[Bách khoa toàn thư về chế biến khoáng sản Huate] Hé lộ bí mật của cao lanh: sự biến đổi tuyệt vời từ đất thành vật liệu công nghệ cao

[Bách khoa toàn thư về chế biến khoáng sản Huate] Hé lộ bí mật của cao lanh: sự biến đổi tuyệt vời từ đất thành vật liệu công nghệ cao

Cao lanh là một loại khoáng chất phi kim loại, một loại đất sét và đá sét chủ yếu bao gồm...Khoáng chất sét cao lanh. Vì có màu trắng và mịn nên nó còn được gọi là đất dolomit. Tên gọi này được đặt theo tên làng Gaoling, thành phố Jingdezhen, tỉnh Giang Tây. Cao lanh nguyên chất có màu trắng, mịn, mềm và có tính chất đất, đồng thời có các đặc tính vật lý và hóa học tốt như tính dẻo và khả năng chống cháy. Thành phần khoáng chất chủ yếu bao gồm cao lanh, halloysit, hydromica, illit, montmorillonit, thạch anh, fenspat và các khoáng chất khác.

Cao lanh là một loại khoáng sét phổ biến và rất quan trọng trong tự nhiên. Nó được hình thành do quá trình phong hóa của fenspat hoặc các khoáng silicat khác trong đá magma và đá biến chất trong môi trường axit thiếu kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ.

01 Phân loại

Phân loại đất

Các khoáng chất có trong cao lanh trong tự nhiên chủ yếu được chia thành khoáng sét và khoáng phi sét. Trong đó, khoáng sét chủ yếu bao gồm khoáng chất Kaolinit và một lượng nhỏ Montmorillonit, mica và Chlorit; khoáng phi sét chủ yếu bao gồm feldspar, thạch anh và các khoáng chất ngậm nước, cũng như một số khoáng chất sắt như hematit và Rhosit, quặng sắt, Limonit, v.v., khoáng chất titan như Rutile, v.v. và chất hữu cơ như xơ thực vật, v.v. Chính các khoáng sét quyết định các tính chất của cao lanh.

Phân loại nguyên nhân

Dựa trên nguồn gốc hình thành các mỏ cao lanh và sự khác biệt về địa chất khoáng hóa, điều kiện địa lý, quy mô mỏ, hình thái thân quặng và đặc điểm xuất hiện, thành phần vật liệu quặng phản ánh trong các quá trình khoáng hóa khác nhau, "Bộ quy tắc thăm dò địa chất mỏ cao lanh" sẽ phân chia các mỏ cao lanh của Trung Quốc thành ba loại và sáu phân loại.

Loại phong hóa:Nó được chia nhỏ hơn nữa thành hai loại: loại tàn dư phong hóa và loại phong hóa rửa trôi.

Loại biến đổi thủy nhiệt:Nó được chia nhỏ hơn nữa thành kiểu biến đổi thủy nhiệt và kiểu biến đổi suối nước nóng hiện đại.

Loại trầm tích:Nó được chia thành các phân loại trầm tích và trầm tích phong hóa, cũng như phân loại đá sét kaolinit trong các tầng đá chứa than.

Loại công nghiệp

Dựa trên nguồn gốc hình thành các mỏ cao lanh, "Quy chuẩn thăm dò địa chất mỏ cao lanh" chia các mỏ cao lanh của Trung Quốc thành ba loại và sáu phân loại dựa trên sự khác biệt về địa chất khoáng hóa, điều kiện địa lý, quy mô mỏ, hình thái thân quặng và đặc điểm xuất hiện, cũng như thành phần vật liệu quặng phản ánh các quá trình khoáng hóa khác nhau. Theo kết cấu, độ dẻo và tỷ lệ khối lượng cát, chúng được chia thành ba loại:

CứngCao lanh: Cứng và không phải là chất dẻo, nhưng sẽ trở thành chất dẻo sau khi bị nghiền nát.

Mềm mạiCao lanh:Mềm, có tính dẻo cao, tỷ trọng cát <50%.

