روشهاي متداول فرآوري کائولن
كائولن ابتدا بهصورت خشك فرآوري ميشود كه شامل خردكن، خشككردن و نرمكردن است، كه محصول آن كائولن با كاربري در سراميك، رنگ و لاستيك است. فرآوري تر، يا شستشو با آب كانيهاي غيركائولن را از مايع رسدار جدا ميكند، كه در اين مرحله كائولن با كاربري به عنوان پركننده و پوشش حاصل ميشود. در انواع سرندها، هيدروسيكلونها و... مايع رسي را ميتوان تا حد 30% جامد در مخزن تهنشيني غليظ كرد و با سانتريفوژ كردن، 75% ذرات با اندازه 2 ميكرومتري را از آن جدا كرد، ذرات درشت با اولترافلوتاسيون ريزشده و بعد مراحل تورق زدايي، غربال كردن، فيلتركردن و خشك كردن و گاهي تكليس برروي آن انجام ميشود.
در حالت ديگر مايع كائولندار به دو دسته ريز و درشت با استفاده از سانتريفوژ، هيدروسيكلون يا جداسازي با آب بطور ممتد تقسيم شده و بعد تركيبات آهندار رنگزا از آن شسته مي شود. بعد از آبگيري با تبخير، فيلتر مكش چرخان يا فشاري، كيك كائولني را ميتوان خارج كرد و خشك نمود و يا به صورت ماده با 70% جامد براي دادوستد منتقل كرد.
درتورقزدايي، ذرات كائولن به صورت مكانيكي به ذرات روشن و نازكي جدا شده و در دما C °500 تكليس ميشوند تا ساختار بلوري مجزايي در آن بوجود آيد. اين عمل سبب افزايش درخشندگي و كدري كائولن مي شود.
حتي بهترين کائولن هاي دنيا هم در حدود 20 % ناخالصي دارند. بنابراين بايستي آنها را تغليظ کرد و مواد قليايي آن را به کمتر از 5/1 % رساند.
کائولن مصرفي بايد داراي مشخصات ذيل باشد :
1-درصد Al2O3 بايد از 30 % بيشتر باشد.
2-ميزان اکسيدهاي آهن Fe2O3 نبايد از 1 درصد بيشتر شود.
3-ميزان اکسيد تيتانيوم TiO2 بايد به 2/0 درصد کاهش يابد.
4-اکسيدهاي قليايي نبايد از 2 درصد بيشتر شود.
5-حداکثر ميزان CaO، 2/0 درصد و MgO، 3/0 درصد باشد.
6-افزايش ميزان کائولينيت نسبت به ساير کاني هاي موجود باعث مرغوبيت کائولن مي شود.
7-دير گدازي کائولن بايد در حدود 1700 درجه سانتيگراد باشد.
8-مدول گسيختگي آن بايد بيش از 10 کيلوگرم بر سانتي متر مربع باشد.
هدف از آرايش كائولن جدا كردن ناخالصيهاي موجود در آن است. به طور كلي عمل جدا كردن ناخالصيهايي نظير زاج، گچ، پيريت و فلدسپاتها تجزيه نشده از كائولن را كانه‌آرايي كائولن مي‌گويند و اصطلاحاً به عمل جدا كردن عناصر مزاحم نظير سديم، پتاسيم و كلسيم توسط آب، كائولن‌شويي گفته ميشود.
مبناي آرايش كائولن در بيشتر موارد طبقه بندي آن از نظر ابعاد است، زيرا با توجه به قابليت خرد شدن بيشتر كائولن نسبت به ناخالصيهاي همراه آن مثل كوارتز، ميكا و همچنين توجه به اين نكته كه كائولن داراي خاصيت جذب آب شديدي مي‌باشد و در وقت كم بصورت خميري با شكل‌پذيري زياد و نيز در وقت زياد بصورت ذرات دانه ريز در آب معلق ميشود، ميتوان آن را از ناخالصي هاي همراه جدا كرد. مراحل آرايش كائولن بسته به كيفيت ماده معدني و مشخصات مورد نظر در محصول آراسته ممكن است بسيار ساده يا پيچيده باشد. در بسياري از موارد بافت كانسنگ به نحوي است كه در تماس با آب در ابعاد طبيعي يا پس از خرد شدن تنها در مرحله سنگ‌شكني، ذرات كائولن از ناخالصي هاي همراه جدا شده بصورت دانه ريز در محيط پراكنده ميشوند. بالطبع آرايش اين نوع مواد ساده‌تر است، زيرا ناخالصي هاي همراه كائولن بصورت ذرات دانه درشت وجود دارند. برعكس در بعضي موارد ديگر، بافت ماده اوليه كائولن بسيار دانه ريز و متراكم است و تنها در تماس با آب ذرات كائولن نمي‌توانند از ناخالصي ها جدا شوند در اين موارد گاهي لازم است كه ماده معدني تا ابعاد دانه ريزتري آسيا شود.
آسيا كردن ماده معدني از يك طرف هزينه عمليات را بشدت افزايش ميدهد و از طرف ديگر باعث خرد شدن بخشي از ناخالصي ها تا ابعاد ميكروني ميشود. در نتيجه اين قبيل ناخالصي ها نيز همراه محصول آراسته كائولن باقي مانده و كيفيت آن را كاهش خواهند داد.
ذكر اين نكته ضروريست كه در بسياري از موارد ساختار كانسار وضيعت لايه‌ها و رگه‌ها به نحوي است كه امكان استخراج انتخابي كائولن براي رسيدن به كيفيت بهتر وجود دارد، براي اين منظور لازم است از كانسار بطور منظم نمونه برداري شود و مورد آزمايش قرار گيرد و بر مبناي نتايج حاصله روش استخراج انتخاب شود.
امروزه پيشرفت هاي زيادي كه در زمينه فرآوري كائولن صرت گرفته، كه به اقتضاي خواص مورد نظر صنايع مصرف كننده بوده است. بخصوص صنعت كاغذسازي كه مصرف كننده عمده كائولن بعنوان پوشش دهنده مي‌باشد.
پيشرفت هاي ويژه در اين زمينه عبارتند از:
1-استفاده از سانتريفوژ پيوسته جهت طبقه‌بندي مواد از ابعاد ميكروني
2-كاربرد همزه‌هاي قوي و بزرگ جهت تفرق كائولن در كارگاه مستقر در معدن
3-حمل و نقل كائولن بصورت پالپ
4-جايگزيني فيلتر پرسهاي صفحه‌اي و قابي با صافيهاي خلاء‌استوانه‌اي،دوار و پيوسته.
5-بكارگيري خشك كن‌هاي افشانگي
6-نصب تكليش كنند‌ه‌ها جهت توليد رنگدانه با درخشندگي زياد
7-گسترش تكنيكهاي فلوتاسيون جهت حذف ناخالصيهاي بسيار ريز آهن و تيتانيم.
8-توسعه تكنيكهاي متورق سازي كه صفحات انباشته شده ذرات را به صفحات مجزا و بزرگ با خواص پر كنندگي و پوششي خوب جدا كنند.
9- توسعه جدا كنندههاي مغناطيسي با شدت زياد.
روش فرآوري سنگ معدني كائولن به نوع مصرف محصول بستگي دارد اساساً دو فرآيند كلي متفاوت در صنايع توليد كائولن بكار ميرود،فرآيند خشك و فرآيند تر.
الف) روش خشك
هر چند امروزه در اكثر معادن،روشهاي خشك بعلت بازدهي و دقت كمتر به تدريج جاي خود را به روشهاي تر داده‌اند. با اين وصف ممكن است بعلت كيفيت ماده اوليه، استفاده از روشهاي خشك امكان‌پذير باشد و با كمبود آب در ناحيه معدني و يا هزينه زياد تهيه آب مورد نياز، استفاده از روش هاي خشك را ضروري مي‌سازد.
در صورت استفاده از روش هاي خشك رطوبت ماده اوليه بايستي كمتر از 1 تا 2 درصد باشد و در صورتي كه بيشتر از اين مقدار باشد خشك كردن آن در كوره (معمولاً كوره‌هاي دوار) الزاميست. عمليات خشك كردن را مي توان در حين آسيا كردن مواد، با دميدن هواي گرم بداخل آسيا انجام داد. تلاطم هوا و ذرات در داخل آسيا و توجه به اين نكته كه قسمتهاي سطحي قطعات ماده اوليه بلافاصله پس از خشك شدن بصورت ذرات ريز در هوا متفرق ميشوند، باعث ميشود كه قسمت هاي مياني قطعات در تماس با هواي گرم قرار گيرد و با ايجاد سيستم تبادل حرارت بسيار خوب در محيط، عمليات خشك كردن تقريباً‌فوري انجام گيرد. خرد كردن كائولن به روش خشك را ميتوان با آسياهاي گلوله‌اي، چكشي و غلطكي انجام داد. طبقه‌بندي مواد خرد شده توسط كلاسيفايرهاي هوايي انجام ميشود.
كلاسيفاير مناسب براي كائولن با تركيبي از جريان هواي رو به بالا و نيروي گريز از مركز كار ميكند و از دو مخروط، كه يكي در داخل ديگري قرار گرفته است تشكيل شده است. جريان هوا بين اين دو مخروط داخلي را يك و نتيلاتو تامين ميكند. براي آنكه هوا بتواند در مسيري بسته جريان داشته باشد، برشي در جداره مخروط داخلي ايجاد شده است. مواد اوليه از طريق يك محور توخلي وارد كلاسيفاير ميشود و به توسط يك صفحه گردان در داخل كلاسيفاير توزيع ميشوند. اولين طبقه‌بندي در اثر جريان هواي رو به بالا و طبقه‌بندي دوم بتوسط پره‌هاي جرخان كه در بالاي كلاسيفاير نصب شدهاند انجام ميشود. ذرات دانه درشت در اثر نيروي گريز از مركز به بدنه مخروطي داخلي بر مي‌خورد و در امتداد آن به طرف پايين حركت ميكند و از دهانه مخروط خارج ميشود مخروط خارجي نقش يك سيكلون گردگير را ايفا ميكند. ذرات كائولن در امتداد جدار مخروط خارجي به طرف پايين حركت ميكنند و هواي تميز شده از طريق برش مخروط مياني به مسير برگردانده ميشود. حد جدايش اين وسيله را ميتوان با تنظيم تعداد تيغه‌هاي و انتيلاتور و چرخان و سرعت گردش آن كنترل كرد.
محصول اين روش عموماً بعنوان پر كنندههاي ارزان در لاسيتك، پلاستيك و صنعت كاغذ (در جايگاه درخشندگي حساسيت زيادي ندارد) استفاده ميشود.
ب) روش تر
در اين روش كائولن با افزودن مواد شيميايي متفرق سازي در يك همزن بالنجر به صورت يك پالپ در مي‌آيد. آنگاه پالپ مزبور توسط كلاسيفايرهاي جامي يا سيكلونها از سن و ماسه عاري شده و سپس به دو بخش دانه درشت و دانه ريز با استفاده از سانتريفوژهاي پيوسته، هيدروسيكلون ها، جداكننده‌هاي آبي يا سرندهاي لرزان طبقه بندي مي‌گردد.
بخش دانه ريز از اين كلاسيفايرها در معرض جدا كنندههاي مغناطيسي با شدت زياد جهت حذف اوليه آناتاز قرار داده ميشود. و نيز بار حذف اكسيد آهن مورد فروشوئي قرار ميگيرد. اما وقتي يك رس درخشندگي كافي و خصوصيات پوششي خوبي دارد، مي‌تواند مستقيماً به مرحله فروشوئي وارد شود، بدون اينكه تحت فرآيند جدايش مغناطيسي و يا متورق سازي قرار گيرد.
شكل شماره 4 : نمودار ساده شده طبقه بندي كائولن بروش تر
فرآيند فروشوئي در 3 تا 4 = PH (با استفاده از محلول اسيد سولفوريك) و در حضور يك عامل احيا كننده نظير هيدروسولفيت سديم يا روي (3O2ZnS يا 3O2S2Na) جهت حفظ انحلال آهن و جلوگيري از تشكيل هيدروكسيد آهن سه ظرفيتي انجام ميشود. زاج نيز جهت لخته شده رس به آن اضافه ميشود تا به آبكشي كمك كند رس شسته شده با استفاده از سانتريفوژ با سرعت زياد،صافيهاي خلاء دوار يا فيلتر پرس آبكشي ميشود.
بدون استفاده از جدا كننده مغناطيسي محصول نهائي ميتوان درخشندگي در حدود 85-75 ISO داشته باشد. رسهائي با درخشندگي بالاي 90ISO از تلفيق جدا كننده مغناطيسي و فلوتاسيونو يا فلوكولاسيون انتخابي در خط توليد بدست مي‌آيند. هر يك از اين روشها مزايا و محدوديت هاي خاص خود را دارند و بنابراين تركيبي از دو يا سه روش فوق در صنعت جهت رسيدن به بهترين كائولن از ماده خام متداول است.
روشهاي زيادي براي فرآوري كائولن در دنيا به كار ميرود. يكي از روشهاي قديمي روش سنگ جوري دستي است كه شامل انتخاب و جدا كردن قطعات نسبتاً‌درشت ناخالصي هاي كائولن (در حد بزرگتر از چند سانتيمتر) روي نوار نقاله توسط تعدادي كارگر است.
شكل شماره 3 : نمودار ساده شده طبقه بندي كائولن بروش تر
با توجه به قابليت خرد شدن بيشتر كائولن نسبت به اكثر ناخالصي هاي همراه آن، درصورتي كه ابعاد ناخالصي ها پس از آزاد شدن كائولن بزرگتر از چند ميليمتر باشد، ميتوان آنها را توسط سرند از ناخالصي ها جدا كرد. سرند كردن ممكن است به طريقه خشك يا تر انجام شود.
روش كانالهاي طويل،روش قديمي است كه در آن از كانال طويلي با شيب كم استفاده ميشود كه در مسير آن حفره‌هائي پيش‌بيني شده است. ناخالصيهاي موجود در كائولن با توجه به ابعاد بزرگتري كه دارند و همچنين ناخالصيهايي كه داراي جرم مخصوص بيشتري هستند عمدتاً‌در داخل حفره‌ها سقوط ميكنند. كائولن آراسته پس از عبور از كانال خارج ميشود. اشكال اين روش طولاني بودن مسير و زمان بيشتر مورد نياز براي آرايش و همچنين احتياج داشتن به تعداد زيادي كارگر است.
جدا كردن فازهاي جامد از مايع در روش فرآوري مرطوب
اكثر روشهاي آرايشي معدني، در محيطي كه محتوي مقدار قابل توجهي آب است انجام ميشود. در اينجا محصول پر عيار شده، به صورت گل آبي بوده كه گاهي داراي رقت خيلي زيادي است و بايد با آبكشي كردن آن (جدا كردن فازهاي جامداز مايع) رطوبت آن را تا حدي كاهش داد كه براي حمل يا عمليات صنعتي ديگر مناسب باشد. همچنين در اكثر موارد، قسمت عمده آب همراه باطله خارج ميشود كه به منظور انبار كردن باطله و جلوگيري از آلوده شدن محيط توسط آب همراه آن و سرانجام بازيابي و استفاده مجدد از آب، جدا كردن آب موجود در باطله از ذرات جامد نيز ضروريست. در مراحل مختلف آرايش نيز ممكن است آبگيري جزئي پالپ جهت تنظيم غلظت آن لازم باشد سرانجام در بعضي از روشهاي آرايش، مانند روشن هيدرومتالوژي نيز پس از انحلال كاني يا عنصر مورد نظر در حلال مورد استفاده جدا كردن فازهاي جامد باقيمانده از محلول غني شده ضروريست. روشهاي آبگيري را بطور كلي ميتوان به سه دسته تقسيم كرد:
٭ ته‌نشين كردن
٭ فيلتر كردن
٭ خشك كردن
1- ته‌نشين كردن
معمولاً آبكشي كردن تركيبي از دو روش اول و دوم فوق‌الذكر است. قسمت عمده آب ابتدا به روش ته‌نشين كردن از بقيه جدا ميشود، در نتيجه توليد پالپ غليظ شده‌اي شامل 55 تا 60 درصد وزني جامد ميكند. در اين مرحله ميتوان حدود 80% آب موجود در پالپ را جدا كرد. سپس با فيلتر كردن پالپ غليظ شده، كيكي بدست مي‌آيد كه شامل 80 نا 90% جامد است و در صورت لزوم ميتوان در يك مرحله ديگر با خشك كردن حرارتي ميزان جامد آن را به 95 تا 99% رساند. كائولن نيز نه تنها از اين قاعده مستثني نيست. بلكه مرحله آبگيري بدليل كائولن در غلظت هاي پايين و دانه ريز بودن آن اهميت ويژه‌اي دارد. همان طور كه قبلاً اشاره شد، كائولن بروشهاي مختلفي از جمله با استفاده از جدا كننده آبي، جداسازي مغناطيسي، فلوتاسيون و يا فلوكولاسيون انتخابي و بعضاً در حضور اسيد سولفوريك، هيدروسولفيت سديم يا روي و زاج شسته ميشود.
اين مواد افزودني بشدت توسط سانتريفوژ مخلوط شده و پالپ حاصل در مخازن ويژه‌اي حداقل 6 تا 8 ساعت نگهداري ميشود. PH مخلوط در حدود 3 تا 4 كه نزديك به نقطه تماس صفر (Z.P.C) كائولينيت است، حفظ ميشود. لذا ذرات رس بهم مي‌چسبند. زاج نيز جهت كمك به چسبيدن ذرات رس به يكديگر تسهيل در امر آبكشي افزوده ميشود. در روش معمولي خشك كردن، ابتدا رس به تيكنرهاي معمولي جهت تهنشيني و افزايش انتفال پيدا ميكند، رس تخليه شده تا 20% جامد تغليظ شده است. سپس به مرحله فيلتراسيون منتقل مي‌گردد.
2) فيلتراسيون
در اين مرحله آبگير، تجهيزات اصلي مورد استفاده عبارتند از: فيلت پرس ها، سانتريفوژهاي با سرعت زياد، فيلترها خلاء گردان و فيلترهاي لوله‌اي، فيلتر پرس هاي صفحه‌اي پالپي را كه درصد جامد كمي دارد، با اعمال فشار تغليظ كرده به حدود 70% جامد مي‌رسانند. اين عمل در فشاري درحدود 8 تا 9 باز انجام ميشود. كيك فشرده شده رد حاليكه هنوز بخاطر رطوبت خود چسبنده است بايد بطور دستي از دستگاه پرس تخليه شود.
