Обладая особыми физическими и химическими свойствами, каолин является незаменимым неметаллическим минеральным ресурсом в керамике, производстве бумаги, резины, пластмасс, огнеупоров, нефтепереработки и других передовых технологических областях промышленности, сельского хозяйства и национальной обороны. Белизна каолина является важным показателем его прикладной ценности.
Факторы, влияющие на белизну каолина
Каолин — это разновидность мелкозернистой глины или глинистой породы, состоящей в основном из минералов каолинита. Его кристаллохимическая формула: 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Небольшое количество неглинистых минералов составляют кварц, полевой шпат, минералы железа, титан, гидроксид и оксиды алюминия, органические вещества и др.
Кристаллическая структура каолина
По состоянию и природе примесей в каолине примеси, вызывающие снижение белизны каолина, можно разделить на три категории: органический углерод; Пигментные элементы, такие как Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn и т. д.; Темные минералы, такие как биотит, хлорит и др. В целом содержание V, Cr, Cu, Mn и других элементов в каолине невелико, что мало влияет на белизну. Минеральный состав и содержание железа и титана являются основными факторами, влияющими на белизну каолина. Их существование повлияет не только на естественную белизну каолина, но и на его кальцинированную белизну. В частности, наличие оксида железа отрицательно влияет на цвет глины, снижает ее яркость и огнестойкость. И даже если количество оксида, гидроксида и гидратированного оксида железа составляет 0,4%, этого достаточно, чтобы придать глинистому осадку красно-желтую окраску. Такими оксидами и гидроксидами железа могут быть гематит (красный), маггемит (красно-коричневый), гетит (коричневато-желтый), лимонит (оранжевый), гидратированный оксид железа (коричневато-красный) и т. д. Можно сказать, что удаление примесей железа в каолине играет чрезвычайно важную роль в лучшем использовании каолина.
Состояние появления элемента железа
Состояние нахождения железа в каолине является основным фактором, определяющим способ обезжелезивания. В большом количестве исследований полагают, что кристаллическое железо в виде мелких частиц примешано к каолину, тогда как аморфное железо покрыто поверхностью мелких частиц каолина. В настоящее время состояние нахождения железа в каолине в стране и за рубежом разделяется на два типа: один - в каолините и сопутствующих минералах (таких как слюда, диоксид титана и иллит), который называется структурным железом; Другой находится в форме независимых минералов железа, называемых свободным железом (включая поверхностное железо, мелкозернистое кристаллическое железо и аморфное железо).
Железо, удаляемое обезжелезиванием и отбеливанием каолина, представляет собой свободное железо, включающее главным образом магнетит, гематит, лимонит, сидерит, пирит, ильменит, ярозит и другие минералы; Большая часть железа существует в виде высокодисперсного коллоидного лимонита, а небольшое количество — в виде сферических, игольчатых и неправильных гетита и гематита.
Метод обезжелезивания и отбеливания каолина
Сепарация воды
Этот метод в основном используется для удаления обломочных минералов, таких как кварц, полевой шпат и слюда, а также более крупных примесей, таких как обломки горных пород, а также некоторых минералов железа и титана. Примесные минералы с такой же плотностью и растворимостью, что и каолин, не могут быть удалены, а улучшение белизны относительно неочевидно, что подходит для обогащения и отбеливания относительно высококачественной каолиновой руды.
Магнитная сепарация
Минеральные примеси железа в каолине обычно слабомагнитны. В настоящее время в основном используется метод сильной магнитной сепарации с высоким градиентом, или слабомагнитные минералы после обжига превращаются в сильный магнитный оксид железа, а затем удаляются обычным методом магнитной сепарации.
Вертикальный кольцевой высокоградиентный магнитный сепаратор
Высокоградиентный магнитный сепаратор для электромагнитной суспензии
Низкотемпературный сверхпроводящий магнитный сепаратор
Метод флотации
Флотационный метод применен для очистки каолина из первичных и вторичных месторождений. В процессе флотации частицы каолинита и слюды разделяются, а очищенные продукты представляют собой несколько подходящих промышленных видов сырья. Селективное флотационное разделение каолинита и полевого шпата обычно проводят в пульпе с контролируемым pH.
Метод сокращения
Метод восстановления заключается в использовании восстановителя для восстановления примесей железа (таких как гематит и лимонит) в трехвалентном состоянии каолина до растворимых ионов двухвалентного железа, которые удаляются фильтрацией и промывкой. Удаление примесей Fe3+ из технического каолина обычно достигается сочетанием физической технологии (магнитная сепарация, селективная флокуляция) и химической обработки в кислых или восстановительных условиях.
Гидросульфит натрия (Na2S2O4), также известный как гидросульфит натрия, эффективен для восстановления и выщелачивания железа из каолина и в настоящее время используется в каолиновой промышленности. Однако этот метод необходимо проводить в сильнокислых условиях (pH<3), что приводит к высоким эксплуатационным затратам и воздействию на окружающую среду. Кроме того, химические свойства гидросульфита натрия нестабильны, что требует специальных и дорогостоящих мер по хранению и транспортировке.