SandyCao lanh:Kết cấu mềm, độ dẻo yếu, hàm lượng cát > 50%.

02 Nguồn gốc

Tài nguyên khoáng sản cao lanh của Trung Quốc thuộc hàng đầu thế giới, với 267 mỏ khoáng sản đã được chứng minh và trữ lượng đã được chứng minh là 2,91 tỷ tấn. Trong đó: tài nguyên cao lanh xây dựng không chứa than của nước ta đứng thứ năm thế giới. Trữ lượng đã được chứng minh là 1,468 tỷ tấn, chủ yếu tập trung ở các tỉnh Quảng Đông, Thiểm Tây, Phúc Kiến, Giang Tây, Hồ Nam và Giang Tô, chiếm 84,55% tổng trữ lượng của cả nước; trữ lượng cao lanh xây dựng chứa than (cao lanhit) của Trung Quốc đứng đầu thế giới, với trữ lượng đã được chứng minh là 1,442 tỷ tấn, chủ yếu phân bố ở Đại Thông, Hoài Nhân, Thục Châu, Sơn Tây, Vân Tây, Võ Đuối, Nội Mông, Hoài Bắc, An Huy, Hàn Thành, Thiểm Tây, v.v., trong đó mỏ than Vân Tây ở Nội Mông có trữ lượng lớn nhất.

Trung Quốc có năm mỏ cao lanh chính:

(1) Thị trấn Jiepai, huyện Hengyang, tỉnh Hồ Nam giàu tài nguyên khoáng sản. Trữ lượng cao lanh, nepheline, fenspat và thạch anh đạt tới 200 triệu tấn, và có gần 40 công ty khai thác và chế biến khoáng sản. Khu vực khai thác Dapailing (chủ yếu là mỏ cao lanh) có trữ lượng mỏ riêng lẻ lên tới 80 triệu tấn, đứng đầu châu Á. Sản lượng khai thác hàng năm của thị trấn đạt hơn 500.000 tấn, cung cấp cho hàng trăm nhà máy gốm sứ trên cả nước.

(2) Cao lanh ở khu vực Maoming. Khoáng chất cao lanh ở lưu vực Maoming là một loại trầm tích phong hóa dạng trầm tích phù sa. Hàm lượng thạch anh và các loại cát khác của nó lớn hơn 50%, vì vậy nó được gọi là khoáng chất cao lanh cát. Về nguồn gốc, cao lanh Maoming đã trải qua ba giai đoạn phong hóa – vận chuyển và tự nghiền – rồi đến phong hóa. Cao lanh được phong hóa hoàn toàn, và các mảnh chủ yếu là dạng nguyên khối với kích thước hạt mịn. Chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu thô cho lớp phủ trong sản xuất giấy.

(3) Cao lanh Longyan là một mỏ cao lanh còn sót lại bị phong hóa. Do hàm lượng sắt dưới 0,3%, titan dưới 0,02% và chứa một lượng nhất định nguyên tố dung môi nhiệt độ thấp (Li2O), nên đây là nguyên liệu lý tưởng cho đồ sứ điện, đồ dùng gia đình cao cấp và đồ sứ nghệ thuật.

(4) Cao lanh Dương Sơn Tô Châu, mỏ này là cao lanh biến đổi thủy nhiệt.Thành phần hóa học của bùn Dương Sơn Tô Châu có kết cấu tinh khiết rất gần với thành phần lý thuyết của Kaolinit. Hàm lượng Al2O3 có thể lên tới khoảng 39,0%, có màu trắng và hạt mịn. Chủ yếu được sử dụng làm chất mang xúc tác và nguyên liệu hóa học.

(5) Cao lanh Hepu. Đây là trầm tích cao lanh bị phong hóa. Chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu thô cho gốm sứ xây dựng.

(6) Kaolin thuộc dòng than phía Bắc. Đây là loại cao lanh trầm tích, chủ yếu phân bố ở các vùng sản xuất than của nước ta, và có thể được sử dụng trong xây dựng, sơn phủ, chất phủ và chất phủ sản xuất giấy - đất sét gốc than.

