广西宜州石英粉增白工艺研究

李灿华^1，2  颜家保²

摘要：研究了用酸浸法来化学漂白宜州低品位石英粉。结果表明：采用盐酸+氢氟酸，酸液与石英粉的液固比为3，矿浆pH值3左右，反应温度为50℃，搅拌漂白时间40min，复合还原剂用量1.5%，所得石英粉样品SiO₂含量达到99.68%，Fe₂O₃含量下降到0.08%，白度达到85.23%。

关键词：石英粉 漂白 酸浸法

石英粉具有独特的物理和化学性能，广泛应用于玻璃制品、新型建材、防水防腐材料等行业^[1-5]。但是由于在白度等方面的不足，我国的粉石英主要用于磨料、玻璃和玻纤、普通陶瓷、耐火材料、建筑以及塑料、橡胶工业^[6]中，如何将优质原料的石英粉加工成为可以应用于电子电工等工业领域的优质石英粉成为一个研究的热点。

广西宜州某矿储藏有大量的粉石英，但是由于地质的原因，被铁、泥污染严重，影响了石英粉的白度和品位。如何降低铁杂质的含量，获得高纯二氧化硅是目前该领域的研究热点。人们用不同的方法去除铁杂质，如酸浸法^[7，8]、磁选法^[9]、氯化法^[10]等。本文采用酸浸法去除石英粉中的铁杂质，研究酸浸条件对去除石英粉中铁杂质的影响，获得了{zj0}的漂白工艺参数。

1   原料分析

    石英粉来自广西宜州某矿业公司，质量优良，特别是SiO₂的含量高达99%以上，其化学成分分析见表1。但是该石英粉在成矿时被黄土污染，WSD-Ⅲ全自动白度计测定其白度，白度只有52.50%，不满足工业应用要求。

石英粉白土化学成分分析表  表1

对石英粉进行标样分析，发现石英粉中污染源质的黄土大约占总体矿样的3.5%。黄色黏土杂质实际为红色黏土，其母岩为碳酸盐岩系（包括间夹其中的非碳酸盐岩类岩石），在广西湿热条件下经红土化作用形成的特殊土类。有关资料表明：红黏土的化学成份以SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃为主，矿物成份则主要为高岭石。我们小心地挑选了其中最有代表性的黄土杂质，进行化学分析，见表2。

  黄土杂质化学成份分析表（%）  表2

我们可以看出，影响掌握本课题中石英粉白度的主要物质为铁以及由铝、钾、钠吸附的有机质，主要因素为铁。本研究采用自制的复合还原剂进行化学漂白石英粉，该复合还原剂能与氧化铁作用使三价铁还原为二价铁离子，这种二价铁离子可溶于水，通过洗涤过滤除去。同时，复合还原剂中的有效元素能与铁离子形成含水的铁的络合离子，该络合离子为水溶性，随滤液排除，从而达到漂白目的。

2  试验

2.1 试验器材与药剂

JJ-2增力电动搅拌器；WSD-Ⅲ全自动白度计；

硫酸（H₂SO₄），化学纯；盐酸（HCl），化学纯；草酸，化学纯；氢氟酸,化学纯；复合还原剂（自制）。

2.2 试验方法

   导致样品白度不高的主要是Fe₂O₃含量高，但其含量却在1%以下，要降低其含量用须采用化学法除铁。本研究拟定方案：矿样----洗矿去泥----调浆----酸洗----复合络合还原----沉淀过滤----清洗----烘干-----性能测试。整个工艺过程需要研究矿浆浓度、调整剂和pH值、漂白时间、复合还原剂用量等的影响因素。

3 试验结果

3.1 酸液与石英粉的液固比对漂白效果的影响

   液固比是指液体质量与固体质量之比。在室温下，将石英粉溶于一定浓度的硫酸中，矿浆pH值为3左右，酸浸时间为40min，复合还原剂用量/石英粉=1%，不同液固比对石英粉增白效果的影响如图1。

由图1可知，硫酸与石英粉的液固比对石英粉的增白效果影响较大。液固比为3时，产品漂白的白度达到79.87%。液固比为1和2时，白度增加不是很显著，这是因为本研究的石英粉具有粒度细、比表面积大、吸水性强，因此液固比过低，则液体不能xx浸透物料，呈现糊状，反应不能xx进行，影响漂白效果；液固比为3时，粉料与液体能够xx混合、浸润，反应充分xx，除杂效果好。再增加酸液，对增白效果影响不大，却降低了生产效率，增加生产成本。故合适的液固比为3。

