Dengan sifat fizikal dan kimia yang istimewa, kaolin merupakan sumber mineral bukan logam yang sangat diperlukan dalam seramik, pembuatan kertas, getah, plastik, refraktori, penapisan petroleum dan bidang teknologi canggih perindustrian dan pertanian serta pertahanan negara yang lain. Keputihan kaolin merupakan petunjuk penting nilai aplikasinya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi keputihan kaolin
Kaolin ialah sejenis tanah liat berbutir halus atau batuan tanah liat yang kebanyakannya terdiri daripada mineral kaolinit. Formula kimia kristalnya ialah 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Sebilangan kecil mineral bukan tanah liat ialah kuarza, feldspar, mineral besi, titanium, aluminium hidroksida dan oksida, bahan organik, dan sebagainya.
Struktur kristal kaolin
Mengikut keadaan dan sifat bendasing dalam kaolin, bendasing yang menyebabkan penurunan keputihan kaolin boleh dibahagikan kepada tiga kategori: karbon organik; Unsur pigmen, seperti Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, dan sebagainya; Mineral gelap, seperti biotit, klorit, dan sebagainya. Secara amnya, kandungan V, Cr, Cu, Mn dan unsur-unsur lain dalam kaolin adalah kecil, yang mempunyai sedikit kesan terhadap keputihan. Komposisi mineral dan kandungan besi dan titanium adalah faktor utama yang mempengaruhi keputihan kaolin. Kewujudannya bukan sahaja akan menjejaskan keputihan semula jadi kaolin, tetapi juga menjejaskan keputihannya yang terkalsin. Khususnya, kehadiran oksida besi mempunyai kesan negatif terhadap warna tanah liat dan mengurangkan kecerahan dan rintangan api. Dan walaupun jumlah oksida, hidroksida dan oksida terhidrat oksida besi adalah 0.4%, ia sudah cukup untuk memberikan warna merah kepada kuning kepada sedimen tanah liat. Oksida dan hidroksida besi ini boleh terdiri daripada hematit (merah), maghemit (merah-coklat), goethit (kuning keperangan), limonit (oren), oksida besi terhidrat (merah keperangan), dan sebagainya. Boleh dikatakan bahawa penyingkiran bendasing besi dalam kaolin memainkan peranan yang sangat penting dalam penggunaan kaolin yang lebih baik.
Keadaan kejadian unsur besi
Keadaan kejadian besi dalam kaolin merupakan faktor utama yang menentukan kaedah penyingkiran besi. Sebilangan besar kajian percaya bahawa besi kristal dalam bentuk zarah halus dicampurkan dalam kaolin, manakala besi amorfus disalut pada permukaan zarah halus kaolin. Pada masa ini, keadaan kejadian besi dalam kaolin dibahagikan kepada dua jenis di dalam dan luar negara: satu dalam kaolinit dan mineral aksesori (seperti mika, titanium dioksida dan ilit), yang dipanggil besi struktur; yang satu lagi dalam bentuk mineral besi bebas, yang dipanggil besi bebas (termasuk besi permukaan, besi kristal berbutir halus dan besi amorfus).
Besi yang dikeluarkan melalui penyingkiran besi dan pemutihan kaolin adalah besi bebas, terutamanya termasuk magnetit, hematit, limonit, siderit, pirit, ilmenit, jarosit dan mineral lain; Kebanyakan besi wujud dalam bentuk limonit koloid yang sangat tersebar, dan sejumlah kecil dalam bentuk goethit dan hematit sfera, acikular dan tidak sekata.
Kaedah penyingkiran besi dan pemutihan kaolin
Pemisahan air
Kaedah ini digunakan terutamanya untuk menyingkirkan mineral detrital seperti kuarza, feldspar dan mika, dan bendasing yang lebih kasar seperti serpihan batu, serta beberapa mineral besi dan titanium. Mineral bendasing dengan ketumpatan dan kelarutan yang serupa dengan kaolin tidak dapat disingkirkan, dan peningkatan keputihannya agak tidak jelas, yang sesuai untuk pemanfaatan dan pemutihan bijih kaolin yang berkualiti tinggi.
