وأكسيد الحديد الموجود في طين الكاولين له تأثير ضار على لونه، حيث يقلل من سطوعه ومقاومته للحريق، مما يؤدي إلى انخفاض سعره التجاري بشكل كبير. حتى كمية صغيرة من أكسيد الحديد، وهيدروكسيد، والأكسيد المائي، مثل 0.4%، تكفي لتلوين رواسب الطين من المحمر إلى الأصفر. يمكن أن تكون أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد هذه هي الهيماتيت (الأحمر)، والماجنتيت (البني المحمر)، والجويتيت (الأصفر البني)، والليمونيت (البرتقالي)، وأكسيد الحديد المائي (البني المحمر)، وغيرها. ولذلك، فإن خطوة الإثراء الأولى لإعطاء هذه المواد الخام قيمة تجارية هي إزالة أكسيد الحديد بشكل فعال من طين الكاولين.
طريقة الغسل بالماء
عملية الغسيل بالماء لإنتاج الكاولين طلاء وتتضمن عملية صنع الحشو عدة خطوات. أولاً، يتم تحويل الطين الخام إلى ملاط. لفصل الكاولين عن المعدنية الشوائب مثل الكوارتز والميكا وتصنيفها إلى ثلاث درجات (ناعم ومتوسط وخشن)، يجب أن يتكون الملاط من جزيئات معدنية فردية منفصلة ومعلقة في الماء. تحتوي جزيئات الكاولين على شحنات متعاكسة على حوافها وأسطحها في الخلاط، مما يجعلها تجذب بعضها البعض وتشكل كتلًا. يتم إضافة المشتتات مثل بولي فوسفات الصوديوم لفصل الجزيئات في الكتل. يتم ضخ ملاط الطين من الخلاط إلى خزانات الترسيب والشاشات لإزالة الرمل والحصى الأكبر من 44 ميكرومترًا. بعد إزالة جزيئات الرمل، يتم الحصول على الكاولين المطلوب.
الفصل المغناطيسي
وتعتمد عملية الفصل المغناطيسي على اختلاف القابلية المغناطيسية بين أنواع المعادن المختلفة لفصلها. الشوائب الملونة في الكاولين، مثل الروتيل والهيماتيت والمغنتيت والميكا والبيريت، هي مغناطيسية بشكل طبيعي. حقق الفصل المغناطيسي عالي الكثافة نجاحًا كبيرًا في إثراء المعادن الصناعية.
التعويم
تم تطبيق طريقة التعويم لمعالجة الكاولين من الرواسب الأولية والثانوية. أثناء عملية التعويم، يتم فصل جزيئات الكاولينيت والميكا، مما ينتج عنه مواد نقية مناسبة للاستخدام الصناعي. عادةً ما يتم إجراء فصل التعويم الانتقائي للكاولينيت والفلسبار في ملاط مائي مع حموضة أو قلوية خاضعة للتحكم.
طريقة التخفيض
الحديد الثلاثي التكافؤ قابل للذوبان فقط في الظروف الحمضية بدرجة حموضة 3 أو أقل. الحديد الحديدي قابل للذوبان ضمن نطاق أوسع من الحموضة، ولكن في ظل ظروف محايدة أو درجة حموضة أعلى، يكون Fe2+ مستقرًا فقط في ظل ظروف الاختزال. في وجود الأكسجين، يتأكسد Fe2+ بسرعة إلى الشكل الثلاثي التكافؤ، مما ينتج رواسب صلبة تحتوي على Fe3+. يتم عادةً إزالة شوائب Fe3+ من طين الكاولين الصناعي من خلال التقنيات الفيزيائية (الفصل المغناطيسي، والتخثر الانتقائي) و المواد الكيميائية العلاج في ظل ظروف حمضية أو مختزلة.
ثنائي كبريتيت الصوديوم، المعروف أيضًا باسم ميتابيسلفيت الصوديوم أو بيروسلفيت الصوديوم، قام بشكل فعال بتخفيض وترشيح الحديد من طين الكاولين ويستخدم حاليًا في صناعة الكاولين. ومع ذلك، يجب تنفيذ هذه الطريقة في ظل ظروف حمضية قوية (الرقم الهيدروجيني أقل من 3)، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل والتأثيرات البيئية. علاوة على ذلك، فإن الخواص الكيميائية لثنائي كبريتيت الصوديوم غير مستقرة، مما يتطلب ترتيبات خاصة ومكلفة للتخزين والنقل.
