Amb propietats físiques i químiques especials, el caolí és un recurs mineral no metàl·lic indispensable en ceràmica, fabricació de paper, cautxú, plàstics, refractaris, refinació de petroli i altres camps tecnològics d'avantguarda industrials, agrícoles i de defensa nacional. La blancor del caolí és un indicador important del seu valor d'aplicació.
Factors que afecten la blancor del caolí
El caolí és un tipus d'argila de gra fi o roca argilosa composta principalment de minerals de caolinita. La seva fórmula química cristal·lina és 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Una petita quantitat de minerals no argilosos són el quars, el feldespat, els minerals de ferro, el titani, l'hidròxid i els òxids d'alumini, la matèria orgànica, etc.
Estructura cristal·lina del caolí
Segons l'estat i la naturalesa de les impureses del caolí, les impureses que causen la disminució de la blancor del caolí es poden dividir en tres categories: carboni orgànic; elements pigmentaris, com ara Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, etc.; minerals foscos, com ara biotita, clorita, etc. Generalment, el contingut de V, Cr, Cu, Mn i altres elements del caolí és petit, cosa que té poc efecte sobre la blancor. La composició mineral i el contingut de ferro i titani són els principals factors que afecten la blancor del caolí. La seva existència no només afectarà la blancor natural del caolí, sinó que també afectarà la seva blancor calcinada. En particular, la presència d'òxid de ferro té un impacte negatiu en el color de l'argila i redueix la seva brillantor i resistència al foc. I fins i tot si la quantitat d'òxid, hidròxid i òxid hidratat de l'òxid de ferro és del 0,4%, és suficient per donar al sediment d'argila una coloració vermella a groga. Aquests òxids i hidròxids de ferro poden ser hematites (vermell), maghemita (vermell-marró), goethita (groc marró), limonita (taronja), òxid de ferro hidratat (vermell marró), etc. Es pot dir que l'eliminació d'impureses de ferro en el caolí juga un paper extremadament important en un millor ús del caolí.
Estat d'ocurrència de l'element ferro
L'estat d'ocurrència del ferro en el caolí és el principal factor que determina el mètode d'eliminació del ferro. Un gran nombre d'estudis creuen que el ferro cristal·lí en forma de partícules fines es barreja en el caolí, mentre que el ferro amorf es recobreix a la superfície de les partícules fines de caolí. Actualment, l'estat d'ocurrència del ferro en el caolí es divideix en dos tipus, tant a nivell nacional com internacional: un es troba en la caolinita i els minerals accessoris (com ara la mica, el diòxid de titani i la il·lita), que s'anomena ferro estructural; l'altre es troba en forma de minerals de ferro independents, anomenats ferro lliure (inclòs el ferro superficial, el ferro cristal·lí de gra fi i el ferro amorf).
El ferro eliminat per l'eliminació de ferro i el blanqueig del caolí és ferro lliure, principalment magnetita, hematites, limonita, siderita, pirita, ilmenita, jarosita i altres minerals; la major part del ferro existeix en forma de limonita col·loïdal altament dispersa, i una petita quantitat en forma de goethita i hematites esfèriques, aciculars i irregulars.
Mètode d'eliminació de ferro i blanquejament de caolí
Separació d'aigua
Aquest mètode s'utilitza principalment per eliminar minerals detrítics com el quars, el feldespat i la mica, i impureses més gruixudes com les restes de roca, així com alguns minerals de ferro i titani. Les impureses minerals amb una densitat i solubilitat similars al caolí no es poden eliminar, i la millora de la blancor no és relativament evident, cosa que és adequada per a la beneficiació i el blanquejament de mineral de caolí de qualitat relativament alta.
Separació magnètica
Les impureses minerals de ferro del caolí solen ser febles magnètiques. Actualment, s'utilitza principalment el mètode de separació magnètica forta d'alt gradient, o els minerals febles magnètics es converteixen en òxid de ferro magnètic fort després de la torrada i després s'eliminen mitjançant el mètode de separació magnètica ordinari.
Separador magnètic d'alt gradient d'anell vertical
Separador magnètic d'alt gradient per a fangs electromagnètics
Separador magnètic superconductor de baixa temperatura
Mètode de flotació
El mètode de flotació s'ha aplicat per tractar el caolí a partir de dipòsits primaris i secundaris. En el procés de flotació, es separen les partícules de caolinita i mica, i els productes purificats són diverses matèries primeres de grau industrial adequades. La separació selectiva per flotació de caolinita i feldespat se sol dur a terme en una suspensió amb pH controlat.
Mètode de reducció
El mètode de reducció consisteix a utilitzar un agent reductor per reduir les impureses de ferro (com ara hematites i limonites) en estat trivalent de caolí a ions de ferro bivalents solubles, que s'eliminen per filtració i rentat. L'eliminació d'impureses de Fe3+ del caolí industrial s'aconsegueix normalment combinant tecnologia física (separació magnètica, floculació selectiva) i tractament químic en condicions àcides o reductores.
L'hidrosulfit de sodi (Na2S2O4), també conegut com a hidrosulfit de sodi, és eficaç per reduir i lixiviar el ferro del caolí, i actualment s'utilitza a la indústria del caolí. Tanmateix, aquest mètode s'ha de dur a terme en condicions àcides fortes (pH < 3), cosa que resulta en costos operatius i un impacte ambiental elevats. A més, les propietats químiques de l'hidrosulfit de sodi són inestables, cosa que requereix disposicions especials i costoses d'emmagatzematge i transport.
