有机酸对高铁高岭土除铁的影响
V.R. Ambikadevi, M. Lalithambika
粘土和粘土矿物的部分区域研究实验室（CSIR）特里凡得琅695019号，印度
1999年01月18日收到；1999年6月开始修订，1999年10月接受
摘要：
各种有机酸（如如乙酸、甲酸、柠檬酸、抗坏血酸、琥珀酸、酒石酸和草酸）对来自卡洛里，特里凡得琅，南印度的含铁高岭土粘土除铁和由此产生的白度提高的影响，已被研究过。由于草酸的强酸性，良好的络合能力和还原力，草酸被发现不仅在室温下能得到最好的结果，高温条件下也一样。反应参数，如时间，温度和试剂浓度，得到了优化。要达到80%白度，最佳实验条件为：温度～100℃，草酸浓度～0.1M（即摩尔浓度，下同）和反应时间～90分钟。30天的室温浸取试验将样品白度从66.3%提高到83.5%，对应的含铁氧化物去除率为80%。二价铁离子和氢离子的加入提高了反应动力学。对磁选分离得到的精矿进行浸出试验，结果显示样品白度仅略有提高，这表明白度更取决于表面涂层的铁氧化物，而不是离散的粒子。笔者把酸浸对粘土的白度、塑性、粘度、比表面积和孔体积等物理性质的影响进行了比较。比表面积和孔体积的略微增加有从粘土表面除去胶合非晶态氧化铝、二氧化硅和氧化铁的原因，在一定程度上也是因为发生分层。由于静置作业，笔者没有观察到样品在粘性以及塑性性能方面有明显的变化。copy;2000杂志B.五 保留所有权利 。
关键词：高铁高岭土；草酸；静置；白度
1.简介
在许多粘土矿床上发现的从红到黄的天然颜色主要是由于相关的氧化物和氢氧化物和氧化铁的水合物，如赤铁矿(红色)，磁赤铁矿(红棕色)、针铁矿(棕黄色)、纤铁矿(橙色)，水铁矿(棕红色)等。这些氧化物和氢氧化物作为单独颗粒或作为离散颗粒出现在整个粘土质中。含量低至0.4%的三价铁可能足够给矿床赋予颜色。为使材料增值，这些相关杂质的去除变得必要。这些增效粘土被发现可用于纸类涂层、充填和作填充剂用为涂料及聚合物。磁选、浮选、选择性絮凝、生物和化学浸出去是除去作为表面涂料和离散形式的铁氧化物时通常采用的一些技术（基奇纳，1972；富尔斯坦垴，1976年；Borggaard，1981；罗素等人，1984； Groudev，1987年；Shoumkov 等 1987；红等人，1992；维吉里奥，1994.de Mesquita等人，1996）。1-(2-溴苯基)乙醇，1-膦酸二膦酸、l-抗坏血酸、草酸、硫酸钠、SFS是潜在的铁溶解试剂(康利和劳埃德，1970年；基亚里齐亚和霍维茨，1991)。氧化铁形式（如赤铁矿、针铁矿、磁铁矿）的溶解动力学在草酸解决方案方面已被一些研究者广泛研究（布莱萨等。 1987；康奈尔和迅达1987；Tzeferis和Leonardou，1994年；潘利亚斯等1996 a，b）。草酸硫酸混合酸作业已纯熟应用于生产在工业领域有重要意义的高岭土、石英砂、铝土矿等矿物（邦尼，1994年；潘利亚斯等，1996 年a、b；乌巴尔迪尼等1996年；双马等人 1996年）。
在以前关于印度粘土的静置的研究中，有一个使用蔗糖-H2SO4和连二亚硫酸-H2SO4的全因子设计实验（Ambikadevi和Gopalakrishna，1997）。磁性分离在使用蔗糖和连二亚硫酸之前，漂白印度拉贾斯坦粉红色粘土的白度提高18个单位（国际标准）（Ambikadevi 等 1999）。在目前的工作中通过与磁选其次是化学浸出过程进行比较，笔者对一个更环保、更有效的使用有机酸除铁的方法进行了评价。反应时间等参数、温度、试剂浓度已优化。比较静置作业前后的物理属性，如白度、粘度、塑性和表面积。
2.材料与方法
