Με ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες, ο καολίνης είναι ένας απαραίτητος μη μεταλλικός ορυκτός πόρος σε κεραμικά, χαρτοποιία, καουτσούκ, πλαστικά, πυρίμαχα υλικά, διύλιση πετρελαίου και άλλους τομείς τεχνολογίας αιχμής της βιομηχανίας και της γεωργίας και της εθνικής άμυνας. Η λευκότητα του καολίνη είναι ένας σημαντικός δείκτης της αξίας εφαρμογής του.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη λευκότητα του καολίνη
Ο καολίνης είναι ένα είδος λεπτόκοκκου αργίλου ή αργίλου που αποτελείται κυρίως από ορυκτά καολινίτη. Ο κρυσταλλικός χημικός τύπος του είναι 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Μικρή ποσότητα μη αργιλικών ορυκτών είναι ο χαλαζίας, ο άστριος, τα ορυκτά σιδήρου, το τιτάνιο, το υδροξείδιο και τα οξείδια του αργιλίου, η οργανική ύλη κ.λπ.
Κρυσταλλική δομή του καολίνη
Σύμφωνα με την κατάσταση και τη φύση των ακαθαρσιών στον καολίνη, οι ακαθαρσίες που προκαλούν τη μείωση της λευκότητας του καολίνη μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: οργανικός άνθρακας. Στοιχεία χρωστικής, όπως Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, κ.λπ. Σκούρα ορυκτά, όπως βιοτίτης, χλωρίτης κ.λπ. Γενικά, η περιεκτικότητα σε V, Cr, Cu, Mn και άλλα στοιχεία στον καολίνη είναι μικρή, γεγονός που έχει μικρή επίδραση στη λευκότητα. Η σύσταση ορυκτών και η περιεκτικότητα σε σίδηρο και τιτάνιο είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη λευκότητα του καολίνη. Η ύπαρξή τους δεν θα επηρεάσει μόνο τη φυσική λευκότητα του καολίνη, αλλά θα επηρεάσει και την πυρωμένη λευκότητά του. Συγκεκριμένα, η παρουσία οξειδίου του σιδήρου έχει αρνητικό αντίκτυπο στο χρώμα του πηλού και μειώνει τη φωτεινότητα και την αντοχή του στη φωτιά. Και ακόμη κι αν η ποσότητα του οξειδίου, του υδροξειδίου και του ενυδατωμένου οξειδίου του οξειδίου του σιδήρου είναι 0,4%, αρκεί να δώσει στο ίζημα του πηλού κόκκινο έως κίτρινο χρωματισμό. Αυτά τα οξείδια και υδροξείδια του σιδήρου μπορεί να είναι αιματίτης (κόκκινο), μαγεμίτης (κόκκινο-καφέ), γαιθίτης (καφέ κίτρινο), λιμονίτης (πορτοκαλί), ενυδατωμένο οξείδιο σιδήρου (καφεκόκκινο) κ.λπ. Μπορεί να ειπωθεί ότι η απομάκρυνση των ακαθαρσιών σιδήρου στον καολίνη παίζει εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στην καλύτερη χρήση του καολίνη.
Κατάσταση εμφάνισης στοιχείου σιδήρου
Η κατάσταση εμφάνισης του σιδήρου στον καολίνη είναι ο κύριος παράγοντας που καθορίζει τη μέθοδο απομάκρυνσης του σιδήρου. Ένας μεγάλος αριθμός μελετών πιστεύει ότι ο κρυσταλλικός σίδηρος με τη μορφή λεπτών σωματιδίων αναμιγνύεται με καολίνη, ενώ ο άμορφος σίδηρος επικαλύπτεται στην επιφάνεια των λεπτών σωματιδίων του καολίνη. Επί του παρόντος, η κατάσταση εμφάνισης του σιδήρου στον καολίνη χωρίζεται σε δύο τύπους στο εσωτερικό και στο εξωτερικό: ο ένας είναι στον καολινίτη και τα βοηθητικά ορυκτά (όπως μαρμαρυγία, διοξείδιο του τιτανίου και ιλίτης), που ονομάζεται δομικός σίδηρος. Το άλλο έχει τη μορφή ανεξάρτητων ορυκτών σιδήρου, που ονομάζονται ελεύθερος σίδηρος (συμπεριλαμβανομένου του επιφανειακού σιδήρου, του λεπτόκοκκου κρυσταλλικού σιδήρου και του άμορφου σιδήρου).