El diòxid de tiourea: (NH2)2CSO2, TD) és un agent reductor fort, que té els avantatges d'una forta capacitat reductora, respecte al medi ambient, baixa taxa de descomposició, seguretat i baix cost de producció per lots. El Fe3+ insoluble en caolí es pot reduir a Fe2+ soluble mitjançant TD.
Posteriorment, la blancor del caolí es pot augmentar després de la filtració i el rentat. La TD és molt estable a temperatura ambient i en condicions neutres. La forta capacitat de reducció de la TD només es pot obtenir en condicions d'alcalinitat forta (pH>10) o escalfament (T>70 °C), cosa que resulta en un cost d'operació elevat i dificultat.
Mètode d'oxidació
El tractament d'oxidació inclou l'ús d'ozó, peròxid d'hidrogen, permanganat de potassi i hipoclorit de sodi per eliminar la capa de carboni adsorbida per millorar la blancor. El caolí en el lloc més profund sota la capa més gruixuda és gris, i el ferro del caolí es troba en estat reductor. Utilitzeu agents oxidants forts com l'ozó o l'hipoclorit de sodi per oxidar el FeS2 insoluble de la pirita a Fe2+ soluble i després renteu per eliminar el Fe2+ del sistema.
Mètode de lixiviació àcida
El mètode de lixiviació àcid consisteix a transformar les impureses de ferro insolubles del caolí en substàncies solubles en solucions àcides (àcid clorhídric, àcid sulfúric, àcid oxàlic, etc.), aconseguint així la separació del caolí. En comparació amb altres àcids orgànics, l'àcid oxàlic es considera el més prometedor per la seva força àcida, la seva bona propietat complexant i la seva alta capacitat reductora. Amb l'àcid oxàlic, el ferro dissolt es pot precipitar de la solució de lixiviació en forma d'oxalat ferrós i es pot processar posteriorment per formar hematites pura mitjançant la calcinació. L'àcid oxàlic es pot obtenir a baix cost a partir d'altres processos industrials i, en la fase de cocció de la fabricació de ceràmica, qualsevol oxalat residual del material tractat es descompon en diòxid de carboni. Molts investigadors han estudiat els resultats de la dissolució d'òxid de ferro amb àcid oxàlic.
Mètode de calcinació a alta temperatura
La calcinació és el procés de producció de productes de caolí de grau especial. Segons la temperatura de tractament, es produeixen dos graus diferents de caolí calcinat. La calcinació en el rang de temperatura de 650-700 ℃ elimina el grup hidroxil estructural i el vapor d'aigua que s'escapa millora l'elasticitat i l'opacitat del caolí, que és un atribut ideal per a l'aplicació de recobriment de paper. A més, escalfant el caolí a 1000-1050 ℃, no només es pot augmentar l'abrasibitat, sinó que també es pot obtenir una blancor del 92-95%.
Calcinació per cloració
El ferro i el titani es van eliminar dels minerals argilosos, especialment del caolí, mitjançant cloració, i es van obtenir bons resultats. En el procés de cloració i calcinació, a alta temperatura (700 ℃ - 1000 ℃), la caolinita ha experimentat una deshidroxilació per formar metacaolinita, i a temperatura més alta, es formen fases d'espinel·la i mul·lita. Aquestes transformacions augmenten la hidrofobicitat, la duresa i la mida de les partícules mitjançant la sinterització. Els minerals tractats d'aquesta manera es poden utilitzar en moltes indústries, com ara el paper, el PVC, el cautxú, els plàstics, els adhesius, el poliment i la pasta de dents. La major hidrofobicitat fa que aquests minerals siguin més compatibles amb els sistemes orgànics.
Mètode microbiològic
La tecnologia de purificació microbiana de minerals és un tema de processament de minerals relativament nou, que inclou la tecnologia de lixiviació microbiana i la tecnologia de flotació microbiana. La tecnologia de lixiviació microbiana de minerals és una tecnologia d'extracció que utilitza la interacció profunda entre microorganismes i minerals per destruir la xarxa cristal·lina dels minerals i dissoldre els components útils. La pirita oxidada i altres minerals sulfurats continguts en el caolí es poden purificar mitjançant la tecnologia d'extracció microbiana. Els microorganismes més utilitzats inclouen Thiobacillus ferrooxidans i bacteris reductors de Fe. El mètode microbiològic té un baix cost i una baixa contaminació ambiental, cosa que no afectarà les propietats físiques i químiques del caolí. És un nou mètode de purificació i blanquejament amb perspectives de desenvolupament per als minerals de caolí.
Resum
El tractament d'eliminació de ferro i blanquejament del caolí ha de seleccionar el millor mètode segons les diferents causes del color i els diferents objectius d'aplicació, millorar el rendiment integral de blancor dels minerals de caolí i fer que tingui un alt valor d'ús i valor econòmic. La tendència de desenvolupament futur hauria de ser combinar orgànicament les característiques del mètode químic, el mètode físic i el mètode microbiològic, per tal de donar ple joc als seus avantatges i restringir els seus desavantatges i inconvenients, per tal d'aconseguir un millor efecte blanquejador. Al mateix temps, també cal estudiar més a fons el nou mecanisme de diversos mètodes d'eliminació d'impureses i millorar el procés per fer que l'eliminació de ferro i el blanquejament del caolí es desenvolupin en la direcció verda, eficient i baixa en carboni.
Data de publicació: 02-03-2023