[Huate Mineral Processing Encyclopedia] De geheimen van kaolien onthuld: een prachtige transformatie van aarde naar hightech materialen
Kaolin is een niet-metallisch mineraal, een soort klei en kleisteen, hoofdzakelijk samengesteld uitKaoliniet is een kleimineraal. Omdat het wit en fijn is, wordt het ook wel dolomitische grond genoemd. Het is vernoemd naar het dorp Gaoling in Jingdezhen, provincie Jiangxi. De zuivere kaolien is wit, fijn, zacht en aards van kleur en heeft goede fysische en chemische eigenschappen, zoals plasticiteit en brandwerendheid. De minerale samenstelling bestaat voornamelijk uit kaoliniet, halloysiet, hydromica, illiet, montmorilloniet, kwarts, veldspaat en andere mineralen.
Kaolien is een veelvoorkomend en zeer belangrijk kleimineraal in de natuur. Het ontstaat door de verwering van veldspaat of andere silicaatmineralen in stollings- en metamorfe gesteenten in zure milieus zonder alkalimetalen en aardalkalimetalen.
01 Classificatie
Bodemclassificatie
De mineralen die in de natuur in kaolien voorkomen, worden hoofdzakelijk onderverdeeld in kleimineralen en niet-kleimineralen. Tot de kleimineralen behoren voornamelijk kaoliniet en een kleine hoeveelheid montmorilloniet, mica en chloriet; de niet-kleimineralen omvatten voornamelijk veldspaat, kwarts en gehydrateerde mineralen, evenals enkele ijzermineralen zoals hematiet en rhosiet, ijzererts, limoniet, enz., titaniummineralen zoals rutiel, enz. en organisch materiaal zoals plantenvezels, enz. Het zijn voornamelijk de kleimineralen die de eigenschappen van kaolien bepalen.
Oorzaakclassificatie
Op basis van de oorsprong van kaolienafzettingen en de verschillen in mineralisatiegeologie, geografische omstandigheden, afzettingsschaal, morfologie van het ertslichaam en voorkomingskenmerken, en de samenstelling van het ertsmateriaal zoals weerspiegeld in verschillende mineralisatieprocessen, zal de "Geologische Exploratiecode voor Kaolienmijnen" de kaolienafzettingen in China indelen in drie typen en zes subtypen.
Verweringtype:Het wordt verder onderverdeeld in het subtype met verweringresiduen en het subtype met verweringuitloging.
Type hydrothermale alteratie:Het wordt verder onderverdeeld in een subtype met hydrothermale veranderingen en een subtype met moderne warmwaterbronnen.
Sedimentair type:Het wordt onderverdeeld in sedimentaire en sedimentair-verweerde subtypes en het kaolinietkleisteen-subtype in steenkoolhoudende lagen.
Industrieel type
Op basis van de ontstaansgeschiedenis van kaolienafzettingen, verdeelt de "Geologische exploratiespecificaties voor kaolienmijnen" de Chinese kaolienafzettingen in drie typen en zes subtypen. Deze subtypen worden onderscheiden op basis van verschillen in mineralisatiegeologie, geografische omstandigheden, omvang van de afzetting, morfologie en voorkomen van het erts, en de samenstelling van het ertsmateriaal, zoals weerspiegeld door verschillende mineralisatieprocessen. Op basis van hun textuur, plasticiteit en het massafractiegehalte aan zand worden ze verder onderverdeeld in drie typen:
MoeilijkKaolin: Hard en niet-plastic, wordt plastic na te zijn geplet en vermalen.
ZachtKaolin:Zacht, zeer plastisch, zanderig, massafractie <50%.
SandyKaolin:Zachte textuur, geringe plasticiteit, zandmassafractie > 50%.
