[Encyclopédie du traitement des minéraux de Huate] Révéler les secrets du kaolin : une transformation spectaculaire de la terre en matériaux de haute technologie
Kaolin est un minéral non métallique, une sorte d'argile et de roche argileuse principalement composée deLa kaolinite est une argile composée de minéraux blancs et délicats, parfois appelée sol dolomitique. Elle tire son nom du village de Gaoling, à Jingdezhen, dans la province du Jiangxi. Sa kaolinite pure est blanche, fine, douce et terreuse, et possède d'excellentes propriétés physico-chimiques telles que la plasticité et la résistance au feu. Sa composition minérale est principalement constituée de kaolinite, d'halloysite, d'hydromica, d'illite, de montmorillonite, de quartz, de feldspath et d'autres minéraux.
Le kaolin est un minéral argileux courant et très important dans la nature. Il se forme par l'altération du feldspath ou d'autres minéraux silicatés dans les roches ignées et métamorphiques en milieu acide dépourvu de métaux alcalins et alcalino-terreux.
01 Classification
Classification des sols
Les minéraux contenus dans le kaolin naturel se divisent principalement en minéraux argileux et minéraux non argileux. Parmi eux, les minéraux argileux comprennent principalement la kaolinite et, en moindre quantité, la montmorillonite, le mica et la chlorite ; les minéraux non argileux comprennent principalement le feldspath, le quartz et les minéraux hydratés, ainsi que certains minéraux de fer comme l’hématite et la rhodite, le minerai de fer, la limonite, etc., des minéraux de titane comme le rutile, etc., et des matières organiques comme les fibres végétales, etc. Ce sont principalement les minéraux argileux qui déterminent les propriétés du kaolin.
Classification des causes
En se basant sur l'origine des gisements de kaolin et sur les différences de géologie de minéralisation, de conditions géographiques, d'échelle du gisement, de morphologie du corps minéralisé et de caractéristiques d'occurrence, ainsi que sur les composants du matériau minéralisé reflétés dans différents processus de minéralisation, le « Code d'exploration géologique des mines de kaolin » divise les gisements de kaolin de Chine en trois types et six sous-types.
Type d'altération :Il est en outre divisé en sous-type résiduel d'altération et en sous-type de lixiviation d'altération.
Type d'altération hydrothermale :Elle se divise en deux sous-types : l’altération hydrothermale et l’altération par source thermale moderne.
Type sédimentaire :Il est divisé en sous-types sédimentaires et d'altération sédimentaire et en sous-type d'argile kaolinitique dans les strates houillères.
Type industriel
D’après la genèse des gisements de kaolin, le « Cahier des charges géologiques pour l’exploration des mines de kaolin » classe les gisements de kaolin chinois en trois types et six sous-types. Cette classification repose sur les différences de géologie de la minéralisation, de conditions géographiques, de taille du gisement, de morphologie et de caractéristiques d’occurrence du corps minéralisé, ainsi que sur la composition du minerai, reflétant les différents processus de minéralisation. Selon leur texture, leur plasticité et la fraction massique de sable, ils sont répartis en trois types :
DurKaolin: Dur et non plastique, il devient plastique après avoir été broyé et moulu.
DouxKaolin:fraction massique sableuse, molle et très plastique <50%.
SablonneuxKaolin:Texture molle, faible plasticité, fraction massique de sable > 50 %.
02 Origine
Les ressources minérales de kaolin de la Chine figurent parmi les plus importantes au monde, avec 267 gisements prouvés et des réserves prouvées de 2,91 milliards de tonnes. Parmi celles-ci : les ressources de kaolin de construction non issues du charbon occupent le cinquième rang mondial. Les réserves prouvées s’élèvent à 1,468 milliard de tonnes, principalement concentrées dans les provinces du Guangdong, du Shaanxi, du Fujian, du Jiangxi, du Hunan et du Jiangsu, représentant 84,55 % des réserves totales du pays. Les réserves de kaolin de construction (kaolinite) issues du charbon sont les plus importantes au monde, avec 1,442 milliard de tonnes, principalement réparties dans les régions de Datong, Huairen, Shuozhou, Shanxi, Jungar, Wuda, Mongolie-Intérieure, Huaibei, Anhui, Hancheng et Shaanxi, le bassin houiller de Jungar, en Mongolie-Intérieure, étant le plus riche en ressources.
Il existe cinq principaux gisements de kaolin en Chine :
(1) La ville de Jiepai, comté de Hengyang, province du Hunan, est riche en ressources minérales. Les réserves de kaolin, de néphéline, de feldspath et de quartz atteignent 200 millions de tonnes, et l'on compte près de 40 entreprises d'extraction et de traitement des minéraux. La zone minière de Dapaling (principalement des mines de kaolin) possède une seule mine aux réserves estimées à 80 millions de tonnes, ce qui la place au premier rang en Asie. La production minière annuelle de la ville dépasse les 500 000 tonnes, approvisionnant des centaines d'usines de céramique à travers le pays.
