專利名稱：一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非金屬礦產(chǎn)加工領(lǐng)域，具體涉及一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法。
背景技術(shù)：
高嶺土成分主要以高嶺石為主，其理想化學(xué)式為=Al2O3.2Si02.2H20它是一種1:1型層狀硅酸鹽。具有可塑性，粘結(jié)性，耐火性，絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性等。它是一種性能優(yōu)良的工業(yè)礦物，具有獨特的性能，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及造紙、陶瓷、石油化工、涂料、熟料、橡膠、化纖、耐火材料等行業(yè)。白度是高嶺土工藝性能的主要參數(shù)之一，純度高的高嶺土為白色。高嶺土白度分自然白度和煅燒白度。純凈的高嶺土呈現(xiàn)高嶺礦物本身的白色，然而自然界中產(chǎn)出的高嶺土，往往因含有一些著色雜質(zhì)而影響其自然白度。引起高嶺土白度降低的主要因素是有機碳，色素元素(如Fe，Ti，V，Cr, Cu，Mn等)和黑云母，綠泥石等暗色礦物。其中鐵和鈦是影響高嶺土白度的主要因素，在很大程度上影響了其物理性能以及深加工后所得產(chǎn)品的質(zhì)量，限制了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，已成為高嶺土加工業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，拓展市場的主要障礙。因此，提聞聞嶺土白度已成為 國內(nèi)外研究的熱點和難點。目前高嶺土除鐵增白的方法主要有物理增白、化學(xué)增白和煅燒增白等。其中煅燒增白的方法包括:(I)氯化焙燒法，J.A.Gonzalez等人(J.A.Gonzalez et al.Bleaching of kaolins and clays by chlorination of iron and titanium.AppliedClay science，2006，33:219-229)提出了采用高溫下通氯氣的方法，從不同的粘土和高嶺土礦物中去除鐵、鈦雜質(zhì)。他們由實驗得到了高溫氯化漂白粘土的最佳優(yōu)化條件，并且在此條件下的除鐵效率非常高。這種方法的缺點是通入的氯氣對環(huán)境污染較大，所以未能在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。(2)添加增白劑煅燒法，添加增白劑煅燒法是指在高嶺土煅燒過程中添加增白劑與高嶺土發(fā)生作用從而提高高嶺土白度。中國專利02143657公開了一種高嶺土煅燒加工生產(chǎn)工藝，采用精煤、硫酸鈉和氯化鈉按重量10:0.3:0.2組成的混合物為增白劑，白度可達到90% ;潘琳(煤系硬質(zhì)高嶺土煅燒增白研究[J].礦冶工程2003.08:4(23))以陜西某地煤系高嶺土為試樣，添加3%的鋸木屑和NaCl作增白劑在1000°C煅燒2h，試樣煅燒白度達到了 90% ;李薇薇等人(云南軟質(zhì)高嶺土煅燒增白研究，M&P化工礦物與加工2006，7)，添加NaCl作為增白劑進行煅燒除鐵。NaCl的增白作用主要是通過物料中的其他組分使其分解而得的Cl2和HCl來實現(xiàn)的，除鐵的基本反應(yīng)如下:
FeO + Cl2 — FeCl2 + 1/2 O2l/3Fe203 + Cl2 — 2/3FeCl3 + 1/202
又如戴瑾(鐵染高嶺土的漂白及煅燒增白工藝研究[D].廈門大學(xué)，2009:6)采用添加NH4Cl進行煅燒除鐵，除鐵的基本反應(yīng)如下:
NH4Cl — NH3 +HCl Al (OH) 3+HC1 — 2A1C13+H20A1C13+1.502 — a-Al203+3Cl2
FeO + Cl2 — FeCl2 + 1/2 O2
l/3Fe203 + Cl2 — 2/3FeCl3 + l/202
高溫下Cl2與Fe3+和Fe2+生成FeCl2及FeCl3以氣態(tài)形式除去。這些反應(yīng)過程中都會伴有HC1，C12或NH3的生成。HC1，C12和NH3都屬于有毒有害氣體，并且具有腐蝕性，造成高嶺土的增白操作環(huán)境差，存在人員傷害危險及環(huán)境問題。并且在實際生產(chǎn)中對設(shè)備的腐蝕也相當(dāng)嚴重。另外，化工添加劑如NH4Cl具有化學(xué)不穩(wěn)定性，暴露在空氣中易氧化分解，也易吸收空氣中的水分而變質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，以天然生物質(zhì)原材料作為增白劑對高嶺土進行煅燒除鐵，節(jié)能環(huán)保，工藝簡單，增白效果好?！N利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
(1)將高嶺土粉末與天然生物質(zhì)原材料粉末混合均勻，其中天然生物質(zhì)原材料的量為高嶺土原礦質(zhì)量的(5-7) wt% ； (2)將步驟(I)所得混合物在大于等于900°C的溫度下煅燒，煅燒時間大于等于2h，冷卻后得到增白的偏高嶺土。按上述方案，所述步驟(2)的煅燒過程采用程序升溫，以10°C /min的升溫速率升至300°C，再以20°C /min 的升溫速率升至煅燒溫度。按上述方案，所述高嶺土為云南高嶺土，按重量百分比計，鐵含量1.05wt%，鈦含量
0.llwt%，原礦白度為64%。按上述方案，所述高嶺土粉末的粒度小于325目，天然生物質(zhì)原材料粉末的粒度小于等于200目。按上述方案，所述天然生物質(zhì)原材料是樹木和采伐加工剩余物、秸桿和農(nóng)業(yè)剩余物中的一種或幾種。按上述方案，所述樹木和采伐加工剩余物主要是各種樹木的樁、枝、根、葉等以及刨花、木屑、碎木等林業(yè)加工廢棄物等資源。按上述方案，所述秸桿和農(nóng)業(yè)剩余物主要是農(nóng)作物的秸桿、草類、殼類以及農(nóng)副產(chǎn)品加工過程中的廢渣。按上述方案，所述農(nóng)業(yè)剩余物為稻殼、麥桿、稻草中的一種或幾種。本發(fā)明旨在提供一種天然利用生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，用天然生物質(zhì)原材料增白劑來替代化工添加劑，減少高嶺土增白過程中的增白成本和對環(huán)境的污染及設(shè)備的腐蝕，相較于傳統(tǒng)的化工添加劑，天然生物質(zhì)原材料也可以起到增白偏高嶺土的作用。增白原理如下:天然生物質(zhì)原材料均含有纖維素，纖維素是多糖類化合物，含有具有還原作用的醛基。在低溫條件下，主要是醛基與三價鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)。而在高溫低氧的環(huán)境下，天然生物質(zhì)原材料被碳化，產(chǎn)生還原氣氛，在還原氣氛的作用下，有色的三價鐵被還原為無色的二價鐵，并且高溫條件之下，高嶺土晶格無序化增高，晶格出現(xiàn)大量空位缺陷，二價鐵進入高嶺土的結(jié)構(gòu)中，形成了穩(wěn)定的固溶體而不顯色，脫離高溫低氧條件后，還原反應(yīng)不可逆，故煅燒土即使處于氧化環(huán)境中白度也不再下降。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(1)處理工藝簡單，增白效果好，操作安全，無污染，易工業(yè)化生產(chǎn)；