3.2矿浆pH值对漂白效果的影响

矿浆pH值是影响漂白工艺的主要因素。在室温下，控制液固比为3，酸浸时间为40min，复合还原剂用量/石英粉=1%，加入不同浓度的盐酸，调节不同的pH值，不同pH值对石英粉增白效果的影响如图2。由图2可知，矿浆的pH值最理想的是3。在漂白过程中，复合还原剂与氧化铁反应使Fe³⁺还原为易溶的Fe²⁺，而Fe³⁺与Fe²⁺的转换与矿浆pH值关系密切。随着pH值的升高，三价铁离子和二价铁离子间转变的电极越来越负，而三价铁离子的氧化能力越趋减弱，二价铁离子的还原能力越趋增强，三价铁离子不易被还原，二价铁离子却易被氧化，甚至被空气中氧所氧化，也就是说，随pH值升高，被复合还原剂还原的二价铁，会被空气中的氧所氧化生成难溶于水的Fe(OH)₃，漂白效果降低。

3.3不同酸对漂白效果的影响

将相同质量的石英粉放于不同的酸中，酸液与石英粉的液固比是3，酸浸60min，酸液温度为室温，以硫酸、盐酸、草酸、硫酸+氢氟酸，盐酸+氢氟酸等不同组合进行试验，不同酸对石英粉的漂白效果见表3。

不同酸对石英粉的漂白效果试验结果  表3

由表3可以看出，单纯盐酸或硫酸的除铁效果不佳，特别是草酸作为弱酸，效果最差，加入氢氟酸的混合酸对除铁影响显著，尤其是在盐酸和氢氟酸混合酸中，产品的白度增加明显。因为盐酸不仅对原料中的铁矿石有一定的溶解性，而且对溶解的铁离子具有络合性；另外氢氟酸能和石英反应，使包裹在石英中的杂质暴露在表面，新生成的颗粒表面活性增加，有利于铁矿与酸的反应，促使其溶解。

3.4漂白时间对漂白效果的影响

漂白时间长短，与原矿性质有关。过短，药剂作用不充分，白度达不到要求；过长，降低漂白质量，因为空气中的氧会导致二价铁离子的再氧化。在室温下，10g石英粉溶于质量分数为18％的硫酸中，液固比为3，复合还原剂用量/石英粉=1%，不同酸浸时间对石英粉增白效果的影响如图3。不同漂白时间的试验结果说明，适宜的漂白时间为40min。

3.5酸浸温度对漂白效果的影响

将石英粉试样溶于盐酸+氢氟酸中，液固比为3，搅拌反应60min，考察酸浸温度对石英粉漂白效果的影响如图4。

由图4可看出，随着温度升高，产品白度逐渐增大。但在温度升高到50℃以后，随温度升高，石英粉的漂白效果不明显。这是因为随着温度升高，酸与试样中的铁杂质反应速度加快；当温度为50℃，原料中铁杂质大部分已经与酸反应生成氯化物，另随着温度升高，氯化氢和氟化氢气体挥发较快，酸液中盐酸和氢氟酸含量降低，与石英中铁杂质反应的酸含量降低，试样中铁杂质的去除效果不明显，甚至在70℃后，铁杂质含量有升高的趋势。所以，当混合酸温度为50℃时，石英粉的漂白效果{zj0}，但是考虑到生产的方便，我们设置工艺的反应温度室温。

3.6还原剂用量对漂白效果的影响

根据笔者长期的经验，笔者在实验室配制了一种复合还原剂。一般来说，石英粉白度越低，所需药量越多，但不是越多越好，这因为过量药剂在水中分解，产生副产品而影响白度。所以，其用量应据试验确定。在室温下，控制酸液与石英粉的液固比为3，矿浆pH值为3左右，搅拌时间为40min，复合还原剂不同的用量对石英粉的漂白效果见图5。由图5，复合还原剂的用量为1.5%时，漂白效果{zj0}。

3.7 漂白的{zj0}工艺条件

综合上述试验，我们得出该工艺路线的{zj0}方案，即采用盐酸+氢氟酸，酸液与石英粉的液固比为3，矿浆pH值3左右，反应温度为50℃，搅拌漂白时间40min，复合还原剂用量1.5%，采用该{zj0}方案对表1中的石英粉进行综合试验，所得石英粉样品SiO₂含量达到99.68%，Fe₂O₃含量下降到0.08%，白度达到85.23%。

4  结论

采用酸浸法对宜州石英粉进行增白，经实验表明：酸液与石英粉的液固比、酸液组成、矿浆pH值、酸浸温度、搅拌时间以及复合还原剂用量都对漂白有较大影响，得出{zj0}的漂白工艺条件为：采用盐酸+氢氟酸，酸液与石英粉的液固比为3，矿浆pH值3左右，反应温度为50℃，搅拌漂白时间40min，复合还原剂用量1.5%，

通过试验，石英粉中的Fe₂O₃含量降低，白度提高，其SiO₂、Fe₂O₃含量及其白度均达到涂料、油漆、颜料及电子电工填料的质量的要求。

参考文献

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