Eisenoxid in Kaolinton hat einen nachteiligen Einfluss auf dessen Farbe, verringert seine Helligkeit und Feuerbeständigkeit, was seinen Handelspreis deutlich senkt. Schon eine kleine Menge Eisenoxid, -hydroxid und -hydrat, wie z. B. 0,4%, reicht aus, um das Tonsediment rötlich bis gelblich zu färben. Diese Eisenoxide und -hydroxide können unter anderem Hämatit (rot), Magnetit (rötlich-braun), Goethit (bräunlich-gelb), Limonit (orange) und hydratisiertes Eisenoxid (rötlich-braun) sein. Daher besteht der erste Aufbereitungsschritt, um diesen Rohstoffen kommerziellen Wert zu verleihen, darin, Eisenoxid effektiv aus Kaolinton zu entfernen.
Wasserwaschmethode
Der Wasserwaschprozess zur Herstellung von Kaolin Beschichtung und Füllstoff umfasst mehrere Schritte. Zunächst wird der Rohton zu einer Aufschlämmung verarbeitet. Um Kaolin von Mineral Verunreinigungen wie Quarz und Glimmer und Klassifizierung in drei Güteklassen (fein, mittel und grob). Der Schlamm muss aus einzelnen Mineralpartikeln bestehen, die getrennt und in Wasser suspendiert sind. Die Kaolinpartikel haben im Mischer entgegengesetzte Ladungen an ihren Kanten und Oberflächen, wodurch sie sich gegenseitig anziehen und Flocken bilden. Dispergiermittel wie Natriumpolyphosphat werden hinzugefügt, um die Partikel in den Flocken zu trennen. Der Tonschlamm wird vom Mischer in Absetzbecken und Siebe gepumpt, um Sand und Kies mit einer Größe von mehr als 44 Mikrometern zu entfernen. Nachdem die Sandpartikel entfernt wurden, wird das gewünschte Kaolin erhalten.
Magnetische Trennung
Der magnetische Trennprozess nutzt die unterschiedliche magnetische Suszeptibilität verschiedener Mineralarten, um diese zu trennen. Farbige Verunreinigungen in Kaolin wie Rutil, Hämatit, Magnetit, Glimmer und Pyrit sind von Natur aus magnetisch. Die hochintensive magnetische Trennung hat bei der Gewinnung von Industriemineralien große Erfolge erzielt.
Flotation
Das Flotationsverfahren wird zur Verarbeitung von Kaolin aus primären und sekundären Lagerstätten eingesetzt. Während des Flotationsprozesses werden Kaolinit- und Glimmerpartikel getrennt, wodurch gereinigte Materialien entstehen, die für die industrielle Verwendung geeignet sind. Die selektive Flotationstrennung von Kaolinit und Feldspat wird normalerweise in einer Wasseraufschlämmung mit kontrolliertem Säure- oder Alkaligehalt durchgeführt.
Reduktionsmethode
Dreiwertiges Eisen ist nur unter sauren Bedingungen mit einem pH-Wert von 3 oder niedriger löslich. Eisen(II)-Eisen ist in einem breiteren Säurebereich löslich, aber unter neutralen oder höheren pH-Bedingungen ist Fe2+ nur unter reduzierenden Bedingungen stabil. In Gegenwart von Sauerstoff wird Fe2+ schnell zur dreiwertigen Form oxidiert, wodurch feste Niederschläge mit Fe3+ entstehen. Die Entfernung von Fe3+-Verunreinigungen aus industriellem Kaolinton erfolgt typischerweise durch physikalische Techniken (magnetische Trennung, selektive Flockung) und chemisch Behandlung unter sauren oder reduzierenden Bedingungen.
Natriumbisulfit, auch bekannt als Natriummetabisulfit oder Natriumpyrosulfit, reduziert und löst Eisen effektiv aus Kaolinton und wird derzeit in der Kaolinindustrie eingesetzt. Dieses Verfahren muss jedoch unter stark sauren Bedingungen (pH < 3) durchgeführt werden, was hohe Betriebskosten und Umweltauswirkungen mit sich bringt. Darüber hinaus sind die chemischen Eigenschaften von Natriumbisulfit instabil, was spezielle und teure Lagerungs- und Transportvorkehrungen erfordert.
