Különleges fizikai és kémiai tulajdonságainak köszönhetően a kaolin nélkülözhetetlen nemfémes ásványi erőforrás a kerámiában, a papírgyártásban, a gumi-, műanyag-, tűzálló anyagok, a kőolajfinomítás és más ipari, mezőgazdasági és nemzetvédelmi élvonalbeli technológiai területeken. A kaolin fehérsége fontos mutatója az alkalmazási értékének.
A kaolin fehérségét befolyásoló tényezők
A kaolin egy finomszemcsés agyag vagy agyagkőzet, amely főként kaolinitásványokból áll. Kristályos kémiai képlete 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Kis mennyiségű nem agyagásvány található benne: kvarc, földpát, vasásványok, titán, alumínium-hidroxid és -oxidok, szerves anyagok stb.
A kaolin kristályos szerkezete
A kaolinban található szennyeződések állapota és jellege szerint a kaolin fehérségének csökkenését okozó szennyeződések három kategóriába sorolhatók: szerves szén; pigmentelemek, például Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn stb.; sötét ásványok, például biotit, klorit stb. Általában a kaolin V, Cr, Cu, Mn és egyéb elemek tartalma kicsi, ami kevéssé befolyásolja a fehérséget. Az ásványi összetétel és a vas és a titán tartalma a kaolin fehérségét befolyásoló fő tényezők. Jelenlétük nemcsak a kaolin természetes fehérségét befolyásolja, hanem a kalcinált fehérségét is. Különösen a vas-oxid jelenléte negatívan befolyásolja az agyag színét, és csökkenti annak fényességét és tűzállóságát. És még ha a vas-oxid oxidjának, hidroxidjának és hidratált oxidjának mennyisége 0,4%, az is elegendő ahhoz, hogy az agyag üledéke vörös vagy sárga színű legyen. Ezek a vas-oxidok és -hidroxidok lehetnek hematit (vörös), maghemit (vörösbarna), goethit (barnássárga), limonit (narancssárga), hidratált vas-oxid (barnásvörös) stb. Elmondható, hogy a kaolinban található vasszennyeződések eltávolítása rendkívül fontos szerepet játszik a kaolin jobb felhasználásában.
A vas elem előfordulási állapota
A vas kaolinban való előfordulási állapota a fő tényező, amely meghatározza a vas eltávolításának módját. Számos tanulmány úgy véli, hogy a kristályos vas finom részecskék formájában keveredik a kaolinban, míg az amorf vas a kaolin finom részecskék felületén van bevonva. Jelenleg a vas kaolinban való előfordulási állapotát két típusra osztják belföldön és külföldön: az egyik a kaolinit és a járulékos ásványok (például csillám, titán-dioxid és illit) formájában van, amelyet szerkezeti vasnak neveznek; a másik pedig önálló vasásványok formájában van, amelyeket szabad vasnak neveznek (beleértve a felületi vasat, a finomszemcsés kristályos vasat és az amorf vasat).
A kaolin vasmentesítésével és fehérítésével eltávolított vas szabad vas, főként magnetit, hematit, limonit, sziderit, pirit, ilmenit, jarozit és más ásványok; a vas nagy része erősen diszpergált kolloidális limonit formájában létezik, kis mennyiségben gömb alakú, tűs és szabálytalan goethit és hematit formájában.
Kaolin vas eltávolítási és fehérítési módszere
Vízelválasztás
Ezt a módszert főként törmelékes ásványok, például kvarc, földpát és csillám, valamint durvább szennyeződések, például kőzettörmelék, továbbá néhány vas- és titánásvány eltávolítására használják. A kaolinhoz hasonló sűrűségű és oldhatóságú szennyező ásványok nem távolíthatók el, és a fehérség javulása viszonylag nem szembetűnő, ami alkalmas a viszonylag jó minőségű kaolinérc dúsítására és fehérítésére.
