مع الخصائص الفيزيائية والكيميائية الخاصة، يعد الكاولين موردًا معدنيًا غير معدني لا غنى عنه في السيراميك وصناعة الورق والمطاط والبلاستيك والحراريات وتكرير البترول وغيرها من مجالات التكنولوجيا الصناعية والزراعية والدفاع الوطني المتطورة. بياض الكاولين هو مؤشر مهم لقيمة تطبيقه.
العوامل المؤثرة على بياض الكاولين
الكاولين هو نوع من الطين ذو الحبيبات الدقيقة أو الصخور الطينية التي تتكون أساسًا من معادن الكاولينيت. صيغته الكيميائية البلورية هي 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. وهناك كمية صغيرة من المعادن غير الطينية وهي الكوارتز والفلسبار ومعادن الحديد والتيتانيوم وهيدروكسيد وأكاسيد الألومنيوم والمواد العضوية وغيرها.
التركيب البلوري للكاولين
وفقاً لحالة وطبيعة الشوائب في الكاولين، يمكن تقسيم الشوائب التي تسبب انخفاض بياض الكاولين إلى ثلاث فئات: الكربون العضوي؛ عناصر الصباغ، مثل Fe، Ti، V، Cr، Cu، Mn، إلخ؛ المعادن الداكنة، مثل البيوتيت والكلوريت وما إلى ذلك. بشكل عام، محتوى V، Cr، Cu، Mn والعناصر الأخرى في الكاولين صغير، وله تأثير ضئيل على البياض. يعد التركيب المعدني ومحتوى الحديد والتيتانيوم من العوامل الرئيسية التي تؤثر على بياض الكاولين. إن وجودها لن يؤثر فقط على البياض الطبيعي للكاولين، بل سيؤثر أيضًا على بياضه المكلس. وعلى وجه الخصوص، فإن وجود أكسيد الحديد له تأثير سلبي على لون الطين ويقلل من سطوعه ومقاومته للحريق. وحتى لو كانت كمية الأكسيد والهيدروكسيد والأكسيد المائي لأكسيد الحديد 0.4% فهي كافية لإعطاء الرواسب الطينية اللون الأحمر إلى الأصفر. يمكن أن تكون أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد هذه هي الهيماتيت (الأحمر)، والماغميت (الأحمر البني)، والجويتيت (الأصفر البني)، والليمونيت (البرتقالي)، وأكسيد الحديد المائي (الأحمر البني)، وما إلى ذلك. ويمكن القول أن إزالة شوائب الحديد يلعب الكاولين دورًا مهمًا للغاية في الاستخدام الأفضل للكاولين.
حالة حدوث عنصر الحديد
إن حالة تواجد الحديد في الكاولين هي العامل الرئيسي الذي يحدد طريقة إزالة الحديد. يعتقد عدد كبير من الدراسات أن الحديد البلوري على شكل جزيئات دقيقة يتم خلطه بالكاولين، بينما يتم طلاء الحديد غير المتبلور على سطح جزيئات الكاولين الدقيقة. في الوقت الحاضر، تنقسم حالة وجود الحديد في الكاولين إلى نوعين في الداخل والخارج: أحدهما في الكاولينيت والمعادن الملحقة (مثل الميكا وثاني أكسيد التيتانيوم والإليت)، وهو ما يسمى بالحديد الهيكلي؛ والآخر على شكل معادن حديدية مستقلة، تسمى الحديد الحر (بما في ذلك الحديد السطحي والحديد البلوري الدقيق والحديد غير المتبلور).
الحديد الذي تتم إزالته عن طريق إزالة الحديد وتبييض الكاولين هو حديد حر، بما في ذلك بشكل رئيسي المغنتيت والهيماتيت والليمونيت والسدريت والبيريت والإلمنيت والجاروسيت والمعادن الأخرى؛ يوجد معظم الحديد على شكل ليمونيت غرواني شديد التشتت، وكمية صغيرة على شكل جيوثيت وهيماتيت كروية وحادة وغير منتظمة.
طريقة إزالة الحديد وتبييض الكاولين
فصل الماء
تستخدم هذه الطريقة بشكل رئيسي لإزالة المعادن الفتاتية مثل الكوارتز والفلسبار والميكا، والشوائب الخشنة مثل الحطام الصخري، وكذلك بعض معادن الحديد والتيتانيوم. لا يمكن إزالة معادن الشوائب ذات الكثافة والذوبان المماثلة للكاولين، وتحسين البياض غير واضح نسبيًا، وهو مناسب لإثراء وتبييض خام الكاولين عالي الجودة نسبيًا.
