O caulim é um tipo de mineral não metálico, composto principalmente por argilas de caulinita, com a fórmula química Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. De acordo com sua origem geológica, o caulim pode ser dividido em caulim primário e caulim secundário. Com base em suas aplicações industriais, pode ser categorizado como caulim duro e caulim macio. Dentre eles, o caulim da série do carvão é um exemplo típico de caulim duro e é utilizado principalmente como matéria-prima para a produção de caulim calcinado. O caulim macio refere-se principalmente ao caulim secundário e sedimentar, que é utilizado principalmente em cerâmica, papel e revestimentos. O caulim arenoso, que contém uma grande quantidade de areia de quartzo, é utilizado em diferentes áreas, dependendo de sua pureza após a remoção da areia.
De acordo com os métodos de processamento, o caulim pode ser dividido em caulim lavado, caulim calcinado e caulim modificado.
Devido às suas propriedades físicas e químicas únicas, o caulim é amplamente utilizado em diversos campos, incluindo cerâmica, papel, revestimentos, borracha, plásticos, materiais refratários, produtos químicos de uso diário, insumos agrícolas, fibra de vidro, catalisadores e produtos farmacêuticos.
A ganga de carvão é um resíduo sólido gerado durante a mineração e lavagem do carvão. Trata-se de um mineral associado às camadas de rochas sedimentares carboníferas, com composição mineral principalmente de caulinita e quartzo. Tipicamente, o teor de caulinita é de cerca de 70%, caracterizando-a como um caulim da série do carvão. A ganga de carvão pode ser utilizada na produção de derivados de caulim, especialmente caulim calcinado de alta qualidade.
A ganga de carvão tem sido estocada por muito tempo como resíduo industrial em grande escala, ocupando terrenos e poluindo o meio ambiente. Transformar a ganga de carvão em produtos de caulim de alta qualidade não só resolve os problemas ambientais causados pela ganga de carvão, como também atende à demanda do mercado por caulim, gerando benefícios tanto ambientais quanto econômicos.
Tecnologias atuais para a produção de caulim a partir de ganga de carvão.
A China possui abundantes recursos de ganga de carvão, mas a presença de impurezas de ferro e titânio, além de carbono orgânico, tem limitado o desenvolvimento da produção de caulim. Nos últimos anos, progressos significativos foram alcançados na produção de caulim a partir de ganga de carvão. Os principais processos de produção incluem beneficiamento do minério, purificação, delaminação, moagem ultrafina, calcinação e modificação superficial.
1. Beneficiamento e purificação de minérios
O beneficiamento e a purificação de minérios envolvem a remoção manual ou mecânica da ganga e de minerais que contêm ferro (como a pirita) da ganga de carvão. Técnicas como a separação por meio denso e a triagem fotoelétrica são comumente utilizadas. Em seguida, são aplicados processos adicionais de britagem, moagem e separação magnética forte para remover impurezas de ferro, titânio e quartzo, aumentando assim a pureza da matéria-prima.
2. Delaminação
A delaminação aproveita a estrutura em camadas dos cristais de caulinita na ganga do carvão e suas fracas forças interlamelares. Métodos físicos ou químicos são usados para separar a caulinita em flocos ultrafinos e finos. Atualmente, os métodos consolidados incluem moagem-delaminação, métodos de jato de alta velocidade e delaminação química. A adição de agentes químicos durante a moagem permite que as forças químicas e mecânicas combinadas superem as forças interlamelares e removam impurezas coloridas. Sedimentação, centrifugação, separação magnética ou branqueamento subsequentes melhoram a brancura e a finura do caulim.
3. Moagem Ultrafina
A moagem ultrafina do caulim é uma etapa fundamental no processamento profundo e na agregação de valor. Seu objetivo é alterar fisicamente a forma e a distribuição granulométrica do caulim, melhorando significativamente ou conferindo-lhe novas propriedades físicas e químicas. Isso permite que o caulim atenda aos requisitos de aplicações de alta tecnologia. Equipamentos como moinhos de bolas, moinhos Raymond, moinhos de estilo europeu e moinhos de jato são comumente utilizados, geralmente acoplados a sistemas de dispersão, desaglomeração e classificação para garantir a finura do pó.