با استفاده از فيلت استوانه‌اي گردان غلظت پالپ به 65-55 درصد جامد افزايش مي‌يابد. يك فيلتر بزرگ (با حدود 4 متر قطر و 11 متر طول) مي‌تواند 12 تا 15 تن بر سرعت رس از درجه پوشش و 30 تن بر ساعت رس از درجه پر كننده توليد كند. يكي از وظايف مهم فرآيند فيلتراسيون حذف مواد شيميايي از رس است. جهت تسهيل در اين كار از دوش آب استفاده ميشود.
قابل ذكر است كه انتخب فيلتر تا اندازه زيادي به نوع خشك‌كن مورد استفاده در مرحله بعدي بستگي دارد. فيلترهاي خلاء گردان مي‌توانند ظرفيتهاي توليد بالايي داشته باشند (و كاهش درهزينه كارگر)، اما كيكي را شامل 35% رطوبت توليد ميكنند. انواع جديد فيلتر پرس هاي با فشار زياد مي‌توانند محصولي شامل 24% رطوبت و فيلترهاي لوله‌اي نيز محصولي با 18-16% رطوبت مي‌دهند. در مورد فيلترهاي لوله‌اي،كيكي حاصل ميشود كه براي بيشتر مشتريان قابل قبول است (بخصوص براي پر كردن كاغذ) و بنابراين مرحله خشك كن حذف مي‌گردد.
3- عمليات خشك كردن و خشك كن‌ها
انواع تجهيزات متداول جهت خشك كردن كائولن عبارتند از : خشك كن‌هاي نواري (Converyer Dryers)، خشك كن‌هاي آپرون (Apron Dryers)،خشك كن‌هاي گردان،خشك كن‌هاي استوانه‌اي و خشك كن‌هاي با بستر معلق، در سالهاي اير دو نوع جديد خشك كن‌هاي افشانگي و خشك كن‌هاي سريع بوئل محبوبيت فراواني كسب كرده‌اند. خشك كن‌هاي گردان با حرارت غير مستقيم بطور تيپيك 23 متر طول و 3 متر قطر دارد و، ظرفيت تبخيري آنها در حدود 2 تن بر ساعت و ظرفيت توليدي آنها 10 تن بر ساعت مي‌باشد. مراحل اساسي كار عبارتند از : پخش كردن پالپ بصورت قطرات كوچك، اختلاط قطرات با گازهاي گرم، خشك كردن قطرات و بازيابي مواد جامد. پخش مواد جامد. براي پخش كردن پالپ ميتوان با هر يك از انواع اين خشك كن، از افشانك ديسكي يا انژكتوري استفاده كرد. گفته ميشود كه خشك كردن بصورت افشانگي احتمال بوجود آمدن ذرات سختي كه ضمن فرآيند خشك كردن شكل ميگيرد را كاهش ميدهد جدول (6) ارقامي را براي مقايسه،چهار نوع خشك‌كن ارائه ميدهد.
شكل شماره 4 : فرآوري كائولن به روش تر همراه با جدا كننده مغناطيسي و فروشويي
مقايسه هزينه در مورد چهار نوع خشك‌كن مذكور در جدول 7 نشان ميدهد كه خشك كردن بصورت افشانكي در امريكا اقتصادي‌ترين روش بوده است. خشك كردن افشانكي روش برتر خشك كردن در سالهاي اخير شناخته شده است.
در صنايع معدني، عمده‌ترين كاربرد خشك‌كن‌هاي افشانكي در مورد كائولن است كه معمولاً‌متشكل از ذراتي عمدتاً‌كوچكتر از 2 ميكرون است. كيك فيلتر با افزايش مقدار كمي پلي فسفات سديم (بعنوان عامل متفرق كننده) بصورت پالپ درمي‌آيد و توسط پمپ به خشك‌كن منتقل ميشود خشك كن‌هاي افشانگي انعطاف پذيري ساير خشك‌كن‌ها را ندارند و براي خشك كردن مواد بصورت كيك فيلتر مناسب نيستند، بلكه بايد مواد را به حالت پالپ به آنها منتقل كرد.
خشك‌كن‌هاي سريع بوئلي شامل سيستمي از قفسه‌بندي حلقوي است كه كائولن از قفسه‌اي به قفسه ديگر توسط بازوهاي اسكرپيري منتقل ميشود. سيستم‌هاي بوئل كه امروزه معمولاً بكار مي‌روند متشكل از 30 قفسه خشك كن سريع بوده ظرفيت تبخيري آنها 4 تن بر ساعت آب و ظرفيت توليد آنها 20 تن بر ساعت مي‌باشد.
جذب آب = 3-7 درصد
مقاومت خمش = 2Kp/cm 300-400
ميزان پلك كدر = خيلي كم
رنگ بعد از پخت = قرمزط نارنجي
درصد تجزيه شيميايي: (اعداد به درصد)
جدول شماره 6 : مقايسه چهار نوع خشك كن
جدول شماره 7 : مقايسه هزينه‌هاي چهار نوع خشك‌كن
نوع ديگر تجهيزات خشك كردن كه در صنعت استفاده ميشود، خشك كن‌هاي «بابستر سيال» هستند كه مخصوصاً براي خشك كردن محصول بصورت پلت مناسبند و نيز آسياي ساينده هربرتؤ كه در آن ذرات رس بوسيله تيغه‌هاي گردان درون اتاقكي كه چرخه هواي گرم در آن وجود دارد به پودر دانه‌ريزي تبديل ميشود.
اگر يك مشتري رس پودر شده لازم داشته باشد، محصول خشك كن مي‌تواند به داخل آسيا كه با هواي گرم جاروب ميشود وارد گشته كه در آنجا هم آسيا شده و هم رطوبت آن به 1% تقليل مي‌يابد. محصولي با 1% رطوبت كاملاً‌بصورت گرد و غبار قابل پراكنده شدن است و لذا بايد بسته‌بندي شود. در مورد خشك كردن نكات زير قابل اشاره است:
٭ رس خشك با كيك فشرده شده،جهت دستيابي به محصولي با 25% رطوبت و يا با پالپ براي افزايش غلظت آن از 65-55% به 80-70% جهت كاربرد در صنعت كاغذ مخلوط مي‌گردد.
٭ كيك فيلتر همچنين مي‌تواند به شكل نودول بيرون داده شود، سپس خشك شده آن آسيا مي‌گردد تا محصولي كه رس اسيدي ناميده ميشود بدست آيد.
٭ اكثر كاخانجات بزرگ، بيشتر از يك روش خشك كردن در اختيار دارند و مي‌توانند خط توليد را به تناسب نياز مشتري به نوع خاصي از محصول تمام شده تنظيم كنند.
تجهيزات عمده مورد استفاده در فرآوري كائولن به روش تر
1) كالاسيفايرهاي جامي
2) روشي كه براي آرايش كائولن در غرب كاروليناي شمالي، جورجيا و فلوريدا بيشتر بكار رفته است استفاده از كلاسيفاير جامي است. اين كلاسيفاير از طرفي به شكل جام تشكيل شده است. كائولن به حالت پالپ از قسمت مركزي جام وارد ميشود و در اين قسمت ذرات درشت ته‌نشين ميشوند و كائولن آرايش يافته به آرامي از پيرامون جام سرازي ميشود.
ابعاد جام بستگي به حجم پالپ اوليه و ابعاد كوچكترين ذراتي كه بايد ته‌نشين شوند دارد. ذرات ته‌نشين شده توسط تيغه‌هايي كه به كمك تعدادي بازو به آرامي دوران ميكنند. به طرف مركز جام هدايت شده و از دريچه ته ريز خارج ميشوند. سپس براي بازيابي كائولن باقيمانده در بين اين ذرات،آنها را با آب صافي شستشو مي‌دهند و با عبور مواد از زير تعدادي دوش آب عمليات شستشو را كامل ميكنند، بدين ترتيب ميتوان به دو محصول قابل استفاده،يكي كائولن عاري از ماسه و ديگري ماسه عاري از كائولن دست يافت.
2)هيدروسيکلون ها
چنانچه آزاد كردن كائولن از ناخالصي هاي همراه، مستلزم خرد كردن ماده اوليه تا ابعاد كوچكتر باشد، به منظور تسريع در جدا شدن ابعادي ذرات، از وسايلي استفاده ميشود كه براساس نيروي گريز از مركز كار ميكنند. رايج‌ترين وسيله از اين نوع هيدروسيكلون است. اين وسيله از ظرفي استوانه‌اي - مخروطي تشكيل شده است كه مواد به حالت پالپ به طور مماسي از قسمت استوانه وارد آن ميشوند و در نتيجه حركت استوانه‌اي درشت‌ترين ذرات كه معمولاً ناخالصي هاي همراه كائولن هستند، به جداره مخروطي شكل ظرف چسبيده و خروج آنها از دهانه زيرين ظرف كه در رأس مخروط قرار گرفته است (ته ريز هيدروسيكلون) خارج ميشوند. بسته به نوع ماده اوليه و مشخصات مورد نظر در محلول آراسته نهائي ميتوان سرريز هيدروسيكلون رابراي بهتر كردن كيفيت آن طي يك يا چند مرحله ديگر توسط هيدروسيكلون آرايش داد و يا براي بازيابي كائولن باقيمانده در ته ريز هيدروسيكلون، اين بخش را در هيدروسيكلون ديگر آرايش داد. كوچكترين حد جدايش قابل دستيابي در هيدروسيكلونها در حدود 5 ميكرون است.
3) دستگاه گريز از مركز (سانتريفوژ)
دستگاههاي گريز از مركز به عكس هيدروسيكلون ها كه دستگاه هايي ساكن هستند، از ظرفي به شكل جام، استوانه و يا مخلوط كه با سرعتي زياد (در حدود rpm 3500) حول محور خود گردش ميكند. تشكيل شدهاند. در دستگاه گريز از مركز، به علت نيروي گريز از مركز شديدي كه بر ذرات وارد ميشود، سرعت ته‌نشين شدن ذرات افزايش پيدا ميكند و ميتوان ضمن صرفه‌جويي قابل توجه در فضا و دستمزد، كائولن را در ابعاد خيلي كوچك طبقه‌بندي كرد. رايج‌ترين نوع اين وسيله از ظرفي لوله‌اي شكل تشكيل شده است كه در داخل آن مارپيچي با سرعت كمي متفاوت با مخروط دوران ميكند.
ماده اوليه به حالت پالپ از قسمت مركزي وارد ميشود. ذرات دانه درشت تحت نيروي گريز از مركز به طرف جدار داخلي ظرف هرايت و توسط مارپيچ از قسمت رأس مخروط خارج ميشوند ذرات دانه ريز هم كه عمدتاً‌متشكل از كائولن هستند از قسمت قاعده مخروط بيرون مي‌آيند. كوچكترين حد جدايش قابل دستيابي در دستگاههاي گريز از مركز در حدود چند ميكرون است. اين وسيله كم حجم و با ظرفيت زياد است. انواع بزرگ آن كه تنها سطحي معادل 14 متر مربع را اشغال ميكنند، مي‌توانند 100 تن ماده اوليه در ساعت آرايش دهند.
هدف از روشهاي فوق‌الذكر در حقيقت طبقه بندي مواد خصوصاً در دانه‌بندي خيلي كوچك است. با توجه به طبيعت كائولن و خاكهاي رسي كه بسيار ريزدانه‌اند، ميتوان با جدا كردن ذرات درشت كيفيت كائولن را افزايش داد.
4) جدا كننده مغناطيسي با شدت زياد
ناخالصيهاي رنگي در كائولن نظير آناتاز، روتيل، گوتيت،هماتيت، ميكا و پيريت خاصيت مغناطيسي ضعيفي دارند، لذا اين ناخالصي ها را بايد توسط جدا كنندههاي مغناطيسي با شدت زياد حذف كرد. جدا كننده‌اي كه براي آرايش مواردي با ابعاد در حد ميكرون (مشابه كائولن) قابل استفاده است،جدا كننده مغناطيسي با گراديان زياد است كه فيلتر مغناطيسي نام گرفته است. در اين جدا كننده در يك ميدان مغناطيسي يكنواخت مقداري رشتههاي باريك فرو مغناطيسي كه حدود 5 تا 10 درصد فضا را اشغال ميكنند، قرار داده شده است.
رشتههاي مورد نظر در محفظه‌اي كه بطور تيپيك 211 سانتيمتر قطر و 50 سانتيمتر عمق دارند تعبيه شدهاند. در اطراف لبه‌هاي تيز اين رشتههاي بسيار طريف ميدان مغناطيسي شديدي در حدود يك كيلو گوس را ميتوان بدست آورد، محفظه مذكور توسط 16 سيم پيچ‌هاي توخالي كه هر يك شامل يك تن مس مي‌باشند، احاطه شده است. و ميداني مغناطيسي باشدت 15 تا 20 كيلو گوس را ايجاد مي‌نمايد. توان الكتريكي مصرفي 270 تا 500 كيلو وات مي‌باشد. واحدبزرگتر آن با قطر 301 سانتيمتر قابليت فرآوري 130 تن بر ساعت كائولن را با 30 ثانيه زمان توقف دارد و 400 كيلو وات توان مصرفي آن است.
هنگام عبور ماده اوليه كائولن به حالت پالپ از فضاي موجود در بين اين رشته‌ها ذرات پارامغناطيسي فوق‌الذكر جذب آنها ميشوند و محصول خارج شده عاري از آهن خواهد بود،كار اين وسيله متناوب است،زيرا به تدريج سطح رشته‌ها از ذرات جذب شده پوشيده ميشود، لذا بايستي پالپ ورودي و همچنين ميدان مغناطيسي را قطع و با عبور آب صاف از داخل دستگاه، ذرات پارامغناطيسي را خارج كرد. اين عمليات طي يك سيكل تقريباً20 دقيقه‌اي انجام ميشود. تكنيك جدايش مغناطيسي پيشرفت قابل ملاحظه‌اي در صنعت كائولن بوجو آورده و فرآوري كائولنهايي با عيارهاي پايين‌تر را ممكن ساخته است. در نتيجه اين عمليات ذخاير اقتصادي كائولن رد جنوب شرقي ايالات متحده به بيش از دو برابر افزايش يافته است.
عوامل موثر روي بازدهي اين عملي
شدت ميدان، تراكم با رشته‌اي ماتريكس، سرعت جريان سيكل عمليات و غيره، تكنيك جدايش مغناطيسي در مورد ذرات خيلي ريز مي‌تواند مشكل باشد مگر اينكه گراديان ميدان بطور اصولي با كاهش قطر الياف افزايش يابد. ليكن محدوديتهاي فني در ساخت الياف ظريف‌تر وجود دارد. هنگامي كه قطر الياف كوچكتر از 50 ميكرون ميشود، سقوط ذرات و جذب آنها با اشكال مواجه است. ذرات بسيار ريز بدون به خدمت گرفتن ديگر فرآيندها نظير فلوتاسيون و فلوكولاسيون انتخابي درخط توليد مشكل ايجاد ميكنند. جدول شماره 8 تاثير جدا كننده مغناطيسي با شدت زياد بر روي سه نمونه كائولن را نشان ميدهد
جدول شماره 8 : تاثير جدا كننده مغناطيسي با شدت زياد بر روي سه نمونه كائولن
مقاومت فلزات و اغلب آلياژها با كاهش درجه حرارت كاهش مي‌يابد. ليكن همين كه درجه حرارت به نزديك صفر مطلق مي‌رسد مقاومت بطور ناگهاني به صفر تنزل ميكند اين دماي بحراين از يك ماده به ماده ديگر متفاوت است اما عموماً در محدوده 15/0 تا 25 درجه كلوين است.
مشخص شده است كه انواع آلياژهايي نظير Sn 3Nb Al , 3Nb Si ,3V خاصيت فوق هادي را دارند. اين امر صنعت را به سوي گسترش مغناطيسي‌هاي فوق هادي رهنمون نموده است. اولين مغناطيس فوق هادي برودتي در«ورنزجورجيا» قبل از پايان سال 1985 نصب شد. اين واحد مغناطيسي ساخت «شركت ارايز» است.
جدا كنندههاي مغناطيسي فوق هادي طي يك سيكل 20 تا 30 دقيقه‌اي شبيه جدا كننده مغناطيسي معمولي كار ميكنند. اين سيستم هاي به گونه‌اي طراحي شدهاند كه به سرعت و ظرف 60 ثانيه به حداكثر شدت ميدان مغناطيسي خود (بالاي 50 كيلوگوس) رسيده و حتي در كمتر از اين زمان خاصيت خود را از دست مي‌دهند، به همين افت زماني دستگاه جهت خارج كردن ناخالصي هاي مغناطيسي به حداقل مي‌رسد.
مزيت بزرگ جدا كنندههاي مغناطيسي برودتي اين است كه توان مصرفي آنها كمتر از جدا كنندههاي مغناطيسي معمولي است براي مثال در 20 كيلوگوس دستگاه انواع ارايز، ميزان KW007/0 جهت مغناطيس نمودن بعلاوه KW 20 براي سرد كردن هليم و ازت نياز دارد كه جمعاً 80% كاهش در توان مصرفي نسبت به نوع معمولي را نشان ميدهد. بعلاوه با راندمان جدب بيشتر بخاطر ميدان مغناطيسي 5/2 برابر قويتر و حداقل افت زماني مي‌تواند ظرفيت كاري بيشتر داشته باشد.
مشاورين «سي سي ال» بريتانيا و كارخانجات رس انگليسي « لاورينگ پاچين» يك مغناطيسي فوق هادي سولنوئيدي متقابل را بمورد آزمايش گذاشته‌اند. طرح مزبور شبيه فيلترهاي مغناطيسي معمولي است اما عملكرد ويژه‌اي دارد كه به مغناطيس فوق هادي امكان ميدهد كه انرژي بيشتري موقع قطع و وصل شدن مغناطيس حين عمليات دورهاي داشته باشد. اين امر بوسيله دو محفظه صورت ميگيرد، كه توسط محفظه متحرك ديگري مجزا شدهاند. محفظه اخير سوار بر ريلي است كه از ميان فضاي خالي بين دو دستگاه جدا كننده كشيده شده است.
