Özel fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olan kaolin, seramik, kağıt üretimi, kauçuk, plastik, refrakter malzemeler, petrol rafinerisi ve diğer endüstriyel, tarımsal ve ulusal savunma alanlarında vazgeçilmez bir metal olmayan mineral kaynağıdır. Kaolinin beyazlığı, uygulama değerinin önemli bir göstergesidir.
Kaolinin beyazlığını etkileyen faktörler
Kaolin, esas olarak kaolinit minerallerinden oluşan ince taneli bir kil veya kil kayasıdır. Kristal kimyasal formülü 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O'dur. Az miktarda kuvars, feldispat, demir mineralleri, titanyum, alüminyum hidroksit ve oksitleri, organik madde vb. gibi kil dışı mineraller de içerir.
Kaolinin kristal yapısı
Kaolin içindeki safsızlıkların durumuna ve doğasına göre, kaolinin beyazlığının azalmasına neden olan safsızlıklar üç kategoriye ayrılabilir: organik karbon; Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn vb. gibi pigment elementleri; biyotit, klorit vb. gibi koyu mineraller. Genel olarak, kaolindeki V, Cr, Cu, Mn ve diğer elementlerin içeriği azdır ve beyazlık üzerinde az etkisi vardır. Demir ve titanyumun mineral bileşimi ve içeriği, kaolinin beyazlığını etkileyen ana faktörlerdir. Bunların varlığı sadece kaolinin doğal beyazlığını değil, aynı zamanda kalsine edilmiş beyazlığını da etkileyecektir. Özellikle demir oksidin varlığı, kilin rengini olumsuz etkiler ve parlaklığını ve ateşe dayanıklılığını azaltır. Ve demir oksidin oksit, hidroksit ve hidratlı oksit miktarı %0,4 bile olsa, kil tortusuna kırmızıdan sarıya bir renk vermeye yeterlidir. Bu demir oksitler ve hidroksitler hematit (kırmızı), maghemit (kırmızımsı kahverengi), goetit (kahverengimsi sarı), limonit (turuncu), hidratlı demir oksit (kahverengimsi kırmızı) vb. olabilir. Kaolin içindeki demir safsızlıklarının giderilmesinin, kaolinin daha iyi kullanımında son derece önemli bir rol oynadığı söylenebilir.
Demir elementinin bulunma durumu
Kaolindeki demirin bulunma durumu, demir uzaklaştırma yöntemini belirleyen ana faktördür. Çok sayıda çalışma, ince parçacıklar halinde kristal demirin kaolin içinde karışık halde bulunduğuna, amorf demirin ise kaolinin ince parçacıklarının yüzeyinde kaplandığına inanmaktadır. Şu anda, kaolindeki demirin bulunma durumu yurt içinde ve yurt dışında ikiye ayrılır: biri kaolinit ve aksesuar mineraller (mika, titanyum dioksit ve illit gibi) içinde bulunan ve yapısal demir olarak adlandırılan demir; diğeri ise bağımsız demir mineralleri şeklinde bulunan ve serbest demir olarak adlandırılan demirdir (yüzey demiri, ince taneli kristal demir ve amorf demir dahil).
Kaolinin demir giderme ve beyazlatma işlemiyle uzaklaştırılan demir, esas olarak manyetit, hematit, limonit, siderit, pirit, ilmenit, jarosit ve diğer mineralleri içeren serbest demirdir; demirin çoğu yüksek oranda dağılmış koloidal limonit formunda, az bir kısmı ise küresel, iğne şeklinde ve düzensiz goetit ve hematit formunda bulunur.
Kaolin ile demir giderme ve beyazlatma yöntemi
Su ayrıştırma
Bu yöntem esas olarak kuvars, feldispat ve mika gibi detritik minerallerin ve kaya parçaları gibi daha iri taneli safsızlıkların yanı sıra bazı demir ve titanyum minerallerinin uzaklaştırılmasında kullanılır. Kaolin ile benzer yoğunluk ve çözünürlüğe sahip safsızlık mineralleri uzaklaştırılamaz ve beyazlıktaki iyileşme nispeten belirgin değildir; bu nedenle nispeten yüksek kaliteli kaolin cevherinin zenginleştirilmesi ve beyazlatılması için uygundur.