4. Calcinação
A calcinação consiste no tratamento térmico do pó de ganga de carvão, após beneficiamento, delaminação e moagem, a temperaturas específicas. Os objetivos são remover o carbono orgânico e outros minerais para melhorar a brancura do caulim, remover a água e os grupos hidroxila da caulinita para aumentar o volume de poros e a atividade química, e melhorar as propriedades físicas. O caulim calcinado resultante pode ser usado diretamente em diversas áreas ou processado posteriormente por meio de técnicas de modificação de superfície e compósitos.
5. Modificação de superfície
A modificação superficial do caulim envolve o tratamento da superfície do pó por métodos físicos, mecânicos ou químicos, de acordo com os requisitos da aplicação. O objetivo é alterar as propriedades físicas e químicas para atender às necessidades de novos materiais e tecnologias. Os agentes comumente usados incluem agentes de acoplamento de silano e titanato. O caulim modificado encontra aplicações em plásticos, borracha e revestimentos.
Atualmente, a produção de caulim a partir de ganga de carvão enfrenta as seguintes limitações:
- Requisitos de composição química elevados para a ganga de carvão, exigindo ganga de carvão com baixo teor de ferro e titânio como matéria-prima.
- A lixiviação com ácido forte pode melhorar a remoção de impurezas, mas gera grandes quantidades de águas residuais ácidas, representando um grande impacto ambiental.
- Altos requisitos de controle de processo; temperatura ou duração inadequadas de calcinação podem levar a produtos supercalcinados ou subcalcinados, afetando a brancura e a atividade.
Novos processos para a produção de caulim a partir de ganga de carvão.
Para superar as limitações da produção tradicional de caulim a partir de ganga de carvão na China, pesquisadores desenvolveram um novo processo com o objetivo de produzir caulim ecologicamente correto e de baixo consumo, com brancura >90%, tamanho de partícula <2 µm e taxa de aprovação >90% — denominado caulim calcinado de alta qualidade “Duplo-90”. O processo utiliza moagem ultrafina + secagem por pulverização + calcinação em forno rotativo e coproduz areia para construção e cloreto férrico de polialumínio. O processo é o seguinte:
- A ganga de carvão triturada preliminarmente é enviada para triagem. A triagem manual, a separação por meio denso e a separação fotoelétrica são combinadas para remover a ganga e a pirita. A ganga separada é posteriormente processada para se obter areia para construção.
- A ganga de carvão, após a remoção da ganga e da pirita, é enviada para moagem. Após britagem, moagem e preparação da pasta, o material é classificado em pastas finas e grossas. A pasta grossa retorna para moagem ultrafina, e a pasta fina passa por um processo adicional de moagem ultrafina.
- A pasta de ganga de carvão ultrafina é enviada para a remoção de ferro. Ácidos inorgânicos são usados para remover traços de ferro e titânio, com uma pequena quantidade de alumínio também sendo dissolvida.
- A pasta desprovida de ferro é filtrada, transformada em polpa e dispersa. Adicionam-se agentes branqueadores, seguidos de secagem por aspersão para obtenção de pó de ganga de carvão. O pó é então calcinado em forno rotativo ou por calcinação em suspensão para produzir caulim “Duplo-90” com a brancura e finura exigidas.
- O filtrado da remoção de ferro contém sais de alumínio e uma pequena quantidade de sais de ferro. Ele é reciclado como pasta de alimentação para moagem fina. Quando a concentração de alumínio e ferro atinge o nível necessário, o filtrado passa por precipitação, filtração e é processado para se obter um hidróxido misto de alumínio e ferro. O hidróxido misto é então submetido a lixiviação ácida, polimerizado e seco para produzir cloreto férrico de polialumínio sólido.
Este processo não produz resíduos nem águas residuais.
Conclusão
A produção de caulim a partir de ganga de carvão é uma forma consolidada e eficaz de aproveitar os recursos dessa matéria-prima. Utilizar ganga de carvão como matéria-prima para a produção de caulim não só amplia as possibilidades de aproveitamento de recursos, como também abre um novo caminho para a transformação industrial em regiões produtoras de carvão. Além disso, atende à demanda por caulim no desenvolvimento econômico nacional.
Em particular, o novo processo de produção de caulim a partir de ganga de carvão, com emissão zero, oferece excelentes benefícios ambientais, econômicos e sociais. Sua promoção e aplicação abrirão perspectivas mais amplas para o desenvolvimento da indústria de aproveitamento de recursos de ganga de carvão na China.
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— Publicado por Emily Chen