CN108423700A - 一种利用dcs去杂增白重质碳酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用DCS去杂增白重质碳酸钙的方法，将重质碳酸钙样品加入稀硫酸溶液中，调节pH值并搅拌，获得浆料；向所得浆料中加入Na2S2O4，搅拌下进行氧化还原反应，然后加入柠檬酸钠进行络合，络合结束后过滤、洗涤并干燥，即得去杂增白重质碳酸钙。本发明将致黑元素主要为Fe、Mn、Zn等，含铁量约为0.20％，白度值为85％的重质碳酸钙经DCS法除杂，白度值提高至93～97％，满足了业内标准经过本发明处理后的重钙粉原料，白度值得到大幅度提高，应用范围更加广泛。

Description

一种利用DCS去杂增白重质碳酸钙的方法
技术领域
本发明涉及一种利用DCS去杂增白重质碳酸钙的方法。
背景技术
重质碳酸钙，简称“重钙”，是由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成，是常用的粉状无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好等优点。重质碳酸钙常含有硫铁矿、闪锌矿、石英等杂质矿物，使其变黑，难以直接应用于白色涂料或其他工业领域。
重钙粉主要应用于橡胶行业，塑料行业，油漆行业，水性涂料行业，造纸行业，建筑行业，防火天花板行业等。白度是重钙粉品质的重要指标，因含有其它金属元素呈现出淡红等许多颜色，从而影响矿物材料的使用性能，利用率下降。
矿物增白方法主要有物理法和化学法。物理法主要由机械粉碎法，磁选除铁法，浮选法组成。物理法虽然处理的量大，工序简单，但设备投资大，维护成本高，对于含量低的杂质矿物，例如铁的分离效果不明显，甚至对于晶格铁都无法分离。化学除铁就是用化学药剂选择性溶解掉物料中的含铁矿物，然后通过一系列手段除去的方法，化学除铁法主要由酸浸法，氧化法等组成。其中王高锋等人在《伊利石酸浸除铁增白试验研究》中采用不同浓度的盐酸去除伊利石铁元素进行增白，白度有了一定的提升，但酸浸增白法会产生一定量的废酸，污染环境，所以必须对废酸进行回收利用；张乾等人采用氧化法在《双氧水和次氯酸钠联合氧化漂白高岭土工艺研究》中提到用双氧水和次氯酸钠联合漂白高岭土，白度得到提高，但氧化法只是针对含有黄铁矿或有机质的矿物，应用受到极大的限制，且该工艺漂白时间较长。但是化学法于物理法比较而言，化学法除杂效果更明显，得到的产品更优质。
通过调研可知，柠檬酸钠，草酸，聚磷酸盐等在化学上是优良的螯合剂，对金属离子Fe2+有很好的络合能力，方便后续的洗涤，我国多采用草酸作为络合剂；连二亚硫酸钠具有三价态的硫，能够发生氧化还原反应，可以把Fe2O3中的Fe3+还原成Fe2+，使其易于溶出。但上述除杂机理值得商榷，针对不同矿区的重质碳酸钙，其杂质元素赋存状态及矿物组成有所不同，单纯认为是还原反应，未必有些武断。Deb在1950年提出了Na2S2O4-乙酸钠-酒石酸钠(PH 5～6)和Na2S2O4和水(pH3.5)去除粘土中的铁含量，给出了可借鉴的方法(J.SoilSei.,vol1,pp.212-220)；Aguilera与Jackson于1953年在Iron oxide removal fromsoils and clays一文中提出用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB方法)去除粘土矿物铁杂质的方法，之后于1956年为稳定pH值，对其进行改进，由NaHCO3替换了NaOH，并且对该过程进行了详细的描述(Jackson,1956,pp.57-58)。
为了增加重钙粉的白度，本发明根据影响重钙粉白度的因素，结合已有的实验条件，对染色物质的含量进行降低处理，提高重钙粉的白度，并找出最佳的增白方法。
发明内容
本发明旨在提供一种利用DCS去杂增白重质碳酸钙的方法，经过本发明处理后的重钙粉原料，白度值得到大幅度提高，应用范围更加广泛。
本发明中，DCS是指连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-硫酸。
本发明利用DCS去杂增白重质碳酸钙的方法，包括如下步骤：
步骤1：将250g重质碳酸钙样品加入稀硫酸溶液中，调节pH值并搅拌，获得浆料；
步骤2：向步骤1所得浆料中加入Na2S2O4，搅拌下进行氧化还原反应；
步骤3：向步骤2的反应体系中加入柠檬酸钠进行络合，络合结束后过滤、洗涤并干燥，即得去杂增白重质碳酸钙。
步骤1中，稀硫酸溶液的浓度为0.4-0.6mol/L，重质碳酸钙样品与稀硫酸溶液的质量体积比为1g:2mL。
步骤2中，氧化还原反应的反应温度为80-100℃，反应5-7min后向反应体系中添加柠檬酸钠。
步骤2中，Na2S2O4的添加量为2-4g。
步骤3中，添加柠檬酸钠后将反应体系的温度降至室温，搅拌反应1h进行络合。
步骤3中，柠檬酸钠的添加量为3g-14g。
白度的测定：将处理前后的样品压制成表面平整，无裂痕的试样板，在白度仪上测试，得到其白度值，进行比较。
本发明基于前人的研究，将Jackson的DCB方法引入到重质碳酸钙体系，并采用更为廉价的H2SO4替代NaHCO3，提出了DCS法去除铁、锰、锌等杂质的方法。结果表明：DCS方法可以大大增加重钙粉的白度，相对于Deb方法，本发明由于添加柠檬酸钠进行络合，减少了反黄机率，相对于Jackson的方法，本发明过程更加简单易操作，处理量加大。另外，赵路军在其专利CN1544535中提到通过化学方法处理氢氧化钙悬浮液或碳酸钙熟料浆，去除浆液呈色剂，提高白度的方法，但是该法提高的幅度仅有2～6个百分点。而本发明方法提高约8～12个百分点；2003年德鲁蒙德在其专利CN1170394中提到在碳酸钙料浆中加入铁螯合剂，二氧化碳调节pH值，高温下降低铁含量的方法，该法仅仅只适用于碳酸钙提纯，且无法降低其他杂质，本发明中的方法除了提纯碳酸钙，也适用于膨润土、高岭土等，且对其他杂质都有一定程度的降低；张深强专利CN102730734A中通过化学合成方法提纯的碳酸钙，但是该方法与本发明相比较，工艺流程复杂，成本较高，只能应用于碳酸钙提纯。
