无机矿物填料增白技术——煅烧增白
目前, 在涂料、塑料、造纸、油墨、电焊、搪瓷、日用化工等行业广泛应用各种白色颜料和填料,如钛白、白炭黑、高岭土、立德粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙等。通常, 湿化学合成产品白度高, 但存在成本高、不易分散等缺点,限制了其应用。天然矿物填料因成本较低而得到了广泛应用 ,但除用作黑色橡胶的填料等少数用途外, 白度通常是影响天然矿物填料产品性能、价格和企业经济效益的最主要因素之一。本文首先分析了影响天然矿物填料白度的主要因素 ,然后综述了目前无机矿物填料的增白技术, 希望为充分利用天然、低品位矿物原料提供借鉴。
1 影响矿物填料白度的主要因素
大部分无机矿物填料, 如高岭土、滑石、叶腊石、碳酸钙、硅灰石等 ,当其杂质含量很低时, 应该呈现矿物本身的白色。通常, 引起矿物白度降低的主要因素是杂质。依据杂质产出状态和性质可大致分成三类[ 1] :第一类是和矿物岩石一起沉积的有机质 , 称作有机炭 , 它将矿物岩石染成灰黑色。多数情况下, 炭质以机械混入物的形式混入其中 ,但在成岩过程中,部分炭质可能包裹在晶格中,给除炭造成一定的困难。第二类染色杂质是色素元素, 如 Fe 、Ti 、V 、Cr 、Cu 、M n 等, 一般情况下,Fe 和 Ti 是主要染色元素 ,赋存形式有 Fe2O3·nH2O 、FeO 、FeCO3 、FeSO4 、Fe2(SO4)3 、FeS2 、TiO2(金红石 、锐钛矿、板钛矿), 其他元素含量甚微, 对白度影响不大。第三类染色杂质是暗色矿物, 如黑云母、绿泥石等。暗色矿物在矿物岩石呈色中通常处于次要地位 ,因此,影响矿物岩石白度的主要因素是有机质、铁和钛等。
2 煅烧增白
高温煅烧是除炭增白的最佳方法。例如对煤系高岭土进行增白处理 , 有机质在高温下易于燃烧 , 煅烧可以除掉高岭土粉中绝大多数有机炭 , 使白度大大提高 , 因此, 煅烧是除去高岭土(岩)粉中有机炭最经济、有效的方法。
当有机质基本烧掉以后 , 影响白度的主要因素是铁、钛杂质, 特别是铁对白度的影响更大。虽然在还原气氛下煅烧可使 Fe3+转换成 Fe2+ , 削弱铁的呈色能力, 或在1300 ℃下煅烧使铁进入莫来石或尖晶石结构内, 削弱铁的呈色能力 , 但都未从根本上把铁除掉, 且前者产品易返黄 , 后者可能会改变矿物的结构及性能, 也失去其特有的应用价值。为了使矿物煅烧后, 既具有高的化学活性和很高的白度, 又保持原有的结构, 就必须在较低温度如 850 ℃以下将其增白。刘宇等[ 1] 在高岭土粉中加入两种添加剂 , 用量为高岭石粉的 1 %～ 2 %。煅烧的低温阶段 , 一种添加剂分解 , 改变炉内气氛 , 对高岭土粉直接漂白 ;在较高温度下 , 第二种添加剂分解, 并与铁反应, 生成的化合物在此温度下挥发, 把铁带走 , 起除铁漂白的作用。两种添加剂混合使用, 有明显的增白效果 , 例如焦作 325 目高岭土粉 , 在 780 ℃下直接煅烧白度为 78 ～ 80 , 加增白剂煅烧后 , 白度可达 94 , 可满足合成沸石、造纸涂料、油漆填料及电缆填料对白度的要求。
来源：中国粉体技术网