Kaolinas, pasižymintis ypatingomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis, yra nepakeičiamas nemetalinis mineralinis išteklius keramikoje, popieriaus gamyboje, gumoje, plastikuose, ugniai atspariose medžiagose, naftos perdirbime ir kitose pramonės, žemės ūkio ir nacionalinės gynybos pažangiausių technologijų srityse. Kaolino baltumas yra svarbus jo pritaikymo vertės rodiklis.
Kaolino baltumą įtakojantys veiksniai
Kaolinas yra smulkiagrūdis molis arba molio uoliena, daugiausia sudaryta iš kaolinito mineralų. Jo kristalinė cheminė formulė yra 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Nedidelis kiekis nemolio mineralų yra kvarcas, feldšpatas, geležies mineralai, titanas, aliuminio hidroksidas ir oksidai, organinės medžiagos ir kt.
Kaolino kristalinė struktūra
Pagal kaolino priemaišų būseną ir pobūdį, priemaišas, dėl kurių sumažėja kaolino baltumas, galima suskirstyti į tris kategorijas: organinė anglis; pigmentiniai elementai, tokie kaip Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn ir kt.; tamsūs mineralai, tokie kaip biotitas, chloritas ir kt. Paprastai V, Cr, Cu, Mn ir kitų elementų kiekis kaoline yra mažas, todėl baltumui įtakos turi mažai. Mineralinė sudėtis ir geležies bei titano kiekis yra pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos kaolino baltumui. Jų buvimas paveiks ne tik natūralų kaolino baltumą, bet ir jo kalcinuotą baltumą. Visų pirma, geležies oksido buvimas neigiamai veikia molio spalvą ir sumažina jo ryškumą bei atsparumą ugniai. Net jei geležies oksido, hidroksido ir hidratuoto oksido kiekis yra 0,4 %, to pakanka, kad molio nuosėdos nusidažytų raudonai geltonai. Šie geležies oksidai ir hidroksidai gali būti hematitas (raudonas), maghemitas (raudonai rudas), goetitas (rusvai geltonas), limonitas (oranžinis), hidratuotas geležies oksidas (rusvai raudonas) ir kt. Galima teigti, kad geležies priemaišų pašalinimas iš kaolino vaidina itin svarbų vaidmenį geresniam kaolino panaudojimui.
Geležies elemento atsiradimo būsena
Geležies buvimas kaoline yra pagrindinis veiksnys, lemiantis geležies šalinimo būdą. Daugybė tyrimų mano, kad kristalinė geležis smulkių dalelių pavidalu yra sumaišyta su kaolinu, o amorfinė geležis yra padengta smulkių kaolino dalelių paviršiumi. Šiuo metu geležies buvimas kaoline šalyje ir užsienyje skirstomas į du tipus: vienas yra kaolinitas ir pagalbiniai mineralai (pvz., žėrutis, titano dioksidas ir ilitas), vadinami struktūrine geležimi; kitas yra nepriklausomų geležies mineralų pavidalu, vadinama laisva geležimi (įskaitant paviršinę geležį, smulkiagrūdę kristalinę geležį ir amorfinę geležį).
Geležies šalinimo ir kaolino balinimo metu pašalinama laisvoji geležis, daugiausia magnetitas, hematitas, limonitas, sideritas, piritas, ilmenitas, jarozitas ir kiti mineralai; Didžioji dalis geležies yra labai disperguoto koloidinio limonito pavidalu, o nedidelis kiekis – sferinio, adatinio ir netaisyklingo goetito bei hematito pavidalu.
Kaolino geležies šalinimo ir balinimo metodas
Vandens atskyrimas
Šis metodas daugiausia naudojamas detritaliniams mineralams, tokiems kaip kvarcas, feldšpatas ir žėrutis, bei stambesnėms priemaišoms, tokioms kaip uolienų nuolaužos, taip pat kai kuriems geležies ir titano mineralams pašalinti. Priemaišų mineralai, kurių tankis ir tirpumas panašus į kaolino, negali būti pašalinti, o baltumo pagerėjimas nėra akivaizdus, todėl jis tinka santykinai aukštos kokybės kaolino rūdos sodrinimui ir balinimui.
