Kaólín hefur sérstaka eðlis- og efnafræðilega eiginleika og er ómissandi málmlaus steinefni í keramik, pappírsframleiðslu, gúmmíi, plasti, eldföstum efnum, olíuhreinsun og öðrum nýjustu tæknisviðum í iðnaði, landbúnaði og varnarmálum. Hvítleiki kaólíns er mikilvægur vísbending um notkunargildi þess.
Þættir sem hafa áhrif á hvítleika kaólíns
Kaólín er fínkorna leir eða leirberg sem aðallega er samsett úr kaólínít steinefnum. Kristallaformúlan er 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Lítið magn af öðrum steinefnum en leir eru kvars, feldspat, járnsteinefni, títan, álhýdroxíð og oxíð, lífrænt efni o.s.frv.
Kristallabygging kaólíns
Samkvæmt ástandi og eðli óhreininda í kaólíni má skipta óhreinindum sem valda minnkun á hvítleika kaólínsins í þrjá flokka: lífrænt kolefni; litarefni eins og Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, o.s.frv.; dökk steinefni eins og bíótít, klórít, o.s.frv. Almennt er innihald V, Cr, Cu, Mn og annarra frumefna í kaólíni lítið, sem hefur lítil áhrif á hvítleika. Steinefnasamsetning og innihald járns og títans eru helstu þættirnir sem hafa áhrif á hvítleika kaólíns. Tilvist þeirra hefur ekki aðeins áhrif á náttúrulegan hvítleika kaólíns, heldur einnig á hvítleika þess eftir brennslu. Sérstaklega hefur nærvera járnoxíðs neikvæð áhrif á lit leirsins og dregur úr birtustigi hans og eldþoli. Og jafnvel þótt magn oxíðs, hýdroxíðs og vatnsoxíðs af járnoxíði sé 0,4%, þá er það nóg til að gefa leirbotnfallinu rauðan til gulan lit. Þessi járnoxíð og hýdroxíð geta verið hematít (rautt), maghemít (rauðbrúnt), goetít (brúnleitt gult), limonít (appelsínugult), vatnsrofið járnoxíð (brúnleitt rautt) o.s.frv. Segja má að fjarlæging járnóhreininda í kaólíni gegni afar mikilvægu hlutverki í betri nýtingu kaólíns.
Tilvistarástand járns frumefnis
Tilvistarstig járns í kaólíni er aðalþátturinn sem ræður aðferðinni við fjarlægingu járns. Fjölmargar rannsóknir benda til þess að kristallað járn í formi fínna agna sé blandað í kaólín, en ókristallað járn sé húðað á yfirborði fínna agna kaólíns. Eins og er skiptist tilvistarstig járns í kaólíni í tvo flokka, bæði heima og erlendis: annars vegar í kaólíníti og fylgisteindum (eins og glimmeri, títaníumdíoxíði og illíti), sem kallast byggingarjárn; hins vegar í formi sjálfstæðra járnsteinda, sem kallast frítt járn (þar á meðal yfirborðsjárn, fínkornað kristallað járn og ókristallað járn).
Járnið sem fjarlægt er með járnfjarlægingu og hvítun kaólíns er frítt járn, aðallega með magnetíti, hematíti, limóníti, sideríti, pýríti, ilmeníti, jarósíti og öðrum steinefnum; Mest af járninu er í formi mjög dreifðs kolloidals limóníts og lítið magn í formi kúlulaga, oddlaga og óreglulegra góetíta og hematíta.
Járnfjarlæging og hvítunaraðferð fyrir kaólín
Vatnsskiljun
Þessi aðferð er aðallega notuð til að fjarlægja óhreinindi eins og kvars, feldspat og glimmer, og grófari óhreinindi eins og bergúrgang, sem og sum járn- og títansteinefni. Óhreinindi með svipaða eðlisþyngd og leysni og kaólín er ekki hægt að fjarlægja og hvítleikabætingin er tiltölulega ekki áberandi, sem hentar vel til að bæta og hvíta tiltölulega hágæða kaólínmálmgrýti.