Sáu khu vực sản xuất chính nêu trên chiếm hơn 80% sản lượng của Trung Quốc và cũng là những khu vực tiêu biểu về chủng loại tài nguyên.

03Use

Cao lanh có phạm vi ứng dụng rộng rãi, chủ yếu nhờ tính dẻo, độ bám dính, độ bền khô nhất định, tính chất thiêu kết và độ trắng sau khi nung, khiến nó trở thành nguyên liệu chính trong sản xuất gốm sứ; nó có màu trắng, mềm, độ phân tán cao, khả năng hấp phụ tốt. Các đặc tính xử lý tuyệt vời như tính chất hóa học và tính ngẫu nhiên hóa học khiến nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp giấy. Ngoài ra, cao lanh còn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cao su, nhựa, vật liệu chịu lửa và lọc dầu, cũng như trong các công nghệ tiên tiến trong nông nghiệp và quốc phòng. Chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp gốm sứ, sơn phủ, vật liệu chịu lửa, sản xuất giấy, sơn, cao su, sứ cao cấp, dây điện và cáp, nhựa công nghiệp, chất độn công nghiệp hóa chất, mực in, thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, v.v., thay thế lithopone và một phần titan trong sơn và chất phủ, bột trắng và các vật liệu đắt tiền khác.

04 Công nghệ xử lý

Để tách các khoáng chất phi sét và chất hữu cơ như thạch anh, fenspat, mica, khoáng chất sắt, khoáng chất titan, v.v. trong cao lanh và sản xuất các sản phẩm cao lanh đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, ngoài việc sử dụng các phương pháp như tuyển trọng lực, tuyển nổi, tuyển từ, v.v. để tinh chế và loại bỏ tạp chất khỏi cao lanh, đôi khi cũng cần sử dụng các phương pháp xử lý sâu như tẩy trắng hóa học, cán siêu mịn, nung và biến đổi bề mặt để xử lý cao lanh.

(1) Phân loại thủy lực

Phân loại thủy lực bao gồm phân loại xoắn ốc (tách cát thô +1mm), phân loại bể lắng (tách cát mịn +0,053mm), phân loại bằng thiết bị tách ly tâm thủy lực (tách cát mịn -0,053mm), phân loại ly tâm hoặc phân loại bằng thiết bị tách ly tâm thủy lực đường kính nhỏ (để phân loại các hạt siêu mịn từ 0,002-0,010mm).

(2) Tách từ trường có độ dốc cao

Cường độ từ trường hơn 1600 kA/m được tạo ra bằng cách sử dụng môi trường tập trung từ tính để loại bỏ Fe2O3 và TiO2 khỏi cao lanh, từ đó sản xuất lớp phủ giấy và nguyên liệu gốm sứ cao cấp.

(3) Sự kết tủa chọn lọc

Bằng cách thêm chất keo tụ, các tạp chất như thạch anh mịn, pyrit, alunite, v.v. được tách chọn lọc để sản xuất cao lanh phủ lưỡi dao. Các chất keo tụ thường được sử dụng bao gồm natri hexametaphosphat, amoni polyacrylamide, thủy tinh lỏng, v.v.

(4) Tẩy trắng bằng hóa chất

Các chất tẩy trắng như bột bảo hiểm được thêm vào để khử sắt hóa trị cao trong limonit và hematit trong cao lanh thành sắt hóa trị hai hòa tan, hoặc chất oxy hóa được thêm vào để oxy hóa pyrit và các tạp chất nhuộm nhằm cải thiện độ trắng của cao lanh.

(5) Bóc vỏ

Trong máy cán, các viên bi cỡ trung bình mịn được sử dụng để tạo hiệu ứng nghiền, giúp các hạt Kaolin kết tụ được tách thành các tinh thể mỏng, tạo ra Kaolin phủ lưỡi dao với kích thước hạt nhỏ hơn 2μm và hàm lượng hơn 90%.