5) فلوتاسيون
ذف ناخالصيهاي تيتانيم- آهن از رس بوسيله فرآيند فلوتاسيون معمولي كاري مشكل است. قطر اين ناخالصيها معمولاً كوچكتر از 2 ميكرون بوده و مقادير كمي از آنها در رس وجود دارند. در صنعت مدت زيادي است كه دشوار فلوتاسيون ذرات كمتر از 10-5 ميكرون توسط سلولهاي فلوتاسيون مشخص شده است و يك دليل ارائه شده براي اين امر است كه حباب هاي توليد شده در سلولهاي فلوتاسيون معمولي براي جذب ذرات ريز، بسيار بزرگ هستند و بنابراين سرعت فلوتاسيون پايين است. غيرعادي نيست. هر آزمايش كامل فلوتاسيون در آزمايشگاه 45 تا 200 دقيقه جهت حذف ناخالصي هاي تيتانيم - آهن از رس طول طول بكشد، فرآيند فلوتاسيون حامل تكنيكي است كه براي شناور كردن ذرات ريز آناتاز از رس با استفاده از يك سلول فلوتاسيون معمولي طراحي شده است، در اين تكنيك ذرات حامل كه قبلاً آماده شدهاند، در اندازه‌هاي بهينه (نظير كلسيت زير 325 مش) به خط فلوتاسيون اضافه ميشوند و بدين ترتيب آنها مي‌توانند ذرات آناتاز حامل بوسيله يك كلكتور مناسب نظير اسيدهاي چرب، روغن تال (Tail oil) آماده شده و در يك مخرن جداگانه با گل آب رس مخلوط ميگردند. بدين ترتيب ذرات آناتاز آبران (هيدورفوب) طي يك مكانيزم جذب هيدروفوبيكي به ذرات كلسيت مي‌چسبند و مزيت ديگر اين فرآيند (بهبود سينيتيك فلوتاسيون) را نشان ميدهد. به اين دليل است كه درخشندگي كائولن مورد عمل را در بازيابي بالاتر بهبود مي‌بخشد.
جدول شماره 9- مواد مورد استفاده جهت آماده سازي گل آب رس
پترونات كلسيم نيز در اين فرآيند استفاده ميشود كه نقش اول آن ممكن است فعال كردن آناتاز باشد اين ماده شامل 41% كمپلكس سولفونات كلسيم و 59% نفت است و همچنين بعنوان يك امولسيون ساز براي كلكتور نفتي انجام وظيفه ميكند. مقدار زيادي نيز سولفات آمونيوم (Kg/ton 27/2) بكار ميرود اما نقش آن در اين فرآيند مشخص نيست. اضافه كردن كفساز نيز لازم نيست زيرا هم اسيد چرب و هم سولفونات نفت كف كافي را توليد ميكنند.
آماده‌سازي حامل كلسيتي كلكتور بسيار ساده‌تر است. كاني كلسيت (325 مش) با روغن تال (Kg/ton 8/1) در حضور سرد سوز آور (Kg/ton 113/0) آماده ميشود. مقدار كاني حاصل مورد استفاده از30 تا 200 درصد وزني رس متغير است. قسمتي از اين كاني حامل بازيابي شده دوباره وارد خط ميشود. كانيهاي ديگري مثل كوارتز. باريت، سيليس، گوگرد، فلوريت و... نيز ممكن است بعنوان كاني حامل مورد استفاده قرار گيرند، اما كلسيت به علت ارزانتر بودن و وفور بيشتر مورد استفاده قرار ميگيرد.
پالپ آماده شده وارد سلولهاي فلوتاسيون اوليه ميشود و بخش شناور شده طي سه مرحله ديگر شسته ميشود كه محصول شناور شده نهايي عمدتاً آناتاز است. نمودار ساده نشده‌اي از فرايند فلوتاسيون كائولن با استفاده ازكلكتور كلسيتي در شكل آورده شده است.
شكل شماره5 : نمودار ساده شده فلوتاسيون كائولن با استفاده از كلكتور كلسيتي حامل
همانطور كه در دياگرام نشان داده شده است،بخشهاي شناور شده سلولهاي اوليه و شستشو مجموعاً به سلولهاي فلوتاسيون ثانفويه منتقل ميشوند. بخش شناور نشده در اين سلول ها، محصول نهائي كائولن است.
فلوتاسيون حامل بطور موفقيت آميزي بوسيله شركت معدني و شيميايي « انگلهارد» از سال 1961 جهت توليد كائولن مورد استفاده در پوشش كاغذ با درخشندگي 90 + بكار گرفته شده است. ليكن اين فرآيند معايب زير را نيز دارد:
1- مصرف مواد زيادي براي آماده سازي كاني حامل مورد نياز است.
2-فرآيند فلوتاسيون در غلظت هاي پائيني از پالپ (كمتر از 20% جامد) موثر است كه طبعاً هزينه آبكشي را افزايش ميدهد.
3- كاني حامل اضافه شده بايد اساساً از محصول رس حذف شده و جهت برگشتن به خط بازيابي گردد.
4- حضور كاني حامل و مواد شيميايي باقيمانده در رس اثرات زيان آوري روي محصول نهائي دارد.
جهت مطالعه مكانيزم فلوتاسيون حامل،پتانسيلهاي سطحي آناتاز، كائولينيت كلسيت در 1/10 = PH اندازه‌گيري شد. محققين دريافتند كه آنها همه منفي و داراي مقادير تقريباً مشابه هستند به همين دليل امكان جاذبه الكتروستاتيكي بين آناتاز و كلسيت رد شد. نتيجه اينكه چسبندگي مزبور بوسيله واكنش هيدروفوبيك بين كانيهاي موجود در كلكتور فراهم ميشود. از آنجايي كه كلكتور روي هر سه كاني جذب سطحي دارد، هيچ دليل مشخصي براي فرآيند چسبندگي انتخابي بين آناتاز و كلسيت وجود ندارد. ولي محققين نشان داده‌اند كه پتانسيلهاي سطحي كائولينيت پس از يك همزدن شديد كاهش مي يابند. در حاليكه در مورد آناتاز تغييري در پتانسيلهاي سطحي صورت نمي‌گيرد. لذا پژوهشگران حدس زدند كه جذب كلكتور بر روي كائولينيت در مقايسه با آناتاز ضعيف مي‌باشد. همان گونه كه عنوان شده است،همزدن شديد ممكن است نقش مهم ديگري در فلوتاسيون حامل داشته باشد. ممكن است كه همزدن شديد توسط فلوكولاسيون برشي را براي ذراتي كه توسط كلكتور پوشانده شدهاند فراهم كند. اين اثر اولين بار در سال 1975 توسط «وارن» مشاهده شد. بطور ساده فلوكولاسين مزبور موقعي رخ ميدهد كه انرژي همزدن شديد بر انرژي مانع چسبندگي غلبه كند.
«كاندي» (1969) فرآيندهاي فلوتاسيوني را كه گسترش داد كه نياز به كاني حامل ندارند. روال ساده اين فرآيند دو قسمتي است، ابتدا گل آب كائولن توسط همزدنشديد با حداقل HP/ton 25 انرژي لازم آماده ميشود، «كاندي» فهميد كه اين بهم ردنباعث از بين رفتن آلودگي سطحي كه اختلاف اثر كلكتور بر روي ذرات متفاوت دو كاني را كاهش ميدهد، موثر است. در بخش دوم خمير رس درحضور فعال كننده‌اي كه محلول در آب يك فلز قليايي خاكي يا يك فلز سنگين است، آماده ميشود.
«يانگ و ديگران» (1985)، فرآيند فلوتاسيوني را توسعه داده‌اند كه براي پرعيار سازي رس در غلظت هاي بالا طراحي شده است. مزيت هاي اين فرآيند عبارتند از: هزينه آبكشي كمتر و بازدهي بيشتر. اصول اصلي اين فرآيند شبيه به فرآيند فعالسازي «كاندي» است،جز آنكه گل آب رسي قبل از آماده‌سازي در معرض يك رنگزدائي اكسيداسيون قرار ميگيرند و يك پلي اكريلات محلول در آب قبل از فلوتاسيون بعنوان متفرق ساز به رس اضافه ميشود.
فرآيند فلوتاسيون ديگري كه بايد در اينجا به آن اشاره شود فلوتاسيون روغني است اين فرآيند شبيه فلوتاسيون معمولي است فقط در يك موردتفاوت دارند و آن اين است كه در فلوتاسيون معمولي، بجاي جمع‌آوري ناخالصيهاي رنگي (آناتاژ) با استفاده از حباب هوا، از مايعات غير محلول در آب استفاده ميشود،بعد از آماده سازي و افزودن شيميايي به رس مقداري نفتا يا مايعات غيرقابل حل در آب به پالپ افزوده ميشود و با همزدن زياد آن يك امولسيوني روغني در آب بوجود مي‌آيد. وقتي همزدن متوقف ميشود قطرات روغنهاي آناتاز بر روي سطح مي‌آيند كه ميتوان آنها را جمع‌اوري نمود. در مرحله بعد مايع روغني يا ميع نامحلول در آب براي استفاده مجدد بازيابي ميشود. نمودار ساده شده اين فرآيند در شكل نمايش داده شده است. از فرآيند فلوتاسيون روغني براي ذرات خيلي ريز رس كه فلوتاسيون معمولي عملكرد خوبي روي آنها ندارند، استفاده ميشود ميزان درخشندگي 92 تا 93 شامل رسهايي است كه 95% آنها كمتر از 2 ميكرون هستند. مهمترين عيب فلوتاسيون روغني كنترل دقيقي است كه بايد روي آن انجام شود تا بازيابي خوب محلول حفظ شود، در ضمن بايستي مايع غير محلول بخوبي بازيابي شده بطور كه به اقتصادي بودن پروژه لطمه نزند.
شكل شماره 6 : فرآيند فلوتاسيون روغني كائولن با استفاده از نفتا
7)كواگولاسيون ـ فلوكولاسيون انتخابي
اگر چه فرآيندهاي فلوتاسيون مختلف در حذف ناخالصي تيتانيم- آهن از رسهي نسبتاً درشت دانه موفق بودهاند،ليكن توفيق كمي در مورد درسهاي دانه ريز داشته‌اند. بعنوان مثال فرآيندهاي مختلف فلوتاسيون در مورد رس هاي نسبتاً درشت دانه جورجيا مركزي موفق و در مورد رس هاي بسيار دانه ريز جورجياي شرقي تقريباً ناموفق بودهاند. كائولن جورجياي شرقي معمولاً بطور تقريبي به ميزان 90% ازذرات كمتر از 2 ميكرون و در حدود 50% كمتر از 25/0 ميكرون در حالت خام تشكيل يافته است. فرآيندهايي از كواگولاسيون و فلوكولاسيون انتخابي وجود دارند، كه از اواخر دهه 60 گسترش يافته‌اند. شكرت «جي. ام. ام هابر» با استفاده از اين روشها، رسي با درخشندگي 90 + از ماده خام جورجياي شرقي از اوايل دهه 70 توليد مي‌كرده است.
با كنترل دقيقي محيط يوني در يك سوسپانسيون كائولن اين مكان وجود دارد كه كائولن را در حالت پراكنده نگهداشته و اجازه دهيم كه ناخالصي هاي رنگي لخته شوند (فلوكولاسيون).
محيط مناسب يوني براي فلوكولاسيون آناتاز ممكن است از راههاي مختلف مهيا شده باشد. شايد ساده‌ترين حالت، ايجاد تفرق بيش از حد ذرات كائولن باشد كه اين عمل توسط متفلق ساز‌هاي شيميايي مي‌تواند انجام شود از جمله اين متفرق سازها ميتوان به پلي فسفات تتراسديم و هگزامتافسفات سديم اشاره كرد. وقتي مقدار مناسبي مواد شيميايي وارد محلول شوند. ذرات ريز كائولن كاملاً متفرق شده و در اين حالت ذرات آناتاز بهم چسبيده و لخته ميشوند، ذرات لخته شده رش ميكنند تا جائي كه اندازه آنها نسبت به ذرات كائولن قابل توجه ميشود. در اين حالت لخته‌هاي آناتاز در ميان سوسپانسيون قابل تميز است. لايه بالايي كه كائولن خالص شده را در بر ميگيرد و لايه پائيني كه شامل آناتاز لخته شده است. شمايي از تغليظ كائولن بوسيله روش فلوكولاسيون انتخابي (Selection Flaccmlation) درشكل آورده شده است.
به وضوح مشخص شده است كه با اضافه كردن مقادير زيادي متفرق ساز به يك پالپ رس، ويسكوزيته بطور فزاينده‌اي به سمت حداقل مقدار كاهش يافته و از آن طرف افزودن بيش از حد معيني ماده متفرق ساز سبب افزايش دوباره گرانروي مي‌گردد. «مينارد و ديگران»(1969 و 1968) كشف كردند كه وقتي يك گل آب رس به حالت تفرق بيش از حد مي‌رسد، ذراتي نظير آناتاز بهتر از وقتي كه ويسكوزيته گرانروي حداقل باشد، آزاد ميشوند و ذرات آناتاز آزاد شده به يكديگر مي‌چسبند. دليل اين امر احتمالاً بخاطر قدرت يوني بالاي متفرق ساز افزوده شده براي به تفرق بيش از حد است و هنگامي كه سوسپانسيون رس سفيد ميشود، تهنشيني صورت ميگيرد.سرعت تهنشيني پايين است اما ميتوان آن را در حضور يك نمك طبيعي (الكتروليت مشابه) مثل نمك طعام تسهيل كرد (مينارد و ديگران 1978) دريافته است كه سرعت تهنشيني با افزودن يك پليمر آنيوني پس از استفاده از محلول نمك طعام، مي‌تواند باز هم بهبوديابد.
كواگولاسيون انتخابي ناخالصيهاي تيتانيم- آهن در صورتي كه هيدروكسيدهاي نمك هاي فلزات قليائي خاكي نظير Mg, Ba, Ca و Sr بداخل گل آب كائولن در 11 تا 8 = PH افزوده شوند نيز ديده شده است (اوليور، سنت،1969). «مركاد»(1975 و 1972) فرآيندي را توسعه داد كه در آن آناتاز بوسيله كاتيون هاي چند ظرفيتي (نظير 2CaCl) فعال شده است. با بكارگيري پلي الكتروليت آنيوني ضعيف (نظير پلي هال 59M) بطور انتخابي لخته ميشود. اين فرآيند در 5/9 – 8 = PH انجام شده و غلظت يون كلسيم از 10 تا 200 ppm تغيير ميكند.
در فرآيندهاي مختلفي كه در بالا شرح داده شده، مقدار كمي از ناخالصيهاي موجود در رس بطور انتخابي بهم چسبيده و لخته ميشوند.
«مينارد» (1979) فرآيندي را گزارش كرد كه در آن كائولينيت توسط يك پليمر آنيوني با مولكول سنگين و پايدار، لخته ميشود و ناخالصي هاي آهن و تيتانيم در سوسپانسيون باقي مي‌مانند. ليكن مقاديري از ناخالصي هاي در رس گير كرده، به همراه آن ته‌نشين ميشوند. لذا بايد اين لخته‌ها را با مخلوط‌كن قوي دوباره متفرق كرده، چند بار شست.
اگر چه فرآيندهاي كواگولاسيون- فلوكولاسيون موفقيت خود را در حذف ناخالصي ها از رس هاي جورجياي شرقي كه شامل ذرات بسيار ريز هستند ثابت كرده‌اند، ولي معايبي بشرح زير از اين روش گزارش شده است:
1- عموماً‌براي اين فرآيند نياز است كه غلظت پالپ كمتر از 20% باشد، لذا مقادير قابل ملاحظه‌اي آب بايد جدا گردد.
2- بازيابي محصول معمولاً بخاطر درگير شدن رس در لخته‌هاي ته‌نشين شده، پايين است.
3- پليمر لخته ساز باقيمانده در محصول نهائي تاثيرات زيان آوري دارد.
4- از آنجايي كه رسها داراي منشاء‌هاي گوناگوني هستند، لذا بايد آزمايشات زيادي براي ايجاد محيط يوني مناسب جهت فلوكولاسيون انتخابي انجام داد.
7) روشهاي بيولوژيكي
ميكروارگانيسم‌ها مي‌توانند با تاثير بيولوژيكي كه منجر به ايجاد محيطي اكسيد كننده يا احيا كننده ميشود، مواد خالصي را به حالت محلول در آورند. لازم به تذكر است كه در نتيجه عوامل بيولوژيكي، عملي عكس نيز ممكن است انجام شود، يعني ممكن است عناصر محلول تبديل به تركيبات غير محلول شده ته‌نشين شوند. كمتر ماده‌اي مي‌تواند تحت تاثير عوامل بيولوژيكي قرار نگيرد. تاثير اين عوامل بر روي ذخاير ذغالسنگ، گوگرد و فسفات از دير زمان شناخته شده است، در سالهاي اخير نيز بررسي هاي انجام شده نشان داده است كه سيليكات ها نيز تحت تاثير عوامل بيولوژيكي به حالت محلول در مي‌آيند حتي كانيهايي كه به عنوان غير محلول شناخته شده بودند نمي‌توانند در مقابل اين عوامل مقاومت كنند.
ميكروارگانيسم‌هاي هتروتروپيك مختلفي قادر به انحلال آهن از كانيهاي اكسيده آهن (ليمونيت،گوتيت و هماتيت) هستند. انحلال با تشكيل اسيدهاي آلي و ساير متابوليت‌ها به صورت عوامل كمپلكس و همچنين احياي آهن به طريقه آنزيمي و غير آنزيمي است.با پرورش نوعي قارچ در 30 درجه سانتيگراد در محيطي مغذي حاوي ملاس چغندر به عنوان منبع كربن و انرژي و استفاده از آن ميتوان آهن موجود در كائولن را كاهش داد.
8) الكترواسمز
يكي از روشهايي كه در دهه دوم و سوم قرن حاضر در اروپاي غربي بكار مي‌رفت، روش الكترواسمز است. اين روش با توجه به هزينه‌هاي زيادي كه دارد (معادل Kwh 88 به ازاي هر تن ماده اوليه)، تنها در صورت در اختيار داشتن انرژي ارزان قابل استفاده است.
