Kaolin is a type of non-metallic mineral, mainly composed of kaolinite clay minerals, with the chemical formula Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. According to geological origin, kaolin can be divided into primary kaolin and secondary kaolin. Based on industrial applications, it can be categorized as hard kaolin and soft kaolin. Among them, coal-series kaolin is a typical hard kaolin and is mainly used as a raw material for producing calcined kaolin. Soft kaolin mainly refers to secondary, sedimentary kaolin, which is mainly used in ceramics, paper, and coatings. Sandy kaolin, which contains a large amount of quartz sand, is used in different fields depending on its purity after sand removal.
Theo phương pháp chế biến, cao lanh có thể được chia thành cao lanh đã rửa, cao lanh nung và cao lanh biến tính.
Nhờ các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo, cao lanh được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm gốm sứ, giấy, sơn phủ, cao su, nhựa, vật liệu chịu lửa, hóa chất tiêu dùng hàng ngày, nguyên liệu nông nghiệp, sợi thủy tinh, chất xúc tác và dược phẩm.
Xỉ than là chất thải rắn phát sinh trong quá trình khai thác và tuyển than. Nó là khoáng chất đi kèm với các lớp đá trầm tích chứa than, với thành phần khoáng chất chủ yếu là kaolinit và thạch anh. Thông thường, hàm lượng kaolinit khoảng 70%, khiến nó trở thành kaolin thuộc nhóm than. Xỉ than có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm kaolin, đặc biệt là các sản phẩm kaolin nung chất lượng cao.
Từ lâu, xỉ than đã được tích trữ như chất thải công nghiệp số lượng lớn, chiếm dụng đất đai và gây ô nhiễm môi trường. Việc chuyển hóa xỉ than thành các sản phẩm cao lanh chất lượng cao không chỉ giải quyết các vấn đề môi trường do xỉ than gây ra mà còn đáp ứng nhu cầu thị trường về cao lanh, tạo ra cả lợi ích về môi trường và kinh tế.
Các công nghệ hiện tại để sản xuất cao lanh từ xỉ than
Trung Quốc có nguồn tài nguyên xỉ than dồi dào, nhưng sự hiện diện của các tạp chất sắt, titan và carbon hữu cơ đã hạn chế sự phát triển sản xuất cao lanh. Trong những năm gần đây, đã có những tiến bộ đáng kể trong sản xuất cao lanh từ xỉ than. Các quy trình sản xuất chính bao gồm tuyển quặng, tinh chế, tách lớp, nghiền siêu mịn, nung và biến đổi bề mặt.
1. Tuyển quặng và tinh chế
Quá trình làm giàu và tinh chế quặng bao gồm việc loại bỏ thủ công hoặc bằng máy các tạp chất và khoáng chất chứa sắt (như pyrit) khỏi than đá. Các kỹ thuật như tuyển nổi bằng môi trường nặng và phân loại quang điện thường được sử dụng. Sau đó, quá trình nghiền, xay và tuyển từ mạnh được áp dụng để loại bỏ các tạp chất sắt, titan và thạch anh, từ đó tăng độ tinh khiết của nguyên liệu thô.
2. Sự tách lớp
Quá trình tách lớp tận dụng cấu trúc lớp của tinh thể kaolinit trong than đá và lực liên kết giữa các lớp yếu của chúng. Các phương pháp vật lý hoặc hóa học được sử dụng để tách kaolinit thành các mảnh siêu mỏng, mịn. Hiện nay, các phương pháp tiên tiến bao gồm nghiền-tách lớp, phương pháp phun tốc độ cao và tách lớp bằng hóa chất. Việc thêm các chất hóa học trong quá trình nghiền cho phép lực hóa học và cơ học kết hợp để khắc phục lực liên kết giữa các lớp và loại bỏ các tạp chất màu. Các bước tiếp theo như lắng đọng, ly tâm, tách từ hoặc tẩy trắng sẽ cải thiện độ trắng và độ mịn của kaolin.
3. mài siêu mịn
Nghiền siêu mịn cao lanh là một bước quan trọng trong quá trình chế biến sâu và nâng cao giá trị gia tăng. Mục đích của nó là thay đổi hình dạng và phân bố kích thước hạt của cao lanh, cải thiện đáng kể hoặc tạo ra các tính chất vật lý và hóa học mới. Điều này cho phép cao lanh đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng cao cấp. Các thiết bị như máy nghiền bi, máy nghiền Raymond, máy nghiền kiểu châu Âu và máy nghiền khí nén thường được sử dụng, thường kết hợp với các hệ thống phân tán, tách cụm và phân loại để đảm bảo độ mịn của bột.
4. Quá trình nung vôi
Quá trình nung bao gồm xử lý nhiệt bột than đá sau khi đã tuyển khoáng, tách lớp và nghiền, ở nhiệt độ cụ thể. Mục tiêu là loại bỏ cacbon hữu cơ và các khoáng chất khác để cải thiện độ trắng của cao lanh, loại bỏ nước và các nhóm hydroxyl khỏi kaolinit để tăng thể tích lỗ rỗng và hoạt tính hóa học, và cải thiện các tính chất vật lý. Cao lanh đã nung thu được có thể được sử dụng trực tiếp trong nhiều lĩnh vực hoặc được xử lý thêm thông qua các kỹ thuật biến đổi bề mặt và chế biến vật liệu composite.
