Kaolin is a type of non-metallic mineral, mainly composed of kaolinite clay minerals, with the chemical formula Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. According to geological origin, kaolin can be divided into primary kaolin and secondary kaolin. Based on industrial applications, it can be categorized as hard kaolin and soft kaolin. Among them, coal-series kaolin is a typical hard kaolin and is mainly used as a raw material for producing calcined kaolin. Soft kaolin mainly refers to secondary, sedimentary kaolin, which is mainly used in ceramics, paper, and coatings. Sandy kaolin, which contains a large amount of quartz sand, is used in different fields depending on its purity after sand removal.
加工方法によって、カオリンは洗浄カオリン、焼成カオリン、および改質カオリンに分類できる。.
カオリンは、その独特な物理的・化学的特性により、セラミックス、紙、塗料、ゴム、プラスチック、耐火材料、日用化学品、農業資材、グラスファイバー、触媒、医薬品など、様々な分野で幅広く利用されている。.
石炭脈石は、石炭採掘および選炭作業中に発生する固形廃棄物です。石炭を含む堆積岩層に付随する鉱物であり、主にカオリナイトと石英から構成されています。一般的に、カオリナイト含有量は約70%で、石炭系カオリンに分類されます。石炭脈石は、カオリン製品、特に高品質の焼成カオリン製品の製造に利用できます。.
石炭ボタは長年、大量の産業廃棄物として積み上げられ、土地を占有し、環境を汚染してきた。石炭ボタを高品質のカオリン製品に加工することは、石炭ボタによる環境問題の解決につながるだけでなく、カオリンの市場需要にも応え、環境面と経済面の両方でメリットをもたらす。.
石炭脈石からカオリンを製造するための現在の技術
中国は豊富な石炭脈石資源を有しているが、鉄、チタン、有機炭素などの不純物が含まれているため、カオリン生産の発展が制限されてきた。近年、石炭脈石からのカオリン生産において著しい進歩が見られている。主な生産工程は、鉱石選鉱、精製、剥離、超微粉砕、焼成、表面改質などである。.
1. 鉱石の選鉱と精製
鉱石の選鉱と精製は、石炭脈石から脈石や鉄含有鉱物（黄鉄鉱など）を手作業または機械的に除去する工程です。重液分離や光電選鉱などの技術が一般的に用いられます。その後、鉄、チタン、石英などの不純物を除去するために、さらに破砕、粉砕、強力な磁気分離が行われ、原料の純度が高められます。.
2. 層間剥離
層状剥離は、石炭脈石中のカオリナイト結晶の層状構造と、その弱い層間力を利用した技術です。カオリナイトを極薄の微細な薄片に分離するために、物理的または化学的な方法が用いられます。現在、確立された方法としては、粉砕剥離法、高速ジェット法、化学剥離法などがあります。粉砕時に化学薬品を添加することで、化学力と機械力が相乗的に作用し、層間力を克服して着色不純物を除去することができます。その後、沈殿、遠心分離、磁気分離、または漂白を行うことで、カオリンの白色度と粒度を向上させることができます。.
3. 超微粉砕
カオリンの超微粉砕は、高度な加工と付加価値向上において重要な工程です。その目的は、カオリンの粒子形状と粒度分布を物理的に変化させ、物理的および化学的特性を大幅に改善または新たな特性を付与することです。これにより、カオリンはハイエンド用途の要求を満たすことができます。ボールミル、レイモンドミル、ヨーロッパ式ミル、ジェットミルなどの装置が一般的に使用され、通常は分散、脱凝集、分級システムと組み合わせて粉末の微細度を確保します。.
4. 焼成
焼成とは、選鉱、剥離、粉砕後の石炭脈石粉末を特定の温度で熱処理する工程です。その目的は、有機炭素やその他の鉱物を除去してカオリンの白色度を向上させること、カオリナイトから水と水酸基を除去して細孔容積と化学活性を高めること、そして物理的特性を改善することです。得られた焼成カオリンは、様々な分野で直接使用することも、表面改質や複合化技術によってさらに加工することも可能です。.
5. 表面改質
カオリンの表面改質とは、用途に応じて物理的、機械的、または化学的方法を用いて粉末の表面を処理することである。その目的は、新しい材料や技術のニーズを満たすために、物理的および化学的特性を変化させることである。一般的に使用される薬剤には、シラン系およびチタン酸系カップリング剤がある。改質カオリンは、プラスチック、ゴム、およびコーティング剤などの用途に用いられる。
現在、石炭脈石を原料とするカオリン生産には、以下のような制約がある。
- 石炭脈石には高い化学組成要件があり、原料として低鉄分・低チタンの石炭脈石が求められる。.
- 強酸浸出は不純物除去効果を高めることができるが、大量の酸性廃水を発生させるため、環境に大きな負荷を与える。.
- 高度な工程管理が求められる。焼成温度や焼成時間が不適切だと、過焼成または焼成不足の製品となり、白色度や活性に影響を与える可能性がある。.
石炭脈石からカオリンを製造するための新しいプロセス
To address the limitations of traditional coal gangue kaolin production in China, researchers have developed a new process aimed at producing environmentally friendly, low-consumption kaolin with a whiteness >90%, particle size <2 µm, and passing rate >90%—referred to as the “Double-90” high-quality calcined kaolin. The process uses ultrafine grinding + spray drying + rotary kiln calcination, and co-produces construction sand and polyaluminum ferric chloride. The process is as follows:
- 予備粉砕された石炭脈石は選別工程に送られます。脈石と黄鉄鉱を除去するために、手作業による選別、重液分離、光電分離が組み合わされます。分離された脈石はさらに加工され、建設用砂となります。.
- 脈石と黄鉄鉱を除去した石炭脈石は、粉砕工程に送られます。破砕、粉砕、スラリー調製後、材料は微細スラリーと粗大スラリーに分類されます。粗大スラリーは超微粉砕工程に戻され、微細スラリーはさらに超微粉砕されます。.
- 超微粉砕された石炭脈石スラリーは、鉄分除去工程に送られる。無機酸を用いて微量の鉄とチタンを除去するが、少量のアルミニウムも同時に溶解する。.
- 鉄分を除去したスラリーを濾過、パルプ化、分散する。漂白剤を添加した後、噴霧乾燥して石炭脈石粉末を得る。得られた粉末を回転窯または懸濁焼成により焼成し、所定の白色度と粒度を満たす「ダブル90」カオリンを製造する。.
- 鉄分除去後のろ液には、アルミニウム塩と少量の鉄塩が含まれています。これは微粉砕用の原料スラリーとして再利用されます。アルミニウムと鉄の濃度が所定のレベルに達すると、沈殿、ろ過を経て、アルミニウムと鉄の混合水酸化物に加工されます。この混合水酸化物は、さらに酸浸出、重合、乾燥を経て、固体状のポリ塩化アルミニウム鉄(III)が生成されます。.
このプロセスでは、廃棄物や廃水は一切発生しません。.
結論
石炭脈石からカオリンを生産することは、石炭脈石資源の有効活用において成熟した効果的な方法である。石炭脈石をカオリン生産の原料として利用することは、資源利用の道筋を広げるだけでなく、石炭産出地域における産業構造転換の新たな道を開く。さらに、国家経済建設におけるカオリン資源の需要を満たすことにもつながる。.
特に、排出ガスゼロの新しい石炭ボタ由来カオリン製造プロセスは、環境、経済、社会面で優れたメリットをもたらします。その普及と応用は、中国の石炭ボタ資源利用産業の発展に、より幅広い展望を切り開くでしょう。.
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— 投稿者 エミリー・チェン