در اين روش از باردار شدن مواد جامد در آب و جذب آنها روي الكترودهايي با بار مخالف استفاده ميشود. نخست تصور مي‌شد كه در شرايطي از محيط كه ذرات كائولن با منفي دارند، ناخالصي هاي همراه آن مثل كوارتز، ميكا و كانيهاي آهن بار مثبت دارند، بنابراين ذرات كائولن روي كاتد جمع ميشوند. حال آنكه چنين نيست بنابراين اين روش مي‌تواند براي فيلتراسيون الكتريكي ذرات خيلي دانه ريز بكار رود.
بر مبناي اين روش، واحدهايي هنوز در انگلستان در حال كار هستند در اين واحدها ماده اوليه كائولن، پس از به تعليق در آمدن در آب، ابتدا از حوضچه‌هايي عبور داده ميشود و بدين ترتيب ذرات دانه درشت آن جدا مي‌شودن و بدين ترتيب ذرات دانه درشت آن جدا مي شوند سپس به داخل كانالهاي طويلي بطور 160 متر، عرض 3/1 متر و عمق 5/0 متر هدايت ميشود. در اين كانال ها كه مدت توقف مواد در آنها 70 دقيقه است، بخشي از كائولن با غلظت وزني 31% ته‌نشين ميشود كه پس از خشك شدن به عنوان محصول درجه 2 در صنايع كاغذسازي مصرف ميشود. سرريز كانال ها كه داراي محصول دانه ريز و با عيار بسيار زياد است، به دستگاه الكترواسمز هدايت ميشود. اين وسيله تشكيل شده است از بدنه‌اي از جنس شبكه‌اي فلزي به شكل نيم استوانه در نقش كاتد و محوري گردان در داخل آن بطول 5/1 متر و قطر 6/0 متر در نقش آند.
اين وسيله با جرياني يك سو بشدت 70 آمپر و ولتاژ 10 ولت تغذيه ميشود. ذرات كائولن روي آند مي‌چسبند و لايه‌اي به ضخامت 3 ميليمتر تشكيل مي‌دهند كه از روي آند تراشيده ميشود. در اين روش تنها 9% كائولن در آب خروجي باقي مي‌ماند.
روش هاي افزايش درخشندگي كائولن
روش هايي جهت كمبود كيفيت نوري كائولن خصوصاً در دو دهه گذشته براي افزايش درخشندگي كائولن گسترش يافته‌اند. نظر به اين كه روش هاي فوق (روش هاي افزايش درخشندگي خود نيز نوعي از متدهاي فرآوري كائولن مي‌باشد لذا ميتوان روش هاي افزايش درخشندگي را در زمره روش هاي فرآوري آورد). بطور طبيعي و بدون فرآوري،رسي با كيفيت خوب مي‌تواند درخشندگي در دود 75 تا 85 ISO داشته باشد. مقادير درخشندگي 90 و بالاتر از آن با استفاده از چند تكنيك پر عيار سازي ويژه قابل دسترسي است. اين تكنيك ها بقرار زيرند:
1- آسانترين اين روش ها رنگ زدايي است. فرايند شستشويي كه در آن كانيهاي آهندار بوسيله افزودن يك ماده احيا كننده (معمولاً‌هيدروسولفيت سديم) در PH پايين (كه ميتوان با افزودن اسيد سولفوريك و يا سولفات آمونيوم به آن رسيد) حذف ميشوند.
2- از طريق توسعه اولترا فلوتاسيون، جداسازي كانيهاي فوق‌العاده ريز امكان پذير شده است. در اين روش، يك كاني حامل را براي حمل ذرات بسيار دانه ريز كانه‌هاي آهن و تيتانيم بكار مي‌برند كه با فلوته شدن آنها درخشندگي محصول به حدود 90 مي‌رسد.
3- متورق سازي فرآيند ديگري است كه طي آن ذرات بزرگ كائولن (كه شامل توده‌هايي انباشته از صفحات شش گوش هستند) به ذرات نازك اما با صفحات مجزاي عريض مي‌شكنند. اين ذرات با ايجاد صفحات جديد تمايل به سفيدي بيشتري نسبت به يك رس طبيعي پيدا ميكنند. صفحات نازك بدست آمده از متورق سازي، يك پوشش عالي را براي كاغذ با وزن كمتر فراهم ميكنند.
4- تكليس: اگر چه تكليس كائولنهاي درشت و رس هاي كائولينيتي عمل متداول براي توليد شاموتها و كلوخه‌هاي نسوز (براي مثال بعنوان فرايندي جهت افزايش خواص نسوزندگي) مي‌باشد، ولي اين فرايند مي‌تواند همچنين بر روي ذرات ريز و سفيدتر كائولن جهت بهبود و افزايش درخشندگي و نيز بهبود سختي، ماتي و... اعمال گردد. اين كائولن جهت بهبود و افزايش درخشندگي و نيز بهبود سختي، ماتي و... اعمال گردد. اين كائولنها بطور فزاينده‌اي در لاستيك، رنگ هاي كائوچويي و پلاستيك ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
دو نوع كائولن كه اعمال حرارتي بر روي آنها انجام كه است براي دستيابي به خواص پوشش ويژه گسترش يافته‌اند. اين دو نع كائولنها عبارتند از :
1- كائولن هايي كه بطور ناقص تكليس شدهاند.
2- كائولن هايي كه بطور كامل تكليس شدهاند.
دسته اول تا جايي حرارت داده ميشوند كه گروههاي هيدروكسيلي كه در ساختمان بلور كائولينيت وجود دارند، بصورت بخار آب خارج شوند. درجه حرارت مزبور عموماً در حدود 650 تا 700 درجه سيليس (بسته به ميزان ماده‌اي كه مورد تكليس قرار ميگيرد) مي‌باشد. اين فرايند حرارتي رنگدانه را توليد ميكند، كه هنگام مخلوط شدن با پوشش دهنده‌ها وزن مخصوص موثر كمتري دارد. بعلاوه، قدرت پراكندگي نور اين محصول نسبت به رسهاي پوششي عادي بيشتر است. هنگاميكه اين كائولن بعنوان ماده‌اي افزودني به پوشش دهنده، كاغذ بكار مي‌روند تا كشساني و ماتي را در برگه‌هايي كه وزن اوليه كمي دارند افزايش دهند،حجيم بودن آنها يك مزيت بشمار ميرود. اين محصول گرانروي بالائي داشته و لذا نمي‌تواند به تنهايي بعنوان پوشش دهنده در ماشين‌هاي چاپ باعث سرعت بالا استفاده شود، ولي مي‌تواند تا حد 40% كل رنگدانه را در تركيب با ديگر انواع كائولنها تشكيل دهد. افزودن اين كائولن هاي ناقص تكليس شده به تركيب پوشش دهنده سبب افزايش ضخامت پوشش، افزايش ماتي، كاهش عمده‌اي درافت درخشندگي و ماتي هنگام نورد كردن، بهبود پذيرش جوهر و يكنواخت‌تر شدن چاپ هاي چهار رنگ ميشود. كائولن ها كاملاً تكليس شده، تا دمايي بين 1000 تا 1050 درجه سانتيگراد حرارت ديده‌اند. تلفيق دانه‌بندي ريز و فرآوري هاي خاص به كاهش سايندگي آنها تا حدي قابل قبول كمك ميكنند. اگر چه خواص فيزيكي محصول تكليس شده ظاهراً‌تغيير عمده‌اي نمي‌كنند، اما تكليس و فرآوري، درخشندگي و مشخصات پراكندگي نور را افزايش مي‌دهند.
5- فيلتراسيون مغناطيسي با نوع جديد جدا كنندههاي مغناطيسي، بحث هاي زيادي را در سالهاي اخير برانگيخته است و اين فرآيند بخصوص در حذف ذرات ريز آهن، تيتانيم و ميكا و... موثر است و مي‌تواند هم براي توليد رس هاي فوق‌العاده سفيد از ماده خام معمولي و هم براي افزايش عيار رس هاي حاشيه‌اي كم عيار معدني استفاده شود. با اين روش مقدار مواد شيميايي بكار رفته جهت درخشان كردن محصور مي‌تواند بطور عمده‌اي كاهش يابد.
6- فرآيندهاي آينده: پيش‌بيني در مورد فرآيندهايي كه ممكن است امروز فقط در مرحله ترسيم بر روي كاغذ باشند، مشكل است. وليكن جستجو و پژوهش براي يافتن فرآيندهاي موثر جهت افزايش درخشندگي و ديگر مشخصات رس ادامه خواهد داشت.
تكنيك هاي فعلي بهبودخواهند يافت (براي مثال فيلتراسيون مغناطيسي بعنوان يك فرآيند تجارتي هنوز در مرحله، رشد خود بسر مي‌برد و براي توسعه فلوتاسيون نيز جاي بيشتري وجود دارد). فرآيند درو مايعي در حال توسعه بوسيله «شركت اقتصادي Ecc» يكي از فرآيندهاي بالقوه است كه مي‌تواند در آينده بكار گرفته شود.
جدول شماره 10 : دانه‌بندي و درخشندگي رسهاي پوششي
جدول شماره 10 :
جدول شماره 10
روش هاي كاهش هزينه انرژي در فرآوري كائولن
در روش هاي آماده سازي رس انرژي زيادي مصرف ميشود، لذا در سال هاي اخير تحقيقات قابل ملاحظه‌اي جهت يافتن روش هايي كه هزينه‌هاي انرژي را كاهش دهد، انجام شده است. برخي از آنها به قرار زيرند:
1-اولين و آسانترين روش، فروش رس بصورت پالپ مي‌باشد كه در نتيجه مرحله خشك كردن محصول ضروري نخواهد بود. اين كار بايد باري مشترياني انجام گيرد كه آمادگي پذيرش پالپ را دارند البته در اين صورت اگر چه ميزان هزينه به لحاظ عدم صرف انرژي جهت خشك كردن كاهش مي‌يابد، وليكن هزينه حمل آب اضافي را بايد در قيمت تمام شده منظور كرد.
در اينجا مسيري كه پالپ طي ميكند شبيه مسير خشك كردن است و شامل آسيا كردن نيز مي‌باشد. مقدار كمي متفرق ساز به رس افزوده ميشود كه در ادامه كار در يك مخلوط‌كن با سرعت زياد مخلوط مي‌گردد. سپس كمي آب افزوده شده و نتيجتاً پالپي با 70 – 65% جامد ساخته ميشود. پالپ حاصل به محل مورد نظر خريدار از طريق جاده يا راه آهن با توسط كشتي حمل مي‌گردد.
2- روش دوم كاهش هزينه‌هاي خشك كردن استفاده از تكنيك هاي فشرده كردن با فشار بالا مي‌باشد كه در نتيجه نيازي به خشك كردن متداول نخواهد بود.
اساس كار فشرده كردن با فشار بالا شبيه پرس معمولي است با اين تفاوت كه فشار در حدود70 باز است و توسط پرس هاي پيستوني سريع به اجرا در مي‌آيد. كيك ها سخت بوده به سهولت تخليه ميشوند و لذا سيستم مي‌تواند خود كار عمل كند. رطوبت كيك 25% (قابل مقايسه با 35 – 30% براي پرس هاي با فشار معمولي) است و بنابراين ميتوان بعنوان خوراك مستقيماً به خشك كن منتقل شود.
خط توليد بدون بار برگشتي ساده‌تر بوده و نيز گرد و غبار محصول داخل واحد خشك كننده را كاهش مي‌دهند. يك مقايسه انرژي با مراحل فيلتراسيون، مخلوط كردن و خشك كردن معمولي نشان ميدهد كه سيستم فشار بالا در حدود 53 درصد انرژي براي سيستم فشار پايين را بكار مي‌برد.
3- سومين پيشرفت در شركت اقتصادي Ecc كاربرد پرس لوله‌اي است. همانطور كه از نامش پيدا است اين پرس شامل يك لوله بيروني است كه با يك لايه لاستيكي قابل انعطاف در سطح داخلي آن جفت شده است. لوله‌اي با قطر كوچكتر بصورت هم محور با لوله بيروني سوار شده است. بر روي لوله اخير روزنه‌هائي فيلتر دار تعبيه شده و توسط نگهدارنده‌ها و پارچه، فيلتر روي سطح خارجي ثابت شده است. لوله داخلي يا شمع قادر است درون لوله بيروني بطور قائم حركت كند.پالپ رس با حدود 25 درصدجامد بداخل فضاي حلقوي بين پارچه، فيلتر و جدار لاستيكي هدايت ميشود. وقي چرخه پرس كردن تمام ميشود يك انفجار هوا در پشت پارچه فيلتر رخ ميدهد. كيك فيلتر كه در حدود 18 درصد رطوبت دارد و متورم شده بطرف خارج حركت ميكند، رس در اينحالت سخت، قابل حمل و عاري از گرد و غبار است زمان پرس كردن بسته به دانه‌بندي رس متفاوت است اما اگر فرايندتمام اتوماتيك باشد تغييرات مناسب در زمان چرخه به راحتي مي‌تواند اعمال گردد.
4- فكري نو در مورد فيلتراسيون با استفاده ازاصل الكتروفورزي (مهاجرت بارهاي الكتريكي) در يك محيط الكتريكي ارائه شده است (چاپك و ديگران 1974) ذرات كائولينيت كه در PH بالاتر از 3 داراي بار منفي هستند توسط فضاي يوني بارهاي مخالف احاطه شده يك دو لايه‌اي اكتريكي تشكيل ميشود. در يك محيط الكتريكي، ذرات رس بسمت آند حركت ميكنند در حاليكه يونهاي با بار مخالف در اين فضاي يوني بطرف كاتد ميرود. وقتي ذرات به آند مي‌رسند روي سطح جدار آند كه براي محافظت از آند نصب شده يك كيك فيلتر شكل ميگيرد. كيك آندي مزبور مجدداً بوسيله، فشار الكترواسمز آبكشي ميشود اين عمل طي مكانيزمي رخ ميدهد كه در آن آب اضافي از طريق لوله‌هاي موئين كيك با بار منفي به بيرون پمپاژ ميشود. طبق نظر «بولينگر» فشار الكترواسمزي توليد شده در كيك فيلتر ممكن است بسيار بالا باشد، طوري كه مي‌تواند به فشار موثري در حدود 70 بار برسد. اتاقك كاتد كه با پارچه،فيلتر پوشيده شده جهت كمك به فيلتراسيون تحت خلاء قرار دارد.
ناخالصيهاي کائولن و ضرورت فرآوري آن
مرغوبترين كائولن، نوعي است كه حداكثر داراي 20 درصد ناخالصي باشد، به همين جهت بايد به منظور استفاده در صنايع مصرف كننده، كائولن بطور معمول داراي 48 درصد سيليس و 37 درصد آلومين و حدود 46/0 درصد اكسيد آهن، 06/0 درصد اكسيد كلسيم و 5/1 درصد اكسيد سديم و پتاسيم است. وجود لنزهاي آهن دار و سنگهاي ولكانيكي آندزيتي تا بازالتي فلدسپات تجزيه نشده سبب كاهش كيفيت كائولن مي‌گردد.
از آنجايي كه كائولن موارد مصرف متعددي دارد و صنايع مختلف براي توليد محصولات خود نياز به كائولنهايي با مشخصات متفاوت دارند،لذا اين كانه بايد در طي مراحل مختلف و در جهت اهداف و تأمين خوراك مورد نياز صنعت فرآوري گردد.
فرآوري يا كيفيت كائولن، بستگي مستقيم به ميزان درصد آلومين دارد. يعني هر چه آلومين آن بالاتر باشد. كائولين مرغوبتر و برعكس هر اندازه سيليس آن بيشتر باشد، از اهميت كمتري برخوردار است. بطور كلي در تغليظ كائولن توجه به نكات زير حائز اهميت است.
٭ ناخالصيهايي كه مقادير آنها نبايد از حد معيني كمتر يا بيشتر باشد. بطور مثال حد قليايي كائولن در حالت عمومي نبايد بيشتر از 5/1 درصد باشد.
٭ ناخالصي هايي كه مصرف آنها در بعضي از صنايع مضر و در صنايع ديگر چندان اهميتي ندارند نظير ناخالصيهايي رنگ و ميكا كه در مصارف نسوز اهميت ندارند.
٭ اندازه ذرات و دانه‌بندي آنها، شفافيت،مقدار انقباض، ميزان نسوزي و مقاومت گسيختگي ويسكوزيته، مقاومت الكتريكي، ميزان شكل‌پذيري، مقدار آلومينيوم، كوارتز، اكسيد آهن و تيتان از موارد قابل توجه در مصرف كائولن در صنايع مختلف هستند.
بديهي است ميزان ناخالصي در معادن مختلف متفاوت مي‌باشند، لذا نحوه فرآوري و حذف اين ناخالصيها نيز متفاوت خواهد بود.
تغليظ كائولن عبارتست از جدا كردن ناخالصيها از قبيل زاج، گچ، پيريت و فلدسپات هاي تخريب نشده و... كه اين ناخالصي را اصولاً‌به دو روش خشك و مرطوب ميتوان خارج نمود.
بعضي از عناصر مزاحم بصورت ناخالصي همراه كائولن براي صنايع مختلف بشرح زير هستند:
٭ صنعت لاستيك‌سازي: زاج، هوموس به عنوان ماده همراه
٭ صنعت كاغذسازي: هوموس و كوارتز، زاج به عنوان ماده همراه
٭ صنعت سراميك و چيني سازي: زاج و اكسيد آهن
٭ صنعت پلاستيك سازي: ساير اكسيد آهن و دانههاي كائوليني غيرفلسي
همچنين وجود پيريت اضافي در كائولن مضر بوده كه از طريق اضافه كردن اسيد سولفوريك PH محيط را به حدود 3 رسانده و آن را جدا ميكنند.
عمل جدا كردن مواد مزاحم (مثل سديم، پتاسيم، آهك) را كائولن‌شوئي گويند. كائولني كه خوب شسته شده باشد تنها 49/0-32/0% = 3O2Fe و 08/0-05/0% = 2TiO دارد.
تغليظ كائولن در جدا كردن ناخالصي هايي مانند زاج، آلونيت،گچ، پيريت، فلدسپات هاي دگرسان نشده تجلي مي‌يابد. كل ناخالصيها را ميتوان به دو روش خشك و مرطوب از كائولن جدا كرد. در تصفيه كائولن همه ناخالصيها از جمله ريگ و ميكا بايد حذف شوند. مگر در مواردي كه كائولن براي مواد نسوز بكار ميرود.
