[Encyklopedie zpracování minerálů Huate] Odhalení tajemství kaolinu: nádherná transformace z půdy na high-tech materiály

[Encyklopedie zpracování minerálů Huate] Odhalení tajemství kaolinu: nádherná transformace z půdy na high-tech materiály

Kaolín je nekovový minerál, druh jílu a jílovité horniny složený převážně zKaolinitové jílovité minerály. Protože jsou bílé a jemné, nazývají se také dolomitickou půdou. Jejich jméno pochází z vesnice Gaoling v Jingdezhen v provincii Jiangxi. Čistý kaolin je bílý, jemný, měkký a zemitý a má dobré fyzikální a chemické vlastnosti, jako je plasticita a ohnivzdornost. Jeho minerální složení se skládá převážně z kaolinitu, halloysitu, hydroslídy, illitu, montmorillonitu, křemene, živce a dalších minerálů.

Kaolin je v přírodě běžný a velmi důležitý jílovitý minerál. Vzniká zvětráváním živce nebo jiných silikátových minerálů v vyvřelých a metamorfovaných horninách v kyselém prostředí bez alkalických kovů a kovů alkalických zemin.

01 Klasifikace

Klasifikace půdy

Minerály obsažené v kaolinu v přírodě se dělí hlavně na jílovité minerály a jílovité minerály. Mezi jílovité minerály patří především kaolinit a malé množství montmorillonitu, slídy a chloritu; mezi jílovité minerály patří především živec, křemen a hydratované minerály, dále některé železné minerály, jako je hematit a rhozit, železná ruda, limonit atd., titanové minerály, jako je rutil atd., a organické látky, jako je rostlinná vláknina atd. Vlastnosti kaolinu určují především jílovité minerály.

Klasifikace příčin

Na základě původu ložisek kaolinu a na základě rozdílů v geologii mineralizace, geografických podmínkách, rozsahu ložiska, morfologii rudného tělesa a charakteristikách výskytu, složkách rudného materiálu odrážejících se v různých mineralizačních procesech, „Kodex geologického průzkumu kaolinových dolů“ rozděluje čínská ložiska kaolinu do tří typů a šesti podtypů.

Typ zvětrávání:Dále se dělí na podtyp zvětrávání a podtyp vyluhování zvětráváním.

Typ hydrotermální alterace:Dále se dělí na podtyp hydrotermální alterace a podtyp moderní alterace horkých pramenů.

Sedimentární typ:Dělí se na sedimentární a sedimentárně zvětralé podtypy a kaolinitový jílovcový podtyp v uhelných vrstvách.

Průmyslový typ

Na základě původu ložisek kaolinu rozděluje dokument „Specifikace geologického průzkumu kaolinových dolů“ čínská ložiska kaolinu na tři typy a šest podtypů podle rozdílů v geologii mineralizace, geografických podmínkách, rozsahu ložiska, morfologii rudného tělesa a charakteristikách výskytu a složkách rudného materiálu, které se odrážejí v různých mineralizačních procesech. Podle jejich textury, plasticity a hmotnostního podílu písku se dělí na tři typy:

TvrdýKaolín: tvrdý a neplastický, po rozdrcení a rozemletí se z plastu stane.

MěkkýKaolín:měkký, vysoce plastický, písčitý hmotnostní podíl <50 %.

PísečnáKaolín:měkká textura, slabá plasticita, hmotnostní podíl písku > 50 %.

02 Původ

Čínské zásoby kaolinu se řadí mezi světovou špičku s 267 prokázanými ložisky nerostných surovin a prokázanými zásobami 2,91 miliardy tun. Mezi nimi: stavební zdroje kaolinu v naší zemi, které nesou uhlí, se řadí na páté místo na světě. Prokázané zásoby činí 1,468 miliardy tun a jsou soustředěny především v provinciích Kuang-tung, Šen-si, Fu-ťien, Ťiang-si, Chu-nan a Ťiang-su, což představuje 84,55 % celkových zásob země; zásoby čínského uhelného stavebního kaolinu (kaolinitu) se řadí na první místo na světě s prokázanými zásobami 1,442 miliardy tun a nacházejí se především v provinciích Datong, Huaj-ren, Šuo-čou, Šan-si, Džungar, Wuda, Vnitřní Mongolsko, Huaj-pej, An-chuej, Han-čcheng, Šen-si atd., z nichž největší zásoby má Džungarské uhelné pole ve Vnitřním Mongolsku.

