Com propriedades físicas e químicas especiais, o caulim é um recurso mineral não metálico indispensável em cerâmica, fabricação de papel, borracha, plásticos, refratários, refino de petróleo e outros campos de tecnologia de ponta industrial, agrícola e de defesa nacional. A brancura do caulim é um importante indicador do seu valor de aplicação.
Fatores que afetam a brancura do caulim
O caulim é um tipo de argila de granulação fina ou rocha argilosa composta principalmente de minerais de caulinita. Sua fórmula química cristalina é 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Uma pequena quantidade de minerais não argilosos são quartzo, feldspato, minerais de ferro, titânio, hidróxido e óxidos de alumínio, matéria orgânica, etc.
Estrutura cristalina do caulim
De acordo com o estado e a natureza das impurezas do caulim, as impurezas que causam a diminuição da brancura do caulim podem ser divididas em três categorias: carbono orgânico; Elementos de pigmento, como Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, etc; Minerais escuros, como biotita, clorita, etc. Geralmente, o teor de V, Cr, Cu, Mn e outros elementos no caulim é pequeno, o que tem pouco efeito na brancura. A composição mineral e o teor de ferro e titânio são os principais fatores que afetam a brancura do caulim. Sua existência não afetará apenas a brancura natural do caulim, mas também afetará sua brancura calcinada. Em particular, a presença de óxido de ferro tem um impacto negativo na cor da argila e reduz o seu brilho e resistência ao fogo. E mesmo que a quantidade de óxido, hidróxido e óxido hidratado de óxido de ferro seja de 0,4%, é o suficiente para dar ao sedimento argiloso uma coloração vermelha a amarela. Esses óxidos e hidróxidos de ferro podem ser hematita (vermelho), maghemita (vermelho-marrom), goetita (amarelo acastanhado), limonita (laranja), óxido de ferro hidratado (vermelho acastanhado), etc. no caulim desempenha um papel extremamente importante no melhor aproveitamento do caulim.
Estado de ocorrência do elemento ferro
O estado de ocorrência do ferro no caulim é o principal fator que determina o método de remoção do ferro. Um grande número de estudos acredita que o ferro cristalino na forma de partículas finas é misturado ao caulim, enquanto o ferro amorfo é revestido na superfície de partículas finas de caulim. Atualmente, o estado de ocorrência do ferro no caulim é dividido em dois tipos no país e no exterior: um é na caulinita e minerais acessórios (como mica, dióxido de titânio e ilita), que é chamado de ferro estrutural; O outro está na forma de minerais de ferro independentes, chamados de ferro livre (incluindo ferro superficial, ferro cristalino de granulação fina e ferro amorfo).
O ferro removido pela remoção de ferro e branqueamento do caulim é ferro livre, incluindo principalmente magnetita, hematita, limonita, siderita, pirita, ilmenita, jarosita e outros minerais; A maior parte do ferro existe na forma de limonita coloidal altamente dispersa e uma pequena quantidade na forma de goethita e hematita esférica, acicular e irregular.
Método de remoção de ferro e clareamento do caulim
Separação de água
Este método é usado principalmente para remover minerais detríticos, como quartzo, feldspato e mica, e impurezas mais grossas, como detritos rochosos, bem como alguns minerais de ferro e titânio. Minerais de impureza com densidade e solubilidade semelhantes ao caulim não podem ser removidos, e a melhoria da brancura é relativamente óbvia, o que é adequado para beneficiamento e branqueamento de minério de caulim de qualidade relativamente alta.
Separação magnética
As impurezas minerais de ferro no caulim são geralmente magnéticas fracas. Atualmente, o método de separação magnética forte de alto gradiente é usado principalmente, ou os minerais magnéticos fracos são convertidos em óxido de ferro magnético forte após a torrefação e, em seguida, removidos pelo método de separação magnética comum.
Separador magnético de alto gradiente de anel vertical
Separador magnético de alto gradiente para lama eletromagnética
Separador magnético supercondutor de baixa temperatura
Método de flutuação
O método de flotação tem sido aplicado para tratar caulim de depósitos primários e secundários. No processo de flotação, as partículas de caulinita e mica são separadas, e os produtos purificados são diversas matérias-primas de qualidade industrial adequadas. A separação por flotação seletiva de caulinita e feldspato é geralmente realizada na lama com pH controlado.
Método de redução
O método de redução consiste em usar um agente redutor para reduzir as impurezas de ferro (como hematita e limonita) no estado trivalente do caulim em íons de ferro bivalentes solúveis, que são removidos por filtração e lavagem. A remoção de impurezas Fe3+ do caulim industrial é geralmente obtida pela combinação de tecnologia física (separação magnética, floculação seletiva) e tratamento químico sob condições ácidas ou redutoras.
O hidrossulfito de sódio (Na2S2O4), também conhecido como hidrossulfito de sódio, é eficaz na redução e lixiviação do ferro do caulim e é atualmente utilizado na indústria do caulim. No entanto, este método deve ser realizado sob condições fortemente ácidas (pH<3), resultando em elevados custos operacionais e impacto ambiental. Além disso, as propriedades químicas do hidrossulfito de sódio são instáveis, exigindo arranjos especiais e caros de armazenamento e transporte.
