河南某粘土矿在轧制铝箔用油中脱色的应用探索

喻广军，余丽秀，余悦发，胡 伟

(1.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450016；2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016；3.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006)

粘土矿物主要有蒙脱石、高岭石、凹凸棒石(也称坡缕石)、海泡石、伊利石、绿泥石等多种，是开发功能矿物材料和高附加值天然纳米矿物材料的重要原料。粘土矿加工产品用途广泛，也被称为“万用”粘土[1-4]。目前已开采及应用的主要是以单一粘土矿物品种为主类型的粘土矿，如膨润土、高岭土、凹凸棒土等[5]，但自然界产出的粘土矿还有较大量的是含多种粘土矿物及非粘土矿物伴生或共生的类型。因而，针对资源量大、且有多种矿物伴生的新型粘土矿资源开展评价及应用研究，是当前粘土矿资源开发领域的迫切需求，技术突破对克服单品种型粘土矿资源应用短缺具有重要意义。

铝箔是现代包装材料中发展较快的新型包装材料，具有保质期长、质轻、价格适中等优异特点，其应用领域及应用量逐年增长较快，中国已成为世界铝箔生产强国[6]，对其生产工艺进行优化及降低成本是铝箔加工行业长期需解决的问题[7]。在铝箔生产过程中，需用矿物油类的商品航空用油配制轧制工序用压延循环油，而为了降低铝箔生产用循环油的成本，循环油使用一定次数后需对油品进行吸附净化再处理，以处理掉油品中的微细金属铝宵、原油降解后带色酚类物、设备磨耗渣等，使油品粘度低、清澈，以减少压延铝箔制品表面的针孔及提高铝箔制品的光洁度。

目前对铝箔生产循环用油其工业应用的主流吸附材料是硅藻土粉，用其对使用后的油品进行吸附、过滤处理[8-9]，使油品满足可多次循环使用要求。而硅藻土粉在铝箔生产中使用，也存在净化效率有待改善及产地遥远、产品运费高的问题，就近选择铝箔生产循环用油新型净化材料，对降低铝箔生产成本具有重要意义。

1 河南某粘土矿工艺矿物学研究

1.1 样品采集

试验采集的粘土矿样来自河南豫西南阳，试验期在2个不同的矿点共采集样品5个，样品采至地表剥离覆盖层后的3～5m处，矿点编号为ZP-1或ZP-2，样品外观显著特征描述及编号如表1，不同采样现场或采集样品的外观形貌如图1。样品经破碎、缩分、干燥、粉碎制得分析矿样，做X荧光半定量、X-射线衍射、化学成分及物性分析等检测。

表1 试验样品外观特征及编号

图1 样品采样现场图片

1.2 样品组成及含量分析

1.2.1 光谱半定量分析

对采集的5个样品进行X荧光全光谱半定量分析，结果显示样品稀贵及有色金属元素含量均较低，故可不考虑做稀贵及有色金属元素利用。

1.2.2 X-射线衍射分析

对处理后样品做粉晶X-射线衍射分析，其矿物成分及含量结果见表2。与表1样品的外观色泽判断对应，外观色白样判定主要矿物为白云石，少量方解石和凹凸棒石，及含少量石英和微量蒙脱石等，对应 样品 为ZP-1-1、ZP-1-2、ZP-2-1；外观绿色样判定主要矿物为白云石、蒙脱石、凹凸棒石和石英，含少量高岭石等，对应样品为ZP-1-3、ZP-2-2。

表2 样品组成与含量结果 (单位：%)

2 原矿配矿及制粉加工

2.1 试验样品配矿

根据表1、2所采样品色泽与成分，白色样品含白云石77%～84%、凹凸棒石3.8%～10.5%、石英含量3%～6%，绿色样品含白云石23%～32%、蒙脱石30%～33%、石英约25%，配料方案见表3。当原矿成分波动较大时，应根据原矿成分适当调整配料比例，以保证后续加工用矿样的成分基本稳定。

表3 试验批量样品配料方案

2.2 配矿后样品的成分

试验配矿样品矿物成分见表4，化学成分见表5。

表4 试验配矿样品矿物成分 (单位：%)

表5 试验配矿样品主要化学成分 (单位：%)

2.3 样品加工

按干法配矿后进行干燥、粉碎加工，考虑应用于铝箔油品吸附净化的过滤速度要求，不宜采用过细粉体，控制加工粉体细度为-0.074mm的粉体。最终制备的用于铝箔轧制油脱色用粉体经用标准筛网检测，＜0.074mm颗粒占到99.8%，经试验满足使用要求。

3 在压延铝箔生产循环油处理中的应用

3.1 处理压延铝箔生产循环油效果对比

将配料、干燥、粉碎至-0.074mm的ZPH-1、ZPH-2样品与目前实际生产中用的-0.074mm吉林硅藻土粉样品，采用轧制铝箔工业用油处理及评价条件，做了同样10g/L添加量、20min搅拌吸附处理条件的对比试验，试验用油取自河南某铝箔加工厂需处理的循环油，过滤后的清油用分光光度计在500nm波长测定吸光度值，压延油脱色率试验结果见表6，不同试验样品处理后油液外观直接对比见图6。试验可知，试验矿样较硅藻土粉对铝箔压延油处理具有较好的处理效果，较目前工业应用的硅藻土粉脱色率分别提高104.61%、101.65%，且样品ZPH-1脱色效果更好。

表6 不同样品处理铝箔压延油脱色率试验结果

图6 不同样品处理后油液对比图

3.2 吸附效果机理探讨

由3.1不同样品对铝箔压延油处理可看出，试验加工矿样具有较好的处理效果。分析原因，用硅藻土处理仅发生矿物表面的物理吸附；但因试验矿样中含有大量的白云石、方解石矿物，而白云石、方解石的溶度积值稍大，能发生部分镁、钙离子的微量溶出[14-15]，且体系中新生成的镁、钙离子具有较好的活性；当用试验矿样吸附净化轧制铝箔循环用油品时，不仅有复合粘土矿所含链状、层状矿物表面常见进行的物理吸附(凹凸棒石、蒙脱石)，还有因含白云石和方解石矿物微量溶出的镁、钙离子对处理体系含铝宵、原油降解后带色酚类物、设备磨耗渣等进行的化学吸附，故其吸附脱色率较硅藻土高；而根据表5化学成分分析结果，ZPH-1镁和钙含量高于ZPH-2，也间接证明了镁钙成分对铝箔循环油的处理其化学吸附起了重要作用。

4 结语

(1)河南某混合粘土矿经工艺矿物学研究，是含白云石23%～81%、方解石0%～15%、凹凸棒石3%～14%、蒙脱石0%～34%、石英3%～25%及少量高岭石、长石等的复杂组成类型矿，该矿外观自然解离度高、颗粒细小、矿粉化显著。

(2)对原矿进行混合配矿后制成-0.074mm的粉，将其与轧制铝箔工业用油现采用的-0.074mm细度硅藻土粉进行吸附净化性能对比，在相同处理条件下，过滤后的清油较硅藻土粉处理脱色率分别提高104.61%、101.65%，其性能优于目前工业用的硅藻土粉吸附剂，具有吸附效率高、处理成本低的显著特点。

(3)试验矿样仅从吸附性能评价，其性能既有普通粘土矿的物理吸附，也有活性高镁质矿物的化学吸附，对其特性和应用加大力度研究，有望在造纸[16]、环保等领域开拓更多的应用。