V Číně existuje pět hlavních ložisek kaolinu:

(1) Město Jiepai v okrese Hengyang v provincii Hunan je bohaté na nerostné zdroje. Zásoby kaolinu, nefelinu, živce a křemene dosahují 200 milionů tun a existuje téměř 40 těžebních a zpracovatelských společností. Těžební oblast Dapailing (hlavně kaolinové doly) má jediné důlní rezervy o objemu 80 milionů tun, což je první místo v Asii. Roční těžba města je více než 500 000 tun a zásobuje stovky keramických továren po celé zemi.

(2) Kaolin v oblasti Maoming. Kaolin v povodí Maoming je sedimentární hornina zvětralá eluviálního podtypu ložiska. Obsahuje více než 50 % křemene a dalšího písku, proto se nazývá písčitý kaolin. Co se týče původu, kaolin Maoming prošel třemi fázemi zvětralých zbytků – transportem a samovolným mletím – a následným zvětráváním. Kaolin je kompletně zvětralý a destičky jsou převážně monolitické s jemnou velikostí částic. Používá se hlavně jako surovina pro výrobu papírenských povlaků.

(3) Kaolin Longyan je zvětralé zbytkové ložisko kaolinu. Protože obsah železa je menší než 0,3 %, titanu méně než 0,02 % a obsahuje určité množství nízkoteplotního rozpouštědla (Li2O), je ideální surovinou pro elektroporcelán, luxusní každodenní použití a umělecký porcelán.

(4) Kaolin Suzhou Yangshan, toto ložisko je hydrotermální alterací kaolinu.Chemické složení bahna Suzhou Yangshan s čistou texturou se velmi blíží teoretickému složení kaolinitu. Obsah Al₂O₃ může dosahovat až 39,0 %, má bílou barvu a jemné částice. Používá se hlavně jako nosiče katalyzátorů a chemické suroviny.

(5) Hepu Kaolin. Jedná se o zvětralé ložisko kaolinu. Používá se hlavně jako surovina pro stavební keramiku.

(6) Severní uhelná série Kaolin. Je to sedimentární kaolinit, rozšířený hlavně v oblastech produkce uhlí v mé zemi, a lze jej použít ve stavebnictví, v nátěrech, barvách a nátěrech na výrobu papíru – zemina na bázi uhlí.

Výše zmíněných šest hlavních výrobních oblastí představuje více než 80 % čínské produkce a je také významným zástupcem z hlediska typů zdrojů.

03Use

Kaolin má široké využití, zejména díky své plasticitě, přilnavosti, určité pevnosti za sucha, slinovacím vlastnostem a bělosti po vypálení, což z něj činí hlavní surovinu pro výrobu keramiky; je bílý, měkký, vysoce dispergovatelný a adsorbovatelný. Jeho vynikající procesní vlastnosti, jako jsou chemické vlastnosti a chemická náhodnost, ho činí široce používaným v papírenském průmyslu. Kaolin se dále široce používá v průmyslových odvětvích, jako je gumárenství, plasty, žáruvzdorné materiály a rafinace ropy, a také v nejmodernějších technologiích v zemědělství a národní obraně. Používá se hlavně v keramickém průmyslu, nátěrech, žáruvzdorných materiálech, výrobě papíru, barev, gumy, vysoce kvalitního porcelánu, drátů a kabelů, průmyslových plastů, plniv v chemickém průmyslu, inkoustů, potravinářství, kosmetice, léčivech atd. Nahrazuje litopon a část titanu v barvách a nátěrech, bílý prášek a dalších drahých materiálech.

04 Technologie zpracování

Aby se oddělily jílovité minerály a organické látky, jako je křemen, živec, slída, železné minerály, titanové minerály atd. v kaolinu, a aby se vyráběly kaolinové produkty, které splňují potřeby různých průmyslových oborů, je kromě gravitační separace, flotace, magnetické separace atd. k čištění a odstranění nečistot z kaolinu někdy nutné použít také metody hlubokého zpracování, jako je chemické bělení, ultrajemné odlupování, kalcinace a povrchová úprava.

(1) Hydraulická klasifikace

Hydraulická klasifikace zahrnuje spirálovou klasifikaci (oddělení hrubého písku +1 mm), klasifikaci v sedimentační nádrži (oddělení jemného písku +0,053 mm), klasifikaci v hydrocyklonu (oddělení jemného písku -0,053 mm), klasifikaci v odstředivém třídiči nebo hydrocyklonu s malým průměrem (pro klasifikaci ultrajemných částic 0,002–0,010 mm).

(2) Vysoce gradientní magnetická separace

Pomocí magnetického koncentrátoru se k odstranění Fe2O3 a TiO2 z kaolinu a k výrobě papírových povlaků a vysoce kvalitních keramických surovin vytváří magnetické pole o síle více než 1 600 kA/m.

