Dengan sifat fisik dan kimia yang istimewa, kaolin merupakan sumber daya mineral nonlogam yang sangat diperlukan dalam bidang keramik, pembuatan kertas, karet, plastik, bahan tahan api, penyulingan minyak bumi, dan bidang teknologi mutakhir lainnya di bidang industri, pertanian, dan pertahanan nasional. Tingkat keputihan kaolin merupakan indikator penting dari nilai aplikasinya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi keputihan kaolin
Kaolin adalah sejenis tanah liat halus atau batuan lempung yang terutama terdiri dari mineral kaolinit. Rumus kimia kristalnya adalah 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O. Sejumlah kecil mineral non-lempung meliputi kuarsa, feldspar, mineral besi, titanium, aluminium hidroksida dan oksida, bahan organik, dan lain-lain.
Struktur kristal kaolin
Berdasarkan keadaan dan sifat pengotor dalam kaolin, pengotor yang menyebabkan penurunan keputihan kaolin dapat dibagi menjadi tiga kategori: karbon organik; unsur pigmen, seperti Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, dll; mineral gelap, seperti biotit, klorit, dll. Umumnya, kandungan V, Cr, Cu, Mn dan unsur lainnya dalam kaolin kecil, sehingga pengaruhnya terhadap keputihan relatif kecil. Komposisi mineral dan kandungan besi dan titanium merupakan faktor utama yang memengaruhi keputihan kaolin. Keberadaan keduanya tidak hanya memengaruhi keputihan alami kaolin, tetapi juga memengaruhi keputihan setelah dikalsinasi. Secara khusus, keberadaan oksida besi berdampak negatif pada warna tanah liat dan mengurangi kecerahan serta ketahanan apinya. Bahkan jika jumlah oksida, hidroksida, dan oksida terhidrat dari oksida besi hanya 0,4%, itu sudah cukup untuk memberikan warna merah hingga kuning pada sedimen tanah liat. Oksida dan hidroksida besi ini dapat berupa hematit (merah), maghemit (merah-coklat), goetit (kuning kecoklatan), limonit (oranye), oksida besi terhidrat (merah kecoklatan), dan lain-lain. Dapat dikatakan bahwa penghilangan pengotor besi dalam kaolin memainkan peran yang sangat penting dalam pemanfaatan kaolin yang lebih baik.
Keadaan kemunculan unsur besi
Keadaan keberadaan besi dalam kaolin merupakan faktor utama yang menentukan metode penghilangan besi. Sejumlah besar penelitian meyakini bahwa besi kristalin dalam bentuk partikel halus tercampur dalam kaolin, sedangkan besi amorf melapisi permukaan partikel halus kaolin. Saat ini, keadaan keberadaan besi dalam kaolin dibagi menjadi dua jenis di dalam dan luar negeri: pertama, dalam kaolinit dan mineral aksesori (seperti mika, titanium dioksida, dan illit), yang disebut besi struktural; kedua, dalam bentuk mineral besi independen, yang disebut besi bebas (termasuk besi permukaan, besi kristalin berbutir halus, dan besi amorf).
Besi yang dihilangkan melalui proses penghilangan besi dan pemutihan kaolin adalah besi bebas, terutama termasuk magnetit, hematit, limonit, siderit, pirit, ilmenit, jarosit, dan mineral lainnya; Sebagian besar besi terdapat dalam bentuk limonit koloid yang sangat terdispersi, dan sejumlah kecil dalam bentuk goetit dan hematit berbentuk bulat, jarum, dan tidak beraturan.
Metode penghilangan zat besi dan pemutihan kaolin.
Pemisahan air
Metode ini terutama digunakan untuk menghilangkan mineral detrital seperti kuarsa, feldspar, dan mika, serta pengotor yang lebih kasar seperti serpihan batuan, dan juga beberapa mineral besi dan titanium. Mineral pengotor dengan kepadatan dan kelarutan yang mirip dengan kaolin tidak dapat dihilangkan, dan peningkatan keputihan relatif tidak terlalu signifikan, sehingga cocok untuk pengayaan dan pemutihan bijih kaolin berkualitas relatif tinggi.
