Med særlige fysiske og kemiske egenskaber er kaolin en uundværlig ikke-metallisk mineralressource inden for keramik, papirfremstilling, gummi, plast, ildfaste materialer, olieraffinering og andre banebrydende teknologiområder inden for industri, landbrug og forsvar. Kaolins hvidhed er en vigtig indikator for dens anvendelsesværdi.
Faktorer der påvirker kaolins hvidhed
Kaolin er en slags finkornet ler eller lersten, der hovedsageligt består af kaolinitmineraler. Dens krystalkemiske formel er 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. En lille mængde ikke-lermineraler er kvarts, feldspat, jernmineraler, titanium, aluminiumhydroxid og -oxider, organisk materiale osv.
Krystallinsk struktur af kaolin
I henhold til urenhedernes tilstand og natur i kaolin kan de urenheder, der forårsager reduktionen af kaolins hvidhed, opdeles i tre kategorier: organisk kulstof; pigmentelementer, såsom Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn osv.; mørke mineraler, såsom biotit, chlorit osv. Generelt er indholdet af V, Cr, Cu, Mn og andre elementer i kaolin lille, hvilket har ringe effekt på hvidheden. Mineralsammensætningen og indholdet af jern og titanium er de vigtigste faktorer, der påvirker kaolins hvidhed. Deres tilstedeværelse vil ikke kun påvirke kaolins naturlige hvidhed, men også påvirke dens kalcinerede hvidhed. Især tilstedeværelsen af jernoxid har en negativ indvirkning på lerets farve og reducerer dets lysstyrke og brandmodstand. Og selvom mængden af oxid, hydroxid og hydreret oxid af jernoxid er 0,4%, er det nok til at give lersedimentet en rød til gul farve. Disse jernoxider og hydroxider kan være hæmatit (rød), maghemit (rødbrun), goethit (brunlig gul), limonit (orange), hydreret jernoxid (brunlig rød) osv. Det kan siges, at fjernelsen af jernurenheder i kaolin spiller en yderst vigtig rolle i en bedre udnyttelse af kaolin.
Forekomsttilstand for jernelement
Jerns forekomsttilstand i kaolin er den vigtigste faktor, der bestemmer metoden til fjernelse af jern. Et stort antal undersøgelser mener, at krystallinsk jern i form af fine partikler blandes i kaolin, mens amorft jern er belagt på overfladen af fine partikler af kaolin. I øjeblikket er forekomsttilstanden af jern i kaolin opdelt i to typer i ind- og udland: den ene er i kaolinit og tilhørende mineraler (såsom glimmer, titandioxid og illit), som kaldes strukturjern; den anden er i form af uafhængige jernmineraler, kaldet frit jern (inklusive overfladejern, finkornet krystallinsk jern og amorft jern).
Det jern, der fjernes ved jernfjernelse og hvidtning af kaolin, er frit jern, hovedsageligt omfattende magnetit, hæmatit, limonit, siderit, pyrit, ilmenit, jarosit og andre mineraler; det meste jern findes i form af stærkt dispergeret kolloid limonit og en lille mængde i form af sfærisk, nåleformet og uregelmæssig goethit og hæmatit.
Jernfjernelse og blegningsmetode for kaolin
Vandseparation
Denne metode bruges hovedsageligt til at fjerne detritale mineraler såsom kvarts, feldspat og glimmer, og grovere urenheder såsom stenaffald, samt nogle jern- og titanmineraler. Urenhedsmineraler med lignende densitet og opløselighed som kaolin kan ikke fjernes, og hvidhedsforbedringen er relativt usynlig, hvilket er egnet til opredning og hvidtning af kaolinmalm af relativt høj kvalitet.
Magnetisk separation
Jernmineralurenheder i kaolin er normalt svagt magnetiske. I øjeblikket anvendes hovedsageligt den stærke magnetiske separationsmetode med høj gradient, eller de svagt magnetiske mineraler omdannes til stærkt magnetisk jernoxid efter ristning og fjernes derefter ved hjælp af den almindelige magnetiske separationsmetode.
Vertikal ringformet magnetisk separator med høj gradient
Højgradient magnetisk separator til elektromagnetisk opslæmning
Lavtemperatur superledende magnetisk separator
Flotationsmetode
Flotationsmetoden er blevet anvendt til at behandle kaolin fra primære og sekundære aflejringer. I flotationsprocessen separeres kaolinit- og glimmerpartikler, og de rensede produkter er flere egnede råmaterialer af industriel kvalitet. Den selektive flotationsseparation af kaolinit og feldspat udføres normalt i opslæmningen med kontrolleret pH.
Reduktionsmetode
Reduktionsmetoden består i at bruge et reduktionsmiddel til at reducere jernurenheder (såsom hæmatit og limonit) i kaolins trivalente tilstand til opløselige divalente jernioner, som fjernes ved filtrering og vask. Fjernelsen af Fe3+-urenheder fra industriel kaolin opnås normalt ved at kombinere fysisk teknologi (magnetisk separation, selektiv flokkulering) og kemisk behandling under sure eller reducerende forhold.
Natriumhydrosulfit (Na2S2O4), også kendt som natriumhydrosulfit, er effektivt til at reducere og udvaske jern fra kaolin og anvendes i øjeblikket i kaolinindustrien. Denne metode skal dog udføres under stærke sure forhold (pH < 3), hvilket resulterer i høje driftsomkostninger og miljøpåvirkning. Derudover er natriumhydrosulfits kemiske egenskaber ustabile, hvilket kræver særlige og dyre opbevarings- og transportordninger.
