Sa posebnim fizičkim i hemijskim svojstvima, kaolin je nezamjenjiv nemetalni mineralni resurs u keramici, proizvodnji papira, gume, plastike, vatrostalnih materijala, rafiniranju nafte i drugim industrijskim, poljoprivrednim i najsavremenijim tehnološkim oblastima nacionalne odbrane. Bjelina kaolina je važan pokazatelj njegove primjenske vrijednosti.
Faktori koji utiču na bjelinu kaolina
Kaolin je vrsta sitnozrnate gline ili glinaste stijene koja se uglavnom sastoji od minerala kaolinita. Njegova kristalnohemijska formula je 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Mala količina neglinenih minerala su kvarc, feldspat, minerali željeza, titan, aluminijum hidroksid i oksidi, organske materije itd.
Kristalna struktura kaolina
Prema stanju i prirodi nečistoća u kaolinu, nečistoće koje uzrokuju smanjenje bjeline kaolina mogu se podijeliti u tri kategorije: organski ugljik; pigmentni elementi, kao što su Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn itd.; tamni minerali, kao što su biotit, hlorit itd. Općenito, sadržaj V, Cr, Cu, Mn i drugih elemenata u kaolinu je mali, što ima mali utjecaj na bjelinu. Mineralni sastav i sadržaj željeza i titana glavni su faktori koji utječu na bjelinu kaolina. Njihovo prisustvo ne samo da će utjecati na prirodnu bjelinu kaolina, već će utjecati i na njegovu kalciniranu bjelinu. Posebno, prisustvo željeznog oksida negativno utječe na boju gline i smanjuje njen sjaj i otpornost na vatru. Čak i ako je količina oksida, hidroksida i hidratiziranog željeznog oksida 0,4%, dovoljna je da sediment gline poprimi crvene do žute boje. Ovi željezni oksidi i hidroksidi mogu biti hematit (crveni), maghemit (crveno-smeđi), getit (smeđežuti), limonit (narandžasti), hidratizirani željezni oksid (smeđecrveni) itd. Može se reći da uklanjanje željeznih nečistoća u kaolinu igra izuzetno važnu ulogu u boljem iskorištavanju kaolina.
Stanje pojave željeznog elementa
Stanje prisustva željeza u kaolinu je glavni faktor koji određuje metodu uklanjanja željeza. Veliki broj studija smatra da je kristalno željezo u obliku finih čestica pomiješano s kaolinom, dok je amorfno željezo prekriveno površinom finih čestica kaolina. Trenutno se stanje prisustva željeza u kaolinu kod kuće i u inostranstvu dijeli na dvije vrste: jedno je u kaolinitu i pomoćnim mineralima (kao što su tinjac, titan dioksid i ilit), što se naziva strukturno željezo; drugo je u obliku nezavisnih minerala željeza, nazvanih slobodno željezo (uključujući površinsko željezo, sitnozrnato kristalno željezo i amorfno željezo).
Željezo uklonjeno uklanjanjem željeza i izbjeljivanjem kaolina je slobodno željezo, uglavnom uključujući magnetit, hematit, limonit, siderit, pirit, ilmenit, jarozit i druge minerale; Većina željeza postoji u obliku visoko dispergiranog koloidnog limonita, a mala količina u obliku sfernog, igličastog i nepravilnog getita i hematita.
Metoda uklanjanja željeza i izbjeljivanja kaolina
Odvajanje vode
Ova metoda se uglavnom koristi za uklanjanje detritičnih minerala poput kvarca, feldspata i tinjca, te grubljih nečistoća poput ostataka stijena, kao i nekih minerala željeza i titana. Nečistoće minerala slične gustoće i topljivosti kao kaolin ne mogu se ukloniti, a poboljšanje bjeline nije relativno očigledno, što je pogodno za obogaćivanje i izbjeljivanje relativno visokokvalitetne rude kaolina.
