白云岩型滑石矿的化学提纯及性能表征

姜晓谦，马鸿文，李 歌

（中国地质大学材料科学与工程学院，北京 100083）

白云岩型滑石矿的化学提纯及性能表征

姜晓谦，马鸿文，李 歌

（中国地质大学材料科学与工程学院，北京 100083）

本试验以白云石型滑石矿为原料，采用盐酸酸浸法除去其中的碳酸盐矿物，继而采用过筛、连二亚硫酸钠漂白等方法提纯滑石。漂白过程中，试验因素影响最大的是反应时间，其次是搅拌条件、加水量、Na2S2O4加入量。其最佳漂白条件为：Na2S2O4加入量为1%、用水量为原矿的3倍、时间1h，不搅拌。运用差热—热重分析(DTA-TGA)分析得知滑石在1 000℃时发生脱羟反应；X-射线粉末衍射(XRD)分析表明：提纯后白云石及方解石全部除去，只有少许石英残留在滑石中；通过分析其扫描电镜(SEM)分析得知，滑石形貌呈片状， 尺寸在5～40μm之间。经测定滑石白度在90%以上，其各项指标均符合橡胶和化妆品优等品标准。

滑石；提纯；性能；白度

滑石(Mg3[Si4O10](OH)2)是一种具有层状构造的含水镁质硅酸盐矿物，具有良好的化学稳定性、柔软性，较高的电绝缘性、耐热性、高熔点、耐强酸碱性以及对油类强烈的吸附性[1]等，因而在涂料、造纸、塑料、聚合物、橡胶、化肥、杀虫剂、陶瓷、化妆品等行业得到了广泛的应用[2-5]。近年来随着工业生产的发展，国内外对滑石粉的细度、纯度和白度提出了越来越高的要求[6]。我国是世界上最大的滑石生产国、出口国和消费国[7]，但高品质滑石仍然供不应求[8-12]。如何提高高品质滑石的产量已成为近年来国内关注的重要问题。本试验以河南卢氏县滑石原矿为试验原料，采用盐酸酸浸法除去其中的碳酸盐矿物，继而采用过筛、连二亚硫酸钠漂白等方法提纯滑石，以期制备符合塑料填料和化妆品优等品的高品质滑石粉体产品。

1 试验

1.1 原料

试验用滑石原矿的化学成分见表1，激光粒度分析结果如图1，其粒径范围为0.363～549.541μm，d(0.5)为19.988μm ，颗粒较细且均匀，可直接用于实验。X-射线衍射分析结果如图2所示，其主要物相为滑石和白云石，另外含有少量石英和方解石。依据物质平衡原理，由滑石矿样的化学成分分析结果和主要物相，采用“相混合方程法”计算得滑石矿样中各矿物的含量(%)分别为：滑石39.06、白云石52.90、石英4.12、方解石0.97、磁铁矿0.43、其他矿物2.52。

表1 滑石原矿的化学成分分析结果(%)

图1 滑石原矿的粒度分布

图2 滑石原矿的X-射线衍射图谱

试验用盐酸、连二亚硫酸钠(Na2S2O4)均为化学纯级试剂，由北京化工厂生产。

1.2 试验原理

使用盐酸处理滑石原矿可以除去其中的碳酸盐矿物，从而达到提纯滑石的效果。其化学反应式为：

滑石矿中Fe3+易粘附在滑石表面从而使其白度降低，可以采用Na2S2O4除去滑石中Fe3+，其漂白机理为：Na2S2O4与Fe3+发生氧化还原反应，将Fe3+还原成Fe2+，从而过滤除去，化学反应式为：

1.3 试验过程

取20%的盐酸111g，将50g滑石缓慢倒入溶液中并不断搅拌，直到液体表面不再有气泡产生。过滤三次后取滤饼烘干得滑石提纯样。将其过200目筛除去大颗粒石英及杂质。设计正交试验，在滑石提纯样中加入Na2S2O4进行化学漂白，最后将得到的滑石粉体进行各项技术指标测试。

粒度分析：采用型号为Mastersizer 2000 的粒度分析仪。

差热分析：采用Q100差示扫描量热仪对滑石原矿的热稳定性进行测定，升温速率10℃/min。

X-射线衍射分析：用X-射线粉末衍射分析仪(型号为Philips X，Pert，Cu靶，工作电压40kV，工作电流40mA)对各物料进行分析。

扫描电镜分析：采用KYKY-2800型扫描电子显微镜，在低真空(100Pa)条件下对滑石原矿和提纯矿进行观察和微区成分分析。

白度分析：采用WSD-Ш型全自动白度仪测定。

2 结果与讨论

2.1 滑石的漂白

在滑石漂白试验中，考虑Na2S2O4加入量、加水量、反应时间及搅拌四个影响因素，设计正交试验并测得的漂白结果如表2所示，由极差大小可以看出，影响因素：时间＞搅拌＞加水量＞Na2S2O4加入量。根据均值可以判断，最佳漂白条件为：在50g酸浸后滑石矿中，Na2S2O4加入量0.5g、用水量为原矿的3倍、时间1h、不搅拌。滑石原矿测得白度为87.23%，经Na2S2O4漂白后，滑石的白度得到明显的提高，最佳条件可以将白度提高到90%以上，可达到优等品滑石的标准。