本发明将致黑元素主要为Fe、Mn、Zn等，含铁量约为0.20％，白度值为85％的重质碳酸钙经DCS法除杂，白度值提高至93～97％，满足了业内标准经过本发明处理后的重钙粉原料，白度值得到大幅度提高，应用范围更加广泛。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明提供的原料重钙粉成本低廉，是常用的粉状无机填料。
2、以连二亚硫酸钠为还原剂、柠檬酸钠为络合剂，过程简单易操作，易于工业化生产。
3、本发明以较低廉的价格较简单的工艺对重质碳酸钙进行除杂增白，得到的产品满足了行业标准。
附图说明
图1为重质碳酸钙除致黑元素增白的流程图。
图2为实施例6的重钙样品与原矿的XRD对比图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例利用DCS去杂增白重质碳酸钙的方法如下：
1、将250g重质碳酸钙样品按照质量体积比1g:2mL的比例加入0.55mol/L的稀硫酸溶液中，调节pH值并搅拌，获得浆料；
2、向步骤1所得浆料中加入2g Na2S2O4，水浴80℃下搅拌反应5min；
3、向步骤2的反应体系中加入6g柠檬酸钠，将反应体系的温度降至室温，搅拌反应1h进行络合，络合结束后过滤、洗涤并干燥，即得去杂增白重质碳酸钙，测试白度。
实施例2：
本实施例的制备过程同实施例1，不同的是Na2S2O4的添加量为4g。
实施例3：
本实施例的制备过程同实施例1，不同的是Na2S2O4的添加量为6g。
实施例4：
本实施例的制备过程同实施例1，不同的是Na2S2O4的添加量为8g。
实施例5：
本实施例的制备过程同实施例1，不同的是Na2S2O4的添加量为4g，柠檬酸钠的添加量为3g。
实施例6：
本实施例的制备过程同实施例1，不同的是Na2S2O4的添加量为4g，柠檬酸钠的添加量为14g。
实施例7：
本实施例的制备过程同实施例1，不同的是Na2S2O4的添加量为4g，柠檬酸钠的添加量为14g，水浴温度为100℃。
实施例8：
本实施例的制备过程同实施例1，不同的是Na2S2O4的添加量为4g，柠檬酸钠的添加量为14g，水浴温度为60℃。
重钙样品白度值对比表
原矿 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
85.06 93.31 93.12 94.16 93.43 93.95 96.84 93.71
通过上述实施例所测结果比较可知，本发明无论何种条件对该种类型的重质碳酸钙的增白都有显著的效果，提高了8％～12％，均满足行内标准，其中通过实施例1、2、3、4可知，Na2S2O4量少时，由于其易于分解，且一部分与水作用，不足以充分还原原矿物中Fe元素的含量，除铁率偏低，Na2S2O4量多时，多余的连二亚硫酸钠易生成S单质，影响除铁效果，结合生产经济的实际，250g重钙粉约2g连二亚硫酸钠即可；实施例6、7、8对比，随着温度升高，增白效果显著，原因是低温下Fe2O3的化学活性较低、温度升高，化学活性得到相对提高，相应地降低范德华力，增大还原剂与Fe2O3的反应几率。由图2可知，经过处理后的样品结晶度不受影响。
虽然本文已详细列出了本发明的多个示例性实施例，但是，该领域的技术人员仍可根据本发明公开的内容进行改进，替换。因此，所有这些其他变型或修改均被本发明覆盖在其范围之内。

Claims (7)

1.一种利用DCS去杂增白重质碳酸钙的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：将250g重质碳酸钙样品加入稀硫酸溶液中，调节pH值并搅拌，获得浆料；
步骤2：向步骤1所得浆料中加入Na2S2O4，搅拌下进行氧化还原反应；
步骤3：向步骤2的反应体系中加入柠檬酸钠进行络合，络合结束后过滤、洗涤并干燥，即得去杂增白重质碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤1中，稀硫酸溶液的浓度为0.4-0.6mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
重质碳酸钙样品与稀硫酸溶液的质量体积比为1g:2mL。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2中，氧化还原反应的反应温度为80-100℃，反应5-7min后向反应体系中添加柠檬酸钠。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2中，Na2S2O4的添加量为2-4g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤3中，添加柠檬酸钠后将反应体系的温度降至室温，搅拌反应1h进行络合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤3中，柠檬酸钠的添加量为3g-14g。
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CN109179474A (zh) * 2018-11-27 2019-01-11 吉林大学 一种通过so2气相还原法对重钙进行增白的方法

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