Kaolīnam piemīt īpašas fizikālās un ķīmiskās īpašības, un tas ir neaizstājams nemetālisks minerālu resurss keramikas, papīra ražošanas, gumijas, plastmasas, ugunsizturīgo materiālu, naftas pārstrādes un citās rūpniecības, lauksaimniecības un valsts aizsardzības progresīvo tehnoloģiju jomās. Kaolīna baltums ir svarīgs tā pielietojuma vērtības rādītājs.
Faktori, kas ietekmē kaolīna baltumu
Kaolīns ir smalkgraudains māls vai māla iezis, kas galvenokārt sastāv no kaolinīta minerāliem. Tā kristāliskā ķīmiskā formula ir 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Neliels daudzums nemāla minerālu ir kvarcs, laukšpats, dzelzs minerāli, titāns, alumīnija hidroksīds un oksīdi, organiskās vielas utt.
Kaolīna kristāliskā struktūra
Atkarībā no kaolīna piemaisījumu stāvokļa un rakstura, piemaisījumus, kas izraisa kaolīna baltuma samazināšanos, var iedalīt trīs kategorijās: organiskais ogleklis; pigmenta elementi, piemēram, Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn utt.; tumšie minerāli, piemēram, biotīts, hlorīts utt. Parasti V, Cr, Cu, Mn un citu elementu saturs kaolīnā ir neliels, un tas maz ietekmē baltumu. Minerālu sastāvs un dzelzs un titāna saturs ir galvenie faktori, kas ietekmē kaolīna baltumu. To klātbūtne ietekmēs ne tikai kaolīna dabisko baltumu, bet arī tā kalcinēto baltumu. Jo īpaši dzelzs oksīda klātbūtne negatīvi ietekmē māla krāsu un samazina tā spilgtumu un ugunsizturību. Pat ja dzelzs oksīda, hidroksīda un hidratētā oksīda daudzums ir 0,4%, tas ir pietiekami, lai māla nogulsnes iegūtu sarkanu līdz dzeltenu krāsu. Šie dzelzs oksīdi un hidroksīdi var būt hematīts (sarkans), maghemīts (sarkanbrūns), goetīts (brūngani dzeltens), limonīts (oranžs), hidratēts dzelzs oksīds (brūngani sarkans) utt. Var teikt, ka dzelzs piemaisījumu atdalīšanai kaolīnā ir ārkārtīgi svarīga loma labākā kaolīna izmantošanā.
Dzelzs elementa sastopamības stāvoklis
Dzelzs klātbūtnes stāvoklis kaolīnā ir galvenais faktors, kas nosaka dzelzs atdalīšanas metodi. Liels skaits pētījumu uzskata, ka kristālisks dzelzs smalku daļiņu veidā ir sajaukts ar kaolīnu, savukārt amorfais dzelzs ir pārklāts ar kaolīna smalko daļiņu virsmu. Pašlaik dzelzs klātbūtnes stāvoklis kaolīnā tiek iedalīts divos veidos gan mājās, gan ārzemēs: viens ir kaolinīts un palīgminerāli (piemēram, vizla, titāna dioksīds un illīts), ko sauc par strukturālo dzelzi; otrs ir neatkarīgu dzelzs minerālu veidā, ko sauc par brīvo dzelzi (ieskaitot virsmas dzelzi, smalkgraudaino kristālisko dzelzi un amorfo dzelzi).
Ar kaolīna atdzelžošanu un balināšanu atdalītais dzelzs ir brīvais dzelzs, galvenokārt ietverot magnetītu, hematītu, limonītu, siderītu, pirītu, ilmenītu, jarozītu un citus minerālus; Lielākā daļa dzelzs pastāv ļoti izkliedēta koloīda limonīta veidā un neliels daudzums sfēriska, adatveida un neregulāra goetīta un hematīta veidā.
Kaolīna dzelzs atdalīšanas un balināšanas metode
Ūdens atdalīšana
Šo metodi galvenokārt izmanto, lai atdalītu detritālus minerālus, piemēram, kvarcu, laukšpatu un vizlu, kā arī rupjākus piemaisījumus, piemēram, iežu atliekas, kā arī dažus dzelzs un titāna minerālus. Piemaisījumu minerālus ar līdzīgu blīvumu un šķīdību kā kaolīnu nevar noņemt, un baltuma uzlabojums nav relatīvi acīmredzams, kas ir piemērots relatīvi augstas kvalitātes kaolīna rūdas bagātināšanai un balināšanai.
