[אנציקלופדיה לעיבוד מינרלים של הואטה] חשיפת סודות הקאולין: טרנספורמציה מרהיבה מאדמה לחומרים מתקדמים

[אנציקלופדיה לעיבוד מינרלים של הואטה] חשיפת סודות הקאולין: טרנספורמציה מרהיבה מאדמה לחומרים מתקדמים

קַאוֹלִין הוא מינרל לא מתכתי, סוג של חרסית וסלע חרסית המורכב בעיקר ממינרלי חרסית קאוליניט. מכיוון שהם לבנים ועדינים, הם נקראים גם אדמת דולומיט. הם קרויים על שם כפר גאולינג, ג'ינגדז'ן, מחוז ג'יאנגשי. הקאולין הטהור שלהם הוא לבן, עדין, רך ואדמתי, ובעל תכונות פיזיקליות וכימיות טובות כגון פלסטיות ועמידות בפני אש. הרכב המינרלים שלהם מורכב בעיקר מקאוליניט, הלויסיט, הידרומיקה, איליט, מונטמורילוניט, קוורץ, פלדספר ומינרלים אחרים.

קאולין הוא מינרל חרס נפוץ וחשוב מאוד בטבע. הוא נוצר על ידי בליה של פלדספאר או מינרלים סיליקטיים אחרים בסלעים מגמטיים ומטמורפיים בסביבה חומצית חסרת מתכות אלקליות ומתכות אדמה אלקליות.

01 סיווג

סיווג קרקע

המינרלים הכלולים בקאולין בטבע מחולקים בעיקר למינרלי חרסית ומינרלים שאינם חרסית. ביניהם, מינרלי חרסית כוללים בעיקר מינרלי קאוליניט וכמות קטנה של מונטמורילוניט, נציץ וכלוריט; מינרלים שאינם חרסית כוללים בעיקר פלדספר, קוורץ ומינרלים מיובשים, כמו גם כמה מינרלי ברזל כגון המטיט ורוזיט, עפרת ברזל, לימוניט וכו', מינרלי טיטניום כגון רוטיל וכו' וחומר אורגני כגון סיבים צמחיים וכו'. מינרלי חרסית הם בעיקר הקובעים את תכונות הקאולין.

סיווג גורמים

בהתבסס על מקור מרבצי הקאולין ובהתבסס על ההבדלים בגיאולוגיה של המינרלים, תנאים גיאוגרפיים, קנה מידה של המרבץ, מורפולוגיה של גוף העפרה ומאפייני הופעה, ומרכיבי חומר העפרה המשתקפים בתהליכי מינרליזציה שונים, "קוד החיפוש הגיאולוגי של מכרות קאולין" יחלק את מרבצי הקאולין של סין לשלושה סוגים ושישה תת-סוגים.

סוג בליה:זה מחולק עוד לתת-סוג שיורי בליה ותת-סוג שטיפה בליה.

סוג שינוי הידרותרמי:הוא מחולק עוד לתת-סוג שינוי הידרותרמי ותת-סוג שינוי מעיינות חמים מודרניים.

סוג משקע:הוא מחולק לתת-סוגים משקעיים ובליה משקעית ותת-סוג אבן חרסית קאוליניט בשכבות נושאות פחם.

סוג תעשייתי

בהתבסס על מקורם של מרבצי קאולין, "מפרטי החיפוש הגיאולוגי של מכרות קאולין" מחלקים את מרבצי הקאולין של סין לשלושה סוגים ושישה תת-סוגים בהתאם להבדלים בגיאולוגיה של המינרליזציה, תנאים גיאוגרפיים, קנה מידה של המרבץ, מורפולוגיה של גוף העפרה ומאפייני הופעה, ורכיבי חומר העפרה המשתקפים בתהליכי מינרליזציה שונים. בהתאם למרקם שלהם, לפלסטיות שלהם ולחלק המסה של החול, הם מחולקים לשלושה סוגים:

קָשֶׁהקַאוֹלִין: קשה ולא פלסטיק, הופך לפלסטיק לאחר ריסוק וטחינה.

רַךקַאוֹלִין:חלק מסה חולי, רך, פלסטי מאוד, <50%.

חוֹלִיקַאוֹלִין:מרקם רך, פלסטיות חלשה, חלק מסת החול > 50%.

