Kaolín je vďaka svojim špeciálnym fyzikálnym a chemickým vlastnostiam nenahraditeľnou nekovovou minerálnou surovinou v keramike, papierenstve, gumárstve, plastoch, žiaruvzdorných materiáloch, rafinácii ropy a ďalších priemyselných, poľnohospodárskych a národnoobranných špičkových technologických oblastiach. Belosť kaolínu je dôležitým ukazovateľom jeho aplikačnej hodnoty.
Faktory ovplyvňujúce belosť kaolínu
Kaolín je druh jemnozrnného ílu alebo ílovitej horniny zloženej prevažne z minerálov kaolinitu. Jeho kryštalografický chemický vzorec je 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Malé množstvo neílových minerálov zahŕňa kremeň, živec, železné minerály, titán, hydroxid a oxidy hlinité, organické látky atď.
Kryštalická štruktúra kaolínu
Podľa stavu a povahy nečistôt v kaolíne možno nečistoty, ktoré spôsobujú zníženie belosti kaolínu, rozdeliť do troch kategórií: organický uhlík; pigmentové prvky, ako sú Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn atď.; tmavé minerály, ako je biotit, chloritan atď. Vo všeobecnosti je obsah V, Cr, Cu, Mn a ďalších prvkov v kaolíne malý, čo má malý vplyv na belosť. Minerálne zloženie a obsah železa a titánu sú hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi belosť kaolínu. Ich prítomnosť ovplyvňuje nielen prirodzenú belosť kaolínu, ale aj jeho kalcinovanú belosť. Najmä prítomnosť oxidu železa má negatívny vplyv na farbu ílu a znižuje jeho belosť a ohňovzdornosť. A aj keď je množstvo oxidu, hydroxidu a hydratovaného oxidu železa 0,4 %, stačí na to, aby sa ílovitý sediment sfarbil do červena až žlta. Tieto oxidy a hydroxidy železa môžu byť hematit (červený), maghemit (červenohnedý), goethit (hnedastožltý), limonit (oranžový), hydratovaný oxid železa (hnedastočervený) atď. Dá sa povedať, že odstránenie železných nečistôt v kaolíne zohráva mimoriadne dôležitú úlohu pri lepšom využití kaolínu.
Výskyt prvku železa
Výskyt železa v kaolíne je hlavným faktorom určujúcim metódu odstraňovania železa. Veľké množstvo štúdií sa domnieva, že kryštalické železo je v kaolíne zmiešané vo forme jemných častíc, zatiaľ čo amorfné železo je potiahnuté na povrchu jemných častíc kaolínu. V súčasnosti sa stav výskytu železa v kaolíne doma aj v zahraničí delí na dva typy: jeden je v kaolinite a pomocných mineráloch (ako je sľuda, oxid titaničitý a illit), ktorý sa nazýva štrukturálne železo; druhý je vo forme nezávislých železných minerálov, nazývaných voľné železo (vrátane povrchového železa, jemnozrnného kryštalického železa a amorfného železa).
Železo odstránené odstránením železa a bielením kaolínu je voľné železo, najmä magnetit, hematit, limonit, siderit, pyrit, ilmenit, jarozit a ďalšie minerály; väčšina železa existuje vo forme vysoko dispergovaného koloidného limonitu a malé množstvo vo forme guľovitého, ihličkového a nepravidelného goethitu a hematitu.
Metóda odstraňovania železa a bielenia kaolínu
Oddelenie vody
Táto metóda sa používa hlavne na odstraňovanie detritických minerálov, ako je kremeň, živec a sľuda, a hrubších nečistôt, ako sú úlomky hornín, ako aj niektorých železných a titánových minerálov. Nečistoty s podobnou hustotou a rozpustnosťou ako kaolín sa nedajú odstrániť a zlepšenie belosti nie je relatívne zrejmé, čo je vhodné na obohacovanie a bielenie relatívne kvalitnej kaolínovej rudy.
