Caolinul și aplicațiile sale industriale

Patricia N. Olvera Venegas [a], Leticia E. Hernández Cruz [b]

rezumat

Acest eseu descrie semnificația caolinului, proprietățile și importanța sa în Mexic, caracteristicile pe care trebuie să le îndeplinească în funcție de principalele sale aplicații industriale, precum și limitările privind utilizarea acestuia datorită existenței unor impurități, în principal fier, în general conținute ca oxizi și hidroxizi, care îi conferă o culoare maro-bej, în funcție de conținutul acestui element. Se pune accentul pe necesitatea îndepărtării fierului prin diferite metode (fizice și chimice), inclusiv leșierea reductivă, metodă implementată în zona academică a științelor pământului și a materialelor de la Institutul de științe de bază și inginerie al Universității Autonome de Stat de Hidalgo, pentru spălare.

Cuvinte cheie: Caolin, Aplicații industriale, Fier.

Abstract

În prezentul eseu am descris semnificația caolinului, proprietățile și importanța lor în Mexic, caracteristicile acestuia în funcție de aplicațiile lor industriale, precum și restricțiile privind utilizarea acestuia datorită unor impurități, în principal fier, în general conținute ca oxizi și hidroxizi, care dați culoarea maro-bej, în funcție de conținutul acestui element. Subliniem necesitatea îndepărtării fierului pentru decolorarea acestuia, utilizând mai multe metode (fizice și chimice), inclusiv leșierea reductivă, metodă implementată în domeniul științelor și materialelor pământului Academia de științe de bază și Institutul de inginerie al Universității Hidalgo.


Cuvinte cheie: Caolin, Aplicații industriale, Fier.

Introducere

sale

figura 1. Principalele state producătoare de caolin din Mexic.
Sursa: http://201.131.19.30/Estudios/Mineria/

Figura 2. Utilizarea caolinului în industria hârtiei, cauciucului și vopselei depinde de proprietățile sale.
Sursa: http://www.arcichamotas.com/ESPAOL/arcicha2.gif

Aplicații industriale caolin

Hârtie. Una dintre cele mai importante aplicații ale acestei argile este în industria hârtiei, îmbunătățește imprimarea și face suprafața foii mai albă și mai netedă. Caolinul este folosit ca material de umplutură în interstițiile foii și adaugă receptivitate la cerneală și opacitate foii de hârtie.

Este, de asemenea, utilizat ca strat de acoperire pe suprafața foii, permițând ilustrații fotografice clare și imprimări în culori vii. Cele mai importante proprietăți ale acestei argile pentru industria hârtiei sunt; strălucirea, vâscozitatea redusă, non-abraziv, controlul dimensiunii particulelor și suprafața plană sub formă de plăci hexagonale. Proprietățile de curgere sau reologie sunt foarte importante în caolin utilizat în special pentru acoperirea hârtiei, deoarece influențează greutatea acoperirii, netezimea, textura și alte proprietăți ale foii (Murray, 1961).

Pictura. Vopseaua este o piață foarte importantă pentru caolin, deși mai mică decât piața hârtiei. Aproximativ 600.000 de tone anual sunt utilizate în întreaga lume pentru extinderea pigmentului în vopsele. Este înțeles ca un extensor, una dintre componentele vopselelor care modifică luciul, caracteristicile sale de curgere, manevrabilitatea și proprietățile filmului.

Utilizarea principală este ca extensor de pigment pentru vopsele latex pe bază de apă. Este, de asemenea, utilizat în grunduri industriale exterioare pe bază de ulei (vopsele de bază). Se promovează lavabilitatea cu utilizarea acestei argile, care este ușurința cu care o pată poate fi îndepărtată prin spălare și reținerea smalțului (capacitatea unei substanțe de a preveni intrarea smalțului în interiorul structurii sale) (Murray, 2007).

Ceramică. Ceramica include o gamă largă de produse în care este utilizat caolinul. Acestea includ vesela, obiecte sanitare, țiglă, porțelan electric, ceramică și rezistente la foc.