(2)天然生物質(zhì)原材料作為增白劑在煅燒過程中生成產(chǎn)物為CO2和水，易于處理，對設(shè)備腐蝕性小，沒有HC1，Cl2或NH3的生成，對環(huán)境無污染，操作安全；
(3)使用的天然生物質(zhì)原材料為麥桿、稻殼、樹葉等廢棄物，屬于廢物利用，節(jié)能環(huán)保，成本相當(dāng)?shù)土啾戎?其價格優(yōu)勢十分明顯,并且對存儲,運輸?shù)臈l件要求不高。以天然生物質(zhì)原材料為添加劑，不論是增白效果，還是其實用性、處理成本以及產(chǎn)物的環(huán)境友好性方面，都具有諸多優(yōu)勢。


圖1是高嶺土原礦的XRD圖譜。圖2是900°C煅燒2小時后偏高嶺土的XRD圖譜。具體實施方法
為了更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合實例進一步闡明本發(fā)明內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。對比例1:
稱取15g粒度小于32 5目的高嶺土粉末倒入坩堝蓋上坩堝蓋，以10°C /min的升溫速率升至300°C，再以20°C /min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到偏高嶺土，該偏高嶺土的白度為69.59%，未添加天然生物質(zhì)原材料以及其他增白添加劑。對比實例2:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.75g NaCl粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到偏高嶺土。該方法將偏高嶺土煅燒白度從對比例I的69.59%增加到85.63%，增加了 16.04個
百分點。對比實例3:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.75g NH4Cl粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到偏高嶺土。該方法將偏高嶺土煅燒白度從對比例I的69.59%增加到85.35%，增加了 15.76個
百分點。盡管對比例2和對比例3所得到的偏高嶺土的白度也能達到85%，但是這些反應(yīng)過程中都會伴有HC1，Cl2或NH3的生成。HC1，Cl2和NH3都屬于有毒有害氣體，并且具有腐蝕性，造成高嶺土的增白操作環(huán)境差，存在人員傷害危險及環(huán)境問題。并且在實際生產(chǎn)中對設(shè)備的腐蝕也相當(dāng)嚴重。另外，化工添加劑如NH4Cl具有化學(xué)不穩(wěn)定性，暴露在空氣中易氧化分解，也易吸收空氣中的水分而變質(zhì)。實施例1:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.75g干燥打散后的稻殼粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°c/min的升溫速率升至300°C，再以20°C/min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。圖1是高嶺土原礦的XRD圖譜，主要含有高嶺石、伊利石、石英；圖2是900°C煅燒2小時后偏高嶺土的XRD圖譜，偏高嶺土呈非晶態(tài)。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加到 88.15%，增加了 18.56個百分點。實施例2:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.4g干燥打散后的稻殼粉末，0.5g干燥打散后的碎木粉末，將三者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°C /min的升溫速率升至300°C，再以20°C /min的升溫速率升至1000°C，在1000°C的高溫下煅燒3小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的89.16%，增加了 19.57個百分點。實施例3:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.5g干燥打散后的木屑粉末，0.2g干燥打散后的稻草粉末和0.35g干燥打散后的樹葉粉末，然后將四種原料倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°C /min的升溫速率升至300°C，再以20°C /min的升溫速率升至900°C，在9000C的高溫下煅燒4小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加至Ij 88.75%，增加了 19.16個百分點。實施例4:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.75g干燥打散后的稻草粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°C/min的升溫速率升至300°C，再以20°C/min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加至Ij 87.22%，增加了 17.63個百分點。實施例5:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.9g干燥打散后的碎木粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°C /min的升溫速率升至300°C，再以20°C /min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加到88.75%，增加了 19.16個百分點。實施例6:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，1.05g干燥打散后的麥桿粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°c/min的升溫速率升至300°C，再以20°C/min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加至Ij 88.74%，增加了 19.15個百分點。實施例7:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.75g干燥打散后的樹葉粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°C/min的升溫速率升至300°C，再以20°C/min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。
