[موسوعة معالجة المعادن في هوات] كشف أسرار الكاولين: تحول رائع من التربة إلى مواد عالية التقنية

[موسوعة معالجة المعادن في هوات] كشف أسرار الكاولين: تحول رائع من التربة إلى مواد عالية التقنية

الكاولين هو معدن غير فلزي، نوع من الطين والصخور الطينية يتكون أساسًا منمعادن طينية من الكاولين. ولأنها بيضاء وناعمة، تُعرف أيضاً بالتربة الدولوميتية. سُميت نسبةً إلى قرية غاولينغ في جينغدتشن، بمقاطعة جيانغشي. يتميز الكاولين النقي فيها بلونه الأبيض الناعم، وملمسه الرقيق، وقوامه الترابي، وخصائصه الفيزيائية والكيميائية الجيدة، مثل اللدونة ومقاومة الحريق. يتكون تركيبها المعدني بشكل أساسي من الكاولين، والهالوسيت، والهيدروميكا، والإيليت، والمونتوموريلونيت، والكوارتز، والفلسبار، ومعادن أخرى.

الكاولين معدن طيني شائع وهام للغاية في الطبيعة. ويتكون من تجوية الفلسبار أو معادن السيليكات الأخرى في الصخور النارية والمتحولة في بيئات حمضية تفتقر إلى المعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية.

01 التصنيف

تصنيف التربة

تنقسم المعادن الموجودة في الكاولين الطبيعي بشكل رئيسي إلى معادن طينية ومعادن غير طينية. تشمل المعادن الطينية بشكل أساسي معادن الكاولينيت وكميات قليلة من المونتموريلونيت والميكا والكلوريت؛ أما المعادن غير الطينية فتشمل بشكل رئيسي الفلسبار والكوارتز والمعادن المائية، بالإضافة إلى بعض معادن الحديد مثل الهيماتيت والروسيت وخام الحديد والليمونيت، ومعادن التيتانيوم مثل الروتيل، والمواد العضوية مثل الألياف النباتية. وتُعد المعادن الطينية هي العامل الرئيسي في تحديد خصائص الكاولين.

تصنيف السبب

استنادًا إلى أصل رواسب الكاولين واستنادًا إلى الاختلافات في جيولوجيا التمعدن والظروف الجغرافية وحجم الرواسب وشكل جسم الخام وخصائص التواجد ومكونات مواد الخام التي تنعكس في عمليات التمعدن المختلفة، فإن "رمز الاستكشاف الجيولوجي لمناجم الكاولين" سيقسم رواسب الكاولين في الصين إلى ثلاثة أنواع وستة أنواع فرعية.

نوع التجوية:وينقسم كذلك إلى نوعين فرعيين: النوع المتبقي الناتج عن التجوية، والنوع الناتج عن ترشيح التجوية.

نوع التغير الحراري المائي:وينقسم كذلك إلى نوع فرعي للتغيرات الحرارية المائية ونوع فرعي للتغيرات الحديثة للينابيع الساخنة.

النوع الرسوبي:ينقسم إلى أنواع فرعية رسوبية وأنواع فرعية رسوبية-تجوية ونوع فرعي من طين الكاولينيت في الطبقات الحاملة للفحم.

النوع الصناعي

استنادًا إلى نشأة رواسب الكاولين، يقسم "مواصفات الاستكشاف الجيولوجي لمناجم الكاولين" رواسب الكاولين في الصين إلى ثلاثة أنواع وستة أنواع فرعية وفقًا للاختلافات في جيولوجيا التمعدن، والظروف الجغرافية، وحجم الرواسب، وشكل جسم الخام وخصائص وجوده، ومكونات مادة الخام التي تعكسها عمليات التمعدن المختلفة. وبحسب نسيجها، ولدونتها، والنسبة المئوية لكتلة الرمل فيها، تُقسم إلى ثلاثة أنواع:

صعبالكاولين: يصبح صلباً وغير بلاستيكي، ثم يتحول إلى بلاستيك بعد سحقه وطحنه.

ناعمالكاولين:نسبة الكتلة الرملية الناعمة ذات اللدونة العالية <50%.

سانديالكاولين:نسيج ناعم، لدونة ضعيفة، نسبة كتلة الرمل > 50%.