5. Sửa đổi bề mặt
Biến đổi bề mặt cao lanh bao gồm xử lý bề mặt bột bằng các phương pháp vật lý, cơ học hoặc hóa học tùy theo yêu cầu ứng dụng. Mục tiêu là thay đổi các tính chất vật lý và hóa học để đáp ứng nhu cầu của các vật liệu và công nghệ mới. Các tác nhân thường được sử dụng bao gồm các chất liên kết silan và titanat. Cao lanh biến tính được ứng dụng trong nhựa, cao su và chất phủ.
Hiện nay, sản xuất cao lanh từ chất thải than đang gặp phải những hạn chế sau:
- Than đá có yêu cầu cao về thành phần hóa học, cần nguyên liệu là than đá có hàm lượng sắt và titan thấp.
- Phương pháp lọc bằng axit mạnh có thể cải thiện khả năng loại bỏ tạp chất nhưng tạo ra lượng lớn nước thải có tính axit, gây ra gánh nặng môi trường nghiêm trọng.
- Yêu cầu kiểm soát quy trình cao; nhiệt độ hoặc thời gian nung không phù hợp có thể dẫn đến sản phẩm bị nung quá mức hoặc chưa đủ, ảnh hưởng đến độ trắng và hoạt tính.
Các quy trình mới để sản xuất cao lanh từ xỉ than
To address the limitations of traditional coal gangue kaolin production in China, researchers have developed a new process aimed at producing environmentally friendly, low-consumption kaolin with a whiteness >90%, particle size <2 µm, and passing rate >90%—referred to as the “Double-90” high-quality calcined kaolin. The process uses ultrafine grinding + spray drying + rotary kiln calcination, and co-produces construction sand and polyaluminum ferric chloride. The process is as follows:
- Than đá nghiền thô được đưa đi phân loại. Quá trình phân loại thủ công, tuyển nổi bằng môi trường nặng và tuyển nổi bằng quang điện được kết hợp để loại bỏ than đá và pyrit. Than đá đã được tách ra sẽ tiếp tục được chế biến thành cát xây dựng.
- Than đá thải, sau khi loại bỏ tạp chất và pyrit, được đưa đi nghiền. Sau các công đoạn nghiền, xay và chuẩn bị hỗn hợp dạng bùn, vật liệu được phân loại thành bùn mịn và bùn thô. Bùn thô được đưa trở lại để nghiền siêu mịn, và bùn mịn được tiếp tục nghiền siêu mịn.
- Hỗn hợp bùn thải than siêu mịn được đưa đến công đoạn loại bỏ sắt. Axit vô cơ được sử dụng để loại bỏ lượng sắt và titan vết, đồng thời một lượng nhỏ nhôm cũng được hòa tan.
- Hỗn hợp bùn đã loại bỏ sắt được lọc, nghiền thành bột và phân tán. Các chất làm trắng được thêm vào, sau đó sấy phun để thu được bột than đá. Bột này sau đó được nung bằng lò quay hoặc nung huyền phù để sản xuất cao lanh “Double-90” đạt độ trắng và độ mịn yêu cầu.
- Nước lọc sau quá trình loại bỏ sắt chứa các muối nhôm và một lượng nhỏ muối sắt. Nó được tái sử dụng làm bùn cấp liệu cho quá trình nghiền mịn. Khi nồng độ nhôm và sắt đạt đến mức yêu cầu, nó trải qua quá trình kết tủa, lọc và được xử lý thành hỗn hợp hydroxit nhôm và sắt. Hỗn hợp hydroxit này tiếp tục được xử lý bằng axit, trùng hợp và sấy khô để tạo ra polyaluminum ferric chloride rắn.
Quá trình này không tạo ra chất thải hay nước thải.
Phần kết luận
Sản xuất cao lanh từ xỉ than là một phương pháp hiệu quả và đã được chứng minh để tận dụng nguồn tài nguyên xỉ than. Sử dụng xỉ than làm nguyên liệu sản xuất cao lanh không chỉ mở rộng các hướng sử dụng tài nguyên mà còn tạo ra một hướng đi mới cho sự chuyển đổi công nghiệp ở các vùng sản xuất than. Phương pháp này cũng đáp ứng nhu cầu về cao lanh trong công cuộc xây dựng kinh tế quốc gia.
Đặc biệt, quy trình sản xuất cao lanh từ xỉ than mới với khí thải bằng không mang lại lợi ích vượt trội về môi trường, kinh tế và xã hội. Việc thúc đẩy và ứng dụng quy trình này sẽ mở ra triển vọng rộng lớn hơn cho sự phát triển của ngành công nghiệp tận dụng tài nguyên xỉ than của Trung Quốc.
Cảm ơn bạn đã đọc. Tôi hy vọng bài viết của tôi hữu ích. Vui lòng để lại bình luận bên dưới. Bạn cũng có thể liên hệ với bộ phận chăm sóc khách hàng trực tuyến của Zelda nếu có bất kỳ thắc mắc nào khác.
— Đăng bởi Emily Chen