本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加至Ij 89.18%，增加了 19.59個百分點。實施例8:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，0.9g干燥打散后的樹葉粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°C /min的升溫速率升至300°C，再以20°C /min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加至Ij 89.59%，增加了 20個百分點。實施例9:
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟:
稱取15g粒度小于325目的高嶺土粉末，1.05g干燥打散后的樹枝粉末，將兩者倒入坩堝中混合均勻，蓋上坩堝蓋，以10°C/min的升溫速率升至300°C，再以20°C/min的升溫速率升至900°C，在900°C的高溫下煅燒2小時，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本方法通過添加天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，將偏高嶺土的白度從對比例I的69.59%增加至Ij 88.75%，增加了 19.16個百分點。綜上所述本發(fā)明在無任何破壞和污染的情況下其增白效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)添加劑，與此類似的生物質(zhì)原材料都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一舉實施例。
權(quán)利要求
1.一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于它包括以下步驟: (1)將高嶺土粉末與天然生物質(zhì)原材料粉末混合均勻，其中天然生物質(zhì)原材料的量為高嶺土原礦質(zhì)量的(5-7) wt% ； (2)將步驟(I)所得混合物在大于等于900°C的溫度下煅燒，煅燒時間大于等于2h，冷卻后得到增白的偏高嶺土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述高嶺土原礦為云南高嶺土，鐵含量1.05wt%，鈦含量0.llwt%，原礦白度為64%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述高嶺土粉末的粒度小于325目，天然生物質(zhì)原材料粉末的粒度小于等于200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述天然生物質(zhì)原材料是樹木和采伐加工剩余物、秸桿和農(nóng)業(yè)剩余物中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種天然利用生 物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述秸桿和農(nóng)業(yè)剩余物是農(nóng)作物的秸桿、草類、殼類以及農(nóng)副產(chǎn)品加工過程中的廢渣的一種或幾種按任意比例的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種天然利用生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述農(nóng)業(yè)剩余物為稻殼、麥桿、稻草中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種天然利用生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述樹木和采伐加工剩余物是各種樹木的樁、枝、根、葉以及林業(yè)加工廢棄物中的一種或幾種按任意比例的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種利天然用生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述林業(yè)加工廢棄物是刨花、木屑、碎木中的一種或幾種按任意比例的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然利用生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，其特征在于所述步驟(2)的煅燒過程采用程序升溫，以10°C /min的升溫速率升至300°C，再以200C /min的升溫速率升至煅燒溫度。
全文摘要
一種利用天然生物質(zhì)原材料提高偏高嶺土白度的方法，它包括以下步驟(1)將高嶺土粉末與天然生物質(zhì)原材料粉末混合均勻，其中添加天然生物質(zhì)原材料的量為高嶺土原礦質(zhì)量的(5-7)wt%；(2)將步驟(1)所得混合物在高溫下煅燒2h以上，冷卻后得到增白的偏高嶺土。本發(fā)明以天然生物質(zhì)原材料作為增白劑，在煅燒過程中生成產(chǎn)物為CO2和水，易于處理，對設(shè)備腐蝕性小，沒有HCl，Cl2或NH3腐蝕性氣體的生成，對環(huán)境無污染，操作安全，增白效果好。
文檔編號C01B33/40GK103193241SQ20131008996
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者周春宇, 肖國琪, 嚴春杰, 陳宇婷, 王洪權(quán), 馬玉南, 仇秀梅, 孫奇 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢), 云南天鴻高嶺礦業(yè)有限公司