Pemisahan magnetik
Bendasing mineral besi dalam kaolin biasanya bersifat magnet yang lemah. Pada masa ini, kaedah pemisahan magnet kuat kecerunan tinggi digunakan terutamanya, atau mineral magnet yang lemah ditukar menjadi oksida besi magnet yang kuat selepas dipanggang, dan kemudian disingkirkan dengan kaedah pemisahan magnet biasa.
Pemisah magnet kecerunan tinggi cincin menegak
Pemisah magnet kecerunan tinggi untuk buburan elektromagnet
Pemisah magnet superkonduktor suhu rendah
Kaedah pengapungan
Kaedah pengapungan telah digunakan untuk merawat kaolin daripada mendapan primer dan sekunder. Dalam proses pengapungan, zarah kaolinit dan mika diasingkan, dan produk yang telah ditulenkan merupakan beberapa bahan mentah gred industri yang sesuai. Pemisahan pengapungan terpilih kaolinit dan feldspar biasanya dijalankan dalam buburan dengan pH terkawal.
Kaedah pengurangan
Kaedah penurunan adalah dengan menggunakan agen penurunan untuk mengurangkan bendasing besi (seperti hematit dan limonit) dalam keadaan trivalen kaolin kepada ion besi bivalen larut, yang disingkirkan melalui penapisan dan pencucian. Penyingkiran bendasing Fe3+ daripada kaolin perindustrian biasanya dicapai dengan menggabungkan teknologi fizikal (pemisahan magnet, penggumpalan terpilih) dan rawatan kimia di bawah keadaan berasid atau penurunan.
Natrium hidrosulfit (Na2S2O4), juga dikenali sebagai natrium hidrosulfit, berkesan dalam mengurangkan dan melarutkan besi daripada kaolin, dan kini digunakan dalam industri kaolin. Walau bagaimanapun, kaedah ini mesti dijalankan di bawah keadaan berasid yang kuat (pH<3), mengakibatkan kos operasi yang tinggi dan kesan alam sekitar. Di samping itu, sifat kimia natrium hidrosulfit tidak stabil, memerlukan pengaturan penyimpanan dan pengangkutan yang khas dan mahal.
Tiourea dioksida: (NH2)2CSO2, TD) ialah agen penurunan yang kuat, yang mempunyai kelebihan keupayaan penurunan yang kuat, mesra alam, kadar penguraian yang rendah, keselamatan dan kos pengeluaran kelompok yang rendah. Fe3+ yang tidak larut dalam kaolin boleh diturunkan kepada Fe2+ yang larut melalui TD.
Seterusnya, keputihan kaolin boleh ditingkatkan selepas penapisan dan pencucian. TD sangat stabil pada suhu bilik dan keadaan neutral. Keupayaan penurunan TD yang kuat hanya boleh diperolehi di bawah keadaan kealkalian yang kuat (pH>10) atau pemanasan (T>70 °C), mengakibatkan kos operasi dan kesukaran yang tinggi.
Kaedah pengoksidaan
Rawatan pengoksidaan merangkumi penggunaan ozon, hidrogen peroksida, kalium permanganat dan natrium hipoklorit untuk menanggalkan lapisan karbon yang terserap bagi meningkatkan keputihan. Kaolin di tempat yang lebih dalam di bawah lapisan atas yang lebih tebal berwarna kelabu, dan besi dalam kaolin berada dalam keadaan penurunan. Gunakan agen pengoksidaan kuat seperti ozon atau natrium hipoklorit untuk mengoksidakan FeS2 yang tidak larut dalam pirit kepada Fe2+ yang larut, dan kemudian basuh untuk menanggalkan Fe2+ daripada sistem.
Kaedah pelarutan asid
Kaedah pelindian asid adalah untuk mengubah bendasing besi yang tidak larut dalam kaolin menjadi bahan larut dalam larutan berasid (asid hidroklorik, asid sulfurik, asid oksalik, dll.), sekali gus merealisasikan pemisahan daripada kaolin. Berbanding dengan asid organik lain, asid oksalik dianggap paling menjanjikan kerana kekuatan asidnya, sifat pengkompleksan yang baik dan keupayaan penurunan yang tinggi. Dengan asid oksalik, besi terlarut boleh dimendakkan daripada larutan pelindian dalam bentuk ferus oksalat, dan boleh diproses selanjutnya untuk membentuk hematit tulen melalui pengkalsinan. Asid oksalik boleh diperoleh dengan murah daripada proses perindustrian lain, dan dalam peringkat pembakaran pembuatan seramik, sebarang oksalat sisa dalam bahan yang dirawat akan diuraikan menjadi karbon dioksida. Ramai penyelidik telah mengkaji hasil pelarutan oksida besi dengan asid oksalik.