02 أصل

تُصنّف موارد الكاولين المعدنية في الصين ضمن الأفضل عالميًا، إذ تضم 267 موقعًا مؤكدًا واحتياطيات مؤكدة تبلغ 2.91 مليار طن. ومن بينها: تحتل موارد الكاولين غير الفحمي المستخدمة في البناء في الصين المرتبة الخامسة عالميًا، باحتياطيات مؤكدة تبلغ 1.468 مليار طن، تتركز بشكل رئيسي في مقاطعات قوانغدونغ، وشنشي، وفوجيان، وجيانغشي، وهونان، وجيانغسو، ما يمثل 84.55% من إجمالي احتياطيات البلاد. أما احتياطيات الكاولين الفحمي (الكاولينيت) المستخدمة في البناء في الصين، فتحتل المرتبة الأولى عالميًا، باحتياطيات مؤكدة تبلغ 1.442 مليار طن، موزعة بشكل رئيسي في داتونغ، وهوايرين، وشوتشو، وشانشي، وجونغار، وودا، ومنغوليا الداخلية، وهوايباي، وآنهوي، وهانتشنغ، وغيرها، حيث يُعد حقل جونغار للفحم في منغوليا الداخلية أغنى هذه الموارد.

توجد خمسة رواسب رئيسية للكاولين في الصين:

(1) بلدة جيباي، مقاطعة هينغيانغ، مقاطعة هونان غنية بالموارد المعدنية. تصل احتياطيات الكاولين والنيفلين والفلسبار والكوارتز إلى 200 مليون طن، ويوجد بها ما يقارب 40 شركة تعدين ومعالجة معادن. وتضم منطقة دابايلينغ التعدينية (التي تتركز فيها مناجم الكاولين بشكل رئيسي) احتياطياً منجمياً واحداً يبلغ 80 مليون طن، ما يجعلها الأولى في آسيا. ويبلغ الإنتاج التعديني السنوي للمدينة أكثر من 500 ألف طن، ما يغذي مئات مصانع السيراميك في جميع أنحاء البلاد.

(2) الكاولين في منطقة ماومينغ. يُعدّ معدن الكاولين في حوض ماومينغ صخرًا رسوبيًا متأثرًا بالتجوية، وهو من نوع الرواسب الإلوفية. يحتوي على نسبة من الكوارتز والرمل تتجاوز 50%، ولذلك يُطلق عليه اسم معدن الكاولين الرملي. من حيث المنشأ، مرّ كاولين ماومينغ بثلاث مراحل من التجوية: النقل والطحن الذاتي، ثم التجوية. وقد تَجَوّى الكاولين تمامًا، وأصبحت رقائقه متجانسة في الغالب ذات حجم حبيبات دقيق. ويُستخدم بشكل أساسي كمادة خام في صناعة طلاءات الورق.

(3) الكاولين لونغيان هو رواسب كاولين متبقية متأثرة بالعوامل الجوية. بما أن محتوى الحديد أقل من 0.3٪، والتيتانيوم أقل من 0.02٪، ويحتوي على كمية معينة من عنصر المذيب منخفض الحرارة (Li2O)، فهو مادة خام مثالية للخزف الكهربائي، والاستخدام اليومي الراقي، والخزف الفني.

(4) الكاولين في سوتشو يانغشان، هذا الرواسب هو كاولين ناتج عن التحول الحراري المائي.يُقارب التركيب الكيميائي لطين يانغشان من سوتشو ذي القوام النقي التركيب النظري للكاولينيت. تصل نسبة أكسيد الألومنيوم (Al2O3) فيه إلى حوالي 39.0%، ويتميز بلونه الأبيض وحبيباته الدقيقة. يُستخدم بشكل أساسي كحوامل للمحفزات ومواد خام كيميائية.

(5) هيبو كاولين. هو عبارة عن رواسب كاولين متبقية متأثرة بالعوامل الجوية. يستخدم بشكل أساسي كمواد خام لصناعة السيراميك.

(6) سلسلة الفحم الشمالية الكاولين. وهو نوع من الكاولين الرسوبي، ينتشر بشكل رئيسي في مناطق إنتاج الفحم في بلدي، ويمكن استخدامه في البناء والطلاءات والدهانات وطلاءات صناعة الورق - التربة القائمة على الفحم.

تمثل مناطق الإنتاج الرئيسية الست المذكورة أعلاه أكثر من 80٪ من إنتاج الصين، وهي أيضًا من أهم المناطق من حيث أنواع الموارد.