Ο σίδηρος που αφαιρείται με την αφαίρεση σιδήρου και τη λεύκανση του καολίνη είναι ελεύθερος σίδηρος, που περιλαμβάνει κυρίως μαγνητίτη, αιματίτη, λιμονίτη, σιδερίτη, πυρίτη, ιλμενίτη, γιαροσίτη και άλλα ορυκτά. Ο περισσότερος σίδηρος υπάρχει με τη μορφή κολλοειδούς λιμονίτη υψηλής διασποράς και μια μικρή ποσότητα με τη μορφή σφαιρικού, βελονιδιακού και ακανόνιστου γαιθίτη και αιματίτη.
Μέθοδος αφαίρεσης και λεύκανσης σιδήρου καολίνη
Διαχωρισμός νερού
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για την απομάκρυνση των επιβλαβών ορυκτών όπως ο χαλαζίας, ο άστριος και η μαρμαρυγία, και πιο χονδροειδείς ακαθαρσίες όπως τα υπολείμματα πετρωμάτων, καθώς και ορισμένων ορυκτών σιδήρου και τιτανίου. Ορυκτά ακαθαρσίας με παρόμοια πυκνότητα και διαλυτότητα με τον καολίνη δεν μπορούν να αφαιρεθούν και η βελτίωση της λευκότητας δεν είναι σχετικά εμφανής, κάτι που είναι κατάλληλο για τον εμπλουτισμό και τη λεύκανση μεταλλεύματος καολίνης σχετικά υψηλής ποιότητας.
Μαγνητικός διαχωρισμός
Οι ακαθαρσίες ορυκτών σιδήρου στον καολίνη είναι συνήθως αδύναμες μαγνητικές. Επί του παρόντος, χρησιμοποιείται κυρίως η μέθοδος ισχυρού μαγνητικού διαχωρισμού υψηλής κλίσης ή τα αδύναμα μαγνητικά ορυκτά μετατρέπονται σε ισχυρό μαγνητικό οξείδιο του σιδήρου μετά το ψήσιμο και στη συνέχεια αφαιρούνται με τη συνήθη μέθοδο μαγνητικού διαχωρισμού.
Κατακόρυφος δακτύλιος μαγνητικός διαχωριστής υψηλής κλίσης
Μαγνητικός διαχωριστής υψηλής κλίσης για ηλεκτρομαγνητικό πολτό
Υπεραγώγιμος μαγνητικός διαχωριστής χαμηλής θερμοκρασίας
Μέθοδος επίπλευσης
Η μέθοδος επίπλευσης έχει εφαρμοστεί για την επεξεργασία καολίνη από πρωτογενή και δευτερογενή κοιτάσματα. Στη διαδικασία επίπλευσης, τα σωματίδια καολινίτη και μαρμαρυγίας διαχωρίζονται και τα καθαρισμένα προϊόντα είναι αρκετές κατάλληλες πρώτες ύλες βιομηχανικής ποιότητας. Ο διαχωρισμός επιλεκτικής επίπλευσης του καολινίτη και του άστριου πραγματοποιείται συνήθως στον πολτό με ελεγχόμενο pH.
Μέθοδος μείωσης
Η μέθοδος αναγωγής είναι η χρήση ενός αναγωγικού παράγοντα για τη μείωση των ακαθαρσιών σιδήρου (όπως ο αιματίτης και ο λιμονίτης) στην τρισθενή κατάσταση του καολίνη σε διαλυτά δισθενή ιόντα σιδήρου, τα οποία απομακρύνονται με διήθηση και πλύση. Η απομάκρυνση των ακαθαρσιών Fe3+ από τον βιομηχανικό καολίνη επιτυγχάνεται συνήθως με συνδυασμό φυσικής τεχνολογίας (μαγνητικός διαχωρισμός, επιλεκτική κροκίδωση) και χημικής επεξεργασίας υπό όξινες ή αναγωγικές συνθήκες.
Το υδροθειώδες νάτριο (Na2S2O4), επίσης γνωστό ως υδροθειώδες νάτριο, είναι αποτελεσματικό στη μείωση και την έκπλυση του σιδήρου από τον καολίνη και χρησιμοποιείται επί του παρόντος στη βιομηχανία καολίνη. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος πρέπει να πραγματοποιείται υπό ισχυρές όξινες συνθήκες (pH<3), με αποτέλεσμα υψηλό κόστος λειτουργίας και περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Επιπλέον, οι χημικές ιδιότητες του υδροθειώδους νατρίου είναι ασταθείς, απαιτώντας ειδικές και δαπανηρές ρυθμίσεις αποθήκευσης και μεταφοράς.
