Doté de propriétés physiques et chimiques particulières, le kaolin est une ressource minérale non métallique indispensable dans la céramique, la fabrication du papier, le caoutchouc, les plastiques, les réfractaires, le raffinage du pétrole et d'autres domaines technologiques de pointe industriels, agricoles et de défense nationale. La blancheur du kaolin est un indicateur important de sa valeur d'application.
Facteurs affectant la blancheur du kaolin
Le kaolin est une sorte d’argile à grains fins ou de roche argileuse principalement composée de minéraux kaolinites. Sa formule chimique cristalline est 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Une petite quantité de minéraux non argileux sont le quartz, le feldspath, les minéraux de fer, le titane, l'hydroxyde et les oxydes d'aluminium, la matière organique, etc.
Structure cristalline du kaolin
Selon l'état et la nature des impuretés du kaolin, les impuretés qui provoquent la diminution de la blancheur du kaolin peuvent être divisées en trois catégories : le carbone organique ; Éléments pigmentaires, tels que Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, etc. ; Minéraux sombres, tels que la biotite, la chlorite, etc. Généralement, la teneur en V, Cr, Cu, Mn et autres éléments du kaolin est faible, ce qui a peu d'effet sur la blancheur. La composition minérale et la teneur en fer et en titane sont les principaux facteurs affectant la blancheur du kaolin. Leur existence affectera non seulement la blancheur naturelle du kaolin, mais également sa blancheur calcinée. En particulier, la présence d’oxyde de fer a un impact négatif sur la couleur de l’argile et réduit sa brillance et sa résistance au feu. Et même si la quantité d'oxyde, d'hydroxyde et d'oxyde de fer hydraté est de 0,4%, cela suffit pour donner au sédiment argileux une coloration rouge à jaune. Ces oxydes et hydroxydes de fer peuvent être de l'hématite (rouge), de la maghémite (rouge-brun), de la goethite (jaune brunâtre), de la limonite (orange), de l'oxyde de fer hydraté (rouge brunâtre), etc. On peut dire que l'élimination des impuretés du fer dans le kaolin joue un rôle extrêmement important dans une meilleure utilisation du kaolin.
État d'occurrence de l'élément fer
L’état d’occurrence du fer dans le kaolin est le principal facteur déterminant la méthode d’élimination du fer. Un grand nombre d'études pensent que le fer cristallin sous forme de fines particules est mélangé au kaolin, tandis que le fer amorphe est recouvert à la surface de fines particules de kaolin. À l'heure actuelle, l'état d'occurrence du fer dans le kaolin est divisé en deux types au pays et à l'étranger : l'un se trouve dans la kaolinite et les minéraux accessoires (tels que le mica, le dioxyde de titane et l'illite), appelés fer structurel ; L’autre se présente sous la forme de minéraux de fer indépendants, appelés fer libre (notamment le fer de surface, le fer cristallin à grains fins et le fer amorphe).
Le fer éliminé par l'élimination du fer et le blanchiment du kaolin est du fer libre, comprenant principalement de la magnétite, de l'hématite, de la limonite, de la sidérite, de la pyrite, de l'ilménite, de la jarosite et d'autres minéraux ; La majeure partie du fer existe sous forme de limonite colloïdale hautement dispersée, et une petite quantité sous forme de goethite et d'hématite sphériques, aciculaires et irrégulières.
Méthode d'élimination du fer et de blanchiment du kaolin
Séparation de l'eau
Cette méthode est principalement utilisée pour éliminer les minéraux détritiques comme le quartz, le feldspath et le mica, et les impuretés plus grossières comme les débris rocheux, ainsi que certains minéraux de fer et de titane. Les minéraux d'impuretés ayant une densité et une solubilité similaires à celles du kaolin ne peuvent pas être éliminés, et l'amélioration de la blancheur n'est relativement pas évidente, ce qui convient à l'enrichissement et au blanchiment du minerai de kaolin de relativement haute qualité.
Séparation magnétique
Les impuretés minérales de fer contenues dans le kaolin sont généralement faiblement magnétiques. À l'heure actuelle, la méthode de séparation magnétique forte à gradient élevé est principalement utilisée, ou les minéraux magnétiques faibles sont convertis en oxyde de fer magnétique puissant après torréfaction, puis éliminés par la méthode de séparation magnétique ordinaire.
Séparateur magnétique à gradient élevé à anneau vertical
Séparateur magnétique à gradient élevé pour boues électromagnétiques
Séparateur magnétique supraconducteur basse température
Méthode de flottation
La méthode de flottation a été appliquée pour traiter le kaolin des gisements primaires et secondaires. Dans le processus de flottation, les particules de kaolinite et de mica sont séparées et les produits purifiés sont plusieurs matières premières de qualité industrielle appropriées. La séparation sélective par flottation de la kaolinite et du feldspath est généralement réalisée dans une bouillie à pH contrôlé.
Méthode de réduction
La méthode de réduction consiste à utiliser un agent réducteur pour réduire les impuretés de fer (telles que l'hématite et la limonite) à l'état trivalent du kaolin en ions de fer bivalents solubles, qui sont éliminés par filtration et lavage. L’élimination des impuretés Fe3+ du kaolin industriel est généralement obtenue en combinant une technologie physique (séparation magnétique, floculation sélective) et un traitement chimique dans des conditions acides ou réductrices.
L'hydrosulfite de sodium (Na2S2O4), également connu sous le nom d'hydrosulfite de sodium, est efficace pour réduire et lessiver le fer du kaolin et est actuellement utilisé dans l'industrie du kaolin. Cependant, cette méthode doit être réalisée dans des conditions fortement acides (pH < 3), ce qui entraîne des coûts d'exploitation et un impact environnemental élevés. De plus, les propriétés chimiques de l'hydrosulfite de sodium sont instables, ce qui nécessite des dispositions de stockage et de transport spéciales et coûteuses.