(2) Le kaolin dans la région de Maoming. Le kaolin du bassin de Maoming est un gisement sédimentaire de type éluvial altéré. Sa teneur en quartz et autres minéraux sableux étant supérieure à 50 %, il est qualifié de kaolin sableux. Sa formation résulte de trois étapes d'altération : transport, broyage spontané, puis altération complète. Une fois altéré, le kaolin se présente sous forme de plaquettes monolithiques à granulométrie fine. Il est principalement utilisé comme matière première pour le couchage du papier.
(3) Le kaolin de Longyan est un gisement de kaolin résiduel altéré. Comme sa teneur en fer est inférieure à 0,3 %, sa teneur en titane inférieure à 0,02 % et qu'elle contient une certaine quantité d'élément solvant à basse température (Li2O), elle constitue une matière première idéale pour la porcelaine électrique, les objets du quotidien haut de gamme et la porcelaine artistique.
(4) Kaolin de Suzhou Yangshan, ce gisement est du kaolin d'altération hydrothermale.La composition chimique de la boue de Suzhou Yangshan, à texture pure, est très proche de la composition théorique de la kaolinite. Sa teneur en Al₂O₃ peut atteindre environ 39,0 %, et elle se caractérise par une couleur blanche et des particules fines. Elle est principalement utilisée comme support de catalyseur et comme matière première chimique.
(5) Hepu Kaolin. Il s'agit d'un gisement résiduel de kaolin altéré. Principalement utilisé comme matière première pour la fabrication de céramiques de construction.
(6) Série de charbon du Nord Kaolin. Il s'agit d'une kaolinite sédimentaire, principalement présente dans les régions productrices de charbon de mon pays, et qui peut être utilisée dans la construction, les revêtements, les peintures et les enduits pour la fabrication du papier - sol à base de charbon.
Les six principaux secteurs de production mentionnés ci-dessus représentent plus de 80 % de la production chinoise et sont également des représentants majeurs en termes de types de ressources.
03Use
Le kaolin possède de nombreuses applications, principalement grâce à sa plasticité, son adhérence, sa résistance à sec, ses propriétés de frittage et sa blancheur après cuisson, ce qui en fait la principale matière première pour la production de céramique. Blanc, mou, hautement dispersible et adsorbable, ses excellentes propriétés de mise en œuvre, telles que ses propriétés chimiques et son hétérogénéité chimique, le rendent largement utilisé dans l'industrie papetière. De plus, le kaolin est également largement utilisé dans des secteurs industriels comme le caoutchouc, les plastiques, les réfractaires et le raffinage du pétrole, ainsi que dans des technologies de pointe en agriculture et en défense nationale. Il est principalement utilisé dans l'industrie céramique, les revêtements, les matériaux réfractaires, la fabrication du papier, les peintures, le caoutchouc, la porcelaine de haute qualité, les fils et câbles, les plastiques industriels, les charges chimiques, les encres, l'agroalimentaire, les cosmétiques, les médicaments, etc., remplaçant la lithopone et une partie du titane dans les peintures et revêtements, ainsi que d'autres matériaux coûteux en poudre blanche.
04 Technologie de traitement
Afin de séparer les minéraux non argileux et les matières organiques tels que le quartz, le feldspath, le mica, les minéraux de fer, les minéraux de titane, etc. présents dans le kaolin et de produire des produits à base de kaolin répondant aux besoins de divers secteurs industriels, outre l'utilisation de la séparation gravimétrique, de la flottation, de la séparation magnétique, etc. pour purifier et éliminer les impuretés du kaolin, il est parfois également nécessaire d'utiliser des méthodes de traitement plus poussées telles que le blanchiment chimique, le broyage ultrafin, la calcination et la modification de surface pour traiter le kaolin.
(1) Classification hydraulique
La classification hydraulique comprend la classification en spirale (séparation du sable grossier de +1 mm), la classification en bassin de sédimentation (séparation du sable fin de +0,053 mm), la classification par hydrocyclone (séparation du sable fin de -0,053 mm), la classification par classificateur centrifuge ou par hydrocyclone de petit diamètre (pour la classification des particules ultrafines de 0,002 à 0,010 mm).
(2) Séparation magnétique à gradient élevé
Une intensité de champ magnétique supérieure à 1 600 kA/m est générée en utilisant un milieu de concentration magnétique pour éliminer le Fe2O3 et le TiO2 du kaolin et produire des revêtements de papier et des matières premières céramiques de haute qualité.
