Са посебним физичким и хемијским својствима, каолин је незаменљив неметални минерални ресурс у керамици, производњи папира, гуме, пластике, ватросталних материјала, рафинерији нафте и другим индустријским, пољопривредним и најсавременијим технолошким областима националне одбране. Белина каолина је важан показатељ његове применљиве вредности.
Фактори који утичу на белину каолина
Каолин је врста ситнозрне глине или глинене стене која се углавном састоји од минерала каолинита. Његова кристално-хемијска формула је 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Мала количина неглинених минерала су кварц, фелдспат, минерали гвожђа, титанијум, алуминијум хидроксид и оксиди, органске материје итд.
Кристална структура каолина
Према стању и природи нечистоћа у каолину, нечистоће које узрокују смањење белине каолина могу се поделити у три категорије: органски угљеник; пигментни елементи, као што су Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn итд.; тамни минерали, као што су биотит, хлорит итд. Генерално, садржај V, Cr, Cu, Mn и других елемената у каолину је мали, што мало утиче на белину. Минерални састав и садржај гвожђа и титанијума су главни фактори који утичу на белину каолина. Њихово присуство не само да ће утицати на природну белину каолина, већ ће утицати и на његову калцинисану белину. Конкретно, присуство оксида гвожђа негативно утиче на боју глине и смањује њен сјај и отпорност на ватру. Чак и ако је количина оксида, хидроксида и хидратисаног оксида оксида гвожђа 0,4%, довољна је да седимент глине добије црвену до жуту боју. Ови гвоздени оксиди и хидроксиди могу бити хематит (црвени), магхемит (црвено-смеђи), гетит (смеђе-жути), лимонит (наранџасти), хидратисани гвоздени оксид (смеђе-црвени) итд. Може се рећи да уклањање гвоздених нечистоћа у каолину игра изузетно важну улогу у бољем коришћењу каолина.
Стање појаве елемента гвожђа
Стање присуства гвожђа у каолину је главни фактор који одређује метод уклањања гвожђа. Велики број студија сматра да је кристално гвожђе у облику финих честица помешано са каолином, док је аморфно гвожђе превучено на површину финих честица каолина. Тренутно је стање присуства гвожђа у каолину подељено на два типа у земљи и иностранству: једно је у каолиниту и помоћним минералима (као што су лискун, титанијум диоксид и илит), што се назива структурно гвожђе; друго је у облику независних минерала гвожђа, названих слободно гвожђе (укључујући површинско гвожђе, финозрнасто кристално гвожђе и аморфно гвожђе).
Гвожђе уклоњено уклањањем гвожђа и бељењем каолина је слободно гвожђе, углавном укључујући магнетит, хематит, лимонит, сидерит, пирит, илменит, јарозит и друге минерале; Већина гвожђа постоји у облику високо диспергованог колоидног лимонита, а мала количина у облику сферног, ацикуларног и неправилног гетита и хематита.
Метода уклањања гвожђа и бељења каолина
Одвајање воде
Ова метода се углавном користи за уклањање детриталних минерала као што су кварц, фелдспат и лискун, и крупнијих нечистоћа као што су остаци стена, као и неки минерали гвожђа и титанијума. Нечистоће минерала са сличном густином и растворљивошћу као каолин не могу се уклонити, а побољшање белине није релативно очигледно, што је погодно за обогаћивање и бељење релативно висококвалитетне руде каолина.
Магнетна сепарација
Нечистоће минерала гвожђа у каолину су обично слабо магнетне. Тренутно се углавном користи метода јаког магнетног одвајања са високим градијентом, или се слаби магнетни минерали претварају у јаки магнетни оксид гвожђа након пржења, а затим уклањају уобичајеном методом магнетног одвајања.
Вертикални прстенасти магнетни сепаратор са високим градијентом
Магнетни сепаратор високог градијента за електромагнетну суспензију
Суперпроводни магнетни сепаратор на ниским температурама
Метода флотације
Метода флотације је примењена за третман каолина из примарних и секундарних наслага. У процесу флотације, честице каолинита и лискуна се одвајају, а пречишћени производи су неколико погодних сировина индустријског квалитета. Селективно флотационо одвајање каолинита и фелдспата се обично врши у суспензији са контролисаним pH.
Метода редукције
Метод редукције је употреба редукционог средства за редукцију нечистоћа гвожђа (као што су хематит и лимонит) у тровалентном стању каолина до растворљивих двовалентних јона гвожђа, који се уклањају филтрацијом и испирањем. Уклањање нечистоћа Fe3+ из индустријског каолина се обично постиже комбиновањем физичке технологије (магнетна сепарација, селективна флокулација) и хемијске обраде под киселим или редукционим условима.
Натријум хидросулфит (Na2S2O4), такође познат као натријум хидросулфит, ефикасан је у редукцији и излучивању гвожђа из каолина и тренутно се користи у индустрији каолина. Међутим, ова метода мора да се спроводи у условима јаке киселине (pH < 3), што резултира високим оперативним трошковима и утицајем на животну средину. Поред тога, хемијска својства натријум хидросулфита су нестабилна, што захтева посебне и скупе аранжмане за складиштење и транспорт.
