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.
В зависимости от методов обработки каолин можно разделить на промывной каолин, прокаленный каолин и модифицированный каолин.
Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам каолин широко используется в различных областях, включая керамику, бумагу, покрытия, резину, пластмассы, огнеупорные материалы, бытовую химию, сельскохозяйственные удобрения, стекловолокно, катализаторы и фармацевтику.
Угольная пустая порода — это твердые отходы, образующиеся при добыче и обогащении угля. Это сопутствующий минерал угленосных осадочных пород, имеющий минеральный состав, преимущественно состоящий из каолинита и кварца. Как правило, содержание каолинита составляет около 701 TP3T, что делает его каолином угольной серии. Угольная пустая порода может использоваться для производства каолиновых продуктов, особенно высококачественного кальцинированного каолина.
Угольная пустая порода долгое время складировалась в виде промышленных отходов, занимая земельные участки и загрязняя окружающую среду. Преобразование угольной пустой породы в высококачественный каолин не только решает экологические проблемы, вызванные ее использованием, но и удовлетворяет рыночный спрос на каолин, принося как экологические, так и экономические выгоды.
Современные технологии производства каолина из пустой породы угля.
Китай обладает богатыми запасами угольной пустой породы, однако наличие примесей железа, титана и органического углерода ограничивает развитие производства каолина. В последние годы достигнут значительный прогресс в производстве каолина из угольной пустой породы. Основные производственные процессы включают обогащение руды, очистку, расслоение, сверхтонкое измельчение, обжиг и модификацию поверхности.
1. Обогащение и очистка руды
Обогащение и очистка руды включают ручное или механическое удаление пустой породы и железосодержащих минералов (таких как пирит) из угольной пустой породы. Обычно используются такие методы, как сепарация в тяжелых средах и фотоэлектрическая сортировка. Затем применяются дальнейшее дробление, измельчение и сильная магнитная сепарация для удаления примесей железа, титана и кварца, что повышает чистоту сырья.
2. Расслоение
Расслоение основано на слоистой структуре кристаллов каолинита в угольной пустой породе и слабых межслоевых силах. Для разделения каолинита на ультратонкие, мелкие хлопья используются физические или химические методы. В настоящее время к числу отработанных методов относятся измельчение-расслоение, высокоскоростные струйные методы и химическое расслоение. Добавление химических реагентов во время измельчения позволяет комбинированным химическим и механическим силам преодолеть межслоевые силы и удалить окрашенные примеси. Последующее седиментирование, центрифугирование, магнитная сепарация или отбеливание улучшают белизну и тонкость помола каолина.
3. Ультратонкое измельчение
Сверхтонкое измельчение каолина является ключевым этапом глубокой переработки и повышения добавленной стоимости. Его цель — физическое изменение формы частиц и распределения размеров каолина, что значительно улучшает или придает ему новые физические и химические свойства. Это позволяет каолину соответствовать требованиям высокотехнологичных применений. Для обеспечения тонкости помола порошка обычно используются такие устройства, как шаровые мельницы, мельницы Раймонда, мельницы европейского типа и струйные мельницы, как правило, в сочетании с системами диспергирования, деагломерации и классификации.
4. Кальцинирование
Прокаливание включает в себя термическую обработку порошка угольной пустой породы после обогащения, расслоения и измельчения при определенных температурах. Цели процесса — удаление органического углерода и других минералов для повышения белизны каолина, удаление воды и гидроксильных групп из каолинита для увеличения объема пор и химической активности, а также улучшение физических свойств. Полученный прокаленный каолин может быть непосредственно использован в различных областях или подвергнут дальнейшей обработке с помощью модификации поверхности и композитных технологий.
5. Модификация поверхности
Модификация поверхности каолина включает обработку поверхности порошка физическими, механическими или химическими методами в соответствии с требованиями применения. Цель состоит в изменении физических и химических свойств для удовлетворения потребностей новых материалов и технологий. Обычно используемые агенты включают силаны и титанаты в качестве связующих веществ. Модифицированный каолин находит применение в пластмассах, резине и покрытиях.
В настоящее время производство каолина на основе угольной пустой породы сталкивается со следующими ограничениями:
- К угольной пустой породе предъявляются высокие требования к химическому составу, в частности, используется пустая порода с низким содержанием железа и титана в качестве сырья.
- Выщелачивание сильной кислотой может улучшить удаление примесей, но при этом образуется большое количество кислых сточных вод, что создает серьезную экологическую нагрузку.
- Высокие требования к контролю технологического процесса; неправильная температура или продолжительность обжига могут привести к переобжигу или недообжигу продукции, что повлияет на белизну и активность.
Новые процессы производства каолина из угольной пустой породы
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:
- Предварительно измельченная угольная пустая порода отправляется на сортировку. Для удаления пустой породы и пирита используются ручная сортировка, разделение в тяжелых средах и фотоэлектрическая сепарация. Отделенная пустая порода далее перерабатывается в строительный песок.
- Угольная пустая порода, из которой удалены пустая порода и пирит, направляется на измельчение. После дробления, измельчения и приготовления пульпы материал классифицируется на тонкую и крупную пульпу. Крупная пульпа возвращается для сверхтонкого измельчения, а тонкая пульпа подвергается дальнейшему сверхтонкому измельчению.
- Сверхтонкоизмельченная угольная пустая порода направляется на удаление железа. Для удаления следовых количеств железа и титана используются неорганические кислоты, а также растворяется небольшое количество алюминия.
- Очищенная от железа суспензия фильтруется, измельчается и диспергируется. Добавляются отбеливающие вещества, после чего проводится распылительная сушка для получения порошка угольной пустой породы. Затем порошок обжигается в вращающейся печи или методом суспензионного обжига для получения каолина “Double-90”, отвечающего требуемой белизне и тонкости помола.
- Фильтрат после удаления железа содержит соли алюминия и небольшое количество солей железа. Он используется в качестве исходной суспензии для тонкого измельчения. Когда концентрация алюминия и железа достигает требуемого уровня, происходит осаждение, фильтрация и переработка в смешанный гидроксид алюминия и железа. Затем смешанный гидроксид подвергается кислотному выщелачиванию, полимеризации и сушке для получения твердого полиалюминиевого хлорида железа(III).
В результате этого процесса не образуются отходы или сточные воды.
Заключение
Производство каолина из угольной пустой породы — это зрелый и эффективный способ использования ресурсов угольной пустой породы. Использование угольной пустой породы в качестве сырья для производства каолина не только расширяет возможности использования ресурсов, но и открывает новые пути для промышленной трансформации в угледобывающих районах. Это также удовлетворяет спрос на каолиновые ресурсы в рамках национального экономического строительства.
В частности, новый процесс производства каолина на основе угольной пустой породы с нулевым уровнем выбросов обладает превосходными экологическими, экономическими и социальными преимуществами. Его продвижение и применение откроют более широкие перспективы для развития китайской отрасли использования ресурсов угольной пустой породы.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен