Με ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες, ο καολίνης είναι ένας απαραίτητος μη μεταλλικός ορυκτός πόρος στην κεραμική, την κατασκευή χαρτιού, το καουτσούκ, τα πλαστικά, τα πυρίμαχα υλικά, τη διύλιση πετρελαίου και άλλους τομείς τεχνολογίας αιχμής στη βιομηχανία, τη γεωργία και την εθνική άμυνα. 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 αργιλικού ή αργιλικού πετρώματος που αποτελείται κυρίως από ορυκτά καολινίτη. Ο κρυσταλλικός χημικός τύπος του είναι 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Μια 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 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 ορυκτή σύνθεση 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 και αν η ποσότητα οξειδίου, υδροξειδίου και ένυδρου οξειδίου του οξειδίου του σιδήρου είναι 0,4%, αρκεί για να δώσει στο ίζημα του αργίλου κόκκινο έως κίτρινο χρωματισμό. Αυτά τα οξείδια και υδροξείδια του σιδήρου μπορεί να είναι αιματίτης (κόκκινος), μαγκεμίτης (κόκκινο-καφέ), γκαιτίτης (καφέ-κίτρινος), λιμονίτης (πορτοκαλί), ένυδρο οξείδιο του σιδήρου (καφέ-κόκκινο) κ.λπ. Μπορεί να ειπωθεί ότι η απομάκρυνση των ακαθαρσιών σιδήρου στον καολίνη παίζει εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στην καλύτερη χρήση του καολίνη.
Κατάσταση εμφάνισης του 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 αναμειγνύεται με τον καολίνη, ενώ ο άμορφος σίδηρος επικαλύπτεται στην επιφάνεια από λεπτά σωματίδια καολίνη. Προς το παρόν, 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 η μίκα, το διοξείδιο του τιτανίου και ο ιλλίτης), που ονομάζεται δομικός σίδηρος. Ο άλλος είναι με 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, σιδηρίτη, 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, βελονοειδούς και ακανόνιστου γαιτίτη και αιματίτη.
Μέθοδος αφαίρεσης σιδήρου και λεύκανσης καολίνη
Διαχωρισμός νερού
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για την απομάκρυνση θραυσμάτων όπως χαλαζία, άστριο και μαρμαρυγία, και χονδρότερες ακαθαρσίες όπως υπολείμματα πετρωμάτων, καθώς και ορισμένα ορυκτά σιδήρου και τιτανίου. Τα ορυκτά ακαθαρσιών με παρόμοια πυκνότητα και διαλυτότητα με τον καολίνη δεν μπορούν να αφαιρεθούν και η βελτίωση της λευκότητας δεν είναι σχετικά εμφανής, γεγονός που είναι κατάλληλο για τον εμπλουτισμό και τη λεύκανση σχετικά υψηλής ποιότητας μεταλλεύματος καολίνη.
Μαγνητικός διαχωρισμός
Οι ακαθαρσίες ορυκτών σιδήρου στον καολίνη είναι συνήθως ασθενείς μαγνητικές. Προς το παρόν, χρησιμοποιείται κυρίως η μέθοδος ισχυρού μαγνητικού διαχωρισμού υψηλής κλίσης, ή τα ασθενή μαγνητικά ορυκτά μετατρέπονται σε ισχυρό μαγνητικό οξείδιο του σιδήρου μετά το ψήσιμο και στη συνέχεια απομακρύνονται 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 πρωτογενείς και δευτερογενείς αποθέσεις. Κατά τη διαδικασία επίπλευσης, τα σωματίδια καολινίτη και μαρμαρυγίας διαχωρίζονται και τα καθαρισμένα προϊόντα είναι διάφορες κατάλληλες πρώτες ύλες βιομηχανικής ποιότητας. Ο επιλεκτικός διαχωρισμός καολινίτη και άστρου με επίπλευση συνήθως πραγματοποιείται σε πολτό με ελεγχόμενο pH.
Μέθοδος μείωσης
Η μέθοδος αναγωγής συνίσταται στη χρήση ενός αναγωγικού παράγοντα για την αναγωγή των προσμίξεων 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 προσμίξεων 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 στην αναγωγή και την έκπλυση σιδήρου από τον καολίνη και χρησιμοποιείται σήμερα στη βιομηχανία καολίνη. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος πρέπει να εφαρμόζεται υπό ισχυρές όξινες συνθήκες (pH <3), με αποτέλεσμα υψηλό λειτουργικό κόστος 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 σε παρτίδες. Ο αδιάλυτος Fe3+ στον καολίνη μπορεί να αναχθεί σε διαλυτό Fe2+ μέσω TD.