Το διοξείδιο της θειουρίας: (NH2) 2CSO2, TD) είναι ένας ισχυρός αναγωγικός παράγοντας, ο οποίος έχει τα πλεονεκτήματα της ισχυρής αναγωγικής ικανότητας, της φιλικότητας προς το περιβάλλον, του χαμηλού ρυθμού αποσύνθεσης, της ασφάλειας και του χαμηλού κόστους παραγωγής παρτίδων. Το αδιάλυτο Fe3+ σε καολίνη μπορεί να αναχθεί σε διαλυτό Fe2+ μέσω TD.
Στη συνέχεια, η λευκότητα του καολίνη μπορεί να αυξηθεί μετά το φιλτράρισμα και το πλύσιμο. Το TD είναι πολύ σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου και ουδέτερες συνθήκες. Η ισχυρή ικανότητα μείωσης του TD μπορεί να επιτευχθεί μόνο υπό συνθήκες ισχυρής αλκαλικότητας (pH>10) ή θέρμανσης (T>70 ° C), με αποτέλεσμα υψηλό κόστος λειτουργίας και δυσκολία.
Μέθοδος οξείδωσης
Η επεξεργασία οξείδωσης περιλαμβάνει τη χρήση όζοντος, υπεροξειδίου του υδρογόνου, υπερμαγγανικού καλίου και υποχλωριώδους νατρίου για την αφαίρεση του προσροφημένου στρώματος άνθρακα για τη βελτίωση της λευκότητας. Ο καολίνης στο βαθύτερο μέρος κάτω από το παχύτερο υπερκείμενο είναι γκρίζος και ο σίδηρος στον καολίνη είναι σε αναγωγική κατάσταση. Χρησιμοποιήστε ισχυρά οξειδωτικά μέσα όπως το όζον ή το υποχλωριώδες νάτριο για να οξειδώσετε το αδιάλυτο FeS2 σε πυρίτη σε διαλυτό Fe2+ και, στη συνέχεια, πλύνετε για να αφαιρέσετε το Fe2+ από το σύστημα.
Μέθοδος έκπλυσης με οξύ
Η μέθοδος έκπλυσης με οξύ είναι να μετατραπούν οι αδιάλυτες ακαθαρσίες σιδήρου στον καολίνη σε διαλυτές ουσίες σε όξινα διαλύματα (υδροχλωρικό οξύ, θειικό οξύ, οξαλικό οξύ κ.λπ.), πραγματοποιώντας έτσι τον διαχωρισμό από τον καολίνη. Σε σύγκριση με άλλα οργανικά οξέα, το οξαλικό οξύ θεωρείται το πιο πολλά υποσχόμενο λόγω της όξινης ισχύς του, της καλής ιδιότητας του συμπλόκου και της υψηλής αναγωγικής του ικανότητας. Με το οξαλικό οξύ, ο διαλυμένος σίδηρος μπορεί να καταβυθιστεί από το διάλυμα έκπλυσης με τη μορφή οξαλικού σιδήρου και μπορεί να υποστεί περαιτέρω επεξεργασία για να σχηματίσει καθαρό αιματίτη μέσω πύρωσης. Το οξαλικό οξύ μπορεί να ληφθεί φθηνά από άλλες βιομηχανικές διεργασίες, και στο στάδιο της ψησίματος της κεραμικής κατασκευής, οποιοδήποτε υπολειμματικό οξαλικό στο επεξεργασμένο υλικό θα αποσυντεθεί σε διοξείδιο του άνθρακα. Πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει τα αποτελέσματα της διάλυσης οξειδίου του σιδήρου με οξαλικό οξύ.
Μέθοδος πύρωσης σε υψηλή θερμοκρασία
Η φρύξη είναι η διαδικασία παραγωγής προϊόντων καολίνη ειδικής ποιότητας. Ανάλογα με τη θερμοκρασία επεξεργασίας, παράγονται δύο διαφορετικές ποιότητες πυρωμένου καολίνη. Η φρύξη στο εύρος θερμοκρασίας 650-700 ℃ αφαιρεί τη δομική ομάδα υδροξυλίου και οι υδρατμοί που διαφεύγουν ενισχύουν την ελαστικότητα και την αδιαφάνεια του καολίνη, που είναι ένα ιδανικό χαρακτηριστικό της εφαρμογής επικάλυψης χαρτιού. Επιπλέον, θερμαίνοντας τον καολίνη στους 1000-1050 ℃, μπορεί όχι μόνο να αυξήσει την ικανότητα τριβής, αλλά και να αποκτήσει λευκότητα 92-95%.