03يوse

يُستخدم الكاولين على نطاق واسع، ويعود ذلك أساسًا إلى مرونته، وقدرته على الالتصاق، وقوته الجافة، وخصائص تلبيده، وبياضه بعد الحرق، مما يجعله المادة الخام الرئيسية في صناعة السيراميك. يتميز الكاولين بلونه الأبيض، ونعومته، وقابليته العالية للتشتت والامتصاص. كما أن خصائصه الكيميائية الممتازة، مثل خصائصه الكيميائية وعشوائيته الكيميائية، تجعله واسع الاستخدام في صناعة الورق. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الكاولين على نطاق واسع في قطاعات صناعية أخرى مثل المطاط، والبلاستيك، والمواد المقاومة للحرارة، وتكرير البترول، فضلًا عن استخدامه في التقنيات المتطورة في الزراعة والدفاع الوطني. ويُستخدم بشكل رئيسي في صناعة السيراميك، والطلاءات، والمواد المقاومة للحرارة، وصناعة الورق، والدهانات، والمطاط، والخزف عالي الجودة، والأسلاك والكابلات، والبلاستيك الصناعي، وحشوات الصناعات الكيميائية، والأحبار، والأغذية، ومستحضرات التجميل، والأدوية، وغيرها، حيث يحل محل الليثوبون وجزء من التيتانيوم في الدهانات والطلاءات، بالإضافة إلى مسحوقه الأبيض ومواد أخرى باهظة الثمن.

04 تكنولوجيا المعالجة

من أجل فصل المعادن غير الطينية والمواد العضوية مثل الكوارتز والفلسبار والميكا ومعادن الحديد ومعادن التيتانيوم وما إلى ذلك في الكاولين وإنتاج منتجات الكاولين التي تلبي احتياجات مختلف المجالات الصناعية، بالإضافة إلى استخدام الفصل بالجاذبية والتعويم والفصل المغناطيسي وما إلى ذلك لتنقية الكاولين وإزالة الشوائب منه، فإنه من الضروري أحيانًا استخدام طرق معالجة عميقة مثل التبييض الكيميائي والتقشير فائق النعومة والتكليس وتعديل السطح لمعالجة الكاولين.

(1) التصنيف الهيدروليكي

يشمل التصنيف الهيدروليكي التصنيف الحلزوني (فصل الرمل الخشن +1 مم)، وتصنيف خزان الترسيب (فصل الرمل الناعم +0.053 مم)، وتصنيف الهيدروسيكلون (فصل الرمل الناعم -0.053 مم)، والمصنف المركزي أو تصنيف الهيدروسيكلون ذي القطر الصغير (لتصنيف الجسيمات فائقة الدقة من 0.002 إلى 0.010 مم).

(2) الفصل المغناطيسي ذو التدرج العالي

يتم توليد قوة مجال مغناطيسي تزيد عن 1600 كيلو أمبير/متر باستخدام وسائط التركيز المغناطيسي لإزالة Fe2O3 و TiO2 من الكاولين وإنتاج طلاءات الورق والمواد الخام الخزفية عالية الجودة.

(3) التلبد الانتقائي

بإضافة مواد مُرَسِّبة، يتم فصل الشوائب مثل الكوارتز ذي الحبيبات الدقيقة، والبيريت، والألونيت، وغيرها بشكل انتقائي لإنتاج الكاولين المُغلف بشفرات. تشمل المواد المُرَسِّبة الشائعة الاستخدام سداسي ميتافوسفات الصوديوم، وبولي أكريلاميد الأمونيوم، وزجاج الماء، وغيرها.

(4) التبييض الكيميائي

تُضاف عوامل التبييض مثل مسحوق التأمين لتقليل الحديد عالي التكافؤ في الليمونيت والهيماتيت في الكاولين إلى حديد قابل للذوبان، أو تُضاف المؤكسدات لأكسدة البيريت وشوائب الصباغة لتحسين بياض الكاولين.

(5) التقشير

في آلة التقشير، تُستخدم كرات متوسطة الحجم للتحريك لإنتاج تأثير الطحن، بحيث يتم فصل جزيئات الكاولين المتجمعة إلى بلورات رقيقة، مما ينتج عنه كاولين مغلف بشفرة بحجم جسيمات أقل من 2 ميكرومتر ومحتوى يزيد عن 90٪.

(6) التكليس

عند تكليس الكاولين عند درجة حرارة تتراوح بين 800 و1000 درجة مئوية، يفقد الماء، ويحدث تحول طوري، وتتبخر بعض الشوائب، مما يحسن بياضه وعزله، ويُستخدم في إنتاج الكابلات والحشوات المطاطية والبلاستيكية. يُعد التكليس طريقة معالجة ضرورية للكاولين الصلب المستخرج من الفحم.