Manyetik ayırma
Kaolin içindeki demir minerali safsızlıkları genellikle zayıf manyetiktir. Şu anda, ağırlıklı olarak yüksek gradyanlı güçlü manyetik ayırma yöntemi kullanılmaktadır veya zayıf manyetik mineraller kavrulduktan sonra güçlü manyetik demir okside dönüştürülür ve daha sonra sıradan manyetik ayırma yöntemiyle uzaklaştırılır.
Dikey halkalı yüksek gradyanlı manyetik ayırıcı
Elektromanyetik bulamaç için yüksek gradyanlı manyetik ayırıcı
Düşük sıcaklık süperiletken manyetik ayırıcı
Yüzdürme yöntemi
Flotasyon yöntemi, birincil ve ikincil yataklardan elde edilen kaolinin işlenmesinde uygulanmaktadır. Flotasyon işleminde, kaolinit ve mika parçacıkları ayrılır ve saflaştırılmış ürünler, endüstriyel sınıf için uygun çeşitli hammaddelerdir. Kaolinit ve feldispatın seçici flotasyonla ayrılması genellikle pH'ı kontrol edilen bulamaçta gerçekleştirilir.
İndirgeme yöntemi
İndirgeme yöntemi, kaolinin üç değerlikli halindeki demir safsızlıklarını (hematit ve limonit gibi) bir indirgeyici madde kullanarak çözünebilir iki değerlikli demir iyonlarına indirgemeyi ve bu iyonları filtrasyon ve yıkama yoluyla uzaklaştırmayı içerir. Endüstriyel kaolinden Fe3+ safsızlıklarının uzaklaştırılması genellikle fiziksel teknoloji (manyetik ayırma, seçici flokülasyon) ve asidik veya indirgeyici koşullar altında kimyasal işlemin birleştirilmesiyle gerçekleştirilir.
Sodyum hidrosülfit (Na2S2O4), kaolinden demiri indirgeme ve ayrıştırmada etkilidir ve şu anda kaolin endüstrisinde kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu yöntem güçlü asidik koşullar altında (pH<3) gerçekleştirilmelidir, bu da yüksek işletme maliyetlerine ve çevresel etkiye neden olur. Ayrıca, sodyum hidrosülfitin kimyasal özellikleri kararsızdır ve özel ve pahalı depolama ve taşıma düzenlemeleri gerektirir.
Tiyourea dioksit ((NH2)2CSO2, TD), güçlü indirgeyici özelliği, çevre dostu olması, düşük bozunma oranı, güvenliği ve düşük üretim maliyeti gibi avantajlara sahip güçlü bir indirgeyici ajandır. Kaolindeki çözünmeyen Fe3+, TD aracılığıyla çözünebilir Fe2+'ye indirgenebilir.
Sonrasında, filtrasyon ve yıkama işleminden sonra kaolinin beyazlığı artırılabilir. TD, oda sıcaklığında ve nötr koşullarda çok kararlıdır. TD'nin güçlü indirgeme yeteneği yalnızca yüksek alkalilik (pH>10) veya ısıtma (T>70 °C) koşulları altında elde edilebilir; bu da yüksek işletme maliyetine ve zorluğa yol açar.
Oksidasyon yöntemi
Oksidasyon işlemi, beyazlığı artırmak için adsorbe edilmiş karbon tabakasını uzaklaştırmak amacıyla ozon, hidrojen peroksit, potasyum permanganat ve sodyum hipoklorit kullanımını içerir. Daha kalın örtü tabakasının altındaki daha derin yerlerdeki kaolin gri renktedir ve kaolindeki demir indirgenmiş haldedir. Pirit içindeki çözünmeyen FeS2'yi çözünür Fe2+'ye oksitlemek için ozon veya sodyum hipoklorit gibi güçlü oksitleyici maddeler kullanılır ve ardından Fe2+'yi sistemden uzaklaştırmak için yıkama yapılır.
