Оксид железа в каолиновой глине оказывает пагубное воздействие на её цвет, снижая яркость и огнестойкость, что значительно уменьшает её товарную цену. Даже небольшого количества оксида, гидроксида и гидратированного оксида железа, например, 0,41ТП3Т, достаточно, чтобы окрасить глинистый осадок в красноватый или желтоватый цвет. Эти оксиды и гидроксиды железа могут представлять собой гематит (красный), магнетит (красновато-коричневый), гетит (коричневато-жёлтый), лимонит (оранжевый) и гидратированный оксид железа (красновато-коричневый), среди прочих. Поэтому первым этапом обогащения, позволяющим придать этим сырьевым материалам товарную ценность, является эффективное удаление оксида железа из каолиновой глины.
метод промывания водой
Процесс промывки водой для производства каолинового покрытия и наполнителя включает несколько этапов. Сначала из неочищенной глины получают суспензию. Для отделения каолина от минеральных примесей, таких как кварц и слюда, и классификации его на три фракции (мелкий, средний и крупный), суспензия должна состоять из отдельных минеральных частиц, разделенных и взвешенных в воде. Частицы каолина имеют противоположные заряды на своих краях и поверхностях в смесителе, что заставляет их притягиваться друг к другу и образовывать хлопья. Для разделения частиц во хлопьях добавляют диспергаторы, такие как полифосфат натрия. Глиняная суспензия перекачивается из смесителя в отстойники и сита для удаления песка и гравия размером более 44 микрометров. После удаления песчаных частиц получают желаемый каолин.
Магнитная сепарация
Процесс магнитной сепарации основан на различии магнитной восприимчивости между различными типами минералов, позволяющем их разделить. Цветные примеси в каолине, такие как рутил, гематит, магнетит, слюда и пирит, обладают природными магнитными свойствами. Высокоинтенсивная магнитная сепарация достигла значительных успехов в обогащении промышленных минералов.
Флотация
Метод флотации применяется для переработки каолина из первичных и вторичных месторождений. В процессе флотации происходит разделение частиц каолинита и слюды, в результате чего получаются очищенные материалы, пригодные для промышленного использования. Селективное флотационное разделение каолинита и полевого шпата обычно проводится в водной суспензии с контролируемой кислотностью или щелочностью.
метод сокращения
Трехвалентное железо растворимо только в кислых условиях с pH 3 или ниже. Двухвалентное железо растворимо в более широком диапазоне кислотности, но в нейтральных или более высоких значениях pH Fe²⁺ стабилен только в восстановительных условиях. В присутствии кислорода Fe²⁺ быстро окисляется до трехвалентной формы, образуя твердые осадки, содержащие Fe³⁺. Удаление примесей Fe³⁺ из промышленной каолиновой глины обычно осуществляется с помощью физических методов (магнитная сепарация, селективная флокуляция) и химической обработки в кислых или восстановительных условиях.
Бисульфит натрия, также известный как метабисульфит натрия или пиросульфит натрия, эффективно восстанавливает и выщелачивает железо из каолиновой глины и в настоящее время используется в каолиновой промышленности. Однако этот метод должен проводиться в сильнокислых условиях (pH < 3), что приводит к высоким эксплуатационным затратам и негативному воздействию на окружающую среду. Кроме того, химические свойства бисульфита натрия нестабильны, что требует специальных и дорогостоящих условий хранения и транспортировки.
Диоксид серы с мочевиной — сильный восстановитель, широко используемый в кожевенной промышленности, текстильной печати и крашении, бумажном производстве и отбеливании. По сравнению с другими восстановителями, такими как борогидрид и восстановительный порошок, диоксид серы с мочевиной обладает сильной восстановительной способностью, экологичностью, низкой скоростью разложения, безопасностью и низкой себестоимостью производства в больших объемах. Нерастворимый Fe³⁺ в каолине может быть восстановлен до растворимого Fe²⁺ с помощью диоксида серы с мочевиной. Впоследствии, посредством фильтрации и промывки, белизна каолина может быть повышена. Диоксид серы с мочевиной очень стабилен при комнатной температуре и в нейтральных условиях, а его сильная восстановительная способность может быть достигнута только в сильно щелочных условиях (pH>10) или при нагревании (T>70°C), что приводит к более высоким эксплуатационным затратам и трудностям в работе.
Метод окисления
Окислительная обработка включает использование озона, перекиси водорода, перманганата калия и гипохлорита натрия для удаления адсорбированных слоев углерода и улучшения белизны. В областях под более толстыми покровными слоями каолиновая глина приобретает серый цвет, а содержание железа в глине снижается.
С помощью сильных окислителей, таких как озон или гипохлорит натрия, нерастворимый FeS2 в пирите окисляется до растворимого Fe2+, который затем удаляется из системы путем промывки водой.
Кислотное выщелачивание
Сидху и др. использовали выщелачивание соляной и хлорной кислотами для обработки оксидов и гидроксидов железа. Однако промышленное удаление оксида железа из высокочистой глины или песка с помощью серной кислоты и других неорганических кислот имеет существенные ограничения, поскольку остаточная кислота после обработки может загрязнять сырье, используемое в производстве керамики.
По сравнению с другими органическими кислотами, щавелевая кислота является наиболее перспективной благодаря своей кислотности, хорошим хелатирующим свойствам и высокой восстановительной способности. Используя щавелевую кислоту, растворенное железо может быть осаждено из раствора выщелачивания в виде оксалатного железа, которое может быть дополнительно переработано путем прокаливания для получения чистого гематита. Щавелевую кислоту можно дешево получить другими промышленными способами, а любые оставшиеся оксалатные соли в обработанном материале разложатся на диоксид углерода на стадии обжига при производстве керамики.
Метод высокотемпературного обжига
В процессе высокотемпературного обжига каолин изменяет свою структуру и фазу, что можно разделить на два процесса: удаление структурной воды и фазовое превращение. Обжиг — это процесс, используемый для получения высококачественных каолиновых продуктов. В зависимости от температуры обработки получают два разных сорта обожженного каолина. Обжиг при температурах 650-700°C удаляет структурные гидроксильные группы и испаряет водяной пар, что приводит к повышению эластичности и непрозрачности каолина, которые являются идеальными свойствами для нанесения покрытий на бумагу. Кроме того, нагрев каолина до 1000-1050°C может улучшить его шлифовальные свойства и обеспечить белизну 92-95%.
Метод хлорирования и кальцинирования
Джексон изучал хлорирование каолиновых минералов для удаления примесей, главным образом железа и титана, с целью отбеливания минералов. Метод хлорирования удаляет железо и титан из глинистых минералов, особенно из каолина. Процесс включает высокие температуры (700–1000 °C), при которых каолинит подвергается дегидроксилированию и превращается в метакаолинит. При еще более высоких температурах образуются шпинель и муллит. Эти превращения увеличивают гидрофобность, твердость и размер частиц каолина за счет спекания. Обработанные минералы могут использоваться в различных отраслях промышленности, таких как производство бумаги, ПВХ, резины, пластмасс, клеев, полиролей и зубной пасты. Более высокая гидрофобность этих минералов делает их более совместимыми с органическими системами.