(7) تعديل السطح

يتم تغليف طين الكاولين بمادة رابطة، وما إلى ذلك، لزيادة كمية طين الكاولين المضافة إلى المطاط البلاستيكي، ويستخدم لمعالجة حشوات طين الكاولين للمطاط والبلاستيك.

من بين هذه الطرق، يُعد الفصل المغناطيسي أسلوبًا فيزيائيًا لفصل المعادن يُستخدم على نطاق واسع في مجال معالجة المعادن. ويعتمد مبدأه الأساسي على استخدام الاختلافات المغناطيسية بين المعادن نفسها لتحقيق الفصل. وبناءً على الخصائص المغناطيسية للمعادن، يُمكن تقسيم الفصل المغناطيسي إلى فصل مغناطيسي قوي، وفصل مغناطيسي ضعيف، وفصل مغناطيسي عكسي، وفصل مغناطيسي عالي التدرج، وذلك لتلبية احتياجات المعادن المختلفة. وتشمل معدات معالجة المعادن بشكل رئيسي الفواصل المغناطيسية اللوحية، والفواصل المغناطيسية الحلقية الرأسية عالية التدرج، والفواصل المغناطيسية الكهرومغناطيسية عالية التدرج، والفواصل المغناطيسية فائقة التوصيل منخفضة الحرارة، وغيرها.

05 حالات تطبيق معالجة المعادن

العملية 1: على سبيل المثال، عند أخذ طين الكاولين الأجنبي كمثال، تشمل الشوائب الرئيسية في هذه العينة أكسيد الحديد، وأكسيد التيتانيوم، وسيليكات الحديد. أما في الخام، فتبلغ نسبة شوائب Fe2O3 وTiO2 0.89% و0.17% على التوالي، بينما تصل درجة البياض إلى 67.29%.

لإزالة هذه الشوائب بفعالية، وضعنا خطة الاختبار التالية: أولًا، تمرير الخام الخام عبر فاصل مغناطيسي كهرومغناطيسي لفصل المواد الصلبة، وذلك من خلال عمليتي فصل مغناطيسي: فصل أولي وفصل دقيق، لإزالة معظم الشوائب مبدئيًا. ثم، يُنقى المركز الناتج بشكل إضافي باستخدام فاصل مغناطيسي فائق التوصيل لتقليل محتوى الشوائب وتحسين جودة الكاولين.

مخطط انسيابي للاختبار

يمكن ملاحظة من نتائج الاختبار أنه يمكن فصل الخام الخام بواسطة الملاط الكهرومغناطيسي + الملاط الكهرومغناطيسي + الفصل المغناطيسي فائق التوصيل للحصول على منتج مركز الكاولين بنسبة Fe2O3 0.35% وبياض 87.52%.

العملية الثانية:تخضع الخامات الخام لعملية فصل مغناطيسي فائق التوصيل بقوة 5 تسلا. يوضح الشكل 2 عملية الاختبار، بينما يعرض الجدول 2 نتائج الاختبار.

الشكل 2: التدفق التجريبي لعملية التخصيب

تم إخضاع الخام الخام لعملية فصل مغناطيسي فائق التوصيل 5T للحصول على منتج مركز الكاولين بنسبة Fe2O3 0.40%، Al2O3 22.92%، SiO2 68.78%، TiO2 0.10%، CaO 1.90%، وبياض 86.97%، وعائد 90.90%.

يُعد الكاولين مادة خام صناعية متعددة الاستخدامات، وله آفاق تطبيق واسعة. ومع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا والتنمية المستدامة للصناعة، سيؤدي الكاولين دورًا هامًا في مجالات عديدة. نتطلع في المستقبل إلى توسيع نطاق استخدام الكاولين من خلال المزيد من البحوث المعمقة والابتكار التكنولوجي، لتحقيق استخدام أكثر كفاءة واستدامة، وتقديم إسهامات أكبر في تنمية المجتمع البشري. في الوقت نفسه، يجب علينا أيضًا إيلاء اهتمام خاص للمشاكل البيئية التي قد تنشأ أثناء استخراج الكاولين ومعالجته، واتخاذ تدابير فعّالة لضمان توافق التنمية الرشيدة لموارد الكاولين مع حماية البيئة.