ด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่พิเศษ แร่เคโอไลน์จึงเป็นทรัพยากรแร่ที่ไม่ใช่โลหะที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมเซรามิก การผลิตกระดาษ ยาง พลาสติก วัสดุทนไฟ การกลั่นปิโตรเลียม และอุตสาหกรรมอื่นๆ รวมถึงเทคโนโลยีล้ำสมัยด้านการเกษตรและการป้องกันประเทศ ความขาวของเคโอไลน์เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของมูลค่าการใช้งาน
ปัจจัยที่มีผลต่อความขาวของดินขาว
ดินขาวเป็นดินเหนียวหรือหินดินเหนียวเนื้อละเอียดชนิดหนึ่ง ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่เคโอลิไนต์ สูตรทางเคมีของผลึกคือ 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O และมีแร่ธาตุอื่นๆ ที่ไม่ใช่ดินเหนียวปนอยู่เล็กน้อย เช่น ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ แร่เหล็ก ไทเทเนียม อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และออกไซด์ สารอินทรีย์ เป็นต้น
โครงสร้างผลึกของเคโอไลน์
ตามสถานะและลักษณะของสิ่งเจือปนในดินขาว สิ่งเจือปนที่ทำให้ความขาวของดินขาวลดลงสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ คาร์บอนอินทรีย์ ธาตุเม็ดสี เช่น เหล็ก ไทเทเนียม วานาเดียม โครเมียม ทองแดง แมงกานีส เป็นต้น และแร่ธาตุสีเข้ม เช่น ไบโอไทต์ คลอไรต์ เป็นต้น โดยทั่วไป ปริมาณของวานาเดียม โครเมียม ทองแดง แมงกานีส และธาตุอื่นๆ ในดินขาวมีน้อย จึงแทบไม่มีผลต่อความขาว องค์ประกอบทางแร่และปริมาณของเหล็กและไทเทเนียมเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความขาวของดินขาว การมีอยู่ของธาตุเหล่านี้ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความขาวตามธรรมชาติของดินขาวเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อความขาวหลังการเผาด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การมีอยู่ของเหล็กออกไซด์ส่งผลเสียต่อสีของดินเหนียวและลดความสว่างและความทนไฟ และแม้ว่าปริมาณของเหล็กออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ และไฮเดรตออกไซด์จะมีเพียง 0.4% ก็เพียงพอที่จะทำให้ตะกอนดินเหนียวมีสีแดงถึงเหลืองได้ ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของเหล็กเหล่านี้ ได้แก่ ฮีมาไทต์ (สีแดง), แมกฮีไมต์ (สีแดงอมน้ำตาล), โกเอไทต์ (สีเหลืองอมน้ำตาล), ลิโมไนต์ (สีส้ม), ไฮเดรตเต็ดไอรอนออกไซด์ (สีแดงอมน้ำตาล) เป็นต้น กล่าวได้ว่าการกำจัดสิ่งเจือปนของเหล็กในดินขาวมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้ดินขาวให้เกิดประโยชน์สูงสุด
สถานะการเกิดของธาตุเหล็ก
สถานะการเกิดของเหล็กในดินขาวเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดวิธีการกำจัดเหล็ก งานวิจัยจำนวนมากเชื่อว่าเหล็กผลึกในรูปอนุภาคละเอียดผสมอยู่ในดินขาว ในขณะที่เหล็กอสัณฐานเคลือบอยู่บนพื้นผิวของอนุภาคละเอียดของดินขาว ปัจจุบัน สถานะการเกิดของเหล็กในดินขาวแบ่งออกเป็นสองประเภททั้งในและต่างประเทศ คือ ประเภทแรกคืออยู่ในรูปของแร่เคโอลิไนต์และแร่ประกอบ (เช่น ไมกา ไทเทเนียมไดออกไซด์ และอิลไลต์) ซึ่งเรียกว่าเหล็กโครงสร้าง และประเภทที่สองคืออยู่ในรูปของแร่เหล็กอิสระ เรียกว่าเหล็กอิสระ (รวมถึงเหล็กบนพื้นผิว เหล็กผลึกละเอียด และเหล็กอสัณฐาน)
