CN110921805A - 一种凹凸棒粘土还原-磁分离耦合连续除铁转白提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种凹凸棒粘土还原‑磁分离耦合连续除铁转白提纯方法，本发明采用还原反应‑磁分离耦合法，通过对天然凹凸棒粘土进行粒径筛选、研磨制浆、酸浸析杂；在控制pH值条件下，利用还原剂还原置换出溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺，并连续通过磁分离除去凹凸棒粘土浆液中被还原出的铁单质，达到除去杂质的目的。磁分离后滤出的酸性水还可作为原料用水循环使用，避免了酸性废水排放的同时提高了凹凸棒粘土除铁的效率。该方法不仅能有效去除游离态铁、硫、磷等杂质矿物，而且不破坏原晶体结构，工艺简单，无废酸排放，工艺自动化和连续化程度高，环境友好，便于工业化生产。本发明可促进凹凸棒粘土资源的有效和高值利用。

Description

一种凹凸棒粘土还原-磁分离耦合连续除铁转白提纯方法

技术领域

本发明涉及一种凹凸棒粘土除杂质技术，具体涉及凹凸棒粘土除铁转白提纯方法。该方法操作简便和环境友好。

背景技术

凹凸棒粘土，也称坡缕石，是一种天然的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，微观形貌为棒状。它由平行于纤维轴的四面体-八面体-四面体(T-O-T)滑石状带组成，带与带之间通过反向的Si-O-Si键连接，形成了两个连续的四面体片层和一个间断的八面体片层。由于独特的孔结构和表面性质，凹凸棒粘土在吸附剂、催化剂、高分子功能助剂材料和荧光材料等诸多方面获得了广泛应用。

天然凹凸棒粘土因含少量Fe(II)取代八面体结构中的Mg(II)或者Al(III)而呈现出较深的颜色(砖红色，棕色，灰黄色，灰色)，Fe(III)取代八面体中的Mg(II)或者Al(III)使得凹凸棒呈现砖红色。这些特殊的颜色严重限制了凹凸棒的应用领域。此外，天然凹凸棒常常伴生有石英、长石、伊利石、绿泥石和白云母等杂质矿物。因此，如何有效实现凹凸棒的转白、提纯是当前凹凸棒资源高效和高值利用的主要瓶颈之一。

中国专利CN 101818000公开了一种用硫酸酸化后用草酸和三氯化钛还原实现凹凸棒粘土转白的方法。先将凹凸棒粉碎过100目筛，300～700℃焙烧活化1小时后，用3～8％硫酸酸化、浸泡并用大量蒸馏水洗涤至pH值为6.0～7.0，然后干燥研磨过筛，得到酸化凹凸棒；接着，用酸化凹凸棒制浆，并与草酸、三氯化钛反应酸化，再经离心，洗涤，干燥后得到白色凹凸棒粘土。但该方法需要多步工艺，工艺复杂，而且洗涤过程也需要排放大量的含酸废水，环境治理后处理成本高。文献Z.F.Zhang,W.B.Wang,G.Y.Tian,Q.Wang,A.Q.Wang,Appl.Clay Sci.2018,159,16-24，以二甲亚砜和水作为混合溶剂，采用一步溶剂热法处理红色凹凸棒粘土，当二甲亚砜与水的体积比为2:1时，产品的白度达到了83.3％。文献Z.F.Zhang,W.B.Wang,Y.R.Kang,Q.Wang,A.Q.Wang,Powder Technology.2018,327,246-254，将砖红色凹凸棒分散在盐酸羟胺溶液中，经80℃下机械搅拌处理24小时以上，离心，水洗，60℃真空干燥，粉碎过筛得到白色凹凸棒。上述文献都采用间歇操作法，不利于连续化处理。此外，不仅引入有机溶剂增加了生产和环保成本，而且杂质铁没有被提取出来，依旧存在再次污染的隐患。

本发明在酸性条件下利用还原剂将凹凸棒中铁还原成铁单质，并通过磁铁将单质铁吸取出来，实现了凹凸棒还原反应-磁分离耦合连续除铁转白提纯的目的，而且洗涤水循环套用作稀酸的配制和制浆用水，工艺简单而且环境友好。