Mágneses elválasztás
A kaolinban található vasásványi szennyeződések általában gyengén mágnesesek. Jelenleg főként a nagy gradiensű erős mágneses elválasztási módszert alkalmazzák, vagy a gyengén mágneses ásványokat pörkölés után erős mágneses vas-oxiddá alakítják, majd a hagyományos mágneses elválasztási módszerrel eltávolítják.
Függőleges gyűrűs, nagy gradiensű mágneses szeparátor
Nagy gradiensű mágneses szeparátor elektromágneses zagyhoz
Alacsony hőmérsékletű szupravezető mágneses szeparátor
Flotációs módszer
A flotációs módszert alkalmazták kaolin elsődleges és másodlagos lerakódásokból történő kezelésére. A flotációs eljárás során a kaolinit és a csillámrészecskéket elválasztják, és a tisztított termékek számos alkalmas ipari minőségű nyersanyagként szolgálnak. A kaolinit és a földpát szelektív flotációs elválasztását általában szabályozott pH-jú zagyban végzik.
Redukciós módszer
A redukciós módszer lényege, hogy redukálószer segítségével a kaolin háromértékű állapotában lévő vasszennyeződéseket (például hematitot és limonitot) oldható kétértékű vasionokká redukálják, amelyeket szűréssel és mosással távolítanak el. Az ipari kaolinból az Fe3+ szennyeződések eltávolítását általában fizikai technológia (mágneses elválasztás, szelektív flokkuláció) és kémiai kezelés kombinálásával érik el savas vagy redukáló körülmények között.
A nátrium-hidroszulfit (Na2S2O4), más néven nátrium-hidroszulfit, hatékonyan redukálja és kioldja a vasat a kaolinból, és jelenleg is használják a kaoliniparban. Ezt a módszert azonban erősen savas körülmények között (pH<3) kell végrehajtani, ami magas üzemeltetési költségeket és környezeti terhelést eredményez. Ezenkívül a nátrium-hidroszulfit kémiai tulajdonságai instabilak, ami speciális és költséges tárolási és szállítási intézkedéseket igényel.
A tiourea-dioxid: (NH2)2CSO2, TD) egy erős redukálószer, amelynek előnyei az erős redukálóképesség, a környezetbarátság, az alacsony bomlási sebesség, a biztonság és a szakaszos gyártás alacsony költsége. A kaolinban oldhatatlan Fe3+ ionokat TD-n keresztül oldható Fe2+ ionokká lehet redukálni.
Ezt követően a kaolin fehérsége szűrés és mosás után növelhető. A TD szobahőmérsékleten és semleges körülmények között nagyon stabil. A TD erős redukálóképessége csak erős lúgos (pH>10) vagy melegítés (T>70 °C) körülményei között érhető el, ami magas üzemeltetési költségeket és nehézségeket eredményez.
Oxidációs módszer
Az oxidációs kezelés során ózont, hidrogén-peroxidot, kálium-permanganátot és nátrium-hipokloritot használnak az adszorbeált szénréteg eltávolítására, ezáltal javítva a fehérséget. A vastagabb fedőréteg alatti mélyebb részben a kaolin szürke, a kaolinban lévő vas pedig redukáló állapotban van. Erős oxidálószerekkel, például ózonnal vagy nátrium-hipoklorittal oxidálják a piritben oldhatatlan FeS2-t oldható Fe2+-ná, majd mosással eltávolítják a Fe2+-t a rendszerből.
Savas kioldási módszer
A savas kioldási módszer lényege, hogy a kaolinban található oldhatatlan vasszennyeződéseket savas oldatokban (sósav, kénsav, oxálsav stb.) oldható anyagokká alakítja, így megvalósítva a kaolintól való elválasztást. Más szerves savakhoz képest az oxálsav a legígéretesebbnek tekinthető savas erőssége, jó komplexképző tulajdonsága és magas redukálóképessége miatt. Az oxálsavval az oldott vas vas-oxalát formájában csapható ki a kioldóoldatból, és kalcinálással tiszta hematittá alakítható tovább. Az oxálsav olcsón előállítható más ipari eljárásokból, és a kerámiagyártás égetési szakaszában a kezelt anyagban maradt oxalát szén-dioxiddá bomlik. Számos kutató tanulmányozta a vas-oxid oxálsavval történő oldásának eredményeit.