เหล็กที่ถูกกำจัดออกไปจากกระบวนการกำจัดเหล็กและการฟอกขาวของดินขาว คือเหล็กอิสระ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยแมกนีไทต์ ฮีมาไทต์ ไลโมไนต์ ไซเดอไรต์ ไพไรต์ อิลเมไนต์ จาโรไซต์ และแร่ธาตุอื่นๆ โดยเหล็กส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของไลโมไนต์คอลลอยด์ที่มีการกระจายตัวสูง และมีปริมาณเล็กน้อยอยู่ในรูปของโกเอไทต์และฮีมาไทต์ที่มีรูปร่างทรงกลม เข็ม และไม่สม่ำเสมอ
วิธีการกำจัดธาตุเหล็กและฟอกขาวดินขาว
การแยกน้ำ
วิธีนี้ส่วนใหญ่ใช้ในการกำจัดแร่ธาตุที่เกิดจากการผุกร่อน เช่น ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ และไมกา รวมถึงสิ่งเจือปนขนาดใหญ่ เช่น เศษหิน และแร่เหล็กและไทเทเนียมบางชนิด แร่ธาตุเจือปนที่มีความหนาแน่นและความสามารถในการละลายคล้ายกับดินขาวจะไม่สามารถกำจัดได้ และการปรับปรุงความขาวจะไม่ชัดเจนนัก ซึ่งเหมาะสำหรับการปรับปรุงคุณภาพและทำให้แร่ดินขาวคุณภาพสูงขาวขึ้น
การแยกด้วยแม่เหล็ก
สิ่งเจือปนแร่เหล็กในดินขาวมักมีคุณสมบัติแม่เหล็กอ่อน ปัจจุบันใช้วิธีการแยกด้วยสนามแม่เหล็กแรงสูงเป็นหลัก หรืออาจเปลี่ยนแร่ที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กอ่อนให้เป็นเหล็กออกไซด์ที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กแรงสูงหลังจากเผา แล้วจึงแยกออกด้วยวิธีการแยกด้วยแม่เหล็กแบบธรรมดา
เครื่องแยกแม่เหล็กความลาดชันสูงแบบวงแหวนแนวตั้ง
เครื่องแยกแม่เหล็กความลาดชันสูงสำหรับสารละลายแม่เหล็กไฟฟ้า
เครื่องแยกแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิต่ำ
วิธีการลอยตัว
วิธีการลอยตัวถูกนำมาใช้ในการบำบัดแร่เคโอไลน์จากแหล่งแร่ปฐมภูมิและทุติยภูมิ ในกระบวนการลอยตัว อนุภาคเคโอไลน์ไนต์และไมกาจะถูกแยกออกจากกัน และผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ที่ได้คือวัตถุดิบเกรดอุตสาหกรรมที่เหมาะสมหลายชนิด การแยกเคโอไลน์ไนต์และเฟลด์สปาร์แบบเลือกสรรโดยวิธีการลอยตัวมักจะดำเนินการในสารละลายที่มีการควบคุมค่า pH
วิธีการลด
วิธีการลดปริมาณสารปนเปื้อนคือการใช้สารลดปริมาณเพื่อลดปริมาณเหล็กเจือปน (เช่น ฮีมาไทต์และไลโมไนต์) ในสถานะไตรวาเลนต์ของดินขาวให้กลายเป็นไอออนเหล็กไบวาเลนต์ที่ละลายได้ ซึ่งจะถูกกำจัดออกโดยการกรองและการล้าง การกำจัดสารปนเปื้อน Fe3+ จากดินขาวอุตสาหกรรมมักทำได้โดยการผสมผสานเทคโนโลยีทางกายภาพ (การแยกด้วยแม่เหล็ก การตกตะกอนแบบเลือกสรร) และการบำบัดทางเคมีภายใต้สภาวะที่เป็นกรดหรือสภาวะรีดิวซ์