发明内容

本发明的目的是提供一种凹凸棒粘土除铁转白提纯方法，该方法简便高效，环境友好。

本发明提供的凹凸棒粘土除铁转白提纯方法，具体步骤如下为：

A.将待转白凹凸棒粘土按照凹凸棒粘土与水的质量比为1:1-9的比例，用研磨打浆机打制成凹凸棒浆液，用稀酸调节浆液pH值为0～5，除去碳酸盐型杂质矿物，得到酸性凹凸棒浆液；

B.将上述酸性凹凸棒浆液加入耐酸反应器中，机械搅拌下连续缓慢加入还原剂，还原剂的加入量为凹凸棒粘土质量的1～30％；酸性凹凸棒浆液在还原剂的作用下形成凹凸棒还原浆液，再用稀酸调节浆液pH值为0～5；开启蠕动泵使凹凸棒还原浆液循环流经磁性分离器，浆液中还原反应生成的铁单质立即被磁耦合分离出来，持续循环直至浆液变成纯白色，停止循环，出料，过滤，得到白色凹凸棒滤饼；滤出的酸性水回收后再用于步骤A中打浆用水，进行循环使用；白色凹凸棒滤饼在烘箱中干燥，即得到白色凹凸棒粉体。

所述的还原剂为镁粉、铝粉、锌粉、硼氢化钠、氢化铝锂、水合肼、氨硼烷中的一种，还原剂将溶液中游离态的Fe²⁺和Fe³⁺离子还原为铁单质，以便去除；

所述的稀酸为盐酸、硫酸、磷酸中的一种，其质量分数为1～10％；

所述的磁性分离器是在反应器外接一个回路管，回路管前端加一个蠕动泵，回路管外安装一个磁场装置；工作原理是用泵将反应釜中的浆液打入磁性分离器，利用外接磁场的作用除去浆液中的铁；所述的回路管为玻璃管或内衬四氟乙烯的不锈钢管；所述的磁场装置是通电磁铁或永久性磁铁。

图1为实例1凹凸棒粘土除铁前后的XRD对比分析图，由图1可见凹凸棒粘土连续除铁转白后，凹凸棒的晶体结构并未改变，同时去除了一些杂质矿物(如绿泥石、白云石等)，凹凸棒黏土得到了进一步提纯。

本发明采用还原反应-磁分离耦合法，通过对凹凸棒粘土进行粒径筛选、研磨制浆、酸浸析杂，在控制pH值条件下，利用还原剂还原置换出溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺，并进一步连续通过磁分离除去凹凸棒粘土中铁含量的同时回收铁单质，磁分离后酸性水可作为原料用水循环使用，避免了酸性废水排放的同时提高了凹凸棒粘土除铁的效率。该方法不仅能有效去除游离态铁、硫、磷等杂质矿物，而且不破坏原晶体结构，工艺简单，无废酸排放，工艺自动化和连续化程度高，环境友好，便于工业化生产。

附图说明：

图1为实例1凹凸棒粘土还原-磁分离耦合连续除铁前后XRD对比图。

具体实施方式：

实施例1

(1)以甘肃砖红色凹凸棒粘土为例，将矿粉粉碎用研磨机制浆，加水调节浆料固液比为1:4，并用质量分数为8％的磷酸调节浆液pH值为0～1，机械搅拌浸泡2小时。

(2)将上述酸性凹凸棒浆液加入带玻璃回路磁性分离器的搪瓷反应釜中，在机械搅拌下将铝粉缓慢加入上述浆液中，加入铝粉的质量为凹凸棒粘土质量的10％，继续搅拌形成凹凸棒还原浆液；通过滴加质量分数为8％的磷酸保持反应过程中浆液pH值一直稳定在0～1范围；开启蠕动泵，使凹凸棒还原浆液持续流经磁性分离器后再回到反应釜，循环至凹凸棒浆液完全转白。白色凹凸棒浆液经过滤，干燥，得到凹凸棒产品。采用色差计测量样品的白度为68.3％。分析采用X射线荧光光谱分析仪对样品元素进行分析，其中Fe₂O₃质量分数为3.78％，SO₃质量分数为1.62％，P₂O₅质量分数为0.19％。

