IJzeroxide in kaolineklei heeft een nadelig effect op de kleur, waardoor de helderheid en brandwerendheid afnemen, waardoor de commerciële prijs aanzienlijk zal dalen. Zelfs een kleine hoeveelheid ijzeroxide, hydroxide en gehydrateerd oxide, zoals 0,4%, is voldoende om het kleisediment roodachtig tot geelachtig te kleuren. Deze ijzeroxiden en hydroxiden kunnen onder andere hematiet (rood), magnetiet (roodachtig bruin), goethiet (bruingeel), limoniet (oranje) en gehydrateerd ijzeroxide (roodachtig bruin) zijn. Daarom is de eerste stap om deze grondstoffen commerciële waarde te geven het effectief verwijderen van ijzeroxide uit kaolineklei.
waterwasmethode
Het waterwasproces voor het produceren van kaoliencoating en vulmiddel omvat verschillende stappen. Eerst wordt van de ruwe klei een slurry gemaakt. Om kaolien te scheiden van minerale onzuiverheden zoals kwarts en mica en het in drie klassen te classificeren (fijn, medium en grof), moet de slurry bestaan uit afzonderlijke minerale deeltjes die gescheiden en in water gesuspendeerd zijn. De kaoliendeeltjes hebben tegengestelde ladingen aan hun randen en oppervlakken in de menger, waardoor ze elkaar aantrekken en vlokken vormen. Dispergeermiddelen zoals natriumpolyfosfaat worden toegevoegd om de deeltjes in de vlokken te scheiden. De kleislurry wordt vanuit de menger naar bezinktanks en zeven gepompt om zand en grind groter dan 44 micrometer te verwijderen. Nadat de zanddeeltjes zijn verwijderd, wordt het gewenste kaolien verkregen.
Magnetische scheiding
Het magnetische scheidingsproces is gebaseerd op het verschil in magnetische gevoeligheid tussen verschillende soorten mineralen om ze te scheiden. Gekleurde onzuiverheden in kaolien, zoals rutiel, hematiet, magnetiet, mica en pyriet, zijn van nature magnetisch. Magnetische scheiding met hoge intensiteit heeft aanzienlijk succes geboekt bij de verrijking van industriële mineralen.
Flotatie
De flotatiemethode is toegepast om kaolien uit primaire en secundaire afzettingen te verwerken. Tijdens het flotatieproces worden kaoliniet- en micadeeltjes gescheiden, wat resulteert in gezuiverde materialen die geschikt zijn voor industrieel gebruik. De selectieve flotatiescheiding van kaoliniet en veldspaat wordt gewoonlijk uitgevoerd in een waterslurry met gecontroleerde zuurgraad of alkaliteit.
Reductiemethode
Driewaardig ijzer is alleen oplosbaar in zure omstandigheden met een pH van 3 of lager. Ferro-ijzer is oplosbaar binnen een breder zuurgraadbereik, maar onder neutrale of hogere pH-omstandigheden is Fe2+ alleen stabiel onder reducerende omstandigheden. In aanwezigheid van zuurstof wordt Fe2+ snel geoxideerd tot de driewaardige vorm, waardoor vaste neerslagen ontstaan die Fe3+ bevatten. Het verwijderen van Fe3+-onzuiverheden uit industriële kaolineklei wordt doorgaans bereikt door middel van fysische technieken (magnetische scheiding, selectieve uitvlokking) en chemische behandeling onder zure of reducerende omstandigheden.
Natriumbisulfiet, ook bekend als natriummetabisulfiet of natriumpyrosulfiet, heeft effectief ijzer uit kaolienklei gereduceerd en uitgeloogd en wordt momenteel in de porseleinaarde-industrie gebruikt. Deze methode moet echter worden uitgevoerd onder sterk zure omstandigheden (pH < 3), wat resulteert in hoge bedrijfskosten en gevolgen voor het milieu. Bovendien zijn de chemische eigenschappen van natriumbisulfiet onstabiel, waardoor speciale en dure opslag- en transportvoorzieningen nodig zijn.
