Cu proprietăți fizice și chimice speciale, caolinul este o resursă minerală nemetalică indispensabilă în ceramică, fabricarea hârtiei, cauciuc, materiale plastice, materiale refractare, rafinarea petrolului și alte domenii industriale, agricole și de apărare națională din domeniul tehnologiei de vârf. Albul caolinului este un indicator important al valorii sale de aplicare.
Factorii care afectează albul caolinului
Caolinul este un tip de argilă cu granulație fină sau rocă argiloasă, compusă în principal din minerale caolinice. Formula sa chimică cristalină este 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. O cantitate mică de minerale neargiloase sunt cuarțul, feldspatul, mineralele de fier, titanul, hidroxidul și oxizii de aluminiu, materia organică etc.
Structura cristalină a caolinului
Conform stării și naturii impurităților din caolin, impuritățile care cauzează scăderea albului caolinului pot fi împărțite în trei categorii: carbon organic; elemente pigmentare, cum ar fi Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn etc.; minerale închise la culoare, cum ar fi biotitul, cloritul etc. În general, conținutul de V, Cr, Cu, Mn și alte elemente din caolin este mic, ceea ce are un efect redus asupra albului. Compoziția minerală și conținutul de fier și titan sunt principalii factori care afectează albul caolinului. Prezența lor nu numai că va afecta albul natural al caolinului, ci va afecta și albul calcinat. În special, prezența oxidului de fier are un impact negativ asupra culorii argilei și îi reduce strălucirea și rezistența la foc. Și chiar dacă cantitatea de oxid, hidroxid și oxid hidratat al oxidului de fier este de 0,4%, este suficientă pentru a da sedimentului de argilă o colorare de la roșu la galben. Acești oxizi și hidroxizi de fier pot fi hematit (roșu), maghemit (roșu-brun), goethit (galben-brun), limonit (portocaliu), oxid de fier hidratat (roșu-brun) etc. Se poate spune că îndepărtarea impurităților de fier din caolin joacă un rol extrem de important în o mai bună utilizare a caolinului.
Starea de prezență a elementului fier
Starea de prezență a fierului în caolin este principalul factor care determină metoda de îndepărtare a fierului. Un număr mare de studii consideră că fierul cristalin sub formă de particule fine este amestecat în caolin, în timp ce fierul amorf este acoperit pe suprafața particulelor fine de caolin. În prezent, starea de prezență a fierului în caolin este împărțită în două tipuri, atât în țară, cât și în străinătate: unul se află în caolinit și minerale accesorii (cum ar fi mica, dioxidul de titan și ilita), și se numește fier structural; celălalt este sub formă de minerale independente de fier, numit fier liber (inclusiv fierul de suprafață, fierul cristalin cu granulație fină și fierul amorf).
Fierul îndepărtat prin îndepărtarea fierului și albirea caolinului este fier liber, incluzând în principal magnetit, hematit, limonit, siderit, pirită, ilmenit, jarosit și alte minerale; cea mai mare parte a fierului există sub formă de limonit coloidal foarte dispersat, iar o cantitate mică sub formă de goethit și hematit sferic, acicular și neregulat.
Metoda de îndepărtare a fierului și de albire a caolinului
Separarea apei
Această metodă este utilizată în principal pentru îndepărtarea mineralelor detritice precum cuarțul, feldspatul și mica, și a impurităților mai grosiere, cum ar fi resturile de rocă, precum și a unor minerale de fier și titan. Impuritățile minerale cu densitate și solubilitate similare cu caolinul nu pot fi îndepărtate, iar îmbunătățirea albului este relativ puțin evidentă, ceea ce este potrivit pentru îmbogățirea și albirea minereului de caolin de calitate relativ înaltă.
Separare magnetică
Impuritățile minerale de fier din caolin sunt de obicei slab magnetice. În prezent, se utilizează în principal metoda de separare magnetică puternică cu gradient înalt, sau mineralele slab magnetice sunt transformate în oxid de fier puternic magnetic după prăjire și apoi îndepărtate prin metoda obișnuită de separare magnetică.
Separator magnetic vertical cu inel de gradient ridicat
Separator magnetic cu gradient ridicat pentru suspensii electromagnetice
Separator magnetic supraconductor de joasă temperatură
Metoda de flotație
Metoda de flotație a fost aplicată pentru tratarea caolinului din zăcăminte primare și secundare. În procesul de flotație, particulele de caolinit și mică sunt separate, iar produsele purificate sunt materii prime industriale adecvate. Separarea selectivă prin flotație a caolinitului și feldspatului se efectuează de obicei în suspensie cu pH controlat.
Metoda de reducere
Metoda de reducere constă în utilizarea unui agent reducător pentru a reduce impuritățile de fier (cum ar fi hematitul și limonitul) în stare trivalentă de caolin la ioni de fier bivalenți solubili, care sunt îndepărtați prin filtrare și spălare. Îndepărtarea impurităților Fe3+ din caolinul industrial se realizează de obicei prin combinarea tehnologiei fizice (separare magnetică, floculare selectivă) și a tratamentului chimic în condiții acide sau reducătoare.
Hidrosulfitul de sodiu (Na2S2O4), cunoscut și sub denumirea de hidrosulfit de sodiu, este eficient în reducerea și levigarea fierului din caolin și este utilizat în prezent în industria caolinului. Cu toate acestea, această metodă trebuie efectuată în condiții puternic acide (pH < 3), ceea ce duce la costuri de operare ridicate și la un impact ridicat asupra mediului. În plus, proprietățile chimice ale hidrosulfitului de sodiu sunt instabile, necesitând aranjamente speciale și costisitoare de depozitare și transport.
