L'ossido di ferro nell'argilla caolino ha un effetto dannoso sul suo colore, riducendone la brillantezza e la resistenza al fuoco, il che ne ridurrà significativamente il prezzo commerciale. Anche una piccola quantità di ossido di ferro, idrossido e ossido idrato, come 0,4%, è sufficiente a colorare il sedimento di argilla da rossastro a giallastro. Questi ossidi e idrossidi di ferro possono essere ematite (rossa), magnetite (marrone rossastro), goethite (giallo brunastro), limonite (arancione) e ossido di ferro idrato (marrone rossastro), tra gli altri. Pertanto, il primo passaggio di arricchimento per dare a queste materie prime un valore commerciale è la rimozione efficace dell'ossido di ferro dall'argilla caolino.
metodo di lavaggio ad acqua
Il processo di lavaggio ad acqua per la produzione del caolino rivestimento e il riempitivo comporta diversi passaggi. Innanzitutto, l'argilla grezza viene trasformata in una poltiglia. Per separare il caolino da minerale impurità come quarzo e mica e classificarla in tre gradi (fine, media e grossa), la poltiglia deve essere composta da singole particelle minerali separate e sospese in acqua. Le particelle di caolino hanno cariche opposte sui bordi e sulle superfici nel miscelatore, il che le porta ad attrarsi e a formare fiocchi. Disperdenti come il polifosfato di sodio vengono aggiunti per separare le particelle nei fiocchi. La poltiglia di argilla viene pompata dal miscelatore a vasche di sedimentazione e setacci per rimuovere sabbia e ghiaia più grandi di 44 micrometri. Dopo aver rimosso le particelle di sabbia, si ottiene il caolino desiderato.
Separazione magnetica
Il processo di separazione magnetica si basa sulla differenza di suscettività magnetica tra diversi tipi di minerali per separarli. Le impurità colorate nel caolino, come rutilo, ematite, magnetite, mica e pirite, sono naturalmente magnetiche. La separazione magnetica ad alta intensità ha ottenuto un successo significativo nell'arricchimento dei minerali industriali.
Galleggiamento
Il metodo di flottazione è stato applicato per elaborare il caolino da depositi primari e secondari. Durante il processo di flottazione, le particelle di caolinite e mica vengono separate, dando origine a materiali purificati adatti all'uso industriale. La separazione selettiva per flottazione di caolinite e feldspato viene solitamente condotta in una sospensione acquosa con acidità o alcalinità controllata.
Metodo di riduzione
Il ferro trivalente è solubile solo in condizioni acide con un pH pari o inferiore a 3. Il ferro ferroso è solubile in un intervallo più ampio di acidità, ma in condizioni di pH neutro o più elevato, Fe2+ è stabile solo in condizioni riducenti. In presenza di ossigeno, Fe2+ viene rapidamente ossidato nella forma trivalente, producendo precipitati solidi contenenti Fe3+. La rimozione delle impurità di Fe3+ dall'argilla caolino industriale viene in genere ottenuta tramite tecniche fisiche (separazione magnetica, flocculazione selettiva) e chimico trattamento in condizioni acide o riducenti.
Il bisolfito di sodio, noto anche come metabisolfito di sodio o pirosolfito di sodio, ha ridotto e lisciviato efficacemente il ferro dall'argilla caolino ed è attualmente utilizzato nell'industria del caolino. Tuttavia, questo metodo deve essere eseguito in condizioni fortemente acide (pH < 3), con conseguenti elevati costi operativi e impatti ambientali. Inoltre, le proprietà chimiche del bisolfito di sodio sono instabili, il che richiede speciali e costosi accordi di stoccaggio e trasporto.
