[دایره‌المعارف فرآوری مواد معدنی هوآت] افشای اسرار کائولن: تحولی باشکوه از خاک به مواد پیشرفته
کائولن یک کانی غیرفلزی است، نوعی خاک رس و سنگ رس که عمدتاً از ... تشکیل شده است.کانی‌های رسی کائولینیت. به دلیل سفید و لطیف بودن، به آن خاک دولومیتی نیز گفته می‌شود. نام آن از روستای گائولینگ، جینگدژن، استان جیانگشی گرفته شده است. کائولن خالص آن سفید، لطیف، نرم و خاکی است و خواص فیزیکی و شیمیایی خوبی مانند پلاستیسیته و مقاومت در برابر آتش دارد. ترکیب کانی‌های آن عمدتاً از کائولینیت، هالویزیت، هیدرومیکا، ایلیت، مونت موریلونیت، کوارتز، فلدسپات و سایر کانی‌ها تشکیل شده است.
کائولن یک کانی رسی رایج و بسیار مهم در طبیعت است. این کانی از هوازدگی فلدسپات یا سایر کانی‌های سیلیکاته در سنگ‌های آذرین و دگرگونی در محیط‌های اسیدی فاقد فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی تشکیل می‌شود.
01 طبقه بندی
طبقه‌بندی خاک
کانی‌های موجود در کائولن در طبیعت عمدتاً به کانی‌های رسی و کانی‌های غیر رسی تقسیم می‌شوند. در میان آنها، کانی‌های رسی عمدتاً شامل کانی‌های کائولینیت و مقدار کمی مونتموریلونیت، میکا و کلریت هستند. کانی‌های غیر رسی عمدتاً شامل فلدسپات، کوارتز و کانی‌های هیدراته و همچنین برخی کانی‌های آهن مانند هماتیت و روزیت، سنگ آهن، لیمونیت و غیره، کانی‌های تیتانیوم مانند روتیل و غیره و مواد آلی مانند الیاف گیاهی و غیره هستند. عمدتاً کانی‌های رسی هستند که خواص کائولن را تعیین می‌کنند.
طبقه‌بندی علت
بر اساس منشأ ذخایر کائولن و بر اساس تفاوت‌ها در زمین‌شناسی کانی‌سازی، شرایط جغرافیایی، مقیاس کانسار، مورفولوژی توده معدنی و ویژگی‌های وقوع آن، اجزای مواد معدنی منعکس شده در فرآیندهای مختلف کانی‌سازی، «کد اکتشاف زمین‌شناسی معدن کائولن» ذخایر کائولن چین را به سه نوع و شش زیرگروه تقسیم می‌کند.
نوع هوازدگی:این نوع بیشتر به زیرگروه باقیمانده ناشی از هوازدگی و زیرگروه شسته شدن ناشی از هوازدگی تقسیم می‌شود.
انواع دگرسانی هیدروترمال:این دگرسانی به زیرگروه دگرسانی گرمابی و زیرگروه دگرسانی چشمه‌های آب گرم مدرن تقسیم می‌شود.
نوع رسوبی:این سنگ به زیرگروه‌های رسوبی و هوازدگی رسوبی و زیرگروه سنگ رسی کائولینیت در لایه‌های زغال‌سنگ‌دار تقسیم می‌شود.
نوع صنعتی
بر اساس پیدایش ذخایر کائولن، «مشخصات اکتشاف زمین‌شناسی معدن کائولن» ذخایر کائولن چین را بر اساس تفاوت در زمین‌شناسی کانی‌سازی، شرایط جغرافیایی، مقیاس کانسار، مورفولوژی و ویژگی‌های رخداد توده معدنی و اجزای مواد معدنی که توسط فرآیندهای مختلف کانی‌سازی منعکس می‌شوند، به سه نوع و شش زیرگروه تقسیم می‌کند. بر اساس بافت، پلاستیسیته و کسر جرمی ماسه، آنها به سه نوع تقسیم می‌شوند:
سختکائولن: سخت و غیر پلاستیکی است، پس از خرد شدن و آسیاب شدن، پلاستیک می‌شود.
نرمکائولن:نرم، بسیار پلاستیسیته، با کسر جرمی ماسه‌ای کمتر از ۵۰٪.
سندیکائولن:بافت نرم، پلاستیسیته ضعیف، کسر جرمی ماسه > 50%.