(6) Nung vôi

Khi nung ở nhiệt độ 800-1000℃, cao lanh mất nước, xảy ra sự biến đổi pha và một số tạp chất bay hơi, giúp cải thiện độ trắng và khả năng cách điện của cao lanh, được sử dụng để sản xuất cáp và chất độn cao su và nhựa. Quá trình nung là phương pháp xử lý cần thiết đối với cao lanh cứng (có nguồn gốc từ than đá).

(7) Sửa đổi bề mặt

Đất sét cao lanh được phủ một lớp chất liên kết, v.v., để tăng lượng đất sét cao lanh được thêm vào cao su dẻo, và được sử dụng để xử lý chất độn đất sét cao lanh cho nhựa cao su.

Trong số đó, tách từ là một phương pháp tách khoáng vật lý được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chế biến khoáng sản. Nguyên tắc cơ bản của nó là sử dụng sự khác biệt về từ tính của chính các khoáng chất để đạt được sự tách biệt. Dựa trên tính chất từ ​​hóa của khoáng chất, tách từ có thể được chia thành tách từ mạnh, tách từ yếu, tách từ ngược và tách từ có độ dốc cao để đáp ứng nhu cầu của các loại khoáng chất khác nhau. Thiết bị chế biến khoáng sản chủ yếu bao gồm máy tách từ dạng tấm, máy tách từ có độ dốc cao dạng vòng đứng, máy tách từ có độ dốc cao dạng bùn điện từ, máy tách từ siêu dẫn nhiệt độ thấp, v.v.

05 Các trường hợp ứng dụng trong chế biến khoáng sản

Quy trình 1: Lấy ví dụ một loại đất sét cao lanh nhập khẩu, các tạp chất chính trong mẫu này bao gồm oxit sắt, oxit titan và silicat sắt. Trong quặng thô, hàm lượng tạp chất Fe2O3 và TiO2 lần lượt là 0,89% và 0,17%, trong khi độ trắng đạt 67,29%.

Để loại bỏ hiệu quả các tạp chất này, chúng tôi đã đề ra kế hoạch thử nghiệm sau: Đầu tiên, cho quặng thô đi qua máy tách từ bùn điện từ qua hai quá trình tách từ, tách thô và tuyển tinh, để loại bỏ hầu hết các tạp chất ban đầu. Sau đó, tinh quặng thu được sẽ được tinh chế thêm bằng máy tách từ siêu dẫn để giảm hàm lượng tạp chất và nâng cao chất lượng cao lanh.

Sơ đồ quy trình kiểm thử

Từ kết quả thử nghiệm có thể thấy rằng quặng thô có thể được tách bằng phương pháp tuyển bùn điện từ + tuyển bùn điện từ + tuyển từ siêu dẫn để thu được sản phẩm tinh quặng cao lanh với hàm lượng Fe2O3 0,35% và độ trắng 87,52%.

Quy trình 2:Quặng thô trải qua quá trình tách từ siêu dẫn 5T. Quá trình thử nghiệm được thể hiện trong Hình 2, và kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 2.

Hình 2. Sơ đồ quy trình tuyển khoáng trong thí nghiệm.

Quặng thô được xử lý bằng phương pháp tách từ siêu dẫn 5T để thu được sản phẩm tinh quặng cao lanh với hàm lượng Fe2O3 0,40%, Al2O3 22,92%, SiO2 68,78%, TiO2 0,10%, CaO 1,90%, độ trắng 86,97% và hiệu suất 90,90%.

Là một nguyên liệu công nghiệp đa chức năng, cao lanh có triển vọng ứng dụng rộng rãi. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ và sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp, cao lanh sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực hơn nữa. Trong tương lai, chúng ta mong muốn tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng của cao lanh thông qua nghiên cứu sâu rộng và đổi mới công nghệ, đạt được hiệu quả sử dụng bền vững hơn, đóng góp lớn hơn cho sự phát triển của xã hội loài người. Đồng thời, chúng ta cũng cần chú ý đến các vấn đề môi trường có thể phát sinh trong quá trình khai thác và chế biến cao lanh, và chủ động có biện pháp đảm bảo sự phát triển hợp lý nguồn tài nguyên cao lanh được phối hợp với việc bảo vệ môi trường sinh thái.