特殊な物理的および化学的特性を備えたカオリンは、セラミックス、製紙、ゴム、プラスチック、耐火物、石油精製、その他の工業、農業、国防の最先端技術分野において不可欠な非金属鉱物資源です。カオリンの白色度は、その用途価値を示す重要な指標です。
カオリンの白さに影響を与える要因
カオリンは、主にカオリナイト鉱物からなる細粒粘土または粘土岩の一種です。結晶の化学式は2SiO2・Al2O3・2H2Oです。少量の非粘土鉱物には、石英、長石、鉄鉱物、チタン、水酸化アルミニウムおよび酸化アルミニウム、有機物などがあります。
カオリンの結晶構造
カオリン中の不純物の状態と性質に応じて、カオリンの白色度低下の原因となる不純物は次の 3 つのカテゴリーに分類できます。 Fe、Ti、V、Cr、Cu、Mn などの顔料元素。黒雲母、緑泥石などの黒色鉱物。一般にカオリン中のV、Cr、Cu、Mnなどの含有量は少なく、白色度への影響はほとんどありません。鉱物組成と鉄とチタンの含有量は、カオリンの白さに影響を与える主な要因です。それらの存在はカオリンの自然な白さに影響を与えるだけでなく、焼成後の白さにも影響を与えます。特に、酸化鉄の存在は粘土の色に悪影響を及ぼし、粘土の明るさと耐火性を低下させます。また、酸化鉄の酸化物、水酸化物、酸化物水和物の量が 0.4% であっても、粘土堆積物を赤から黄色に着色するには十分です。これらの酸化鉄および水酸化鉄には、赤鉄鉱（赤色）、マグヘマイト（赤褐色）、針鉄鉱（黄褐色）、褐鉄鉱（オレンジ色）、水和酸化鉄（茶色がかった赤色）などがあり、鉄不純物の除去と言えます。カオリンの有効利用には、カオリンの成分が非常に重要な役割を果たします。
鉄元素の発生状況
カオリン中の鉄の存在状態が、除鉄方法を決定する主な要因となる。多くの研究では、カオリンには微粒子の形で結晶質の鉄が混合されており、非晶質の鉄はカオリンの微粒子の表面にコーティングされていると考えられています。現在、カオリン中の鉄の存在状態は、国内外で二種類に分けられます。一つは、構造鉄と呼ばれるカオリナイトと付属鉱物（雲母、二酸化チタン、イライトなど）中のもの、もう一つはカオリナイトと付属鉱物（雲母、二酸化チタン、イライトなど）中のものです。もう 1 つは、遊離鉄 (表面鉄、細粒結晶鉄、非晶質鉄を含む) と呼ばれる独立した鉄鉱物の形態です。
カオリンの除鉄および白色化によって除去される鉄は遊離鉄であり、主に磁鉄鉱、赤鉄鉱、褐鉄鉱、菱鉄鉱、黄鉄鉱、チタン鉄鉱、ジャロサイトおよび他の鉱物が含まれる。ほとんどの鉄は高度に分散したコロイド状褐鉄鉱の形で存在し、少量は球形、針状、不規則な針鉄鉱および赤鉄鉱の形で存在します。
カオリンの除鉄・美白方法
水の分離
この方法は主に、石英、長石、雲母などの砕屑性鉱物、岩石の破片などの粗い不純物、および一部の鉄やチタン鉱物を除去するために使用されます。カオリンと同等の密度と溶解度を持つ不純物鉱物を除去することができず、白色度の向上が比較的顕著ではないため、比較的高品質のカオリン鉱石の選鉱および白色化に適しています。
磁気分離
カオリン中の鉄鉱物不純物は通常、弱い磁性を持っています。現在では、高勾配強磁性分離法が主に使用されており、あるいは、弱磁性鉱物を焙焼後に強磁性酸化鉄に変換し、通常の磁性分離法により除去されている。
垂直リング高勾配磁選機
電磁スラリー用高勾配磁選機
低温超電導磁気選別機
浮選法
浮遊選鉱法は、一次および二次鉱床からのカオリンの処理に適用されています。浮遊選鉱プロセスでは、カオリナイトと雲母粒子が分離され、精製された生成物はいくつかの適切な工業グレードの原料となります。カオリナイトと長石の選択的浮選分離は、通常、pH が制御されたスラリー中で行われます。
削減方法
還元法は、カオリンの３価状態にある鉄不純物（赤鉄鉱、褐鉄鉱など）を還元剤を用いて可溶性の２価の鉄イオンに還元し、ろ過、洗浄により除去する方法です。工業用カオリンからの Fe3+ 不純物の除去は、通常、物理的技術 (磁気分離、選択的凝集) と酸性または還元条件下での化学処理を組み合わせることによって達成されます。
ハイドロ亜硫酸ナトリウム (Na2S2O4) はハイドロ亜硫酸ナトリウムとしても知られ、カオリンからの鉄の還元と浸出に効果があり、現在カオリン産業で使用されています。ただし、この方法は強酸性条件 (pH < 3) で実行する必要があるため、操業コストが高くつき、環境への影響が生じます。さらに、ハイドロ亜硫酸ナトリウムの化学的特性は不安定であるため、特別で高価な保管および輸送の手配が必要です。
