[Huate Mineral Processing Encyclopedia] Die Geheimnisse von Kaolin enthüllt: eine faszinierende Verwandlung von Erde zu Hightech-Materialien

[Huate Mineral Processing Encyclopedia] Die Geheimnisse von Kaolin enthüllt: eine faszinierende Verwandlung von Erde zu Hightech-Materialien

Kaolin ist ein nichtmetallisches Mineral, eine Art Ton und Tongestein, das hauptsächlich ausKaolinit ist ein Tonmineral. Aufgrund seiner weißen, feinen Farbe wird es auch als Dolomitboden bezeichnet. Benannt ist es nach dem Dorf Gaoling in Jingdezhen, Provinz Jiangxi. Reines Kaolin ist weiß, fein, weich und erdig und besitzt gute physikalische und chemische Eigenschaften wie Plastizität und Feuerbeständigkeit. Seine Mineralzusammensetzung besteht hauptsächlich aus Kaolinit, Halloysit, Hydromica, Illit, Montmorillonit, Quarz, Feldspat und anderen Mineralien.

Kaolin ist ein häufig vorkommendes und sehr wichtiges Tonmineral in der Natur. Es entsteht durch die Verwitterung von Feldspat oder anderen Silikatmineralen in magmatischen und metamorphen Gesteinen in sauren Medien, denen Alkalimetalle und Erdalkalimetalle fehlen.

01 Klassifizierung

Bodenklassifizierung

Die in der Natur im Kaolin enthaltenen Mineralien lassen sich hauptsächlich in Tonminerale und Nicht-Tonminerale unterteilen. Zu den Tonmineralen zählen vor allem Kaolinit sowie geringe Mengen an Montmorillonit, Glimmer und Chlorit. Die Nicht-Tonminerale umfassen hauptsächlich Feldspat, Quarz und hydratisierte Mineralien sowie einige Eisenminerale wie Hämatit und Rhosit, Eisenerz, Limonit usw., Titanminerale wie Rutil usw. und organische Substanzen wie Pflanzenfasern. Die Eigenschaften des Kaolins werden maßgeblich von den Tonmineralen bestimmt.

Ursachenklassifizierung

Auf Grundlage des Ursprungs der Kaolinlagerstätten und der Unterschiede in der Mineralisierungsgeologie, den geographischen Bedingungen, der Lagerstättengröße, der Erzkörpermorphologie und den Vorkommensmerkmalen sowie den in verschiedenen Mineralisierungsprozessen reflektierten Erzmaterialkomponenten werden Chinas Kaolinlagerstätten im „Kaolin Mine Geological Exploration Code“ in drei Typen und sechs Untertypen unterteilt.

Verwitterungsart:Weiterhin wird es in den Untertyp Verwitterungsrückstände und den Untertyp Verwitterungsauswaschung unterteilt.

Art der hydrothermalen Alteration:Weiterhin wird es in den hydrothermalen Alterationstyp und den modernen Heißwasserquellen-Alterationstyp unterteilt.

Sedimentärer Typ:Man unterscheidet zwischen sedimentären und sedimentär-verwitternden Untertypen sowie dem Kaolinit-Tonstein-Untertyp in kohleführenden Schichten.

Industrietyp

Basierend auf der Entstehung von Kaolinlagerstätten unterteilt die „Geologische Explorationsspezifikation für Kaolinbergwerke“ Chinas Kaolinlagerstätten in drei Typen und sechs Untertypen. Die Einteilung erfolgt anhand der Unterschiede in der Mineralisierungsgeologie, den geographischen Bedingungen, der Lagerstättengröße, der Morphologie und den Vorkommensmerkmalen der Erzkörper sowie der durch verschiedene Mineralisierungsprozesse bedingten Zusammensetzung des Erzmaterials. Nach ihrer Textur, Plastizität und dem Massenanteil an Sand werden sie in drei Typen unterteilt:

HartKaolin: Hart und nicht plastisch, wird nach dem Zerkleinern und Mahlen zu Plastik.

WeichKaolin:weich, hochplastisch, sandiger Massenanteil <50%.

SandigKaolin:weiche Textur, geringe Plastizität, Sandanteil > 50 %.

