O óxido de ferro na argila de caulim prejudica sua cor, reduzindo seu brilho e resistência ao fogo, o que diminuirá significativamente seu preço comercial. Mesmo uma pequena quantidade de óxido de ferro, hidróxido e óxido hidratado, como 0,4%, é suficiente para colorir o sedimento argiloso de avermelhado a amarelado. Esses óxidos e hidróxidos de ferro podem ser hematita (vermelho), magnetita (marrom-avermelhado), goethita (amarelo-acastanhado), limonita (laranja) e óxido de ferro hidratado (marrom-avermelhado), entre outros. Portanto, o primeiro passo de beneficiamento para dar valor comercial a essas matérias-primas é remover efetivamente o óxido de ferro da argila de caulim.
método de lavagem com água
O processo de lavagem com água para produção de caulim revestimento e enchimento envolve várias etapas. Primeiramente, a argila bruta é transformada em uma pasta. Para separar o caulim do mineral impurezas como quartzo e mica e classificá-lo em três graus (fino, médio e grosso), a pasta deve consistir em partículas minerais individuais separadas e suspensas em água. As partículas de caulim têm cargas opostas em suas bordas e superfícies no misturador, fazendo com que elas se atraiam e formem flocos. Dispersantes como polifosfato de sódio são adicionados para separar as partículas nos flocos. A pasta de argila é bombeada do misturador para tanques de decantação e telas para remover areia e cascalho maiores que 44 micrômetros. Após as partículas de areia serem removidas, o caulim desejado é obtido.
Separação magnética
O processo de separação magnética baseia-se na diferença de suscetibilidade magnética entre os diferentes tipos de minerais para separá-los. As impurezas coloridas do caulim, como rutilo, hematita, magnetita, mica e pirita, são naturalmente magnéticas. A separação magnética de alta intensidade alcançou sucesso significativo no beneficiamento de minerais industriais.
Flutuação
O método de flotação tem sido aplicado para processar caulim de depósitos primários e secundários. Durante o processo de flotação, as partículas de caulinita e mica são separadas, resultando em materiais purificados adequados para uso industrial. A separação por flotação seletiva de caulinita e feldspato é geralmente conduzida em uma pasta aquosa com acidez ou alcalinidade controlada.
Método de redução
O ferro trivalente é solúvel somente em condições ácidas com pH 3 ou menor. O ferro ferroso é solúvel em uma faixa mais ampla de acidez, mas sob condições de pH neutro ou maior, o Fe2+ é estável somente sob condições redutoras. Na presença de oxigênio, o Fe2+ é rapidamente oxidado para a forma trivalente, produzindo precipitados sólidos contendo Fe3+. A remoção de impurezas de Fe3+ da argila de caulim industrial é tipicamente obtida por meio de técnicas físicas (separação magnética, floculação seletiva) e químico tratamento sob condições ácidas ou redutoras.
O bissulfito de sódio, também conhecido como metabissulfito de sódio ou pirossulfito de sódio, reduziu e lixiviou efetivamente o ferro da argila de caulim e está sendo usado atualmente na indústria de caulim. Porém, este método deve ser realizado em condições fortemente ácidas (pH < 3), resultando em elevados custos operacionais e impactos ambientais. Além disso, as propriedades químicas do bissulfito de sódio são instáveis, exigindo arranjos especiais e caros de armazenamento e transporte.
A ureia de dióxido de enxofre é um forte agente redutor amplamente utilizado no processamento de couro, impressão e tingimento de têxteis, fabricação de papel e branqueamento. Em comparação com outros agentes redutores, como borohidreto e pó de seguro, o dióxido de enxofre ureia tem forte capacidade redutora, respeito ao meio ambiente, baixa taxa de decomposição, segurança e baixo custo de produção a granel. O Fe3+ insolúvel no caulim pode ser reduzido a Fe2+ solúvel pelo dióxido de enxofre uréia. Posteriormente, através do processo de filtração e lavagem, a brancura do caulim pode ser aumentada. A uréia de dióxido de enxofre é muito estável à temperatura ambiente e em condições neutras, e sua forte capacidade redutora só pode ser obtida sob fortes condições alcalinas (pH>10) ou aquecimento (T>70°C), o que leva a maiores custos operacionais e dificuldades operacionais .
Método de oxidação
O tratamento de oxidação envolve o uso de ozônio, peróxido de hidrogênio, permanganato de potássio e hipoclorito de sódio para remover camadas de carbono adsorvidas e melhorar a brancura. Nas áreas abaixo de camadas de cobertura mais espessas, a argila de caulim parece cinza e o ferro na argila é reduzido.
Usando agentes oxidantes fortes, como ozônio ou hipoclorito de sódio, o FeS2 insolúvel na pirita é oxidado em Fe2+ solúvel, que é então removido do sistema por meio de lavagem com água.
Lixiviação ácida
Sidhu et al. utilizou lixiviação com ácido clorídrico e perclórico para tratar óxidos e hidróxidos de ferro. No entanto, a remoção industrial de óxido de ferro de minas de argila ou areia de alta pureza utilizando ácido sulfúrico e outros ácidos inorgânicos tem limitações significativas, uma vez que o ácido residual após o tratamento pode contaminar as matérias-primas utilizadas na produção cerâmica.
Comparado a outros ácidos orgânicos, o ácido oxálico é o mais promissor devido à sua acidez, boas propriedades quelantes e alto poder redutor. Usando ácido oxálico, o ferro dissolvido pode ser precipitado da solução de lixiviação como ferro oxalato, que pode ser posteriormente processado por calcinação para formar hematita pura. O ácido oxálico pode ser obtido de forma barata a partir de outros processos industriais, e quaisquer sais de oxalato remanescentes no material tratado se decomporão em dióxido de carbono durante a fase de queima da fabricação de cerâmica.
Método de calcinação em alta temperatura
O caulim muda de estrutura e fase durante a calcinação em alta temperatura, que pode ser dividida em dois processos: remoção de água estrutural e transformação de fase. A calcinação é o processo usado para produzir produtos de caulim de alta qualidade. Dois tipos diferentes de caulim calcinado são produzidos com base na temperatura de processamento. A calcinação em temperaturas entre 650-700°C remove grupos hidroxila estruturais e evapora o vapor de água, resultando em maior elasticidade e opacidade do caulim, que são propriedades ideais para aplicações de revestimento de papel. Além disso, o aquecimento do caulim a 1000-1050°C pode aumentar seu desempenho de moagem e atingir a brancura 92-95%.
Método de calcinação por cloração
Jackson estudou a cloração de minerais de caulim para remover impurezas, principalmente ferro e titânio, para atingir o branqueamento mineral. O método de cloração remove ferro e titânio de minerais de argila, especialmente caulim. O processo envolve altas temperaturas (700℃-1000℃), ponto em que a caulinita sofre desidroxilação e se transforma em metacaulinita. Em temperaturas ainda mais altas, as fases espinélio e mulita são formadas. Essas transformações aumentam a hidrofobicidade, dureza e tamanho da partícula por sinterização. Os minerais tratados podem ser usados em várias indústrias, como papel, PVC, borracha, plásticos, adesivos, polimento e pasta de dente. A maior hidrofobicidade desses minerais os torna mais compatíveis com sistemas orgânicos.