(3) Selektivní flokulace

Přidáním flokulantů se selektivně oddělují nečistoty, jako je jemnozrnný křemen, pyrit, alunit atd., a vzniká kaolin s povlakem z lopatek. Mezi běžně používané flokulanty patří hexametafosforečnan sodný, polyakrylamid amonný, vodní sklo atd.

(4) Chemické bělení

Bělicí činidla, jako je pojistný prášek, se přidávají k redukci vysokovalentního železa v limonitu a hematitu v kaolinu na rozpustné železnaté železo, nebo se přidávají oxidační činidla k oxidaci pyritu a barvicích nečistot za účelem zlepšení bělosti kaolinu.

(5) Loupavé

Ve vločkovacím stroji se k dosažení mlecího efektu používají míchací jemné kuličky střední velikosti, které rozdělují částice kaolinového agregátu na tenké krystaly, čímž vzniká kaolin s povlakem z čepele s velikostí částic menší než 2 μm a obsahem více než 90 %.

(6) Kalcinace

Při kalcinaci při teplotě 800–1000 °C kaolin ztrácí vodu, dochází k fázové transformaci a některé nečistoty se odpařují, což zlepšuje bělost a izolaci kaolinu a používá se k výrobě kabelů a pryžových a plastových plniv. Kalcinace je nezbytnou metodou zpracování kaolinu na bázi uhlí (tvrdého).

(7) Úprava povrchu

Kaolinový jíl je potažen spojovacím činidlem atd., aby se zvýšilo množství kaolinového jílu přidaného do plastové pryže, a používá se k úpravě kaolinových jílových plniv pro pryžové plasty.

Magnetická separace je fyzikální metoda separace minerálů široce používaná v oblasti zpracování nerostů. Jejím základním principem je využití magnetických rozdílů samotných minerálů k dosažení separace. Podle magnetických vlastností minerálů lze magnetickou separaci rozdělit na silnou magnetickou separaci, slabou magnetickou separaci, reverzní magnetickou separaci a vysokogradientní magnetickou separaci, aby se splnily potřeby různých minerálů. Zařízení pro zpracování nerostů zahrnují především deskové magnetické separátory, vertikální prstencové vysokogradientní magnetické separátory, elektromagnetické suspenzní vysokogradientní magnetické separátory, nízkoteplotní supravodivé magnetické separátory atd.

05 Případy aplikací zpracování nerostných surovin

Proces 1: Vezmeme-li jako příklad zahraniční kaolinový jíl, mezi hlavní nečistoty v tomto vzorku patří oxid železa, oxid titaničitý a křemičitan železa. V surové rudě je obsah nečistot Fe2O3 a TiO2 0,89 %, respektive 0,17 %, zatímco bělost dosahuje 67,29 %.

Abychom tyto nečistoty efektivně odstranili, stanovili jsme následující testovací plán: Nejprve se surová ruda nechá projít elektromagnetickým suspenzním magnetickým separátorem, kde se provádějí dva magnetické separační procesy, hrubá separace a jemná separace, aby se nejprve odstranila většina nečistot. Získaný koncentrát se poté dále čistí supravodivým magnetickým separátorem, aby se dále snížil obsah nečistot a zlepšila se kvalita kaolinu.

Vývojový diagram testu

Z výsledků testů je patrné, že surovou rudu lze oddělit elektromagnetickou suspenzí + elektromagnetickou suspenzí + supravodivou magnetickou separací za účelem získání kaolinového koncentrátu s obsahem Fe2O3 0,35 % a bělostí 87,52 %.

Proces 2:Surová ruda podléhá supravodivé magnetické separaci 5T. Zkušební proces je znázorněn na obrázku 2 a výsledky testů jsou uvedeny v tabulce 2.

Obr. 2 Experimentální postup obohacování

Surová ruda byla podrobena supravodivé magnetické separaci 5T za účelem získání kaolinového koncentrátu s obsahem Fe2O3 0,40 %, Al2O3 22,92 %, SiO2 68,78 %, TiO2 0,10 %, CaO 1,90 %, bělostí 86,97 % a výtěžností 90,90 %.

Kaolin jako multifunkční průmyslová surovina má široké možnosti uplatnění. S neustálým pokrokem vědy a techniky a udržitelným rozvojem průmyslu bude kaolin hrát důležitou roli v dalších oblastech. V budoucnu se těšíme na další rozšíření rozsahu uplatnění kaolinu prostřednictvím hlubšího výzkumu a technologických inovací, dosažení efektivnějšího a udržitelnějšího využití a větší přínos k rozvoji lidské společnosti. Zároveň bychom měli věnovat pozornost environmentálním problémům, které mohou vzniknout při těžbě a zpracování kaolinu, a přijmout aktivní opatření k zajištění toho, aby racionální rozvoj zdrojů kaolinu byl koordinován s ochranou životního prostředí.