Каолин нь физик, химийн онцгой шинж чанартай тул керамик, цаас үйлдвэрлэл, резин, хуванцар, галд тэсвэртэй материал, газрын тос боловсруулах болон бусад аж үйлдвэр, хөдөө аж ахуй, үндэсний батлан хамгаалах салбарын тэргүүлэх технологийн салбарт зайлшгүй шаардлагатай металл бус эрдэс баялаг юм. Каолины цагаан чанар нь түүний хэрэглээний үнэ цэнийн чухал үзүүлэлт юм.
Каолины цагаан байдалд нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд
Каолин нь голчлон каолинит эрдэс бодисоос бүрдсэн нарийн ширхэгтэй шавар эсвэл шавар чулуулгийн нэг төрөл юм. Түүний талст химийн томъёо нь 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O юм. Шаварлаг бус эрдэс бодисуудад кварц, хээрийн жонш, төмрийн эрдэс бодис, титан, хөнгөн цагааны гидроксид ба исэл, органик бодис гэх мэт бага хэмжээгээр агуулагддаг.
Каолины талст бүтэц
Каолин дахь хольцын төлөв байдал, шинж чанараас хамааран каолины цагаан чанарыг бууруулдаг хольцыг гурван ангилалд хувааж болно: органик нүүрстөрөгч; Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn гэх мэт пигмент элементүүд; биотит, хлорит гэх мэт бараан эрдэс бодисууд. Ерөнхийдөө каолин дахь V, Cr, Cu, Mn болон бусад элементүүдийн агууламж бага байдаг нь цагаан байдалд бага нөлөөлдөг. Төмөр, титаны эрдэс найрлага, агууламж нь каолины цагаан байдалд нөлөөлдөг гол хүчин зүйлүүд юм. Тэдгээрийн оршихуй нь каолины байгалийн цагаан байдалд нөлөөлөхөөс гадна түүний кальцинжуулсан цагаан байдалд нөлөөлдөг. Ялангуяа төмрийн исэл байгаа нь шаврын өнгөнд сөргөөр нөлөөлж, түүний гэрэлтэлт, галд тэсвэртэй байдлыг бууруулдаг. Хэрэв исэл, гидроксид болон төмрийн ислийн гидратжуулсан ислийн хэмжээ 0.4% байсан ч шаварлаг тунадасыг улаанаас шаргал өнгөтэй болгоход хангалттай. Эдгээр төмрийн исэл ба гидроксидууд нь гематит (улаан), маггемит (улаан хүрэн), гетит (бор шар), лимонит (улбар шар), гидратжуулсан төмрийн исэл (бор улаан) гэх мэт байж болно. Каолин дахь төмрийн хольцыг зайлуулах нь каолиныг илүү сайн ашиглахад маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг гэж хэлж болно.
Төмрийн элементийн илрэх байдал
Каолинд төмрийн илрэх төлөв байдал нь төмрийг зайлуулах аргыг тодорхойлох гол хүчин зүйл юм. Олон тооны судалгаагаар нарийн ширхэгтэй талст төмрийг каолинд хольсон бол аморф төмөр нь каолины нарийн ширхэгтэй хэсгүүдийн гадаргуу дээр бүрсэн байдаг гэж үздэг. Одоогийн байдлаар каолинд төмрийн илрэх төлөв байдлыг дотоод болон гадаадад хоёр төрөлд хуваадаг: нэг нь каолинит болон туслах эрдэс бодисууд (жишээлбэл, гялтгануур, титаны давхар исэл, иллит) бөгөөд үүнийг бүтцийн төмөр гэж нэрлэдэг; нөгөө нь чөлөөт төмөр гэж нэрлэгддэг бие даасан төмрийн эрдэс бодис хэлбэрээр байдаг (үүнд гадаргуугийн төмөр, нарийн ширхэгтэй талст төмөр, аморф төмөр орно).
Каолиныг төмрөөр зайлуулж, цайруулах замаар ялгаруулдаг төмөр нь чөлөөт төмөр бөгөөд голчлон магнетит, гематит, лимонит, сидерит, пирит, ильменит, жарозит болон бусад эрдэс бодисууд орно; Төмөр нь ихэвчлэн өндөр тархалттай коллоид лимонит хэлбэрээр, бага хэмжээгээр бөмбөрцөг, зовхи хэлбэртэй, жигд бус гетит, гематит хэлбэрээр байдаг.
Каолиныг төмрөөр ялгаж, цайруулах арга
Усны тусгаарлалт
Энэ аргыг голчлон кварц, хээрийн жонш, гялтгануур зэрэг детрит эрдэс бодис, чулуулгийн хэлтэрхий зэрэг бүдүүн хольц, түүнчлэн төмөр, титаны зарим эрдэс бодисыг зайлуулахад ашигладаг. Каолинтой ижил нягтрал, уусах чадвартай хольцын эрдэс бодисыг зайлуулах боломжгүй бөгөөд цагаан чанар нь харьцангуй мэдэгдэхүйц биш тул харьцангуй өндөр чанартай каолин хүдрийг баяжуулах, цайруулахад тохиромжтой.