Magnētiskā atdalīšana
Kaolīnā esošie dzelzs minerālu piemaisījumi parasti ir vāji magnētiski. Pašlaik galvenokārt tiek izmantota augsta gradienta stiprās magnētiskās atdalīšanas metode vai arī vāji magnētiskie minerāli pēc apdedzināšanas tiek pārvērsti par spēcīgu magnētisku dzelzs oksīdu un pēc tam atdalīti ar parasto magnētiskās atdalīšanas metodi.
Vertikāls gredzenveida augsta gradienta magnētiskais separators
Augsta gradienta magnētiskais separators elektromagnētiskai suspensijai
Zemas temperatūras supravadošs magnētiskais separators
Flotācijas metode
Flotācijas metode ir izmantota kaolīna apstrādei no primārajām un sekundārajām atradnēm. Flotācijas procesā tiek atdalītas kaolinīta un vizlas daļiņas, un attīrītie produkti ir vairākas piemērotas rūpnieciskas kvalitātes izejvielas. Kaolinīta un laukšpata selektīvā flotācijas atdalīšana parasti tiek veikta suspensijā ar kontrolētu pH līmeni.
Samazināšanas metode
Redukcijas metode ir izmantot reducētāju, lai reducētu dzelzs piemaisījumus (piemēram, hematītu un limonītu) kaolīna trīsvērtīgajā stāvoklī līdz šķīstošiem divvērtīgiem dzelzs joniem, kurus atdala ar filtrēšanu un mazgāšanu. Fe3+ piemaisījumu atdalīšana no rūpnieciskā kaolīna parasti tiek panākta, apvienojot fizikālās tehnoloģijas (magnētiskā atdalīšana, selektīva flokulācija) un ķīmisko apstrādi skābos vai reducējošos apstākļos.
Nātrija hidrosulfīts (Na2S2O4), kas pazīstams arī kā nātrija hidrosulfīts, ir efektīvs dzelzs reducēšanai un izskalošanai no kaolīna, un to pašlaik izmanto kaolīna rūpniecībā. Tomēr šī metode jāveic stipri skābā vidē (pH<3), kā rezultātā rodas augstas ekspluatācijas izmaksas un ietekme uz vidi. Turklāt nātrija hidrosulfīta ķīmiskās īpašības ir nestabilas, tāpēc nepieciešami īpaši un dārgi uzglabāšanas un transportēšanas pasākumi.
Tiourīnvielas dioksīds: (NH2)2CSO2, TD) ir spēcīgs reducētājs, kam piemīt tādas priekšrocības kā spēcīga reducēšanas spēja, videi draudzīgums, zems sadalīšanās ātrums, drošība un zemas sērijveida ražošanas izmaksas. Kaolīnā nešķīstošo Fe3+ var reducēt līdz šķīstošam Fe2+, izmantojot TD.
Pēc filtrēšanas un mazgāšanas kaolīna baltumu var palielināt. TD ir ļoti stabils istabas temperatūrā un neitrālos apstākļos. TD spēcīgo reducēšanas spēju var panākt tikai spēcīgas sārmainības (pH>10) vai karsēšanas (T>70 °C) apstākļos, kā rezultātā rodas augstas ekspluatācijas izmaksas un grūtības.
Oksidācijas metode
Oksidācijas apstrāde ietver ozona, ūdeņraža peroksīda, kālija permanganāta un nātrija hipohlorīta izmantošanu, lai noņemtu adsorbēto oglekļa slāni un uzlabotu baltumu. Kaolīns dziļākajā vietā zem biezākā pārklājuma ir pelēks, un kaolīnā esošais dzelzs ir reducējošā stāvoklī. Izmantojiet spēcīgus oksidētājus, piemēram, ozonu vai nātrija hipohlorītu, lai oksidētu pirītā nešķīstošo FeS2 līdz šķīstošam Fe2+, un pēc tam mazgājot, lai no sistēmas noņemtu Fe2+.