02 Oorsprong
De kaolienvoorraden van China behoren tot de wereldtop, met 267 bewezen afzettingen en bewezen reserves van 2,91 miljard ton. De Chinese kaolienvoorraden (niet afkomstig uit steenkoolwinning) staan wereldwijd op de vijfde plaats. De bewezen reserves bedragen 1,468 miljard ton en zijn voornamelijk geconcentreerd in de provincies Guangdong, Shaanxi, Fujian, Jiangxi, Hunan en Jiangsu, goed voor 84,55% van de totale reserves van het land. De Chinese kaolienvoorraden (kaoliniet) uit steenkoolwinning staan wereldwijd op de eerste plaats, met bewezen reserves van 1,442 miljard ton, voornamelijk verspreid over Datong, Huairen, Shuozhou, Shanxi, Jungar, Wuda, Binnen-Mongolië, Huaibei, Anhui, Hancheng, Shaanxi, enz., waarbij het Jungar-kolenveld in Binnen-Mongolië de grootste reserves bevat.
Er zijn vijf belangrijke kaolienafzettingen in China:
(1) De stad Jiepai in het district Hengyang, provincie Hunan, is rijk aan minerale grondstoffen. De reserves aan kaolien, nefelien, veldspaat en kwarts bedragen 200 miljoen ton, en er zijn bijna 40 mijnbouw- en ertsverwerkingsbedrijven. Het mijnbouwgebied Dapailing (voornamelijk kaolienmijnen) heeft een mijnreserve van 80 miljoen ton, waarmee het de grootste in Azië is. De jaarlijkse mijnbouwproductie van de stad bedraagt meer dan 500.000 ton, waarmee honderden keramiekfabrieken in het hele land worden bevoorraad.
(2) Kaolien in het Maoming-gebied. Het kaolienmineraal in het Maoming-bekken is een sedimentair gesteente van het verweerde eluviale subtype. Het kwarts- en zandgehalte is hoger dan 50%, waardoor het ook wel zandig kaolienmineraal wordt genoemd. Wat de oorsprong betreft, heeft het kaolien van Maoming drie verweringstadia doorlopen: transport en zelfvermaling, gevolgd door verdere verwering. Het kaolien is volledig verweerd en de schijven zijn voornamelijk monolithisch met een fijne deeltjesgrootte. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt als grondstof voor coatings in de papierindustrie.
(3) Longyan Kaolin is een verweerde rest-Kaolin-afzetting. Omdat het ijzergehalte minder dan 0,3% is, het titaniumgehalte minder dan 0,02% en het een bepaalde hoeveelheid laagsmeltend oplosmiddel (Li2O) bevat, is het een ideale grondstof voor elektrisch porselein, hoogwaardig porselein voor dagelijks gebruik en artistiek porselein.
(4) Suzhou Yangshan Kaolien, deze afzetting is hydrothermale alteratiekaolien.De chemische samenstelling van Suzhou Yangshan-modder met een zuivere textuur komt zeer dicht in de buurt van de theoretische samenstelling van kaoliniet. Het Al2O3-gehalte kan oplopen tot ongeveer 39,0%, de modder is wit van kleur en bestaat uit fijne deeltjes. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt als katalysatordrager en chemische grondstof.
(5) Hepu-kaolien. Het is een verweerde restantenafzetting van kaolien. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt als grondstof voor bouwkeramiek.
(6) Noordelijke kolenreeks Kaolien. Het is een sedimentair kaoliniet, dat voornamelijk voorkomt in de kolenproducerende gebieden van mijn land, en dat gebruikt kan worden in de bouw, coatings, verf en papierindustrie - een op steenkool gebaseerde grondsoort.
De bovengenoemde zes belangrijke productiegebieden zijn goed voor meer dan 80% van de Chinese productie en zijn tevens belangrijke vertegenwoordigers wat betreft de soorten grondstoffen.
