Oxit sắt trong đất sét cao lanh có ảnh hưởng xấu đến màu sắc, làm giảm độ sáng và khả năng chống cháy, điều này sẽ làm giảm đáng kể giá thương mại của nó. Ngay cả một lượng nhỏ oxit sắt, hydroxit và oxit ngậm nước, chẳng hạn như 0,4%, cũng đủ để tạo màu cho trầm tích đất sét có màu đỏ đến hơi vàng. Các oxit và hydroxit sắt này có thể là hematit (màu đỏ), magnetite (nâu đỏ), goethite (vàng nâu), limonit (cam) và oxit sắt ngậm nước (nâu đỏ), cùng nhiều loại khác. Vì vậy, bước làm giàu đầu tiên để mang lại giá trị thương mại cho những nguyên liệu thô này là loại bỏ hiệu quả oxit sắt khỏi đất sét cao lanh.
phương pháp rửa nước
Quá trình rửa nước để sản xuất cao lanh lớp phủ và chất độn bao gồm một số bước. Đầu tiên, đất sét thô được tạo thành bùn. Để tách kaolin khỏi khoáng sản tạp chất như thạch anh và mica và phân loại thành ba loại (mịn, trung bình và thô), bùn phải bao gồm các hạt khoáng riêng lẻ được tách ra và lơ lửng trong nước. Các hạt kaolin có điện tích trái dấu ở các cạnh và bề mặt của chúng trong máy trộn, khiến chúng thu hút nhau và tạo thành bông cặn. Các chất phân tán như natri polyphosphate được thêm vào để tách các hạt trong bông cặn. Bùn đất sét được bơm từ máy trộn đến các bể lắng và lưới để loại bỏ cát và sỏi lớn hơn 44 micromet. Sau khi các hạt cát được loại bỏ, ta thu được kaolin mong muốn.
Tách từ
Quá trình tách từ dựa trên sự khác biệt về độ nhạy từ giữa các loại khoáng chất khác nhau để tách chúng ra. Các tạp chất có màu trong cao lanh, chẳng hạn như rutil, hematit, magnetit, mica và pyrit, đều có từ tính tự nhiên. Sự tách từ cường độ cao đã đạt được thành công đáng kể trong việc làm giàu khoáng sản công nghiệp.
tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi đã được áp dụng để xử lý cao lanh từ trầm tích sơ cấp và thứ cấp. Trong quá trình tuyển nổi, các hạt kaolinit và mica được tách ra, thu được vật liệu tinh khiết phù hợp dùng trong công nghiệp. Việc tách tuyển nổi chọn lọc kaolinit và fenspat thường được tiến hành trong bùn nước có độ axit hoặc kiềm được kiểm soát.
Phương pháp giảm
Sắt hóa trị ba chỉ hòa tan trong điều kiện axit có độ pH bằng 3 hoặc thấp hơn. Sắt (II) hòa tan trong phạm vi độ axit rộng hơn, nhưng trong điều kiện trung tính hoặc độ pH cao hơn, Fe2+ chỉ ổn định trong điều kiện khử. Khi có oxy, Fe2+ nhanh chóng bị oxy hóa thành dạng hóa trị ba, tạo ra chất kết tủa rắn chứa Fe3+. Việc loại bỏ tạp chất Fe3+ khỏi đất sét cao lanh công nghiệp thường đạt được thông qua các kỹ thuật vật lý (tách từ, keo tụ chọn lọc) và hóa chất xử lý trong điều kiện axit hoặc khử.
Natri bisulfite, còn được gọi là natri metabisulfite hoặc natri pyrosulfite, có tác dụng khử và lọc sắt từ đất sét cao lanh một cách hiệu quả và hiện đang được sử dụng trong ngành công nghiệp cao lanh. Tuy nhiên, phương pháp này phải thực hiện trong điều kiện axit mạnh (pH < 3) dẫn đến chi phí vận hành cao và tác động đến môi trường. Hơn nữa, tính chất hóa học của natri bisulfite không ổn định, đòi hỏi phải bố trí vận chuyển và lưu trữ đặc biệt và tốn kém.