Skābes izskalošanas metode
Skābes izskalošanas metode ir pārveidot kaolīnā esošos nešķīstošos dzelzs piemaisījumus par šķīstošām vielām skābos šķīdumos (sālsskābē, sērskābē, skābeņskābē utt.), tādējādi realizējot atdalīšanu no kaolīna. Salīdzinot ar citām organiskajām skābēm, skābeņskābe tiek uzskatīta par daudzsološāko, pateicoties tās skābajai stiprībai, labajām kompleksu veidošanas īpašībām un augstajai reducēšanas spējai. Ar skābeņskābi izšķīdušo dzelzi var nogulsnēt no izskalošanas šķīduma dzelzs oksalāta veidā un tālāk apstrādāt, lai iegūtu tīru hematītu, izmantojot kalcinēšanu. Skābeņskābi var lēti iegūt no citiem rūpnieciskiem procesiem, un keramikas ražošanas apdedzināšanas posmā jebkurš apstrādātajā materiālā esošais oksalāts sadalīsies oglekļa dioksīdā. Daudzi pētnieki ir pētījuši dzelzs oksīda šķīdināšanas ar skābeņskābi rezultātus.
Augstas temperatūras kalcinēšanas metode
Kalcinēšana ir īpašas kvalitātes kaolīna produktu ražošanas process. Atkarībā no apstrādes temperatūras tiek ražotas divas dažādas kalcinēta kaolīna pakāpes. Kalcinējot 650–700 ℃ temperatūras diapazonā, tiek noņemta strukturālā hidroksilgrupa, un izplūstošie ūdens tvaiki uzlabo kaolīna elastību un necaurredzamību, kas ir ideāla papīra pārklājumu uzklāšanas īpašība. Turklāt, karsējot kaolīnu 1000–1050 ℃ temperatūrā, var ne tikai palielināt nodilumizturību, bet arī iegūt 92–95% baltumu.
Hlorēšanas kalcinēšana
No māla minerāliem, īpaši kaolīna, ar hlorēšanas palīdzību tika atdalīts dzelzs un titāns, un tika iegūti labi rezultāti. Hlorēšanas un kalcinēšanas procesā augstā temperatūrā (700 ℃ - 1000 ℃) kaolinīts ir dehidroksilējies, veidojot metakaolinītu, un augstākā temperatūrā veidojas spinela un mullīta fāzes. Šīs pārvērtības palielina daļiņu hidrofobitāti, cietību un izmēru, izmantojot saķepināšanu. Šādi apstrādātos minerālus var izmantot daudzās nozarēs, piemēram, papīra, PVC, gumijas, plastmasas, līmju, pulēšanas un zobu pastas ražošanā. Augstāka hidrofobitāte padara šos minerālus saderīgākus ar organiskajām sistēmām.
Mikrobioloģiskā metode
Minerālu mikrobiālā attīrīšanas tehnoloģija ir salīdzinoši jauna minerālu apstrādes joma, tostarp mikrobiālā izskalošanas tehnoloģija un mikrobiālā flotācijas tehnoloģija. Minerālu mikrobiālā izskalošanas tehnoloģija ir ekstrakcijas tehnoloģija, kas izmanto dziļu mijiedarbību starp mikroorganismiem un minerāliem, lai iznīcinātu minerālu kristālisko režģi un izšķīdinātu derīgās sastāvdaļas. Oksidēto pirītu un citas kaolīnā esošās sulfīda rūdas var attīrīt ar mikrobiālās ekstrakcijas tehnoloģiju. Bieži izmantotie mikroorganismi ir Thiobacillus ferrooxidans un Fe reducējošās baktērijas. Mikrobioloģiskajai metodei ir zemas izmaksas un zems vides piesārņojums, kas neietekmēs kaolīna fizikālās un ķīmiskās īpašības. Tā ir jauna attīrīšanas un balināšanas metode ar attīstības perspektīvām kaolīna minerāliem.
Kopsavilkums
Kaolīna atdzelžošanas un balināšanas apstrādei jāizvēlas labākā metode atbilstoši dažādiem krāsas cēloņiem un dažādiem pielietojuma mērķiem, jāuzlabo kaolīna minerālu visaptverošā baltuma veiktspēja un jāpanāk augsta lietošanas vērtība un ekonomiskā vērtība. Nākotnes attīstības tendencei jābūt ķīmiskās metodes, fizikālās metodes un mikrobioloģiskās metodes īpašību organiskai apvienošanai, lai pilnībā izmantotu to priekšrocības un ierobežotu to trūkumus un nepilnības, tādējādi panākot labāku balināšanas efektu. Vienlaikus ir arī jāturpina pētīt dažādu piemaisījumu noņemšanas metožu jauno mehānismu un jāuzlabo process, lai kaolīna atdzelžošana un balināšana attīstītos videi draudzīgāka, efektīvāka un ar zemu oglekļa dioksīda emisiju līmeni.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 2. marts