实施例2

(1)以甘肃砖红色凹凸棒石粘土为例，将矿粉粉碎用砂磨机制浆，加水调节浆料固液比为1:2，并用质量分数为5％的硫酸调节浆液pH值为3～5，机械搅拌浸泡1小时。

(2)将上述酸性凹凸棒浆液加入带磁性分离器的搪瓷反应釜中，在机械搅拌下将硼氢化钠缓慢加入上述浆液中，加入硼氢化钠的质量为凹凸棒粘土质量的8％，继续搅拌形成凹凸棒还原浆液；启动蠕动泵，使凹凸棒还原浆液持续流经磁性分离器后再回到反应釜，通过滴加质量分数为5％的硫酸保持反应过程浆液pH值在3～5范围；持续循环至凹凸棒浆液完全转白。白色凹凸棒浆液经过滤，干燥，得到凹凸棒产品。同实施例1的方法测得样品的白度为70.2％，样品中Fe₂O₃质量分数为2.60％，SO₃质量分数为1.30％，P₂O₅质量分数为0.13％。

实施例3

(1)以甘肃砖红色凹凸棒粘土为例，将矿粉粉碎用篮式研磨机制浆，加水调节浆料固液比为1:9，并用质量分数为10％的盐酸调节浆液pH值为0～3，机械搅拌浸泡0.5小时。

(2)将上述酸性凹凸棒浆液加入带磁性分离器的搪瓷反应釜中，在机械搅拌下将镁粉缓慢加入上述浆液中，加入镁粉的质量为凹凸棒粘土质量的5％，继续搅拌形成凹凸棒还原浆液；启动蠕动泵，使凹凸棒还原浆液持续流经磁性分离器后再回到反应釜，通过滴加质量分数为10％的盐酸保持反应过程中浆液pH值在0～3之间；持续循环至凹凸棒浆液完全转白。白色凹凸棒浆液经过滤，干燥，得到凹凸棒产品。同实施例1的方法测得样品的白度为80％，样品中Fe₂O₃质量分数为1.12％，SO₃质量分数为0.05％，P₂O₅质量分数为0.09％。

Claims (1)

1.一种凹凸棒粘土还原-磁分离耦合连续除铁转白提纯方法，具体步骤如下：

A.将待转白凹凸棒粘土按照凹凸棒粘土与水的质量比为1:1-9的比例，用研磨打浆机打制成凹凸棒浆液，用稀酸调节浆液pH值为0～5，除去碳酸盐型杂质矿物，得到酸性凹凸棒浆液；

B.将上述酸性凹凸棒浆液加入耐酸反应器中，机械搅拌下连续缓慢加入还原剂，还原剂的加入量为凹凸棒粘土质量的1～30％；酸性凹凸棒浆液在还原剂的作用下形成凹凸棒还原浆液，再用稀酸调节浆液pH值为0～5(和实施例一致，是一致的，因为还原剂不同，适用的酸度范围也不同；该酸度范围包括了实施例中全部还原剂的适用范围)；开启蠕动泵使凹凸棒还原浆液循环流经磁性分离器，浆液中还原反应生成的铁单质立即被磁耦合分离出来，持续循环直至浆液变成纯白色，停止循环，出料，过滤，得到白色凹凸棒滤饼；滤出的酸性水回收后再用于步骤A中打浆用水，进行循环使用；白色凹凸棒滤饼在烘箱中干燥，即得到白色凹凸棒粉体。

所述的还原剂为镁粉、铝粉、锌粉、硼氢化钠、氢化铝锂、水合肼、氨硼烷中的一种，还原剂将溶液中游离态的Fe²⁺和Fe³⁺离子还原为铁单质，以便去除；

所述的稀酸为盐酸、硫酸、磷酸中的一种，其质量分数为1～10％；

所述的磁性分离器是在反应器外接一个回路管，回路管前端加一个蠕动泵，回路管外安装一个磁场装置；工作原理是用泵将反应釜中的浆液打入磁性分离器，利用外接磁场的作用除去浆液中的铁；所述的回路管为玻璃管或内衬四氟乙烯的不锈钢管；所述的磁场装置是通电磁铁或永久性磁铁。

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