Kaolien is een niet-metallisch mineraal, voornamelijk samengesteld uit kaolinietkleimineralen, met de chemische formule Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. Afhankelijk van de geologische oorsprong kan kaolien worden onderverdeeld in primaire en secundaire kaolien. Op basis van industriële toepassingen kan het worden gecategoriseerd als harde en zachte kaolien. Kaolien uit steenkoollagen is een typische harde kaolien en wordt voornamelijk gebruikt als grondstof voor de productie van gecalcineerde kaolien. Zachte kaolien verwijst voornamelijk naar secundaire, sedimentaire kaolien, die vooral wordt gebruikt in keramiek, papier en coatings. Zandige kaolien, die een grote hoeveelheid kwartszand bevat, wordt in verschillende toepassingen gebruikt, afhankelijk van de zuiverheid na verwijdering van het zand.
Afhankelijk van de verwerkingsmethode kan kaolien worden onderverdeeld in gewassen kaolien, gecalcineerde kaolien en gemodificeerde kaolien.
Vanwege zijn unieke fysische en chemische eigenschappen wordt kaolien veelvuldig gebruikt in diverse sectoren, waaronder keramiek, papier, coatings, rubber, kunststoffen, vuurvaste materialen, huishoudelijke chemicaliën, landbouwproducten, glasvezel, katalysatoren en farmaceutische producten.
Steenkoolafval is een vast afvalproduct dat ontstaat tijdens de winning en het wassen van steenkool. Het is een mineraal dat voorkomt in steenkoolhoudende sedimentaire gesteentelagen en bestaat voornamelijk uit kaoliniet en kwarts. Het kaolinietgehalte bedraagt doorgaans ongeveer 701 TP3T, waardoor het een kaolien uit de steenkoolserie is. Steenkoolafval kan worden gebruikt voor de productie van kaolienproducten, met name hoogwaardige gecalcineerde kaolienproducten.
Steenkoolafval wordt al lange tijd opgeslagen als bulkindustrieafval, wat land in beslag neemt en het milieu vervuilt. Door steenkoolafval te verwerken tot hoogwaardige kaolienproducten worden niet alleen de milieuproblemen aangepakt die door steenkoolafval worden veroorzaakt, maar wordt ook voldaan aan de marktvraag naar kaolien, wat zowel milieu- als economische voordelen oplevert.
Huidige technologieën voor de productie van kaolien uit steenkoolafval
China beschikt over overvloedige steenkoolafvalreserves, maar de aanwezigheid van ijzer, titaniumverontreinigingen en organische koolstof heeft de ontwikkeling van de kaolienproductie beperkt. De afgelopen jaren is er echter aanzienlijke vooruitgang geboekt in de productie van kaolien uit steenkoolafval. De belangrijkste productieprocessen omvatten ertsbewerking, zuivering, delaminatie, ultrafijn malen, calcineren en oppervlaktemodificatie.
1. Ertsbewerking en -zuivering
Bij de verwerking en zuivering van erts worden handmatig of mechanisch ganggesteente en ijzerhoudende mineralen (zoals pyriet) uit het steenkoolganggesteente verwijderd. Technieken zoals scheiding met zware media en foto-elektrische sortering worden veelvuldig gebruikt. Vervolgens worden breken, malen en sterke magnetische scheiding toegepast om onzuiverheden zoals ijzer, titanium en kwarts te verwijderen, waardoor de zuiverheid van het ruwe materiaal toeneemt.
2. Delaminatie
Delaminatie maakt gebruik van de gelaagde structuur van kaolinietkristallen in steenkoolafval en de zwakke interlaagkrachten. Fysische of chemische methoden worden gebruikt om kaoliniet te scheiden in ultradunne, fijne vlokken. Momenteel gangbare methoden zijn onder andere maaldelaminatie, hogesnelheidsstraalmethoden en chemische delaminatie. Door chemische stoffen toe te voegen tijdens het malen, overwinnen de gecombineerde chemische en mechanische krachten de interlaagkrachten en verwijderen ze gekleurde onzuiverheden. Daaropvolgende sedimentatie, centrifugatie, magnetische scheiding of bleken verbetert de witheid en fijnheid van de kaolien.
3. Ultrafijn slijpen
Ultrafijn malen van kaolien is een cruciale stap in de diepgaande verwerking en waardevermeerdering. Het doel is om de deeltjesvorm en -grootteverdeling van kaolien fysiek te veranderen, waardoor de fysische en chemische eigenschappen aanzienlijk verbeteren of nieuwe eigenschappen ontstaan. Hierdoor kan kaolien voldoen aan de eisen van hoogwaardige toepassingen. Apparatuur zoals kogelmolens, Raymond-molens, Europese molens en straalmolens worden veelvuldig gebruikt, doorgaans in combinatie met dispersie-, deagglomeratie- en classificatiesystemen om de fijnheid van het poeder te garanderen.
4. Calcinatie
Calcinatie omvat het verhitten van steenkoolafvalpoeder, na verrijking, delaminatie en vermaling, bij specifieke temperaturen. De doelstellingen zijn het verwijderen van organische koolstof en andere mineralen om de witheid van kaolien te verbeteren, het verwijderen van water en hydroxylgroepen uit kaoliniet om het porievolume en de chemische activiteit te vergroten, en het verbeteren van de fysische eigenschappen. De resulterende gecalcineerde kaolien kan direct in diverse toepassingen worden gebruikt of verder worden verwerkt door middel van oppervlaktemodificatie en composiettechnieken.