Segulmagnað aðskilnaður
Óhreinindi úr járnsteinum í kaólíni eru yfirleitt veik segulmagnaðir. Nú á dögum er aðallega notuð aðferð með sterkri segulmagnaðri aðskilnaði með mikilli halla, eða veik segulmagnaðir steinefni eru breytt í sterkt segulmagnað járnoxíð eftir ristun og síðan fjarlægð með hefðbundinni segulmagnaðri aðskilnaðaraðferð.
Lóðrétt hringlaga segulmagnaðir aðskiljari með miklum halla
Segulskiljari með mikilli halla fyrir rafsegulmagnaða slurry
Lághitastig ofurleiðandi segulmagnaðir aðskiljari
Flotunaraðferð
Flotunaraðferðin hefur verið notuð til að meðhöndla kaólín úr frum- og aukaútfellingum. Í flotunarferlinu eru kaólínít og glimmeragnir aðskildar og hreinsuðu afurðirnar eru nokkur hentug hráefni af iðnaðargráðu. Sértæk flotunaraðskilnaður kaólíníts og feldspats er venjulega framkvæmdur í leðjunni við stýrt pH.
Aðferð til að draga úr
Afoxunaraðferðin felst í því að nota afoxunarefni til að draga úr járnóhreinindum (eins og hematíti og límoníti) í þrígildu ástandi kaólíns í leysanlegar tvígildar járnjónir, sem eru fjarlægðar með síun og þvotti. Fjarlæging Fe3+ óhreininda úr iðnaðarkaólíni er venjulega náð með því að sameina eðlisfræðilega tækni (segulmagnaða aðskilnað, sértæka flokkun) og efnameðferð við súrar eða afoxandi aðstæður.
Natríumhýdrósúlfít (Na2S2O4), einnig þekkt sem natríumhýdrósúlfít, er áhrifaríkt við að draga úr og útskola járn úr kaólíni og er nú notað í kaólíniðnaði. Hins vegar verður þessi aðferð að fara fram við sterk súr skilyrði (pH <3), sem leiðir til mikils rekstrarkostnaðar og umhverfisáhrifa. Að auki eru efnafræðilegir eiginleikar natríumhýdrósúlfíts óstöðugir, sem krefst sérstakrar og dýrrar geymslu- og flutningsráðstafana.
Þíóúrea-díoxíð: (NH2) 2CSO2, TD) er sterkt afoxunarefni sem hefur þá kosti að vera sterk afoxunarhæfni, umhverfisvænt, lágt niðurbrotshraða, öruggt og lágt framleiðslukostnaður. Óleysanlegt Fe3+ í kaólíni er hægt að afoxa í leysanlegt Fe2+ með TD.
Síun og þvottur hafa síðan aukið hvítleika kaólínsins. TD er mjög stöðugt við stofuhita og hlutlausar aðstæður. Sterk afoxunargeta TD fæst aðeins við sterka basíska virkni (pH>10) eða upphitun (T>70°C), sem leiðir til mikils rekstrarkostnaðar og erfiðleika.
Oxunaraðferð
Oxunarmeðferð felur í sér notkun ósons, vetnisperoxíðs, kalíumpermanganats og natríumhýpóklóríts til að fjarlægja aðsogað kolefnislag til að bæta hvítleika. Kaólínið í dýpri hluta undir þykkari yfirborðslögnum er grátt og járnið í kaólíninu er í afoxandi ástandi. Notið sterk oxunarefni eins og óson eða natríumhýpóklórít til að oxa óleysanlegt FeS2 í pýríti í leysanlegt Fe2+ og þvoið síðan til að fjarlægja Fe2+ úr kerfinu.
