განსაკუთრებული ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გამო, კაოლინი შეუცვლელი არამეტალური მინერალური რესურსია კერამიკის, ქაღალდის დამზადების, რეზინის, პლასტმასის, ცეცხლგამძლე მასალების, ნავთობგადამუშავების და სხვა სამრეწველო, სასოფლო-სამეურნეო და ეროვნული თავდაცვის უახლესი ტექნოლოგიების სფეროებში. კაოლინის სითეთრე მისი გამოყენების მნიშვნელობის მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია.
კაოლინის სითეთრეზე მოქმედი ფაქტორები
კაოლინი წვრილმარცვლოვანი თიხის ან თიხნარი ქანის სახეობაა, რომელიც ძირითადად კაოლინიტის მინერალებისგან შედგება. მისი კრისტალური ქიმიური ფორმულაა 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. არათიხნარი მინერალების მცირე რაოდენობაა კვარცი, ფელდშპატი, რკინის მინერალები, ტიტანი, ალუმინის ჰიდროქსიდი და ოქსიდები, ორგანული ნივთიერებები და ა.შ.
კაოლინის კრისტალური სტრუქტურა
კაოლინის მინარევების მდგომარეობისა და ბუნების მიხედვით, კაოლინის სითეთრის შემცირების გამომწვევი მინარევები შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად: ორგანული ნახშირბადი; პიგმენტური ელემენტები, როგორიცაა Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn და ა.შ.; მუქი მინერალები, როგორიცაა ბიოტიტი, ქლორიტი და ა.შ. ზოგადად, კაოლინში V, Cr, Cu, Mn და სხვა ელემენტების შემცველობა მცირეა, რაც მცირე გავლენას ახდენს სითეთრეზე. მინერალური შემადგენლობა და რკინისა და ტიტანის შემცველობა კაოლინის სითეთრეზე მოქმედი ძირითადი ფაქტორებია. მათი არსებობა გავლენას ახდენს არა მხოლოდ კაოლინის ბუნებრივ სითეთრეზე, არამედ მის კალცინირებულ სითეთრეზეც. კერძოდ, რკინის ოქსიდის არსებობა უარყოფითად მოქმედებს თიხის ფერზე და ამცირებს მის სიკაშკაშეს და ცეცხლგამძლეობას. და მაშინაც კი, თუ რკინის ოქსიდის ოქსიდის, ჰიდროქსიდის და ჰიდრატირებული ოქსიდის რაოდენობა 0.4% არის, ეს საკმარისია თიხის ნალექისთვის წითელ-ყვითელი შეფერილობის მისაცემად. ეს რკინის ოქსიდები და ჰიდროქსიდები შეიძლება იყოს ჰემატიტი (წითელი), მაგჰემიტი (წითელ-ყავისფერი), გოეთიტი (მოყავისფრო-ყვითელი), ლიმონიტი (ნარინჯისფერი), ჰიდრატირებული რკინის ოქსიდი (მოყავისფრო-წითელი) და ა.შ. შეიძლება ითქვას, რომ კაოლინის უკეთ გამოყენებაში უაღრესად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს რკინის მინარევების მოცილება.
რკინის ელემენტის არსებობის მდგომარეობა
კაოლინში რკინის არსებობის მდგომარეობა რკინის მოცილების მეთოდის განმსაზღვრელი მთავარი ფაქტორია. კვლევების დიდი რაოდენობა მიიჩნევს, რომ კრისტალური რკინა წვრილი ნაწილაკების სახით კაოლინში შერეულია, ხოლო ამორფული რკინა კაოლინის წვრილი ნაწილაკების ზედაპირზეა დაფარული. ამჟამად, კაოლინში რკინის არსებობის მდგომარეობა ქვეყნის შიგნით და მის ფარგლებს გარეთ ორ ტიპად იყოფა: ერთი კაოლინიტსა და დამხმარე მინერალებში (როგორიცაა ქარსი, ტიტანის დიოქსიდი და ილიტი) გვხვდება, რომელსაც სტრუქტურული რკინა ეწოდება; მეორე კი დამოუკიდებელი რკინის მინერალების სახითაა, რომელსაც თავისუფალი რკინა ეწოდება (მათ შორის ზედაპირული რკინა, წვრილმარცვლოვანი კრისტალური რკინა და ამორფული რკინა).