Asitli liç yöntemi
Asit liç yöntemi, kaolindeki çözünmeyen demir safsızlıklarını asidik çözeltilerde (hidroklorik asit, sülfürik asit, oksalik asit vb.) çözünebilir maddelere dönüştürerek kaolinden ayrılmasını sağlar. Diğer organik asitlerle karşılaştırıldığında, oksalik asit, asit gücü, iyi kompleks oluşturma özelliği ve yüksek indirgeme yeteneği nedeniyle en umut verici olarak kabul edilir. Oksalik asit ile çözünmüş demir, liç çözeltisinden demir oksalat şeklinde çöktürülebilir ve kalsinasyon yoluyla saf hematit oluşturmak üzere daha ileri işleme tabi tutulabilir. Oksalik asit, diğer endüstriyel işlemlerden ucuz bir şekilde elde edilebilir ve seramik üretiminin pişirme aşamasında, işlenmiş malzemedeki artık oksalat karbondioksite ayrışır. Birçok araştırmacı, demir oksidin oksalik asit ile çözülmesinin sonuçlarını incelemiştir.
Yüksek sıcaklıkta kalsinasyon yöntemi
Kalsinasyon, özel kalitede kaolin ürünleri üretme işlemidir. İşlem sıcaklığına göre iki farklı kalitede kalsine kaolin üretilir. 650-700 ℃ sıcaklık aralığında kalsinasyon, yapısal hidroksil grubunu uzaklaştırır ve çıkan su buharı, kaolinin elastikiyetini ve opaklığını artırır; bu da kağıt kaplama uygulaması için ideal bir özelliktir. Ayrıca, kaolinin 1000-1050 ℃'de ısıtılması, aşınma direncini artırmanın yanı sıra %92-95 beyazlık elde edilmesini de sağlar.
Klorlama kalsinasyonu
Kil minerallerinden, özellikle kaolinden, klorlama yoluyla demir ve titanyum uzaklaştırıldı ve iyi sonuçlar elde edildi. Klorlama ve kalsinasyon işleminde, yüksek sıcaklıkta (700 ℃ - 1000 ℃), kaolinit dehidroksilasyona uğrayarak metakaolinit oluştururken, daha yüksek sıcaklıklarda spinel ve mullit fazları oluşur. Bu dönüşümler, sinterleme yoluyla hidrofobikliği, sertliği ve parçacık boyutunu artırır. Bu şekilde işlenmiş mineraller, kağıt, PVC, kauçuk, plastik, yapıştırıcılar, cila ve diş macunu gibi birçok endüstride kullanılabilir. Daha yüksek hidrofobiklik, bu mineralleri organik sistemlerle daha uyumlu hale getirir.
Mikrobiyolojik yöntem
Minerallerin mikrobiyal arıtma teknolojisi, mikrobiyal liç teknolojisi ve mikrobiyal flotasyon teknolojisi de dahil olmak üzere nispeten yeni bir mineral işleme konusudur. Minerallerin mikrobiyal liç teknolojisi, mikroorganizmalar ve mineraller arasındaki derin etkileşimi kullanarak minerallerin kristal kafesini parçalayan ve faydalı bileşenleri çözen bir ekstraksiyon teknolojisidir. Kaolin içinde bulunan oksitlenmiş pirit ve diğer sülfürlü cevherler, mikrobiyal ekstraksiyon teknolojisi ile arıtılabilir. Yaygın olarak kullanılan mikroorganizmalar arasında Thiobacillus ferrooxidans ve demir indirgeyici bakteriler bulunur. Mikrobiyolojik yöntem düşük maliyetli ve düşük çevre kirliliğine sahiptir ve kaolinin fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkilemez. Kaolin mineralleri için gelişme potansiyeli olan yeni bir arıtma ve beyazlatma yöntemidir.
Özet
Kaolin mineralinin demir giderme ve beyazlatma işleminde, farklı renk nedenlerine ve farklı uygulama amaçlarına göre en uygun yöntemin seçilmesi, kaolin mineralinin genel beyazlatma performansının iyileştirilmesi ve yüksek kullanım değeri ve ekonomik değere sahip olması gerekmektedir. Gelecekteki gelişim eğilimi, kimyasal, fiziksel ve mikrobiyolojik yöntemlerin özelliklerini organik olarak birleştirerek, avantajlarından tam olarak yararlanıp dezavantajlarını ve eksikliklerini en aza indirgeyerek daha iyi bir beyazlatma etkisi elde etmeyi hedeflemelidir. Aynı zamanda, çeşitli safsızlık giderme yöntemlerinin yeni mekanizmalarını daha ayrıntılı olarak incelemek ve süreci iyileştirerek kaolin mineralinin demir giderme ve beyazlatma işleminin yeşil, verimli ve düşük karbonlu bir yönde gelişmesini sağlamak da gereklidir.
Yayın tarihi: 02 Mart 2023