二酸化チオ尿素: (NH2) 2CSO2、TD) は強力な還元剤であり、強力な還元能力、環境への優しさ、分解速度の低さ、安全性、バッチ生産の低コストという利点があります。カオリン中の不溶性 Fe3+ は、TD により可溶性 Fe2+ に還元されます。
その後、濾過および洗浄後にカオリンの白色度を高めることができます。 TD は室温および中性条件で非常に安定しています。 TD の強力な還元能力は、強アルカリ性 (pH>10) または加熱 (T>70 °C) の条件下でのみ得られるため、操作コストが高くつき、操作が困難になります。
酸化方法
酸化処理には、オゾン、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウムを使用して吸着したカーボン層を除去し、白色度を向上させます。厚い表土の下の深い場所にあるカオリンは灰色で、カオリン中の鉄は還元状態にあります。オゾンや次亜塩素酸ナトリウムなどの強力な酸化剤を使用して、黄鉄鉱中の不溶性 FeS2 を可溶性 Fe2+ に酸化し、洗浄して系から Fe2+ を除去します。
酸浸出法
酸浸出法は、カオリン中の不溶性鉄不純物を酸性溶液（塩酸、硫酸、シュウ酸など）で可溶性物質に変換し、カオリンから分離する方法です。他の有機酸と比較して、シュウ酸は酸の強さ、錯形成特性の良さ、還元能力の高さから最も有望であると考えられています。シュウ酸を使用すると、溶解した鉄をシュウ酸第一鉄の形で浸出液から沈殿させることができ、さらに処理して焼成により純粋なヘマタイトを形成することができます。シュウ酸は他の工業プロセスから安価に入手でき、セラミック製造の焼成段階で、処理された材料に残留するシュウ酸塩は二酸化炭素に分解されます。多くの研究者が、酸化鉄をシュウ酸で溶解した結果を研究してきました。
高温焼成法
焼成は、特級カオリン製品を製造するプロセスです。処理温度に応じて、2 つの異なるグレードの焼成カオリンが生成されます。 650～700℃の温度範囲で焼成すると、構造的なヒドロキシル基が除去され、逃げる水蒸気によってカオリンの弾性と不透明度が高まり、これは紙コーティング用途の理想的な特性です。さらに、カオリンを1000〜1050℃で加熱することにより、磨耗性が高まるだけでなく、92〜95％の白色度が得られます。
塩素化焼成
粘土鉱物、特にカオリンから塩素処理により鉄とチタンを除去し、良好な結果が得られた。高温（700℃～1000℃）での塩素化と焼成のプロセスで、カオリナイトは脱水酸化を受けてメタカオリナイトを形成し、さらに高温ではスピネル相とムライト相が形成されます。これらの変態により、焼結を通じて粒子の疎水性、硬度、サイズが増加します。この方法で処理された鉱物は、紙、PVC、ゴム、プラスチック、接着剤、研磨剤、歯磨き粉などの多くの産業で使用できます。疎水性が高いため、これらのミネラルは有機系との適合性が高くなります。
微生物学的方法
鉱物の微生物精製技術は、微生物浸出技術や微生物浮遊選鉱技術など、比較的新しい鉱物処理主題です。ミネラルの微生物浸出技術は、微生物とミネラルの深い相互作用を利用して、ミネラルの結晶格子を破壊し、有用成分を溶解する抽出技術です。カオリンに含まれる酸化黄鉄鉱などの硫化鉱石は、微生物抽出技術により精製することができます。一般的に使用される微生物には、Thiobacillus ferrooxydans および Fe 還元細菌が含まれます。微生物学的方法は低コストで環境汚染が少なく、カオリンの物理的および化学的特性に影響を与えません。カオリン鉱物の開発が期待される新しい精製・美白法です。
まとめ
カオリンの除鉄および漂白処理は、さまざまな色の原因とさまざまな用途の目的に応じて最適な方法を選択し、カオリン鉱物の総合的な白色度を向上させ、高い使用価値と経済的価値を持たせる必要があります。今後の発展傾向は、化学的方法、物理的方法、微生物学的方法の特徴を有機的に組み合わせて、それぞれの利点を最大限に発揮し、欠点や欠点を抑制して、より優れた美白効果を達成することである。同時に、さまざまな不純物除去方法の新しいメカニズムをさらに研究し、カオリンの鉄除去と白色化をグリーン、効率的、低炭素の方向に発展させるためのプロセスを改善することも必要です。
投稿時間: 2023 年 3 月 2 日