โซเดียมไฮโดรซัลไฟต์ (Na2S2O4) หรือที่รู้จักกันในชื่อโซเดียมไฮโดรซัลไฟต์ มีประสิทธิภาพในการลดและชะล้างเหล็กออกจากดินขาว และปัจจุบันใช้ในอุตสาหกรรมดินขาว อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ต้องดำเนินการภายใต้สภาวะที่เป็นกรดสูง (pH<3) ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานสูงและส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ คุณสมบัติทางเคมีของโซเดียมไฮโดรซัลไฟต์ยังไม่เสถียร ทำให้ต้องมีการจัดเก็บและขนส่งที่พิเศษและมีราคาแพง
ไทโอยูเรียไดออกไซด์ (NH2)2CSO2, TD) เป็นสารรีดิวซ์ที่มีประสิทธิภาพสูง มีข้อดีคือ มีความสามารถในการรีดิวซ์สูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อัตราการสลายตัวต่ำ ปลอดภัย และต้นทุนการผลิตต่ำ Fe3+ ที่ไม่ละลายในดินขาวสามารถถูกรีดิวซ์เป็น Fe2+ ที่ละลายได้ด้วย TD
ต่อมา ความขาวของดินขาวสามารถเพิ่มขึ้นได้หลังจากการกรองและการล้าง TD มีความเสถียรมากที่อุณหภูมิห้องและสภาวะเป็นกลาง ความสามารถในการรีดิวซ์ที่สูงของ TD จะเกิดขึ้นได้เฉพาะในสภาวะที่เป็นด่างสูง (pH>10) หรือการให้ความร้อน (T>70 °C) ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานสูงและยุ่งยาก
วิธีการออกซิเดชัน
การบำบัดด้วยการออกซิเดชันประกอบด้วยการใช้โอโซน ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต และโซเดียมไฮโปคลอไรต์ เพื่อกำจัดชั้นคาร์บอนที่ดูดซับไว้เพื่อปรับปรุงความขาว ดินขาวในบริเวณที่ลึกกว่าใต้ชั้นดินปกคลุมที่หนาจะมีสีเทา และเหล็กในดินขาวอยู่ในสถานะรีดิวซ์ จึงต้องใช้สารออกซิไดซ์ที่แรง เช่น โอโซนหรือโซเดียมไฮโปคลอไรต์ เพื่อออกซิไดซ์ FeS2 ที่ไม่ละลายในไพไรต์ให้กลายเป็น Fe2+ ที่ละลายได้ จากนั้นจึงล้างเพื่อกำจัด Fe2+ ออกจากระบบ
วิธีการชะล้างด้วยกรด
วิธีการชะล้างด้วยกรดเป็นการเปลี่ยนสิ่งเจือปนเหล็กที่ไม่ละลายน้ำในดินขาวให้เป็นสารที่ละลายได้ในสารละลายกรด (กรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริก กรดออกซาลิก ฯลฯ) จึงทำให้สามารถแยกเหล็กออกจากดินขาวได้ เมื่อเปรียบเทียบกับกรดอินทรีย์อื่นๆ กรดออกซาลิกถือว่ามีศักยภาพมากที่สุดเนื่องจากความแรงของกรด คุณสมบัติในการสร้างสารเชิงซ้อนที่ดี และความสามารถในการรีดิวซ์สูง ด้วยกรดออกซาลิก เหล็กที่ละลายอยู่สามารถตกตะกอนจากสารละลายชะล้างในรูปของเฟอร์รัสออกซาเลต และสามารถนำไปแปรรูปเพิ่มเติมเพื่อสร้างเฮมาไทต์บริสุทธิ์ได้โดยผ่านกระบวนการเผา กรดออกซาลิกสามารถหาได้ในราคาถูกจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมอื่นๆ และในขั้นตอนการเผาในการผลิตเซรามิก ออกซาเลตที่เหลืออยู่ในวัสดุที่ผ่านการบำบัดจะสลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ นักวิจัยหลายคนได้ศึกษาผลลัพธ์ของการละลายเหล็กออกไซด์ด้วยกรดออกซาลิก
วิธีการเผาที่อุณหภูมิสูง
การเผาเป็นกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ดินขาวเกรดพิเศษ โดยจะแบ่งดินขาวเผาออกเป็นสองเกรดที่แตกต่างกันตามอุณหภูมิการเผา การเผาที่อุณหภูมิ 650-700 ℃ จะกำจัดหมู่ไฮดรอกซิลในโครงสร้าง และไอน้ำที่ระเหยออกไปจะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นและความทึบแสงของดินขาว ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับการเคลือบกระดาษ นอกจากนี้ การให้ความร้อนแก่ดินขาวที่อุณหภูมิ 1000-1050 ℃ ไม่เพียงแต่จะเพิ่มความทนทานต่อการขัดถู แต่ยังทำให้ได้ความขาวถึง 92-95% อีกด้วย