02 مبدا
منابع معدنی کائولن چین با ۲۶۷ کانسار معدنی اثبات شده و ذخایر اثبات شده ۲.۹۱ میلیارد تن، در میان برترین‌های جهان قرار دارد. در میان آنها: منابع کائولن ساختمانی غیر زغال سنگی کشور من در رتبه پنجم جهان قرار دارد. ذخایر اثبات شده ۱.۴۶۸ میلیارد تن است که عمدتاً در استان‌های گوانگدونگ، شانشی، فوجیان، جیانگشی، هونان و جیانگ سو متمرکز شده و ۸۴.۵۵ درصد از کل ذخایر کشور را تشکیل می‌دهند. ذخایر کائولن ساختمانی زغال سنگ (کائولینیت) چین با ذخایر اثبات شده ۱.۴۴۲ میلیارد تن در رتبه اول جهان قرار دارد که عمدتاً در داتونگ، هوآیرن، شوژو، شانشی، جونگار، وودا، مغولستان داخلی، هوآیبی، آنهویی، هانچنگ، شانشی و غیره توزیع شده است که در این میان میدان زغال سنگ جونگار در مغولستان داخلی بیشترین منابع را دارد.
پنج ذخایر عمده کائولن در چین وجود دارد:
(1) شهر جیپای، شهرستان هنگ‌یانگ، استان هونان، سرشار از منابع معدنی است. ذخایر کائولن، نفلین، فلدسپات و کوارتز به ۲۰۰ میلیون تن می‌رسد و نزدیک به ۴۰ شرکت معدنکاری و فرآوری مواد معدنی در آن فعالیت دارند. منطقه معدنی داپایلینگ (عمدتاً معادن کائولن) تنها یک ذخیره معدنی ۸۰ میلیون تنی دارد که در آسیا رتبه اول را دارد. تولید سالانه معادن این شهر بیش از ۵۰۰۰۰۰ تن است که صدها کارخانه سرامیک در سراسر کشور را تأمین می‌کند.
(2) کائولن در منطقه ماومینگ. کانی کائولن در حوضه مائومینگ، یک کانسار زیرگروه خاک‌های الوویال هوازده سنگ رسوبی است. میزان کوارتز و سایر شن‌های آن بیش از 50٪ است، بنابراین به آن کانی کائولن شنی می‌گویند. از نظر منشأ، کائولن مائومینگ سه مرحله هوازدگی باقیمانده - حمل و نقل و خودآسیاب شدن - و سپس هوازدگی را طی کرده است. کائولن کاملاً هوازده شده است و ویفرها عمدتاً یکپارچه با اندازه ذرات ریز هستند. عمدتاً به عنوان مواد اولیه برای پوشش‌های کاغذسازی استفاده می‌شود.
(3) کائولن لانگیان یک کانسار کائولن باقیمانده هوازده است. از آنجایی که میزان آهن کمتر از 0.3٪، تیتانیوم کمتر از 0.02٪ و حاوی مقدار مشخصی از عنصر حلال دمای پایین (Li2O) است، این ماده اولیه ایده‌آلی برای چینی برقی، مصارف روزانه سطح بالا و چینی هنری است.
(4) کائولن سوژو یانگشان، این کانسار حاصل دگرسانی هیدروترمال کائولن است.ترکیب شیمیایی گل سوژو یانگشان با بافت خالص بسیار نزدیک به ترکیب نظری کائولینیت است. محتوای Al2O3 می‌تواند تا حدود 39.0٪، با رنگ سفید و ذرات ریز باشد. عمدتاً برای حامل‌های کاتالیزور و مواد اولیه شیمیایی استفاده می‌شود.
(5) هپو کائولن. این یک کانسار کائولن باقی مانده هوازده است که عمدتاً به عنوان مواد اولیه برای سرامیک‌های ساختمانی استفاده می‌شود.
(6) کائولن سری زغال سنگ شمالی. این یک کائولینیت رسوبی است که عمدتاً در مناطق تولید زغال سنگ کشور من توزیع شده است و می‌تواند در ساخت و ساز، پوشش‌ها، رنگ‌ها و پوشش‌های کاغذسازی - خاک مبتنی بر زغال سنگ - مورد استفاده قرار گیرد.
شش منطقه تولیدی اصلی ذکر شده در بالا، بیش از ۸۰ درصد از تولید چین را تشکیل می‌دهند و از نظر نوع منابع نیز نمایندگان اصلی هستند.