表2 滑石漂白正交试验所得白度结果

2.2 差热分析

图3为滑石提纯样的差热与热重图，上部的曲线为热重曲线，下部的曲线为差热曲线。由差热曲线可以看出，在约56℃有一个较小的吸热谷，对应的热重曲线降低了0.84%，可知反应不剧烈，可能由水分蒸发所致；在1 000℃时出现了一个很大的吸热谷，且热重曲线在946℃与1 038℃之间约失重4.7%。由于滑石结构破坏温度约为970℃，由脱羟作用引起[13]，可以判断，在约1 000℃滑石发生了脱羟反应。

图3 滑石提纯样的差热与热重分析

2.3 物相分析及显微形貌

图4是滑石原矿酸浸后样品的X-射线衍射图，通过对比滑石原矿的物相(图2)可以看出，白云石、方解石已全部除去，只剩下滑石和少量石英。表3滑石提纯样的化学全分析中，氧化钙的含量仅为0.98%，由于碳酸钙是白云石和方解石的主要组分，所以可以得出，碳酸盐几乎全部经酸浸除去。

图4 滑石提纯样的X-射线衍射图

表3 滑石提纯样的化学成分分析结果(%)

图5是滑石原矿(A)和滑石提纯样(B)的扫描电镜图，可以看到白云石晶体呈菱面体(图5A，d)，大块集合体呈粒状(图5A，D)。小块晶体尺寸为10μm左右，大块集合体约为30μm；滑石呈不规则片状，大部分平行叠交，尺寸在5～40μm之间(图5A，T)；滑石和白云石相互交插生长。由滑石提纯样可以看出(图5B)，图中几乎全部是片状滑石晶体，未发现呈菱面体或粒状的白云石，这与图4的XRD分析和表3的化学全分析结果相一致。

2.4 提纯后滑石矿的技术指标

表4为滑石提纯样品与橡胶、化妆品优等品标准的各项物化性能指标，通过各项数据对比可知滑石提纯样品已达到橡胶、化妆品优等品的各项技术指标。

图5 滑石原矿(A)和酸浸样(B)的SEM照片

表4 滑石提纯样品与橡胶、化妆品标准的对比

2.5 提纯滑石的产率

称取100g滑石原矿，经过盐酸酸浸、过筛及连二亚硫酸钠化学漂白等方法处理后得到的优质滑石粉体质量为36～37g，可得滑石的提纯率高于90%，几乎将原矿中的滑石全部提出。

3 结论

滑石形貌为不规则片状，大部分平行叠交，尺寸大小不等，与白云石交插生长。

采用盐酸酸浸法基本除去了滑石原矿中的碳酸盐矿物，只有少量石英颗粒残留。采用过筛、连二亚硫酸钠漂白等方法，除去了大部分的石英颗粒及Fe3+，提高了滑石的白度。提纯后的滑石粉体达到橡胶、化妆品优等品的各项技术指标。

采用该方法提纯滑石，滑石回收率高达90%。

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[10]贾岫庄.2003年我国滑石进出口回顾和展望[J].中国非金属矿工业导刊，2004(2)：59-61.

[11]贾岫庄.滑石市场新动向及其发展趋势[J].中国非金属矿工业导刊，2006(6)：54-57.

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[13]马鸿文.工业矿物与岩石(第2版)[M].北京：化学工业出版社，2005：320-338.

Chemical Purification and Characterization of the Dolomite-talc Ore

JIANG Xiao-qian, MA Hong-wen, LI Ge

(School of Materials Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

In this experiment, dolomite-talc ore was as the raw material, and hydrochloric acid was used to remove carbonate minerals in the dolomite-talc ore. Then sieving and Na2S2O4bleaching were adopted to purity the talc ore. In the process of bleaching,reacting time is the biggest factor to influence the experiment result and the following are stirring, the amounts of water, the quantities of Na2S2O4, respectively. The optimum bleaching conditions are: amounts of Na2S2O4with 1%, amounts of water with 3 times, react time with 1h, and no stirring. The DTA-TGA result shows that dehydrogenation of talc occurs at 1 000℃. The XRD and SEM results show that the talc mostly exists in the shape of flake with a small amount of quartz remained after purification. The brightness is above 90%. It accords with the first-class standards of rubbers and cosmetics.

talc; purification; performance; brightness

TD875.3；TD925.6

A

1007-9386(2011)06-0022-03

2010-08-10