Στη συνέχεια, η λευκότητα του καολίνη μπορεί να αυξηθεί μετά από διήθηση και πλύση. Η TD είναι πολύ σταθερή σε θερμοκρασία δωματίου και ουδέτερες συνθήκες. Η ισχυρή αναγωγική ικανότητα της 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 οξειδωτική επεξεργασία περιλαμβάνει τη χρήση όζοντος, υπεροξειδίου του υδρογόνου, υπερμαγγανικού καλίου και υποχλωριώδους νατρίου για την απομάκρυνση του προσροφημένου στρώματος άνθρακα και τη βελτίωση της λευκότητας. Ο καολίνης στο βαθύτερο σημείο κάτω από το παχύτερο υπερκείμενο στρώμα είναι γκρίζος και ο σίδηρος στον καολίνη βρίσκεται σε αναγωγική κατάσταση. Χρησιμοποιήστε ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες όπως το όζον ή το υποχλωριώδες νάτριο για να οξειδώσετε το αδιάλυτο FeS2 στον πυρίτη σε διαλυτό Fe2+ και στη συνέχεια πλύνετε για να αφαιρέσετε το Fe2+ από το σύστημα.
Μέθοδος έκπλυσης οξέος
Η μέθοδος έκπλυσης με οξύ είναι η μετατροπή των αδιάλυτων προσμείξεων σιδήρου στον καολίνη σε διαλυτές ουσίες σε όξινα διαλύματα (υδροχλωρικό οξύ, θειικό οξύ, οξαλικό οξύ κ.λπ.), επιτυγχάνοντας έτσι τον διαχωρισμό από τον καολίνη. Σε σύγκριση με άλλα οργανικά οξέα, το οξαλικό οξύ θεωρείται το πιο υποσχόμενο λόγω της όξινης ισχύος του, της καλής ιδιότητας συμπλοκοποίησης και της υψηλής αναγωγικής του ικανότητας. Με το οξαλικό οξύ, ο διαλυμένος σίδηρος μπορεί να καθιζάνει 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 όπτησης 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 πύρωση είναι η διαδικασία παραγωγής προϊόντων καολίνη ειδικής ποιότητας. Ανάλογα με τη θερμοκρασία επεξεργασίας, παράγονται δύο διαφορετικές ποιότητες πυρωμένου καολίνη. Η πύρωση στην περιοχή θερμοκρασίας 650-700 ℃ απομακρύνει τη δομική υδροξυλομάδα και οι διαφεύγοντες υδρατμοί ενισχύουν την ελαστικότητα και την αδιαφάνεια του καολίνη, η οποία αποτελεί ιδανικό χαρακτηριστικό της εφαρμογής επίστρωσης χαρτιού. Επιπλέον, με τη θέρμανση του καολίνη στους 1000-1050 ℃, μπορεί όχι μόνο να αυξήσει την ικανότητα τριβής, αλλά και να επιτύχει λευκότητα 92-95%.
Πυροποίηση με χλωρίωση
Ο σίδηρος και το τιτάνιο απομακρύνθηκαν από τα αργιλικά ορυκτά, ιδιαίτερα τον καολίνη, με χλωρίωση, και επιτεύχθηκαν καλά αποτελέσματα. Κατά τη διαδικασία χλωρίωσης και πύρωσης, 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 υποβάλλονται σε επεξεργασία με αυτόν τον τρόπο μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές βιομηχανίες, όπως χαρτί, PVC, καουτσούκ, πλαστικά, κόλλες, γυαλιστικά 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 αντικείμενο επεξεργασίας ορυκτών, συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας μικροβιακής έκπλυσης και της τεχνολογίας μικροβιακής επίπλευσης. Η τεχνολογία μικροβιακής έκπλυσης ορυκτών είναι μια τεχνολογία εκχύλισης που χρησιμοποιεί την 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 συνήθως χρησιμοποιούμενοι μικροοργανισμοί περιλαμβάνουν το Thiobacillus ferrooxidans και τα 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 για τα ορυκτά καολίνης.
Περίληψη
Η επεξεργασία αφαίρεσης σιδήρου και λεύκανσης του καολίνη πρέπει να επιλέγει την καλύτερη μέθοδο ανάλογα με τις διαφορετικές αιτίες χρώματος και τους διαφορετικούς στόχους εφαρμογής, να βελτιώνει την συνολική απόδοση λευκότητας των ορυκτών καολίνη και να τους προσφέρει υψηλή χρηστική αξία και οικονομική αξία. Η μελλοντική τάση ανάπτυξης θα πρέπει να είναι ο συνδυασμός των χαρακτηριστικών της χημικής μεθόδου, της φυσικής μεθόδου και της μικροβιολογικής μεθόδου με οργανικό τρόπο, έτσι ώστε να αξιοποιηθούν πλήρως τα πλεονεκτήματά τους και να περιοριστούν τα μειονεκτήματα και οι αδυναμίες τους, ώστε να επιτευχθεί καλύτερο αποτέλεσμα λεύκανσης. Ταυτόχρονα, είναι επίσης απαραίτητο να μελετηθεί περαιτέρω ο νέος μηχανισμός διαφόρων μεθόδων αφαίρεσης ακαθαρσιών και να βελτιωθεί η διαδικασία, ώστε η αφαίρεση σιδήρου και η λεύκανση του καολίνη να εξελιχθεί προς μια πράσινη, αποτελεσματική και χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα κατεύθυνση.
Ώρα δημοσίευσης: 02 Μαρτίου 2023