取自印度南部，泰米尔纳德邦，卡洛里一座定期采矿的矿坑的含铁高岭石粘土，已被选定为浸出研究的材料。研究区属于印度南部的第三纪沉积粘土层，这些粘土被推断为孔兹岩–紫苏花岗岩岩系的风化产物（戈什，1986）。
黏土样品中粒度低于45mu;m用湿筛法收集，相同样品中超过90%矿物粒度小于2mu;m。无论是原矿还是磁性矿物都使用铁过滤乔卡alpha;辐射进行了X射线衍射分析（菲利普，PW1710）。透射电镜(菲利普200厘米FEG)也采用矿物识别。样品中非晶态Fe2O3、氧化铝和二氧化硅的含量测定使用被米切尔和史密斯遵循的程序（1984）。浸出试验在一直搅拌的圆底烧瓶中进行，烧瓶水浴加热。对于一个典型实验，在100℃条件下用有机酸处理浓度为20%的粘土浆 90分钟，使用等摩尔的0.15M溶液如甲酸、乙酸、丁酸、酒石酸、柠檬酸、1-抗坏血酸和草
酸（AR级）。仅用草酸处理的情况下，研究使用了三种不同浓度(0.05M、0.10M和0.15M)。
图1. 整个流程示意图
在上述条件下，浸出研究以最高浓度(0.15M)进行：(a)室温（27℃）5~30天；(b)以FeSO4·7H2O形式加入亚铁离子，在100℃条件下反应15～90min；(c)加入0.1～0.5M硫酸，在100℃条件下反应15～90min；(d)通过以前的磁选工艺，如湿型高强度磁选分离（WHIMS, Box Mag Rapid,模型 51930 ），湿式高梯度磁选分离（WHGMS, 萨拉磁选机,模型10-15-20），超导高梯度磁选分离（SC-HGMS, BARC, 印度）增效的样品，在100℃条件下反应15～90min。WHIMS和WHGMS的研究使用的实验条件为矿浆浓度10%、pH=9.5、磁选强度分别为1.2和1.4T。SC-HGMS流程是在使用矿浆浓度5%、pH=9.5、磁选强度3.25T。在所有情况下，浸出液通过络合滴定法使用1,10-邻菲咯啉测定Fe2O3含量，结果使用UV分光光度法测色监测（Hitachi-220）。滤饼在炉中110℃烘干2小时。白度测量使用一种白度计，一号白度微扫描仪。将原矿、经0.15M草酸单独处理得到的产品与经0.15M草酸0.5M 硫酸混合液处理得到的产品在理化性质方面作比较。塑性指数是按标准程序确定的（印度标准确定局，1968）。测定磷酸钠作为分散剂，矿浆浓度为65%的矿浆的粘度（布鲁克菲尔德模型RVT粘度计）。结晶度指数通过X射线模式(反光相机，ME200 CY2)使用镍筛选米醋辐射测定比较。用BET多点法测定了1112375个点的表面积和孔体积。整个流程见图 1。
结果与讨论
X 射线衍射分析表明，与高岭石连结的主要着色杂质是赤铁矿（2.70，2.51，3.65Aring;）、针铁矿（4.17,2.65,2.44Aring;）、锐钛矿（3.52,1.89,2.37Aring;）、 金红石（3.25,1.68,2.48Aring;）。
图2.（a）电子显微图像显示在高岭石表面有氧化铁包覆层。小圆颗粒粒为赤铁矿。（b）针铁矿涂层在高岭石的晶界。
根据透射电镜照片，确定了两个Fe2O3不同阶段（图2a和b）。图2a显示高岭石颗粒和离散的细粒赤铁矿谷物大规模散布在地面上空的非均匀涂层。图2b显示针铁矿涂层包覆高岭石结晶边界到圆形表面。
表1. 原矿样品的化学成分（%）
烧失量（1050℃）
表2. 有机酸对除铁的影响
|
酸种类 |
Fe2O3（％） |
白度（％） |
|
乙酸 |
0.001 |
66.51 |
|
丁二酸 |
0.002 |
66.71 |
|
甲酸 |
0.003 |
66.65 |
|
柠檬酸 |
0.010 |
66.89 |
|
柠檬酸 |
0.020 |
66.95 |
|
l-抗坏血酸 |
43.600 |
76.85 |
|
草酸 |
