Con speciali proprietà fisiche e chimiche, il caolino è una risorsa minerale non metallica indispensabile nella ceramica, nella fabbricazione della carta, nella gomma, nella plastica, nei refrattari, nella raffinazione del petrolio e in altri campi tecnologici all'avanguardia industriali, agricoli e della difesa nazionale. Il candore del caolino è un indicatore importante del suo valore applicativo.
Fattori che influenzano il candore del caolino
Il caolino è un tipo di argilla a grana fine o roccia argillosa composta principalmente da minerali caolinite. La sua formula cristallina è 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Una piccola quantità di minerali non argillosi sono quarzo, feldspato, minerali di ferro, titanio, idrossido e ossidi di alluminio, materia organica, ecc.
Struttura cristallina del caolino
A seconda dello stato e della natura delle impurità presenti nel caolino, le impurità che causano la diminuzione del bianco del caolino possono essere suddivise in tre categorie: carbonio organico; Elementi pigmentari, come Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, ecc; Minerali scuri, come biotite, clorite, ecc. Generalmente, il contenuto di V, Cr, Cu, Mn e altri elementi nel caolino è piccolo, il che ha poco effetto sul bianco. La composizione minerale e il contenuto di ferro e titanio sono i principali fattori che influenzano il candore del caolino. La loro esistenza non influenzerà solo il candore naturale del caolino, ma influenzerà anche il suo candore calcinato. In particolare, la presenza di ossido di ferro incide negativamente sul colore dell'argilla e ne riduce la brillantezza e la resistenza al fuoco. E anche se la quantità di ossido, idrossido e ossido idrato di ossido di ferro è dello 0,4%, è sufficiente conferire al sedimento di argilla una colorazione dal rosso al giallo. Questi ossidi e idrossidi di ferro possono essere ematite (rosso), maghemite (rosso-marrone), goethite (giallo brunastro), limonite (arancione), ossido di ferro idrato (rosso brunastro), ecc. Si può dire che la rimozione delle impurità di ferro nel caolino gioca un ruolo estremamente importante nel migliore utilizzo del caolino.
Stato di occorrenza dell'elemento ferro
Lo stato di presenza del ferro nel caolino è il fattore principale che determina il metodo di rimozione del ferro. Numerosi studi ritengono che il ferro cristallino sotto forma di particelle fini sia miscelato nel caolino, mentre il ferro amorfo sia rivestito sulla superficie di particelle fini di caolino. Allo stato attuale, lo stato di presenza del ferro nel caolino è diviso in due tipi in patria e all'estero: uno è nella caolinite e nei minerali accessori (come mica, biossido di titanio e illite), che è chiamato ferro strutturale; L'altro è sotto forma di minerali di ferro indipendenti, chiamati ferro libero (incluso ferro superficiale, ferro cristallino a grana fine e ferro amorfo).
Il ferro rimosso mediante la rimozione del ferro e lo sbiancamento del caolino è ferro libero, che comprende principalmente magnetite, ematite, limonite, siderite, pirite, ilmenite, jarosite e altri minerali; La maggior parte del ferro esiste sotto forma di limonite colloidale altamente dispersa e una piccola quantità sotto forma di goethite ed ematite sferiche, aciculari e irregolari.
Metodo di deferrizzazione e sbiancamento del caolino
Separazione dell'acqua
Questo metodo viene utilizzato principalmente per rimuovere minerali detritici come quarzo, feldspato e mica e impurità più grossolane come detriti rocciosi, nonché alcuni minerali di ferro e titanio. I minerali di impurità con densità e solubilità simili al caolino non possono essere rimossi e il miglioramento del bianco non è relativamente evidente, il che è adatto per l'arricchimento e lo sbiancamento di minerale di caolino di qualità relativamente elevata.
Separazione magnetica
Le impurità minerali di ferro nel caolino sono generalmente deboli magnetiche. Attualmente, viene utilizzato principalmente il metodo di separazione magnetica forte ad alto gradiente, oppure i minerali magnetici deboli vengono convertiti in ossido di ferro fortemente magnetico dopo la tostatura e quindi rimossi con il normale metodo di separazione magnetica.
Separatore magnetico ad anello verticale ad alto gradiente
Separatore magnetico ad alto gradiente per liquami elettromagnetici
Separatore magnetico superconduttore a bassa temperatura
Metodo di flottazione
Il metodo della flottazione è stato applicato per trattare il caolino da depositi primari e secondari. Nel processo di flottazione, le particelle di caolinite e mica vengono separate e i prodotti purificati sono diverse materie prime adatte di livello industriale. La separazione per flottazione selettiva della caolinite e del feldspato viene solitamente effettuata in slurry a pH controllato.
Metodo di riduzione
Il metodo di riduzione consiste nell'utilizzare un agente riducente per ridurre le impurità di ferro (come ematite e limonite) nello stato trivalente di caolino in ioni di ferro bivalenti solubili, che vengono rimossi mediante filtrazione e lavaggio. La rimozione delle impurità Fe3+ dal caolino industriale viene solitamente ottenuta combinando la tecnologia fisica (separazione magnetica, flocculazione selettiva) e il trattamento chimico in condizioni acide o riducenti.
L'idrosolfito di sodio (Na2S2O4), noto anche come idrosolfito di sodio, è efficace nel ridurre e lisciviare il ferro dal caolino ed è attualmente utilizzato nell'industria del caolino. Tuttavia, questo metodo deve essere eseguito in condizioni di forte acidità (pH<3), con conseguenti costi operativi e impatto ambientale elevati. Inoltre, le proprietà chimiche dell'idrosolfito di sodio sono instabili e richiedono soluzioni di stoccaggio e trasporto speciali e costose.