الفصل المغناطيسي
عادة ما تكون الشوائب المعدنية الحديدية الموجودة في الكاولين ذات مغناطيسية ضعيفة. في الوقت الحاضر، يتم استخدام طريقة الفصل المغناطيسي القوي عالية التدرج بشكل أساسي، أو يتم تحويل المعادن المغناطيسية الضعيفة إلى أكسيد حديد مغناطيسي قوي بعد التحميص، ثم يتم إزالتها بطريقة الفصل المغناطيسي العادي.
حلقة عمودية فاصل مغناطيسي عالي التدرج
فاصل مغناطيسي عالي التدرج للملاط الكهرومغناطيسي
درجة حرارة منخفضة فائقة التوصيل فاصل مغناطيسي
طريقة التعويم
تم تطبيق طريقة التعويم لمعالجة الكاولين من الرواسب الأولية والثانوية. في عملية التعويم، يتم فصل جزيئات الكاولينيت والميكا، وتكون المنتجات النقية عبارة عن العديد من المواد الخام الصناعية المناسبة. عادة ما يتم إجراء فصل التعويم الانتقائي للكاولينيت والفلسبار في الملاط مع درجة حموضة متحكم فيها.
طريقة التخفيض
تتمثل طريقة الاختزال في استخدام عامل اختزال لتقليل شوائب الحديد (مثل الهيماتيت والليمونيت) في حالة الكاولين ثلاثي التكافؤ إلى أيونات الحديد ثنائية التكافؤ القابلة للذوبان، والتي تتم إزالتها عن طريق الترشيح والغسيل. عادة ما يتم إزالة شوائب Fe3+ من الكاولين الصناعي من خلال الجمع بين التكنولوجيا الفيزيائية (الفصل المغناطيسي، التلبد الانتقائي) والمعالجة الكيميائية في ظل الظروف الحمضية أو المختزلة.
هيدروسلفيت الصوديوم (Na2S2O4)، المعروف أيضًا باسم هيدروسلفيت الصوديوم، فعال في تقليل وترشيح الحديد من الكاولين، ويستخدم حاليًا في صناعة الكاولين. ومع ذلك، يجب تنفيذ هذه الطريقة في ظل ظروف حمضية قوية (الرقم الهيدروجيني <3)، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل والأثر البيئي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الخواص الكيميائية لهيدروسلفيت الصوديوم غير مستقرة، مما يتطلب ترتيبات خاصة ومكلفة للتخزين والنقل.
ثاني أكسيد الثيوريا: (NH2) 2CSO2، TD) هو عامل اختزال قوي، يتمتع بمزايا قدرة التخفيض القوية، والود البيئي، ومعدل التحلل المنخفض، والسلامة والتكلفة المنخفضة لإنتاج الدفعات. يمكن اختزال Fe3+ غير القابل للذوبان في الكاولين إلى Fe2+ القابل للذوبان من خلال TD.
وبعد ذلك يمكن زيادة بياض الكاولين بعد الترشيح والغسيل. TD مستقر جدًا في درجة حرارة الغرفة والظروف المحايدة. لا يمكن الحصول على قدرة التخفيض القوية لـ TD إلا في ظل ظروف القلوية القوية (الرقم الهيدروجيني> 10) أو التسخين (T> 70 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة التشغيل وصعوبة ذلك.
طريقة الأكسدة
تتضمن معالجة الأكسدة استخدام الأوزون وبيروكسيد الهيدروجين وبرمنجنات البوتاسيوم وهيبوكلوريت الصوديوم لإزالة طبقة الكربون الممتزة لتحسين البياض. يكون الكاولين الموجود في المكان الأعمق تحت الغطاء السميك باللون الرمادي، ويكون الحديد الموجود في الكاولين في حالة الاختزال. استخدم عوامل مؤكسدة قوية مثل الأوزون أو هيبوكلوريت الصوديوم لأكسدة FeS2 غير القابل للذوبان في البيريت إلى Fe2+ القابل للذوبان، ثم اغسل لإزالة Fe2+ من النظام.