03یوse
کائولن کاربردهای گسترده‌ای دارد، عمدتاً به دلیل خاصیت انعطاف‌پذیری، چسبندگی، استحکام خشک خاص، خواص پخت و سفیدی پس از پخت، که آن را به ماده اولیه اصلی برای تولید سرامیک تبدیل می‌کند. این ماده سفید، نرم، بسیار پراکنده و قابل جذب است. خواص فرآیندی عالی آن مانند خواص شیمیایی و تصادفی بودن شیمیایی، آن را به طور گسترده در صنعت کاغذ استفاده می‌کند. علاوه بر این، کائولن همچنین به طور گسترده در بخش‌های صنعتی مانند لاستیک، پلاستیک، نسوز و پالایش نفت و همچنین در فناوری‌های پیشرفته در کشاورزی و دفاع ملی استفاده می‌شود. عمدتاً در صنایع سرامیک، پوشش‌ها، مواد نسوز، کاغذسازی، رنگ، لاستیک، چینی درجه یک، سیم و کابل، پلاستیک‌های صنعتی، پرکننده‌های صنایع شیمیایی، جوهرها، مواد غذایی، لوازم آرایشی، داروها و غیره استفاده می‌شود و جایگزین لیتوپون و بخشی از تیتانیوم در رنگ‌ها و پوشش‌ها می‌شود. پودر سفید و سایر مواد گران‌قیمت.
04 فناوری پردازش
به منظور جداسازی کانی‌های غیر رسی و مواد آلی مانند کوارتز، فلدسپات، میکا، کانی‌های آهن، کانی‌های تیتانیوم و غیره در کائولن و تولید محصولات کائولنی که بتواند نیازهای صنایع مختلف را برآورده کند، علاوه بر استفاده از روش‌های جداسازی ثقلی، فلوتاسیون، جداسازی مغناطیسی و غیره برای خالص‌سازی و حذف ناخالصی‌ها از کائولن، گاهی اوقات لازم است از روش‌های فرآوری عمیق مانند سفید کردن شیمیایی، پوسته پوسته شدن بسیار ریز، کلسیناسیون و اصلاح سطح نیز برای فرآوری کائولن استفاده شود.
(1) طبقه‌بندی هیدرولیک
طبقه‌بندی هیدرولیکی شامل طبقه‌بندی مارپیچی (جداسازی ماسه درشت +1 میلی‌متر)، طبقه‌بندی مخزن ته‌نشینی (جداسازی ماسه ریز +0.053 میلی‌متر)، طبقه‌بندی هیدروسیکلون (جداسازی ماسه ریز -0.053 میلی‌متر)، طبقه‌بندی گریز از مرکز یا طبقه‌بندی هیدروسیکلون با قطر کوچک (برای طبقه‌بندی ذرات فوق ریز 0.002-0.010 میلی‌متر) می‌شود.
(2) جداسازی مغناطیسی با گرادیان بالا
با استفاده از محیط تغلیظ‌کننده مغناطیسی، میدان مغناطیسی با قدرت بیش از ۱۶۰۰ کیلوآمپر بر متر برای حذف Fe2O3 و TiO2 از کائولن و تولید پوشش‌های کاغذی و مواد اولیه سرامیکی مرغوب تولید می‌شود.
(3) لخته‌سازی انتخابی
با افزودن فلوکولانت‌ها، ناخالصی‌هایی مانند کوارتز ریزدانه، پیریت، آلونیت و غیره به صورت انتخابی جدا می‌شوند تا کائولن با پوشش تیغه‌ای تولید شود. فلوکولانت‌های رایج مورد استفاده شامل هگزامتافسفات سدیم، پلی‌اکریل‌آمید آمونیوم، آب شیشه و غیره هستند.
(4) سفید کردن شیمیایی
مواد سفیدکننده مانند پودر بیمه برای کاهش آهن با ظرفیت بالا در لیمونیت و هماتیت در کائولن به آهن دو ظرفیتی محلول اضافه می‌شوند، یا اکسیدان‌ها برای اکسید کردن پیریت و ناخالصی‌های رنگرزی برای بهبود سفیدی کائولن اضافه می‌شوند.
(5) لایه برداری
در دستگاه پولک‌زنی، از گلوله‌های ریز و متوسط برای ایجاد اثر آسیاب استفاده می‌شود، به طوری که ذرات سنگدانه کائولن به بلورهای نازک جدا می‌شوند و کائولن پوشش داده شده با تیغه با اندازه ذرات کمتر از 2 میکرومتر و محتوای بیش از 90٪ تولید می‌شود.
(6) کلسیناسیون
وقتی کائولن در دمای ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کلسینه می‌شود، آب از دست می‌دهد، تبدیل فاز رخ می‌دهد و برخی از ناخالصی‌ها تبخیر می‌شوند که این امر باعث بهبود سفیدی و عایق‌بندی کائولن می‌شود و برای تولید کابل و پرکننده‌های لاستیکی و پلاستیکی استفاده می‌شود. کلسیناسیون یک روش فرآوری ضروری برای کائولن (سخت) مبتنی بر زغال سنگ است.