კაოლინის რკინის მოცილებითა და გათეთრებით ამოღებული რკინა წარმოადგენს თავისუფალ რკინას, ძირითადად მოიცავს მაგნეტიტს, ჰემატიტს, ლიმონიტს, სიდერიტს, პირიტს, ილმენიტს, იაროზიტს და სხვა მინერალებს; რკინის უმეტესი ნაწილი არსებობს მაღალდისპერსიული კოლოიდური ლიმონიტის სახით, ხოლო მცირე რაოდენობა - სფერული, წრიული და არარეგულარული გოეთიტისა და ჰემატიტის სახით.
კაოლინის რკინის მოცილების და გათეთრების მეთოდი
წყლის გამოყოფა
ეს მეთოდი ძირითადად გამოიყენება ისეთი მინარევების მოსაშორებლად, როგორიცაა კვარცი, ფელდშპატი და ქარსი, ასევე უფრო უხეში მინარევები, როგორიცაა ქანების ნამსხვრევები, ასევე ზოგიერთი რკინისა და ტიტანის მინერალი. კაოლინის მსგავსი სიმკვრივისა და ხსნადობის მქონე მინარევები არ მოიხსნება და სითეთრის გაუმჯობესება შედარებით შესამჩნევი არ არის, რაც შესაფერისია შედარებით მაღალი ხარისხის კაოლინის მადნის გამდიდრებისა და გათეთრებისთვის.
მაგნიტური გამოყოფა
კაოლინში არსებული რკინის მინერალური მინარევები, როგორც წესი, სუსტი მაგნიტურია. ამჟამად, ძირითადად გამოიყენება მაღალი გრადიენტის ძლიერი მაგნიტური გამოყოფის მეთოდი, ანუ სუსტი მაგნიტური მინერალები გამოწვის შემდეგ გარდაიქმნება ძლიერ მაგნიტურ რკინის ოქსიდად და შემდეგ გამოიყოფა ჩვეულებრივი მაგნიტური გამოყოფის მეთოდით.
ვერტიკალური რგოლისებრი მაღალი გრადიენტის მაგნიტური გამყოფი
ელექტრომაგნიტური სუსპენზიისთვის მაღალი გრადიენტის მაგნიტური გამყოფი
დაბალი ტემპერატურის ზეგამტარი მაგნიტური გამყოფი
ფლოტაციის მეთოდი
ფლოტაციის მეთოდი გამოიყენება პირველადი და მეორადი საბადოებიდან კაოლინის დასამუშავებლად. ფლოტაციის პროცესში კაოლინიტისა და ქარსის ნაწილაკები გამოიყოფა, ხოლო გასუფთავებული პროდუქტები რამდენიმე შესაფერისი სამრეწველო დანიშნულების ნედლეულია. კაოლინიტისა და ფელდშპატის შერჩევითი ფლოტაციური გამოყოფა, როგორც წესი, ხორციელდება კონტროლირებადი pH-ის მქონე ნალექში.
შემცირების მეთოდი
აღდგენის მეთოდი გულისხმობს აღმდგენი აგენტის გამოყენებას კაოლინის სამვალენტიან მდგომარეობაში მყოფი რკინის მინარევების (როგორიცაა ჰემატიტი და ლიმონიტი) აღსადგენად ხსნად ორვალენტიან რკინის იონებამდე, რომლებიც ფილტრაციითა და გარეცხვით შორდებიან. სამრეწველო კაოლინიდან Fe3+ მინარევების მოცილება, როგორც წესი, მიიღწევა ფიზიკური ტექნოლოგიების (მაგნიტური გამოყოფა, შერჩევითი ფლოკულაცია) და ქიმიური დამუშავების კომბინაციით მჟავე ან აღმდგენი პირობების პირობებში.
ნატრიუმის ჰიდროსულფიტი (Na2S2O4), ასევე ცნობილი როგორც ნატრიუმის ჰიდროსულფიტი, ეფექტურია კაოლინიდან რკინის აღსადგენად და გამორეცხვისთვის და ამჟამად გამოიყენება კაოლინის ინდუსტრიაში. თუმცა, ეს მეთოდი უნდა განხორციელდეს ძლიერ მჟავე პირობებში (pH <3), რაც იწვევს მაღალ საოპერაციო ხარჯებს და გარემოზე ზემოქმედებას. გარდა ამისა, ნატრიუმის ჰიდროსულფიტის ქიმიური თვისებები არასტაბილურია, რაც მოითხოვს სპეციალურ და ძვირადღირებულ შენახვისა და ტრანსპორტირების მოწყობას.