Magnetinis atskyrimas
Kaolino geležies mineralinės priemaišos paprastai yra silpnai magnetinės. Šiuo metu daugiausia naudojamas didelio gradiento stipraus magnetinio atskyrimo metodas arba silpnai magnetiniai mineralai po skrudinimo paverčiami stipriai magnetiniu geležies oksidu, o po to pašalinami įprastu magnetinio atskyrimo metodu.
Vertikalus žiedinis didelio gradiento magnetinis separatorius
Didelio gradiento magnetinis separatorius elektromagnetinei suspensijai
Žemos temperatūros superlaidus magnetinis separatorius
Flotacijos metodas
Kaolinui iš pirminių ir antrinių nuosėdų apdoroti buvo taikomas flotacijos metodas. Flotacijos proceso metu atskiriamos kaolinito ir žėručio dalelės, o išgryninti produktai yra kelios tinkamos pramoninės žaliavos. Selektyvus kaolinito ir feldšpato flotacijos atskyrimas paprastai atliekamas suspensijoje, kontroliuojant pH.
Redukcijos metodas
Redukcijos metodas – naudoti reduktorių, kad geležies priemaišos (pvz., hematitas ir limonitas) būtų redukuojamos trivalentės kaolino būsenos pavidalu iki tirpių dvivalentės geležies jonų, kurie pašalinami filtruojant ir plaunant. Fe3+ priemaišos iš pramoninio kaolino paprastai pašalinamos derinant fizikines technologijas (magnetinį atskyrimą, selektyvią flokuliaciją) ir cheminį apdorojimą rūgštinėmis arba redukcinėmis sąlygomis.
Natrio hidrosulfitas (Na2S2O4), dar žinomas kaip natrio hidrosulfitas, efektyviai redukuoja ir išplauna geležį iš kaolino ir šiuo metu naudojamas kaolino pramonėje. Tačiau šis metodas turi būti atliekamas stipriai rūgštinėje aplinkoje (pH < 3), todėl eksploatavimo išlaidos yra didelės ir daromas poveikis aplinkai. Be to, natrio hidrosulfito cheminės savybės yra nestabilios, todėl reikia specialių ir brangių sandėliavimo bei transportavimo priemonių.
Tiourėjos dioksidas: (NH2)2CSO2, TD) yra stiprus reduktorius, pasižymintis dideliu redukciniu gebėjimu, ekologiškumu, mažu skilimo greičiu, saugumu ir mažomis partijos gamybos sąnaudomis. Kaolino sudėtyje netirpus Fe3+ gali būti redukuojamas iki tirpaus Fe2+ per TD.
Vėliau, po filtravimo ir plovimo, kaolino baltumą galima padidinti. TD yra labai stabilus kambario temperatūroje ir neutraliomis sąlygomis. Stiprus TD redukcinis gebėjimas pasiekiamas tik esant stipriam šarmingumui (pH > 10) arba kaitinimui (T > 70 °C), todėl eksploatavimo išlaidos yra didelės ir sudėtingos.
Oksidacijos metodas
Oksidacijos apdorojimas apima ozono, vandenilio peroksido, kalio permanganato ir natrio hipochlorito naudojimą adsorbuotam anglies sluoksniui pašalinti ir pagerinti baltumą. Kaolinas gilesnėje vietoje po storesniu sluoksniu yra pilkas, o jame esanti geležis yra redukcinėje būsenoje. Pirite netirpiam FeS2 oksiduoti iki tirpaus Fe2+, o po to plauti, kad būtų pašalintas Fe2+ iš sistemos.