در حالت ديگر مايع كائولندار به دو دسته ريز و درشت با استفاده از سانتريفوژ، هيدروسيكلون يا جداسازي با آب بطور ممتد تقسيم شده و بعد تركيبات آهندار رنگزا از آن شسته مي شود. بعد از آبگيري با تبخير، فيلتر مكش چرخان يا فشاري، كيك كائولني را ميتوان خارج كرد و خشك نمود و يا به صورت ماده با 70% جامد براي دادوستد منتقل كرد.
درتورقزدايي، ذرات كائولن به صورت مكانيكي به ذرات روشن و نازكي جدا شده و در دما C °500 تكليس ميشوند تا ساختار بلوري مجزايي در آن بوجود آيد. اين عمل سبب افزايش درخشندگي و كدري كائولن مي شود.
حتي بهترين کائولن هاي دنيا هم در حدود 20 % ناخالصي دارند. بنابراين بايستي آنها را تغليظ کرد و مواد قليايي آن را به کمتر از 5/1 % رساند.
کائولن مصرفي بايد داراي مشخصات ذيل باشد :
1-درصد Al2O3 بايد از 30 % بيشتر باشد.
2-ميزان اکسيدهاي آهن Fe2O3 نبايد از 1 درصد بيشتر شود.
3-ميزان اکسيد تيتانيوم TiO2 بايد به 2/0 درصد کاهش يابد.
4-اکسيدهاي قليايي نبايد از 2 درصد بيشتر شود.
5-حداکثر ميزان CaO، 2/0 درصد و MgO، 3/0 درصد باشد.
6-افزايش ميزان کائولينيت نسبت به ساير کاني هاي موجود باعث مرغوبيت کائولن مي شود.
7-دير گدازي کائولن بايد در حدود 1700 درجه سانتيگراد باشد.
8-مدول گسيختگي آن بايد بيش از 10 کيلوگرم بر سانتي متر مربع باشد.
هدف از آرايش كائولن جدا كردن ناخالصيهاي موجود در آن است. به طور كلي عمل جدا كردن ناخالصيهايي نظير زاج، گچ، پيريت و فلدسپاتها تجزيه نشده از كائولن را كانه‌آرايي كائولن مي‌گويند و اصطلاحاً به عمل جدا كردن عناصر مزاحم نظير سديم، پتاسيم و كلسيم توسط آب، كائولن‌شويي گفته ميشود.
مبناي آرايش كائولن در بيشتر موارد طبقه بندي آن از نظر ابعاد است، زيرا با توجه به قابليت خرد شدن بيشتر كائولن نسبت به ناخالصيهاي همراه آن مثل كوارتز، ميكا و همچنين توجه به اين نكته كه كائولن داراي خاصيت جذب آب شديدي مي‌باشد و در وقت كم بصورت خميري با شكل‌پذيري زياد و نيز در وقت زياد بصورت ذرات دانه ريز در آب معلق ميشود، ميتوان آن را از ناخالصي هاي همراه جدا كرد. مراحل آرايش كائولن بسته به كيفيت ماده معدني و مشخصات مورد نظر در محصول آراسته ممكن است بسيار ساده يا پيچيده باشد. در بسياري از موارد بافت كانسنگ به نحوي است كه در تماس با آب در ابعاد طبيعي يا پس از خرد شدن تنها در مرحله سنگ‌شكني، ذرات كائولن از ناخالصي هاي همراه جدا شده بصورت دانه ريز در محيط پراكنده ميشوند. بالطبع آرايش اين نوع مواد ساده‌تر است، زيرا ناخالصي هاي همراه كائولن بصورت ذرات دانه درشت وجود دارند. برعكس در بعضي موارد ديگر، بافت ماده اوليه كائولن بسيار دانه ريز و متراكم است و تنها در تماس با آب ذرات كائولن نمي‌توانند از ناخالصي ها جدا شوند در اين موارد گاهي لازم است كه ماده معدني تا ابعاد دانه ريزتري آسيا شود.
آسيا كردن ماده معدني از يك طرف هزينه عمليات را بشدت افزايش ميدهد و از طرف ديگر باعث خرد شدن بخشي از ناخالصي ها تا ابعاد ميكروني ميشود. در نتيجه اين قبيل ناخالصي ها نيز همراه محصول آراسته كائولن باقي مانده و كيفيت آن را كاهش خواهند داد.
ذكر اين نكته ضروريست كه در بسياري از موارد ساختار كانسار وضيعت لايه‌ها و رگه‌ها به نحوي است كه امكان استخراج انتخابي كائولن براي رسيدن به كيفيت بهتر وجود دارد، براي اين منظور لازم است از كانسار بطور منظم نمونه برداري شود و مورد آزمايش قرار گيرد و بر مبناي نتايج حاصله روش استخراج انتخاب شود.
امروزه پيشرفت هاي زيادي كه در زمينه فرآوري كائولن صرت گرفته، كه به اقتضاي خواص مورد نظر صنايع مصرف كننده بوده است. بخصوص صنعت كاغذسازي كه مصرف كننده عمده كائولن بعنوان پوشش دهنده مي‌باشد.
پيشرفت هاي ويژه در اين زمينه عبارتند از:
1-استفاده از سانتريفوژ پيوسته جهت طبقه‌بندي مواد از ابعاد ميكروني
2-كاربرد همزه‌هاي قوي و بزرگ جهت تفرق كائولن در كارگاه مستقر در معدن
3-حمل و نقل كائولن بصورت پالپ
4-جايگزيني فيلتر پرسهاي صفحه‌اي و قابي با صافيهاي خلاء‌استوانه‌اي،دوار و پيوسته.
5-بكارگيري خشك كن‌هاي افشانگي
6-نصب تكليش كنند‌ه‌ها جهت توليد رنگدانه با درخشندگي زياد
7-گسترش تكنيكهاي فلوتاسيون جهت حذف ناخالصيهاي بسيار ريز آهن و تيتانيم.
8-توسعه تكنيكهاي متورق سازي كه صفحات انباشته شده ذرات را به صفحات مجزا و بزرگ با خواص پر كنندگي و پوششي خوب جدا كنند.
9- توسعه جدا كنندههاي مغناطيسي با شدت زياد.
روش فرآوري سنگ معدني كائولن به نوع مصرف محصول بستگي دارد اساساً دو فرآيند كلي متفاوت در صنايع توليد كائولن بكار ميرود،فرآيند خشك و فرآيند تر.
الف) روش خشك
هر چند امروزه در اكثر معادن،روشهاي خشك بعلت بازدهي و دقت كمتر به تدريج جاي خود را به روشهاي تر داده‌اند. با اين وصف ممكن است بعلت كيفيت ماده اوليه، استفاده از روشهاي خشك امكان‌پذير باشد و با كمبود آب در ناحيه معدني و يا هزينه زياد تهيه آب مورد نياز، استفاده از روش هاي خشك را ضروري مي‌سازد.
در صورت استفاده از روش هاي خشك رطوبت ماده اوليه بايستي كمتر از 1 تا 2 درصد باشد و در صورتي كه بيشتر از اين مقدار باشد خشك كردن آن در كوره (معمولاً كوره‌هاي دوار) الزاميست. عمليات خشك كردن را مي توان در حين آسيا كردن مواد، با دميدن هواي گرم بداخل آسيا انجام داد. تلاطم هوا و ذرات در داخل آسيا و توجه به اين نكته كه قسمتهاي سطحي قطعات ماده اوليه بلافاصله پس از خشك شدن بصورت ذرات ريز در هوا متفرق ميشوند، باعث ميشود كه قسمت هاي مياني قطعات در تماس با هواي گرم قرار گيرد و با ايجاد سيستم تبادل حرارت بسيار خوب در محيط، عمليات خشك كردن تقريباً‌فوري انجام گيرد. خرد كردن كائولن به روش خشك را ميتوان با آسياهاي گلوله‌اي، چكشي و غلطكي انجام داد. طبقه‌بندي مواد خرد شده توسط كلاسيفايرهاي هوايي انجام ميشود.
كلاسيفاير مناسب براي كائولن با تركيبي از جريان هواي رو به بالا و نيروي گريز از مركز كار ميكند و از دو مخروط، كه يكي در داخل ديگري قرار گرفته است تشكيل شده است. جريان هوا بين اين دو مخروط داخلي را يك و نتيلاتو تامين ميكند. براي آنكه هوا بتواند در مسيري بسته جريان داشته باشد، برشي در جداره مخروط داخلي ايجاد شده است. مواد اوليه از طريق يك محور توخلي وارد كلاسيفاير ميشود و به توسط يك صفحه گردان در داخل كلاسيفاير توزيع ميشوند. اولين طبقه‌بندي در اثر جريان هواي رو به بالا و طبقه‌بندي دوم بتوسط پره‌هاي جرخان كه در بالاي كلاسيفاير نصب شدهاند انجام ميشود. ذرات دانه درشت در اثر نيروي گريز از مركز به بدنه مخروطي داخلي بر مي‌خورد و در امتداد آن به طرف پايين حركت ميكند و از دهانه مخروط خارج ميشود مخروط خارجي نقش يك سيكلون گردگير را ايفا ميكند. ذرات كائولن در امتداد جدار مخروط خارجي به طرف پايين حركت ميكنند و هواي تميز شده از طريق برش مخروط مياني به مسير برگردانده ميشود. حد جدايش اين وسيله را ميتوان با تنظيم تعداد تيغه‌هاي و انتيلاتور و چرخان و سرعت گردش آن كنترل كرد.
محصول اين روش عموماً بعنوان پر كنندههاي ارزان در لاسيتك، پلاستيك و صنعت كاغذ (در جايگاه درخشندگي حساسيت زيادي ندارد) استفاده ميشود.
ب) روش تر
در اين روش كائولن با افزودن مواد شيميايي متفرق سازي در يك همزن بالنجر به صورت يك پالپ در مي‌آيد. آنگاه پالپ مزبور توسط كلاسيفايرهاي جامي يا سيكلونها از سن و ماسه عاري شده و سپس به دو بخش دانه درشت و دانه ريز با استفاده از سانتريفوژهاي پيوسته، هيدروسيكلون ها، جداكننده‌هاي آبي يا سرندهاي لرزان طبقه بندي مي‌گردد.
بخش دانه ريز از اين كلاسيفايرها در معرض جدا كنندههاي مغناطيسي با شدت زياد جهت حذف اوليه آناتاز قرار داده ميشود. و نيز بار حذف اكسيد آهن مورد فروشوئي قرار ميگيرد. اما وقتي يك رس درخشندگي كافي و خصوصيات پوششي خوبي دارد، مي‌تواند مستقيماً به مرحله فروشوئي وارد شود، بدون اينكه تحت فرآيند جدايش مغناطيسي و يا متورق سازي قرار گيرد.
شكل شماره 4 : نمودار ساده شده طبقه بندي كائولن بروش تر
فرآيند فروشوئي در 3 تا 4 = PH (با استفاده از محلول اسيد سولفوريك) و در حضور يك عامل احيا كننده نظير هيدروسولفيت سديم يا روي (3O2ZnS يا 3O2S2Na) جهت حفظ انحلال آهن و جلوگيري از تشكيل هيدروكسيد آهن سه ظرفيتي انجام ميشود. زاج نيز جهت لخته شده رس به آن اضافه ميشود تا به آبكشي كمك كند رس شسته شده با استفاده از سانتريفوژ با سرعت زياد،صافيهاي خلاء دوار يا فيلتر پرس آبكشي ميشود.
بدون استفاده از جدا كننده مغناطيسي محصول نهائي ميتوان درخشندگي در حدود 85-75 ISO داشته باشد. رسهائي با درخشندگي بالاي 90ISO از تلفيق جدا كننده مغناطيسي و فلوتاسيونو يا فلوكولاسيون انتخابي در خط توليد بدست مي‌آيند. هر يك از اين روشها مزايا و محدوديت هاي خاص خود را دارند و بنابراين تركيبي از دو يا سه روش فوق در صنعت جهت رسيدن به بهترين كائولن از ماده خام متداول است.
روشهاي زيادي براي فرآوري كائولن در دنيا به كار ميرود. يكي از روشهاي قديمي روش سنگ جوري دستي است كه شامل انتخاب و جدا كردن قطعات نسبتاً‌درشت ناخالصي هاي كائولن (در حد بزرگتر از چند سانتيمتر) روي نوار نقاله توسط تعدادي كارگر است.
شكل شماره 3 : نمودار ساده شده طبقه بندي كائولن بروش تر
با توجه به قابليت خرد شدن بيشتر كائولن نسبت به اكثر ناخالصي هاي همراه آن، درصورتي كه ابعاد ناخالصي ها پس از آزاد شدن كائولن بزرگتر از چند ميليمتر باشد، ميتوان آنها را توسط سرند از ناخالصي ها جدا كرد. سرند كردن ممكن است به طريقه خشك يا تر انجام شود.
روش كانالهاي طويل،روش قديمي است كه در آن از كانال طويلي با شيب كم استفاده ميشود كه در مسير آن حفره‌هائي پيش‌بيني شده است. ناخالصيهاي موجود در كائولن با توجه به ابعاد بزرگتري كه دارند و همچنين ناخالصيهايي كه داراي جرم مخصوص بيشتري هستند عمدتاً‌در داخل حفره‌ها سقوط ميكنند. كائولن آراسته پس از عبور از كانال خارج ميشود. اشكال اين روش طولاني بودن مسير و زمان بيشتر مورد نياز براي آرايش و همچنين احتياج داشتن به تعداد زيادي كارگر است.
جدا كردن فازهاي جامد از مايع در روش فرآوري مرطوب
اكثر روشهاي آرايشي معدني، در محيطي كه محتوي مقدار قابل توجهي آب است انجام ميشود. در اينجا محصول پر عيار شده، به صورت گل آبي بوده كه گاهي داراي رقت خيلي زيادي است و بايد با آبكشي كردن آن (جدا كردن فازهاي جامداز مايع) رطوبت آن را تا حدي كاهش داد كه براي حمل يا عمليات صنعتي ديگر مناسب باشد. همچنين در اكثر موارد، قسمت عمده آب همراه باطله خارج ميشود كه به منظور انبار كردن باطله و جلوگيري از آلوده شدن محيط توسط آب همراه آن و سرانجام بازيابي و استفاده مجدد از آب، جدا كردن آب موجود در باطله از ذرات جامد نيز ضروريست. در مراحل مختلف آرايش نيز ممكن است آبگيري جزئي پالپ جهت تنظيم غلظت آن لازم باشد سرانجام در بعضي از روشهاي آرايش، مانند روشن هيدرومتالوژي نيز پس از انحلال كاني يا عنصر مورد نظر در حلال مورد استفاده جدا كردن فازهاي جامد باقيمانده از محلول غني شده ضروريست. روشهاي آبگيري را بطور كلي ميتوان به سه دسته تقسيم كرد:
٭ ته‌نشين كردن
٭ فيلتر كردن
٭ خشك كردن
1- ته‌نشين كردن
معمولاً آبكشي كردن تركيبي از دو روش اول و دوم فوق‌الذكر است. قسمت عمده آب ابتدا به روش ته‌نشين كردن از بقيه جدا ميشود، در نتيجه توليد پالپ غليظ شده‌اي شامل 55 تا 60 درصد وزني جامد ميكند. در اين مرحله ميتوان حدود 80% آب موجود در پالپ را جدا كرد. سپس با فيلتر كردن پالپ غليظ شده، كيكي بدست مي‌آيد كه شامل 80 نا 90% جامد است و در صورت لزوم ميتوان در يك مرحله ديگر با خشك كردن حرارتي ميزان جامد آن را به 95 تا 99% رساند. كائولن نيز نه تنها از اين قاعده مستثني نيست. بلكه مرحله آبگيري بدليل كائولن در غلظت هاي پايين و دانه ريز بودن آن اهميت ويژه‌اي دارد. همان طور كه قبلاً اشاره شد، كائولن بروشهاي مختلفي از جمله با استفاده از جدا كننده آبي، جداسازي مغناطيسي، فلوتاسيون و يا فلوكولاسيون انتخابي و بعضاً در حضور اسيد سولفوريك، هيدروسولفيت سديم يا روي و زاج شسته ميشود.
اين مواد افزودني بشدت توسط سانتريفوژ مخلوط شده و پالپ حاصل در مخازن ويژه‌اي حداقل 6 تا 8 ساعت نگهداري ميشود. PH مخلوط در حدود 3 تا 4 كه نزديك به نقطه تماس صفر (Z.P.C) كائولينيت است، حفظ ميشود. لذا ذرات رس بهم مي‌چسبند. زاج نيز جهت كمك به چسبيدن ذرات رس به يكديگر تسهيل در امر آبكشي افزوده ميشود. در روش معمولي خشك كردن، ابتدا رس به تيكنرهاي معمولي جهت تهنشيني و افزايش انتفال پيدا ميكند، رس تخليه شده تا 20% جامد تغليظ شده است. سپس به مرحله فيلتراسيون منتقل مي‌گردد.
2) فيلتراسيون
در اين مرحله آبگير، تجهيزات اصلي مورد استفاده عبارتند از: فيلت پرس ها، سانتريفوژهاي با سرعت زياد، فيلترها خلاء گردان و فيلترهاي لوله‌اي، فيلتر پرس هاي صفحه‌اي پالپي را كه درصد جامد كمي دارد، با اعمال فشار تغليظ كرده به حدود 70% جامد مي‌رسانند. اين عمل در فشاري درحدود 8 تا 9 باز انجام ميشود. كيك فشرده شده رد حاليكه هنوز بخاطر رطوبت خود چسبنده است بايد بطور دستي از دستگاه پرس تخليه شود.
با استفاده از فيلت استوانه‌اي گردان غلظت پالپ به 65-55 درصد جامد افزايش مي‌يابد. يك فيلتر بزرگ (با حدود 4 متر قطر و 11 متر طول) مي‌تواند 12 تا 15 تن بر سرعت رس از درجه پوشش و 30 تن بر ساعت رس از درجه پر كننده توليد كند. يكي از وظايف مهم فرآيند فيلتراسيون حذف مواد شيميايي از رس است. جهت تسهيل در اين كار از دوش آب استفاده ميشود.