Dioxyde de thiourée : (NH2) 2CSO2, TD) est un agent réducteur puissant, qui présente les avantages d'une forte capacité réductrice, d'un respect de l'environnement, d'un faible taux de décomposition, d'une sécurité et d'un faible coût de production par lots. Le Fe3+ insoluble dans le kaolin peut être réduit en Fe2+ soluble via TD.
Par la suite, la blancheur du kaolin peut être augmentée après filtration et lavage. TD est très stable à température ambiante et dans des conditions neutres. La forte capacité de réduction du TD ne peut être obtenue que dans des conditions de forte alcalinité (pH>10) ou de chauffage (T>70°C), ce qui entraîne des coûts et des difficultés d'exploitation élevés.
Méthode d'oxydation
Le traitement d'oxydation comprend l'utilisation d'ozone, de peroxyde d'hydrogène, de permanganate de potassium et d'hypochlorite de sodium pour éliminer la couche de carbone adsorbée afin d'améliorer la blancheur. Le kaolin dans les endroits les plus profonds, sous les morts-terrains les plus épais, est gris et le fer contenu dans le kaolin est à l'état réducteur. Utilisez des agents oxydants puissants tels que l'ozone ou l'hypochlorite de sodium pour oxyder le FeS2 insoluble dans la pyrite en Fe2+ soluble, puis lavez pour éliminer le Fe2+ du système.
Méthode de lixiviation acide
La méthode de lixiviation acide consiste à transformer les impuretés de fer insolubles du kaolin en substances solubles dans des solutions acides (acide chlorhydrique, acide sulfurique, acide oxalique, etc.), réalisant ainsi la séparation du kaolin. Comparé à d’autres acides organiques, l’acide oxalique est considéré comme le plus prometteur en raison de sa force acide, de sa bonne propriété complexante et de sa capacité réductrice élevée. Avec l'acide oxalique, le fer dissous peut être précipité de la solution de lixiviation sous forme d'oxalate ferreux et peut être ensuite traité pour former de l'hématite pure par calcination. L'acide oxalique peut être obtenu à moindre coût à partir d'autres procédés industriels, et lors de l'étape de cuisson de la fabrication de la céramique, tout oxalate résiduel présent dans le matériau traité sera décomposé en dioxyde de carbone. De nombreux chercheurs ont étudié les résultats de la dissolution de l’oxyde de fer avec de l’acide oxalique.
Méthode de calcination à haute température
La calcination est le processus de production de produits à base de kaolin de qualité spéciale. Selon la température de traitement, deux qualités différentes de kaolin calciné sont produites. La calcination dans la plage de température de 650 à 700 ℃ élimine le groupe hydroxyle structurel et la vapeur d'eau qui s'échappe améliore l'élasticité et l'opacité du kaolin, ce qui est un attribut idéal de l'application de couchage du papier. De plus, en chauffant le kaolin à 1 000-1 050 ℃, il peut non seulement augmenter l'abradabilité, mais également obtenir une blancheur de 92 à 95 %.
Calcination par chloration
Le fer et le titane ont été éliminés des minéraux argileux, en particulier du kaolin, par chloration, et de bons résultats ont été obtenus. Au cours du processus de chloration et de calcination, à haute température (700 ℃ - 1 000 ℃), la kaolinite a subi une déshydroxylation pour former de la métakaolinite, et à une température plus élevée, des phases spinelle et mullite se forment. Ces transformations augmentent l’hydrophobie, la dureté et la taille des particules grâce au frittage. Les minéraux ainsi traités peuvent être utilisés dans de nombreuses industries, comme celles du papier, du PVC, du caoutchouc, des plastiques, des adhésifs, du polissage et du dentifrice. L'hydrophobie plus élevée rend ces minéraux plus compatibles avec les systèmes biologiques.
Méthode microbiologique
La technologie de purification microbienne des minéraux est un sujet de traitement des minéraux relativement nouveau, comprenant la technologie de lixiviation microbienne et la technologie de flottation microbienne. La technologie de lixiviation microbienne des minéraux est une technologie d’extraction qui utilise l’interaction profonde entre les micro-organismes et les minéraux pour détruire le réseau cristallin des minéraux et dissoudre les composants utiles. La pyrite oxydée et d'autres minerais sulfurés contenus dans le kaolin peuvent être purifiés par la technologie d'extraction microbienne. Les micro-organismes couramment utilisés comprennent Thiobacillus ferrooxidans et les bactéries réductrices de Fe. La méthode microbiologique est peu coûteuse et peu polluante, ce qui n'affectera pas les propriétés physiques et chimiques du kaolin. Il s’agit d’une nouvelle méthode de purification et de blanchiment offrant des perspectives de développement pour les minéraux kaolins.
Résumé
Le traitement d'élimination du fer et de blanchiment du kaolin doit sélectionner la meilleure méthode en fonction des différentes causes de couleur et des différents objectifs d'application, améliorer les performances de blancheur globale des minéraux de kaolin et lui donner une valeur d'usage et une valeur économique élevées. La tendance de développement future devrait être de combiner organiquement les caractéristiques de la méthode chimique, de la méthode physique et de la méthode microbiologique, afin de tirer pleinement parti de leurs avantages et de limiter leurs inconvénients et leurs inconvénients, afin d'obtenir un meilleur effet de blanchiment. Dans le même temps, il est également nécessaire d'étudier plus en profondeur le nouveau mécanisme des diverses méthodes d'élimination des impuretés et d'améliorer le processus pour que l'élimination du fer et le blanchiment du kaolin se développent dans le sens d'un développement vert, efficace et à faible teneur en carbone.
Heure de publication : 02 mars 2023