Pemisahan magnetik
Pengotor mineral besi dalam kaolin biasanya bersifat magnetik lemah. Saat ini, metode pemisahan magnetik kuat gradien tinggi terutama digunakan, atau mineral magnetik lemah diubah menjadi oksida besi magnetik kuat setelah pemanggangan, dan kemudian dihilangkan dengan metode pemisahan magnetik biasa.
Pemisah magnetik gradien tinggi cincin vertikal
Separator magnetik gradien tinggi untuk bubur elektromagnetik
Pemisah magnetik superkonduktor suhu rendah
Metode flotasi
Metode flotasi telah diterapkan untuk mengolah kaolin dari endapan primer dan sekunder. Dalam proses flotasi, partikel kaolinit dan mika dipisahkan, dan produk yang dimurnikan merupakan beberapa bahan baku industri yang sesuai. Pemisahan flotasi selektif kaolinit dan feldspar biasanya dilakukan dalam bubur dengan pH terkontrol.
Metode reduksi
Metode reduksi adalah dengan menggunakan zat pereduksi untuk mereduksi pengotor besi (seperti hematit dan limonit) dalam keadaan trivalen kaolin menjadi ion besi bivalen yang larut, yang kemudian dihilangkan dengan penyaringan dan pencucian. Penghilangan pengotor Fe3+ dari kaolin industri biasanya dicapai dengan menggabungkan teknologi fisik (pemisahan magnetik, flokulasi selektif) dan perlakuan kimia dalam kondisi asam atau reduksi.
Natrium hidrosulfit (Na2S2O4), juga dikenal sebagai natrium hidrosulfit, efektif dalam mereduksi dan melarutkan besi dari kaolin, dan saat ini digunakan dalam industri kaolin. Namun, metode ini harus dilakukan dalam kondisi asam kuat (pH<3), sehingga mengakibatkan biaya operasional yang tinggi dan dampak lingkungan yang besar. Selain itu, sifat kimia natrium hidrosulfit tidak stabil, sehingga memerlukan pengaturan penyimpanan dan transportasi khusus yang mahal.
Tiourea dioksida (NH2)2CSO2 (TD) adalah zat pereduksi kuat yang memiliki keunggulan berupa kemampuan pereduksi yang kuat, ramah lingkungan, tingkat dekomposisi rendah, aman, dan biaya produksi massal yang rendah. Fe3+ yang tidak larut dalam kaolin dapat direduksi menjadi Fe2+ yang larut melalui TD.
Selanjutnya, keputihan kaolin dapat ditingkatkan setelah penyaringan dan pencucian. TD sangat stabil pada suhu ruang dan kondisi netral. Kemampuan reduksi yang kuat dari TD hanya dapat diperoleh dalam kondisi alkalinitas tinggi (pH>10) atau pemanasan (T>70 °C), yang mengakibatkan biaya operasional yang tinggi dan kesulitan.
Metode oksidasi
Perlakuan oksidasi meliputi penggunaan ozon, hidrogen peroksida, kalium permanganat, dan natrium hipoklorit untuk menghilangkan lapisan karbon yang terserap guna meningkatkan keputihan. Kaolin di tempat yang lebih dalam di bawah lapisan penutup yang lebih tebal berwarna abu-abu, dan besi dalam kaolin berada dalam keadaan reduksi. Gunakan zat pengoksidasi kuat seperti ozon atau natrium hipoklorit untuk mengoksidasi FeS2 yang tidak larut dalam pirit menjadi Fe2+ yang larut, lalu cuci untuk menghilangkan Fe2+ dari sistem.