66.870 |
81.85 |
在表1中给出了粘土的化学分析数据。粘土样品中Fe2O3含量发现达到0.93%。表 2 展示了有机酸处理效果。在相同的实验条件下，甲酸、乙酸、丁二酸、柠檬酸、酒石酸的静置明显低于等量（0.15M）、l-抗坏血酸和草酸。白度从高岭土原矿的66.33%提高到经1-抗坏血酸和草酸处理产品的76.85%和81.85%。，对应的Fe2O3去除率分别为43.60%和66.86%。由于铁氧化物的浸出机理是酸、络合能力和减少量的综合影响，相比其他有机酸，草酸和抗坏血酸显示更好的性能。虽然 1-抗坏血酸和草酸是 Fe3 的良好络合剂,草酸（pKa1=1.25)相比1-抗坏血酸 (pKa1=4.17)更强的酸性能更好地溶解三价铁。基亚里齐亚和霍维茨 1991年合成针铁矿实验给出了类似的结果，证实了上面的观测结果。
图3. 室温（27℃）0.15M草酸处理的结果。
表3.时间和温度对0.15M草酸铁除的影响
|
温度（℃） |
时间（min） |
除铁率（％） |
白度（B）（％） |
▽B |
|
60 |
90 |
23.58 |
70.21 |
5.68 |
|
80 |
90 |
39.12 |
73.59 |
7.26 |
|
80 |
180 |
56.68 |
79.20 |
12.87 |
|
100 |
90 |
70.21 |
81.85 |
15.52 |
由于良好的络合性，草酸被选定作进一步研究。最初，进行了在室温 27 ℃ 条件下随时间变化得铁溶解反应。为期30天的静置结果见图 3 。Fe2O3去除率的最大值是80.93%，导致白度提高了17.5%。从这些研究中，可以推断铁溶解在较低温度是一个耗时的过程。为了优化时间和温度，改变这些参数后进行了实验（表3）。更高的温度条件将浸出时间大大减少到几个小时而不是几天。为了优化酸液浓度，在100℃条件下用不同摩尔浓度0.05、0.10和0.15M的草酸进行试验和时间间隔15min的监测结果见图4。实验分别被标记为Aahellip;f，Bahellip;f和Cahellip;f 。实验条件充足，可以产生所需白度的最小值（80%），此时酸浓度0.10 M和反应时间90min（实验Bf）。在实验 Cd，时间为60分钟取得了相同的结果。在实验A,白度值总是小于80%。
图4. 0.05，0.1与0.15M草酸对除铁和白度的影响。
为了达到更好的静置和优秀的反射值，使用通过WHIMS, WHGMS 和SC-HGMS 流程得到的非磁性部分产品进行进出实验。2.70～5.28%的结晶铁氧化物在磁选分离过程中被去除，但可以观察到白度只有轻微改善1.5%。因此，可以假设相比离散的细粒矿物，白度更依赖于表面涂层的铁氧化物。然而，磁选分离（WHIMS、WHGMS 和 SC-HGMS）后的化学浸出将白度分别增强到82.36、82.56、83.36%。这些值均略高于未经磁选流程的原矿的白度。由于质子的存在能促进铁在相对较快的速率溶解（帕里斯等人，1996年a，b），加入硫酸用原矿做实验（0.1 M 和 0.5 M硫酸），实验结果见表 5。
表5.100℃ 下反应90分钟硫酸对除铁和亮度的影响
|
酸种类及用量 |
除铁率（％） |
白度（％） |
|
0.1M硫酸 |
6.34 |
68.40 |
|
0.1M硫酸 0.15M草酸 |
70.28 |
81.87 |
|
0.5M硫酸 |
53.32 |
78.9 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[147584]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