03Use
Kaolien kent een breed scala aan toepassingen, voornamelijk vanwege zijn plasticiteit, hechting, zekere droge sterkte, sintereigenschappen en witheid na het bakken, waardoor het de belangrijkste grondstof is voor de keramische productie. Het is wit, zacht, zeer goed dispergeerbaar en adsorbeerbaar. De uitstekende verwerkingseigenschappen, zoals chemische eigenschappen en chemische willekeurigheid, maken het een veelgebruikt materiaal in de papierindustrie. Daarnaast wordt kaolien ook veel gebruikt in industriële sectoren zoals rubber, kunststoffen, vuurvaste materialen en aardolieraffinage, evenals in geavanceerde technologieën in de landbouw en defensie. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt in de keramische industrie, coatings, vuurvaste materialen, papierproductie, verf, rubber, hoogwaardig porselein, draden en kabels, industriële kunststoffen, vulstoffen voor de chemische industrie, inkten, voedingsmiddelen, cosmetica, geneesmiddelen, enz., en vervangt lithopone en een deel van titanium in verf en coatings. Het is wit poeder en andere dure materialen.
04 Verwerkingstechnologie
Om niet-kleimineralen en organisch materiaal zoals kwarts, veldspaat, mica, ijzermineralen, titaniummineralen, enz. uit kaolien te scheiden en kaolienproducten te produceren die aan de behoeften van diverse industriële sectoren voldoen, is het, naast zwaartekrachtscheiding, flotatie, magnetische scheiding, enz. voor het zuiveren en verwijderen van onzuiverheden uit kaolien, soms ook nodig om diepgaande verwerkingsmethoden zoals chemisch bleken, ultrafijn afschilferen, calcineren en oppervlaktemodificatie toe te passen.
(1) Hydraulische classificatie
Hydraulische classificatie omvat spiraalclassificatie (scheiding van grof zand +1 mm), sedimentatietankclassificatie (scheiding van fijn zand +0,053 mm), hydrocycloonclassificatie (scheiding van fijn zand -0,053 mm), centrifugaalclassificatie of hydrocycloonclassificatie met kleine diameter (voor de classificatie van ultrafijne deeltjes van 0,002-0,010 mm).
(2) Magnetische scheiding met hoge gradiënt
Met behulp van magnetische concentratormedia wordt een magnetisch veld van meer dan 1600 kA/m gegenereerd om Fe2O3 en TiO2 uit kaolien te verwijderen en papiercoatings en hoogwaardige keramische grondstoffen te produceren.
(3) Selectieve flocculatie
Door toevoeging van flocculanten worden onzuiverheden zoals fijnkorrelig kwarts, pyriet, aluniet, enz. selectief afgescheiden om met bladen gecoate kaolien te produceren. Veelgebruikte flocculanten zijn onder andere natriumhexametafosfaat, ammoniumpolyacrylamide en waterglas.
(4) Chemisch bleken
Bleekmiddelen zoals waspoeder worden toegevoegd om het hoogwaardige ijzer in limoniet en hematiet in kaolien te reduceren tot oplosbaar tweewaardig ijzer, of er worden oxidatiemiddelen toegevoegd om pyriet en kleurstofverontreinigingen te oxideren en zo de witheid van kaolien te verbeteren.
(5) Schillen
In de vlokkenmachine worden fijne, middelgrote kogels gebruikt om een maaleffect te creëren, waardoor de kaolienaggregaatdeeltjes worden gescheiden in dunne kristallen. Dit levert met messen gecoate kaolien op met een deeltjesgrootte van minder dan 2 μm en een gehalte van meer dan 90%.
(6) Calcinatie
Bij calcineren op 800-1000℃ verliest kaolien water, vindt er een faseovergang plaats en verdampen sommige onzuiverheden. Dit verbetert de witheid en isolerende eigenschappen van kaolien, waardoor het gebruikt wordt voor de productie van kabels en vulstoffen voor rubber en kunststof. Calcineren is een noodzakelijke verwerkingsmethode voor op steenkool gebaseerde (harde) kaolien.
