高岭土除铁增白常用的8种方法

白度是决定高岭土应用价值的重要指标，例如用于造纸、涂料行业的高等级高岭土，其白度要求大于92%，因此，铁含量是评价高岭土矿质量的重要因素。

高岭土中铁元素的赋存状态是决定除铁方法的主要因素，目前，国内外将铁元素在高岭土中的赋存状态分为两种：一种是存在于高岭石和副矿物中（如云母、钛白矿和伊利石），称为结构铁；另一种是以独立的铁矿物形式存在，称为自由铁（包括表面铁、细粒晶质铁和非晶质铁）。

为了最大限度地降低高岭土中铁含量而提高白度，目前高岭土常用的除铁增白方法有：

1、磁选法

含有强磁性矿物（磁铁矿）或铁屑杂质的高岭土，采用普通磁选法除铁效果显著。然而，高岭土中铁矿物杂质通常为弱磁性，目前主要采用高梯度强磁选法，或者将弱磁性矿物焙烧后转变成强磁性氧化铁，再采用普通磁选法除去。

高梯度强磁选法具有两大优点：①具有先进的螺线管磁体结构；②具有能产生高磁感应强度的聚磁介质。在较高的磁场强度下，不锈钢聚磁介质表面能产生很高的磁场梯度，可分离微米或胶体颗粒级别的弱磁性物料。

除普通磁选法、高梯度强磁选法外，高岭土悬浮液（－20μm）在一定pH值和Zeta电位条件下，还可加入磁种与铁矿物颗粒选择性互凝，借助普通磁选或高梯度强磁选分离铁矿物，达到除铁的目的。

由于高岭土中含铁成分较复杂及磁选技术与设备的限制，而且只针对磁性矿物，该法除铁的质量仍然不理想；但随着超导技术的发展，高梯度超导磁选可能会更有效地除去弱磁性矿物且无污染，同时不会破坏高岭土的晶体结构，影响其物化特性。

2、浮选法

（1）载体浮选法

该法是在浮选过程中加入矿物载体，如方解石等，将极细的杂质矿物Fe2O3吸附到载体矿物上，借助于捕收剂或载体自身的疏水性黏附于气泡，得到含铁的载体泡沫及高岭土精矿产品，从而实现高岭土与Fe2O3分离。

研究认为，以塔尔油为捕收剂，碳酸钠为pH值调整剂，硫酸铵为抑制剂，水玻璃为矿浆分散剂，借助于常规的机械搅拌式浮选机，用载体浮选法使某高岭土中的Fe2O3含量由0.72%降至0.5%以下。该法除铁效果不仅与吸附载体对高岭土中铁杂质的吸附、裹挟、凝聚、混晶等作用有关，还与浆料体系pH值、载体添加时间、地点等因素有关；这使载体浮选法在高岭土除铁增白中的应用受到了限制。

（2）双液浮选法

该法是采用脂肪酸（或能捕捉杂质铁矿物的其他憎水性捕收剂）加入高岭土矿浆中搅拌、静止、分层，形成有机液（含Fe2O3）和高岭土悬浮双层液体，再利用重选设备进行分离。

搅拌强度是影响该法分离效果的重要因素。搅拌强度不足，有机相则分散不均匀，铁质矿物与其碰撞接触的概率减少；搅拌强度过大，则易形成乳状混浊液的中间相，因此必须选择合适的搅拌强度；另外，该法会产生大量的有机废液。上述因素造成了双液浮选法在高岭土除铁增白应用的局限性。

（3）选择性絮凝法

选择性絮凝法是在充分分散的矿浆中加入絮凝剂，通过絮凝剂与矿粒表面的架桥作用使分散在矿浆中的游离有害铁杂质选择性地絮凝，再从矿浆中分离出絮凝物。

该法生产中有大量的水分（矿浆浓度低于20%）需要在后续工序中脱除，同时高岭土精矿中残留的絮凝剂也影响到最终产品的质量。

3、氧化法

氧化法是采用强氧化剂将高岭土中处于还原状态的铁杂质（黄铁矿等）氧化成可溶于水的亚铁离子，然后过滤、洗涤除去。

工业上最常用的氧化剂是次氯酸钠，亚铁在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下（pH值大于8.8）可转化为难溶的三价铁；同时，次氯酸钠在弱酸性（pH值5～6）条件下活性最大，氧化能力最强，因此氧化漂白应控制在弱酸性条件下进行。

氧化法仅对高岭土中以黄铁矿形式赋存的铁杂质除铁效果较好；另外，除铁过程还受到介质pH值、矿石特性、矿浆浓度、温度、药剂用量等诸多因素的影响，因此不能广泛应用。

4、还原法

还原法是采用还原剂将高岭土中处于三价态不溶的铁杂质（如赤、褐铁矿）还原成可溶的二价态铁离子，经过滤、洗涤除去。还原法主要有保险粉法、二氧化硫脲法和酸溶氢气法。

（1）保险粉法

连二亚硫酸钠俗称保险粉，是高岭土还原除铁最常用的一种强还原剂。通常三价铁氧化物不溶于水，也难溶于稀酸，但在保险粉的作用下，可将其还原为可溶于水的二价铁。

此反应过程是可逆的，高岭土经漂白后应及时洗涤、过滤，否则亚铁将被重新氧化而返黄。解决方法是在反应中添加草酸、柠檬酸、乙二胺醋酸盐等配合物与亚铁键合生成稳定、水溶性的亚铁螯合物，这种方法又称为还原-络合除铁法。