Соронзон тусгаарлалт
Каолин дахь төмрийн эрдэс хольц нь ихэвчлэн сул соронзон шинж чанартай байдаг. Одоогийн байдлаар өндөр градиенттай хүчтэй соронзон ялгах аргыг голчлон ашиглаж байгаа эсвэл сул соронзон эрдэс бодисыг шарж дууссаны дараа хүчтэй соронзон төмрийн исэл болгон хувиргаж, дараа нь ердийн соронзон ялгах аргаар зайлуулдаг.
Босоо цагираг өндөр градиент соронзон тусгаарлагч
Цахилгаан соронзон зутангийн өндөр градиенттай соронзон тусгаарлагч
Бага температурт хэт дамжуулагч соронзон тусгаарлагч
Флотацийн арга
Флотацийн аргыг анхдагч болон хоёрдогч ордоос каолиныг боловсруулахад хэрэглэсэн. Флотацийн процесст каолинит болон гялтгануурын хэсгүүдийг ялгаж, цэвэршүүлсэн бүтээгдэхүүн нь үйлдвэрлэлийн зэрэглэлийн хэд хэдэн тохиромжтой түүхий эд болдог. Каолинит болон хээрийн жоншийг сонгон флотацийн аргаар ялгах ажлыг ихэвчлэн рН-ийн хяналттай зутан дотор хийдэг.
Бууруулах арга
Бууруулах арга нь каолины гурван валенттай төлөвт байгаа төмрийн хольцыг (гематит, лимонит гэх мэт) уусдаг хоёр валенттай төмрийн ион болгон бууруулахын тулд бууруулагч бодис ашиглах явдал бөгөөд эдгээрийг шүүх болон угаах замаар зайлуулдаг. Үйлдвэрийн каолиноос Fe3+ хольцыг зайлуулах ажлыг ихэвчлэн физик технологи (соронзон ялгах, сонгомол флокуляци) болон хүчиллэг эсвэл бууруулагч нөхцөлд химийн боловсруулалтыг хослуулан хийдэг.
Натрийн гидросульфит (Na2S2O4) буюу натрийн гидросульфит нь каолинаас төмрийг ангижруулж, уусгахад үр дүнтэй бөгөөд одоогоор каолины үйлдвэрт ашиглагдаж байна. Гэсэн хэдий ч энэ аргыг хүчтэй хүчиллэг нөхцөлд (рН<3) хийх шаардлагатай бөгөөд энэ нь ашиглалтын зардал өндөр, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг нэмэгдүүлдэг. Үүнээс гадна натрийн гидросульфитын химийн шинж чанар нь тогтворгүй тул тусгай, үнэтэй хадгалах, тээвэрлэх зохицуулалт шаарддаг.
Тиокарбамины давхар исэл: (NH2)2CSO2, TD) нь хүчтэй бууруулагч бодис бөгөөд хүчтэй бууруулагч чадвар, байгаль орчинд ээлтэй байдал, задралын хурд бага, аюулгүй байдал, цуврал үйлдвэрлэлийн өртөг бага зэрэг давуу талтай. Каолинд уусдаггүй Fe3+-ийг TD-ээр дамжуулан уусдаг Fe2+ болгон бууруулж болно.
Үүний дараа каолины цагаан чанарыг шүүж, угаасны дараа нэмэгдүүлэх боломжтой. TD нь өрөөний температур болон төвийг сахисан нөхцөлд маш тогтвортой байдаг. TD-ийн хүчтэй буурах чадварыг зөвхөн хүчтэй шүлтлэг (рН>10) эсвэл халаах (T>70°C) нөхцөлд л гаргаж авах боломжтой бөгөөд энэ нь ашиглалтын өндөр өртөг, хүндрэлийг үүсгэдэг.
Исэлдэлтийн арга
Исэлдүүлэх боловсруулалтад озон, устөрөгчийн хэт исэл, калийн перманганат, натрийн гипохлорит ашиглан адсорбцлогдсон нүүрстөрөгчийн давхаргыг зайлуулж, цагаан байдлыг сайжруулна. Зузаан давхаргын доорх гүн хэсэгт байрлах каолин нь саарал өнгөтэй бөгөөд каолин дахь төмөр нь ангижруулах төлөвт байна. Пирит дэх уусдаггүй FeS2-ийг уусдаг Fe2+ болгон исэлдүүлэхийн тулд озон эсвэл натрийн гипохлорит зэрэг хүчтэй исэлдүүлэгч бодисуудыг ашиглан Fe2+-ийг системээс зайлуулна.