02 Herkunft

Chinas Kaolinvorkommen zählen mit 267 nachgewiesenen Lagerstätten und nachgewiesenen Reserven von 2,91 Milliarden Tonnen zu den weltweit größten. Die Kaolinvorkommen für den Bau (ohne Kohle) belegen weltweit den fünften Platz. Die nachgewiesenen Reserven betragen 1,468 Milliarden Tonnen und konzentrieren sich hauptsächlich in den Provinzen Guangdong, Shaanxi, Fujian, Jiangxi, Hunan und Jiangsu. Sie machen 84,55 % der gesamten Reserven des Landes aus. Chinas Kaolinvorkommen für den Bau (Kohle) belegen mit nachgewiesenen Reserven von 1,442 Milliarden Tonnen den ersten Platz weltweit. Sie verteilen sich hauptsächlich auf Datong, Huairen, Shuozhou, Shanxi, Jungar, Wuda, die Innere Mongolei, Huaibei, Anhui, Hancheng, Shaanxi usw., wobei das Jungar-Kohlefeld in der Inneren Mongolei die größten Vorkommen aufweist.

In China gibt es fünf große Kaolinvorkommen:

(1) Die Stadt Jiepai im Kreis Hengyang in der Provinz Hunan ist reich an Bodenschätzen. Die Reserven an Kaolin, Nephelin, Feldspat und Quarz belaufen sich auf 200 Millionen Tonnen, und es gibt fast 40 Bergbau- und Mineralverarbeitungsunternehmen. Das Bergbaugebiet Dapailing (hauptsächlich Kaolinminen) verfügt über eine einzige Reserve von 80 Millionen Tonnen und ist damit das ergiebigste in Asien. Die jährliche Fördermenge der Stadt beträgt mehr als 500.000 Tonnen und beliefert Hunderte von Keramikfabriken im ganzen Land.

(2) Kaolin im Gebiet von Maoming. Das Kaolinmineral im Maoming-Becken ist ein verwittertes Sedimentgestein vom eluvialen Subtyp. Sein Quarz- und Sandanteil liegt bei über 50 %, weshalb es als sandiges Kaolin bezeichnet wird. Das Maoming-Kaolin durchlief drei Verwitterungsstadien: Transport, Selbstvermahlung und die eigentliche Verwitterung. Es ist vollständig verwittert und besteht hauptsächlich aus monolithischen, feinkörnigen Kaolinplatten. Hauptsächlich wird es als Rohstoff für Papierbeschichtungen verwendet.

(3) Longyan-Kaolin ist eine verwitterte Restkaolinablagerung. Da der Eisengehalt unter 0,3 % und der Titangehalt unter 0,02 % liegt und es eine gewisse Menge an Tieftemperatur-Lösungsmittel (Li2O) enthält, ist es ein idealer Rohstoff für Elektroporzellan, hochwertige Alltagsgegenstände und Kunstporzellan.

(4) Suzhou Yangshan Kaolin, bei dieser Lagerstätte handelt es sich um hydrothermal veränderten Kaolin.Die chemische Zusammensetzung des reinen Suzhou-Yangshan-Schlamms entspricht nahezu der theoretischen Zusammensetzung von Kaolinit. Der Al₂O₃-Gehalt kann bis zu 39,0 % betragen; der Schlamm ist weiß und feinkörnig. Er wird hauptsächlich als Katalysatorträger und chemischer Rohstoff verwendet.

(5) Hepu-Kaolin. Es handelt sich um eine verwitterte Kaolin-Ablagerung. Sie wird hauptsächlich als Rohstoff für Baukeramik verwendet.

(6) Nordische Kohleserie Kaolin. Es handelt sich um ein sedimentäres Kaolinit, das hauptsächlich in den Kohleabbaugebieten meines Landes vorkommt und im Bauwesen, bei Beschichtungen, Farben und Papierbeschichtungen – also auf Kohlebasis – verwendet werden kann.

Die oben genannten sechs Hauptproduktionsgebiete machen mehr als 80 % der chinesischen Produktion aus und sind auch hinsichtlich der Ressourcentypen wichtige Repräsentanten.