02 מָקוֹר

משאבי הקאולין של סין מדורגים בין המובילים בעולם, עם 267 מרבצי מינרלים מוכחים ועתודות מוכחות של 2.91 מיליארד טון. ביניהם: משאבי הקאולין לבנייה שאינם פחם של ארצי מדורגים במקום החמישי בעולם. העתודות המוכחות הן 1.468 מיליארד טון, המרוכזות בעיקר במחוזות גואנגדונג, שאאנשי, פוג'יאן, ג'יאנגשי, חונאן וג'יאנגסו, המהוות 84.55% מסך העתודות של המדינה; עתודות הקאולין (קאוליניט) לבנייה נושאות פחם של סין מדורגות במקום הראשון בעולם, עם עתודות מוכחות של 1.442 מיליארד טון, המפוזרות בעיקר בדאטונג, הואירן, שואוג'ואו, שאנשי, ג'ונגר, וודה, מונגוליה הפנימית, הואיביי, אנחווי, האנצ'נג, שאאנשי וכו', שביניהן שדה הפחם ג'ונגר במונגוליה הפנימית הוא בעל המשאבים הרבים ביותר.

ישנם חמישה מרבצי קאולין עיקריים בסין:

(1) עיירת ג'יפאיי, מחוז הנג-יאנג, מחוז חונאן, עשירה במשאבים מינרליים. עתודות הקאולין, הנפלין, פלדספר והקוורץ מגיעות ל-200 מיליון טון, וישנן כמעט 40 חברות כרייה ועיבוד מינרלים. באזור הכרייה דאפאילינג (בעיקר מכרות קאולין) יש עתודה של מכרה בודד של 80 מיליון טון, המדורגת במקום הראשון באסיה. תפוקת הכרייה השנתית של העיר היא יותר מ-500,000 טון, המספקת שירותים למאות מפעלי קרמיקה ברחבי המדינה.

(2) קאולין באזור מאומינג. מינרל הקאולין באגן מאומינג הוא משקע מסוג תת-סוג של סלע משקע שעבר בליה. תכולת הקוורץ וחול אחר בו גדולה מ-50%, ולכן הוא נקרא מינרל קאולין חולי. מבחינת מקורו, קאולין מאומינג עבר שלושה שלבים של בליה של שאריות - הובלה וטחינה עצמית - ולאחר מכן בליה. הקאולין עבר בליה מלאה, והופלים הם בעיקר מונוליטיים בעלי גודל חלקיקים דק. משמש בעיקר כחומרי גלם לציפויים לייצור נייר.

(3) קאולין לונגיאן הוא מרבץ קאולין שיורי שעבר בליה. מכיוון שתכולת הברזל נמוכה מ-0.3%, טיטניום פחות מ-0.02%, והוא מכיל כמות מסוימת של יסוד ממס בטמפרטורה נמוכה (Li2O), זהו חומר גלם אידיאלי לפורצלן חשמלי, לשימוש יומיומי יוקרתי ופורצלן אמנותי.

(4) קאולין סוז'ואו יאנגשאן, מרבץ זה הוא קאולין שעבר שינוי הידרותרמי.ההרכב הכימי של בוץ סוז'ואו יאנגשאן בעל המרקם הטהור קרוב מאוד להרכב התיאורטי של קאוליניט. תכולת ה-Al2O3 יכולה להגיע עד כ-39.0%, עם צבע לבן וחלקיקים עדינים. משמש בעיקר כנושאי זרז וחומרי גלם כימיים.

(5) Hepu Kaolin. זהו מרבץ קאולין שיורי שעבר בליה. משמש בעיקר כחומרי גלם לבניית קרמיקה.

(6) קאולין מסדרת הפחם הצפונית. זהו קאוליניט משקע, המופץ בעיקר באזורי ייצור הפחם של ארצי, וניתן להשתמש בו בבנייה, ציפויים, צבעים וציפויים לייצור נייר - אדמה מבוססת פחם.

ששת אזורי הייצור העיקריים שהוזכרו לעיל מהווים יותר מ-80% מתפוקת סין, והם גם מייצגים עיקריים מבחינת סוגי משאבים.