تعتبر اليوريا ثاني أكسيد الكبريت عامل اختزال قوي يستخدم على نطاق واسع في معالجة الجلود وطباعة المنسوجات والصباغة وصناعة الورق والتبييض. بالمقارنة مع عوامل الاختزال الأخرى مثل البوروهيدريد ومسحوق التأمين، فإن يوريا ثاني أكسيد الكبريت لديها قدرة اختزال قوية، وصديقة للبيئة، ومعدل تحلل منخفض، وسلامة، وتكلفة إنتاج منخفضة بكميات كبيرة. يمكن اختزال Fe3+ غير القابل للذوبان في الكاولين إلى Fe2+ القابل للذوبان بواسطة يوريا ثاني أكسيد الكبريت. وبعد ذلك، من خلال عملية الترشيح والغسيل، يمكن زيادة بياض الكاولين. يوريا ثاني أكسيد الكبريت مستقرة جدًا في درجة حرارة الغرفة والظروف المحايدة، ولا يمكن الحصول على قدرتها القوية على التخفيض إلا في ظل ظروف قلوية قوية (الرقم الهيدروجيني>10) أو التسخين (T>70 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل وصعوبات التشغيل .
طريقة الأكسدة
تتضمن معالجة الأكسدة استخدام الأوزون وبيروكسيد الهيدروجين وبرمنجنات البوتاسيوم وهيبوكلوريت الصوديوم لإزالة طبقات الكربون الممتزة وتحسين البياض. في المناطق الواقعة تحت طبقات الغطاء السميكة، يظهر طين الكاولين باللون الرمادي، ويتم تقليل الحديد الموجود في الطين.
باستخدام عوامل مؤكسدة قوية مثل الأوزون أو هيبوكلوريت الصوديوم، تتم أكسدة FeS2 غير القابل للذوبان في البيريت إلى Fe2+ القابل للذوبان، والذي تتم بعد ذلك إزالته من النظام من خلال غسل الماء.
الترشيح الحمضي
سيدو وآخرون. يستخدم ترشيح حمض الهيدروكلوريك وحمض البيركلوريك لمعالجة أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد. ومع ذلك، فإن الإزالة الصناعية لأكسيد الحديد من مناجم الطين أو الرمل عالية النقاء باستخدام حمض الكبريتيك والأحماض غير العضوية الأخرى لها قيود كبيرة، حيث أن الحمض المتبقي بعد المعالجة قد يلوث المواد الخام المستخدمة في إنتاج السيراميك.
بالمقارنة مع الأحماض العضوية الأخرى، يعد حمض الأكساليك هو الأكثر واعدة بسبب حموضته، وخصائصه المخلبية الجيدة، وقدرة الاختزال العالية. باستخدام حمض الأكساليك، يمكن ترسيب الحديد المذاب من محلول الترشيح في صورة حديد الأكسالات، والذي يمكن معالجته بشكل أكبر من خلال التكليس لتكوين الهيماتيت النقي. يمكن الحصول على حمض الأكساليك بسعر رخيص من العمليات الصناعية الأخرى، وأي أملاح أكسالات متبقية في المادة المعالجة سوف تتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون أثناء مرحلة الحرق في صناعة السيراميك.
طريقة التكليس بدرجة حرارة عالية
يغير الكاولين البنية والطور أثناء التكليس بدرجة الحرارة العالية، والذي يمكن تقسيمه إلى عمليتين: إزالة المياه الهيكلية وتحويل الطور. التكليس هو العملية المستخدمة لإنتاج منتجات الكاولين عالية الجودة. يتم إنتاج درجتين مختلفتين من الكاولين المكلس بناءً على درجة حرارة المعالجة. يؤدي التكليس عند درجات حرارة تتراوح بين 650-700 درجة مئوية إلى إزالة مجموعات الهيدروكسيل الهيكلية وتبخر بخار الماء، مما يؤدي إلى زيادة مرونة وعتامة الكاولين، وهي خصائص مثالية لتطبيقات طلاء الورق. بالإضافة إلى ذلك، تسخين الكاولين عند 1000-1050 درجة مئوية يمكن أن يزيد من أداء الطحن ويحقق بياض 92-95%.
طريقة التكليس بالكلور
درس جاكسون عملية كلورة معادن الكاولين لإزالة الشوائب، وخاصة الحديد والتيتانيوم، لتحقيق تبييض المعادن. تعمل طريقة الكلورة على إزالة الحديد والتيتانيوم من معادن الطين، وخاصة الكاولين. تتضمن العملية درجات حرارة عالية (700 درجة مئوية - 1000 درجة مئوية)، وعند هذه النقطة يخضع الكاولينيت لإزالة الهيدروكسيل ويتحول إلى ميتاكاولينيت. عند درجات حرارة أعلى، تتشكل أطوار السبينيل والموليت. تزيد هذه التحولات من كراهية جزيئات الكاولين للماء وصلابتها وقدرتها على التحلل. حجم الجسيمات من خلال عملية التلبيد. يمكن استخدام المعادن المعالجة في صناعات مختلفة، مثل الورق، والبولي فينيل كلوريد، والمطاط، والبلاستيك، والمواد اللاصقة، والتلميع، ومعجون الأسنان. إن ارتفاع كراهية هذه المعادن للماء يجعلها أكثر توافقًا مع الأنظمة العضوية.