Zwaveldioxide-ureum is een sterk reductiemiddel dat veel wordt gebruikt bij de verwerking van leer, het bedrukken en verven van textiel, het maken van papier en het bleken. Vergeleken met andere reductiemiddelen zoals boorhydride en verzekeringspoeder heeft zwaveldioxide-ureum een sterk reducerend vermogen, milieuvriendelijkheid, lage ontledingssnelheid, veiligheid en lage productiekosten in bulk. Onoplosbaar Fe3+ in kaolien kan door zwaveldioxide-ureum worden gereduceerd tot oplosbaar Fe2+. Vervolgens kan door het filtratie- en wasproces de witheid van kaolien worden verhoogd. Zwaveldioxide-ureum is zeer stabiel bij kamertemperatuur en neutrale omstandigheden, en het sterke reducerende vermogen ervan kan alleen worden verkregen onder sterk alkalische omstandigheden (pH>10) of verwarming (T>70°C), wat leidt tot hogere bedrijfskosten en operationele problemen. .
Oxidatie methode
Oxidatiebehandeling omvat het gebruik van ozon, waterstofperoxide, kaliumpermanganaat en natriumhypochloriet om geadsorbeerde koolstoflagen te verwijderen en de witheid te verbeteren. In gebieden onder dikkere deklagen ziet de kaolienklei er grijs uit en is het ijzer in de klei verminderd.
Met behulp van sterke oxidatiemiddelen zoals ozon of natriumhypochloriet wordt onoplosbaar FeS2 in pyriet geoxideerd tot oplosbaar Fe2+, dat vervolgens door wassen met water uit het systeem wordt verwijderd.
Zure uitloging
Sidhu et al. gebruikte zoutzuur- en perchloorzuuruitloging om ijzeroxiden en hydroxiden te behandelen. De industriële verwijdering van ijzeroxide uit zeer zuivere klei- of zandmijnen met behulp van zwavelzuur en andere anorganische zuren heeft echter aanzienlijke beperkingen, aangezien het resterende zuur na behandeling de grondstoffen die bij de keramische productie worden gebruikt, kan vervuilen.
Vergeleken met andere organische zuren is oxaalzuur het meest veelbelovend vanwege zijn zuurgraad, goede chelaatvormende eigenschappen en hoog reducerend vermogen. Met behulp van oxaalzuur kan opgelost ijzer uit de uitloogoplossing worden neergeslagen als oxalaatijzer, dat door calcineren verder kan worden verwerkt tot zuiver hematiet. Oxaalzuur kan goedkoop worden verkregen uit andere industriële processen, en eventuele resterende oxalaatzouten in het behandelde materiaal zullen tijdens de bakfase van de keramische productie worden afgebroken tot kooldioxide.
Calcineringsmethode bij hoge temperatuur
Kaolien verandert van structuur en fase tijdens calcineren bij hoge temperatuur, wat kan worden onderverdeeld in twee processen: verwijdering van structureel water en fasetransformatie. Calcineren is het proces dat wordt gebruikt om hoogwaardige kaolienproducten te produceren. Er worden twee verschillende soorten gecalcineerd kaolien geproduceerd op basis van de verwerkingstemperatuur. Calcineren bij temperaturen tussen 650-700°C verwijdert structurele hydroxylgroepen en verdampt waterdamp, wat resulteert in een verhoogde elasticiteit en ondoorzichtigheid van kaolien, wat ideale eigenschappen zijn voor papiercoatingtoepassingen. Bovendien kan het verwarmen van kaolien op 1000-1050°C de maalprestaties verbeteren en een witheid van 92-95% bereiken.
Chloreringscalcineringsmethode
Jackson bestudeerde de chlorering van kaolienmineralen om onzuiverheden, voornamelijk ijzer en titanium, te verwijderen om mineraalbleken te bereiken. De chloreringsmethode verwijdert ijzer en titanium uit kleimineralen, vooral kaolien. Het proces omvat hoge temperaturen (700℃-1000℃), waarna kaoliniet dehydroxylering ondergaat en verandert in metakaoliniet. Bij nog hogere temperaturen worden spinel- en mullietfasen gevormd. Deze transformaties verhogen de hydrofobiciteit, hardheid en deeltjesgrootte van de kaoliendeeltjes door middel van sinteren. De behandelde mineralen kunnen in verschillende industrieën worden gebruikt, zoals papier, PVC, rubber, kunststoffen, lijmen, polijsten en tandpasta. De hogere hydrofobiciteit van deze mineralen maakt ze beter compatibel met organische systemen.
