第35卷第4期硅酸盐通报Vol．35No．4

2016年4月BULLETINOFTHECHINESECEＲAMICSOCIETYApril，2016

伊利石酸浸除铁增白试验研究

王高锋，王珊，孙文，郑水林

（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京100083）

摘要：以承德某伊利石矿为原料，盐酸为浸取剂，进行酸浸除铁增白试验研究。考察了盐酸浓度、反应时间和反应温度对除铁增白效果的影响，设计了废酸回用技术路线。采用扫描电镜（SEM）、元素能谱分析（EDS）和X射线衍射（XＲD）等手段对样品进行表征，结果表明：盐酸酸浸除铁增白效果明显，且酸浸过程伊利石的微观形貌和晶体结构未发生变化。适宜的酸浸工艺条件为：盐酸浓度20wt%、反应时间2h、反应温度75℃，此条件下酸浸样品的Fe2O3含量由1．14%降至0．64%，白度由79．3%升高至88．4%。

关键词：伊利石；增白；酸浸中图分类号：TQ175文献标识码：A文章编号：1001-1625（2016）04-1301-05

ExperimentalＲesearchonBleachingofIllitebyAcidLeachingWANGGao-feng，WANGShan，SUNWen，ZHENGShui-lin（SchoolofChemicalandEnvironmentEngineering，ChineseUniversityofMiningandTechnology（Beijing），Beijing100083，China）

Abstract：IlliteorefromChengdewasusedasrawmaterial，hydrochloricacidasleachingagent，thebleachingofillitethroughacidleachingwasstudied．Theinfluenceofhydrochloricacidconcentration，reactiontimeandreactiontemperatureonthebleachingeffectofillitewereexplored，andtherecycletechnicalrouteofwasteacidwasdesigned．Thecharacterizationsofillitesampleswerecarriedoutbyscanningelectronmicroscopy（SEM），energydispersivespectrometer（EDS）andX-raydiffraction

（XＲD）．Theresultshowedthattheeffectofbleachingonillitebyhydrochloricacidleachingwassignificant，inaddition，themicrostructureandcrystalstructureofilliteduringleachingwasnotchanged．Theoptimumconditionsforleachingareasfollows：hydrochloricacidconcentration20wt%，reactiontime2handreactiontemperature75℃．Underthiscondition，theFe2O3contentoftheproductcanbe

decreasedfrom1．14%to0．64%andthewhitenessofillitecanbeincreasedfrom79．3%to88．4%．Keywords：illite；bleaching；acidleaching

作者简介：王高锋（1993-），男，博士研究生．主要从事无机非金属矿物材料方面的研究．通讯作者：郑水林，教授．

1引言

伊利石是一种高钾、富铝、比表面积大的层状含水硅酸盐类粘土矿物。伊利石的晶体结构属于2∶1型结

构单元层的二八面体型，即两个硅氧四面体夹一个铝氧八面体（T-O-T）组成的三层结构。晶体间发生晶格取代作用，铝原子取代硅氧四面体中的硅原子，Mg2+和Fe2+等取代八面体中的Al3+，使晶胞带负电，产生的负电荷由等量的K+来平衡。其理想化学组成为K0．75（Al1．75Ｒ）［Si3．5Al0．5O10］（OH）2，式中Ｒ2+代表二价金

属阳离子Mg2+和Fe2+等。该矿物单斜晶系，晶体细小，其粒径通常在1～2μm以下，肉眼不易观察，在电子显微镜下单体呈片状形貌，集合体呈不规则的鳞片状形貌。伊利石因其具有明亮、光滑、松软、耐热、绝缘性

DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2016.04.0551302试验与技术硅酸盐通报第35卷