Magnetna separacija
Nečistoće željeznih minerala u kaolinu su obično slabo magnetske. Trenutno se uglavnom koristi metoda separacije visokim gradijentom jakog magneta ili se slabo magnetski minerali pretvaraju u jako magnetski željezni oksid nakon prženja, a zatim uklanjaju uobičajenom metodom magnetske separacije.
Vertikalni prstenasti magnetski separator visokog gradijenta
Visokogradijentni magnetni separator za elektromagnetnu suspenziju
Niskotemperaturni superprovodni magnetni separator
Metoda flotacije
Metoda flotacije primijenjena je za tretman kaolina iz primarnih i sekundarnih naslaga. U procesu flotacije, čestice kaolinita i tinjca se odvajaju, a pročišćeni proizvodi su nekoliko pogodnih sirovina industrijske kvalitete. Selektivno flotacijsko odvajanje kaolinita i feldspata obično se provodi u suspenziji s kontroliranim pH.
Metoda redukcije
Metoda redukcije je korištenje redukcijskog sredstva za redukciju nečistoća željeza (kao što su hematit i limonit) u trovalentnom stanju kaolina do topljivih dvovalentnih iona željeza, koji se uklanjaju filtracijom i pranjem. Uklanjanje nečistoća Fe3+ iz industrijskog kaolina obično se postiže kombinacijom fizičke tehnologije (magnetna separacija, selektivna flokulacija) i hemijske obrade pod kiselim ili redukcijskim uvjetima.
Natrijum hidrosulfit (Na2S2O4), također poznat kao natrijum hidrosulfit, efikasan je u redukciji i ispiranju željeza iz kaolina i trenutno se koristi u industriji kaolina. Međutim, ova metoda se mora provoditi u jakim kiselim uslovima (pH < 3), što rezultira visokim operativnim troškovima i utjecajem na okoliš. Osim toga, hemijska svojstva natrijum hidrosulfita su nestabilna, što zahtijeva posebne i skupe aranžmane za skladištenje i transport.
Tiourea dioksid: (NH2) 2CSO2, TD) je snažno redukcijsko sredstvo, koje ima prednosti snažne redukcijske sposobnosti, ekološke prihvatljivosti, niske stope razgradnje, sigurnosti i niskih troškova serijske proizvodnje. Nerastvorljivi Fe3+ u kaolinu može se redukovati do rastvorljivog Fe2+ putem TD-a.
Nakon toga, bjelina kaolina se može povećati nakon filtracije i pranja. TD je vrlo stabilan na sobnoj temperaturi i u neutralnim uvjetima. Snažna redukcijska sposobnost TD-a može se postići samo u uvjetima jake alkalnosti (pH>10) ili zagrijavanja (T>70 °C), što rezultira visokim troškovima rada i poteškoćama.
Metoda oksidacije
Oksidacijski tretman uključuje upotrebu ozona, vodikovog peroksida, kalijum permanganata i natrijum hipohlorita za uklanjanje adsorbovanog sloja ugljika radi poboljšanja bjeline. Kaolin u dubljem dijelu ispod debljeg sloja nadložaka je siv, a željezo u kaolinu je u redukcionom stanju. Koristite jaka oksidacijska sredstva poput ozona ili natrijum hipohlorita za oksidaciju nerastvorljivog FeS2 u piritu do rastvorljivog Fe2+, a zatim isperite da biste uklonili Fe2+ iz sistema.