Тиоуреа диоксид: (NH2) 2CSO2, TD) је јако редукционо средство, које има предности јаке редукционе способности, еколошке прихватљивости, ниске стопе разградње, безбедности и ниских трошкова серијске производње. Нерастворљиви Fe3+ у каолину може се редуковати до растворљивог Fe2+ путем TD.
Након тога, белина каолина се може повећати након филтрације и прања. ТД је веома стабилан на собној температури и у неутралним условима. Јака редукциона способност ТД може се постићи само под условима јаке алкалности (pH>10) или загревања (T>70 °C), што резултира високим трошковима рада и тешкоћама.
Метода оксидације
Оксидациони третман обухвата употребу озона, водоник-пероксида, калијум перманганата и натријум хипохлорита за уклањање адсорбованог слоја угљеника ради побољшања белине. Каолин у дубљем делу испод дебљег слоја надлошка је сив, а гвожђе у каолину је у редукујућем стању. Користите јака оксидациона средства као што су озон или натријум хипохлорит да бисте оксидовали нерастворљиви FeS2 у пириту до растворљивог Fe2+, а затим исперите да бисте уклонили Fe2+ из система.
Метода испирања киселином
Метода киселог испирања је трансформација нерастворљивих нечистоћа гвожђа у каолину у растворљиве супстанце у киселим растворима (хлороводонична киселина, сумпорна киселина, оксална киселина итд.), чиме се остварује одвајање од каолина. У поређењу са другим органским киселинама, оксална киселина се сматра најперспективнијом због своје јачине киселине, добрих својстава комплексирања и високе редукционе способности. Са оксалном киселином, растворено гвожђе може се исталожити из раствора за испирање у облику гвожђе-оксалата и може се даље обрађивати да би се формирао чисти хематит путем калцинације. Оксална киселина се може јефтино добити из других индустријских процеса, а у фази печења у производњи керамике, сваки преостали оксалат у третираном материјалу ће се разложити у угљен-диоксид. Многи истраживачи су проучавали резултате растварања гвожђе-оксида оксалном киселином.
Метода калцинације на високој температури
Калцинација је процес производње каолина специјалног квалитета. У зависности од температуре обраде, производе се два различита квалитета калцинисаног каолина. Калцинација у температурном опсегу од 650-700 ℃ уклања структурну хидроксилну групу, а излазна водена пара побољшава еластичност и непрозирност каолина, што је идеално својство за наношење премаза за папир. Поред тога, загревањем каолина на 1000-1050 ℃, не само да се може повећати хабање, већ се може постићи и белина од 92-95%.
Калцинација хлорисањем
Гвожђе и титанијум су уклоњени из глинених минерала, посебно каолина, хлорисањем, и добијени су добри резултати. У процесу хлорисања и калцинације, на високој температури (700 ℃ - 1000 ℃), каолинит је подвргнут дехидроксилацији и формирао метакаолинит, а на вишој температури формирају се фазе шпинела и мулита. Ове трансформације повећавају хидрофобност, тврдоћу и величину честица кроз синтеровање. Минерали третирани на овај начин могу се користити у многим индустријама, као што су папир, ПВЦ, гума, пластика, лепкови, полирање и паста за зубе. Већа хидрофобност чини ове минерале компатибилнијим са органским системима.
Микробиолошка метода
Технологија микробиолошког пречишћавања минерала је релативно нова тема у преради минерала, укључујући технологију микробиолошког излучивања и технологију микробиолошке флотације. Технологија микробиолошког излучивања минерала је технологија екстракције која користи дубоку интеракцију између микроорганизама и минерала како би се уништила кристална решетка минерала и раствориле корисне компоненте. Оксидовани пирит и друге сулфидне руде садржане у каолину могу се пречистити технологијом микробиолошке екстракције. Уобичајено коришћени микроорганизми укључују Thiobacillus ferrooxidans и Fe-редукујуће бактерије. Микробиолошка метода има ниску цену и ниско загађење животне средине, што неће утицати на физичка и хемијска својства каолина. То је нова метода пречишћавања и избељивања са перспективама развоја минерала каолина.
Резиме
За уклањање гвожђа и третман бељења каолина потребно је одабрати најбољу методу у складу са различитим узроцима боје и различитим циљевима примене, побољшати свеобухватне перформансе белине каолинских минерала и учинити га високом употребном и економском вредности. Будући тренд развоја требало би да буде комбиновање карактеристика хемијских метода, физичких метода и микробиолошких метода на органски начин, како би се у потпуности искористиле њихове предности и ограничиле њихове мане и недостаци, и постигао бољи ефекат бељења. Истовремено, потребно је даље проучавати нове механизме различитих метода уклањања нечистоћа и побољшати процес како би се уклањање гвожђа и бељење каолина развијало у правцу зеленог, ефикасног и нискоугљеничног процеса.
Време објаве: 02.03.2023.