طريقة الترشيح الحمضي
تتمثل طريقة الترشيح الحمضي في تحويل شوائب الحديد غير القابلة للذوبان في الكاولين إلى مواد قابلة للذوبان في المحاليل الحمضية (حمض الهيدروكلوريك، حمض الكبريتيك، حمض الأكساليك، إلخ)، وبالتالي تحقيق الانفصال عن الكاولين. بالمقارنة مع الأحماض العضوية الأخرى، يعتبر حمض الأكساليك هو الأكثر واعدة بسبب قوته الحمضية، وخاصية التعقيد الجيدة وقدرته العالية على الاختزال. مع حمض الأكساليك، يمكن ترسيب الحديد المذاب من محلول الترشيح في شكل أكسالات الحديدوز، ويمكن معالجته بشكل أكبر لتكوين الهيماتيت النقي من خلال التكليس. يمكن الحصول على حمض الأكساليك بسعر رخيص من العمليات الصناعية الأخرى، وفي مرحلة الحرق في صناعة السيراميك، فإن أي أكسالات متبقية في المادة المعالجة سوف تتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون. وقد قام العديد من الباحثين بدراسة نتائج إذابة أكسيد الحديد مع حمض الأكساليك.
طريقة التكليس بدرجة حرارة عالية
التكليس هو عملية إنتاج منتجات الكاولين ذات الدرجة الخاصة. وفقا لدرجة حرارة المعالجة، يتم إنتاج درجتين مختلفتين من الكاولين المكلس. يؤدي التكليس في نطاق درجة حرارة 650-700 درجة مئوية إلى إزالة مجموعة الهيدروكسيل الهيكلية، ويعزز بخار الماء المتسرب مرونة وعتامة الكاولين، وهي السمة المثالية لتطبيق طلاء الورق. بالإضافة إلى ذلك، عن طريق تسخين الكاولين عند درجة حرارة 1000-1050 درجة مئوية، فإنه لا يمكنه فقط زيادة قابلية التآكل، ولكن أيضًا الحصول على بياض بنسبة 92-95%.
تكليس الكلورة
تمت إزالة الحديد والتيتانيوم من المعادن الطينية، وخاصة الكاولين عن طريق الكلورة، وتم الحصول على نتائج جيدة. في عملية الكلورة والتكلس، عند درجة حرارة عالية (700 - 1000 درجة مئوية)، يخضع الكاولينيت لعملية إزالة الهيدروكسيل لتكوين ميتاكاولينيت، وعند درجة حرارة أعلى، يتم تشكيل مراحل الإسبنيل والموليت. تزيد هذه التحولات من الكارهة للماء والصلابة وحجم الجزيئات من خلال التلبيد. ويمكن استخدام المعادن المعالجة بهذه الطريقة في العديد من الصناعات، مثل الورق والـPVC والمطاط والبلاستيك والمواد اللاصقة والتلميع ومعجون الأسنان. ارتفاع الكارهة للماء يجعل هذه المعادن أكثر توافقًا مع الأنظمة العضوية.
الطريقة الميكروبيولوجية
تعد تكنولوجيا التنقية الميكروبية للمعادن موضوعًا جديدًا نسبيًا لمعالجة المعادن، بما في ذلك تكنولوجيا الترشيح الميكروبي وتكنولوجيا التعويم الميكروبي. تقنية الترشيح الميكروبي للمعادن هي تقنية استخلاص تستخدم التفاعل العميق بين الكائنات الحية الدقيقة والمعادن لتدمير الشبكة البلورية للمعادن وإذابة المكونات المفيدة. يمكن تنقية البيريت المؤكسد وخامات الكبريتيد الأخرى الموجودة في الكاولين بواسطة تقنية الاستخلاص الميكروبي. تشمل الكائنات الحية الدقيقة شائعة الاستخدام Thiobacillus Ferroxidans والبكتيريا المختزلة للحديد. تتميز الطريقة الميكروبيولوجية بتكلفة منخفضة وتلوث بيئي منخفض، مما لن يؤثر على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للكاولين. إنها طريقة جديدة للتنقية والتبييض مع آفاق تطوير لمعادن الكاولين.
ملخص
تحتاج عملية إزالة الحديد وتبييض الكاولين إلى اختيار أفضل طريقة وفقًا لأسباب الألوان المختلفة وأهداف التطبيق المختلفة، وتحسين أداء البياض الشامل لمعادن الكاولين، وجعلها ذات قيمة استخدام عالية وقيمة اقتصادية. يجب أن يكون اتجاه التطوير المستقبلي هو الجمع بين خصائص الطريقة الكيميائية والطريقة الفيزيائية والطريقة الميكروبيولوجية عضويًا، وذلك لإفساح المجال كاملاً لمزاياها وكبح عيوبها وعيوبها، وذلك لتحقيق تأثير تبييض أفضل. وفي الوقت نفسه، من الضروري أيضًا مواصلة دراسة الآلية الجديدة لمختلف طرق إزالة الشوائب وتحسين العملية لجعل إزالة الحديد وتبييض الكاولين تتطور في اتجاه الكربون الأخضر والفعال والمنخفض.
وقت النشر: 02 مارس 2023