Հատուկ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններով, կաոլինը անփոխարինելի ոչ մետաղական հանքային ռեսուրս է կերամիկայի, թղթի արտադրության, ռետինի, պլաստմասսայի, հրակայուն նյութերի, նավթավերամշակման և այլ արդյունաբերական, գյուղատնտեսական և ազգային պաշտպանության առաջատար տեխնոլոգիական ոլորտներում: Կաոլինի սպիտակությունը դրա կիրառման արժեքի կարևոր ցուցանիշ է:
Կաոլինի սպիտակության վրա ազդող գործոններ
Կաոլինը մանրահատիկ կավային կամ կավե ապար է, որը հիմնականում կազմված է կաոլինիտային միներալներից: Դրա բյուրեղային քիմիական բանաձևն է՝ 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O: Ոչ կավային միներալներից փոքր քանակությամբ են քվարցը, դաշտային սպաթը, երկաթի միներալները, տիտանը, ալյումինի հիդրօքսիդը և օքսիդները, օրգանական նյութերը և այլն:
Կաոլինի բյուրեղային կառուցվածքը
Կաոլինի մեջ առկա խառնուրդների վիճակի և բնույթի համաձայն՝ կաոլինի սպիտակության նվազմանը նպաստող խառնուրդները կարելի է բաժանել երեք կատեգորիայի՝ օրգանական ածխածին, գունանյութեր, ինչպիսիք են Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn և այլն, մուգ միներալներ, ինչպիսիք են բիոտիտը, քլորիտը և այլն: Ընդհանուր առմամբ, կաոլինում V, Cr, Cu, Mn և այլ տարրերի պարունակությունը փոքր է, ինչը քիչ ազդեցություն ունի սպիտակության վրա: Երկաթի և տիտանի պարունակությունը կաոլինի սպիտակության վրա ազդող հիմնական գործոններն են: Դրանց առկայությունը ոչ միայն կազդի կաոլինի բնական սպիտակության, այլև կազդի դրա կալցինացված սպիտակության վրա: Մասնավորապես, երկաթի օքսիդի առկայությունը բացասաբար է անդրադառնում կավի գույնի վրա և նվազեցնում է դրա պայծառությունն ու հրակայունությունը: Եվ նույնիսկ եթե երկաթի օքսիդի օքսիդի, հիդրօքսիդի և հիդրատացված օքսիդի քանակը 0.4% է, դա բավարար է կավի նստվածքին կարմիրից դեղին գույն տալու համար: Այս երկաթի օքսիդներն ու հիդրօքսիդները կարող են լինել հեմատիտ (կարմիր), մագեմիտ (կարմիր-շագանակագույն), գոեթիտ (շագանակագույն-դեղին), լիմոնիտ (նարնջագույն), հիդրատացված երկաթի օքսիդ (շագանակագույն-կարմիր) և այլն: Կարելի է ասել, որ կաոլինի մեջ երկաթի խառնուրդների հեռացումը չափազանց կարևոր դեր է խաղում կաոլինի ավելի լավ օգտագործման գործում:
Երկաթ տարրի առաջացման վիճակ
Կաոլինում երկաթի առաջացման վիճակը հիմնական գործոնն է, որը որոշում է երկաթի հեռացման եղանակը: Մեծ թվով ուսումնասիրություններ կարծում են, որ բյուրեղային երկաթը մանր մասնիկների տեսքով խառնվում է կաոլինի հետ, մինչդեռ ամորֆ երկաթը ծածկված է կաոլինի մանր մասնիկների մակերեսով: Ներկայումս կաոլինում երկաթի առաջացման վիճակը բաժանվում է երկու տեսակի՝ մեկը կաոլինիտի և օժանդակ միներալների (օրինակ՝ փայլար, տիտանի երկօքսիդ և իլիտ) մեջ է, որը կոչվում է կառուցվածքային երկաթ, մյուսը՝ անկախ երկաթի միներալների տեսքով, որը կոչվում է ազատ երկաթ (ներառյալ մակերեսային երկաթը, մանրահատիկ բյուրեղային երկաթը և ամորֆ երկաթը):