Urê sulfur dioxide là chất khử mạnh được sử dụng rộng rãi trong chế biến da, in và nhuộm dệt, sản xuất giấy và tẩy trắng. So với các chất khử khác như borohydride và bột bảo hiểm, urê sulfur dioxide có khả năng khử mạnh, thân thiện với môi trường, tốc độ phân hủy thấp, an toàn và chi phí sản xuất số lượng lớn thấp. Fe3+ không hòa tan trong cao lanh có thể bị khử thành Fe2+ hòa tan bằng urê sulfur dioxide. Sau đó, thông qua quá trình lọc và rửa, độ trắng của cao lanh có thể tăng lên. Urê sulfur dioxide rất ổn định ở nhiệt độ phòng và điều kiện trung tính, khả năng khử mạnh của nó chỉ có thể đạt được trong điều kiện kiềm mạnh (pH>10) hoặc đun nóng (T>70°C), dẫn đến chi phí vận hành cao hơn và khó khăn trong vận hành .
Phương pháp oxy hóa
Xử lý oxy hóa bao gồm sử dụng ozone, hydro peroxide, kali permanganat và natri hypochlorite để loại bỏ các lớp carbon hấp phụ và cải thiện độ trắng. Ở những khu vực bên dưới lớp phủ dày hơn, đất sét cao lanh có màu xám và hàm lượng sắt trong đất sét bị giảm.
Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như ozon hoặc natri hypoclorit, FeS2 không hòa tan trong pyrit bị oxy hóa thành Fe2+ hòa tan, sau đó được loại bỏ khỏi hệ thống thông qua quá trình rửa bằng nước.
Lọc axit
Sidhu và cộng sự. đã sử dụng phương pháp lọc axit clohydric và perchloric để xử lý oxit sắt và hydroxit. Tuy nhiên, việc loại bỏ công nghiệp oxit sắt từ các mỏ đất sét hoặc cát có độ tinh khiết cao bằng axit sulfuric và các axit vô cơ khác có những hạn chế đáng kể, vì axit dư sau khi xử lý có thể làm ô nhiễm nguyên liệu thô được sử dụng trong sản xuất gốm sứ.
So với các axit hữu cơ khác, axit oxalic có triển vọng nhất do tính axit, đặc tính chelat tốt và khả năng khử cao. Sử dụng axit oxalic, sắt hòa tan có thể được kết tủa từ dung dịch ngâm dưới dạng sắt oxalat, có thể được xử lý thêm thông qua quá trình nung để tạo thành hematit tinh khiết. Axit oxalic có thể thu được với giá rẻ từ các quy trình công nghiệp khác và mọi muối oxalat còn lại trong vật liệu đã xử lý sẽ phân hủy thành carbon dioxide trong giai đoạn nung của sản xuất gốm sứ.
Phương pháp nung ở nhiệt độ cao
Cao lanh thay đổi cấu trúc và pha trong quá trình nung ở nhiệt độ cao, có thể chia thành hai quá trình: loại bỏ nước cấu trúc và chuyển pha. Nung là quá trình được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cao lanh cao cấp. Hai loại cao lanh nung khác nhau được sản xuất dựa trên nhiệt độ xử lý. Quá trình nung ở nhiệt độ từ 650-700°C sẽ loại bỏ các nhóm hydroxyl cấu trúc và làm bay hơi hơi nước, dẫn đến tăng độ đàn hồi và độ mờ đục của cao lanh, đây là những đặc tính lý tưởng cho các ứng dụng phủ giấy. Ngoài ra, nung cao lanh ở 1000-1050°C có thể tăng hiệu suất nghiền và đạt được độ trắng 92-95%.
Phương pháp nung clo
Jackson đã nghiên cứu quá trình clo hóa khoáng chất kaolin để loại bỏ tạp chất, chủ yếu là sắt và titan, để đạt được quá trình tẩy trắng khoáng chất. Phương pháp clo hóa loại bỏ sắt và titan khỏi khoáng chất sét, đặc biệt là kaolin. Quá trình này liên quan đến nhiệt độ cao (700℃-1000℃), tại thời điểm đó kaolinite trải qua quá trình khử hydroxit và chuyển thành metakaolinite. Ở nhiệt độ cao hơn nữa, các pha spinel và mullite được hình thành. Những chuyển đổi này làm tăng tính kỵ nước, độ cứng và kích thước hạt thông qua thiêu kết. Các khoáng chất đã qua xử lý có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như giấy, PVC, cao su, nhựa, chất kết dính, đánh bóng và kem đánh răng. Tính kỵ nước cao hơn của các khoáng chất này làm cho chúng tương thích hơn với các hệ thống hữu cơ.