Schwefeldioxidharnstoff ist ein starkes Reduktionsmittel, das häufig in der Lederverarbeitung, beim Textildruck und -färben, bei der Papierherstellung und beim Bleichen verwendet wird. Im Vergleich zu anderen Reduktionsmitteln wie Borhydrid und Versicherungspulver hat Schwefeldioxidharnstoff eine starke Reduktionsfähigkeit, ist umweltfreundlich, zersetzt sich nur wenig, ist sicher und hat niedrige Produktionskosten in großen Mengen. Unlösliches Fe3+ in Kaolin kann durch Schwefeldioxidharnstoff zu löslichem Fe2+ reduziert werden. Anschließend kann durch den Filtrations- und Waschprozess die Weiße des Kaolins erhöht werden. Schwefeldioxidharnstoff ist bei Raumtemperatur und neutralen Bedingungen sehr stabil und seine starke Reduktionsfähigkeit kann nur unter stark alkalischen Bedingungen (pH>10) oder Erhitzung (T>70°C) erreicht werden, was zu höheren Betriebskosten und Betriebsschwierigkeiten führt.
Oxidationsmethode
Bei der Oxidationsbehandlung werden Ozon, Wasserstoffperoxid, Kaliumpermanganat und Natriumhypochlorit eingesetzt, um adsorbierte Kohlenstoffschichten zu entfernen und den Weißgrad zu verbessern. In Bereichen unter dickeren Deckschichten erscheint der Kaolinton grau und der Eisengehalt des Tons ist reduziert.
Durch die Verwendung starker Oxidationsmittel wie Ozon oder Natriumhypochlorit wird unlösliches FeS2 in Pyrit zu löslichem Fe2+ oxidiert, das anschließend durch Wasserwäsche aus dem System entfernt wird.
Säurelaugung
Sidhu et al. verwendeten Salzsäure- und Perchlorsäurelaugung zur Behandlung von Eisenoxiden und -hydroxiden. Die industrielle Entfernung von Eisenoxid aus hochreinem Ton oder Sandminen mithilfe von Schwefelsäure und anderen anorganischen Säuren ist jedoch mit erheblichen Einschränkungen verbunden, da die nach der Behandlung verbleibende Säure die bei der Keramikproduktion verwendeten Rohstoffe verunreinigen kann.
Im Vergleich zu anderen organischen Säuren ist Oxalsäure aufgrund ihrer Säure, guten Chelateigenschaften und hohen Reduktionskraft die vielversprechendste. Mithilfe von Oxalsäure kann gelöstes Eisen aus der Lauge als Oxalateisen ausgefällt werden, das durch Kalzinierung weiterverarbeitet werden kann, um reines Hämatit zu bilden. Oxalsäure kann kostengünstig aus anderen industriellen Prozessen gewonnen werden, und alle verbleibenden Oxalatsalze im behandelten Material zersetzen sich während des Brennvorgangs bei der Keramikherstellung zu Kohlendioxid.
Hochtemperatur-Kalzinierungsverfahren
Kaolin verändert seine Struktur und Phase während der Kalzinierung bei hohen Temperaturen, was in zwei Prozesse unterteilt werden kann: Entfernung von Strukturwasser und Phasenumwandlung. Die Kalzinierung ist der Prozess, der zur Herstellung hochwertiger Kaolinprodukte verwendet wird. Je nach Verarbeitungstemperatur werden zwei verschiedene Qualitäten von kalziniertem Kaolin hergestellt. Die Kalzinierung bei Temperaturen zwischen 650 und 700 °C entfernt strukturelle Hydroxylgruppen und verdampft Wasserdampf, was zu einer erhöhten Elastizität und Opazität des Kaolins führt, was ideale Eigenschaften für Papierbeschichtungsanwendungen sind. Darüber hinaus kann das Erhitzen von Kaolin auf 1000 bis 1050 °C seine Mahlleistung verbessern und einen Weißgrad von 92 bis 95% erreichen.
Chlorierungskalzinierungsmethode
Jackson untersuchte die Chlorierung von Kaolinmineralien, um Verunreinigungen, hauptsächlich Eisen und Titan, zu entfernen und so eine Mineralbleiche zu erreichen. Das Chlorierungsverfahren entfernt Eisen und Titan aus Tonmineralien, insbesondere Kaolin. Der Prozess umfasst hohe Temperaturen (700 °C bis 1000 °C), bei denen Kaolinit eine Dehydroxylierung erfährt und sich in Metakaolinit verwandelt. Bei noch höheren Temperaturen bilden sich Spinell- und Mullitphasen. Diese Umwandlungen erhöhen die Hydrophobie, Härte und Partikelgröße durch Sintern. Die behandelten Mineralien können in verschiedenen Industriezweigen verwendet werden, beispielsweise für Papier, PVC, Gummi, Kunststoffe, Klebstoffe, Poliermittel und Zahnpasta. Die höhere Hydrophobie dieser Mineralien macht sie kompatibler mit organischen Systemen.