(3) Floculation sélective
L'ajout de floculants permet de séparer sélectivement les impuretés telles que le quartz à grains fins, la pyrite, l'alunite, etc., afin de produire du kaolin enrobé. Parmi les floculants couramment utilisés figurent l'hexamétaphosphate de sodium, le polyacrylamide d'ammonium et le silicate de sodium.
(4) Blanchiment chimique
Des agents de blanchiment tels que la poudre d'assurance sont ajoutés pour réduire le fer à valence élevée de la limonite et de l'hématite du kaolin en fer ferreux soluble, ou des oxydants sont ajoutés pour oxyder la pyrite et les impuretés de teinture afin d'améliorer la blancheur du kaolin.
(5) Pelage
Dans la machine à floconner, des billes de taille moyenne fine sont utilisées pour produire un effet de broyage, de sorte que les particules d'agrégats de kaolin sont séparées en cristaux minces, produisant du kaolin enrobé de lames avec une taille de particules inférieure à 2 μm et une teneur supérieure à 90 %.
(6) Calcination
Calciné à 800-1000 °C, le kaolin perd son eau, subit une transformation de phase et certaines impuretés se volatilisent, ce qui améliore sa blancheur et ses propriétés isolantes. Il est alors utilisé pour la fabrication de câbles et de charges pour caoutchouc et plastique. La calcination est une étape de traitement indispensable pour le kaolin dur d'origine charbonnière.
(7) Modification de surface
L'argile kaolin est enrobée d'un agent de couplage, etc., afin d'augmenter la quantité d'argile kaolin ajoutée au caoutchouc plastique, et est utilisée pour traiter les charges d'argile kaolin destinées aux plastiques en caoutchouc.
Parmi ces méthodes, la séparation magnétique est une technique physique de séparation des minéraux largement utilisée dans le traitement des minerais. Son principe repose sur l'exploitation des différences magnétiques intrinsèques des minéraux pour réaliser la séparation. Selon les propriétés magnétisées des minéraux, on distingue la séparation magnétique forte, la séparation magnétique faible, la séparation magnétique inverse et la séparation magnétique à gradient élevé, afin de répondre aux besoins spécifiques de chaque minéral. Les équipements de traitement des minerais comprennent principalement des séparateurs magnétiques à plaques, des séparateurs magnétiques à gradient élevé à anneaux verticaux, des séparateurs magnétiques à gradient élevé pour suspensions électromagnétiques, des séparateurs magnétiques supraconducteurs à basse température, etc.
05 cas d'application du traitement des minéraux
Processus 1 : Prenons l'exemple d'une argile kaolinique étrangère : les principales impuretés de cet échantillon sont l'oxyde de fer, l'oxyde de titane et le silicate de fer. Dans le minerai brut, les teneurs en Fe₂O₃ et TiO₂ sont respectivement de 0,89 % et 0,17 %, tandis que le degré de blancheur atteint 67,29 %.
Afin d'éliminer efficacement ces impuretés, nous avons établi le plan de test suivant : tout d'abord, le minerai brut est soumis à deux étapes de séparation magnétique (un dégrossissage et une sélection fine) pour éliminer la majeure partie des impuretés. Ensuite, le concentré obtenu est purifié par un séparateur magnétique supraconducteur afin de réduire davantage la teneur en impuretés et d'améliorer la qualité du kaolin.
Diagramme de flux de test
Les résultats des tests montrent que le minerai brut peut être séparé par suspension électromagnétique + suspension électromagnétique + séparation magnétique supraconductrice pour obtenir un concentré de kaolin avec 0,35 % de Fe2O3 et une blancheur de 87,52 %.
Processus 2 :Le minerai brut est soumis à une séparation magnétique supraconductrice de 5 T. Le processus de test est illustré à la figure 2 et les résultats sont présentés dans le tableau 2.
FIG. 2 Flux expérimental de valorisation
Le minerai brut a été soumis à une séparation magnétique supraconductrice de 5T pour obtenir un concentré de kaolin avec Fe2O3 0,40%, Al2O3 22,92%, SiO2 68,78%, TiO2 0,10%, CaO 1,90%, une blancheur de 86,97% et un rendement de 90,90%.
Matière première industrielle multifonctionnelle, le kaolin offre de vastes perspectives d'application. Grâce aux progrès constants de la science et de la technologie et au développement durable de l'industrie, il jouera un rôle important dans de nombreux secteurs. À l'avenir, nous souhaitons étendre encore davantage son champ d'application grâce à des recherches approfondies et à l'innovation technologique, afin de parvenir à une utilisation plus efficace et durable et de contribuer plus largement au développement de la société. Parallèlement, il convient de prêter attention aux problèmes environnementaux susceptibles de survenir lors de l'extraction et de la transformation du kaolin, et de prendre des mesures concrètes pour garantir que l'exploitation rationnelle des ressources en kaolin soit compatible avec la protection de l'environnement.
Date de publication : 13 mai 2024