03Use

Kaolin findet aufgrund seiner Plastizität, Haftung, Trockenfestigkeit, Sintereigenschaften und seines nach dem Brennen sichtbaren Weißgrades vielfältige Anwendung und ist daher ein wichtiger Rohstoff für die Keramikherstellung. Es ist weiß, weich, gut dispergierbar und adsorbierbar. Seine hervorragenden Verarbeitungseigenschaften, wie z. B. seine chemischen Eigenschaften und seine chemische Variabilität, machen es zu einem weit verbreiteten Rohstoff in der Papierindustrie. Darüber hinaus wird Kaolin auch in Industriezweigen wie der Gummi-, Kunststoff-, Feuerfest- und Erdölraffinerie sowie in Spitzentechnologien der Landwirtschaft und der Verteidigung eingesetzt. Hauptsächlich findet es Verwendung in der Keramikindustrie, bei Beschichtungen, Feuerfestmaterialien, in der Papierherstellung, Farben, Gummi, hochwertigem Porzellan, Drähten und Kabeln, Industriekunststoffen, als Füllstoff in der chemischen Industrie, in Tinten, Lebensmitteln, Kosmetika, Arzneimitteln usw. Es ersetzt Lithopon und einen Teil des Titans in Farben und Lacken.

04 Verarbeitungstechnologie

Um Nicht-Tonmineralien und organische Stoffe wie Quarz, Feldspat, Glimmer, Eisenmineralien, Titanmineralien usw. aus Kaolin abzutrennen und Kaolinprodukte herzustellen, die den Anforderungen verschiedener Industriezweige gerecht werden, ist es neben der Anwendung von Schwerkrafttrennung, Flotation, Magnetscheidung usw. zur Reinigung und Entfernung von Verunreinigungen aus Kaolin manchmal auch notwendig, weitergehende Verarbeitungsmethoden wie chemisches Bleichen, Ultrafeinverflocken, Kalzinierung und Oberflächenmodifizierung zur Behandlung von Kaolin einzusetzen.

(1) Hydraulische Klassifizierung

Die hydraulische Klassierung umfasst die Spiralklassierung (Abtrennung von grobem Sand +1 mm), die Sedimentationsbeckenklassierung (Abtrennung von feinem Sand +0,053 mm), die Hydrozyklonklassierung (Abtrennung von feinem Sand -0,053 mm), die Zentrifugalklassierung oder die Hydrozyklonklassierung mit kleinem Durchmesser (zur Klassierung ultrafeiner Partikel von 0,002-0,010 mm).

(2) Magnetische Trennung mit hohem Gradienten

Durch den Einsatz magnetischer Konzentratormedien wird eine Magnetfeldstärke von mehr als 1 600 kA/m erzeugt, um Fe2O3 und TiO2 aus Kaolin zu entfernen und Papierbeschichtungen sowie hochwertige keramische Rohstoffe herzustellen.

(3) Selektive Flockung

Durch die Zugabe von Flockungsmitteln werden Verunreinigungen wie feinkörniger Quarz, Pyrit, Alunit usw. gezielt abgetrennt, um raspelbeschichtetes Kaolin zu erhalten. Häufig verwendete Flockungsmittel sind Natriumhexametaphosphat, Ammoniumpolyacrylamid, Wasserglas usw.

(4) Chemische Bleiche

Bleichmittel wie Versicherungspulver werden hinzugefügt, um das hochvalente Eisen im Limonit und Hämatit im Kaolin zu löslichem Eisen(II) zu reduzieren, oder Oxidationsmittel werden hinzugefügt, um Pyrit und Farbstoffverunreinigungen zu oxidieren und so den Weißgrad des Kaolins zu verbessern.

(5) Schälen

In der Flockenmaschine werden feine mittelgroße Kugeln zum Rühren verwendet, um einen Mahleffekt zu erzielen, sodass die Kaolinaggregatpartikel in dünne Kristalle getrennt werden. Dadurch entsteht rakelbeschichtetes Kaolin mit einer Partikelgröße von weniger als 2 μm und einem Gehalt von mehr als 90 %.

(6) Kalzinierung

Beim Kalzinieren bei 800–1000 °C verliert Kaolin Wasser, es findet eine Phasenumwandlung statt und einige Verunreinigungen verflüchtigen sich. Dies verbessert den Weißgrad und die Isolationsfähigkeit des Kaolins, das zur Herstellung von Kabeln sowie Gummi- und Kunststofffüllstoffen verwendet wird. Die Kalzinierung ist ein notwendiges Verarbeitungsverfahren für kohlebasiertes (hartes) Kaolin.