Диоксид тиомочевины: (NH2)2CSO2, TD) является сильным восстановителем, преимуществами которого являются сильная восстановительная способность, экологичность, низкая скорость разложения, безопасность и низкая стоимость серийного производства. Нерастворимый Fe3+ в каолине может быть восстановлен до растворимого Fe2+ посредством ТД.
Впоследствии белизну каолина можно повысить после фильтрации и промывки. ТД очень стабилен при комнатной температуре и нейтральных условиях. Сильную восстановительную способность TD можно получить только в условиях сильной щелочности (pH>10) или нагревания (T>70 °C), что приводит к высокой стоимости и сложности эксплуатации.
Метод окисления
Окислительная обработка включает использование озона, перекиси водорода, перманганата калия и гипохлорита натрия для удаления слоя адсорбированного углерода и улучшения белизны. Каолин в более глубоком месте под более мощной вскрышной породой имеет серый цвет, а железо в каолине находится в восстановительном состоянии. Используйте сильные окислители, такие как озон или гипохлорит натрия, для окисления нерастворимого FeS2 в пирите до растворимого Fe2+, а затем промывайте систему, чтобы удалить Fe2+.
Метод кислотного выщелачивания
Метод кислотного выщелачивания заключается в преобразовании нерастворимых примесей железа в каолине в растворимые в кислых растворах вещества (соляная кислота, серная кислота, щавелевая кислота и др.), осуществляя таким образом отделение от каолина. По сравнению с другими органическими кислотами щавелевая кислота считается наиболее перспективной из-за ее кислотной силы, хороших комплексообразующих свойств и высокой восстановительной способности. С помощью щавелевой кислоты растворенное железо может быть осаждено из выщелачивающего раствора в виде оксалата железа и может быть подвергнуто дальнейшей обработке с образованием чистого гематита путем прокаливания. Щавелевую кислоту можно дешево получить с помощью других промышленных процессов, а на этапе обжига при производстве керамики любой остаточный оксалат в обработанном материале будет разлагаться на углекислый газ. Многие исследователи изучали результаты растворения оксида железа щавелевой кислотой.
Метод высокотемпературного прокаливания
Кальцинирование – это процесс производства продуктов из каолина специального сорта. В зависимости от температуры обработки производятся две разные марки обожженного каолина. Прокаливание в диапазоне температур 650-700 ℃ удаляет структурную гидроксильную группу, а выходящие пары воды повышают эластичность и непрозрачность каолина, что является идеальным атрибутом нанесения покрытия на бумагу. Кроме того, нагревая каолин при температуре 1000-1050 ℃, можно не только повысить истираемость, но и получить белизну 92-95%.
Хлорирование, прокаливание
Железо и титан были удалены из глинистых минералов, особенно из каолина, путем хлорирования, и были получены хорошие результаты. В процессе хлорирования и прокаливания при высокой температуре (700 ℃ – 1000 ℃) каолинит подвергается дегидроксилированию с образованием метакаолинита, а при более высокой температуре образуются фазы шпинели и муллита. Эти преобразования увеличивают гидрофобность, твердость и размер частиц за счет спекания. Обработанные таким образом минералы могут использоваться во многих отраслях промышленности, таких как производство бумаги, ПВХ, резины, пластмасс, клеев, полировки и зубной пасты. Более высокая гидрофобность делает эти минералы более совместимыми с органическими системами.
Микробиологический метод
Технология микробной очистки полезных ископаемых — относительно новая тема переработки полезных ископаемых, включающая технологию микробного выщелачивания и технологию микробной флотации. Технология микробного выщелачивания минералов – это технология экстракции, использующая глубокое взаимодействие микроорганизмов и минералов для разрушения кристаллической решетки минералов и растворения полезных компонентов. Окисленный пирит и другие сульфидные руды, содержащиеся в каолине, можно очистить с помощью технологии микробной экстракции. Обычно используемые микроорганизмы включают Thiobacillus Ferrooxydans и Fe-восстанавливающие бактерии. Микробиологический метод имеет низкую стоимость и низкое загрязнение окружающей среды, что не влияет на физические и химические свойства каолина. Это новый метод очистки и отбеливания с перспективой развития каолиновых минералов.
Краткое содержание
Для удаления железа и отбеливания каолина необходимо выбрать лучший метод в соответствии с различными причинами цвета и различными целями применения, улучшить комплексные характеристики белизны каолиновых минералов и придать им высокую потребительскую и экономическую ценность. Тенденция будущего развития должна состоять в том, чтобы органично объединить характеристики химического метода, физического метода и микробиологического метода, чтобы в полной мере раскрыть их преимущества и ограничить их недостатки и недостатки, чтобы добиться лучшего эффекта отбеливания. В то же время необходимо также продолжить изучение нового механизма различных методов удаления примесей и улучшить процесс, чтобы удаление железа и отбеливание каолина развивались в направлении экологически чистого, эффективного и низкоуглеродистого процесса.
Время публикации: 02 марта 2023 г.