(7) Oppervlaktemodificatie
De kaolienklei wordt gecoat met een hechtmiddel, enz., om de hoeveelheid kaolienklei die aan kunststofrubber wordt toegevoegd te vergroten, en wordt gebruikt voor de behandeling van kaolienklei-vulstoffen voor kunststofrubber.
Magnetische scheiding is een veelgebruikte methode voor het scheiden van mineralen in de mineralenverwerking. Het basisprincipe is het benutten van de magnetische verschillen tussen de mineralen zelf. Afhankelijk van de magnetiserende eigenschappen van de mineralen kan magnetische scheiding worden onderverdeeld in sterke magnetische scheiding, zwakke magnetische scheiding, omgekeerde magnetische scheiding en magnetische scheiding met hoge gradiënt, om aan de behoeften van verschillende mineralen te voldoen. Apparatuur voor mineralenverwerking omvat hoofdzakelijk plaatmagnetische scheiders, verticale ringmagnetische scheiders met hoge gradiënt, elektromagnetische slurrymagnetische scheiders met hoge gradiënt, lagedemperatuur-supergeleidende magnetische scheiders, enzovoort.
05 Toepassingsvoorbeelden van de mineraalverwerking
Proces 1: Neem bijvoorbeeld een buitenlandse kaolienklei. De belangrijkste onzuiverheden in dit monster zijn ijzeroxide, titaniumoxide en ijzersilicaat. In het ruwe erts bedragen de onzuiverheidsgehalten aan Fe2O3 en TiO2 respectievelijk 0,89% en 0,17%, terwijl de witheid 67,29% bereikt.
Om deze onzuiverheden effectief te verwijderen, hebben we het volgende testplan opgesteld: Ten eerste wordt het ruwe erts door een elektromagnetische slurry-magnetische separator geleid voor twee magnetische scheidingsprocessen, grove scheiding en fijne selectie, om in eerste instantie het grootste deel van de onzuiverheden te verwijderen. Vervolgens wordt het verkregen concentraat verder gezuiverd door een supergeleidende magnetische separator om het gehalte aan onzuiverheden verder te verlagen en de kwaliteit van kaolien te verbeteren.
Teststroomschema
Uit de testresultaten blijkt dat het ruwe erts kan worden gescheiden door middel van elektromagnetische slurry + elektromagnetische slurry + supergeleidende magnetische scheiding, waardoor een kaolienconcentraatproduct met 0,35% Fe2O3 en een witheid van 87,52% wordt verkregen.
Proces 2:Ruw erts ondergaat een supergeleidende magnetische scheiding van 5 T. Het testproces wordt weergegeven in Figuur 2 en de testresultaten in Tabel 2.
FIG. 2 Experimenteel proces van ertsbewerking
Het ruwe erts werd onderworpen aan supergeleidende magnetische scheiding bij 5 T om een kaolienconcentraat te verkrijgen met 0,40% Fe2O3, 22,92% Al2O3, 68,78% SiO2, 0,10% TiO2, 1,90% CaO, een witheid van 86,97% en een opbrengst van 90,90%.
Als multifunctionele industriële grondstof heeft kaolien brede toepassingsmogelijkheden. Met de voortdurende vooruitgang van wetenschap en technologie en de duurzame ontwikkeling van de industrie zal kaolien een belangrijke rol spelen in steeds meer sectoren. In de toekomst hopen we het toepassingsgebied van kaolien verder uit te breiden door middel van diepgaand onderzoek en technologische innovatie, om zo een efficiënter en duurzamer gebruik te realiseren en een grotere bijdrage te leveren aan de ontwikkeling van de menselijke samenleving. Tegelijkertijd moeten we ook aandacht besteden aan de milieuproblemen die kunnen ontstaan tijdens de winning en verwerking van kaolien en actieve maatregelen nemen om ervoor te zorgen dat de rationele ontwikkeling van kaolienbronnen in lijn is met de bescherming van het ecologische milieu.
Geplaatst op: 13 mei 2024