S posebnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi je kaolin nepogrešljiv nekovinski mineralni vir v keramiki, izdelavi papirja, gume, plastike, ognjevarnih materialov, rafiniranju nafte in drugih industrijskih, kmetijskih in nacionalnih obrambnih tehnoloških področjih. Belina kaolina je pomemben pokazatelj njegove uporabne vrednosti.
Dejavniki, ki vplivajo na belino kaolina
Kaolin je vrsta drobnozrnate gline ali glinene kamnine, ki je v glavnem sestavljena iz mineralov kaolinita. Njegova kristalno kemijska formula je 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Majhna količina neglinenih mineralov je kremen, glinenec, železovi minerali, titan, aluminijev hidroksid in oksidi, organske snovi itd.
Kristalna struktura kaolina
Glede na stanje in naravo nečistoč v kaolinu lahko nečistoče, ki povzročajo zmanjšanje beline kaolina, razdelimo v tri kategorije: organski ogljik; Pigmentni elementi, kot so Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn itd.; Temni minerali, kot so biotit, klorit itd. Na splošno je vsebnost V, Cr, Cu, Mn in drugih elementov v kaolinu majhna, kar malo vpliva na belino. Mineralna sestava ter vsebnost železa in titana sta glavna dejavnika, ki vplivata na belino kaolina. Njihov obstoj ne bo vplival samo na naravno belino kaolina, ampak tudi na njegovo žgano belino. Predvsem prisotnost železovega oksida negativno vpliva na barvo gline ter zmanjšuje njeno svetlost in požarno odpornost. In tudi če je količina oksida, hidroksida in hidratiranega oksida železovega oksida 0,4%, je dovolj, da se glinasta usedlina obarva rdeče do rumeno. Ti železovi oksidi in hidroksidi so lahko hematit (rdeč), maghemit (rdeče-rjav), goetit (rjavkasto rumen), limonit (oranžen), hidratiran železov oksid (rjavkasto rdeč) itd. Lahko rečemo, da je odstranjevanje železovih nečistoč v kaolinu igra izjemno pomembno vlogo pri boljši izrabi kaolina.
Stanje pojavljanja elementa železa
Stanje prisotnosti železa v kaolinu je glavni dejavnik, ki določa metodo odstranjevanja železa. Veliko študij verjame, da je kristalno železo v obliki finih delcev primešano v kaolin, medtem ko je amorfno železo prevlečeno na površini finih delcev kaolina. Trenutno je stanje pojavljanja železa v kaolinu razdeljeno na dve vrsti doma in v tujini: ena je v kaolinitu in pomožnih mineralih (kot so sljuda, titanov dioksid in ilit), ki se imenuje strukturno železo; Drugi je v obliki neodvisnih železovih mineralov, imenovanih prosto železo (vključno s površinskim železom, drobnozrnatim kristalnim železom in amorfnim železom).
Železo, odstranjeno z odstranjevanjem železa in beljenjem kaolina, je prosto železo, ki vključuje predvsem magnetit, hematit, limonit, siderit, pirit, ilmenit, jarozit in druge minerale; Večina železa obstaja v obliki visoko razpršenega koloidnega limonita, majhna količina pa v obliki sferičnega, iglastega in nepravilnega goetita in hematita.
Metoda odstranjevanja železa in beljenja s kaolinom
Ločevanje vode
Ta metoda se uporablja predvsem za odstranjevanje detritalnih mineralov, kot so kremen, glinenec in sljuda, ter grobejših nečistoč, kot so ostanki kamnin, ter nekaterih mineralov železa in titana. Mineralov nečistoč s podobno gostoto in topnostjo kot kaolin ni mogoče odstraniti, izboljšanje beline pa relativno ni očitno, kar je primerno za bogatenje in beljenje relativno visokokakovostne kaolinske rude.
Magnetna separacija
Mineralne nečistoče železa v kaolinu so običajno šibko magnetne. Trenutno se v glavnem uporablja metoda močnega magnetnega ločevanja z visokim gradientom ali pa se šibki magnetni minerali po praženju pretvorijo v močan magnetni železov oksid in nato odstranijo z običajno metodo magnetnega ločevanja.
Navpični obročast magnetni separator z visokim gradientom
Magnetni separator z visokim gradientom za elektromagnetno gnojevko
Nizkotemperaturni superprevodni magnetni separator
Metoda flotacije
Metoda flotacije je bila uporabljena za obdelavo kaolina iz primarnih in sekundarnih nahajališč. V procesu flotacije se delci kaolinita in sljude ločijo, prečiščeni produkti pa so več primernih industrijskih surovin. Selektivno flotacijsko ločevanje kaolinita in glinenca se običajno izvaja v gnojevki z nadzorovanim pH.
Metoda redukcije
Metoda redukcije je uporaba redukcijskega sredstva za redukcijo nečistoč železa (kot sta hematit in limonit) v trivalentnem stanju kaolina v topne dvovalentne železove ione, ki se odstranijo s filtracijo in izpiranjem. Odstranitev nečistoč Fe3+ iz industrijskega kaolina se običajno doseže s kombinacijo fizikalne tehnologije (magnetna separacija, selektivna flokulacija) in kemične obdelave v kislih ali redukcijskih pogojih.
Natrijev hidrosulfit (Na2S2O4), znan tudi kot natrijev hidrosulfit, je učinkovit pri zmanjševanju in izpiranju železa iz kaolina in se trenutno uporablja v industriji kaolina. Vendar je treba to metodo izvajati v močno kislih pogojih (pH<3), kar ima za posledico visoke operativne stroške in vpliv na okolje. Poleg tega so kemijske lastnosti natrijevega hidrosulfita nestabilne, kar zahteva posebno in drago ureditev skladiščenja in transporta.
