鉱石から粉末へ：カオリンの精製、粉砕、改質
カオリンは、高品質の鉱床がほとんどない、再生不可能な重要な鉱物資源です。現在、より多くの産業が高級カオリンの需要を高めており、市場需要は全体の成長を上回っており、中国における需給バランスを悪化させています。
したがって、この鉱物材料を多様な産業用途に適したものにするためには、さまざまな処理技術の研究と適用が不可欠です。
カオリナイトの選鉱と精製
手の選択方法
手選別法は、鉱物粒子の大きさや密度の違いを利用して鉱物を選別する手法です。主に長石や石英などの不純物を除去し、カオリンの純度と焼成白度を向上させるため、小規模企業に適しています。
水の選択方法
水選別法は、水を媒体として鉱物と不純物鉱物を分離する手法です。石英、長石、雲母、鉄チタン鉱物などの大きな粒子の鉱物を除去することができます。この方法は操作が簡単で、コストが低く、高品質の鉱床に適しています。
浮選法
浮選法は、鉱石の物理的・化学的表面特性に基づいて有用鉱物を分離する手法です。キャリア浮選、選択凝集、二液浮選といった高度な技術は、セラミック原料の前処理に効果的です。
吸着浮選法では、カオリンスラリーに石灰石粉末を加えて Fe2O3 を吸着し、二液浮選法ではスラリーの pH を調整し、捕捉剤と有機溶液を加えて、成層と分離を可能にします。
磁気分離法
磁気分離とは、さまざまな鉱石または材料の磁気の違いを利用して、磁力などの作用で分離するプロセスです。
石炭系カオリンの鉄組成は比較的複雑です。石炭系カオリンの種類に応じて、鉄を除去するために様々な高勾配磁気分離法が用いられます。現在、高勾配磁気分離法は以下のように分類されます。
1. 脈動高勾配磁気分離
2. 乾式高勾配磁気分離
3. 振動高勾配磁気分離
4. 選択的凝集と高勾配磁気分離を組み合わせた鉄除去
5.磁気凝集法
化学精製
化学的精製とは、酸またはアルカリを使用して、鉱物の酸溶解性またはアルカリ溶解性を利用して、鉱物に含まれる特定の不純物を溶解して除去する方法です。
還元漂白鉄除去法では、還元剤を使用して不溶性の三価鉄（リモナイトなど）を可溶性の二価鉄に還元し、これを濾過、洗浄し、濾液とともに除去します。
特徴: 反応条件が厳しく、放出される刺激臭により作業環境が悪化し、製品内の残留物が下流の用途に影響を及ぼします。
酸浸出漂白法（脱鉄法）では、カオリンを酸性溶液で処理し、鉄を含む不溶性鉱物を可溶性塩に変換します。その後、鉱石洗浄などの工程を経てカオリンは白色化されます。
特徴：硫化鉄鉱物、イルメナイト鉱物などへの影響が小さく、スラリーの温度管理も必要となるため、設備の耐酸性腐食性に対する要求が高まり、生産コストが上昇するほか、製品中の残留物が下流工程への悪影響を及ぼします。
酸化漂白法では、強力な酸化剤を漂白剤として用い、カオリンスラリー系中の黄鉄鉱を酸化して可溶性Fe2+を生成します。同時に、他の暗色有機物も酸化されて無色の酸化物となり、漂白効果をもたらします。
特徴：この方法は主に黄鉄鉱型カオリンの処理に用いられます。他の染色金属物質を含むカオリンの脱鉄や白化にはほとんど効果がないため、広範囲に適用することはできません。
微生物漂白法
微生物漂白法には、微生物浸出技術と微生物浮選技術が含まれます。フェロチオバチルスや鉄還元菌などの方法を用いて、酸化黄鉄鉱などの硫化鉱石を除去します。
この方法は、投資額、コスト、エネルギー消費量、汚染度が低く、特性に影響を与えません。これは新しい精製・漂白方法であり、まだ実験段階にあります。
カオリンの改質
インターカレーション修飾
インターカレーション 修正 層間の水素結合を克服し、層間ギャップを挿入することで、カオリンの層状構造を破壊することなく層間間隔を増加させます。
主に液相インターカレーション、蒸発溶液インターカレーション、メカノケミカルインターカレーション、マイクロ波放射インターカレーション、超音波インターカレーションがあります。
焼成改質
焼成改質はカオリン加工の一般的な方法であり、物理的方法を用いてカオリンを熱処理します。カオリンの焼成温度は用途によって異なります。高温焼成（450～925℃）は炭素除去と白色化に最も適しており、セラミック材料、充填剤、吸着剤、触媒などに使用されます。
化学修飾
化学修飾は酸修飾とアルカリ修飾に分けられ、カオリン粉末表面の吸着活性や反応活性を向上させることができますが、酸塩基修飾に関する研究はまだ初期段階にあります。
ポリヒドロキシ鉄改質
この方法は、ポリヒドロキシ鉄溶液を粉砕・ふるい分けしたカオリンと混合し、加熱撹拌条件下で改質を行う。温度の影響が大きいため、ポリヒドロキシ鉄改質後の温度上昇に伴い、カオリンの吸着量は徐々に増加する。
カップリング剤改質
カップリング剤による改質は、化学的手段を用いてカオリン微粒子の表面に有機カップリング化合物の層を形成し、表面特性を変化させるものです。現在、主にシランカップリング剤とチタン酸カップリング剤が使用され、カオリンの表面構造と有機物との親和性を向上させることができます。
カオリン剥離
カオリンの剥離は、層を分離して表面積を増やすことでカオリンの粒子サイズを縮小します。この方法は、機械的剥離と化学的剥離に分けられ、化学的剥離ではカオリンを極めて微細な粒子に剥離します。
このプロセスは、低摩耗性と高白色度の要件を満たしており、カオリンは製紙、化粧品、医薬品、その他の用途に適したものになります。
カオリン混合技術
カオリン製品指標の安定性は、製品品質を測る上で重要な要素の一つです。様々な自然要因により、中国のカオリン鉱山の品質は、採掘地域によって、あるいは同じ採掘地域でも鉱石層によって大きく異なります。
カオリン製品の指標は大きく変動する一方で、下流産業はカオリン製品の品質安定性に高い要求を寄せています。そのため、ブレンド技術の習得は関連企業の発展に不可欠なものとなっています。
まとめ
業界のトレンドと資源特性を反映するため、大手企業は高度処理技術の研究と応用に取り組んでいます。精製、粉砕、改質といった技術です。これらの取り組みにより、カオリンの白さ、細かさ、可塑性、そして製品の安定性が向上します。
今後の開発には、焼成の改善、超微粒子浮選、ホワイトニング、粘度低下、尾鉱応用、ナノテクノロジー、抗菌材料などが含まれます。
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