Biossido di tiourea: (NH2) 2CSO2, TD) è un forte agente riducente, che presenta i vantaggi di una forte capacità riducente, rispetto dell'ambiente, basso tasso di decomposizione, sicurezza e basso costo di produzione in lotti. Il Fe3+ insolubile nel caolino può essere ridotto a Fe2+ solubile attraverso TD.
Successivamente, il bianco del caolino può essere aumentato dopo filtrazione e lavaggio. TD è molto stabile a temperatura ambiente e in condizioni neutre. La forte capacità di riduzione del TD può essere ottenuta solo in condizioni di forte alcalinità (pH>10) o riscaldamento (T>70 ° C), con conseguenti costi operativi elevati e difficoltà.
Metodo di ossidazione
Il trattamento di ossidazione prevede l'uso di ozono, perossido di idrogeno, permanganato di potassio e ipoclorito di sodio per rimuovere lo strato di carbonio adsorbito e migliorare il candore. Il caolino nel punto più profondo sotto lo spesso strato di copertura è grigio, e il ferro nel caolino è nello stato riducente. Utilizzare forti agenti ossidanti come ozono o ipoclorito di sodio per ossidare il FeS2 insolubile nella pirite in Fe2+ solubile, quindi lavare per rimuovere Fe2+ dal sistema.
Metodo di lisciviazione acida
Il metodo di lisciviazione acida consiste nel trasformare le impurità di ferro insolubili nel caolino in sostanze solubili in soluzioni acide (acido cloridrico, acido solforico, acido ossalico, ecc.), realizzando così la separazione dal caolino. Rispetto ad altri acidi organici, l'acido ossalico è considerato il più promettente per la sua forza acida, buone proprietà complessanti ed elevata capacità riducente. Con l'acido ossalico, il ferro disciolto può essere precipitato dalla soluzione di lisciviazione sotto forma di ossalato ferroso e può essere ulteriormente lavorato per formare ematite pura mediante calcinazione. L'acido ossalico può essere ottenuto a buon mercato da altri processi industriali e, nella fase di cottura della produzione della ceramica, qualsiasi ossalato residuo nel materiale trattato verrà decomposto in anidride carbonica. Molti ricercatori hanno studiato i risultati della dissoluzione dell'ossido di ferro con l'acido ossalico.
Metodo di calcinazione ad alta temperatura
La calcinazione è il processo di produzione di prodotti di caolino di qualità speciale. A seconda della temperatura di trattamento si producono due diversi gradi di caolino calcinato. La calcinazione nell'intervallo di temperature di 650-700 ℃ rimuove il gruppo ossidrile strutturale e il vapore acqueo che fuoriesce migliora l'elasticità e l'opacità del caolino, che è un attributo ideale dell'applicazione di rivestimento della carta. Inoltre, riscaldando il caolino a 1000-1050 ℃, non solo può aumentare l'abrasione, ma anche ottenere un bianco del 92-95%.
Calcinazione per clorazione
Ferro e titanio furono rimossi dai minerali argillosi, in particolare dal caolino mediante clorurazione, e furono ottenuti buoni risultati. Nel processo di clorazione e calcinazione, ad alta temperatura (700 ℃ - 1000 ℃), la caolinite ha subito deiossidrilazione per formare metacaolinite e, a temperatura più elevata, si formano fasi di spinello e mullite. Queste trasformazioni aumentano l'idrofobicità, la durezza e la dimensione delle particelle attraverso la sinterizzazione. I minerali così trattati possono essere utilizzati in numerosi settori, come quello della carta, del PVC, della gomma, della plastica, degli adesivi, dei lucidanti e dei dentifrici. La maggiore idrofobicità rende questi minerali più compatibili con i sistemi organici.
Metodo microbiologico
La tecnologia di purificazione microbica dei minerali è un argomento relativamente nuovo di lavorazione dei minerali, compresa la tecnologia di lisciviazione microbica e la tecnologia di flottazione microbica. La tecnologia di lisciviazione microbica dei minerali è una tecnologia di estrazione che utilizza la profonda interazione tra microrganismi e minerali per distruggere il reticolo cristallino dei minerali e dissolvere i componenti utili. La pirite ossidata e altri minerali solforati contenuti nel caolino possono essere purificati mediante la tecnologia di estrazione microbica. I microrganismi comunemente utilizzati includono Thiobacillus ferrooxidans e batteri che riducono il ferro. Il metodo microbiologico ha un costo contenuto e un basso inquinamento ambientale, che non influisce sulle proprietà fisiche e chimiche del caolino. È un nuovo metodo di purificazione e sbiancamento con prospettive di sviluppo per i minerali caolino.
Riepilogo
La rimozione del ferro e il trattamento sbiancante del caolino devono selezionare il metodo migliore in base alle diverse cause del colore e ai diversi obiettivi applicativi, migliorare le prestazioni di candore complete dei minerali di caolino e conferirgli un elevato valore d'uso e valore economico. La tendenza futura dello sviluppo dovrebbe essere quella di combinare organicamente le caratteristiche del metodo chimico, del metodo fisico e del metodo microbiologico, in modo da sfruttare appieno i loro vantaggi e limitarne gli svantaggi e le carenze, in modo da ottenere un migliore effetto sbiancante. Allo stesso tempo, è anche necessario studiare ulteriormente il nuovo meccanismo di vari metodi di rimozione delle impurità e migliorare il processo per far sì che la rimozione del ferro e lo sbiancamento del caolino si sviluppino nella direzione di un approccio ecologico, efficiente e a basso contenuto di carbonio.
Orario di pubblicazione: 02-marzo-2023