Dioxidul de tiouree: (NH2)2CSO2, TD) este un agent reducător puternic, care prezintă avantajele unei capacități reducătoare puternice, respectului pentru mediu, ratei scăzute de descompunere, siguranței și costului redus al producției în loturi. Fe3+ insolubil în caolin poate fi redus la Fe2+ solubil prin TD.
Ulterior, gradul de albeanță al caolinului poate fi crescut după filtrare și spălare. TD este foarte stabil la temperatura camerei și în condiții neutre. Capacitatea puternică de reducere a TD poate fi obținută numai în condiții de alcalinitate puternică (pH>10) sau încălzire (T>70°C), ceea ce duce la costuri de operare ridicate și dificultăți.
Metoda de oxidare
Tratamentul de oxidare include utilizarea ozonului, peroxidului de hidrogen, permanganatului de potasiu și hipocloritului de sodiu pentru a îndepărta stratul de carbon adsorbit și a îmbunătăți aspectul alb. Caolinul din stratul mai adânc, sub stratul mai gros, este gri, iar fierul din caolin este în stare reducătoare. Se utilizează agenți oxidanți puternici, cum ar fi ozonul sau hipocloritul de sodiu, pentru a oxida FeS2 insolubil din pirită în Fe2+ solubil, apoi se spală pentru a îndepărta Fe2+ din sistem.
Metoda de levigare acidă
Metoda de levigare acidă constă în transformarea impurităților de fier insolubile din caolin în substanțe solubile în soluții acide (acid clorhidric, acid sulfuric, acid oxalic etc.), realizând astfel separarea de caolin. Comparativ cu alți acizi organici, acidul oxalic este considerat a fi cel mai promițător datorită concentrației sale acide, proprietății bune de complexare și capacității ridicate de reducere. Cu acidul oxalic, fierul dizolvat poate fi precipitat din soluția de levigare sub formă de oxalat feros și poate fi prelucrat ulterior pentru a forma hematit pur prin calcinare. Acidul oxalic poate fi obținut ieftin din alte procese industriale, iar în etapa de ardere a fabricării ceramicii, orice oxalat rezidual din materialul tratat va fi descompus în dioxid de carbon. Mulți cercetători au studiat rezultatele dizolvării oxidului de fier cu acid oxalic.
Metoda de calcinare la temperatură înaltă
Calcinarea este procesul de producere a produselor din caolin de calitate specială. În funcție de temperatura de tratament, se produc două tipuri diferite de caolin calcinat. Calcinarea la o temperatură cuprinsă între 650-700 ℃ elimină gruparea hidroxil structurală, iar vaporii de apă care se eliberează sporesc elasticitatea și opacitatea caolinului, ceea ce reprezintă un atribut ideal pentru aplicarea stratului de acoperire cu hârtie. În plus, prin încălzirea caolinului la 1000-1050 ℃, nu numai că se poate crește abrazibilitatea, dar se poate obține și o albăcitate de 92-95%.
Calcinarea prin clorare
Fierul și titanul au fost îndepărtate din mineralele argiloase, în special din caolin, prin clorinare, obținându-se rezultate bune. În procesul de clorinare și calcinare, la temperaturi ridicate (700 ℃ - 1000 ℃), caolinitul a suferit dehidroxilare pentru a forma metacaolinit, iar la temperaturi mai ridicate se formează faze de spinel și mulit. Aceste transformări cresc hidrofobicitatea, duritatea și dimensiunea particulelor prin sinterizare. Mineralele tratate în acest mod pot fi utilizate în multe industrii, cum ar fi hârtie, PVC, cauciuc, materiale plastice, adezivi, lustruire și pastă de dinți. Hidrofobicitatea mai mare face ca aceste minerale să fie mai compatibile cu sistemele organice.
Metoda microbiologică
Tehnologia de purificare microbiană a mineralelor este un subiect relativ nou de prelucrare a mineralelor, incluzând tehnologia de levigare microbiană și tehnologia de flotație microbiană. Tehnologia de levigare microbiană a mineralelor este o tehnologie de extracție care utilizează interacțiunea profundă dintre microorganisme și minerale pentru a distruge rețeaua cristalină a mineralelor și a dizolva componentele utile. Pirita oxidată și alte minereuri sulfurate conținute în caolin pot fi purificate prin tehnologia de extracție microbiană. Microorganismele utilizate în mod obișnuit includ Thiobacillus ferrooxidans și bacteriile reducătoare de Fe. Metoda microbiologică are costuri reduse și poluare redusă a mediului, ceea ce nu va afecta proprietățile fizice și chimice ale caolinului. Este o nouă metodă de purificare și albire cu perspective de dezvoltare pentru mineralele de caolin.
Rezumat
Tratamentul de îndepărtare a fierului și de albire a caolinului trebuie să selecteze cea mai bună metodă în funcție de diferitele cauze ale culorii și de diferitele obiective de aplicare, să îmbunătățească performanța de albire completă a mineralelor de caolin și să le ofere o valoare de utilizare și o valoare economică ridicate. Tendința viitoare de dezvoltare ar trebui să fie de a combina organic caracteristicile metodei chimice, metodei fizice și metodei microbiologice, astfel încât să se valorifice pe deplin avantajele acestora și să se limiteze dezavantajele și neajunsurile acestora, pentru a obține un efect de albire mai bun. În același timp, este necesar să se studieze în continuare noul mecanism al diferitelor metode de îndepărtare a impurităților și să se îmbunătățească procesul pentru ca îndepărtarea fierului și albirea caolinului să se dezvolte în direcția unei dezvoltări ecologice, eficiente și cu emisii reduse de carbon.
Data publicării: 02 martie 2023