თიოშარდოვანას დიოქსიდი ((NH2)2CSO2, TD) არის ძლიერი აღმდგენი აგენტი, რომელსაც აქვს ძლიერი აღმდგენი უნარი, გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა, დაბალი დაშლის სიჩქარე, უსაფრთხოება და პარტიული წარმოების დაბალი ღირებულება. კაოლინში უხსნადი Fe3+ შეიძლება აღდგეს ხსნად Fe2+-ად TD-ის მეშვეობით.
შემდგომში, კაოლინის სითეთრის გაზრდა შესაძლებელია ფილტრაციისა და გარეცხვის შემდეგ. თორმეტი დიოქსიდი ძალიან სტაბილურია ოთახის ტემპერატურასა და ნეიტრალურ პირობებში. თორმეტი დიოქსიდის ძლიერი აღდგენის უნარის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ძლიერი ტუტეობის (pH>10) ან გათბობის (T>70°C) პირობებში, რაც იწვევს მაღალ ექსპლუატაციის ხარჯებს და სირთულეს.
დაჟანგვის მეთოდი
დაჟანგვითი დამუშავება მოიცავს ოზონის, წყალბადის ზეჟანგის, კალიუმის პერმანგანატის და ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის გამოყენებას ადსორბირებული ნახშირბადის ფენის მოსაშორებლად სითეთრის გასაუმჯობესებლად. უფრო სქელი, ზედმეტი შრის ქვეშ ღრმა ადგილას არსებული კაოლინი ნაცრისფერია, ხოლო კაოლინში არსებული რკინა აღმდგენი მდგომარეობაშია. პირიტში უხსნადი FeS2-ის ხსნად Fe2+-ად დასაჟანგავად გამოიყენეთ ძლიერი დაჟანგვის საშუალებები, როგორიცაა ოზონი ან ნატრიუმის ჰიპოქლორიტი, შემდეგ კი გარეცხეთ Fe2+ სისტემიდან მოსაშორებლად.
მჟავა გამორეცხვის მეთოდი
მჟავა გამორეცხვის მეთოდი გულისხმობს კაოლინში არსებული უხსნადი რკინის მინარევების გარდაქმნას ხსნად ნივთიერებებად მჟავე ხსნარებში (მარილმჟავა, გოგირდმჟავა, მჟაუნას მჟავა და ა.შ.), რითაც ხორციელდება კაოლინიდან გამოყოფა. სხვა ორგანულ მჟავებთან შედარებით, მჟაუნას მჟავა ყველაზე პერსპექტიულად ითვლება მისი მჟავა სიმტკიცის, კარგი კომპლექსური თვისებების და მაღალი აღდგენითი უნარის გამო. მჟაუნას მჟავას საშუალებით, გახსნილი რკინა შეიძლება გამოილექოს გამორეცხვის ხსნარიდან რკინის ოქსალატის სახით და შემდგომ დამუშავდეს სუფთა ჰემატიტის წარმოსაქმნელად კალცინაციის გზით. მჟაუნას მჟავას მიღება იაფად შესაძლებელია სხვა სამრეწველო პროცესებიდან და კერამიკული წარმოების გამოწვის ეტაპზე, დამუშავებულ მასალაში ნებისმიერი ნარჩენი ოქსალატი იშლება ნახშირორჟანგად. ბევრმა მკვლევარმა შეისწავლა რკინის ოქსიდის მჟაუნას მჟავასთან გახსნის შედეგები.
მაღალი ტემპერატურის კალცინაციის მეთოდი
კალცინაცია სპეციალური კლასის კაოლინის პროდუქტების წარმოების პროცესია. დამუშავების ტემპერატურის მიხედვით, მიიღება კალცინირებული კაოლინის ორი განსხვავებული კლასი. 650-700 ℃ ტემპერატურის დიაპაზონში კალცინაცია აშორებს სტრუქტურულ ჰიდროქსილის ჯგუფს, ხოლო გამომავალი წყლის ორთქლი ზრდის კაოლინის ელასტიურობას და გამჭვირვალობას, რაც ქაღალდის საფარის გამოყენების იდეალური ატრიბუტია. გარდა ამისა, კაოლინის 1000-1050 ℃ ტემპერატურაზე გაცხელებით, შესაძლებელია არა მხოლოდ აბრაზიულობის გაზრდა, არამედ 92-95%-იანი სითეთრის მიღება.