还原法必须严格控制反应过程的温度、酸度、药剂用量、反应时间等，且保险粉价格昂贵，遇潮易分解、氧化而降低药效，这些因素使其工业生产难度较大。

（2）二氧化硫脲法

二氧化硫脲法是在碱性介质中使二氧化硫脲受热，生成强还原性的次硫酸，将高岭土中三价铁还原为二价铁，然后除去。

虽然二氧化硫脲是一种新型、绿色的还原剂，但只有在高温、强碱条件下，才可产生强还原性次硫酸。研究表明，在常温、弱碱条件下，以硝酸镧为催化剂，二氧化硫脲就可快速分解出次硫酸，从而加速还原漂白过程。一般而言，二氧化硫脲漂白效果明显优于保险粉。

（3）酸溶氢气法

酸溶氢气法是利用活泼金属与酸溶剂（硫酸、盐酸、草酸）发生置换反应，生成的氢气将高岭土中三价铁还原为二价铁，然后除去。

酸溶氢气法对于白度低（70°以下）、铁含量高（大于2．1%）的煤系高岭土除铁效果明显，但对设备有较强的腐蚀性，且会产生大量金属离子废水，因此不易大量工业化生产。

5、氧化-还原法

大部分高岭土矿同时含有二价、三价铁矿物，只采用氧化法或还原法都不易达到良好的除铁效果，通常采用氧化-还原法。即先用氧化剂将二价铁氧化为三价铁，再用还原剂将三价铁还原为可溶的二价铁，然后除去。

该法对于含有少量浸染状、星点状铁杂质的高岭土漂白效果很好，是目前被广泛应用的一种方法，但当矿石中含有大量有机质时漂白效果却不明显。

6、酸溶法

酸溶法是将高岭土中的不溶铁杂质在酸性溶液（盐酸、硫酸、草酸等）中转化成可溶物，从而实现与高岭土的分离。

该法除铁效果与铁元素的赋存状态、酸用量、反应温度等有关，对呈浸染状吸附于高岭土表面的赤铁矿（易溶于酸）有效，但对其他形式的铁矿物（硫化铁、钛铁矿）难以奏效。

7、氯化法

氯化法是高岭土在碳的作用下，加入氯盐高温焙烧，使其中的铁氧化物转化为氯化物（降低熔点增加其挥发性），随CO、CO2气流溢出，实现高岭土的除铁增白。

该法在高岭土除铁方面有较好的应用潜力，但氯化过程中的氯化物固体颗粒物（PM2.5）有待解决。

8、微生物法

微生物法是高岭土除铁增白的一种新方法，是利用微生物（霉菌、细菌、真菌等）将杂质铁（氧化铁、黄铁矿等）溶解为可溶性铁，达到除铁增白的目的。

（1）氧化法

黄铁矿是非金属矿石中常见的有害铁杂质，可采用氧化亚铁硫杆菌进行生物氧化除铁。在氧化亚铁硫杆菌作用下，黄铁矿的氧化方

在黄铁矿被氧化的过程中，适宜的起始Fe2+浓度既能保证氧化亚铁硫杆菌生长所需的营养，又能促使氧化亚铁硫杆菌在没有Fe2+的情况下，以氧化FeS2中Fe3+和S-生成H2SO4为主要生命活动，氧化率较高且从中获得能量。这一特性使氧化亚铁硫杆菌成为细菌冶金领域的重要菌种。

（2）浸出法

浸出法是利用微生物（黑曲霉）发酵生成的有机酸（草酸、柠檬酸）将高岭土中难溶的铁氧化物溶解出来。根据高岭土加入微生物发酵的阶段，可分为原位生物漂白法（发酵初期）和二阶段生物漂白法（有机酸积累到一定程度）。由于发酵初期黑曲霉种类有限及反应后高岭土易被吸收，故限制了原位生物漂白法的大规模应用；而二阶段生物漂白法能克服前者的缺点，而且在适宜条件下能使有机酸浓度达到最高。

该法是微生物法除铁的主要方式，具有成本低、易操作、无污染等优点。

（3）还原法

还原法是微生物通过发酵产生糖类和氨基酸将三价铁还原成二价铁，然后除去。在厌氧条件下，菌种分解有机物的同时可把高岭土中的不溶氧化铁还原成可溶的二价铁。

在铁还原过程中，微生物将电子传递给不溶性三价铁氧化物，使其还原为可溶性二价铁。还原作用的相关机制主要有直接接触、电子穿梭和螯合促溶等；根据3种不同还原机制，可在高岭土除铁过程中适当添加电子穿梭蛋白或者螯合促溶剂，以促进菌种对铁的还原能力。

目前，铁还原菌种主要为腐败希瓦氏菌和混合铁还原菌，由于对菌种还原铁过程中铁的研究不够深入，导致该方法在实践过程中存在许多问题。

整体来看，各类除铁方法各有优势，物理法中浮选和选择性絮凝工艺复杂，药剂量大，成本高；而磁选设备和技术还不够先进，但随着超导技术的发展，高梯度超导磁选可能会成为未来发展方向之一；化学法种类多，其中以氧化-还原法应用最为普遍，但污染严重，成本高；寻找价格低廉、环境友好的药剂替代品是其重要研究方向；微生物法对环境友好，但针对性较强，只能除去特殊赋存状态的铁杂质，而且菌体培养周期长，不适合工业化生产。因高岭土矿的成因与类型差异，工业实践中需要根据铁元素的赋存状态选择最佳的除铁增白方案。

资料来源：《郭春雷,王维维,金海龙,李强.高岭土除铁增白研究进展[J].现代矿业,2019,35(01):96-101》