Със своите специални физични и химични свойства, каолинът е незаменим неметален минерален ресурс в керамиката, производството на хартия, каучук, пластмаси, огнеупорни материали, рафинирането на петрол и други промишлени, селскостопански и национално-отбранителни авангардни технологични области. Белотата на каолина е важен показател за неговата приложна стойност.
Фактори, влияещи върху белотата на каолина
Каолинът е вид финозърнеста глина или глинеста скала, съставена главно от каолинитни минерали. Кристално-химичната му формула е 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Малко количество неглинести минерали са кварц, фелдшпат, железни минерали, титан, алуминиев хидроксид и оксиди, органични вещества и др.
Кристална структура на каолин
Според състоянието и естеството на примесите в каолина, примесите, които причиняват намаляване на белотата му, могат да бъдат разделени на три категории: органичен въглерод; пигментни елементи, като Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn и др.; тъмни минерали, като биотит, хлорит и др. Обикновено съдържанието на V, Cr, Cu, Mn и други елементи в каолина е малко, което има малък ефект върху белотата. Минералният състав и съдържанието на желязо и титан са основните фактори, влияещи върху белотата на каолина. Тяхното присъствие не само ще повлияе на естествената белота на каолина, но и ще повлияе на неговата калцинирана белота. По-специално, наличието на железен оксид има отрицателно въздействие върху цвета на глината и намалява нейната яркост и огнеустойчивост. Дори ако количеството оксид, хидроксид и хидратиран оксид на железния оксид е 0,4%, това е достатъчно, за да придаде на глинената утайка червен до жълт цвят. Тези железни оксиди и хидроксиди могат да бъдат хематит (червен), маггемит (червено-кафяв), гьотит (кафяво-жълт), лимонит (оранжев), хидратиран железен оксид (кафяво-червен) и др. Може да се каже, че отстраняването на железни примеси в каолина играе изключително важна роля за по-доброто му използване.
Състояние на железния елемент
Състоянието на желязото в каолина е основният фактор, определящ метода за отстраняване на желязото. Голям брой изследвания смятат, че кристалното желязо под формата на фини частици е смесено в каолина, докато аморфното желязо е покрито върху повърхността на фините частици каолин. В момента състоянието на желязо в каолина се разделя на два вида у нас и в чужбина: единият е под формата на каолинит и спомагателни минерали (като слюда, титанов диоксид и илит), което се нарича структурно желязо; другият е под формата на независими железни минерали, наречени свободно желязо (включително повърхностно желязо, финозърнесто кристално желязо и аморфно желязо).
Желязото, отстранено чрез отстраняване на желязо и избелване на каолин, е свободно желязо, включващо главно магнетит, хематит, лимонит, сидерит, пирит, илменит, ярозит и други минерали; По-голямата част от желязото съществува под формата на силно диспергиран колоиден лимонит, а малко количество под формата на сферични, игловидни и неправилни гьотит и хематит.
Метод за отстраняване на желязо и избелване на каолин
Отделяне на вода
Този метод се използва главно за отстраняване на детритни минерали като кварц, фелдшпат и слюда, както и на по-едри примеси като скални отломки, както и на някои железни и титаниеви минерали. Примесните минерали с подобна плътност и разтворимост на каолина не могат да бъдат отстранени и подобряването на белотата не е достатъчно видимо, което е подходящо за обогатяване и избелване на относително висококачествена каолинова руда.
Магнитно разделяне
Примесите от железни минерали в каолина обикновено са слабо магнитни. В момента се използва главно метод за силно магнитно разделяне с висок градиент или слабо магнитните минерали се превръщат в силно магнитен железен оксид след печене и след това се отстраняват чрез обикновен метод за магнитно разделяне.
Вертикален пръстен с висок градиентен магнитен сепаратор
Високоградиентен магнитен сепаратор за електромагнитна суспензия
Нискотемпературен свръхпроводящ магнитен сепаратор
Метод на флотация
Методът на флотация е бил прилаган за третиране на каолин от първични и вторични находища. При флотационния процес частиците каолинит и слюда се отделят, а пречистените продукти са няколко подходящи суровини с промишлено качество. Селективното флотационно разделяне на каолинит и фелдшпат обикновено се извършва в суспензия с контролирано pH.
Метод на редукция
Методът на редукция е използването на редуциращ агент за редуциране на железните примеси (като хематит и лимонит) в тривалентно състояние на каолина до разтворими двувалентни железни йони, които се отстраняват чрез филтриране и промиване. Отстраняването на Fe3+ примеси от индустриалния каолин обикновено се постига чрез комбиниране на физични технологии (магнитно разделяне, селективна флокулация) и химическа обработка при киселинни или редуциращи условия.
Натриевият хидросулфит (Na2S2O4), известен още като натриев хидросулфит, е ефективен при редуциране и извличане на желязо от каолин и понастоящем се използва в каолиновата промишленост. Този метод обаче трябва да се извършва при силно киселинни условия (pH < 3), което води до високи експлоатационни разходи и въздействие върху околната среда. Освен това, химичните свойства на натриевия хидросулфит са нестабилни, което изисква специални и скъпи условия за съхранение и транспорт.