قابل ذكر است كه انتخب فيلتر تا اندازه زيادي به نوع خشك‌كن مورد استفاده در مرحله بعدي بستگي دارد. فيلترهاي خلاء گردان مي‌توانند ظرفيتهاي توليد بالايي داشته باشند (و كاهش درهزينه كارگر)، اما كيكي را شامل 35% رطوبت توليد ميكنند. انواع جديد فيلتر پرس هاي با فشار زياد مي‌توانند محصولي شامل 24% رطوبت و فيلترهاي لوله‌اي نيز محصولي با 18-16% رطوبت مي‌دهند. در مورد فيلترهاي لوله‌اي،كيكي حاصل ميشود كه براي بيشتر مشتريان قابل قبول است (بخصوص براي پر كردن كاغذ) و بنابراين مرحله خشك كن حذف مي‌گردد.
3- عمليات خشك كردن و خشك كن‌ها
انواع تجهيزات متداول جهت خشك كردن كائولن عبارتند از : خشك كن‌هاي نواري (Converyer Dryers)، خشك كن‌هاي آپرون (Apron Dryers)،خشك كن‌هاي گردان،خشك كن‌هاي استوانه‌اي و خشك كن‌هاي با بستر معلق، در سالهاي اير دو نوع جديد خشك كن‌هاي افشانگي و خشك كن‌هاي سريع بوئل محبوبيت فراواني كسب كرده‌اند. خشك كن‌هاي گردان با حرارت غير مستقيم بطور تيپيك 23 متر طول و 3 متر قطر دارد و، ظرفيت تبخيري آنها در حدود 2 تن بر ساعت و ظرفيت توليدي آنها 10 تن بر ساعت مي‌باشد. مراحل اساسي كار عبارتند از : پخش كردن پالپ بصورت قطرات كوچك، اختلاط قطرات با گازهاي گرم، خشك كردن قطرات و بازيابي مواد جامد. پخش مواد جامد. براي پخش كردن پالپ ميتوان با هر يك از انواع اين خشك كن، از افشانك ديسكي يا انژكتوري استفاده كرد. گفته ميشود كه خشك كردن بصورت افشانگي احتمال بوجود آمدن ذرات سختي كه ضمن فرآيند خشك كردن شكل ميگيرد را كاهش ميدهد جدول (6) ارقامي را براي مقايسه،چهار نوع خشك‌كن ارائه ميدهد.
شكل شماره 4 : فرآوري كائولن به روش تر همراه با جدا كننده مغناطيسي و فروشويي
مقايسه هزينه در مورد چهار نوع خشك‌كن مذكور در جدول 7 نشان ميدهد كه خشك كردن بصورت افشانكي در امريكا اقتصادي‌ترين روش بوده است. خشك كردن افشانكي روش برتر خشك كردن در سالهاي اخير شناخته شده است.
در صنايع معدني، عمده‌ترين كاربرد خشك‌كن‌هاي افشانكي در مورد كائولن است كه معمولاً‌متشكل از ذراتي عمدتاً‌كوچكتر از 2 ميكرون است. كيك فيلتر با افزايش مقدار كمي پلي فسفات سديم (بعنوان عامل متفرق كننده) بصورت پالپ درمي‌آيد و توسط پمپ به خشك‌كن منتقل ميشود خشك كن‌هاي افشانگي انعطاف پذيري ساير خشك‌كن‌ها را ندارند و براي خشك كردن مواد بصورت كيك فيلتر مناسب نيستند، بلكه بايد مواد را به حالت پالپ به آنها منتقل كرد.
خشك‌كن‌هاي سريع بوئلي شامل سيستمي از قفسه‌بندي حلقوي است كه كائولن از قفسه‌اي به قفسه ديگر توسط بازوهاي اسكرپيري منتقل ميشود. سيستم‌هاي بوئل كه امروزه معمولاً بكار مي‌روند متشكل از 30 قفسه خشك كن سريع بوده ظرفيت تبخيري آنها 4 تن بر ساعت آب و ظرفيت توليد آنها 20 تن بر ساعت مي‌باشد.
جذب آب = 3-7 درصد
مقاومت خمش = 2Kp/cm 300-400
ميزان پلك كدر = خيلي كم
رنگ بعد از پخت = قرمزط نارنجي
درصد تجزيه شيميايي: (اعداد به درصد)
جدول شماره 6 : مقايسه چهار نوع خشك كن
جدول شماره 7 : مقايسه هزينه‌هاي چهار نوع خشك‌كن
نوع ديگر تجهيزات خشك كردن كه در صنعت استفاده ميشود، خشك كن‌هاي «بابستر سيال» هستند كه مخصوصاً براي خشك كردن محصول بصورت پلت مناسبند و نيز آسياي ساينده هربرتؤ كه در آن ذرات رس بوسيله تيغه‌هاي گردان درون اتاقكي كه چرخه هواي گرم در آن وجود دارد به پودر دانه‌ريزي تبديل ميشود.
اگر يك مشتري رس پودر شده لازم داشته باشد، محصول خشك كن مي‌تواند به داخل آسيا كه با هواي گرم جاروب ميشود وارد گشته كه در آنجا هم آسيا شده و هم رطوبت آن به 1% تقليل مي‌يابد. محصولي با 1% رطوبت كاملاً‌بصورت گرد و غبار قابل پراكنده شدن است و لذا بايد بسته‌بندي شود. در مورد خشك كردن نكات زير قابل اشاره است:
٭ رس خشك با كيك فشرده شده،جهت دستيابي به محصولي با 25% رطوبت و يا با پالپ براي افزايش غلظت آن از 65-55% به 80-70% جهت كاربرد در صنعت كاغذ مخلوط مي‌گردد.
٭ كيك فيلتر همچنين مي‌تواند به شكل نودول بيرون داده شود، سپس خشك شده آن آسيا مي‌گردد تا محصولي كه رس اسيدي ناميده ميشود بدست آيد.
٭ اكثر كاخانجات بزرگ، بيشتر از يك روش خشك كردن در اختيار دارند و مي‌توانند خط توليد را به تناسب نياز مشتري به نوع خاصي از محصول تمام شده تنظيم كنند.
تجهيزات عمده مورد استفاده در فرآوري كائولن به روش تر
1) كالاسيفايرهاي جامي
2) روشي كه براي آرايش كائولن در غرب كاروليناي شمالي، جورجيا و فلوريدا بيشتر بكار رفته است استفاده از كلاسيفاير جامي است. اين كلاسيفاير از طرفي به شكل جام تشكيل شده است. كائولن به حالت پالپ از قسمت مركزي جام وارد ميشود و در اين قسمت ذرات درشت ته‌نشين ميشوند و كائولن آرايش يافته به آرامي از پيرامون جام سرازي ميشود.
ابعاد جام بستگي به حجم پالپ اوليه و ابعاد كوچكترين ذراتي كه بايد ته‌نشين شوند دارد. ذرات ته‌نشين شده توسط تيغه‌هايي كه به كمك تعدادي بازو به آرامي دوران ميكنند. به طرف مركز جام هدايت شده و از دريچه ته ريز خارج ميشوند. سپس براي بازيابي كائولن باقيمانده در بين اين ذرات،آنها را با آب صافي شستشو مي‌دهند و با عبور مواد از زير تعدادي دوش آب عمليات شستشو را كامل ميكنند، بدين ترتيب ميتوان به دو محصول قابل استفاده،يكي كائولن عاري از ماسه و ديگري ماسه عاري از كائولن دست يافت.
2)هيدروسيکلون ها
چنانچه آزاد كردن كائولن از ناخالصي هاي همراه، مستلزم خرد كردن ماده اوليه تا ابعاد كوچكتر باشد، به منظور تسريع در جدا شدن ابعادي ذرات، از وسايلي استفاده ميشود كه براساس نيروي گريز از مركز كار ميكنند. رايج‌ترين وسيله از اين نوع هيدروسيكلون است. اين وسيله از ظرفي استوانه‌اي - مخروطي تشكيل شده است كه مواد به حالت پالپ به طور مماسي از قسمت استوانه وارد آن ميشوند و در نتيجه حركت استوانه‌اي درشت‌ترين ذرات كه معمولاً ناخالصي هاي همراه كائولن هستند، به جداره مخروطي شكل ظرف چسبيده و خروج آنها از دهانه زيرين ظرف كه در رأس مخروط قرار گرفته است (ته ريز هيدروسيكلون) خارج ميشوند. بسته به نوع ماده اوليه و مشخصات مورد نظر در محلول آراسته نهائي ميتوان سرريز هيدروسيكلون رابراي بهتر كردن كيفيت آن طي يك يا چند مرحله ديگر توسط هيدروسيكلون آرايش داد و يا براي بازيابي كائولن باقيمانده در ته ريز هيدروسيكلون، اين بخش را در هيدروسيكلون ديگر آرايش داد. كوچكترين حد جدايش قابل دستيابي در هيدروسيكلونها در حدود 5 ميكرون است.
3) دستگاه گريز از مركز (سانتريفوژ)
دستگاههاي گريز از مركز به عكس هيدروسيكلون ها كه دستگاه هايي ساكن هستند، از ظرفي به شكل جام، استوانه و يا مخلوط كه با سرعتي زياد (در حدود rpm 3500) حول محور خود گردش ميكند. تشكيل شدهاند. در دستگاه گريز از مركز، به علت نيروي گريز از مركز شديدي كه بر ذرات وارد ميشود، سرعت ته‌نشين شدن ذرات افزايش پيدا ميكند و ميتوان ضمن صرفه‌جويي قابل توجه در فضا و دستمزد، كائولن را در ابعاد خيلي كوچك طبقه‌بندي كرد. رايج‌ترين نوع اين وسيله از ظرفي لوله‌اي شكل تشكيل شده است كه در داخل آن مارپيچي با سرعت كمي متفاوت با مخروط دوران ميكند.
ماده اوليه به حالت پالپ از قسمت مركزي وارد ميشود. ذرات دانه درشت تحت نيروي گريز از مركز به طرف جدار داخلي ظرف هرايت و توسط مارپيچ از قسمت رأس مخروط خارج ميشوند ذرات دانه ريز هم كه عمدتاً‌متشكل از كائولن هستند از قسمت قاعده مخروط بيرون مي‌آيند. كوچكترين حد جدايش قابل دستيابي در دستگاههاي گريز از مركز در حدود چند ميكرون است. اين وسيله كم حجم و با ظرفيت زياد است. انواع بزرگ آن كه تنها سطحي معادل 14 متر مربع را اشغال ميكنند، مي‌توانند 100 تن ماده اوليه در ساعت آرايش دهند.
هدف از روشهاي فوق‌الذكر در حقيقت طبقه بندي مواد خصوصاً در دانه‌بندي خيلي كوچك است. با توجه به طبيعت كائولن و خاكهاي رسي كه بسيار ريزدانه‌اند، ميتوان با جدا كردن ذرات درشت كيفيت كائولن را افزايش داد.
4) جدا كننده مغناطيسي با شدت زياد
ناخالصيهاي رنگي در كائولن نظير آناتاز، روتيل، گوتيت،هماتيت، ميكا و پيريت خاصيت مغناطيسي ضعيفي دارند، لذا اين ناخالصي ها را بايد توسط جدا كنندههاي مغناطيسي با شدت زياد حذف كرد. جدا كننده‌اي كه براي آرايش مواردي با ابعاد در حد ميكرون (مشابه كائولن) قابل استفاده است،جدا كننده مغناطيسي با گراديان زياد است كه فيلتر مغناطيسي نام گرفته است. در اين جدا كننده در يك ميدان مغناطيسي يكنواخت مقداري رشتههاي باريك فرو مغناطيسي كه حدود 5 تا 10 درصد فضا را اشغال ميكنند، قرار داده شده است.
رشتههاي مورد نظر در محفظه‌اي كه بطور تيپيك 211 سانتيمتر قطر و 50 سانتيمتر عمق دارند تعبيه شدهاند. در اطراف لبه‌هاي تيز اين رشتههاي بسيار طريف ميدان مغناطيسي شديدي در حدود يك كيلو گوس را ميتوان بدست آورد، محفظه مذكور توسط 16 سيم پيچ‌هاي توخالي كه هر يك شامل يك تن مس مي‌باشند، احاطه شده است. و ميداني مغناطيسي باشدت 15 تا 20 كيلو گوس را ايجاد مي‌نمايد. توان الكتريكي مصرفي 270 تا 500 كيلو وات مي‌باشد. واحدبزرگتر آن با قطر 301 سانتيمتر قابليت فرآوري 130 تن بر ساعت كائولن را با 30 ثانيه زمان توقف دارد و 400 كيلو وات توان مصرفي آن است.
هنگام عبور ماده اوليه كائولن به حالت پالپ از فضاي موجود در بين اين رشته‌ها ذرات پارامغناطيسي فوق‌الذكر جذب آنها ميشوند و محصول خارج شده عاري از آهن خواهد بود،كار اين وسيله متناوب است،زيرا به تدريج سطح رشته‌ها از ذرات جذب شده پوشيده ميشود، لذا بايستي پالپ ورودي و همچنين ميدان مغناطيسي را قطع و با عبور آب صاف از داخل دستگاه، ذرات پارامغناطيسي را خارج كرد. اين عمليات طي يك سيكل تقريباً20 دقيقه‌اي انجام ميشود. تكنيك جدايش مغناطيسي پيشرفت قابل ملاحظه‌اي در صنعت كائولن بوجو آورده و فرآوري كائولنهايي با عيارهاي پايين‌تر را ممكن ساخته است. در نتيجه اين عمليات ذخاير اقتصادي كائولن رد جنوب شرقي ايالات متحده به بيش از دو برابر افزايش يافته است.
عوامل موثر روي بازدهي اين عملي
شدت ميدان، تراكم با رشته‌اي ماتريكس، سرعت جريان سيكل عمليات و غيره، تكنيك جدايش مغناطيسي در مورد ذرات خيلي ريز مي‌تواند مشكل باشد مگر اينكه گراديان ميدان بطور اصولي با كاهش قطر الياف افزايش يابد. ليكن محدوديتهاي فني در ساخت الياف ظريف‌تر وجود دارد. هنگامي كه قطر الياف كوچكتر از 50 ميكرون ميشود، سقوط ذرات و جذب آنها با اشكال مواجه است. ذرات بسيار ريز بدون به خدمت گرفتن ديگر فرآيندها نظير فلوتاسيون و فلوكولاسيون انتخابي درخط توليد مشكل ايجاد ميكنند. جدول شماره 8 تاثير جدا كننده مغناطيسي با شدت زياد بر روي سه نمونه كائولن را نشان ميدهد
جدول شماره 8 : تاثير جدا كننده مغناطيسي با شدت زياد بر روي سه نمونه كائولن
مقاومت فلزات و اغلب آلياژها با كاهش درجه حرارت كاهش مي‌يابد. ليكن همين كه درجه حرارت به نزديك صفر مطلق مي‌رسد مقاومت بطور ناگهاني به صفر تنزل ميكند اين دماي بحراين از يك ماده به ماده ديگر متفاوت است اما عموماً در محدوده 15/0 تا 25 درجه كلوين است.
مشخص شده است كه انواع آلياژهايي نظير Sn 3Nb Al , 3Nb Si ,3V خاصيت فوق هادي را دارند. اين امر صنعت را به سوي گسترش مغناطيسي‌هاي فوق هادي رهنمون نموده است. اولين مغناطيس فوق هادي برودتي در«ورنزجورجيا» قبل از پايان سال 1985 نصب شد. اين واحد مغناطيسي ساخت «شركت ارايز» است.
جدا كنندههاي مغناطيسي فوق هادي طي يك سيكل 20 تا 30 دقيقه‌اي شبيه جدا كننده مغناطيسي معمولي كار ميكنند. اين سيستم هاي به گونه‌اي طراحي شدهاند كه به سرعت و ظرف 60 ثانيه به حداكثر شدت ميدان مغناطيسي خود (بالاي 50 كيلوگوس) رسيده و حتي در كمتر از اين زمان خاصيت خود را از دست مي‌دهند، به همين افت زماني دستگاه جهت خارج كردن ناخالصي هاي مغناطيسي به حداقل مي‌رسد.
مزيت بزرگ جدا كنندههاي مغناطيسي برودتي اين است كه توان مصرفي آنها كمتر از جدا كنندههاي مغناطيسي معمولي است براي مثال در 20 كيلوگوس دستگاه انواع ارايز، ميزان KW007/0 جهت مغناطيس نمودن بعلاوه KW 20 براي سرد كردن هليم و ازت نياز دارد كه جمعاً 80% كاهش در توان مصرفي نسبت به نوع معمولي را نشان ميدهد. بعلاوه با راندمان جدب بيشتر بخاطر ميدان مغناطيسي 5/2 برابر قويتر و حداقل افت زماني مي‌تواند ظرفيت كاري بيشتر داشته باشد.
مشاورين «سي سي ال» بريتانيا و كارخانجات رس انگليسي « لاورينگ پاچين» يك مغناطيسي فوق هادي سولنوئيدي متقابل را بمورد آزمايش گذاشته‌اند. طرح مزبور شبيه فيلترهاي مغناطيسي معمولي است اما عملكرد ويژه‌اي دارد كه به مغناطيس فوق هادي امكان ميدهد كه انرژي بيشتري موقع قطع و وصل شدن مغناطيس حين عمليات دورهاي داشته باشد. اين امر بوسيله دو محفظه صورت ميگيرد، كه توسط محفظه متحرك ديگري مجزا شدهاند. محفظه اخير سوار بر ريلي است كه از ميان فضاي خالي بين دو دستگاه جدا كننده كشيده شده است.