5. Oppervlaktemodificatie
Oppervlaktemodificatie van kaolien houdt in dat het oppervlak van het poeder wordt behandeld met fysische, mechanische of chemische methoden, afhankelijk van de toepassingseisen. Het doel is om de fysische en chemische eigenschappen te veranderen om te voldoen aan de behoeften van nieuwe materialen en technologieën. Veelgebruikte middelen zijn silaan- en titanaatkoppelingsmiddelen. Gemodificeerd kaolien vindt toepassingen in kunststoffen, rubber en coatings.
Momenteel ondervindt de kaolienproductie uit steenkoolafval de volgende beperkingen:
- Er worden hoge eisen gesteld aan de chemische samenstelling van steenkoolafval, waardoor steenkoolafval met een laag ijzer- en titaniumgehalte als grondstof vereist is.
- Sterke zure uitloging kan de verwijdering van onzuiverheden verbeteren, maar genereert grote hoeveelheden zuur afvalwater, wat een zware belasting voor het milieu vormt.
- Hoge eisen aan de procesbeheersing; een onjuiste calcineertemperatuur of -duur kan leiden tot over- of ondergecalcineerde producten, wat de witheid en activiteit beïnvloedt.
Nieuwe processen voor de productie van kaolien uit steenkoolafval
Om de beperkingen van de traditionele kaolienproductie uit steenkoolafval in China aan te pakken, hebben onderzoekers een nieuw proces ontwikkeld voor de productie van milieuvriendelijke, energiezuinige kaolien met een witheid van >90%, een deeltjesgrootte van <2 µm en een doorlaatbaarheid van >90% – de zogenaamde "Double-90" hoogwaardige gecalcineerde kaolien. Het proces maakt gebruik van ultrafijn malen + sproeidrogen + calcineren in een roterende oven en produceert tevens bouwzand en polyaluminiumijzerchloride. Het proces verloopt als volgt:
- Het fijngemalen steenkoolafval wordt eerst gesorteerd. Handmatige sortering, scheiding met zware media en foto-elektrische scheiding worden gecombineerd om het afvalmateriaal en pyriet te verwijderen. Het gescheiden afvalmateriaal wordt verder verwerkt tot bouwzand.
- Steenkoolafval, waarvan het afvalmateriaal en pyriet zijn verwijderd, wordt naar de maalinstallatie gestuurd. Na het breken, malen en bereiden van de slurry wordt het materiaal gescheiden in fijne en grove slurry. De grove slurry wordt teruggevoerd voor ultrafijn malen, en de fijne slurry ondergaat een verdere ultrafijne maling.
- De ultrafijn gemalen steenkoolafvalbrij wordt naar de ijzerverwijderingsinstallatie gestuurd. Anorganische zuren worden gebruikt om sporen van ijzer en titanium te verwijderen, waarbij ook een kleine hoeveelheid aluminium oplost.
- De ijzervrije slurry wordt gefilterd, tot pulp verwerkt en gedispergeerd. Er worden witmakers toegevoegd, gevolgd door sproeidrogen om steenkoolafvalpoeder te verkrijgen. Dit poeder wordt vervolgens gecalcineerd in een roterende oven of door middel van suspensiecalcinatie om "Double-90" kaolien te produceren dat voldoet aan de vereiste witheid en fijnheid.
- Het filtraat van de ijzerverwijdering bevat aluminiumzouten en een kleine hoeveelheid ijzerzouten. Het wordt hergebruikt als toevoerslurry voor fijnmalen. Wanneer de aluminium- en ijzerconcentratie het gewenste niveau bereikt, ondergaat het precipitatie, filtratie en wordt het verwerkt tot een gemengd hydroxide van aluminium en ijzer. Het gemengde hydroxide wordt vervolgens met zuur behandeld, gepolymeriseerd en gedroogd om vast polyaluminiumferrichloride te produceren.
Dit proces produceert geen afvalstoffen of afvalwater.
Conclusie
De productie van kaolien uit steenkoolafval is een beproefde en effectieve manier om steenkoolafval te benutten. Het gebruik van steenkoolafval als grondstof voor de kaolienproductie vergroot niet alleen de mogelijkheden voor grondstoffenbenutting, maar biedt ook een nieuwe weg voor industriële transformatie in steenkoolproducerende gebieden. Bovendien voldoet het aan de vraag naar kaolien in het kader van de nationale economische ontwikkeling.
Het nieuwe, emissievrije proces voor de productie van kaolien uit steenkoolafval biedt met name uitstekende milieu-, economische en sociale voordelen. De bevordering en toepassing ervan zullen bredere perspectieven openen voor de ontwikkeling van de Chinese industrie voor de verwerking van steenkoolafval.
Bedankt voor het lezen. Ik hoop dat mijn artikel je helpt. Laat hieronder een reactie achter. Je kunt ook contact opnemen met de klantenservice van Zelda Online voor verdere vragen.
— Geplaatst door Emily Chen