Magnetická separácia
Nečistoty železa v kaolíne sú zvyčajne slabo magnetické. V súčasnosti sa používa hlavne metóda silnej magnetickej separácie s vysokým gradientom alebo sa slabo magnetické minerály po pražení premieňajú na silný magnetický oxid železa a potom sa odstraňujú bežnou magnetickou separačnou metódou.
Vertikálny kruhový magnetický separátor s vysokým gradientom
Vysokovýkonný magnetický separátor pre elektromagnetickú suspenziu
Nízkoteplotný supravodivý magnetický separátor
Flotačná metóda
Na úpravu kaolínu z primárnych a sekundárnych ložísk sa používa flotačná metóda. Pri flotačnom procese sa oddeľujú častice kaolinitu a sľudy a vyčistené produkty predstavujú niekoľko vhodných priemyselných surovín. Selektívne flotačné oddelenie kaolinitu a živca sa zvyčajne vykonáva v suspenzii s kontrolovaným pH.
Metóda redukcie
Redukčná metóda spočíva v použití redukčného činidla na redukciu železných nečistôt (ako je hematit a limonit) v trojmocnom stave kaolínu na rozpustné dvojmocné ióny železa, ktoré sa odstránia filtráciou a premytím. Odstránenie nečistôt Fe3+ z priemyselného kaolínu sa zvyčajne dosahuje kombináciou fyzikálnej technológie (magnetická separácia, selektívna flokulácia) a chemického spracovania za kyslých alebo redukčných podmienok.
Hydrogensiričitan sodný (Na2S2O4), tiež známy ako hydrogensiričitan sodný, je účinný pri redukcii a vylúhovaní železa z kaolínu a v súčasnosti sa používa v kaolínovom priemysle. Táto metóda sa však musí vykonávať za silne kyslých podmienok (pH < 3), čo má za následok vysoké prevádzkové náklady a vplyv na životné prostredie. Okrem toho sú chemické vlastnosti hydrogensiričitanu sodného nestabilné, čo si vyžaduje špeciálne a drahé skladovacie a prepravné opatrenia.
Oxid tiomočoviny: (NH2) 2CSO2, TD) je silné redukčné činidlo, ktorého výhody spočívajú v silnej redukčnej schopnosti, šetrnosti k životnému prostrediu, nízkej rýchlosti rozkladu, bezpečnosti a nízkych nákladoch na dávkovú výrobu. Nerozpustné Fe3+ v kaolíne sa môže redukovať na rozpustné Fe2+ pomocou TD.
Následne je možné po filtrácii a premytí zvýšiť belosť kaolínu. TD je veľmi stabilný pri izbovej teplote a neutrálnych podmienkach. Silnú redukčnú schopnosť TD je možné dosiahnuť iba za podmienok silnej alkality (pH > 10) alebo zahrievania (T > 70 °C), čo vedie k vysokým prevádzkovým nákladom a náročnosti.
Oxidačná metóda
Oxidačné spracovanie zahŕňa použitie ozónu, peroxidu vodíka, manganistanu draselného a chlórnanu sodného na odstránenie adsorbovanej uhlíkovej vrstvy a zlepšenie belosti. Kaolín v hlbšej vrstve pod hrubšou nadložím je sivý a železo v kaolíne je v redukčnom stave. Na oxidáciu nerozpustného FeS2 v pyrite na rozpustné Fe2+ sa používajú silné oxidačné činidlá, ako je ozón alebo chlórnan sodný, a potom sa Fe2+ zo systému odstráni premytím.
Metóda kyslého lúhovania
Metóda kyslého lúhovania spočíva v premene nerozpustných železných nečistôt v kaolíne na rozpustné látky v kyslých roztokoch (kyselina chlorovodíková, kyselina sírová, kyselina šťaveľová atď.), čím sa dosiahne oddelenie od kaolínu. V porovnaní s inými organickými kyselinami sa kyselina šťaveľová považuje za najsľubnejšiu kvôli svojej kyslej sile, dobrým komplexotvorným vlastnostiam a vysokej redukčnej schopnosti. S kyselinou šťaveľovou sa rozpustené železo môže vyzrážať z lúhovacieho roztoku vo forme šťaveľanu železnatého a ďalej sa môže spracovávať na čistý hematit kalcináciou. Kyselinu šťaveľovú možno lacno získať z iných priemyselných procesov a vo fáze vypaľovania pri výrobe keramiky sa akýkoľvek zvyškový šťaveľan v upravenom materiáli rozloží na oxid uhličitý. Mnoho výskumníkov študovalo výsledky rozpúšťania oxidu železa kyselinou šťaveľovou.