5) فلوتاسيون
ذف ناخالصيهاي تيتانيم- آهن از رس بوسيله فرآيند فلوتاسيون معمولي كاري مشكل است. قطر اين ناخالصيها معمولاً كوچكتر از 2 ميكرون بوده و مقادير كمي از آنها در رس وجود دارند. در صنعت مدت زيادي است كه دشوار فلوتاسيون ذرات كمتر از 10-5 ميكرون توسط سلولهاي فلوتاسيون مشخص شده است و يك دليل ارائه شده براي اين امر است كه حباب هاي توليد شده در سلولهاي فلوتاسيون معمولي براي جذب ذرات ريز، بسيار بزرگ هستند و بنابراين سرعت فلوتاسيون پايين است. غيرعادي نيست. هر آزمايش كامل فلوتاسيون در آزمايشگاه 45 تا 200 دقيقه جهت حذف ناخالصي هاي تيتانيم - آهن از رس طول طول بكشد، فرآيند فلوتاسيون حامل تكنيكي است كه براي شناور كردن ذرات ريز آناتاز از رس با استفاده از يك سلول فلوتاسيون معمولي طراحي شده است، در اين تكنيك ذرات حامل كه قبلاً آماده شدهاند، در اندازه‌هاي بهينه (نظير كلسيت زير 325 مش) به خط فلوتاسيون اضافه ميشوند و بدين ترتيب آنها مي‌توانند ذرات آناتاز حامل بوسيله يك كلكتور مناسب نظير اسيدهاي چرب، روغن تال (Tail oil) آماده شده و در يك مخرن جداگانه با گل آب رس مخلوط ميگردند. بدين ترتيب ذرات آناتاز آبران (هيدورفوب) طي يك مكانيزم جذب هيدروفوبيكي به ذرات كلسيت مي‌چسبند و مزيت ديگر اين فرآيند (بهبود سينيتيك فلوتاسيون) را نشان ميدهد. به اين دليل است كه درخشندگي كائولن مورد عمل را در بازيابي بالاتر بهبود مي‌بخشد.
جدول شماره 9- مواد مورد استفاده جهت آماده سازي گل آب رس
پترونات كلسيم نيز در اين فرآيند استفاده ميشود كه نقش اول آن ممكن است فعال كردن آناتاز باشد اين ماده شامل 41% كمپلكس سولفونات كلسيم و 59% نفت است و همچنين بعنوان يك امولسيون ساز براي كلكتور نفتي انجام وظيفه ميكند. مقدار زيادي نيز سولفات آمونيوم (Kg/ton 27/2) بكار ميرود اما نقش آن در اين فرآيند مشخص نيست. اضافه كردن كفساز نيز لازم نيست زيرا هم اسيد چرب و هم سولفونات نفت كف كافي را توليد ميكنند.
آماده‌سازي حامل كلسيتي كلكتور بسيار ساده‌تر است. كاني كلسيت (325 مش) با روغن تال (Kg/ton 8/1) در حضور سرد سوز آور (Kg/ton 113/0) آماده ميشود. مقدار كاني حاصل مورد استفاده از30 تا 200 درصد وزني رس متغير است. قسمتي از اين كاني حامل بازيابي شده دوباره وارد خط ميشود. كانيهاي ديگري مثل كوارتز. باريت، سيليس، گوگرد، فلوريت و... نيز ممكن است بعنوان كاني حامل مورد استفاده قرار گيرند، اما كلسيت به علت ارزانتر بودن و وفور بيشتر مورد استفاده قرار ميگيرد.
پالپ آماده شده وارد سلولهاي فلوتاسيون اوليه ميشود و بخش شناور شده طي سه مرحله ديگر شسته ميشود كه محصول شناور شده نهايي عمدتاً آناتاز است. نمودار ساده نشده‌اي از فرايند فلوتاسيون كائولن با استفاده ازكلكتور كلسيتي در شكل آورده شده است.
شكل شماره5 : نمودار ساده شده فلوتاسيون كائولن با استفاده از كلكتور كلسيتي حامل
همانطور كه در دياگرام نشان داده شده است،بخشهاي شناور شده سلولهاي اوليه و شستشو مجموعاً به سلولهاي فلوتاسيون ثانفويه منتقل ميشوند. بخش شناور نشده در اين سلول ها، محصول نهائي كائولن است.
فلوتاسيون حامل بطور موفقيت آميزي بوسيله شركت معدني و شيميايي « انگلهارد» از سال 1961 جهت توليد كائولن مورد استفاده در پوشش كاغذ با درخشندگي 90 + بكار گرفته شده است. ليكن اين فرآيند معايب زير را نيز دارد:
1- مصرف مواد زيادي براي آماده سازي كاني حامل مورد نياز است.
2-فرآيند فلوتاسيون در غلظت هاي پائيني از پالپ (كمتر از 20% جامد) موثر است كه طبعاً هزينه آبكشي را افزايش ميدهد.
3- كاني حامل اضافه شده بايد اساساً از محصول رس حذف شده و جهت برگشتن به خط بازيابي گردد.
4- حضور كاني حامل و مواد شيميايي باقيمانده در رس اثرات زيان آوري روي محصول نهائي دارد.
جهت مطالعه مكانيزم فلوتاسيون حامل،پتانسيلهاي سطحي آناتاز، كائولينيت كلسيت در 1/10 = PH اندازه‌گيري شد. محققين دريافتند كه آنها همه منفي و داراي مقادير تقريباً مشابه هستند به همين دليل امكان جاذبه الكتروستاتيكي بين آناتاز و كلسيت رد شد. نتيجه اينكه چسبندگي مزبور بوسيله واكنش هيدروفوبيك بين كانيهاي موجود در كلكتور فراهم ميشود. از آنجايي كه كلكتور روي هر سه كاني جذب سطحي دارد، هيچ دليل مشخصي براي فرآيند چسبندگي انتخابي بين آناتاز و كلسيت وجود ندارد. ولي محققين نشان داده‌اند كه پتانسيلهاي سطحي كائولينيت پس از يك همزدن شديد كاهش مي يابند. در حاليكه در مورد آناتاز تغييري در پتانسيلهاي سطحي صورت نمي‌گيرد. لذا پژوهشگران حدس زدند كه جذب كلكتور بر روي كائولينيت در مقايسه با آناتاز ضعيف مي‌باشد. همان گونه كه عنوان شده است،همزدن شديد ممكن است نقش مهم ديگري در فلوتاسيون حامل داشته باشد. ممكن است كه همزدن شديد توسط فلوكولاسيون برشي را براي ذراتي كه توسط كلكتور پوشانده شدهاند فراهم كند. اين اثر اولين بار در سال 1975 توسط «وارن» مشاهده شد. بطور ساده فلوكولاسين مزبور موقعي رخ ميدهد كه انرژي همزدن شديد بر انرژي مانع چسبندگي غلبه كند.
«كاندي» (1969) فرآيندهاي فلوتاسيوني را كه گسترش داد كه نياز به كاني حامل ندارند. روال ساده اين فرآيند دو قسمتي است، ابتدا گل آب كائولن توسط همزدنشديد با حداقل HP/ton 25 انرژي لازم آماده ميشود، «كاندي» فهميد كه اين بهم ردنباعث از بين رفتن آلودگي سطحي كه اختلاف اثر كلكتور بر روي ذرات متفاوت دو كاني را كاهش ميدهد، موثر است. در بخش دوم خمير رس درحضور فعال كننده‌اي كه محلول در آب يك فلز قليايي خاكي يا يك فلز سنگين است، آماده ميشود.
«يانگ و ديگران» (1985)، فرآيند فلوتاسيوني را توسعه داده‌اند كه براي پرعيار سازي رس در غلظت هاي بالا طراحي شده است. مزيت هاي اين فرآيند عبارتند از: هزينه آبكشي كمتر و بازدهي بيشتر. اصول اصلي اين فرآيند شبيه به فرآيند فعالسازي «كاندي» است،جز آنكه گل آب رسي قبل از آماده‌سازي در معرض يك رنگزدائي اكسيداسيون قرار ميگيرند و يك پلي اكريلات محلول در آب قبل از فلوتاسيون بعنوان متفرق ساز به رس اضافه ميشود.
فرآيند فلوتاسيون ديگري كه بايد در اينجا به آن اشاره شود فلوتاسيون روغني است اين فرآيند شبيه فلوتاسيون معمولي است فقط در يك موردتفاوت دارند و آن اين است كه در فلوتاسيون معمولي، بجاي جمع‌آوري ناخالصيهاي رنگي (آناتاژ) با استفاده از حباب هوا، از مايعات غير محلول در آب استفاده ميشود،بعد از آماده سازي و افزودن شيميايي به رس مقداري نفتا يا مايعات غيرقابل حل در آب به پالپ افزوده ميشود و با همزدن زياد آن يك امولسيوني روغني در آب بوجود مي‌آيد. وقتي همزدن متوقف ميشود قطرات روغنهاي آناتاز بر روي سطح مي‌آيند كه ميتوان آنها را جمع‌اوري نمود. در مرحله بعد مايع روغني يا ميع نامحلول در آب براي استفاده مجدد بازيابي ميشود. نمودار ساده شده اين فرآيند در شكل نمايش داده شده است. از فرآيند فلوتاسيون روغني براي ذرات خيلي ريز رس كه فلوتاسيون معمولي عملكرد خوبي روي آنها ندارند، استفاده ميشود ميزان درخشندگي 92 تا 93 شامل رسهايي است كه 95% آنها كمتر از 2 ميكرون هستند. مهمترين عيب فلوتاسيون روغني كنترل دقيقي است كه بايد روي آن انجام شود تا بازيابي خوب محلول حفظ شود، در ضمن بايستي مايع غير محلول بخوبي بازيابي شده بطور كه به اقتصادي بودن پروژه لطمه نزند.
شكل شماره 6 : فرآيند فلوتاسيون روغني كائولن با استفاده از نفتا
7)كواگولاسيون ـ فلوكولاسيون انتخابي
اگر چه فرآيندهاي فلوتاسيون مختلف در حذف ناخالصي تيتانيم- آهن از رسهي نسبتاً درشت دانه موفق بودهاند،ليكن توفيق كمي در مورد درسهاي دانه ريز داشته‌اند. بعنوان مثال فرآيندهاي مختلف فلوتاسيون در مورد رس هاي نسبتاً درشت دانه جورجيا مركزي موفق و در مورد رس هاي بسيار دانه ريز جورجياي شرقي تقريباً ناموفق بودهاند. كائولن جورجياي شرقي معمولاً بطور تقريبي به ميزان 90% ازذرات كمتر از 2 ميكرون و در حدود 50% كمتر از 25/0 ميكرون در حالت خام تشكيل يافته است. فرآيندهايي از كواگولاسيون و فلوكولاسيون انتخابي وجود دارند، كه از اواخر دهه 60 گسترش يافته‌اند. شكرت «جي. ام. ام هابر» با استفاده از اين روشها، رسي با درخشندگي 90 + از ماده خام جورجياي شرقي از اوايل دهه 70 توليد مي‌كرده است.
با كنترل دقيقي محيط يوني در يك سوسپانسيون كائولن اين مكان وجود دارد كه كائولن را در حالت پراكنده نگهداشته و اجازه دهيم كه ناخالصي هاي رنگي لخته شوند (فلوكولاسيون).
محيط مناسب يوني براي فلوكولاسيون آناتاز ممكن است از راههاي مختلف مهيا شده باشد. شايد ساده‌ترين حالت، ايجاد تفرق بيش از حد ذرات كائولن باشد كه اين عمل توسط متفلق ساز‌هاي شيميايي مي‌تواند انجام شود از جمله اين متفرق سازها ميتوان به پلي فسفات تتراسديم و هگزامتافسفات سديم اشاره كرد. وقتي مقدار مناسبي مواد شيميايي وارد محلول شوند. ذرات ريز كائولن كاملاً متفرق شده و در اين حالت ذرات آناتاز بهم چسبيده و لخته ميشوند، ذرات لخته شده رش ميكنند تا جائي كه اندازه آنها نسبت به ذرات كائولن قابل توجه ميشود. در اين حالت لخته‌هاي آناتاز در ميان سوسپانسيون قابل تميز است. لايه بالايي كه كائولن خالص شده را در بر ميگيرد و لايه پائيني كه شامل آناتاز لخته شده است. شمايي از تغليظ كائولن بوسيله روش فلوكولاسيون انتخابي (Selection Flaccmlation) درشكل آورده شده است.
به وضوح مشخص شده است كه با اضافه كردن مقادير زيادي متفرق ساز به يك پالپ رس، ويسكوزيته بطور فزاينده‌اي به سمت حداقل مقدار كاهش يافته و از آن طرف افزودن بيش از حد معيني ماده متفرق ساز سبب افزايش دوباره گرانروي مي‌گردد. «مينارد و ديگران»(1969 و 1968) كشف كردند كه وقتي يك گل آب رس به حالت تفرق بيش از حد مي‌رسد، ذراتي نظير آناتاز بهتر از وقتي كه ويسكوزيته گرانروي حداقل باشد، آزاد ميشوند و ذرات آناتاز آزاد شده به يكديگر مي‌چسبند. دليل اين امر احتمالاً بخاطر قدرت يوني بالاي متفرق ساز افزوده شده براي به تفرق بيش از حد است و هنگامي كه سوسپانسيون رس سفيد ميشود، تهنشيني صورت ميگيرد.سرعت تهنشيني پايين است اما ميتوان آن را در حضور يك نمك طبيعي (الكتروليت مشابه) مثل نمك طعام تسهيل كرد (مينارد و ديگران 1978) دريافته است كه سرعت تهنشيني با افزودن يك پليمر آنيوني پس از استفاده از محلول نمك طعام، مي‌تواند باز هم بهبوديابد.
كواگولاسيون انتخابي ناخالصيهاي تيتانيم- آهن در صورتي كه هيدروكسيدهاي نمك هاي فلزات قليائي خاكي نظير Mg, Ba, Ca و Sr بداخل گل آب كائولن در 11 تا 8 = PH افزوده شوند نيز ديده شده است (اوليور، سنت،1969). «مركاد»(1975 و 1972) فرآيندي را توسعه داد كه در آن آناتاز بوسيله كاتيون هاي چند ظرفيتي (نظير 2CaCl) فعال شده است. با بكارگيري پلي الكتروليت آنيوني ضعيف (نظير پلي هال 59M) بطور انتخابي لخته ميشود. اين فرآيند در 5/9 – 8 = PH انجام شده و غلظت يون كلسيم از 10 تا 200 ppm تغيير ميكند.
در فرآيندهاي مختلفي كه در بالا شرح داده شده، مقدار كمي از ناخالصيهاي موجود در رس بطور انتخابي بهم چسبيده و لخته ميشوند.
«مينارد» (1979) فرآيندي را گزارش كرد كه در آن كائولينيت توسط يك پليمر آنيوني با مولكول سنگين و پايدار، لخته ميشود و ناخالصي هاي آهن و تيتانيم در سوسپانسيون باقي مي‌مانند. ليكن مقاديري از ناخالصي هاي در رس گير كرده، به همراه آن ته‌نشين ميشوند. لذا بايد اين لخته‌ها را با مخلوط‌كن قوي دوباره متفرق كرده، چند بار شست.
اگر چه فرآيندهاي كواگولاسيون- فلوكولاسيون موفقيت خود را در حذف ناخالصي ها از رس هاي جورجياي شرقي كه شامل ذرات بسيار ريز هستند ثابت كرده‌اند، ولي معايبي بشرح زير از اين روش گزارش شده است:
1- عموماً‌براي اين فرآيند نياز است كه غلظت پالپ كمتر از 20% باشد، لذا مقادير قابل ملاحظه‌اي آب بايد جدا گردد.
2- بازيابي محصول معمولاً بخاطر درگير شدن رس در لخته‌هاي ته‌نشين شده، پايين است.
3- پليمر لخته ساز باقيمانده در محصول نهائي تاثيرات زيان آوري دارد.
4- از آنجايي كه رسها داراي منشاء‌هاي گوناگوني هستند، لذا بايد آزمايشات زيادي براي ايجاد محيط يوني مناسب جهت فلوكولاسيون انتخابي انجام داد.
7) روشهاي بيولوژيكي
ميكروارگانيسم‌ها مي‌توانند با تاثير بيولوژيكي كه منجر به ايجاد محيطي اكسيد كننده يا احيا كننده ميشود، مواد خالصي را به حالت محلول در آورند. لازم به تذكر است كه در نتيجه عوامل بيولوژيكي، عملي عكس نيز ممكن است انجام شود، يعني ممكن است عناصر محلول تبديل به تركيبات غير محلول شده ته‌نشين شوند. كمتر ماده‌اي مي‌تواند تحت تاثير عوامل بيولوژيكي قرار نگيرد. تاثير اين عوامل بر روي ذخاير ذغالسنگ، گوگرد و فسفات از دير زمان شناخته شده است، در سالهاي اخير نيز بررسي هاي انجام شده نشان داده است كه سيليكات ها نيز تحت تاثير عوامل بيولوژيكي به حالت محلول در مي‌آيند حتي كانيهايي كه به عنوان غير محلول شناخته شده بودند نمي‌توانند در مقابل اين عوامل مقاومت كنند.
ميكروارگانيسم‌هاي هتروتروپيك مختلفي قادر به انحلال آهن از كانيهاي اكسيده آهن (ليمونيت،گوتيت و هماتيت) هستند. انحلال با تشكيل اسيدهاي آلي و ساير متابوليت‌ها به صورت عوامل كمپلكس و همچنين احياي آهن به طريقه آنزيمي و غير آنزيمي است.با پرورش نوعي قارچ در 30 درجه سانتيگراد در محيطي مغذي حاوي ملاس چغندر به عنوان منبع كربن و انرژي و استفاده از آن ميتوان آهن موجود در كائولن را كاهش داد.
8) الكترواسمز
يكي از روشهايي كه در دهه دوم و سوم قرن حاضر در اروپاي غربي بكار مي‌رفت، روش الكترواسمز است. اين روش با توجه به هزينه‌هاي زيادي كه دارد (معادل Kwh 88 به ازاي هر تن ماده اوليه)، تنها در صورت در اختيار داشتن انرژي ارزان قابل استفاده است.
در اين روش از باردار شدن مواد جامد در آب و جذب آنها روي الكترودهايي با بار مخالف استفاده ميشود. نخست تصور مي‌شد كه در شرايطي از محيط كه ذرات كائولن با منفي دارند، ناخالصي هاي همراه آن مثل كوارتز، ميكا و كانيهاي آهن بار مثبت دارند، بنابراين ذرات كائولن روي كاتد جمع ميشوند. حال آنكه چنين نيست بنابراين اين روش مي‌تواند براي فيلتراسيون الكتريكي ذرات خيلي دانه ريز بكار رود.