Caolinele ca ingredient principal în principalele produse ceramice. Termenul ceramică se referă la fabricarea produselor din material argilos prin aplicarea temperaturilor ridicate. Proprietățile materialelor argiloase sunt variabile în funcție de compoziția argilei minerale și de proprietățile acesteia, cum ar fi distribuția mărimii particulelor, prezența materiei organice și compoziția mineralului non-argilos. Compoziția argilei minerale este cel mai important factor, determină proprietățile ceramicii. Kaolinita este cea mai utilizată argilă minerală în aplicațiile ceramice datorită proprietăților sale fizice și chimice care sunt conferite procesării ceramicii și a produselor finale. Cele mai importante proprietăți pe care caolinul le conferă ceramicii sunt plasticitatea, rezistența la verde, rezistența la uscare, rezistența la ardere, culoarea, refractaritatea, turnarea ușoară sau turnarea în toalete, absorbția redusă sau zero a apei și controlul în contracție sau contracție (Murray, 2007).

Cauciuc. Caolinul este utilizat în cauciuc ca pigment datorită costului și albei sale relativ mici în comparație cu alții. În plus, este folosit ca material de umplutură, oferind produselor rezistență, abraziune și rigiditate, ambele produse din cauciuc sintetic sau natural, produsele extrudând mai bine după ce s-a adăugat umplutura acestei argile. Tonurile anuale de caolin utilizate pentru umplerea cauciucului sunt estimate la aproximativ 600.000 T (Murray, 1961).

Plastic. Caolinul este utilizat ca material de umplutură pentru materialele plastice, deoarece ajută la obținerea unui finisaj neted al suprafeței, reduce fisurarea și contracția în timpul întăririi, întunecă modelul din fibră de sticlă atunci când este utilizat ca armare, îmbunătățește stabilitatea termică, contribuie la forța mare de impact, îmbunătățește rezistența la atacuri chimice și uzură și ajută la controlul proprietăților de curgere. Cea mai importantă utilizare a caolinului este în acoperirile cu clorură de polivinil (PVC) pe fire și cabluri. În general, cu cât dimensiunea particulelor este mai fină, cu atât este mai bună îmbunătățirea proprietăților fizice ale tuturor polimerilor (Murray, 2007).

cerneală. Principalul pigment anorganic utilizat în cerneluri este caolinul. Cea mai importantă utilizare a caolinului în cerneluri este îmbunătățirea reținerii cernelii și extinderea atât a culorii, cât și a pigmentului alb. Pentru a păstra luciul filmului de cerneală, extensorul de caolin nu trebuie să aibă o dimensiune a particulelor atât de groasă, dimensiunea sa variază între 0,2 și 0,5 µm. Caolinul este un bun împrăștiere, deoarece are o abraziune redusă, o dispersabilitate ușoară și o absorbție redusă a uleiului, care reduc la minimum uzura pe placa de imprimare. În plus, forma hexagonală a trombocitelor de kaolinită reduce permeabilitatea filmului, ceea ce ajută la reținerea vehiculului pe suprafață (Vehiculul cu cerneală este partea lichidă a cernelii care, după cum sugerează și numele său, transportă pigmentul pe substrat) (Murray, 2007).

Limitări ale aplicațiilor industriale ale caolinului

Aceste aplicații necesită un caolin decolorat. Cu toate acestea, depozitele de caolin sunt contaminate (Ambikadevi și Lalithambika, 2000). Prezența impurităților, în special a fierului, conferă culoare caolinului, afectându-i utilitatea pentru diferitele aplicații (Saikia și colab., 2003). În general, calitatea caolinului se măsoară în funcție de conținutul de fier, iar caolinul este însoțit în mod regulat de unele minerale de fier precum hematit, magnetit, goethit, maghemit, pirită etc. (González & Ruiz, 2006). Acești oxizi și hidroxizi scad indicele de alb al kaolinului, rezultând argile cu o culoare maro-galben (bej), în funcție de conținutul de fier (Vezi Figura 3) (Cameselle și colab., 1995).

Prin urmare, este necesar să scoateți fierul din caolin. S-au depus eforturi considerabile pentru a elimina fierul din caolin prin mijloace fizice și chimice. În timp ce procesele fizice utilizează flotația, separarea magnetică de înaltă intensitate (HGMS), flocularea selectivă sau o combinație a acestor proceduri, tratamentele chimice utilizează fierul dizolvat în soluții acide (levigare). În îndepărtarea fierului, tehnicile de separare fizică sunt în general mai puțin eficiente decât cele chimice (Veglio și colab., 1996).

