Kaolin, esas olarak kaolinit kil minerallerinden oluşan, Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O kimyasal formülüne sahip, metalik olmayan bir mineral türüdür. Jeolojik kökenine göre kaolin, birincil kaolin ve ikincil kaolin olarak ikiye ayrılabilir. Endüstriyel uygulamalarına göre ise sert kaolin ve yumuşak kaolin olarak sınıflandırılabilir. Bunlar arasında kömür serisi kaolin tipik bir sert kaolindir ve esas olarak kalsine kaolin üretiminde hammadde olarak kullanılır. Yumuşak kaolin ise esas olarak ikincil, tortul kaolini ifade eder ve seramik, kağıt ve kaplamalarda kullanılır. Büyük miktarda kuvars kumu içeren kumlu kaolin ise kum uzaklaştırıldıktan sonraki saflığına bağlı olarak farklı alanlarda kullanılır.
İşleme yöntemlerine göre kaolin, yıkanmış kaolin, kalsine kaolin ve modifiye kaolin olmak üzere üç kategoriye ayrılabilir.
Eşsiz fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle kaolin, seramik, kağıt, kaplamalar, kauçuk, plastikler, refrakter malzemeler, günlük kimyasallar, tarımsal girdiler, cam elyafı, katalizörler ve ilaçlar dahil olmak üzere çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kömür cürufu, kömür madenciliği ve yıkama işlemleri sırasında oluşan katı bir atıktır. Kömür içeren tortul kaya katmanlarının ilişkili bir mineralidir ve mineral bileşimi esas olarak kaolinit ve kuvarsdan oluşur. Tipik olarak, kaolinit içeriği yaklaşık 1,35'tir ve bu da onu kömür serisi bir kaolin yapar. Kömür cürufu, özellikle yüksek kaliteli kalsine kaolin ürünleri olmak üzere kaolin ürünleri üretmek için kullanılabilir.
Kömür cürufu uzun zamandır endüstriyel atık olarak depolanmakta, arazi işgaline ve çevre kirliliğine neden olmaktadır. Kömür cürufunun yüksek kaliteli kaolin ürünlerine dönüştürülmesi, yalnızca kömür cürufunun neden olduğu çevresel sorunları çözmekle kalmaz, aynı zamanda kaolin için piyasa talebini de karşılayarak hem çevresel hem de ekonomik faydalar sağlar.
Kömür cürufundan kaolin üretimi için mevcut teknolojiler
Çin, bol miktarda kömür cevheri cevheri kaynağına sahip olmasına rağmen, demir, titanyum safsızlıkları ve organik karbonun varlığı, kaolin üretimindeki gelişimini sınırlamıştır. Son yıllarda, kömür cevheri cevherinden kaolin üretiminde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Başlıca üretim süreçleri arasında cevher zenginleştirme, saflaştırma, tabakalara ayırma, ultra ince öğütme, kalsinasyon ve yüzey modifikasyonu yer almaktadır.
1. Cevher Zenginleştirme ve Saflaştırma
Cevher zenginleştirme ve saflaştırma, kömür atıklarından atık maddelerin ve demir içeren minerallerin (pirit gibi) elle veya mekanik olarak uzaklaştırılmasını içerir. Ağır ortam ayırma ve fotoelektrik ayırma gibi teknikler yaygın olarak kullanılır. Daha sonra demir, titanyum ve kuvars safsızlıklarını gidermek ve böylece ham maddenin saflığını artırmak için kırma, öğütme ve güçlü manyetik ayırma işlemleri uygulanır.
2. Katman ayrılması
Katmanlara ayırma işlemi, kömür cevherindeki kaolinit kristallerinin katmanlı yapısından ve aralarındaki zayıf katmanlar arası kuvvetlerden yararlanır. Kaoliniti ultra ince, hassas pullara ayırmak için fiziksel veya kimyasal yöntemler kullanılır. Şu anda, olgunlaşmış yöntemler arasında öğütme-katmanlara ayırma, yüksek hızlı jet yöntemleri ve kimyasal katmanlara ayırma yer almaktadır. Öğütme sırasında kimyasal maddelerin eklenmesi, birleşik kimyasal ve mekanik kuvvetlerin katmanlar arası kuvvetlerin üstesinden gelmesini ve renkli safsızlıkların giderilmesini sağlar. Daha sonraki çöktürme, santrifüjleme, manyetik ayırma veya ağartma işlemleri kaolinin beyazlığını ve inceliğini artırır.
3. Ultra İnce Taşlama
Kaolinin ultra ince öğütülmesi, derin işleme ve katma değeri artırma sürecinde önemli bir adımdır. Amacı, kaolinin parçacık şeklini ve boyut dağılımını fiziksel olarak değiştirerek, fiziksel ve kimyasal özelliklerini önemli ölçüde iyileştirmek veya yeni özellikler kazandırmaktır. Bu, kaolinin üst düzey uygulamaların gereksinimlerini karşılamasını sağlar. Toz inceliğini sağlamak için genellikle dağıtım, topaklanmayı giderme ve sınıflandırma sistemleriyle birlikte kullanılan bilyalı değirmenler, Raymond değirmenleri, Avrupa tipi değirmenler ve jet değirmenleri gibi ekipmanlar yaygın olarak kullanılır.
4. Kalsinasyon
Kalsinasyon, zenginleştirme, tabakalara ayırma ve öğütme işlemlerinden sonra kömür atık tozunun belirli sıcaklıklarda ısıl işlemden geçirilmesini içerir. Amaçlar, kaolinin beyazlığını artırmak için organik karbon ve diğer mineralleri uzaklaştırmak, gözenek hacmini ve kimyasal aktiviteyi artırmak için kaolinitten su ve hidroksil gruplarını uzaklaştırmak ve fiziksel özellikleri iyileştirmektir. Elde edilen kalsine kaolin, çeşitli alanlarda doğrudan kullanılabilir veya yüzey modifikasyonu ve kompozit teknikleriyle daha da işlenebilir.