Хүчиллэг уусгалтын арга
Хүчиллэг уусгах арга нь каолинд агуулагдах уусдаггүй төмрийн хольцыг хүчиллэг уусмалд уусдаг бодис (давсны хүчил, хүхрийн хүчил, оксалийн хүчил гэх мэт) болгон хувиргаж, улмаар каолиноос ялгах явдал юм. Бусад органик хүчлүүдтэй харьцуулахад оксалийн хүчил нь хүчиллэг бат бөх чанар, сайн комплекс үүсгэх шинж чанар, өндөр буурах чадвараараа хамгийн ирээдүйтэй гэж тооцогддог. Оксалийн хүчлийн тусламжтайгаар ууссан төмрийг уусгах уусмалаас төмрийн оксалат хэлбэрээр тунадасжуулж, цаашид боловсруулж, кальцинжуулалтаар цэвэр гематит үүсгэж болно. Оксалийн хүчлийг бусад үйлдвэрлэлийн процессоос хямд үнээр авах боломжтой бөгөөд керамик үйлдвэрлэлийн шаталтын үе шатанд боловсруулсан материал дахь үлдэгдэл оксалат нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл болж задардаг. Олон судлаачид төмрийн ислийг оксалийн хүчилтэй уусгах үр дүнг судалсан.
Өндөр температурт кальцинжуулах арга
Кальцинжуулалт нь тусгай зэрэглэлийн каолин бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх үйл явц юм. Боловсруулалтын температураас хамааран хоёр өөр зэрэглэлийн кальцинжуулсан каолин үйлдвэрлэдэг. 650-700 ℃ температурын хүрээнд калцинжуулалт нь бүтцийн гидроксил бүлгийг арилгаж, гарч буй усны уур нь каолины уян хатан чанар, тунгалаг чанарыг нэмэгдүүлдэг бөгөөд энэ нь цаасан бүрхүүлийн хамгийн тохиромжтой шинж чанар юм. Үүнээс гадна, каолиныг 1000-1050 ℃-д халаах нь зөвхөн үрэлтийг нэмэгдүүлээд зогсохгүй 92-95% цагаан өнгөтэй болгодог.
Хлоржуулалтын кальцинжуулалт
Төмөр болон титаныг шаварлаг эрдэс бодис, ялангуяа каолинаас хлоржуулах замаар гаргаж авсан бөгөөд сайн үр дүнд хүрсэн. Хлоржуулах болон кальцинжуулах явцад өндөр температурт (700 ℃ - 1000 ℃) каолинит дегидроксилизацид орж метакаолинит үүсгэдэг бөгөөд илүү өндөр температурт шпинель болон муллит фазууд үүсдэг. Эдгээр хувиргалтууд нь хайлуулах замаар бөөмсийн гидрофобик чанар, хатуулаг, хэмжээг нэмэгдүүлдэг. Ийм аргаар боловсруулсан эрдэс бодисыг цаас, PVC, резин, хуванцар, цавуу, өнгөлгөө, шүдний оо зэрэг олон салбарт ашиглаж болно. Өндөр гидрофобик чанар нь эдгээр эрдэс бодисыг органик системтэй илүү нийцтэй болгодог.
Микробиологийн арга
Ашигт малтмалын бичил биетний цэвэршүүлэх технологи нь харьцангуй шинэ эрдэс боловсруулалтын сэдэв бөгөөд үүнд бичил биетний уусгах технологи болон бичил биетний флотацийн технологи багтдаг. Ашигт малтмалын бичил биетний уусгах технологи нь бичил биетэн болон эрдэс бодисын гүн харилцан үйлчлэлийг ашиглан эрдэс бодисын талст торыг устгаж, ашигтай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг уусгадаг олборлолтын технологи юм. Каолинд агуулагдах исэлдсэн пирит болон бусад сульфидын хүдрийг бичил биетний олборлолтын технологиор цэвэршүүлж болно. Түгээмэл хэрэглэгддэг бичил биетүүдэд Thiobacillus ferrooxidans болон Fe-reducing бактери орно. Микробиологийн арга нь бага өртөгтэй, хүрээлэн буй орчны бохирдол багатай тул каолины физик, химийн шинж чанарт нөлөөлөхгүй. Энэ нь каолины эрдэс бодисын хөгжлийн хэтийн төлөвтэй шинэ цэвэршүүлэх, цайруулах арга юм.
Хураангуй
Каолины төмрийг зайлуулах, цайруулах эмчилгээ нь өнгөний шалтгаан, хэрэглээний өөр өөр зорилгод нийцүүлэн хамгийн сайн аргыг сонгох, каолины эрдэс бодисын цогц цагаан чанарыг сайжруулах, өндөр хэрэглээний үнэ цэнэ, эдийн засгийн үнэ цэнэтэй болгох шаардлагатай. Ирээдүйн хөгжлийн чиг хандлага нь химийн арга, физик арга, микробиологийн аргын шинж чанарыг органик байдлаар хослуулан тэдгээрийн давуу талыг бүрэн ашиглаж, сул тал, дутагдлыг хязгаарлаж, цайруулах үр нөлөөг сайжруулах явдал юм. Үүний зэрэгцээ, янз бүрийн хольцыг зайлуулах аргын шинэ механизмыг цаашид судалж, каолины төмрийг зайлуулах, цайруулах үйл явцыг ногоон, үр ашигтай, бага нүүрстөрөгчийн чиглэлд хөгжүүлэх үйл явцыг сайжруулах шаардлагатай байна.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 3-р сарын 2