Metode pelindian asam
Metode pelarutan asam bertujuan untuk mengubah pengotor besi yang tidak larut dalam kaolin menjadi zat yang larut dalam larutan asam (asam klorida, asam sulfat, asam oksalat, dll.), sehingga memungkinkan pemisahan dari kaolin. Dibandingkan dengan asam organik lainnya, asam oksalat dianggap paling menjanjikan karena kekuatan asamnya, sifat pengkompleksan yang baik, dan kemampuan reduksi yang tinggi. Dengan asam oksalat, besi yang terlarut dapat diendapkan dari larutan pelarutan dalam bentuk fero oksalat, dan dapat diproses lebih lanjut untuk membentuk hematit murni melalui kalsinasi. Asam oksalat dapat diperoleh dengan murah dari proses industri lainnya, dan pada tahap pembakaran pembuatan keramik, oksalat sisa dalam bahan yang diolah akan terurai menjadi karbon dioksida. Banyak peneliti telah mempelajari hasil pelarutan oksida besi dengan asam oksalat.
Metode kalsinasi suhu tinggi
Kalsinasi adalah proses produksi produk kaolin kelas khusus. Berdasarkan suhu perlakuan, dihasilkan dua kelas kaolin terkalsinasi yang berbeda. Kalsinasi pada kisaran suhu 650-700 ℃ menghilangkan gugus hidroksil struktural, dan uap air yang keluar meningkatkan elastisitas dan opasitas kaolin, yang merupakan atribut ideal untuk aplikasi pelapisan kertas. Selain itu, dengan memanaskan kaolin pada suhu 1000-1050 ℃, tidak hanya dapat meningkatkan daya tahan terhadap abrasi, tetapi juga menghasilkan tingkat keputihan 92-95%.
Klorinasi kalsinasi
Besi dan titanium dihilangkan dari mineral lempung, terutama kaolin, melalui klorinasi, dan hasil yang baik diperoleh. Dalam proses klorinasi dan kalsinasi, pada suhu tinggi (700 ℃ - 1000 ℃), kaolinit mengalami dehidroksilasi untuk membentuk metakaolinit, dan pada suhu yang lebih tinggi, fase spinel dan mullit terbentuk. Transformasi ini meningkatkan hidrofobisitas, kekerasan, dan ukuran partikel melalui sintering. Mineral yang diolah dengan cara ini dapat digunakan di banyak industri, seperti kertas, PVC, karet, plastik, perekat, pemoles, dan pasta gigi. Hidrofobisitas yang lebih tinggi membuat mineral ini lebih kompatibel dengan sistem organik.
Metode mikrobiologis
Teknologi pemurnian mineral secara mikrobial merupakan bidang pengolahan mineral yang relatif baru, termasuk teknologi pelindian mikrobial dan teknologi flotasi mikrobial. Teknologi pelindian mikrobial mineral adalah teknologi ekstraksi yang menggunakan interaksi mendalam antara mikroorganisme dan mineral untuk menghancurkan struktur kristal mineral dan melarutkan komponen yang bermanfaat. Pirit teroksidasi dan bijih sulfida lainnya yang terkandung dalam kaolin dapat dimurnikan dengan teknologi ekstraksi mikrobial. Mikroorganisme yang umum digunakan meliputi Thiobacillus ferrooxidans dan bakteri pereduksi Fe. Metode mikrobial ini memiliki biaya rendah dan polusi lingkungan yang rendah, serta tidak akan memengaruhi sifat fisik dan kimia kaolin. Ini adalah metode pemurnian dan pemutihan baru dengan prospek pengembangan yang menjanjikan untuk mineral kaolin.
Ringkasan
Pengolahan penghilangan besi dan pemutihan kaolin perlu memilih metode terbaik sesuai dengan penyebab warna yang berbeda dan tujuan aplikasi yang berbeda, meningkatkan kinerja keputihan komprehensif mineral kaolin, dan membuatnya memiliki nilai guna dan nilai ekonomi yang tinggi. Tren pengembangan di masa depan seharusnya menggabungkan karakteristik metode kimia, metode fisik, dan metode mikrobiologis secara organik, sehingga dapat memaksimalkan keunggulannya dan menekan kelemahan serta kekurangannya, untuk mencapai efek pemutihan yang lebih baik. Pada saat yang sama, perlu juga untuk mempelajari lebih lanjut mekanisme baru dari berbagai metode penghilangan pengotor dan meningkatkan prosesnya agar penghilangan besi dan pemutihan kaolin berkembang ke arah yang ramah lingkungan, efisien, dan rendah karbon.
Waktu posting: 02-03-2023