การคลอริเนชั่น แคลอรี
มีการกำจัดธาตุเหล็กและไทเทเนียมออกจากแร่ดินเหนียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งแร่เคโอไลน์ ด้วยกระบวนการคลอริเนชัน และได้ผลลัพธ์ที่ดี ในกระบวนการคลอริเนชันและการเผาที่อุณหภูมิสูง (700 ℃ - 1000 ℃) แร่เคโอไลน์จะเกิดการกำจัดไฮดรอกซิลออกไปกลายเป็นเมตาเคโอไลน์ และที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะเกิดเฟสสปิเนลและมัลไลต์ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ช่วยเพิ่มคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ ความแข็ง และขนาดของอนุภาคผ่านกระบวนการเผาผนึก แร่ที่ผ่านการบำบัดด้วยวิธีนี้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้มากมาย เช่น กระดาษ พีวีซี ยาง พลาสติก กาว สารขัดเงา และยาสีฟัน คุณสมบัติไม่ชอบน้ำที่สูงขึ้นทำให้แร่เหล่านี้เข้ากันได้ดีกับระบบอินทรีย์
วิธีการทางจุลชีววิทยา
เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ของแร่ด้วยจุลินทรีย์เป็นเทคนิคการแปรรูปแร่ที่ค่อนข้างใหม่ ซึ่งรวมถึงเทคโนโลยีการชะล้างด้วยจุลินทรีย์และเทคโนโลยีการลอยตัวด้วยจุลินทรีย์ เทคโนโลยีการชะล้างแร่ด้วยจุลินทรีย์เป็นเทคโนโลยีการสกัดที่ใช้ปฏิสัมพันธ์อย่างลึกซึ้งระหว่างจุลินทรีย์และแร่ธาตุเพื่อทำลายโครงผลึกของแร่และละลายส่วนประกอบที่มีประโยชน์ แร่ไพไรต์ออกซิไดซ์และแร่ซัลไฟด์อื่นๆ ที่มีอยู่ในดินขาวสามารถทำให้บริสุทธิ์ได้ด้วยเทคโนโลยีการสกัดด้วยจุลินทรีย์ จุลินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Thiobacillus ferrooxidans และแบคทีเรียที่ลดธาตุเหล็ก วิธีการทางจุลชีววิทยานี้มีต้นทุนต่ำและก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของดินขาว เป็นวิธีการทำให้บริสุทธิ์และฟอกขาวแบบใหม่ที่มีแนวโน้มการพัฒนาที่ดีสำหรับแร่ดินขาว
สรุป
การกำจัดธาตุเหล็กและการทำให้ขาวของดินขาวจำเป็นต้องเลือกวิธีการที่ดีที่สุดตามสาเหตุของสีและวัตถุประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำให้ขาวโดยรวมของแร่ดินขาว และทำให้มีมูลค่าการใช้งานและมูลค่าทางเศรษฐกิจสูง แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตควรเป็นการผสมผสานคุณลักษณะของวิธีการทางเคมี วิธีการทางกายภาพ และวิธีการทางจุลชีววิทยาเข้าด้วยกันอย่างเป็นระบบ เพื่อใช้ประโยชน์จากข้อดีและลดข้อเสียและจุดอ่อนของแต่ละวิธี เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การทำให้ขาวที่ดีขึ้น ในขณะเดียวกัน ก็จำเป็นต้องศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกใหม่ของวิธีการกำจัดสิ่งเจือปนต่างๆ และปรับปรุงกระบวนการเพื่อให้การกำจัดธาตุเหล็กและการทำให้ขาวของดินขาวพัฒนาไปในทิศทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพ และลดการปล่อยคาร์บอน
วันที่โพสต์: 2 มีนาคม 2023