］。本文以北海高岭土为研究对象，拟分段采用阳离子／阴离子捕收剂组合试剂进行选择性浮选，以分离去除高岭土中的含铁矿物，提高高岭土的白度，改善其颜色。

1 试验情况

1．1 试验的原料和药剂

试验原料采自北海高岭土矿。原料经水力旋流器分级后，主要化学组成为：Al2O3（36．17%），Fe2O3（0．83%），TiO2（0．09%），K2O（1．37%）。

试验药剂：十八胺、油酸、工业柴油、松醇油（2号油）、十二烷基磺酸钠、氟化钙、碳酸钠、氢氧化钠和六偏磷酸钠。

1．2 浮选的试验方法和工艺流程

浮选前，对高岭土给矿浆进行高浓度摩擦洗矿和分散。可在高速搅拌时擦洗被污染的矿物表面。碳酸钠和六偏磷酸钠为矿浆分散剂，盐酸和氢氧化钠为pH调整剂，试验中用去离子水调pH值。

浮选时，将200g已分散的高岭土矿浆的固体浓度调整为22%，置于XFD－63型单槽式浮选机中后，矿浆pH调至8．5～9．5，加入十八胺乳化液胺类阳离子捕收剂（十八胺和柴油以1∶2配制），少量松醇油（2号油）和淀粉抑制剂，调整10min，多次间隔刮去浮选泡沫；之后，将矿浆pH调至6～6．5，加入 皂化油酸（油酸和氢氧化钠配制）阴离子捕收剂、少量十二烷基磺酸钠进行充气搅拌，采用氟化钙作活化剂（氟化钙中的钙离子可使高岭土矿浆与油酸钠很好地调浆，不仅可除去矿石表面的细粒，使着色杂质与高岭土脱离，而且可提高浮选效率），调整10 min，多次间隔刮去浮选泡沫；然后，对高岭土矿浆进行常规化学还原漂白，即：将矿浆pH值调节至3左右，加入0．6%的保险粉慢速搅拌30min；把漂白处理后的高岭土精矿水洗过滤、干燥、压片、烧成，得到自然白度85%～86%，煅烧白度（1 200℃）87%～89%的高岭土精矿产品。

高岭土浮选试验流程（图1）列出了最佳组合捕收剂的用量及浮选浓度。

1．3 样品测试与表征

白度是评价高岭土物理性能和含铁量的一个重要指标，本实验采用对蓝光的反射率度量高岭土的白度。经 WSB－L型白度计测定，高岭土原矿自然白度77%，烧成白度R457（1 200℃）84%～85%。采用日本理学DMAX－RB X射线粉末衍射仪（简称XRD）对高岭土原矿和精矿样品进行物相分析，根据矿物的特征峰分析高岭石的纯度。采用orthlux型偏反光显微镜进行显微分析，了解高岭土原矿与处理后的高岭土组分变化和白度之间的关系。

2 结果与讨论

2．1 浮选分离试验结果和影响因素分析

图1 高岭土浮选试验流程Fig．1 Procedure of flotation test for kaolin

在浮选实践中，对某些硅酸盐矿物能否有效地选择性抑制和活化，是浮选工艺成败的关键。本试验组合药剂由十八胺乳化液胺类阳离子捕收剂和皂化油酸阴离子捕收剂组成，其结构为：十八胺分子式为C18H37NH2（简写R－NH2），将其配制成十八胺乳化液；油酸分子式为C17H33COOH，将其配制成皂化油酸C17H33NaO2［2］。

从表1可以看出，采用胺类与皂化油酸表面活性剂组合对高岭土进行浮选试验，Fe2O3的含量有明显的下降（幅度0．16%），Al2O3的含量有明显的上升（幅度0．58%），表明矿浆中阳离子捕收剂和阴离子捕收剂对高岭土矿联合作用，发生离子对结合并形成复杂凝聚物［3］；原矿、精矿和尾矿中Fe2O3，K2O的变化反映了高岭石中氧化铁矿、含铁硅酸盐的减少，实现了目标矿物和含铁矿物的分离。试验分段采用阳离子捕收剂和阴离子捕收剂，它们之间的作用类似于电子的给予体－接受体之间的性质，并通过氢键或静电吸附作用于目标矿物，从而达到浮选分离的目的［5］。

2．1．1 胺类对高岭土中含铁硅酸盐捕收的影响

含铁硅酸盐表面荷电机理反应式［4－5］为：

2．1．2 油酸钠对高岭土中氧化铁矿捕收的影响

氧化铁矿如赤铁矿表面荷电并形成双电层的表面反应方程式［6－7］为：

表1 白海高岭土采用组合捕收剂的浮选指标Table 1 Index of combination collectors flotation

2．2 北海高岭土中着色物质的赋存形式

2．2．1 高岭土XRD衍射分析

图2 高岭土中含铁杂质矿物与白度的关系Fig．2 Kaolin whiteness VS Fe－bearing minerals

图3 北海高岭土XRD图谱Fig．3 XRD pattern of Beihai kaolin

图4 氧化铁矿物沿裂隙或高岭石分布（反光下）Fig．4 Iron oxides distribution along the crack or kaolinite（reflecting）

通过分析（图3），北海高岭土主要成分为高岭土、含铁云母、石英及其他微量矿物如赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿及电气石等［8］。由图3可见，浮选后高岭石的矿物特征峰明显增高，峰面积增大，纯度提高。当然，结构铁作为高岭土精矿主要的杂质矿物，是高岭土进一步除杂提纯的主要对象，这一测试结果为高岭土精制工艺的选择提供了科学依据。

2．2．2 偏反光显微镜的岩相分析

通过在偏光镜下观察高岭土晶体薄片（图4，图5），表明氧化铁矿物一般无特定形态，薄片中不透明或半透明，细而薄的颗粒能透光，显褐色、红褐色、黄褐色，反光下呈褐色。钛含量很少，主要染色介质为3价铁。小部分铁附着在高岭土、石英表面，大部分存在于云母类矿物中形成硅酸盐结构铁，或以浸染状形态存在于高岭土微粒中，这说明高岭石晶格中存在铁类质同相替代，此种存在方式对高岭土的除铁增白带来很大的负面影响。另外还可见粒径1．0×10－6m～1．5×10－6m的云母。含铁云母在高岭土中主要为单矿物或胶粒状集合体两种存在形式。

3 结论

（1）本试验组合捕收剂由十八胺乳化液胺类阳离子捕收剂和皂化油酸阴离子捕收剂组成。先后采用阳离子／阴离子捕收剂，对高岭土中的含铁硅酸盐和氧化铁矿进行选择性浮选分离去除，高岭土精矿的白度随之提高。

（2）十八胺乳化液捕收含铁硅酸盐的机理，pH＝8～10时，在矿物表面主要靠静电力吸附作用为主；皂化油酸和少量十二烷基磺酸钠捕收高岭石中氧化铁矿的机理，pH＝5～7时，通过表面活化反应形成的离子－分子缔合物为主要因素。

图5 含铁云母矿物或集合体（单偏光）Fig．5 Fe－bearing mica mineral or aggregation（single－polarized）

（3）北海高岭土原矿中杂质矿物主要由含铁云母、褐铁矿等组成，其中，结构铁以浸染状形态存在于高岭土微粒中。采用阳离子／阴离子捕收剂组合进行浮选分离试验，可使高岭土精矿自然白度达到85%～86%，煅烧白度（1 200℃）达到88%～89%。

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