Тиокарбамид диоксид: (NH2)2CSO2, TD) е силен редуциращ агент, който има предимствата на силна редукционна способност, екологичност, ниска скорост на разлагане, безопасност и ниска цена на партидно производство. Неразтворимият Fe3+ в каолина може да се редуцира до разтворим Fe2+ чрез TD.
Впоследствие, белотата на каолина може да се увеличи след филтриране и промиване. TD е много стабилен при стайна температура и неутрални условия. Силната редукционна способност на TD може да се постигне само при условия на силна алкалност (pH>10) или нагряване (T>70°C), което води до високи експлоатационни разходи и трудности.
Метод на окисление
Окислителната обработка включва използването на озон, водороден пероксид, калиев перманганат и натриев хипохлорит за отстраняване на адсорбирания въглероден слой и подобряване на белотата. Каолинът в по-дълбоките слоеве под по-дебелия надземни пласт е сив, а желязото в каолина е в редуциращо състояние. Използвайте силни окислители като озон или натриев хипохлорит, за да окислите неразтворимия FeS2 в пирит до разтворим Fe2+ и след това промийте, за да отстраните Fe2+ от системата.
Метод за киселинно излугване
Методът на киселинно излугване е да се трансформират неразтворимите железни примеси в каолина в разтворими вещества в киселинни разтвори (солна киселина, сярна киселина, оксалова киселина и др.), като по този начин се осъществява отделянето му от каолина. В сравнение с други органични киселини, оксаловата киселина се счита за най-обещаваща поради своята киселинна сила, добри комплексообразуващи свойства и висока редукционна способност. С оксаловата киселина разтвореното желязо може да се утаи от излугващия разтвор под формата на железен оксалат и може да се преработи допълнително до образуване на чист хематит чрез калциниране. Оксаловата киселина може да се получи евтино от други промишлени процеси, а в етапа на изпичане на керамичното производство, всеки остатъчен оксалат в обработения материал ще се разложи на въглероден диоксид. Много изследователи са изследвали резултатите от разтварянето на железен оксид с оксалова киселина.
Метод за калциниране при висока температура
Калцинирането е процес на производство на продукти от каолин със специален клас. В зависимост от температурата на обработка се произвеждат два различни вида калциниран каолин. Калцинирането в температурния диапазон от 650-700 ℃ премахва структурната хидроксилна група, а отделящата се водна пара повишава еластичността и непрозрачността на каолина, което е идеално свойство за нанасяне на покритие върху хартия. Освен това, чрез нагряване на каолина до 1000-1050 ℃ може не само да се увеличи абразивността, но и да се постигне 92-95% белота.
Хлориране на калциниране
Желязото и титанът бяха отстранени от глинестите минерали, особено каолина, чрез хлориране, като бяха получени добри резултати. В процеса на хлориране и калциниране, при висока температура (700 ℃ - 1000 ℃), каолинитът претърпя дехидроксилиране, за да образува метакаолинит, а при по-висока температура се образуват шпинелни и мулитни фази. Тези трансформации увеличават хидрофобността, твърдостта и размера на частиците чрез синтероване. Минералите, третирани по този начин, могат да се използват в много индустрии, като например хартия, PVC, каучук, пластмаси, лепила, полиране и паста за зъби. По-високата хидрофобност прави тези минерали по-съвместими с органичните системи.
Микробиологичен метод
Микробната технология за пречистване на минерали е сравнително нова област в преработката на минерали, включително технология за микробно излужване и технология за микробна флотация. Микробната технология за излужване на минерали е технология за екстракция, която използва дълбокото взаимодействие между микроорганизмите и минералите, за да разруши кристалната решетка на минералите и да разтвори полезните компоненти. Окисленият пирит и други сулфидни руди, съдържащи се в каолина, могат да бъдат пречистени чрез технология за микробна екстракция. Често използваните микроорганизми включват Thiobacillus ferrooxidans и Fe-редуциращи бактерии. Микробиологичният метод е с ниска цена и ниско замърсяване на околната среда, което не влияе на физичните и химичните свойства на каолина. Това е нов метод за пречистване и избелване с перспективи за развитие на каолиновите минерали.
Обобщение
За отстраняване на желязо и избелване на каолин е необходимо да се избере най-добрият метод в зависимост от различните причини за цвета и различните цели на приложение, за да се подобри цялостната белота на каолиновите минерали и да се постигне висока потребителска и икономическа стойност. Бъдещата тенденция в развитието трябва да бъде комбиниране на характеристиките на химичните, физичните и микробиологичните методи по органичен начин, за да се разгърнат максимално техните предимства и да се ограничат техните недостатъци и недостатъци, за да се постигне по-добър избелващ ефект. Същевременно е необходимо допълнително проучване на новите механизми на различните методи за отстраняване на примеси и подобряване на процеса, за да се развият отстраняването на желязо и избелването на каолин в посока на екологичност, ефективност и нисковъглеродност.
Време на публикуване: 02 март 2023 г.