Se speciálními fyzikálními a chemickými vlastnostmi je kaolin nepostradatelným nekovovým nerostným zdrojem v keramice, výrobě papíru, pryži, plastech, žáruvzdorných materiálech, rafinaci ropy a dalších průmyslových a zemědělských a národních obranných technologických oblastech. Bělost kaolinu je důležitým ukazatelem jeho aplikační hodnoty.
Faktory ovlivňující bělost kaolinu
Kaolin je druh jemnozrnné hlíny nebo jílovité horniny složený převážně z kaolinitových minerálů. Jeho krystalický chemický vzorec je 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Malé množství nehlinitých minerálů tvoří křemen, živec, železité minerály, titan, hydroxid hlinitý a oxidy, organické látky atd.
Krystalická struktura kaolinu
Podle stavu a povahy nečistot v kaolinu lze nečistoty způsobující pokles bělosti kaolinu rozdělit do tří kategorií: organický uhlík; pigmentové prvky, jako je Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn atd.; Tmavé minerály, jako je biotit, chlorit atd. Obecně je obsah V, Cr, Cu, Mn a dalších prvků v kaolinu malý, což má malý vliv na bělost. Minerální složení a obsah železa a titanu jsou hlavními faktory ovlivňujícími bělost kaolinu. Jejich existence ovlivní nejen přirozenou bělost kaolinu, ale ovlivní i jeho kalcinovanou bělost. Zejména přítomnost oxidu železa má negativní dopad na barvu hlíny a snižuje její jas a požární odolnost. A i když je množství oxidu, hydroxidu a hydratovaného oxidu železitého 0,4 %, stačí, aby jílový sediment získal červené až žluté zbarvení. Těmito oxidy a hydroxidy železa mohou být hematit (červený), maghemit (červenohnědý), goethit (hnědožlutý), limonit (oranžový), hydratovaný oxid železitý (hnědočervený) atd. Dá se říci, že odstranění nečistot ze železa v kaolinu hraje mimořádně důležitou roli pro lepší využití kaolinu.
Stav výskytu prvku železa
Výskyt železa v kaolinu je hlavním faktorem určujícím způsob odstraňování železa. Velké množství studií se domnívá, že krystalické železo ve formě jemných částic je přimícháno do kaolinu, zatímco amorfní železo je potaženo na povrchu jemných částic kaolinu. V současné době se stav výskytu železa v kaolinu doma i v zahraničí dělí na dva typy: jeden je v kaolinitu a akcesorických minerálech (jako je slída, oxid titaničitý a illit), který se nazývá strukturní železo; Druhý je ve formě samostatných železných minerálů, nazývaných volné železo (včetně povrchového železa, jemnozrnného krystalického železa a amorfního železa).
Železo odstraněné odstraněním železa a bělením kaolinu je volné železo, zejména magnetit, hematit, limonit, siderit, pyrit, ilmenit, jarosit a další minerály; Většina železa existuje ve formě vysoce rozptýleného koloidního limonitu a malé množství ve formě kulovitého, jehličkovitého a nepravidelného goethitu a hematitu.
Odstraňování železa a metoda bělení kaolinu
Separace vody
Tato metoda se používá hlavně k odstranění úlomkových minerálů, jako je křemen, živec a slída, a hrubších nečistot, jako jsou kamenné úlomky, a také některých minerálů železa a titanu. Nečistotné minerály s podobnou hustotou a rozpustností jako kaolin nelze odstranit a zlepšení bělosti není relativně patrné, což je vhodné pro zušlechťování a bělení relativně kvalitních kaolinových rud.
Magnetická separace
Minerální nečistoty železa v kaolinu jsou obvykle slabě magnetické. V současné době se používá hlavně metoda silné magnetické separace s vysokým gradientem nebo se slabé magnetické minerály po pražení převedou na silný magnetický oxid železa a poté se odstraní běžnou metodou magnetické separace.
Vertikální prstencový magnetický separátor s vysokým gradientem
Vysokogradientní magnetický separátor pro elektromagnetickou kaši
Nízkoteplotní supravodivý magnetický separátor
Flotační metoda
Pro úpravu kaolinu z primárních a sekundárních ložisek byla použita metoda flotace. Při flotačním procesu se oddělují částice kaolinitu a slídy a vyčištěnými produkty je několik vhodných průmyslových surovin. Selektivní flotační separace kaolinitu a živce se obvykle provádí v suspenzi s řízeným pH.
Redukční metoda
Redukční metoda spočívá v použití redukčního činidla k redukci železných nečistot (jako je hematit a limonit) v trojmocném stavu kaolinu na rozpustné dvojmocné ionty železa, které jsou odstraněny filtrací a promytím. Odstranění Fe3+nečistot z průmyslového kaolinu se obvykle dosahuje kombinací fyzikální technologie (magnetická separace, selektivní flokulace) a chemické úpravy za kyselých nebo redukčních podmínek.
Hydrosulfit sodný (Na2S2O4), také známý jako hydrosulfit sodný, je účinný při redukci a vyluhování železa z kaolinu a v současnosti se používá v kaolinovém průmyslu. Tato metoda však musí být prováděna za silně kyselých podmínek (pH<3), což má za následek vysoké provozní náklady a dopad na životní prostředí. Kromě toho jsou chemické vlastnosti hydrogensiřičitanu sodného nestabilní a vyžadují speciální a nákladná opatření pro skladování a přepravu.