Thioureadioxid: (NH2)2CSO2, TD) er et stærkt reduktionsmiddel, som har fordelene ved stærk reduktionsevne, miljøvenlighed, lav nedbrydningshastighed, sikkerhed og lave omkostninger ved batchproduktion. Uopløseligt Fe3+ i kaolin kan reduceres til opløseligt Fe2+ gennem TD.
Efterfølgende kan kaolins hvidhed øges efter filtrering og vask. TD er meget stabil ved stuetemperatur og neutrale forhold. TD's stærke reduktionsevne kan kun opnås under betingelser med stærk alkalinitet (pH>10) eller opvarmning (T>70 °C), hvilket resulterer i høje driftsomkostninger og vanskeligheder.
Oxidationsmetode
Oxidationsbehandling omfatter brugen af ozon, hydrogenperoxid, kaliumpermanganat og natriumhypochlorit for at fjerne det adsorberede kulstoflag og forbedre hvidheden. Kaolinen i det dybere område under det tykkere overlag er grå, og jernet i kaolinen er i reducerende tilstand. Brug stærke oxidationsmidler såsom ozon eller natriumhypochlorit til at oxidere uopløseligt FeS2 i pyrit til opløseligt Fe2+, og vask derefter for at fjerne Fe2+ fra systemet.
Syreudvaskningsmetode
Syreudvaskningsmetoden går ud på at omdanne de uopløselige jernurenheder i kaolin til opløselige stoffer i sure opløsninger (saltsyre, svovlsyre, oxalsyre osv.), hvorved man opnår separation fra kaolin. Sammenlignet med andre organiske syrer anses oxalsyre for at være den mest lovende på grund af dens syrestyrke, gode kompleksdannelsesegenskaber og høje reduktionsevne. Med oxalsyre kan det opløste jern udfældes fra udvaskningsopløsningen i form af jern(II)oxalat og kan yderligere forarbejdes til dannelse af ren hæmatit gennem kalcinering. Oxalsyre kan billigt opnås fra andre industrielle processer, og i brændingsfasen af keramikfremstilling vil eventuelt resterende oxalat i det behandlede materiale blive nedbrudt til kuldioxid. Mange forskere har studeret resultaterne af at opløse jernoxid med oxalsyre.
Højtemperaturkalcineringsmetode
Kalcinering er processen med at producere kaolinprodukter af specialkvalitet. Afhængigt af behandlingstemperaturen produceres der to forskellige kvaliteter af kalcineret kaolin. Kalcinering i temperaturområdet 650-700 ℃ fjerner den strukturelle hydroxylgruppe, og den undslippende vanddamp forbedrer kaolinens elasticitet og opacitet, hvilket er en ideel egenskab til papirbelægning. Derudover kan kaolin ved opvarmning til 1000-1050 ℃ ikke kun øges slidstyrken, men også opnås en hvidhed på 92-95%.
Klorering og kalcinering
Jern og titanium blev fjernet fra lermineraler, især kaolin, ved klorering, og der blev opnået gode resultater. I klorering- og kalcineringsprocessen har kaolinit ved høj temperatur (700 ℃ - 1000 ℃) gennemgået dehydroxylering for at danne metakaolinit, og ved højere temperatur dannes spinel- og mullitfaser. Disse transformationer øger hydrofobiciteten, hårdheden og størrelsen af partiklerne gennem sintring. De mineraler, der behandles på denne måde, kan anvendes i mange industrier, såsom papir, PVC, gummi, plast, klæbemidler, polering og tandpasta. Den højere hydrofobicitet gør disse mineraler mere kompatible med organiske systemer.
Mikrobiologisk metode
Mikrobiel rensningsteknologi af mineraler er et relativt nyt emne inden for mineralforarbejdning, herunder mikrobiel udvaskningsteknologi og mikrobiel flotationsteknologi. Den mikrobielle udvaskningsteknologi af mineraler er en ekstraktionsteknologi, der bruger den dybe interaktion mellem mikroorganismer og mineraler til at ødelægge mineralernes krystalgitter og opløse de nyttige komponenter. Oxideret pyrit og andre sulfidmalmer indeholdt i kaolin kan renses ved mikrobiel ekstraktionsteknologi. Almindeligt anvendte mikroorganismer omfatter Thiobacillus ferrooxidans og Fe-reducerende bakterier. Den mikrobiologiske metode har lave omkostninger og lav miljøforurening, hvilket ikke vil påvirke kaolins fysiske og kemiske egenskaber. Det er en ny rensnings- og hvidtningsmetode med udviklingsmuligheder for kaolinmineraler.
Oversigt
Jernfjernelses- og blegningsbehandlingen af kaolin skal vælges med den bedste metode i henhold til forskellige farveårsager og anvendelsesmål, forbedre kaolinmineralernes omfattende hvidhedsegenskaber og sikre en høj brugsværdi og økonomisk værdi. Den fremtidige udviklingstendens bør være at kombinere egenskaberne ved kemiske, fysiske og mikrobiologiske metoder på en organisk måde for at udnytte deres fordele fuldt ud og begrænse deres ulemper og mangler for at opnå en bedre blegningseffekt. Samtidig er det også nødvendigt at undersøge den nye mekanisme for forskellige metoder til fjernelse af urenheder yderligere og forbedre processen for at få jernfjernelse og blegning af kaolin til at udvikle sig i retning af grøn, effektiv og lavkulstof.
Opslagstidspunkt: 2. marts 2023