Dióxido de tioureia: (NH2) 2CSO2, TD) é um forte agente redutor, que tem as vantagens de forte capacidade de redução, respeito ao meio ambiente, baixa taxa de decomposição, segurança e baixo custo de produção em lote. O Fe3+ insolúvel no caulim pode ser reduzido a Fe2+ solúvel através do TD.
Posteriormente, a brancura do caulim pode ser aumentada após filtração e lavagem. O TD é muito estável à temperatura ambiente e em condições neutras. A forte capacidade de redução do TD só pode ser obtida sob condições de forte alcalinidade (pH>10) ou aquecimento (T>70 ° C), resultando em alto custo e dificuldade de operação.
Método de oxidação
O tratamento de oxidação inclui o uso de ozônio, peróxido de hidrogênio, permanganato de potássio e hipoclorito de sódio para remover a camada de carbono adsorvida e melhorar a brancura. O caulim no local mais profundo sob a cobertura mais espessa é cinza e o ferro no caulim está no estado redutor. Use agentes oxidantes fortes, como ozônio ou hipoclorito de sódio, para oxidar FeS2 insolúvel em pirita em Fe2+ solúvel e depois lave para remover Fe2+ do sistema.
Método de lixiviação ácida
O método de lixiviação ácida consiste em transformar as impurezas insolúveis de ferro do caulim em substâncias solúveis em soluções ácidas (ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido oxálico, etc.), realizando assim a separação do caulim. Comparado com outros ácidos orgânicos, o ácido oxálico é considerado o mais promissor devido à sua força ácida, boa propriedade complexante e alta capacidade redutora. Com o ácido oxálico, o ferro dissolvido pode ser precipitado da solução de lixiviação na forma de oxalato ferroso e pode ser posteriormente processado para formar hematita pura por meio de calcinação. O ácido oxálico pode ser obtido de forma barata a partir de outros processos industriais e, na fase de queima da fabricação de cerâmica, qualquer oxalato residual no material tratado será decomposto em dióxido de carbono. Muitos pesquisadores estudaram os resultados da dissolução do óxido de ferro com ácido oxálico.
Método de calcinação em alta temperatura
A calcinação é o processo de produção de produtos de caulim de qualidade especial. De acordo com a temperatura de tratamento, são produzidos dois tipos diferentes de caulim calcinado. A calcinação na faixa de temperatura de 650-700 ℃ remove o grupo hidroxila estrutural, e o vapor de água que escapa aumenta a elasticidade e a opacidade do caulim, que é um atributo ideal para aplicação de revestimento de papel. Além disso, ao aquecer o caulim a 1000-1050 ℃, ele pode não apenas aumentar a abrasividade, mas também obter 92-95% de brancura.
Calcinação por cloração
Ferro e titânio foram removidos dos argilominerais, principalmente caulim, por cloração, e bons resultados foram obtidos. No processo de cloração e calcinação, em alta temperatura (700 ℃ - 1000 ℃), a caulinita sofreu desidroxilação para formar metacaulinita, e em temperaturas mais altas, formam-se as fases espinélio e mulita. Estas transformações aumentam a hidrofobicidade, dureza e tamanho das partículas através da sinterização. Os minerais tratados desta forma podem ser utilizados em diversas indústrias, como papel, PVC, borracha, plásticos, adesivos, polimento e pasta de dente. A maior hidrofobicidade torna esses minerais mais compatíveis com os sistemas orgânicos.
Método microbiológico
A tecnologia de purificação microbiana de minerais é um assunto relativamente novo de processamento mineral, incluindo tecnologia de lixiviação microbiana e tecnologia de flotação microbiana. A tecnologia de lixiviação microbiana de minerais é uma tecnologia de extração que utiliza a interação profunda entre microrganismos e minerais para destruir a estrutura cristalina dos minerais e dissolver os componentes úteis. A pirita oxidada e outros minérios de sulfeto contidos no caulim podem ser purificados por tecnologia de extração microbiana. Microorganismos comumente usados incluem Thiobacillus ferrooxidans e bactérias redutoras de Fe. O método microbiológico possui baixo custo e baixa poluição ambiental, o que não afetará as propriedades físicas e químicas do caulim. É um novo método de purificação e branqueamento com perspectivas de desenvolvimento para minerais de caulim.
Resumo
O tratamento de remoção de ferro e branqueamento do caulim precisa selecionar o melhor método de acordo com as diferentes causas de cor e diferentes objetivos de aplicação, melhorar o desempenho abrangente de brancura dos minerais de caulim e torná-lo com alto valor de uso e valor econômico. A tendência de desenvolvimento futuro deve ser combinar organicamente as características do método químico, do método físico e do método microbiológico, de modo a aproveitar plenamente as suas vantagens e restringir as suas desvantagens e deficiências, de modo a obter um melhor efeito de branqueamento. Ao mesmo tempo, também é necessário estudar mais a fundo o novo mecanismo de vários métodos de remoção de impurezas e melhorar o processo para fazer com que a remoção de ferro e o branqueamento do caulim se desenvolvam na direção de um ambiente verde, eficiente e de baixo carbono.
Horário da postagem: 02/03/2023