S posebnim fizikalnim i kemijskim svojstvima, kaolin je nezamjenjiv nemetalni mineralni resurs u keramici, proizvodnji papira, gume, plastike, vatrostalnih materijala, rafiniranju nafte i drugim industrijskim, poljoprivrednim i obrambenim tehnološkim područjima vrhunske tehnologije. Bjelina kaolina važan je pokazatelj njegove primjene.
Čimbenici koji utječu na bjelinu kaolina
Kaolin je vrsta sitnozrnate gline ili glinene stijene koja se uglavnom sastoji od minerala kaolinita. Njegova kristalnokemijska formula je 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Mala količina neglinenih minerala su kvarc, feldspat, željezni minerali, titan, aluminijev hidroksid i oksidi, organska tvar 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, poput Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn itd.; tamni minerali, poput biotita, klorita 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 čimbenici koji utječu na bjelinu kaolina. Njihova prisutnost ne utječe samo na prirodnu bjelinu kaolina, već utječe i na njegovu kalciniranu bjelinu. Posebno, prisutnost željeznog oksida negativno utječe na boju gline i smanjuje njezinu svjetlinu i otpornost na vatru. Čak i ako je količina oksida, hidroksida i hidratiziranog oksida željeznog oksida 0,4%, dovoljna je da sediment gline poprimi crvene do žute boje. Ti željezni oksidi i hidroksidi mogu biti hematit (crveni), maghemit (crveno-smeđi), getit (smeđežuti), limonit (narančasti), 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 prisutnosti željeza u kaolinu glavni je čimbenik 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 na površini finih čestica kaolina. Trenutno se stanje prisutnosti željeza u kaolinu u zemlji i inozemstvu dijeli na dvije vrste: jedno je u kaolinitu i pomoćnim mineralima (kao što su tinjac, titanijev dioksid i ilit), što se naziva strukturnim željezom; drugo je u obliku neovisnih 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 goetita i hematita.
Metoda uklanjanja željeza i izbjeljivanja kaolina
Odvajanje vode
Ova se metoda 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 očito, što je pogodno za obogaćivanje i izbjeljivanje relativno visokokvalitetne rude kaolina.
Magnetska separacija
Nečistoće željeznih minerala u kaolinu obično su slabo magnetske. Trenutno se uglavnom koristi metoda odvajanja visokim gradijentom jakog magneta ili se slabo magnetski minerali pretvaraju u jako magnetski željezov oksid nakon prženja, a zatim uklanjaju uobičajenom metodom magnetskog odvajanja.
Vertikalni prstenasti magnetski separator visokog gradijenta
Visokogradijentni magnetski separator za elektromagnetsku suspenziju
Niskotemperaturni supravodljivi magnetski separator
Metoda flotacije
Metoda flotacije primijenjena je za obradu kaolina iz primarnih i sekundarnih naslaga. U procesu flotacije, čestice kaolinita i tinjca se odvajaju, a pročišćeni produkti su nekoliko prikladnih 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 (poput hematita i limonita) u trovalentnom stanju kaolina do topljivih dvovalentnih iona željeza, koji se uklanjaju filtracijom i pranjem. Uklanjanje nečistoća Fe3+ iz industrijskog kaolina obično se postiže kombiniranjem fizikalne tehnologije (magnetska separacija, selektivna flokulacija) i kemijske obrade u kiselim ili redukcijskim uvjetima.
Natrijev hidrosulfit (Na2S2O4), također poznat kao natrijev hidrosulfit, učinkovit je u redukciji i ispiranju željeza iz kaolina te se trenutno koristi u industriji kaolina. Međutim, ova se metoda mora provoditi u jakim kiselim uvjetima (pH < 3), što rezultira visokim operativnim troškovima i utjecajem na okoliš. Osim toga, kemijska svojstva natrijevog hidrosulfita su nestabilna, što zahtijeva posebne i skupe uvjete skladištenja i transporta.
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. Netopljivi Fe3+ u kaolinu može se reducirati do topljivog Fe2+ putem TD-a.
Nakon toga, bjelina kaolina može se 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
Oksidacijska obrada uključuje upotrebu ozona, vodikovog peroksida, kalijevog permanganata i natrijevog hipoklorita za uklanjanje adsorbiranog sloja ugljika radi poboljšanja bjeline. Kaolin u dubljem dijelu ispod debljeg sloja nadložaka je siv, a željezo u kaolinu je u redukcijskom stanju. Koristite jaka oksidacijska sredstva poput ozona ili natrijevog hipoklorita za oksidaciju netopljivog FeS2 u piritu do topljivog Fe2+, a zatim isperite kako biste uklonili Fe2+ iz sustava.
Metoda ispiranja kiselinom
Metoda ispiranja kiselinom je pretvorba netopljivih nečistoća željeza u kaolinu u topljive tvari u kiselim otopinama (klorovodična kiselina, sumporna kiselina, oksalna kiselina itd.), čime se ostvaruje odvajanje od kaolina. U usporedbi s drugim organskim kiselinama, oksalna kiselina se smatra najperspektivnijom zbog svoje kiselinske jačine, dobrih svojstava kompleksiranja i visoke redukcijske sposobnosti. S oksalnom kiselinom, otopljeno željezo može se istaložiti iz otopine za ispiranje u obliku željeznog oksalata i dalje se može prerađivati u čisti hematit kalcinacijom. Oksalna kiselina može se jeftino dobiti iz drugih industrijskih procesa, a u fazi pečenja u proizvodnji keramike, svaki preostali oksalat u obrađenom materijalu razgradit će se u ugljikov dioksid. Mnogi istraživači proučavali su rezultate otapanja željeznog oksida oksalnom kiselinom.
Metoda kalcinacije na visokim temperaturama
Kalcinacija je proces proizvodnje kaolina posebne kvalitete. Ovisno o temperaturi obrade, proizvode se dvije različite vrste kalciniranog kaolina. Kalcinacija u temperaturnom rasponu od 650-700 ℃ uklanja strukturnu hidroksilnu skupinu, 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 abrazivnost, već se postiže i bjelina od 92-95%.
Kalcinacija kloriranjem
Željezo i titan uklonjeni su iz glinastih minerala, posebno kaolina, kloriranjem, a postignuti su dobri rezultati. U procesu kloriranja i kalcinacije, na visokoj temperaturi (700 ℃ - 1000 ℃), kaolinit je podvrgnut dehidroksilaciji i formira metakaolinit, a na višoj temperaturi nastaju faze spinela i mulita. Ove transformacije povećavaju hidrofobnost, tvrdoću i veličinu čestica sinteriranjem. Minerali obrađeni 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 kompatibilnijima s organskim sustavima.
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-reducirajuće bakterije. Mikrobiološka metoda ima nisku cijenu i nisko onečišćenje okoliša, što neće utjecati na fizikalna i kemijska svojstva kaolina. To je nova metoda pročišćavanja i izbjeljivanja s potencijalom za razvoj minerala kaolina.
Sažetak
Za uklanjanje željeza i izbjeljivanje kaolina potrebno je odabrati najbolju metodu prema različitim uzrocima boje i različitim ciljevima primjene, poboljšati sveobuhvatne performanse bjeline kaolinskih minerala te postići visoku uporabnu i ekonomsku vrijednost. Budući razvojni trend trebao bi biti kombiniranje karakteristika kemijskih, fizikalnih i mikrobioloških metoda na organski način, kako bi se u potpunosti iskoristile njihove prednosti, a ograničili nedostaci i mane 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, učinkovitog i niskougljičnog djelovanja.
Vrijeme objave: 02.03.2023.