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白色矿物填料光泽的改进白色矿物填料光泽的改进张国荣

2022年06月27日

白色矿物填料光泽的改进,白色矿物填料光泽的改进

本发明涉及一种改进天然白色矿物填料白度和光泽，使之成为有用颜料或填料的方法。天然白色矿物颜色差的最常见的原因是矿物表面存在着三价铁离子，使矿物染上了淡黄色或橙黄色。色污染的进一步原因是存在着与矿物伴生的有机物许多年来我们已经知道，白色矿物的颜色和光泽能通过用还原性漂白剂来处理矿物而得以改进，如用硫酸的盐类，特别是酸式硫酸或称之为连二亚硫酸的盐类。尤其是在处理高岭土的典型过程中，连二亚硫酸钠盐或锌盐得到了广泛的应用。这样处理的作用是降低矿物表面的三价铁离子的含量，并使矿物晶格中的三价铁离子尽可能还原成色泽较浅的二价状态。由于二价铁离子比三价铁离子更易溶于水，尽可能从矿物晶格上除去二价铁离子是我们所期望的。因为存在的残余的二价铁离子暴露在空气中，可能会再次被氧化为三价状态。如果矿物仅仅相对轻微地被铁离子染色并仅仅轻微地污染，所知的应用连二亚硫酸盐的方法是有效的，但如果污染严重，且矿物有明显的黄色或橙色，那么为了改进矿物白度达到一个令人满意的水平，将需要非常大量的连二亚硫酸盐。连二亚硫酸盐的漂白作用是由于发生了如下类型化学作用： S2O42-+2Fe3++2H2O→2HSO3-+2H++2Fe2+ 这里一个连二亚硫酸盐的离子需要贡献一个电子给两个分开的三价铁离子中的一个以便三价铁离子还原为二价铁离子。包含了由低氧化态过渡金属离子和络合剂形成的络合物的还原剂在本专业领域中称作"LOMI"试剂。通常LOMI试剂不仅包含其低氧化态过渡金属离子，也有适当的络合剂，以增加需除去的还原金属离子在水中的溶解度。根据本发明提供的一个改进天然矿物材料的白度和光泽的方法，以便改进其作为颜料或填料时的作用。该方法是在这类矿物的水悬浮液中通过低氧化态过渡金属离子和络合剂的综合作用进行处理。这种低氧化态过渡金属离子和络合剂形成络合还原剂，能够对影响矿物颜色的表面起到组分还原的作用。络合剂也保留在溶剂中，新还原后的组分从矿物表面被溶出。这种矿物可以是一种白色矿物，所谓白色矿物指的是，实际上是从任何非白色矿物中分离出来的纯净态矿物。例如这种矿物可以是一种类似于kandite类的白土矿，包括纯高岭土、地开石、珍珠陶土和多水高岭土；或是蒙脱石类的白土矿，包括膨润土、蒙脱石、锂蒙脱石、贝得石和皂石。换言之，这种矿物可以是一种碱金属碳酸盐或硫酸盐矿物，例如：白垩、大理石、白云石、石膏或硫酸钡体质颜料，或一种硅酸盐矿，例如：滑石、云母或硅灰石。本发明尤其适用于被铁或其它过渡金属严重污染的天然矿物。所谓"低氧化态过渡金属离子"指的是相对于在水溶液中被空气氧化的通常的稳定的过渡金属离子来说氧态较低的过渡金属离子。虽然在理论上说，任何低氧化态过渡金属离子都适用，但实际上，已发现优选的是Fe2+、Cr2+和V2+。低氧化态过渡金属离子与一种合适的络合剂联合使用，从而更有效地把离子引入水溶液中。这些引入的离子的高氧化状态是造成矿物质内变色杂质颜色的主要原因。适用的络合剂如乙二胺四醋酸、柠檬酸、皮考啉酸、氮川三乙酸、2-6二羧基吡啶以及2，2-双吡啶基。而实际已发现，天然络合剂与特别低氧化态的金属离子混合使用最有效。例如：已发现Fe2+和乙二胺四醋酸；Cr2+(二价铬离子)和2，2-双吡啶基，以及V2+和皮考啉酸之间形成的络合物是特别有效的。选择低氧化态过渡金属离子和络合剂以便能够形成一种化合作用，可充分有效地实现所期望的快速还原作用，比如在室温下大约1/2到3小时，或高温下大1到30分钟。络合还原剂最好是一种"一个电子"的还原剂，即能转移单一电子而不是多个电子的还原剂。就此而论，PH值也是重要的，为此在用低氧化态金属离子络合物处理期间，矿物质所悬浮的水性介质的PH值最好维持在大约1~3之间。要达到所要求的改进的矿物质的白度，低氧化态金属离子络合物的数量通常为每千克干矿物所需低氧化态金属离子0.1~2.0ml。每千克干矿物所需低氧化态金属离子的由以下公式求得，如用量过多，多数情况下没什么益处。 W为每千克干矿物所需低氧化态金属离子的摩尔数，M为矿物表面存在的变色氧化物或氢氧化物的分子量，P是存在于矿物表面的氧化物或氢氧化物的重量百分比。例如，如果矿物表面上有5%Fe2O3,其分子量160g，那么每千克干矿物所需的低氧化态金属离子摩尔数为0.32。在Fe2+和乙二胺四醋酸形成的络合物的情下，当Fe2+与乙二胺四醋酸的克分子比为1.25:1到2.75:1范围时，特别是其克分子比在1.5:1~2.0:1时，对包含在矿物质中变色杂质中的Fe3+离子起到了最佳的还原作用。按照本发明，矿物处理之后要脱水，例如通过过滤，并干燥。回收的水包含了络合剂和过渡金属离子，可再循环使用，当然为了获得满意的结果这些组分还需要补充直到达到所需的量。