بر مبناي اين روش، واحدهايي هنوز در انگلستان در حال كار هستند در اين واحدها ماده اوليه كائولن، پس از به تعليق در آمدن در آب، ابتدا از حوضچه‌هايي عبور داده ميشود و بدين ترتيب ذرات دانه درشت آن جدا مي‌شودن و بدين ترتيب ذرات دانه درشت آن جدا مي شوند سپس به داخل كانالهاي طويلي بطور 160 متر، عرض 3/1 متر و عمق 5/0 متر هدايت ميشود. در اين كانال ها كه مدت توقف مواد در آنها 70 دقيقه است، بخشي از كائولن با غلظت وزني 31% ته‌نشين ميشود كه پس از خشك شدن به عنوان محصول درجه 2 در صنايع كاغذسازي مصرف ميشود. سرريز كانال ها كه داراي محصول دانه ريز و با عيار بسيار زياد است، به دستگاه الكترواسمز هدايت ميشود. اين وسيله تشكيل شده است از بدنه‌اي از جنس شبكه‌اي فلزي به شكل نيم استوانه در نقش كاتد و محوري گردان در داخل آن بطول 5/1 متر و قطر 6/0 متر در نقش آند.
اين وسيله با جرياني يك سو بشدت 70 آمپر و ولتاژ 10 ولت تغذيه ميشود. ذرات كائولن روي آند مي‌چسبند و لايه‌اي به ضخامت 3 ميليمتر تشكيل مي‌دهند كه از روي آند تراشيده ميشود. در اين روش تنها 9% كائولن در آب خروجي باقي مي‌ماند.
روش هاي افزايش درخشندگي كائولن
روش هايي جهت كمبود كيفيت نوري كائولن خصوصاً در دو دهه گذشته براي افزايش درخشندگي كائولن گسترش يافته‌اند. نظر به اين كه روش هاي فوق (روش هاي افزايش درخشندگي خود نيز نوعي از متدهاي فرآوري كائولن مي‌باشد لذا ميتوان روش هاي افزايش درخشندگي را در زمره روش هاي فرآوري آورد). بطور طبيعي و بدون فرآوري،رسي با كيفيت خوب مي‌تواند درخشندگي در دود 75 تا 85 ISO داشته باشد. مقادير درخشندگي 90 و بالاتر از آن با استفاده از چند تكنيك پر عيار سازي ويژه قابل دسترسي است. اين تكنيك ها بقرار زيرند:
1- آسانترين اين روش ها رنگ زدايي است. فرايند شستشويي كه در آن كانيهاي آهندار بوسيله افزودن يك ماده احيا كننده (معمولاً‌هيدروسولفيت سديم) در PH پايين (كه ميتوان با افزودن اسيد سولفوريك و يا سولفات آمونيوم به آن رسيد) حذف ميشوند.
2- از طريق توسعه اولترا فلوتاسيون، جداسازي كانيهاي فوق‌العاده ريز امكان پذير شده است. در اين روش، يك كاني حامل را براي حمل ذرات بسيار دانه ريز كانه‌هاي آهن و تيتانيم بكار مي‌برند كه با فلوته شدن آنها درخشندگي محصول به حدود 90 مي‌رسد.
3- متورق سازي فرآيند ديگري است كه طي آن ذرات بزرگ كائولن (كه شامل توده‌هايي انباشته از صفحات شش گوش هستند) به ذرات نازك اما با صفحات مجزاي عريض مي‌شكنند. اين ذرات با ايجاد صفحات جديد تمايل به سفيدي بيشتري نسبت به يك رس طبيعي پيدا ميكنند. صفحات نازك بدست آمده از متورق سازي، يك پوشش عالي را براي كاغذ با وزن كمتر فراهم ميكنند.
4- تكليس: اگر چه تكليس كائولنهاي درشت و رس هاي كائولينيتي عمل متداول براي توليد شاموتها و كلوخه‌هاي نسوز (براي مثال بعنوان فرايندي جهت افزايش خواص نسوزندگي) مي‌باشد، ولي اين فرايند مي‌تواند همچنين بر روي ذرات ريز و سفيدتر كائولن جهت بهبود و افزايش درخشندگي و نيز بهبود سختي، ماتي و... اعمال گردد. اين كائولن جهت بهبود و افزايش درخشندگي و نيز بهبود سختي، ماتي و... اعمال گردد. اين كائولنها بطور فزاينده‌اي در لاستيك، رنگ هاي كائوچويي و پلاستيك ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
دو نوع كائولن كه اعمال حرارتي بر روي آنها انجام كه است براي دستيابي به خواص پوشش ويژه گسترش يافته‌اند. اين دو نع كائولنها عبارتند از :
1- كائولن هايي كه بطور ناقص تكليس شدهاند.
2- كائولن هايي كه بطور كامل تكليس شدهاند.
دسته اول تا جايي حرارت داده ميشوند كه گروههاي هيدروكسيلي كه در ساختمان بلور كائولينيت وجود دارند، بصورت بخار آب خارج شوند. درجه حرارت مزبور عموماً در حدود 650 تا 700 درجه سيليس (بسته به ميزان ماده‌اي كه مورد تكليس قرار ميگيرد) مي‌باشد. اين فرايند حرارتي رنگدانه را توليد ميكند، كه هنگام مخلوط شدن با پوشش دهنده‌ها وزن مخصوص موثر كمتري دارد. بعلاوه، قدرت پراكندگي نور اين محصول نسبت به رسهاي پوششي عادي بيشتر است. هنگاميكه اين كائولن بعنوان ماده‌اي افزودني به پوشش دهنده، كاغذ بكار مي‌روند تا كشساني و ماتي را در برگه‌هايي كه وزن اوليه كمي دارند افزايش دهند،حجيم بودن آنها يك مزيت بشمار ميرود. اين محصول گرانروي بالائي داشته و لذا نمي‌تواند به تنهايي بعنوان پوشش دهنده در ماشين‌هاي چاپ باعث سرعت بالا استفاده شود، ولي مي‌تواند تا حد 40% كل رنگدانه را در تركيب با ديگر انواع كائولنها تشكيل دهد. افزودن اين كائولن هاي ناقص تكليس شده به تركيب پوشش دهنده سبب افزايش ضخامت پوشش، افزايش ماتي، كاهش عمده‌اي درافت درخشندگي و ماتي هنگام نورد كردن، بهبود پذيرش جوهر و يكنواخت‌تر شدن چاپ هاي چهار رنگ ميشود. كائولن ها كاملاً تكليس شده، تا دمايي بين 1000 تا 1050 درجه سانتيگراد حرارت ديده‌اند. تلفيق دانه‌بندي ريز و فرآوري هاي خاص به كاهش سايندگي آنها تا حدي قابل قبول كمك ميكنند. اگر چه خواص فيزيكي محصول تكليس شده ظاهراً‌تغيير عمده‌اي نمي‌كنند، اما تكليس و فرآوري، درخشندگي و مشخصات پراكندگي نور را افزايش مي‌دهند.
5- فيلتراسيون مغناطيسي با نوع جديد جدا كنندههاي مغناطيسي، بحث هاي زيادي را در سالهاي اخير برانگيخته است و اين فرآيند بخصوص در حذف ذرات ريز آهن، تيتانيم و ميكا و... موثر است و مي‌تواند هم براي توليد رس هاي فوق‌العاده سفيد از ماده خام معمولي و هم براي افزايش عيار رس هاي حاشيه‌اي كم عيار معدني استفاده شود. با اين روش مقدار مواد شيميايي بكار رفته جهت درخشان كردن محصور مي‌تواند بطور عمده‌اي كاهش يابد.
6- فرآيندهاي آينده: پيش‌بيني در مورد فرآيندهايي كه ممكن است امروز فقط در مرحله ترسيم بر روي كاغذ باشند، مشكل است. وليكن جستجو و پژوهش براي يافتن فرآيندهاي موثر جهت افزايش درخشندگي و ديگر مشخصات رس ادامه خواهد داشت.
تكنيك هاي فعلي بهبودخواهند يافت (براي مثال فيلتراسيون مغناطيسي بعنوان يك فرآيند تجارتي هنوز در مرحله، رشد خود بسر مي‌برد و براي توسعه فلوتاسيون نيز جاي بيشتري وجود دارد). فرآيند درو مايعي در حال توسعه بوسيله «شركت اقتصادي Ecc» يكي از فرآيندهاي بالقوه است كه مي‌تواند در آينده بكار گرفته شود.
جدول شماره 10 : دانه‌بندي و درخشندگي رسهاي پوششي
جدول شماره 10 :
جدول شماره 10
روش هاي كاهش هزينه انرژي در فرآوري كائولن
در روش هاي آماده سازي رس انرژي زيادي مصرف ميشود، لذا در سال هاي اخير تحقيقات قابل ملاحظه‌اي جهت يافتن روش هايي كه هزينه‌هاي انرژي را كاهش دهد، انجام شده است. برخي از آنها به قرار زيرند:
1-اولين و آسانترين روش، فروش رس بصورت پالپ مي‌باشد كه در نتيجه مرحله خشك كردن محصول ضروري نخواهد بود. اين كار بايد باري مشترياني انجام گيرد كه آمادگي پذيرش پالپ را دارند البته در اين صورت اگر چه ميزان هزينه به لحاظ عدم صرف انرژي جهت خشك كردن كاهش مي‌يابد، وليكن هزينه حمل آب اضافي را بايد در قيمت تمام شده منظور كرد.
در اينجا مسيري كه پالپ طي ميكند شبيه مسير خشك كردن است و شامل آسيا كردن نيز مي‌باشد. مقدار كمي متفرق ساز به رس افزوده ميشود كه در ادامه كار در يك مخلوط‌كن با سرعت زياد مخلوط مي‌گردد. سپس كمي آب افزوده شده و نتيجتاً پالپي با 70 – 65% جامد ساخته ميشود. پالپ حاصل به محل مورد نظر خريدار از طريق جاده يا راه آهن با توسط كشتي حمل مي‌گردد.
2- روش دوم كاهش هزينه‌هاي خشك كردن استفاده از تكنيك هاي فشرده كردن با فشار بالا مي‌باشد كه در نتيجه نيازي به خشك كردن متداول نخواهد بود.
اساس كار فشرده كردن با فشار بالا شبيه پرس معمولي است با اين تفاوت كه فشار در حدود70 باز است و توسط پرس هاي پيستوني سريع به اجرا در مي‌آيد. كيك ها سخت بوده به سهولت تخليه ميشوند و لذا سيستم مي‌تواند خود كار عمل كند. رطوبت كيك 25% (قابل مقايسه با 35 – 30% براي پرس هاي با فشار معمولي) است و بنابراين ميتوان بعنوان خوراك مستقيماً به خشك كن منتقل شود.
خط توليد بدون بار برگشتي ساده‌تر بوده و نيز گرد و غبار محصول داخل واحد خشك كننده را كاهش مي‌دهند. يك مقايسه انرژي با مراحل فيلتراسيون، مخلوط كردن و خشك كردن معمولي نشان ميدهد كه سيستم فشار بالا در حدود 53 درصد انرژي براي سيستم فشار پايين را بكار مي‌برد.
3- سومين پيشرفت در شركت اقتصادي Ecc كاربرد پرس لوله‌اي است. همانطور كه از نامش پيدا است اين پرس شامل يك لوله بيروني است كه با يك لايه لاستيكي قابل انعطاف در سطح داخلي آن جفت شده است. لوله‌اي با قطر كوچكتر بصورت هم محور با لوله بيروني سوار شده است. بر روي لوله اخير روزنه‌هائي فيلتر دار تعبيه شده و توسط نگهدارنده‌ها و پارچه، فيلتر روي سطح خارجي ثابت شده است. لوله داخلي يا شمع قادر است درون لوله بيروني بطور قائم حركت كند.پالپ رس با حدود 25 درصدجامد بداخل فضاي حلقوي بين پارچه، فيلتر و جدار لاستيكي هدايت ميشود. وقي چرخه پرس كردن تمام ميشود يك انفجار هوا در پشت پارچه فيلتر رخ ميدهد. كيك فيلتر كه در حدود 18 درصد رطوبت دارد و متورم شده بطرف خارج حركت ميكند، رس در اينحالت سخت، قابل حمل و عاري از گرد و غبار است زمان پرس كردن بسته به دانه‌بندي رس متفاوت است اما اگر فرايندتمام اتوماتيك باشد تغييرات مناسب در زمان چرخه به راحتي مي‌تواند اعمال گردد.
4- فكري نو در مورد فيلتراسيون با استفاده ازاصل الكتروفورزي (مهاجرت بارهاي الكتريكي) در يك محيط الكتريكي ارائه شده است (چاپك و ديگران 1974) ذرات كائولينيت كه در PH بالاتر از 3 داراي بار منفي هستند توسط فضاي يوني بارهاي مخالف احاطه شده يك دو لايه‌اي اكتريكي تشكيل ميشود. در يك محيط الكتريكي، ذرات رس بسمت آند حركت ميكنند در حاليكه يونهاي با بار مخالف در اين فضاي يوني بطرف كاتد ميرود. وقتي ذرات به آند مي‌رسند روي سطح جدار آند كه براي محافظت از آند نصب شده يك كيك فيلتر شكل ميگيرد. كيك آندي مزبور مجدداً بوسيله، فشار الكترواسمز آبكشي ميشود اين عمل طي مكانيزمي رخ ميدهد كه در آن آب اضافي از طريق لوله‌هاي موئين كيك با بار منفي به بيرون پمپاژ ميشود. طبق نظر «بولينگر» فشار الكترواسمزي توليد شده در كيك فيلتر ممكن است بسيار بالا باشد، طوري كه مي‌تواند به فشار موثري در حدود 70 بار برسد. اتاقك كاتد كه با پارچه،فيلتر پوشيده شده جهت كمك به فيلتراسيون تحت خلاء قرار دارد.
ناخالصيهاي کائولن و ضرورت فرآوري آن
مرغوبترين كائولن، نوعي است كه حداكثر داراي 20 درصد ناخالصي باشد، به همين جهت بايد به منظور استفاده در صنايع مصرف كننده، كائولن بطور معمول داراي 48 درصد سيليس و 37 درصد آلومين و حدود 46/0 درصد اكسيد آهن، 06/0 درصد اكسيد كلسيم و 5/1 درصد اكسيد سديم و پتاسيم است. وجود لنزهاي آهن دار و سنگهاي ولكانيكي آندزيتي تا بازالتي فلدسپات تجزيه نشده سبب كاهش كيفيت كائولن مي‌گردد.
از آنجايي كه كائولن موارد مصرف متعددي دارد و صنايع مختلف براي توليد محصولات خود نياز به كائولنهايي با مشخصات متفاوت دارند،لذا اين كانه بايد در طي مراحل مختلف و در جهت اهداف و تأمين خوراك مورد نياز صنعت فرآوري گردد.
فرآوري يا كيفيت كائولن، بستگي مستقيم به ميزان درصد آلومين دارد. يعني هر چه آلومين آن بالاتر باشد. كائولين مرغوبتر و برعكس هر اندازه سيليس آن بيشتر باشد، از اهميت كمتري برخوردار است. بطور كلي در تغليظ كائولن توجه به نكات زير حائز اهميت است.
٭ ناخالصيهايي كه مقادير آنها نبايد از حد معيني كمتر يا بيشتر باشد. بطور مثال حد قليايي كائولن در حالت عمومي نبايد بيشتر از 5/1 درصد باشد.
٭ ناخالصي هايي كه مصرف آنها در بعضي از صنايع مضر و در صنايع ديگر چندان اهميتي ندارند نظير ناخالصيهايي رنگ و ميكا كه در مصارف نسوز اهميت ندارند.
٭ اندازه ذرات و دانه‌بندي آنها، شفافيت،مقدار انقباض، ميزان نسوزي و مقاومت گسيختگي ويسكوزيته، مقاومت الكتريكي، ميزان شكل‌پذيري، مقدار آلومينيوم، كوارتز، اكسيد آهن و تيتان از موارد قابل توجه در مصرف كائولن در صنايع مختلف هستند.
بديهي است ميزان ناخالصي در معادن مختلف متفاوت مي‌باشند، لذا نحوه فرآوري و حذف اين ناخالصيها نيز متفاوت خواهد بود.
تغليظ كائولن عبارتست از جدا كردن ناخالصيها از قبيل زاج، گچ، پيريت و فلدسپات هاي تخريب نشده و... كه اين ناخالصي را اصولاً‌به دو روش خشك و مرطوب ميتوان خارج نمود.
بعضي از عناصر مزاحم بصورت ناخالصي همراه كائولن براي صنايع مختلف بشرح زير هستند:
٭ صنعت لاستيك‌سازي: زاج، هوموس به عنوان ماده همراه
٭ صنعت كاغذسازي: هوموس و كوارتز، زاج به عنوان ماده همراه
٭ صنعت سراميك و چيني سازي: زاج و اكسيد آهن
٭ صنعت پلاستيك سازي: ساير اكسيد آهن و دانههاي كائوليني غيرفلسي
همچنين وجود پيريت اضافي در كائولن مضر بوده كه از طريق اضافه كردن اسيد سولفوريك PH محيط را به حدود 3 رسانده و آن را جدا ميكنند.
عمل جدا كردن مواد مزاحم (مثل سديم، پتاسيم، آهك) را كائولن‌شوئي گويند. كائولني كه خوب شسته شده باشد تنها 49/0-32/0% = 3O2Fe و 08/0-05/0% = 2TiO دارد.
تغليظ كائولن در جدا كردن ناخالصي هايي مانند زاج، آلونيت،گچ، پيريت، فلدسپات هاي دگرسان نشده تجلي مي‌يابد. كل ناخالصيها را ميتوان به دو روش خشك و مرطوب از كائولن جدا كرد. در تصفيه كائولن همه ناخالصيها از جمله ريگ و ميكا بايد حذف شوند. مگر در مواردي كه كائولن براي مواد نسوز بكار ميرود.
+ نوشته شده در دوشنبه هفدهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 22:49 توسط مهندس ایمان رستگار
|
سرامیک مشتق از کلمه keramos یونانی است که به معنی سفالینه یا شئی پخته شده است. در واقع منشا پیدایش این علم همان سفالینههای ساخته شده توسط انسانهای اولیه هستند. در واقع قبل از کشف و استفاده فلزات، بشر از گلهای رس به علت وفور و فراوانی آنها و همچنین شکل‌گیری بسیار خوب آنها در در صورت مخلوط شدن با آب و درجه حرارت نسبتاً پایین پخت آنها استفاده میکرد. آلومینوسیلیکاتها که خاکهای رسی خود آنها به حساب میآیند، از عناصر آلومینیوم، سیلیسم و اکسیژن ساخته می‌شوند که این سه عنصر بر روی هم حدود 85 درصد پوسته جامد کره زمین را تشکیل می‌دهند. این سه عنصر فراوانترین عناصر پوسته زمین هستند.