(7) Oberflächenmodifikation

Der Kaolinton wird mit einem Haftvermittler usw. beschichtet, um die Menge des in den Kunststoffgummi eingearbeiteten Kaolintons zu erhöhen, und wird zur Behandlung von Kaolinton-Füllstoffen für Gummikunststoffe verwendet.

Die Magnetscheidung ist ein weit verbreitetes physikalisches Trennverfahren zur Mineralaufbereitung. Ihr Grundprinzip beruht auf der Nutzung der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften der Mineralien. Je nach Magnetisierungseigenschaften lassen sich verschiedene Arten der Magnetscheidung unterscheiden: Starkmagnetische Trennung, Schwachmagnetische Trennung, Umkehrmagnetische Trennung und Hochgradientenmagnetische Trennung. Zu den wichtigsten Anlagen für die Mineralaufbereitung zählen Plattenmagnetabscheider, Vertikalring-Hochgradientenmagnetabscheider, elektromagnetische Schlamm-Hochgradientenmagnetabscheider und Tieftemperatur-Supraleitungsmagnetabscheider.

05 Anwendungsbeispiele für die Mineralaufbereitung

Prozess 1: Am Beispiel eines ausländischen Kaolins lassen sich die Hauptverunreinigungen dieser Probe nachweisen: Eisenoxid, Titanoxid und Eisensilikat. Im Rohmaterial betragen die Gehalte an Fe₂O₃ und TiO₂ 0,89 % bzw. 0,17 %, der Weißgrad erreicht 67,29 %.

Um diese Verunreinigungen effektiv zu entfernen, haben wir folgenden Testplan festgelegt: Zunächst wird das Rohmaterial in zwei Magnetscheidungsschritten – Grob- und Feintrennung – durch einen elektromagnetischen Schlammmagnetabscheider geleitet, um die meisten Verunreinigungen zu entfernen. Anschließend wird das erhaltene Konzentrat in einem supraleitenden Magnetabscheider weiter gereinigt, um den Verunreinigungsgehalt weiter zu reduzieren und die Kaolinqualität zu verbessern.

Testablaufdiagramm

Aus den Testergebnissen geht hervor, dass das Rohmaterial durch elektromagnetische Schlammtrennung + elektromagnetische Schlammtrennung + supraleitende Magnetscheidung getrennt werden kann, um ein Kaolinkonzentrat mit einem Fe2O3-Gehalt von 0,35 % und einem Weißgrad von 87,52 % zu erhalten.

Prozess 2:Das Rohmaterial wird einer supraleitenden 5T-Magnetscheidung unterzogen. Der Testprozess ist in Abbildung 2 dargestellt, die Testergebnisse in Tabelle 2.

Abb. 2 Experimenteller Ablauf der Aufbereitung

Das Rohmaterial wurde einer supraleitenden 5T-Magnettrennung unterzogen, um ein Kaolinkonzentrat mit folgenden Bestandteilen zu erhalten: Fe2O3 0,40 %, Al2O3 22,92 %, SiO2 68,78 %, TiO2 0,10 %, CaO 1,90 %, Weißgrad 86,97 % und einer Ausbeute von 90,90 %.

Als multifunktionaler industrieller Rohstoff bietet Kaolin ein breites Anwendungsspektrum. Dank des kontinuierlichen Fortschritts von Wissenschaft und Technik sowie der nachhaltigen Entwicklung der Industrie wird Kaolin in immer mehr Bereichen eine wichtige Rolle spielen. Wir streben an, den Anwendungsbereich von Kaolin durch vertiefte Forschung und technologische Innovationen weiter auszubauen, eine effizientere und nachhaltigere Nutzung zu erreichen und so einen größeren Beitrag zur gesellschaftlichen Entwicklung zu leisten. Gleichzeitig müssen wir die Umweltprobleme, die beim Abbau und der Verarbeitung von Kaolin entstehen können, im Blick behalten und aktiv Maßnahmen ergreifen, um eine rationelle Entwicklung der Kaolinressourcen mit dem Schutz der Umwelt in Einklang zu bringen.