Kaedah pengkalsinan suhu tinggi
Pengapuran ialah proses menghasilkan produk kaolin gred khas. Mengikut suhu rawatan, dua gred kaolin yang dikalsin dihasilkan. Pengapuran dalam julat suhu 650-700 ℃ menghilangkan kumpulan hidroksil struktur, dan wap air yang keluar meningkatkan keanjalan dan kelegapan kaolin, yang merupakan sifat ideal untuk aplikasi salutan kertas. Di samping itu, dengan memanaskan kaolin pada 1000-1050 ℃, ia bukan sahaja dapat meningkatkan kebolehlelasan, tetapi juga memperoleh keputihan 92-95%.
Pengklorinan pengkalsinan
Besi dan titanium telah disingkirkan daripada mineral tanah liat, terutamanya kaolin melalui pengklorinan, dan hasil yang baik telah diperolehi. Dalam proses pengklorinan dan pengkalsinan, pada suhu tinggi (700 ℃ - 1000 ℃), kaolinit telah mengalami penyahhidroksilasi untuk membentuk metakaolinit, dan pada suhu yang lebih tinggi, fasa spinel dan mullit terbentuk. Transformasi ini meningkatkan hidrofobisiti, kekerasan dan saiz zarah melalui pensinteran. Mineral yang dirawat dengan cara ini boleh digunakan dalam banyak industri, seperti kertas, PVC, getah, plastik, pelekat, penggilapan dan ubat gigi. Hidrofobisiti yang lebih tinggi menjadikan mineral ini lebih serasi dengan sistem organik.
Kaedah mikrobiologi
Teknologi penulenan mikrob mineral merupakan subjek pemprosesan mineral yang agak baharu, termasuk teknologi pelindian mikrob dan teknologi pengapungan mikrob. Teknologi pelindian mikrob mineral merupakan teknologi pengekstrakan yang menggunakan interaksi mendalam antara mikroorganisma dan mineral untuk memusnahkan kekisi kristal mineral dan melarutkan komponen berguna. Pirit teroksida dan bijih sulfida lain yang terkandung dalam kaolin boleh ditulenkan melalui teknologi pengekstrakan mikrob. Mikroorganisma yang biasa digunakan termasuk Thiobacillus ferrooxidans dan bakteria pengurang Fe. Kaedah mikrobiologi mempunyai kos yang rendah dan pencemaran alam sekitar yang rendah, yang tidak akan menjejaskan sifat fizikal dan kimia kaolin. Ia merupakan kaedah penulenan dan pemutihan baharu dengan prospek pembangunan untuk mineral kaolin.
Ringkasan
Rawatan penyingkiran dan pemutihan besi kaolin perlu memilih kaedah terbaik mengikut punca warna yang berbeza dan objektif aplikasi yang berbeza, meningkatkan prestasi keputihan mineral kaolin yang komprehensif, dan menjadikannya mempunyai nilai penggunaan dan nilai ekonomi yang tinggi. Trend pembangunan masa hadapan haruslah menggabungkan ciri-ciri kaedah kimia, kaedah fizikal dan kaedah mikrobiologi secara organik, untuk memberi tumpuan sepenuhnya kepada kelebihannya dan mengekang kekurangan dan keburukannya, bagi mencapai kesan pemutihan yang lebih baik. Pada masa yang sama, adalah perlu untuk mengkaji lebih lanjut mekanisme baharu pelbagai kaedah penyingkiran bendasing dan menambah baik proses untuk menjadikan penyingkiran dan pemutihan besi kaolin berkembang ke arah hijau, cekap dan rendah karbon.
Masa siaran: 02-Mac-2023