能好、遮盖率高，且不具膨胀性和可塑性等特点，广泛应用于造纸业、陶瓷业、化妆品业、橡塑产业等领域。天

然伊利石矿成因复杂，通常含有铁、钛等染色杂质矿物及有机质，从而影响样品的白度及其应用性能。因此，伊利石矿的除铁增白显得尤为重要［1-3］。

伊利石矿常用的增白方法主要有还原增白、氧化增白、焙烧增白、着色增白以及酸浸增白等

［4，5］。还原

增白的实质是使伊利石黏土中难溶性的Fe3+还原成可溶性的Fe2+，而后洗涤除去，该法虽然成本低、

反应

快，但存在保险粉用量大、对环境污染重、工艺条件苛刻等缺点［6-8］；氧化增白和焙烧增白只能针对含有黄铁

矿或有机质的伊利石粘土，应用范围较窄［9，10］；着色增白引入其它物质，因而会降低伊利石纯度［11］；酸浸增

白法广泛应用于其它非金属矿物除铁增白，如云母、硅藻土、高岭土、硅微粉等［12，13］，但采用酸浸法对伊利石

进行除铁增白的研究报道较少。一方面，原因在于酸浸增白法会产生一定量的废酸，污染环境；另一方面，高

温和浓酸可能会对伊利石原始结构造成破坏［14］。针对上述研究现状，本研究主要考察盐酸浓度、反应时间

和反应温度对伊利石矿除铁增白效果的影响，并设计经济合理的废酸回用技术路线，同时采用扫描电镜分析和物相分析对酸浸前后伊利石样品微观形貌和晶体结构进行表征分析。

2实验

2．1原料

伊利石原矿由承德人和矿业有限公司提供，其化学组成见表1。从表1中可以看出，伊利石原矿的主要

化学成分为SiO2、Al2O3、K2O和Fe2O3，Al2O3含量较高，表明伊利石原矿中伊利石含量较高；铁是影响伊利石原矿白度的主要杂质元素，原矿白度为79．3%。该原矿的XＲD图谱如图1所示，由图谱可知，该原矿中的主要矿物成分为伊利石（90%左右），含有少量杂质矿物石英、斜发沸石、高岭石和微量杂质矿物纤铁矿、赤铁矿等，另外含有铁氧化物。因此，铁在伊利石黏土矿中主要以含铁矿物杂质和氧化物的形式存在，该氧化物可能为吸附于伊利石颗粒表面的微细粒晶质铁、表面铁质薄膜等，可用酸浸法除去；此外，还有一部分由于晶格取代作用以结构铁形式存在。2．2实验方法

准确称取10g伊利石原矿倒入500mL三口烧瓶中，加入40mL不同浓度盐酸，在设定的反应温度下搅拌反应一定时间，反应完后过滤、洗涤至滤液呈中性，样品置于105℃烘箱中干燥12h。打散、称重、检测白度和Fe2O3含量。2．3样品表征

采用DHF82多元素快速分析仪（湘潭市仪表有限公司）测量样品Fe2O3含量；采用DN-B2白度仪（杭州高新自动化仪表公司）测量样品白度；采用S-4800场发射扫描电子显微镜（日本日立公司）对样品进行形貌分析和能谱分析；采用D8-ADVANCEX射线粉末衍射仪（德国布鲁克公司）对样品进行物相分析。

表1伊利石原矿化学组成Tab．1Chemicalcompositionsofrawillite/wt%

CompositionSiO2Al2O3Fe2O3FeOK2OCaONa2OMgOLOITotal

Content53．5027．671．140．0367．770．640．751．255．2598．01

3结果与讨论

3．1盐酸浓度

采用不同浓度（5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%）的盐酸对伊利石原矿进行酸浸实验，反应温度为75℃，反应时间为1h，从而考察盐酸浓度对伊利石白度和Fe2O3含量的影响，试验结果见图2。由图2

可

知，随着盐酸浓度的增加，样品白度不断增加，Fe2O3含量不断降低，说明增加盐酸浓度能够提高除铁增白效果。在酸性条件下，含铁杂质矿物和铁的氧化物杂质中Fe2O3和FeO（OH）等易溶于酸，形成Fe2+和Fe3+经第4期王高峰等：伊利石酸浸除铁增白试验研究1303洗涤过滤可除去。盐酸浓度的增加使得溶液中H+浓度增加，反应体系中经历含铁杂质物质含量大于反应

所需H+浓度到H+浓度大于含铁杂质物质含量的转变，因此，盐酸浓度的增加有助于伊利石矿中含铁杂质

物质的浸出。但盐酸浓度过高，不仅增加生产成本，而且盐酸挥发加快，反而影响酸浸效果。综上所示，适宜的盐酸浓度确定为20wt%。

图1伊利石原矿的XＲD图

Fig．1XＲDpatternofrawillite

图2盐酸浓度对伊利石白度和Fe2O3含量的影响

Fig．2EffectofHClconcentrationonthewhitenessandFe2O3contentofillite

3．2反应时间

在不同反应时间（0．5h、1．0h、2．0h、4．0h）下，采用浓度为20wt%的盐酸对伊利石原矿进行酸浸实验，反应温度为75℃，从而考察反应时间对伊利石白度和Fe2O3含量的影响，试验结果见图3。由图3可知，

随

着反应时间的增加，样品白度逐渐增大并逐渐趋于稳定。样品Fe2O3含量随着反应时间的增大先降低后逐

渐趋于稳定，当反应时间大于2h后，样品白度和Fe2O3含量基本不再变化。随着反应时间的延长，盐酸与

影响伊利石矿白度的杂质物质接触时间更加充分，有助于杂质物质的浸出，因此，酸浸样品白度提高、Fe2O3

含量降低；当反应时间大于2h后，反应基本完全，因此，酸浸样品白度和Fe2O3含量逐渐趋于稳定。综上所

述，适宜的反应时间确定为2h。

图3反应时间对伊利石白度和Fe2O3含量的影响Fig．3EffectofthereactiontimeonthewhitenessandFe2O3contentofillite图4反应温度对伊利石白度和Fe2O3含量的影响Fig．4EffectofreactiontemperatureonwhitenessandFe2O3contentofillite

3．3反应温度

在不同反应温度（25℃、50℃、75℃、98℃）下，采用浓度为20wt%的盐酸对伊利石原矿进行酸浸实验，反应时间为2h，从而考察反应温度对样品白度和Fe2O3含量的影响，试验结果见图4。由图4可以看出，随着反应温度的升高，伊利石白度不断增大，Fe2O3含量不断降低，说明升高反应温度能够提高除铁增白效果。反应温度升高，一方面可使溶液中H+活性增加；另一方面也使得伊利石矿中影响白度的杂质物质变得活泼，易于与其它矿物分离，从样品中游离出来，或者导致杂质物质之间间隙增大，增加了溶液中H+与之接触