Con propiedades físicas e químicas especiais, o caolín é un recurso mineral non metálico indispensable na cerámica, a fabricación de papel, o caucho, os plásticos, os refractarios, o refinado de petróleo e outros campos tecnolóxicos de vangarda industriais, agrícolas e de defensa nacional. A brancura do caolín é un indicador importante do seu valor de aplicación.
Factores que afectan á brancura do caolín
O caolín é un tipo de arxila ou rocha arxilosa de gran fino composta principalmente por minerais de caolinita. A súa fórmula química cristalina é 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Unha pequena cantidade de minerais non arxilosos son o cuarzo, o feldespato, os minerais de ferro, o titanio, o hidróxido e os óxidos de aluminio, a materia orgánica, etc.
Estrutura cristalina do caolín
Segundo o estado e a natureza das impurezas do caolín, as impurezas que causan a diminución da brancura do caolín pódense dividir en tres categorías: carbono orgánico; elementos pigmentarios, como Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, etc.; minerais escuros, como biotita, clorita, etc. En xeral, o contido de V, Cr, Cu, Mn e outros elementos no caolín é pequeno, o que ten pouco efecto na brancura. A composición mineral e o contido de ferro e titanio son os principais factores que afectan á brancura do caolín. A súa existencia non só afectará á brancura natural do caolín, senón que tamén afectará á súa brancura calcinada. En particular, a presenza de óxido de ferro ten un impacto negativo na cor da arxila e reduce o seu brillo e resistencia ao lume. E mesmo se a cantidade de óxido, hidróxido e óxido hidratado do óxido de ferro é do 0,4 %, é suficiente para darlle ao sedimento de arxila unha cor vermella a amarela. Estes óxidos e hidróxidos de ferro poden ser hematita (vermello), maghemita (avermella-marrón), goethita (amarelo-marrón), limonita (laranxa), óxido de ferro hidratado (vermello-marrón), etc. Pódese dicir que a eliminación das impurezas de ferro no caolín xoga un papel extremadamente importante no mellor uso do caolín.
Estado de aparición do elemento ferro
O estado de presenza do ferro no caolín é o principal factor que determina o método de eliminación do ferro. Un gran número de estudos cren que o ferro cristalino en forma de partículas finas se mestura no caolín, mentres que o ferro amorfo se reviste na superficie das partículas finas do caolín. Na actualidade, o estado de presenza do ferro no caolín divídese en dous tipos, tanto no país como no estranxeiro: un atópase na caolinita e nos minerais accesorios (como a mica, o dióxido de titanio e a illita), que se denomina ferro estrutural; o outro atópase en forma de minerais de ferro independentes, chamados ferro libre (incluíndo o ferro superficial, o ferro cristalino de gran fino e o ferro amorfo).
O ferro eliminado pola eliminación de ferro e o branqueamento do caolín é ferro libre, incluíndo principalmente magnetita, hematita, limonita, siderita, pirita, ilmenita, jarosita e outros minerais; a maior parte do ferro existe en forma de limonita coloidal altamente dispersa, e unha pequena cantidade en forma de goethita e hematita esféricas, aciculares e irregulares.
Método de eliminación de ferro e branqueamento do caolín
Separación de auga
Este método úsase principalmente para eliminar minerais detríticos como o cuarzo, o feldespato e a mica, e impurezas máis grosas como os restos de rocha, así como algúns minerais de ferro e titanio. As impurezas minerais con densidade e solubilidade similares ao caolín non se poden eliminar, e a mellora da brancura non é relativamente evidente, o que é axeitado para o beneficio e o branqueamento de mineral de caolín de calidade relativamente alta.
Separación magnética
As impurezas minerais de ferro no caolín adoitan ser magnéticas débiles. Na actualidade, utilízase principalmente o método de separación magnética forte de alto gradiente, ou os minerais magnéticos débiles convértense en óxido de ferro magnético forte despois da torradura e logo elimínanse mediante o método de separación magnética ordinario.
Separador magnético de alto gradiente de anel vertical
Separador magnético de alto gradiente para lodos electromagnéticos
Separador magnético supercondutor de baixa temperatura
Método de flotación
O método de flotación aplicouse para tratar o caolín a partir de depósitos primarios e secundarios. No proceso de flotación, as partículas de caolinita e mica sepáranse, e os produtos purificados son varias materias primas de grao industrial axeitadas. A separación selectiva por flotación de caolinita e feldespato adoita levarse a cabo en suspensión con pH controlado.
Método de redución
O método de redución consiste en empregar un axente redutor para reducir as impurezas de ferro (como a hematita e a limonita) no estado trivalente do caolín a ións de ferro bivalentes solubles, que se eliminan por filtración e lavado. A eliminación de impurezas de Fe3+ do caolín industrial conséguese normalmente combinando tecnoloxía física (separación magnética, floculación selectiva) e tratamento químico en condicións ácidas ou redutoras.
O hidrosulfito de sodio (Na2S2O4), tamén coñecido como hidrosulfito de sodio, é eficaz na redución e lixiviación de ferro do caolín e utilízase actualmente na industria do caolín. Non obstante, este método debe levarse a cabo en condicións ácidas fortes (pH < 3), o que resulta en custos operativos elevados e un impacto ambiental elevado. Ademais, as propiedades químicas do hidrosulfito de sodio son inestables, o que require arranxos especiais e caros de almacenamento e transporte.
