煅烧增白
煤系高岭土,常含有碳质和有机质,呈灰黑色。硅藻土中也常含有机质及粘土矿物,呈灰色,甚至黑灰色。黑滑石因含有机质或石墨,呈深灰,甚至黑色。这些非金属矿增白的最有效办法是煅烧。它方法简便,无废水污染,效果好。
例如对煤系高岭土进行增白处理,有机质在高温下易于燃烧,煅烧可以除掉高岭土粉中绝大多数有机炭,使白度大大提高。煅烧后的高岭土优点:白度高、密度小、吸油性变大、比表面积增加、绝缘性变好、耐磨性和耐高温稳定性提高。
高岭土在不同温度条件下煅烧时,发生的化学变化如下列方程式所示:
化学除铁增白法
所谓化学除铁就是用化学药剂选择性溶解物料中含铁矿物,然后去除的方法。
还原法
保险粉还原法。目前工业上常用的还原药剂是连二亚硫酸钠,俗称保险粉,其分子式为Na2S2O4。它是一种强还原剂,氧化铁溶于酸但需酸量很大,在存在保险粉的条件下,可将氧化铁中的三价铁还原为二价铁离子。
如伊利石,还原增白的实质是使伊利石黏土中难溶性的Fe3+还原成可溶性的Fe2+,而后洗涤除去,该法虽然成本低、反应快,但存在保险粉用量大、对环境污染重、工艺条件苛刻等缺点。
酸浸法。酸浸漂白通常采用盐酸或硫酸为浸出剂、或采用有机酸和络合剂为浸出剂,在加温的条件下将难溶的铁转化成易溶的铁离子,从而得到白度较高的粘土矿物。
例如,对于长石矿中含有极细微嵌晶结构的铁杂质,用一般除铁方法难以去除,而用酸浸能达到较好的效果。郑骥等通过实验研究得知以磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿等矿物形式存在的铁质,用硫酸酸浸容易除去,而以钠铁闪石和黑云母等物相存在的铁质则较难去除。用酸浸法对沸石的增白效果是好的。硫酸比盐酸、草酸效果好、浓度高、酸浸时间长比浓度低、时间短好。
酸溶氢气还原法。酸溶氢气还原法的基本原理是以锌粉或铝粉等活泼金属单质为还原剂,将盐酸、硫酸、草酸等酸性介质中的 H+置换生成 H2 气体,然后利用不断生成的氢气将其中有色不溶的 Fe3+ 变为可溶的Fe2+ 随滤液被除去。
氧化法
矿物中含黄铁矿和有机质时,常使矿物呈灰色。这些物质采用酸洗和还原漂白均难以除去,这就需要采用氧化法进行漂白。氧化漂白法是用强氧化剂在水介质中将处于还原状态的黄铁矿等氧化成可溶于水的亚铁离子;同时将深色有机质氧化,使其成为能被水洗去的无色氧化物。
微生物增白
矿物的微生物加工技术是一门新兴的矿物加工技术,其显著特点是投资少、成本低、能耗小、环境污染程度轻。微生物氧化法是以氧化亚铁硫杆菌为氧化剂,在酸性介质中将黄铁矿中的铁、硫分别氧化为可溶性Fe2+和SO2-4而使之从粘土矿物中分离出来。
表面无机包覆法
粉体表面改性的方法很多,其中,液相化学沉积法非常适宜于制备新型复合材料,它是通过化学反应的方法将某些氧化物如ZnO、Al2O3、SiO2和CaCO3等沉积在矿物颗粒表面,形成一层或多层“改性层”,这样可制备出原粉体所不具备的新型功能材料,例如云母钛珠光颜料等,并可增加粉体材料的性能价格比,降低成本。利用这种包覆亦可实现矿物填料的增白处理;SiO2包覆超细CaCO3,可使其在一定程度上具有SiO2的性质,表面光滑度、白度、耐酸性、分散性、比表面积等都有较大提高;硅灰石粉经Al2O3包膜后,其分散性、流动性、白度均有提高。
天然矿物由于含有机质以及含Fe、Ti等杂质而导致白度大大下降。通过煅烧处理、化学法、微生物法以及表面包覆的方法可提高矿物填料的白度。目前几种主要增白技术虽然都具有突出的优势,但各自也存在明显的不足。其中表面包覆法不仅可提高产品白度,同时可制备出新型功能材料,可作为高档填料或涂料的替代品,增加粉体材料的性能价格比,降低成本,因而具有很好的发展前景。