Rūgšties išplovimo metodas
Rūgštinio išplovimo metodas yra netirpių geležies priemaišų, esančių kaoline, pavertimas tirpiomis medžiagomis rūgštiniuose tirpaluose (druskos rūgštyje, sieros rūgštyje, oksalo rūgštyje ir kt.), taip realizuojant atskyrimą nuo kaolino. Palyginti su kitomis organinėmis rūgštimis, oksalo rūgštis laikoma perspektyviausia dėl savo rūgštinio stiprumo, gero kompleksų sudarymo gebėjimo ir didelio redukcinio gebėjimo. Naudojant oksalo rūgštį, ištirpusi geležis gali būti nusodinta iš išplovimo tirpalo geležies oksalato pavidalu ir gali būti toliau perdirbama į gryną hematitą kalcinuojant. Oksalo rūgštį galima pigiai gauti iš kitų pramoninių procesų, o keramikos gamybos degimo etape bet koks apdorotoje medžiagoje likęs oksalatas bus suskaidytas į anglies dioksidą. Daugelis tyrėjų tyrinėjo geležies oksido tirpinimo oksalo rūgštimi rezultatus.
Aukštos temperatūros kalcinavimo metodas
Kalcinavimas yra specialios kokybės kaolino produktų gamybos procesas. Priklausomai nuo apdorojimo temperatūros, gaunamos dvi skirtingos kalcinuoto kaolino rūšys. Kalcinuojant 650–700 ℃ temperatūroje, pašalinama struktūrinė hidroksilo grupė, o išsiskiriantys vandens garai padidina kaolino elastingumą ir neskaidrumą, o tai yra ideali popieriaus dengimo savybė. Be to, kaitinant kaoliną 1000–1050 ℃ temperatūroje, galima ne tik padidinti dilimo savybes, bet ir gauti 92–95 % baltumą.
Chloravimo kalcinavimas
Gerų rezultatų pasiekta chlorinant molio mineralus, ypač kaoliną, pašalinus geležį ir titaną. Chloravimo ir kalcinavimo procese, aukštoje temperatūroje (700 ℃–1000 ℃), kaolinitas dehidroksilinamas ir sudaro metakaolinitą, o aukštesnėje temperatūroje susidaro špinelio ir mulito fazės. Šios transformacijos padidina dalelių hidrofobiškumą, kietumą ir dydį dėl sukepinimo. Tokiu būdu apdoroti mineralai gali būti naudojami daugelyje pramonės šakų, pavyzdžiui, popieriaus, PVC, gumos, plastikų, klijų, poliravimo ir dantų pastos gamyboje. Didesnis hidrofobiškumas daro šiuos mineralus labiau suderinamus su organinėmis sistemomis.
Mikrobiologinis metodas
Mikrobinė mineralų valymo technologija yra gana nauja mineralų apdorojimo sritis, įskaitant mikrobų išplovimo technologiją ir mikrobų flotacijos technologiją. Mikrobinė mineralų išplovimo technologija – tai ekstrahavimo technologija, kuri naudoja gilią mikroorganizmų ir mineralų sąveiką, kad sunaikintų mineralų kristalinę gardelę ir ištirpintų naudingus komponentus. Oksiduotas piritas ir kitos kaolino sudėtyje esančios sulfidų rūdos gali būti išgrynintos mikrobų ekstrahavimo technologija. Dažniausiai naudojami mikroorganizmai yra Thiobacillus ferrooxidans ir Fe redukuojančios bakterijos. Mikrobiologinis metodas yra nebrangus ir mažai teršia aplinką, todėl neturi įtakos kaolino fizinėms ir cheminėms savybėms. Tai naujas valymo ir balinimo metodas, turintis kaolino mineralų plėtros perspektyvų.
Santrauka
Kaolino geležies šalinimo ir balinimo apdorojimui reikia pasirinkti geriausią metodą pagal skirtingas spalvos priežastis ir skirtingus taikymo tikslus, pagerinti visapusiškas kaolino mineralų baltumo savybes ir užtikrinti didelę naudojimo bei ekonominę vertę. Būsimos plėtros tendencija turėtų būti cheminio, fizikinio ir mikrobiologinio metodų savybių derinimas organiškai, siekiant visapusiškai išnaudoti jų privalumus ir apriboti trūkumus bei trūkumus, kad būtų pasiektas geresnis balinimo efektas. Tuo pačiu metu taip pat būtina toliau tirti naujus įvairių priemaišų šalinimo metodų mechanizmus ir tobulinti procesą, kad kaolino geležies šalinimas ir balinimas būtų ekologiškas, efektyvus ir mažai anglies dioksido išskiriantis.
Įrašo laikas: 2023 m. kovo 2 d.