O dióxido de tiourea (NH2)2CSO2, TD) é un axente redutor forte que presenta as vantaxes dunha forte capacidade redutora, respecto polo medio ambiente, baixa taxa de descomposición, seguridade e baixo custo de produción por lotes. O Fe3+ insoluble en caolín pódese reducir a Fe2+ soluble mediante TD.
Posteriormente, a brancura do caolín pode aumentarse despois da filtración e o lavado. A TD é moi estable á temperatura ambiente e en condicións neutras. A forte capacidade de redución da TD só se pode obter en condicións de forte alcalinidade (pH>10) ou quecemento (T>70 °C), o que resulta nun alto custo de operación e dificultades.
Método de oxidación
O tratamento de oxidación inclúe o uso de ozono, peróxido de hidróxeno, permanganato de potasio e hipoclorito de sodio para eliminar a capa de carbono adsorbida e mellorar a brancura. O caolín no lugar máis profundo baixo a capa de cobertura máis grosa é gris, e o ferro do caolín está no estado redutor. Utilízanse axentes oxidantes fortes como o ozono ou o hipoclorito de sodio para oxidar o FeS2 insoluble na pirita a Fe2+ soluble e, a continuación, lávanse para eliminar o Fe2+ do sistema.
Método de lixiviación ácida
O método de lixiviación ácida consiste en transformar as impurezas de ferro insolubles do caolín en substancias solubles en solucións ácidas (ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido oxálico, etc.), logrando así a separación do caolín. En comparación con outros ácidos orgánicos, o ácido oxálico considérase o máis prometedor debido á súa forza ácida, boas propiedades complexantes e alta capacidade redutora. Co ácido oxálico, o ferro disolto pode precipitarse da solución de lixiviación en forma de oxalato ferroso e pode procesarse posteriormente para formar hematita pura mediante calcinación. O ácido oxálico pódese obter a baixo custo doutros procesos industriais e, na fase de cocción da fabricación cerámica, calquera oxalato residual no material tratado descompoñerase en dióxido de carbono. Moitos investigadores estudaron os resultados da disolución de óxido de ferro con ácido oxálico.
Método de calcinación a alta temperatura
A calcinación é o proceso de produción de produtos de caolín de calidade especial. Segundo a temperatura de tratamento, prodúcense dúas calidades diferentes de caolín calcinado. A calcinación no rango de temperatura de 650-700 ℃ elimina o grupo hidroxilo estrutural e o vapor de auga que escapa mellora a elasticidade e a opacidade do caolín, o que é un atributo ideal para a aplicación de revestimento de papel. Ademais, ao quentar o caolín a 1000-1050 ℃, non só se pode aumentar a abrasibilidade, senón tamén obter unha brancura do 92-95 %.
Calcinación por cloración
O ferro e o titanio elimináronse dos minerais arxilosos, especialmente do caolín, mediante cloración, e obtivéronse bos resultados. No proceso de cloración e calcinación, a alta temperatura (700 ℃ - 1000 ℃), a caolinita sofre unha deshidroxilación para formar metacaolinita e, a temperatura máis alta, fórmanse fases de espinela e mullita. Estas transformacións aumentan a hidrofobicidade, a dureza e o tamaño das partículas mediante a sinterización. Os minerais tratados deste xeito pódense usar en moitas industrias, como as do papel, o PVC, o caucho, os plásticos, os adhesivos, o pulido e a pasta de dentes. A maior hidrofobicidade fai que estes minerais sexan máis compatibles cos sistemas orgánicos.
Método microbiolóxico
A tecnoloxía de purificación microbiana de minerais é un tema de procesamento de minerais relativamente novo, que inclúe a tecnoloxía de lixiviación microbiana e a tecnoloxía de flotación microbiana. A tecnoloxía de lixiviación microbiana de minerais é unha tecnoloxía de extracción que utiliza a interacción profunda entre microorganismos e minerais para destruír a rede cristalina dos minerais e disolver os compoñentes útiles. A pirita oxidada e outros minerais sulfurados contidos no caolín pódense purificar mediante a tecnoloxía de extracción microbiana. Entre os microorganismos máis empregados están Thiobacillus ferrooxidans e bacterias redutoras de Fe. O método microbiolóxico ten un baixo custo e unha baixa contaminación ambiental, o que non afectará as propiedades físicas e químicas do caolín. É un novo método de purificación e branqueamento con perspectivas de desenvolvemento para os minerais de caolín.
Resumo
O tratamento de eliminación de ferro e branqueamento do caolín debe seleccionar o mellor método segundo as diferentes causas da cor e os diferentes obxectivos de aplicación, mellorar o rendemento integral da brancura dos minerais de caolín e facer que teña un alto valor de uso e valor económico. A tendencia de desenvolvemento futuro debería ser combinar organicamente as características do método químico, o método físico e o método microbiolóxico, para aproveitar ao máximo as súas vantaxes e limitar as súas desvantaxes e deficiencias, co fin de lograr un mellor efecto de branqueamento. Ao mesmo tempo, tamén é necesario estudar máis a fondo o novo mecanismo de varios métodos de eliminación de impurezas e mellorar o proceso para que a eliminación de ferro e o branqueamento do caolín se desenvolvan na dirección de ser ecolóxicos, eficientes e con baixas emisións de carbono.
Data de publicación: 02-03-2023