Metóda kalcinácie pri vysokej teplote
Kalcinácia je proces výroby kaolínových produktov špeciálnej triedy. Podľa teploty spracovania sa vyrábajú dva rôzne druhy kalcinovaného kaolínu. Kalcinácia v teplotnom rozmedzí 650 – 700 ℃ odstraňuje štrukturálnu hydroxylovú skupinu a unikajúca vodná para zvyšuje elasticitu a nepriehľadnosť kaolínu, čo je ideálna vlastnosť pre aplikáciu na papier. Okrem toho, zahrievaním kaolínu na 1000 – 1050 ℃ sa môže nielen zvýšiť obrusovateľnosť, ale dosiahnuť aj 92 – 95 % belosť.
Chloračná kalcinácia
Železo a titán boli odstránené z ílových minerálov, najmä kaolínu, chloráciou a dosiahli sa dobré výsledky. V procese chlorácie a kalcinácie pri vysokej teplote (700 ℃ - 1000 ℃) kaolinit prechádza dehydroxyláciou za vzniku metakaolinitu a pri vyššej teplote sa tvoria fázy spinelu a mulitu. Tieto transformácie zvyšujú hydrofóbnosť, tvrdosť a veľkosť častíc spekaním. Takto upravené minerály sa môžu použiť v mnohých odvetviach, ako je papierenský, PVC, gumárenský, plastový, lepiaci, leštiaci a zubný papier. Vyššia hydrofóbnosť robí tieto minerály kompatibilnejšími s organickými systémami.
Mikrobiologická metóda
Mikrobiálna technológia čistenia minerálov je relatívne novou oblasťou spracovania minerálov a zahŕňa mikrobiálne lúhovanie a mikrobiálnu flotáciu. Mikrobiálne lúhovanie minerálov je extrakčná technológia, ktorá využíva hlbokú interakciu medzi mikroorganizmami a minerálmi na rozrušenie kryštálovej mriežky minerálov a rozpustenie užitočných zložiek. Oxidovaný pyrit a iné sulfidové rudy obsiahnuté v kaolíne je možné čistiť mikrobiálnou extrakčnou technológiou. Medzi bežne používané mikroorganizmy patria Thiobacillus ferrooxidans a Fe redukujúce baktérie. Mikrobiologická metóda má nízke náklady a nízke znečistenie životného prostredia, čo neovplyvňuje fyzikálne a chemické vlastnosti kaolínu. Ide o novú metódu čistenia a bielenia s perspektívou rozvoja kaolínových minerálov.
Zhrnutie
Pri odstraňovaní železa a bielení kaolínu je potrebné zvoliť najlepšiu metódu podľa rôznych príčin farby a rôznych cieľov použitia, zlepšiť komplexnú belosť kaolínových minerálov a dosiahnuť vysokú úžitkovú a ekonomickú hodnotu. Trendom budúceho vývoja by malo byť organické spájanie charakteristík chemických metód, fyzikálnych metód a mikrobiologických metód, aby sa plne využili ich výhody a obmedzili ich nevýhody a nedostatky, a dosiahol sa tak lepší bieliaci účinok. Zároveň je potrebné ďalej študovať nové mechanizmy rôznych metód odstraňovania nečistôt a zlepšovať procesy, aby sa odstraňovanie železa a bielenie kaolínu vyvíjalo smerom k zelenému, efektívnemu a nízkouhlíkovému odstraňovaniu železa a bieleniu kaolínu.
Čas uverejnenia: 2. marca 2023