中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在我國(guó)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的背景下，高嶺土消費(fèi)量迅猛增長(zhǎng)，需求結(jié)構(gòu)快速向中高端演化。煤系高嶺土是煤炭生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)出的工業(yè)固體廢棄物，因其煅燒土質(zhì)地純凈、耐磨性好、白度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于新型陶瓷、高端造紙、高級(jí)涂料等領(lǐng)域。隨著優(yōu)質(zhì)高嶺土產(chǎn)品短缺問題日益凸顯，如何推進(jìn)煤系高嶺土綠色高效除鐵技術(shù)迫在眉睫。
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鐵含量是衡量高嶺土品質(zhì)的重要指標(biāo)
由于鐵雜質(zhì)對(duì)高嶺土的白度、耐火度、摩擦系數(shù)、硬度及化學(xué)穩(wěn)定性等有顯著影響，因此鐵含量成為衡量高嶺土品質(zhì)的重要指標(biāo)。目前市場(chǎng)一般要求高嶺土產(chǎn)品的白度維持在90%以上。
高嶺土的主要用途及其對(duì)鐵雜質(zhì)含量的要求
煤系高嶺土中含有大量的鐵礦物，例如黃鐵礦(FeS2)、菱鐵礦(FeCO3)、褐鐵礦(Fe2O3·3H2O)等，在高溫焙燒時(shí)，他們就會(huì)變成氧化鐵（Fe2O3），容易使原料變黃或磚紅色，影響煅燒產(chǎn)品的品質(zhì)，不利于后續(xù)的資源化利用過程。因此，為滿足市場(chǎng)需求，煤系高嶺土需要在煅燒前進(jìn)行脫鐵處理。
鐵雜質(zhì)的賦存形態(tài)
目前，煤系高嶺土中的鐵元素分布狀況主要有兩類：一類是高嶺石和附礦物（如云母、鈦白礦、伊利石），它們被稱作結(jié)構(gòu)鐵；另一種是單獨(dú)的鐵礦物存在，叫做自由鐵（包括表面鐵、細(xì)粒晶鐵、非晶鐵）。煤系高嶺土在脫鐵過程中脫除的主要成分是自由鐵。
煤系高嶺土的除鐵技術(shù)
目前煤系高嶺土除鐵技術(shù)所涉及的主要工藝有浮選法、磁選法、重選、化學(xué)漂白等。
浮選法
浮選法是一種能夠根據(jù)礦物表面親疏水的差別快速進(jìn)行精細(xì)分選的高效工藝。在浮選過程中，煤與各種礦物之間進(jìn)行交互作用，從而使煤中的疏水性煤更易吸附在氣泡表面，親水性煤和其他雜質(zhì)遠(yuǎn)離氣泡表面。根據(jù)煤系高嶺土與鐵、鈦礦物的表面特性不同，可采用浮選法從高嶺土中去除鐵和鈦。而煤系高嶺土中的鐵、鈦礦物往往是非常細(xì)小的，傳統(tǒng)的單次浮選很難獲得理想的結(jié)果。為此，在浮選技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展出載體浮選、選擇性凝聚、雙液浮選等技術(shù)。
浮選法處理含大量微細(xì)粒高嶺土的礦漿體系時(shí)，需克服藥劑耗量大和氣泡傳質(zhì)效率低的問題。未來(lái)，可在現(xiàn)有工藝礦物學(xué)、溶液化學(xué)分析基礎(chǔ)上結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬和量子化學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)和開發(fā)廉價(jià)高效的新型捕收劑或載體吸附劑，并聯(lián)合微泡介質(zhì)提升分離效率。
磁選法
煤系高嶺土中大部分含鐵礦物為弱磁性顆粒，傳統(tǒng)的磁選方法對(duì)其除鐵效果不理想，所以目前國(guó)內(nèi)外對(duì)煤系高嶺土多采用特殊磁選法進(jìn)行除鐵，如高梯度強(qiáng)磁選法（其磁場(chǎng)強(qiáng)度通常為1.5~2T），可有效滿足煤系高嶺土的除鐵需求。
煤系高嶺土中鐵的組成比較復(fù)雜，針對(duì)不同的煤系高嶺土，可采用不同的高梯度磁選法進(jìn)行除鐵。目前，高梯度磁選法可分為：脈動(dòng)高梯度磁選法、干式高梯度磁分離法、振動(dòng)高梯度磁選法、選擇性絮凝和高梯度磁選聯(lián)合除鐵法、磁團(tuán)聚法。
總體來(lái)看，磁選法具有操作簡(jiǎn)單、設(shè)備成熟、處理量大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，對(duì)脫除高嶺土中的強(qiáng)磁性或弱磁性的獨(dú)立鐵礦物適用性較好。但由于高嶺土中雜質(zhì)鐵賦存形態(tài)復(fù)雜、且細(xì)粒鐵礦物不易解離，同時(shí)先進(jìn)磁選設(shè)備的制造和運(yùn)行成本較高，這些因素制約了磁選除鐵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。