03יוse

לקאולין מגוון רחב של שימושים, בעיקר בשל גמישותו, הידבקותו, חוזק יבש מסוים, תכונות סינטור ולובן לאחר שריפה, מה שהופך אותו לחומר הגלם העיקרי לייצור קרמיקה; הוא לבן, רך, בעל פיזור גבוה וניתן לספיגה. תכונות התהליך המצוינות שלו, כגון תכונות כימיות ואקראיות כימית, הופכות אותו לשימוש נרחב בתעשיית הנייר. בנוסף, קאולין נמצא בשימוש נרחב גם במגזרים תעשייתיים כמו גומי, פלסטיק, חומרים חסיני אש וזיקוק נפט, כמו גם בטכנולוגיות מתקדמות בחקלאות ובביטחון לאומי. הוא משמש בעיקר בתעשיית הקרמיקה, ציפויים, חומרים חסיני אש, ייצור נייר, צבע, גומי, פורצלן איכותי, חוטים וכבלים, פלסטיק תעשייתי, חומרי מילוי בתעשייה הכימית, דיו, מזון, קוסמטיקה, תרופות וכו', והוא מחליף ליתופון וחלק מטיטניום בצבעים וציפויים, אבקה לבנה וחומרים יקרים אחרים.

04 טכנולוגיית עיבוד

על מנת להפריד מינרלים שאינם מחימר וחומר אורגני כגון קוורץ, פלדספאר, נציץ, מינרלי ברזל, מינרלי טיטניום וכו' בקאולין ולייצר מוצרי קאולין שיכולים לענות על הצרכים של תחומי תעשייה שונים, בנוסף לשימוש בהפרדה כבידה, ציפה, הפרדה מגנטית וכו' כדי לטהר ולהסיר זיהומים מקאולין, לעיתים יש צורך גם להשתמש בשיטות עיבוד עמוקות כגון הלבנה כימית, קילוף עדין במיוחד, קלצינציה ושינוי פני השטח לטיפול בקאולין.

(1) סיווג הידראולי

סיווג הידראולי כולל סיווג ספירלי (הפרדת חול גס במשקל 1 מ"מ ומעלה), סיווג מיכלי שיקוע (הפרדת חול דק במשקל 0.053 מ"מ ומעלה), סיווג הידרוציקלון (הפרדת חול דק במשקל 0.053 מ"מ-), סיווג צנטריפוגלי או סיווג הידרוציקלון בקוטר קטן (לסיווג חלקיקים עדינים במיוחד של 0.002-0.010 מ"מ).

(2) הפרדה מגנטית בגרדיאנט גבוה

עוצמת שדה מגנטי של יותר מ-1,600 קילו-אמפר/מטר נוצרת באמצעות שימוש במדיום של ריכוז מגנטי להסרת Fe2O3 ו-TiO2 מקאולין ולייצר ציפויי נייר וחומרי גלם קרמיים באיכות גבוהה.

(3) פלוקולציה סלקטיבית

על ידי הוספת חומרי פלוקולנט, זיהומים כגון קוורץ דק, פיריט, אלוניט וכו' מופרדים באופן סלקטיבי לייצור קאולין מצופה להב. חומרי פלוקולנט נפוצים כוללים נתרן הקסמטפוספט, אמוניום פוליאקרילאמיד, זכוכית מים וכו'.

(4) הלבנה כימית

חומרי הלבנה כגון אבקת ביטוח מתווספים כדי להפחית את הברזל בעל הערכים הגבוהים בלימוניט ובהמטיט בקאולין לברזל ברזלי מסיס, או מתווספים מחמצנים כדי לחמצן פיריט וזיהומי צביעה כדי לשפר את לובן הקאולין.

(5) קילוף

במכונת הפתיתים, משתמשים בכדורים בינוניים דקים תוך ערבוב כדי לייצר אפקט טחינה, כך שחלקיקי הקאולין מופרדים לגבישים דקים, ויוצרים קאולין מצופה להב בגודל חלקיקים של פחות מ-2 מיקרון ותכולה של יותר מ-90%.

(6) קלצינציה

כאשר קאולין מצופה בטמפרטורה של 800-1000 מעלות צלזיוס, הוא מאבד מים, מתרחשת טרנספורמציה של פאזה, וכמה זיהומים מתנדפים, מה שמשפר את הלובן והבידוד של הקאולין ומשמש לייצור כבלים, חומרי מילוי מגומי ופלסטיק. מצופה היא שיטת עיבוד הכרחית לקאולין (קשה) מבוסס פחם.