Oxid thiomočovinový: (NH2) 2CSO2, TD) je silné redukční činidlo, které má výhody silné redukční schopnosti, šetrnosti k životnímu prostředí, nízké rychlosti rozkladu, bezpečnosti a nízkých nákladů na dávkovou výrobu. Nerozpustné Fe3+ v kaolinu lze redukovat na rozpustné Fe2+ pomocí TD.
Následně lze po filtraci a promytí zvýšit bělost kaolinu. TD je velmi stabilní při pokojové teplotě a neutrálních podmínkách. Silné redukční schopnosti TD lze dosáhnout pouze za podmínek silné alkality (pH>10) nebo zahřívání (T>70 °C), což má za následek vysoké provozní náklady a potíže.
Oxidační metoda
Oxidační úprava zahrnuje použití ozonu, peroxidu vodíku, manganistanu draselného a chlornanu sodného k odstranění adsorbované uhlíkové vrstvy pro zlepšení bělosti. Kaolin v hlubším místě pod silnějším nadložím je šedý a železo v kaolinu je v redukujícím stavu. K oxidaci nerozpustného FeS2 v pyritu na rozpustný Fe2+ použijte silná oxidační činidla, jako je ozón nebo chlornan sodný, a poté promytím odstraňte Fe2+ ze systému.
Metoda kyselého loužení
Metoda kyselého loužení spočívá v přeměně nerozpustných železných nečistot v kaolinu na rozpustné látky v kyselých roztocích (kyselina chlorovodíková, sírová, šťavelová atd.), čímž dochází k oddělení od kaolinu. Ve srovnání s jinými organickými kyselinami je kyselina šťavelová považována za nejslibnější pro svou kyselou sílu, dobrou komplexotvornost a vysokou redukční schopnost. Pomocí kyseliny šťavelové lze rozpuštěné železo vysrážet z vyluhovacího roztoku ve formě šťavelanu železnatého a dále jej kalcinací zpracovat na čistý hematit. Kyselinu šťavelovou lze levně získat z jiných průmyslových procesů a ve fázi vypalování při výrobě keramiky se veškerý zbytkový šťavelan v upravovaném materiálu rozloží na oxid uhličitý. Mnoho výzkumníků studovalo výsledky rozpouštění oxidu železa kyselinou šťavelovou.
Vysokoteplotní kalcinační metoda
Kalcinace je proces výroby speciálních kaolinových produktů. Podle teploty zpracování se vyrábějí dva různé druhy kalcinovaného kaolinu. Kalcinace v teplotním rozsahu 650-700 ℃ odstraňuje strukturní hydroxylovou skupinu a unikající vodní pára zvyšuje elasticitu a neprůhlednost kaolinu, což je ideální vlastnost nanášení povlaků na papír. Navíc zahřátím kaolinu na 1000-1050 ℃ může nejen zvýšit obrusitelnost, ale také získat 92-95% bělost.
Chlorační kalcinace
Z jílových minerálů, zejména kaolinu, bylo odstraněno železo a titan chlorací a bylo dosaženo dobrých výsledků. V procesu chlorace a kalcinace při vysoké teplotě (700 ℃ - 1000 ℃) prošel kaolinit dehydroxylací za vzniku metakaolinitu a při vyšší teplotě se tvoří fáze spinelu a mullitu. Tyto přeměny zvyšují hydrofobnost, tvrdost a velikost částic slinováním. Takto upravené minerály lze využít v mnoha průmyslových odvětvích, jako je papír, PVC, guma, plasty, lepidla, leštidla a zubní pasty. Vyšší hydrofobnost činí tyto minerály kompatibilnějšími s organickými systémy.
Mikrobiologická metoda
Technologie mikrobiálního čištění minerálů je relativně novým předmětem zpracování minerálů, včetně technologie mikrobiálního loužení a technologie mikrobiální flotace. Technologie mikrobiálního loužení minerálů je technologie extrakce, která využívá hlubokou interakci mezi mikroorganismy a minerály ke zničení krystalové mřížky minerálů a rozpuštění užitečných složek. Oxidovaný pyrit a další sulfidové rudy obsažené v kaolinu lze čistit technologií mikrobiální extrakce. Mezi běžně používané mikroorganismy patří Thiobacillus ferrooxidans a bakterie redukující Fe. Mikrobiologická metoda má nízkou cenu a nízké znečištění životního prostředí, což neovlivní fyzikální a chemické vlastnosti kaolinu. Jde o novou metodu čištění a bělení s perspektivou rozvoje kaolinových minerálů.
Shrnutí
Při odstraňování železa a bělení kaolinu je třeba vybrat nejlepší metodu podle různých barevných příčin a různých aplikačních cílů, zlepšit komplexní výkon bělosti kaolinových minerálů a zajistit vysokou užitnou hodnotu a ekonomickou hodnotu. Trendem budoucího vývoje by mělo být organické spojení vlastností chemické metody, fyzikální metody a mikrobiologické metody tak, aby se plně projevily jejich výhody a omezily jejich nevýhody a nedostatky, aby se dosáhlo lepšího bělícího účinku. Zároveň je také nutné dále studovat nový mechanismus různých metod odstraňování nečistot a zlepšovat proces, aby se odstraňování železa a bělení kaolinu rozvíjelo směrem k zelenému, účinnému a nízkouhlíkovému.
Čas odeslání: březen-02-2023