Magas hőmérsékletű kalcinálási módszer
A kalcinálás a különleges minőségű kaolintermékek előállításának folyamata. A kezelési hőmérséklettől függően két különböző minőségű kalcinált kaolin keletkezik. A 650-700 ℃ közötti hőmérsékleten történő kalcinálás eltávolítja a szerkezeti hidroxilcsoportot, és a kiáramló vízgőz növeli a kaolin rugalmasságát és opacitását, ami ideális tulajdonság a papírbevonatok alkalmazásához. Ezenkívül a kaolin 1000-1050 ℃-ra történő melegítésével nemcsak a kopásállóság növelhető, hanem 92-95%-os fehérség is elérhető.
Klórozásos kalcinálás
A klórozással vasat és titánt távolítottak el az agyagásványokból, különösen a kaolinból, és jó eredményeket értek el. A klórozás és kalcinálás során, magas hőmérsékleten (700 ℃ - 1000 ℃) a kaolinit dehidroxileződésen ment keresztül, metakaolinitot képezve, magasabb hőmérsékleten pedig spinell- és mullitfázisok képződnek. Ezek az átalakulások a szinterezés révén növelik a részecskék hidrofóbicitását, keménységét és méretét. Az így kezelt ásványok számos iparágban felhasználhatók, például papír-, PVC-, gumi-, műanyag-, ragasztó-, polírozó- és fogkrémgyártásban. A nagyobb hidrofóbicitás miatt ezek az ásványok jobban kompatibilisek a szerves rendszerekkel.
Mikrobiológiai módszer
Az ásványok mikrobiális tisztítási technológiája viszonylag új ásványfeldolgozási terület, beleértve a mikrobiális kioldási technológiát és a mikrobiális flotációs technológiát. Az ásványok mikrobiális kioldási technológiája egy olyan extrakciós technológia, amely a mikroorganizmusok és az ásványok közötti mély kölcsönhatást használja ki az ásványok kristályrácsának lebontására és a hasznos komponensek feloldására. A kaolinban található oxidált pirit és más szulfidércek mikrobiális extrakciós technológiával tisztíthatók. Az általánosan használt mikroorganizmusok közé tartoznak a Thiobacillus ferrooxidans és a Fe-redukáló baktériumok. A mikrobiológiai módszer alacsony költségű és alacsony környezetszennyezésű, így nem befolyásolja a kaolin fizikai és kémiai tulajdonságait. Ez egy új tisztítási és fehérítési módszer, amely fejlesztési lehetőségeket kínál a kaolin ásványok számára.
Összefoglalás
A kaolin vasmentesítési és fehérítési kezelésének a különböző színváltozási okok és alkalmazási célok alapján kell kiválasztani a legjobb módszert, javítani a kaolin ásványok átfogó fehérségi teljesítményét, és magas felhasználási és gazdasági értéket biztosítani. A jövőbeli fejlesztési trendnek a kémiai, fizikai és mikrobiológiai módszerek jellemzőinek szerves ötvözésének kell lennie, hogy teljes mértékben kihasználják előnyeiket, és korlátozzák hátrányaikat és hiányosságaikat a jobb fehérítő hatás elérése érdekében. Ugyanakkor tovább kell vizsgálni a különböző szennyeződés-eltávolítási módszerek új mechanizmusát, és javítani kell a folyamatot, hogy a kaolin vasmentesítése és fehérítése a zöld, hatékony és alacsony szén-dioxid-kibocsátású irányba fejlődjön.
Közzététel ideje: 2023. márc. 2.