ქლორირების კალცინაცია
თიხის მინერალებიდან, განსაკუთრებით კაოლინიდან, ქლორირებით მოიშორეს რკინა და ტიტანი და კარგი შედეგები მიიღეს. ქლორირებისა და კალცინაციის პროცესში, მაღალ ტემპერატურაზე (700 ℃ - 1000 ℃), კაოლინიტი განიცდის დეჰიდროქსილირებას მეტაკაოლინიტის წარმოსაქმნელად, ხოლო მაღალ ტემპერატურაზე წარმოიქმნება სპინელისა და მულიტის ფაზები. ეს გარდაქმნები ზრდის ნაწილაკების ჰიდროფობიურობას, სიმტკიცეს და ზომას შედუღების გზით. ამ გზით დამუშავებული მინერალების გამოყენება შესაძლებელია მრავალ ინდუსტრიაში, როგორიცაა ქაღალდი, პოლივინილქლორიდი, რეზინი, პლასტმასი, წებოვანი ნივთიერებები, გასაპრიალებელი და კბილის პასტა. მაღალი ჰიდროფობიურობა ამ მინერალებს უფრო თავსებადს ხდის ორგანულ სისტემებთან.
მიკრობიოლოგიური მეთოდი
მინერალების მიკრობული გაწმენდის ტექნოლოგია მინერალების გადამუშავების შედარებით ახალი დარგია, მათ შორის მიკრობული გამორეცხვის ტექნოლოგია და მიკრობული ფლოტაციის ტექნოლოგია. მინერალების მიკრობული გამორეცხვის ტექნოლოგია არის ექსტრაქციის ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს მიკროორგანიზმებსა და მინერალებს შორის ღრმა ურთიერთქმედებას მინერალების კრისტალური ბადის გასანადგურებლად და სასარგებლო კომპონენტების გასახსნელად. კაოლინში შემავალი დაჟანგული პირიტი და სხვა სულფიდური მადნები შეიძლება გაიწმინდოს მიკრობული ექსტრაქციის ტექნოლოგიით. ხშირად გამოყენებულ მიკროორგანიზმებს შორისაა Thiobacillus ferrooxidans და Fe-აღმდგენი ბაქტერიები. მიკრობიოლოგიურ მეთოდს აქვს დაბალი ღირებულება და გარემოს დაბალი დაბინძურება, რაც არ იმოქმედებს კაოლინის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე. ეს არის გაწმენდისა და გათეთრების ახალი მეთოდი კაოლინის მინერალების განვითარების პერსპექტივით.
რეზიუმე
კაოლინის რკინის მოცილებისა და გათეთრების დამუშავებისას საჭიროა საუკეთესო მეთოდის შერჩევა სხვადასხვა ფერის მიზეზებისა და გამოყენების სხვადასხვა მიზნების გათვალისწინებით, კაოლინის მინერალების ყოვლისმომცველი სითეთრის მახასიათებლების გაუმჯობესება და მისი მაღალი გამოყენების ღირებულებისა და ეკონომიკური ღირებულების უზრუნველყოფა. სამომავლო განვითარების ტენდენცია უნდა იყოს ქიმიური, ფიზიკური და მიკრობიოლოგიური მეთოდების მახასიათებლების ორგანულად შერწყმა, რათა სრულად გამოვლინდეს მათი უპირატესობები და შემცირდეს მათი ნაკლოვანებები და ნაკლოვანებები, რათა მიღწეულ იქნას უკეთესი გათეთრების ეფექტი. ამავდროულად, აუცილებელია სხვადასხვა მინარევების მოცილების მეთოდების ახალი მექანიზმების შემდგომი შესწავლა და პროცესის გაუმჯობესება, რათა კაოლინის რკინის მოცილება და გათეთრება განვითარდეს ეკოლოგიურად სუფთა, ეფექტური და დაბალნახშირბადიანი მიმართულებით.
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 2 მარტი