Sýruútskolunaraðferð
Sýruútskolunaraðferðin felst í því að umbreyta óleysanlegum járnóhreinindum í kaólíni í leysanleg efni í súrum lausnum (saltsýru, brennisteinssýru, oxalsýru o.s.frv.) og þannig aðskiljast frá kaólíni. Í samanburði við aðrar lífrænar sýrur er oxalsýra talin efnilegast vegna sýrustyrks síns, góðrar fléttunareiginleika og mikillar afoxunargetu. Með oxalsýru er hægt að fella uppleyst járn úr útskolunarlausninni í formi járnoxalats og vinna það frekar til að mynda hreint hematít með brennslu. Oxalsýru er hægt að fá ódýrt úr öðrum iðnaðarferlum og í brennslustigi keramikframleiðslu verður allt leifar af oxalati í meðhöndluðu efninu brotið niður í koltvísýring. Margir vísindamenn hafa rannsakað niðurstöður þess að leysa upp járnoxíð með oxalsýru.
Háhitabrennsluaðferð
Brenning er ferlið við að framleiða sérstakar kaólínvörur. Samkvæmt meðferðarhita eru framleiddar tvær mismunandi gerðir af brenndu kaólíni. Brenning við hitastigið 650-700 ℃ fjarlægir byggingarhýdroxýlhópinn og sleppur vatnsgufan eykur teygjanleika og ógagnsæi kaólínsins, sem er kjörinn eiginleiki fyrir pappírshúðun. Að auki, með því að hita kaólín við 1000-1050 ℃, er ekki aðeins hægt að auka slitþol heldur einnig að ná 92-95% hvítleika.
Klórunarkalsínering
Járn og títan voru fjarlægð úr leirsteindum, sérstaklega kaólíni, með klórun, og góðar niðurstöður fengust. Í klórunar- og brennsluferlinu, við hátt hitastig (700 ℃ - 1000 ℃), hefur kaólínít gengist undir afhýdroxýleringu til að mynda metakaólínít, og við hærra hitastig myndast spinel- og mullítfasar. Þessar umbreytingar auka vatnsfælni, hörku og stærð agna með sintrun. Steinefnin sem meðhöndluð eru á þennan hátt er hægt að nota í mörgum atvinnugreinum, svo sem pappír, PVC, gúmmíi, plasti, lími, fægingu og tannkremi. Meiri vatnsfælni gerir þessi steinefni samhæfari lífrænum kerfum.
Örverufræðileg aðferð
Örverufræðileg hreinsunartækni steinefna er tiltölulega nýtt viðfangsefni í vinnslu steinefna, þar á meðal örverufræðileg útskolunartækni og örveruflotunartækni. Örverufræðileg útskolunartækni steinefna er útdráttartækni sem notar djúpa víxlverkun örvera og steinefna til að eyðileggja kristalgrind steinefna og leysa upp gagnleg efni. Oxað pýrít og önnur súlfíðmálmgrýti sem er í kaólíni er hægt að hreinsa með örverufræðilegri útdráttartækni. Algengar örverur eru meðal annars Thiobacillus ferrooxidans og Fe-afoxandi bakteríur. Örverufræðilega aðferðin hefur lágan kostnað og litla umhverfismengun, sem mun ekki hafa áhrif á eðlis- og efnafræðilega eiginleika kaólíns. Þetta er ný hreinsunar- og hvítunaraðferð með þróunarmöguleikum fyrir kaólín steinefni.
Yfirlit
Við járnfjarlægingu og hvíttunarmeðferð á kaólíni þarf að velja bestu aðferðina í samræmi við mismunandi litarorsakir og mismunandi notkunarmarkmið, bæta alhliða hvítleika kaólínsteinda og gera þau nýtanleg og efnahagslegt gildi. Framtíðarþróun ætti að vera að sameina eiginleika efnafræðilegra aðferða, eðlisfræðilegra aðferða og örverufræðilegra aðferða á lífrænan hátt, til að nýta kosti þeirra til fulls og draga úr göllum og göllum, til að ná betri hvíttunaráhrifum. Á sama tíma er einnig nauðsynlegt að rannsaka frekar nýjar aðferðir við ýmsar óhreinindafjarlægingaraðferðir og bæta ferlið til að gera járnfjarlægingu og hvíttunarmeðferð kaólíns grænni, skilvirkari og kolefnissnauðsynlegri.
Birtingartími: 2. mars 2023