Tiourea dioksid: (NH2) 2CSO2, TD) je močno redukcijsko sredstvo, ki ima prednosti močne redukcijske sposobnosti, prijaznosti do okolja, nizke stopnje razgradnje, varnosti in nizkih stroškov serijske proizvodnje. Netopni Fe3+v kaolinu se lahko reducira v topni Fe2+ preko TD.
Kasneje se lahko belina kaolina poveča po filtraciji in pranju. TD je zelo stabilen pri sobni temperaturi in nevtralnih pogojih. Močno redukcijsko sposobnost TD je mogoče doseči le v pogojih močne alkalnosti (pH>10) ali segrevanja (T>70 °C), kar povzroči visoke stroške delovanja in težave.
Metoda oksidacije
Oksidacijsko zdravljenje vključuje uporabo ozona, vodikovega peroksida, kalijevega permanganata in natrijevega hipoklorita za odstranitev adsorbirane plasti ogljika za izboljšanje beline. Kaolin v globljem delu pod debelejšo nasutjo je siv, železo v kaolinu pa je v redukcijskem stanju. Uporabite močna oksidacijska sredstva, kot sta ozon ali natrijev hipoklorit, da oksidirate netopni FeS2 v piritu v topni Fe2+, nato pa sperite, da odstranite Fe2+ iz sistema.
Metoda luženja s kislino
Metoda kislinskega luženja je pretvorba netopnih nečistoč železa v kaolinu v topne snovi v kislih raztopinah (klorovodikova kislina, žveplova kislina, oksalna kislina itd.), s čimer se izvede ločitev od kaolina. V primerjavi z drugimi organskimi kislinami velja oksalna kislina za najbolj obetavno zaradi svoje kislinske jakosti, dobrega kompleksiranja in visoke redukcijske sposobnosti. Z oksalno kislino lahko raztopljeno železo oborimo iz raztopine za izpiranje v obliki železovega oksalata in ga lahko nadalje predelamo v čisti hematit s kalcinacijo. Oksalno kislino je mogoče poceni pridobiti iz drugih industrijskih procesov, v fazi žganja pri proizvodnji keramike pa se morebitni ostanki oksalata v obdelanem materialu razgradijo v ogljikov dioksid. Številni raziskovalci so preučevali rezultate raztapljanja železovega oksida z oksalno kislino.
Metoda kalcinacije pri visoki temperaturi
Žganje je postopek izdelave posebnih izdelkov iz kaolina. Glede na temperaturo obdelave se proizvajata dve različni stopnji kalciniranega kaolina. Žganje v temperaturnem območju 650-700 ℃ odstrani strukturno hidroksilno skupino, uhajajoča vodna para pa poveča elastičnost in motnost kaolina, kar je idealna lastnost nanašanja premazov za papir. Poleg tega lahko s segrevanjem kaolina pri 1000-1050 ℃ ne le povečate abrusljivost, ampak tudi pridobite 92-95% belino.
Kalcinacija s kloriranjem
Iz glinenih mineralov, zlasti kaolina, so s kloriranjem odstranili železo in titan in dosegli dobre rezultate. V procesu kloriranja in žganja je pri visoki temperaturi (700 ℃ - 1000 ℃) kaolinit prestal dehidroksilacijo v metakaolinit, pri višji temperaturi pa nastaneta spinelna in mulitna faza. Te transformacije povečajo hidrofobnost, trdoto in velikost delcev s sintranjem. Tako obdelani minerali se lahko uporabljajo v številnih industrijah, kot so papir, PVC, guma, plastika, lepila, poliranje in zobne paste. Zaradi večje hidrofobnosti so ti minerali bolj združljivi z organskimi sistemi.
Mikrobiološka metoda
Tehnologija mikrobnega čiščenja mineralov je relativno nov predmet predelave mineralov, vključno s tehnologijo mikrobnega luženja in tehnologijo mikrobne flotacije. Tehnologija mikrobnega izpiranja mineralov je tehnologija ekstrakcije, ki uporablja globoko interakcijo med mikroorganizmi in minerali za uničenje kristalne mreže mineralov in raztapljanje koristnih komponent. Oksidirani pirit in druge sulfidne rude, ki jih vsebuje kaolin, je mogoče očistiti s tehnologijo mikrobne ekstrakcije. Pogosto uporabljeni mikroorganizmi vključujejo Thiobacillus ferrooxidans in bakterije, ki reducirajo železo. Mikrobiološka metoda ima nizke stroške in nizko onesnaževanje okolja, kar ne bo vplivalo na fizikalne in kemijske lastnosti kaolina. Je nova metoda čiščenja in beljenja z razvojnimi možnostmi za minerale kaolin.
Povzetek
Pri odstranjevanju železa in beljenju kaolina je treba izbrati najboljšo metodo glede na različne vzroke za barvo in različne cilje uporabe, izboljšati celovito učinkovitost beline mineralov kaolina in zagotoviti visoko uporabno vrednost in ekonomsko vrednost. Prihodnji razvojni trend bi moral biti organska kombinacija značilnosti kemične metode, fizikalne metode in mikrobiološke metode, da bi v celoti izkoristili njihove prednosti in omejili njihove slabosti in pomanjkljivosti, da bi dosegli boljši učinek beljenja. Hkrati je treba nadalje preučiti nov mehanizem različnih metod odstranjevanja nečistoč in izboljšati postopek, da se bo odstranjevanje železa in beljenje kaolina razvilo v smeri zelenega, učinkovitega in nizkoogljičnega.
Čas objave: mar-02-2023