(7) שינוי פני השטח

חימר הקאולין מצופה בחומר צימוד וכו', כדי להגדיל את כמות חימר הקאולין המוסיף לגומי פלסטי, ומשמש לטיפול בחומרי מילוי חימר קאולין עבור גומי פלסטי.

ביניהן, הפרדה מגנטית היא שיטת הפרדה פיזיקלית של מינרלים הנמצאת בשימוש נרחב בתחום עיבוד המינרלים. העיקרון הבסיסי שלה הוא שימוש בהבדלים המגנטיים של המינרלים עצמם כדי להשיג הפרדה. על פי התכונות המגנטיות של המינרלים, ניתן לחלק את ההפרדה המגנטית להפרדה מגנטית חזקה, הפרדה מגנטית חלשה, הפרדה מגנטית הפוכה והפרדה מגנטית בעלת גרדיאנט גבוה כדי לענות על הצרכים של מינרלים שונים. ציוד לעיבוד מינרלים כולל בעיקר מפרידי פלטות מגנטיות, מפרידי טבעת אנכיים בעלי גרדיאנט גבוה, מפרידי תרחיף אלקטרומגנטיים בעלי גרדיאנט גבוה, מפרידי מוליכי-על בטמפרטורה נמוכה ועוד.

05 מקרי יישום לעיבוד מינרלים

תהליך 1: אם ניקח לדוגמה חרסית קאולין זרה, הזיהומים העיקריים בדגימה זו כוללים תחמוצת ברזל, תחמוצת טיטניום וסיליקט ברזל. בעפרה הגולמית, תכולת הזיהומים של Fe2O3 ו-TiO2 היא 0.89% ו-0.17% בהתאמה, בעוד שהלובן מגיע ל-67.29%.

על מנת להסיר ביעילות את הזיהומים הללו, קבענו את תוכנית הבדיקה הבאה: ראשית, מעבירים את העפרה הגולמית דרך מפריד מגנטי אלקטרומגנטי לשני תהליכי הפרדה מגנטיים, הפרדה גסה וסלקציה עדינה, כדי להסיר בתחילה את רוב הזיהומים. לאחר מכן, התרכיז המתקבל מטוהר עוד יותר באמצעות מפריד מגנטי מוליך-על כדי להפחית עוד יותר את תכולת הזיהומים ולשפר את איכות הקאולין.

תרשים זרימת הבדיקה

מתוצאות הבדיקה ניתן לראות כי ניתן להפריד את העפרה הגולמית באמצעות תרחיף אלקטרומגנטי + תרחיף אלקטרומגנטי + הפרדה מגנטית מוליכה-על כדי לקבל תוצר קאולין מרוכז עם 0.35% Fe2O3 ולובן 87.52%.

תהליך 2:עפרה גולמית עוברת הפרדה מגנטית מוליכת-על 5T. תהליך הבדיקה מוצג באיור 2, ותוצאות הבדיקה מוצגות בטבלה 2.

איור 2. זרימת ניסוי של הטבה

עפרת הגולמית עברה הפרדה מגנטית 5T מוליכת-על כדי לקבל תוצר קאולין מרוכז עם 0.40% Fe2O3, 22.92% Al2O3, 68.78% SiO2, 0.10% TiO2, 1.90% CaO, לובן 86.97% ותשואה של 90.90%.

כחומר גלם תעשייתי רב-תכליתי, לקאולין פוטנציאל יישום רחב. עם ההתקדמות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה ופיתוח בר-קיימא של התעשייה, קאולין ימלא תפקיד חשוב בתחומים רבים יותר. בעתיד, אנו מצפים להרחיב עוד יותר את היקף היישום של קאולין באמצעות מחקר מעמיק יותר וחדשנות טכנולוגית, השגת ניצול יעיל ובר-קיימא יותר ותרומה גדולה יותר לפיתוח החברה האנושית. במקביל, עלינו לשים לב גם לבעיות הסביבתיות שעלולות להתעורר במהלך כרייה ועיבוד של קאולין, ולנקוט צעדים פעילים כדי להבטיח שהפיתוח הרציונלי של משאבי קאולין יתואם עם הגנת הסביבה האקולוגית.