(7) اصلاح سطح
خاک رس کائولن با یک عامل اتصال دهنده و غیره پوشش داده می‌شود تا مقدار خاک رس کائولن اضافه شده در لاستیک پلاستیکی افزایش یابد و برای عمل آوری پرکننده‌های خاک رس کائولن برای پلاستیک‌های لاستیکی استفاده می‌شود.
در میان آنها، جداسازی مغناطیسی یک روش جداسازی فیزیکی مواد معدنی است که به طور گسترده در زمینه فرآوری مواد معدنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اصل اساسی آن استفاده از تفاوت‌های مغناطیسی خود مواد معدنی برای دستیابی به جداسازی است. با توجه به خواص مغناطیسی مواد معدنی، جداسازی مغناطیسی را می‌توان به جداسازی مغناطیسی قوی، جداسازی مغناطیسی ضعیف، جداسازی مغناطیسی معکوس و جداسازی مغناطیسی گرادیان بالا تقسیم کرد تا نیازهای مواد معدنی مختلف را برآورده کند. تجهیزات فرآوری مواد معدنی عمدتاً شامل جداکننده‌های مغناطیسی صفحه‌ای، جداکننده‌های مغناطیسی گرادیان بالای حلقه‌ای عمودی، جداکننده‌های مغناطیسی گرادیان بالای دوغاب الکترومغناطیسی، جداکننده‌های مغناطیسی ابررسانای دمای پایین و غیره هستند.
05 موارد کاربرد فرآوری مواد معدنی
فرآیند ۱: به عنوان مثال، با در نظر گرفتن یک خاک رس کائولن خارجی، ناخالصی‌های اصلی موجود در این نمونه شامل اکسید آهن، اکسید تیتانیوم و سیلیکات آهن است. در سنگ معدن خام، میزان ناخالصی Fe2O3 و TiO2 به ترتیب 0.89٪ و 0.17٪ است، در حالی که سفیدی آن به 67.29٪ می‌رسد.
برای حذف مؤثر این ناخالصی‌ها، طرح آزمایش زیر را تعیین کردیم: ابتدا، سنگ معدن خام را از یک جداکننده مغناطیسی دوغاب الکترومغناطیسی برای دو فرآیند جداسازی مغناطیسی، جداسازی خشن و انتخاب ریز، عبور می‌دهیم تا در ابتدا بیشتر ناخالصی‌ها حذف شوند. سپس، کنسانتره به‌دست‌آمده از طریق یک جداکننده مغناطیسی ابررسانا بیشتر خالص‌سازی می‌شود تا محتوای ناخالصی بیشتر کاهش یابد و کیفیت کائولن بهبود یابد.
نمودار جریان آزمایش
از نتایج آزمایش می‌توان دریافت که سنگ معدن خام را می‌توان با دوغاب الکترومغناطیسی + دوغاب الکترومغناطیسی + جداسازی مغناطیسی ابررسانا جدا کرد تا محصول کنسانتره کائولن با Fe2O3 0.35٪ و سفیدی 87.52٪ به دست آید.
فرآیند ۲:سنگ معدن خام تحت جداسازی مغناطیسی ابررسانا 5T قرار می‌گیرد. فرآیند آزمایش در شکل 2 و نتایج آزمایش در جدول 2 نشان داده شده است.
شکل 2 جریان آزمایشی فرآوری
سنگ معدن خام تحت جداسازی مغناطیسی ابررسانا 5T قرار گرفت تا محصول کنسانتره کائولن با Fe2O3 0.40٪، Al2O3 22.92٪، SiO2 68.78٪، TiO2 0.10٪، CaO 1.90٪، سفیدی 86.97٪ و بازده 90.90٪ به دست آید.
کائولن به عنوان یک ماده خام صنعتی چند منظوره، چشم‌انداز کاربردهای گسترده‌ای دارد. با پیشرفت مداوم علم و فناوری و توسعه پایدار صنعت، کائولن نقش مهمی در زمینه‌های بیشتری ایفا خواهد کرد. در آینده، ما مشتاقانه منتظر گسترش بیشتر دامنه کاربرد کائولن از طریق تحقیقات عمیق‌تر و نوآوری‌های فناوری، دستیابی به بهره‌برداری کارآمدتر و پایدارتر و مشارکت بیشتر در توسعه جامعه بشری هستیم. در عین حال، باید به مشکلات زیست‌محیطی که ممکن است در طول استخراج و فرآوری کائولن ایجاد شود نیز توجه کنیم و اقدامات فعالی را برای اطمینان از هماهنگی توسعه منطقی منابع کائولن با حفاظت از محیط زیست انجام دهیم.
زمان ارسال: ۱۳ مه ۲۰۲۴