5. Yüzey Modifikasyonu
Kaolinin yüzey modifikasyonu, uygulama gereksinimlerine göre tozun yüzeyinin fiziksel, mekanik veya kimyasal yöntemlerle işlenmesini içerir. Amaç, yeni malzeme ve teknolojilerin ihtiyaçlarını karşılamak için fiziksel ve kimyasal özellikleri değiştirmektir. Yaygın olarak kullanılan maddeler arasında silan ve titanat bağlayıcı maddeler bulunur. Modifiye edilmiş kaolin, plastiklerde, kauçukta ve kaplamalarda uygulama alanı bulmaktadır.
Şu anda kömür atıklarından elde edilen kaolin üretimi aşağıdaki sınırlamalarla karşı karşıyadır:
- Kömür atıklarının kimyasal bileşimine ilişkin yüksek gereksinimler, hammadde olarak düşük demir ve düşük titanyum içerikli kömür atıklarını zorunlu kılmaktadır.
- Güçlü asitli yıkama, safsızlıkların giderilmesini iyileştirebilir ancak büyük miktarda asidik atık su üretir ve bu da çevreye ağır yükler getirir.
- Yüksek proses kontrol gereksinimleri; uygun olmayan kalsinasyon sıcaklığı veya süresi, aşırı veya yetersiz kalsine edilmiş ürünlere yol açarak beyazlığı ve aktiviteyi etkileyebilir.
Kömür cürufundan kaolin üretimi için yeni süreçler
Çin'de geleneksel kömür cürufu kaolin üretiminin sınırlamalarını gidermek amacıyla araştırmacılar, çevre dostu, düşük tüketimli, beyazlığı >90%, partikül boyutu <2 µm ve geçiş oranı >90% olan yüksek kaliteli kalsine kaolin üretmeyi hedefleyen yeni bir işlem geliştirdiler; bu işleme "Çift-90" yüksek kaliteli kalsine kaolin adı veriliyor. İşlem, ultra ince öğütme + püskürtmeli kurutma + döner fırın kalsinasyonu kullanıyor ve aynı zamanda inşaat kumu ve polialüminyum demir klorür üretiyor. İşlem şu şekildedir:
- Ön işlemden geçirilmiş kırılmış kömür atığı ayıklama işlemine gönderilir. Atık ve piritin uzaklaştırılması için manuel ayıklama, ağır ortam ayırma ve fotoelektrik ayırma yöntemleri birleştirilir. Ayrılan atık daha sonra inşaat kumu haline getirilir.
- Kömür cürufu, cüruf ve pirit uzaklaştırıldıktan sonra öğütmeye gönderilir. Kırma, öğütme ve bulamaç hazırlama işlemlerinden sonra malzeme ince ve kaba bulamaçlar olarak sınıflandırılır. Kaba bulamaç ultra ince öğütmeye geri gönderilirken, ince bulamaç daha da ultra ince öğütmeye tabi tutulur.
- Çok ince öğütülmüş kömür atığı bulamacı demir giderme işlemine gönderilir. İz miktardaki demir ve titanyumu gidermek için inorganik asitler kullanılır ve az miktarda alüminyum da çözünür.
- Demirden arındırılmış bulamaç filtrelenir, hamur haline getirilir ve dağıtılır. Beyazlatıcı maddeler eklenir ve ardından püskürtmeli kurutma yöntemiyle kömür cürufu tozu elde edilir. Toz daha sonra döner fırın veya süspansiyon kalsinasyonu kullanılarak kalsine edilir ve gerekli beyazlık ve inceliği sağlayan "Çift-90" kaolin üretilir.
- Demir uzaklaştırma işleminden elde edilen süzüntü, alüminyum tuzları ve az miktarda demir tuzu içerir. İnce öğütme için besleme bulamacı olarak geri dönüştürülür. Alüminyum ve demir konsantrasyonu gerekli seviyeye ulaştığında, çöktürme, filtrasyon işlemlerinden geçirilerek alüminyum ve demirin karışık hidroksitine dönüştürülür. Karışık hidroksit daha sonra asit liçleme, polimerizasyon ve kurutma işlemlerine tabi tutularak katı polialüminyum demir klorür elde edilir.
Bu işlem herhangi bir atık kalıntısı veya atık su üretmez.
Çözüm
Kömür atıklarından kaolin üretimi, kömür atığı kaynaklarını kullanmanın olgun ve etkili bir yoludur. Kömür atıklarını kaolin üretimi için hammadde olarak kullanmak, kaynak kullanım yollarını genişletmekle kalmaz, aynı zamanda kömür üreten bölgelerde endüstriyel dönüşüm için yeni bir yol da açar. Ayrıca ulusal ekonomik kalkınmada kaolin kaynaklarına olan talebi de karşılar.
Özellikle, sıfır emisyonlu yeni kömür atığı bazlı kaolin prosesi, mükemmel çevresel, ekonomik ve sosyal faydalar sunmaktadır. Bu prosesin tanıtımı ve uygulanması, Çin'in kömür atığı kaynak kullanım endüstrisinin gelişmesi için daha geniş перспектиfler açacaktır.
"Okuduğunuz için teşekkürler. Umarım makalem yardımcı olur. Lütfen aşağıya yorum bırakın. Daha fazla bilgi için Zelda online müşteri temsilcisiyle de iletişime geçebilirsiniz."
— Gönderen Emily Chen