El óxido de hierro en la arcilla caolín tiene un efecto perjudicial sobre su color, reduciendo su brillo y resistencia al fuego, lo que disminuirá significativamente su precio comercial. Incluso una pequeña cantidad de óxido, hidróxido y óxido hidratado de hierro, como 0,4%, es suficiente para colorear el sedimento de arcilla de rojizo a amarillento. Estos óxidos e hidróxidos de hierro pueden ser hematita (rojo), magnetita (marrón rojizo), goethita (amarillo parduzco), limonita (naranja) y óxido de hierro hidratado (marrón rojizo), entre otros. Por lo tanto, el primer paso de beneficio para dar valor comercial a estas materias primas es eliminar eficazmente el óxido de hierro de la arcilla de caolín.
método de lavado con agua
El proceso de lavado con agua para producir caolín. revestimiento y el relleno implica varios pasos. En primer lugar, la arcilla cruda se convierte en una suspensión. Para separar el caolín de mineral impurezas como cuarzo y mica y clasificarla en tres grados (fina, media y gruesa), la lechada debe constar de partículas minerales individuales separadas y suspendidas en agua. Las partículas de caolín tienen cargas opuestas en sus bordes y superficies en el mezclador, lo que hace que se atraigan entre sí y formen flóculos. Se añaden dispersantes como el polifosfato de sodio para separar las partículas en los flóculos. La lechada de arcilla se bombea desde el mezclador a los tanques de sedimentación y las cribas para eliminar la arena y la grava de más de 44 micrómetros. Después de eliminar las partículas de arena, se obtiene el caolín deseado.
Separación magnética
El proceso de separación magnética se basa en la diferencia de susceptibilidad magnética entre distintos tipos de minerales para separarlos. Las impurezas coloreadas del caolín, como el rutilo, la hematita, la magnetita, la mica y la pirita, son naturalmente magnéticas. La separación magnética de alta intensidad ha logrado un éxito significativo en el beneficio de minerales industriales.
Flotación
El método de flotación se ha aplicado para procesar caolín procedente de depósitos primarios y secundarios. Durante el proceso de flotación se separan las partículas de caolinita y mica, dando como resultado materiales purificados aptos para uso industrial. La separación por flotación selectiva de caolinita y feldespato generalmente se realiza en una suspensión acuosa con acidez o alcalinidad controlada.
Método de reducción
El hierro trivalente solo es soluble en condiciones ácidas con un pH de 3 o inferior. El hierro ferroso es soluble en un rango más amplio de acidez, pero en condiciones neutras o de pH más alto, el Fe2+ solo es estable en condiciones reductoras. En presencia de oxígeno, el Fe2+ se oxida rápidamente a la forma trivalente, produciendo precipitados sólidos que contienen Fe3+. La eliminación de impurezas de Fe3+ de la arcilla de caolín industrial se logra típicamente mediante técnicas físicas (separación magnética, floculación selectiva) y químico tratamiento en condiciones ácidas o reductoras.
El bisulfito de sodio, también conocido como metabisulfito de sodio o pirosulfito de sodio, ha reducido y lixiviado eficazmente el hierro de la arcilla de caolín y actualmente se utiliza en la industria del caolín. Sin embargo, este método debe llevarse a cabo en condiciones fuertemente ácidas (pH < 3), lo que genera altos costos operativos e impactos ambientales. Además, las propiedades químicas del bisulfito de sodio son inestables, lo que requiere medidas especiales y costosas de almacenamiento y transporte.
La urea con dióxido de azufre es un fuerte agente reductor ampliamente utilizado en el procesamiento del cuero, la impresión y teñido de textiles, la fabricación de papel y el blanqueo. En comparación con otros agentes reductores como el borohidruro y el polvo de seguro, la urea con dióxido de azufre tiene una gran capacidad reductora, es respetuoso con el medio ambiente, tiene una baja tasa de descomposición, es segura y tiene un bajo costo de producción a granel. El Fe3+ insoluble en caolín se puede reducir a Fe2+ soluble mediante dióxido de azufre urea. Posteriormente, mediante el proceso de filtración y lavado se puede incrementar la blancura del caolín. La urea con dióxido de azufre es muy estable a temperatura ambiente y condiciones neutras, y su fuerte capacidad reductora solo se puede obtener en condiciones alcalinas fuertes (pH>10) o calentamiento (T>70 °C), lo que genera mayores costos operativos y dificultades operativas. .
método de oxidación
El tratamiento de oxidación implica el uso de ozono, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio e hipoclorito de sodio para eliminar las capas de carbón adsorbidas y mejorar la blancura. En áreas debajo de capas de cobertura más gruesas, la arcilla de caolín aparece gris y el hierro en la arcilla se reduce.
Utilizando agentes oxidantes fuertes como el ozono o el hipoclorito de sodio, el FeS2 insoluble en pirita se oxida a Fe2+ soluble, que luego se elimina del sistema mediante lavado con agua.
Lixiviación ácida
Sidhu et al. utilizó lixiviación con ácido clorhídrico y perclórico para tratar óxidos e hidróxidos de hierro. Sin embargo, la eliminación industrial de óxido de hierro de minas de arcilla o arena de alta pureza utilizando ácido sulfúrico y otros ácidos inorgánicos tiene limitaciones importantes, ya que el ácido residual después del tratamiento puede contaminar las materias primas utilizadas en la producción cerámica.
Comparado con otros ácidos orgánicos, el ácido oxálico es el más prometedor debido a su acidez, buenas propiedades quelantes y alto poder reductor. Usando ácido oxálico, el hierro disuelto se puede precipitar de la solución de lixiviación como oxalato de hierro, que se puede procesar aún más mediante calcinación para formar hematita pura. El ácido oxálico se puede obtener de forma económica a partir de otros procesos industriales, y cualquier sal de oxalato restante en el material tratado se descompondrá en dióxido de carbono durante la etapa de cocción de la fabricación de cerámica.
Método de calcinación a alta temperatura.
El caolín cambia de estructura y fase durante la calcinación a alta temperatura, que se puede dividir en dos procesos: eliminación del agua estructural y transformación de fase. La calcinación es el proceso utilizado para producir productos de caolín de alta calidad. Se producen dos grados diferentes de caolín calcinado según la temperatura de procesamiento. La calcinación a temperaturas entre 650 y 700 °C elimina los grupos hidroxilo estructurales y evapora el vapor de agua, lo que da como resultado una mayor elasticidad y opacidad del caolín, que son propiedades ideales para aplicaciones de recubrimiento de papel. Además, calentar el caolín a 1000-1050°C puede aumentar su rendimiento de molienda y lograr una blancura 92-95%.
Método de calcinación por cloración.
Jackson estudió la cloración de minerales de caolín para eliminar impurezas, principalmente hierro y titanio, para lograr el blanqueo de minerales. El método de cloración elimina el hierro y el titanio de los minerales arcillosos, especialmente el caolín. El proceso implica altas temperaturas (700 ℃-1000 ℃), momento en el que la caolinita sufre una deshidroxilación y se transforma en metacaolinita. A temperaturas aún más altas, se forman las fases de espinela y mullita. Estas transformaciones aumentan la hidrofobicidad, la dureza y la tamaño de partícula Mediante sinterización. Los minerales tratados se pueden utilizar en diversas industrias, como la del papel, el PVC, el caucho, los plásticos, los adhesivos, el pulido y la pasta de dientes. La mayor hidrofobicidad de estos minerales los hace más compatibles con los sistemas orgánicos.