L'urea di anidride solforosa è un forte agente riducente ampiamente utilizzato nella lavorazione della pelle, nella stampa e tintura tessile, nella fabbricazione della carta e nello sbiancamento. Rispetto ad altri agenti riducenti come boroidruro e polvere di assicurazione, l'urea di anidride solforosa ha una forte capacità riducente, rispetto dell'ambiente, bassa velocità di decomposizione, sicurezza e bassi costi di produzione in massa. L'Fe3+ insolubile nel caolino può essere ridotto a Fe2+ solubile dall'urea di anidride solforosa. Successivamente, attraverso il processo di filtrazione e lavaggio, è possibile aumentare la bianchezza del caolino. L'urea di anidride solforosa è molto stabile a temperatura ambiente e in condizioni neutre e la sua forte capacità riducente può essere ottenuta solo in condizioni fortemente alcaline (pH>10) o riscaldamento (T>70°C), il che comporta costi operativi più elevati e difficoltà operative.
Metodo di ossidazione
Il trattamento di ossidazione prevede l'uso di ozono, perossido di idrogeno, permanganato di potassio e ipoclorito di sodio per rimuovere gli strati di carbonio adsorbiti e migliorare la bianchezza. Nelle aree sotto strati di copertura più spessi, l'argilla caolino appare grigia e il ferro nell'argilla è ridotto.
Utilizzando forti agenti ossidanti come l'ozono o l'ipoclorito di sodio, il FeS2 insolubile nella pirite viene ossidato a Fe2+ solubile, che viene poi rimosso dal sistema mediante lavaggio con acqua.
Lisciviazione acida
Sidhu et al. hanno utilizzato la lisciviazione con acido cloridrico e perclorico per trattare ossidi e idrossidi di ferro. Tuttavia, la rimozione industriale dell'ossido di ferro da miniere di argilla o sabbia ad alta purezza utilizzando acido solforico e altri acidi inorganici presenta notevoli limitazioni, poiché l'acido residuo dopo il trattamento può contaminare le materie prime utilizzate nella produzione di ceramica.
Rispetto ad altri acidi organici, l'acido ossalico è il più promettente per la sua acidità, le buone proprietà chelanti e l'elevato potere riducente. Utilizzando l'acido ossalico, il ferro disciolto può essere precipitato dalla soluzione di lisciviazione come ferro ossalato, che può essere ulteriormente elaborato tramite calcinazione per formare ematite pura. L'acido ossalico può essere ottenuto a basso costo da altri processi industriali e tutti i sali di ossalato rimanenti nel materiale trattato si decomporranno in anidride carbonica durante la fase di cottura della produzione ceramica.
Metodo di calcinazione ad alta temperatura
Il caolino cambia struttura e fase durante la calcinazione ad alta temperatura, che può essere suddivisa in due processi: rimozione dell'acqua strutturale e trasformazione di fase. La calcinazione è il processo utilizzato per produrre prodotti di caolino di alta qualità. Vengono prodotti due diversi gradi di caolino calcinato in base alla temperatura di lavorazione. La calcinazione a temperature comprese tra 650 e 700 °C rimuove i gruppi idrossilici strutturali ed evapora il vapore acqueo, con conseguente aumento dell'elasticità e dell'opacità del caolino, che sono proprietà ideali per applicazioni di rivestimento della carta. Inoltre, riscaldando il caolino a 1000-1050 °C è possibile aumentare le sue prestazioni di macinazione e ottenere una bianchezza pari a 92-95%.
Metodo di calcinazione mediante clorazione
Jackson ha studiato la clorurazione dei minerali di caolino per rimuovere le impurità, principalmente ferro e titanio, per ottenere lo sbiancamento dei minerali. Il metodo di clorurazione rimuove ferro e titanio dai minerali argillosi, in particolare il caolino. Il processo prevede alte temperature (700℃-1000℃), punto in cui la caolinite subisce una deidrossilazione e si trasforma in metacaolinite. A temperature ancora più elevate, si formano fasi di spinello e mullite. Queste trasformazioni aumentano l'idrofobicità, la durezza e dimensione delle particelle tramite sinterizzazione. I minerali trattati possono essere utilizzati in vari settori, come carta, PVC, gomma, plastica, adesivi, lucidatura e dentifricio. La maggiore idrofobicità di questi minerali li rende più compatibili con i sistemi organici.