Metoda ispiranja kiselinom
Metoda kiselinskog ispiranja je transformacija nerastvorljivih nečistoća željeza u kaolinu u rastvorljive supstance u kiselim rastvorima (hlorovodonična kiselina, sumporna kiselina, oksalna kiselina itd.), čime se ostvaruje odvajanje od kaolina. U poređenju s drugim organskim kiselinama, oksalna kiselina se smatra najperspektivnijom zbog svoje kiselinske jačine, dobrih svojstava kompleksiranja i visoke redukcijske sposobnosti. S oksalnom kiselinom, rastvoreno željezo se može istaložiti iz rastvora za ispiranje u obliku željeznog oksalata i dalje se može prerađivati u čisti hematit kalcinacijom. Oksalna kiselina se može jeftino dobiti iz drugih industrijskih procesa, a u fazi pečenja u proizvodnji keramike, svaki preostali oksalat u tretiranom materijalu će se razložiti u ugljen-dioksid. Mnogi istraživači su proučavali rezultate rastvaranja željeznog oksida oksalnom kiselinom.
Metoda kalcinacije na visokoj temperaturi
Kalcinacija je proces proizvodnje kaolina specijalne kvalitete. U zavisnosti od temperature obrade, proizvode se dvije različite vrste kalciniranog kaolina. Kalcinacija u temperaturnom rasponu od 650-700 ℃ uklanja strukturnu hidroksilnu grupu, a izlazeća vodena para poboljšava elastičnost i neprozirnost kaolina, što je idealno svojstvo za nanošenje premaza na papir. Osim toga, zagrijavanjem kaolina na 1000-1050 ℃ ne samo da se može povećati otpornost na habanje, već se postiže i bjelina od 92-95%.
Kalcinacija hlorisanjem
Željezo i titan su uklonjeni iz glinastih minerala, posebno kaolina, hloriranjem, i postignuti su dobri rezultati. U procesu hloriranja i kalcinacije, na visokoj temperaturi (700 ℃ - 1000 ℃), kaolinit je podvrgnut dehidroksilaciji i formira metakaolinit, a na višoj temperaturi formiraju se faze spinela i mulita. Ove transformacije povećavaju hidrofobnost, tvrdoću i veličinu čestica sinterovanjem. Minerali tretirani na ovaj način mogu se koristiti u mnogim industrijama, kao što su papir, PVC, guma, plastika, ljepila, poliranje i pasta za zube. Veća hidrofobnost čini ove minerale kompatibilnijim sa organskim sistemima.
Mikrobiološka metoda
Mikrobna tehnologija pročišćavanja minerala relativno je nova tema u preradi minerala, uključujući tehnologiju mikrobnog ispiranja i tehnologiju mikrobne flotacije. Mikrobna tehnologija ispiranja minerala je tehnologija ekstrakcije koja koristi duboku interakciju između mikroorganizama i minerala kako bi se uništila kristalna rešetka minerala i otopile korisne komponente. Oksidirani pirit i druge sulfidne rude sadržane u kaolinu mogu se pročistiti tehnologijom mikrobne ekstrakcije. Uobičajeno korišteni mikroorganizmi uključuju Thiobacillus ferrooxidans i Fe-redukirajuće bakterije. Mikrobiološka metoda ima nisku cijenu i malo zagađenje okoliša, što neće utjecati na fizička i hemijska svojstva kaolina. To je nova metoda pročišćavanja i izbjeljivanja s potencijalom za razvoj minerala kaolina.
Sažetak
Tretman uklanjanja željeza i izbjeljivanja kaolina zahtijeva odabir najbolje metode u skladu s različitim uzrocima boje i različitim ciljevima primjene, poboljšanje sveobuhvatnih performansi bjeline minerala kaolina i postizanje visoke upotrebne i ekonomske vrijednosti. Budući trend razvoja trebao bi biti kombiniranje karakteristika hemijskih metoda, fizičkih metoda i mikrobioloških metoda organskim putem, kako bi se u potpunosti iskoristile njihove prednosti i ograničile njihove mane i nedostaci, te postigao bolji učinak izbjeljivanja. Istovremeno, potrebno je dalje proučavati nove mehanizme različitih metoda uklanjanja nečistoća i poboljšati proces kako bi se uklanjanje željeza i izbjeljivanje kaolina razvijalo u smjeru zelenog, efikasnog i niskougljičnog djelovanja.
Vrijeme objave: 02.03.2023.