未來(lái)，隨著超導(dǎo)技術(shù)不斷突破，特別是低成本超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)，對(duì)微細(xì)粒鐵雜質(zhì)具有精準(zhǔn)選擇性的超導(dǎo)磁選技術(shù)有望成為深度除鐵的有力手段。
化學(xué)法
化學(xué)漂白法是應(yīng)用較廣的煤系高嶺土除鐵技術(shù)之一，主要包括保險(xiǎn)粉還原法、酸浸氫氣還原法以及加氯高溫焙燒法。
保險(xiǎn)粉還原法
高嶺土中的赤鐵礦、褐鐵礦等天然鐵(III)礦物晶體發(fā)育完善，在酸中溶解性較差，特別是六方最密堆積的α-Fe2O3，結(jié)構(gòu)致密、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，常需要經(jīng)過還原轉(zhuǎn)化才能充分脫除。常用的還原方法主要有保險(xiǎn)粉還原和二氧化硫脲法。
采用保險(xiǎn)粉還原工藝是目前應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)方法，但工藝要求嚴(yán)格，溫度、酸度、藥劑用量、反應(yīng)時(shí)間等都要嚴(yán)格控制。
酸浸氫氣還原法
酸浸氫還原法的主要方法是酸浸法和還原法，其基本原理是在鹽酸、硫酸、草酸等介質(zhì)中添加鋅粉或鋁粉，使得煤系高嶺土中的含鐵組分在酸性溶液中不停地進(jìn)行置換，從而將其轉(zhuǎn)變成可溶性Fe2+。并在過濾過程中被去除。
加氯高溫煅燒法
通常以固態(tài)氯鹽或氯氣為氯化劑，在碳還原劑協(xié)助下對(duì)高嶺土進(jìn)行焙燒，使其中的鐵、鈦雜質(zhì)分別轉(zhuǎn)化為高溫易揮發(fā)的FeCl2、FeCl3、TiCl4等，以此實(shí)現(xiàn)鐵、鈦雜質(zhì)的氣化脫除，使高嶺土具有較好的增白率。氯化焙燒法對(duì)設(shè)備材質(zhì)和操作控制要求非常嚴(yán)苛，適合生產(chǎn)極端環(huán)境專用的高嶺土產(chǎn)品。
此外，化學(xué)法常受制于產(chǎn)物層阻滯、包裹體阻隔等傳質(zhì)問題，且需要處置大量廢水、廢氣。
未來(lái)，在化學(xué)法除鐵方面，可基于鐵離子配位溶解原理開發(fā)綠色高效的絡(luò)合浸出劑，并聯(lián)合超聲、微波等外場(chǎng)作用破壞高嶺土原生包裹體和反應(yīng)產(chǎn)物阻滯層，實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)鐵的深度脫除。
重選法
半硬、半軟、軟質(zhì)煤系高嶺土經(jīng)粉碎或不經(jīng)粉碎都可以在水中分散。采用搗漿分級(jí)工藝可以有效地去除煤系高嶺土中的石英、黃鐵礦等雜質(zhì)，這是煤系高嶺土加工廠廣泛采用的方法之一，但這種方法對(duì)鐵、鈦的脫除效果并不理想。通常，為了實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)，需采用其他的處理方法，如浸出、煅燒、化學(xué)漂白、高梯度磁選等方法，才能獲得低鐵、鈦，高白度的煤系高嶺土精礦。
生物除鐵
微生物（細(xì)菌、真菌等）能夠?qū)㈣F從氧化鐵（褐鐵礦、針鐵礦等）中溶解出來(lái)，利用微生物溶鐵法脫除煤系高嶺土中的雜質(zhì)鐵。其中，氧化亞鐵硫桿菌是煤系高嶺土除鐵最常用的一種微生物。
微生物法利用細(xì)菌代謝活動(dòng)直接或間接地浸出除鐵，具有環(huán)境友好、成本低的優(yōu)勢(shì)，但生物方法僅適用于特定的存在狀態(tài)下的鐵，而且需要較高的微生物培養(yǎng)周期，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
電解除鐵
利用電化學(xué)的方法，對(duì)于含鐵纖維或膠質(zhì)雜質(zhì)鐵的高嶺土進(jìn)行除鐵，具有操作簡(jiǎn)單、不需要加熱處理、污染小等優(yōu)點(diǎn)。在電解除鐵過程中，先將煤系高嶺土顆粒分散，進(jìn)而在電化學(xué)反應(yīng)條件下，促使其中的雜質(zhì)鐵在電極上沉積，最終通過清洗和去除法消除雜質(zhì)鐵。電解除鐵法適用范圍過于狹窄，難以規(guī)�；瘧�(yīng)用。
小結(jié)
我國(guó)是高嶺土產(chǎn)出大國(guó)，煤系高嶺土儲(chǔ)量位居世界第一，如何開展高效利用便成為亟需重視和解決的問題。煤系高嶺土中各種雜質(zhì)種類、數(shù)量及賦存狀態(tài)因其成因及種類的不同而存在差異，因此，煤系高嶺土的除鐵必須與實(shí)踐相結(jié)合，確定較優(yōu)的方案和工藝參數(shù)。
參考資料：
曾紅久等.煤系高嶺土除鐵技術(shù)研究現(xiàn)狀
黃艷芳等.我國(guó)高嶺土礦中鐵雜質(zhì)特征及除鐵技術(shù)研究進(jìn)展
馮雪茹等.我國(guó)高嶺土開發(fā)現(xiàn)狀及綜合利用進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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