Կաոլինի երկաթի հեռացման և սպիտակեցման միջոցով հեռացվող երկաթը ազատ երկաթ է, որը հիմնականում ներառում է մագնետիտ, հեմատիտ, լիմոնիտ, սիդերիտ, պիրիտ, իլմենիտ, յարոզիտ և այլ միներալներ։ Երկաթի մեծ մասը գոյություն ունի բարձր ցրված կոլոիդային լիմոնիտի, իսկ փոքր քանակություն՝ գնդաձև, ասեղնաձև և անկանոն գյոթիտի և հեմատիտի տեսքով։
Կաոլինի երկաթի հեռացման և սպիտակեցման մեթոդ
Ջրի բաժանում
Այս մեթոդը հիմնականում օգտագործվում է քվարցի, դաշտային սպատի և փայլարի նման քայքայիչ միներալների, ինչպես նաև ավելի կոպիտ խառնուրդների, ինչպիսիք են ապարի բեկորները, ինչպես նաև որոշ երկաթի և տիտանի միներալների հեռացման համար: Կաոլինի նման խտություն և լուծելիություն ունեցող խառնուրդները չեն կարող հեռացվել, և սպիտակության բարելավումը համեմատաբար աննշան է, ինչը հարմար է համեմատաբար բարձրորակ կաոլինի հանքաքարի հարստացման և սպիտակեցման համար:
Մագնիսական տարանջատում
Կաոլինի մեջ պարունակվող երկաթի հանքային խառնուրդները սովորաբար թույլ մագնիսական են։ Ներկայումս հիմնականում կիրառվում է բարձր գրադիենտային ուժեղ մագնիսական բաժանման մեթոդը, կամ թույլ մագնիսական հանքանյութերը տապակելուց հետո վերածվում են ուժեղ մագնիսական երկաթի օքսիդի, ապա հեռացվում են սովորական մագնիսական բաժանման մեթոդով։
Ուղղահայաց օղակաձև բարձր գրադիենտային մագնիսական բաժանիչ
Բարձր գրադիենտային մագնիսական բաժանիչ էլեկտրամագնիսական շաղախի համար
Ցածր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ մագնիսական բաժանիչ
Ֆլոտացիայի մեթոդ
Ֆլոտացիայի մեթոդը կիրառվել է առաջնային և երկրորդային նստվածքներից կաոլինը մշակելու համար: Ֆլոտացիայի գործընթացում կաոլինիտի և փայլարի մասնիկները բաժանվում են, և մաքրված արտադրանքը մի քանի հարմար արդյունաբերական որակի հումք է: Կաոլինիտի և դաշտային սպատի ընտրողական ֆլոտացիոն բաժանումը սովորաբար իրականացվում է վերահսկվող pH-ով շաղախի մեջ:
Կրճատման մեթոդ
Վերականգնման մեթոդը կայանում է նրանում, որ կաոլինի եռարժեք վիճակում գտնվող երկաթի խառնուրդները (օրինակ՝ հեմատիտ և լիմոնիտ) վերականգնող նյութի միջոցով վերականգնվում են՝ վերածվելով լուծվող երկարժեք երկաթի իոնների, որոնք հեռացվում են ֆիլտրացիայի և լվացման միջոցով: Արդյունաբերական կաոլինից Fe3+ խառնուրդների հեռացումը սովորաբար իրականացվում է ֆիզիկական տեխնոլոգիաների (մագնիսական տարանջատում, ընտրողական ֆլոկուլյացիա) և քիմիական մշակման համադրությամբ՝ թթվային կամ վերականգնող պայմաններում:
Նատրիումի հիդրոսուլֆիտը (Na2S2O4), որը հայտնի է նաև որպես նատրիումի հիդրոսուլֆիտ, արդյունավետ է կաոլինից երկաթի վերականգնման և արդյունահանման համար և ներկայումս օգտագործվում է կաոլինի արդյունաբերության մեջ: Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը պետք է իրականացվի ուժեղ թթվային պայմաններում (pH<3), ինչը հանգեցնում է բարձր շահագործման ծախսերի և շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության: Բացի այդ, նատրիումի հիդրոսուլֆիտի քիմիական հատկությունները անկայուն են, ինչը պահանջում է հատուկ և թանկարժեք պահեստավորման և տեղափոխման միջոցառումներ:
Թիոմիզանյութի երկօքսիդը ((NH2)2CSO2, TD) ուժեղ վերականգնող նյութ է, որն ունի ուժեղ վերականգնող ունակության, շրջակա միջավայրի համար անվնասության, ցածր քայքայման արագության, անվտանգության և խմբաքանակային արտադրության ցածր արժեքի առավելություններ: Կաոլինում անլուծելի Fe3+-ը կարող է վերականգնվել լուծելի Fe2+-ի՝ TD-ի միջոցով:
Հետագայում, կաոլինի սպիտակությունը կարող է մեծացվել ֆիլտրացիայից և լվացումից հետո: TD-ն շատ կայուն է սենյակային ջերմաստիճանում և չեզոք պայմաններում: TD-ի ուժեղ վերականգնողական ունակությունը կարող է ստացվել միայն ուժեղ ալկալիականության (pH>10) կամ տաքացման (T>70°C) պայմաններում, ինչը հանգեցնում է շահագործման բարձր արժեքի և դժվարության:
Օքսիդացման մեթոդ
Օքսիդացման մշակումը ներառում է օզոնի, ջրածնի պերօքսիդի, կալիումի պերմանգանատի և նատրիումի հիպոքլորիտի օգտագործում՝ ադսորբված ածխածնային շերտը հեռացնելու և սպիտակությունը բարելավելու համար: Ավելի հաստ վերնաշերտի տակ գտնվող ավելի խորը հատվածում գտնվող կաոլինը մոխրագույն է, իսկ կաոլինի մեջ գտնվող երկաթը գտնվում է վերականգնող վիճակում: Օգտագործեք ուժեղ օքսիդացնող նյութեր, ինչպիսիք են օզոնը կամ նատրիումի հիպոքլորիտը՝ պիրիտի մեջ անլուծելի FeS2-ը լուծելի Fe2+-ի օքսիդացնելու համար, ապա լվացեք՝ Fe2+-ը համակարգից հեռացնելու համար:
Թթվային լվացման մեթոդ
Թթվային լվացման մեթոդը կաոլինի մեջ պարունակվող անլուծելի երկաթի խառնուրդները թթվային լուծույթներում (աղաթթու, ծծմբական թթու, թրթնջուկային թթու և այլն) լուծվող նյութերի վերածելն է, այդպիսով իրականացնելով կաոլինից անջատումը: Այլ օրգանական թթուների համեմատ, թրթնջուկային թթուն համարվում է ամենախոստումնալիցը՝ իր թթվային ուժի, լավ կոմպլեքսային հատկությունների և բարձր վերականգնողական ունակության շնորհիվ: Թրթնջուկային թթվի դեպքում լուծված երկաթը կարող է նստվածք տալ լվացման լուծույթից՝ երկաթի օքսալատի տեսքով, և կարող է հետագայում մշակվել՝ մաքուր հեմատիտ առաջացնելու համար՝ կալցինացման միջոցով: Թրթնջուկային թթուն կարելի է էժան գնով ստանալ այլ արդյունաբերական գործընթացներից, իսկ կերամիկայի արտադրության թրծման փուլում մշակված նյութում մնացորդային օքսալատը կքայքայվի՝ վերածվելով ածխաթթու գազի: Շատ հետազոտողներ ուսումնասիրել են երկաթի օքսիդը թրթնջուկային թթվով լուծարելու արդյունքները:
Բարձր ջերմաստիճանի կալցինացման մեթոդ
Կալցինացումը կաոլինի հատուկ տեսակի արտադրանք ստանալու գործընթաց է: Մշակման ջերմաստիճանի համաձայն՝ ստացվում են կալցինացված կաոլինի երկու տարբեր տեսակներ: 650-700 ℃ ջերմաստիճանային միջակայքում կալցինացումը հեռացնում է կառուցվածքային հիդրօքսիլային խումբը, իսկ արտահոսող ջրային գոլորշին մեծացնում է կաոլինի առաձգականությունն ու անթափանցիկությունը, որը թղթի ծածկույթի կիրառման իդեալական հատկանիշ է: Բացի այդ, կաոլինը 1000-1050 ℃ ջերմաստիճանում տաքացնելով՝ կարելի է ոչ միայն բարձրացնել հղկողությունը, այլև ստանալ 92-95% սպիտակություն:
Քլորացման կալցինացիա
Երկաթը և տիտանը հեռացվել են կավե միներալներից, մասնավորապես կաոլինից՝ քլորացման միջոցով, և ստացվել են լավ արդյունքներ: Քլորացման և կալցինացման գործընթացում, բարձր ջերմաստիճանում (700 ℃ - 1000 ℃), կաոլինիտը ենթարկվել է դեհիդրօքսիլացման՝ առաջացնելով մետակաոլինիտ, իսկ ավելի բարձր ջերմաստիճանում առաջանում են սպինելային և մուլիտային փուլեր: Այս փոխակերպումները մեծացնում են մասնիկների հիդրոֆոբությունը, կարծրությունը և չափը՝ սինտերացման միջոցով: Այս կերպ մշակված միներալները կարող են օգտագործվել բազմաթիվ արդյունաբերություններում, ինչպիսիք են թղթի, պոլիվինիլքլորիդի, ռետինի, պլաստմասսայի, սոսինձների, փայլեցման և ատամի մածուկի արտադրության մեջ: Ավելի բարձր հիդրոֆոբությունը այս միներալներն ավելի համատեղելի է դարձնում օրգանական համակարգերի հետ:
Մանրէաբանական մեթոդ
Հանքանյութերի մանրէային մաքրման տեխնոլոգիան հանքանյութերի վերամշակման համեմատաբար նոր ոլորտ է, որը ներառում է մանրէային լվացման տեխնոլոգիան և մանրէային ֆլոտացիայի տեխնոլոգիան: Հանքանյութերի մանրէային լվացման տեխնոլոգիան արդյունահանման տեխնոլոգիա է, որն օգտագործում է միկրոօրգանիզմների և հանքանյութերի միջև խորը փոխազդեցությունը՝ հանքանյութերի բյուրեղային ցանցը ոչնչացնելու և օգտակար բաղադրիչները լուծարելու համար: Կաոլինում պարունակվող օքսիդացված պիրիտը և այլ սուլֆիդային հանքանյութերը կարող են մաքրվել մանրէային արդյունահանման տեխնոլոգիայով: Հաճախ օգտագործվող միկրոօրգանիզմների թվում են Thiobacillus ferrooxidans-ը և Fe-վերականգնող մանրէները: Մանրէաբանական մեթոդն ունի ցածր գին և շրջակա միջավայրի ցածր աղտոտվածություն, ինչը չի ազդի կաոլինի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների վրա: Այն կաոլինային հանքանյութերի համար մաքրման և սպիտակեցման նոր մեթոդ է՝ զարգացման հեռանկարներով:
Ամփոփում
Կաոլինի երկաթի հեռացման և սպիտակեցման մշակման համար անհրաժեշտ է ընտրել լավագույն մեթոդը՝ հաշվի առնելով տարբեր գունային պատճառները և տարբեր կիրառման նպատակները, բարելավել կաոլինի միներալների համապարփակ սպիտակեցման ցուցանիշները և ապահովել դրանց բարձր օգտագործման արժեքն ու տնտեսական արժեքը: Ապագա զարգացման միտումը պետք է լինի քիմիական, ֆիզիկական և մանրէաբանական մեթոդների բնութագրերի օրգանական համադրությունը՝ դրանց առավելությունները լիարժեքորեն օգտագործելու և թերություններն ու թերությունները զսպելու համար՝ ավելի լավ սպիտակեցնող ազդեցություն ստանալու համար: Միևնույն ժամանակ, անհրաժեշտ է նաև հետագա ուսումնասիրել տարբեր խառնուրդների հեռացման մեթոդների նոր մեխանիզմները և կատարելագործել գործընթացը՝ կաոլինի երկաթի հեռացումն ու սպիտակեցումը զարգացնելու համար՝ էկոլոգիապես մաքուր, արդյունավետ և ցածր ածխածնային ուղղությամբ:
Հրապարակման ժամանակը. Մարտ-02-2023