Πύρωση χλωρίωσης
Ο σίδηρος και το τιτάνιο αφαιρέθηκαν από ορυκτά αργίλου, ειδικά καολίνη με χλωρίωση, και λήφθηκαν καλά αποτελέσματα. Στη διαδικασία της χλωρίωσης και της φρύξης, σε υψηλή θερμοκρασία (700 ℃ - 1000 ℃), ο καολινίτης έχει υποστεί αφυδροξυλίωση για να σχηματίσει μετακαολινίτη και σε υψηλότερη θερμοκρασία σχηματίζονται φάσεις σπινελίου και μουλλίτη. Αυτοί οι μετασχηματισμοί αυξάνουν την υδροφοβικότητα, τη σκληρότητα και το μέγεθος των σωματιδίων μέσω της πυροσυσσωμάτωσης. Τα ορυκτά που επεξεργάζονται με αυτόν τον τρόπο μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές βιομηχανίες, όπως χαρτί, PVC, καουτσούκ, πλαστικά, κόλλες, στίλβωση και οδοντόκρεμες. Η υψηλότερη υδροφοβικότητα καθιστά αυτά τα ορυκτά πιο συμβατά με τα οργανικά συστήματα.
Μικροβιολογική μέθοδος
Η τεχνολογία μικροβιακού καθαρισμού ορυκτών είναι ένα σχετικά νέο θέμα επεξεργασίας ορυκτών, συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας μικροβιακής έκπλυσης και της τεχνολογίας μικροβιακής επίπλευσης. Η τεχνολογία μικροβιακής έκπλυσης ορυκτών είναι μια τεχνολογία εκχύλισης που χρησιμοποιεί τη βαθιά αλληλεπίδραση μεταξύ μικροοργανισμών και ορυκτών για να καταστρέψει το κρυσταλλικό πλέγμα των ορυκτών και να διαλύσει τα χρήσιμα συστατικά. Ο οξειδωμένος πυρίτης και άλλα θειούχα μεταλλεύματα που περιέχονται στον καολίνη μπορούν να καθαριστούν με τεχνολογία μικροβιακής εκχύλισης. Οι μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν Thiobacillus ferrooxidans και βακτήρια που μειώνουν τον σίδηρο. Η μικροβιολογική μέθοδος έχει χαμηλό κόστος και χαμηλή περιβαλλοντική ρύπανση, η οποία δεν θα επηρεάσει τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του καολίνη. Είναι μια νέα μέθοδος καθαρισμού και λεύκανσης με προοπτικές ανάπτυξης ορυκτών καολίνη.
Περίληψη
Η επεξεργασία αφαίρεσης και λεύκανσης σιδήρου του καολίνη πρέπει να επιλέγει την καλύτερη μέθοδο σύμφωνα με διαφορετικές αιτίες χρώματος και διαφορετικούς στόχους εφαρμογής, να βελτιώνει την ολοκληρωμένη απόδοση λευκότητας των ορυκτών καολίνη και να έχει υψηλή αξία χρήσης και οικονομική αξία. Η μελλοντική αναπτυξιακή τάση θα πρέπει να είναι ο συνδυασμός των χαρακτηριστικών της χημικής μεθόδου, της φυσικής μεθόδου και της μικροβιολογικής μεθόδου οργανικά, έτσι ώστε να δοθεί πλήρης σημασία στα πλεονεκτήματά τους και να περιοριστούν τα μειονεκτήματα και οι ελλείψεις τους, ώστε να επιτευχθεί καλύτερο αποτέλεσμα λεύκανσης. Ταυτόχρονα, είναι επίσης απαραίτητο να μελετηθεί περαιτέρω ο νέος μηχανισμός των διαφόρων μεθόδων απομάκρυνσης ακαθαρσιών και να βελτιωθεί η διαδικασία για να αναπτυχθεί η αφαίρεση σιδήρου και η λεύκανση του καολίνη προς την κατεύθυνση του πράσινου, αποτελεσματικού και χαμηλού άνθρακα.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-02-2023