Concluzie

Există o mare nevoie de a consuma acest mineral în Mexic pentru diferitele sale aplicații industriale, cu toate acestea a fost necesar să se importe caolin de înaltă puritate din cauza lipsei de cercetare și dezvoltare în acest sens (a se vedea figura 4). Compania Freedonia Group dedicată studiului cercetării în afaceri pe baza materiilor prime, a efectuat studii statistice privind consumul de caolin și a calculat că până în 2013 vor fi necesare aproximativ 24,8 milioane de tone pentru a satisface nevoile de consum ale acestui mineral la nivel mondial (Freedonia, 2012 ). Este important să aprofundăm această cercetare cu procese inovatoare care reprezintă începutul unei noi căi pentru studiul purificării caolinului (îndepărtarea fierului). În acest sens, în prezent în Zona Academică de Științe și Materiale a Pământului a Institutului de Științe de Bază și Inginerie al Universității Autonome din Statul Hidalgo, albirea argilelor kaolinitice din Huayacocotla Veracruz, Mexic, este studiată prin mijloace de levigare reductivă. (Olvera și colab., 2012; Olvera și colab., 2013).

Figura 4. Importurile mexicane de caolin în 2002 după țara de origine.
Sursa: http://201.131.19.30/Estudios/Mineria/

Referințe

Ambikadevi, V. și Lalithambika, M. (2000). Efectul acizilor organici asupra îndepărtării fierului feric din caolinita colorată cu fier. Applied Clay Science, 16 (3-4), 133-145.

Cameselle, C., Núñez, M. J., Lema, J. M. și Pais, J. (1995). Levigarea fierului din caoline de către un lichid de fermentare uzat: influență a temperaturii, pH-ului, agitației și concentrației de acid citric. Jurnalul de Microbiologie Industrială, 14, 288-292.

Freedonia. (Februarie 2012). Adus 2013, din World Kaolin până în 2015 - Cercetare de piață în industrie, cota de piață, dimensiunea pieței, vânzări, prognoză cerere, lideri de piață, profiluri de companii, tendințe din industrie: http://www.freedoniagroup.com/World-Kaolin.html

González, J. și Ruiz, M. d. (2006). Albirea kaolinelor și argilelor prin clorurarea fierului și titanului. Applied Clay Science, 33, 219-229.

Murray, H. (2007). Mineralogie de argilă aplicată: apariții, prelucrare și aplicații ale kaolinelor, bentonitelor, paligorsitipiolitului și argilelor comune. Olanda: Elsevier.

Murray, H. (1961). Aplicații industriale ale caolinului. Argile și minerale de argilă, 10 (1), 291-298.

Olvera, P., Hernández, L. și Lapidus, G. (2013). Studiul cineticii dizolvării fierului unei argile caolinite prin utilizarea tiosulfatului de sodiu și a acidului citric. XXII Congres Internațional de Metalurgie Extractivă. Hermosillo Sonora, Mexic.

Olvera, P., Hernández, L. și Lapidus, G. (2012). Studiul îndepărtării fierului dintr-o argilă kaolinitică prin intermediul levigării reductive. XXI Congres Internațional de Metalurgie Extractivă. Mexic DF.

Saikia, N., Bharali, D., Sengupta, P., Bordolo, D., Goswamee, R., Saikia, P. și alții. (2003). Caracterizarea, beneficiația și utilizarea unei argile caolinite din Assam, India. Applied Clay Science, 24, 93-103.

Secretariatul economiei. (2004). Recuperate în 2013, din Zăcămintele de caolin din regiunea nord-estică Veracruz sunt cele mai bogate din țară datorită cantității și calității lor: http://portal.veracruz.gob.mx/pls/portal/docs/PAGE/CEJM/

Secretariatul economiei. (Octombrie 2007). Adus 2013, din Profilul pieței Kaolin: http://www.economia.gob.mx/files/comunidad_negocios/industria_comercio/

Veglio, F., Passariello, B., Toro, L. și Marabini, A. M. (1996). Dezvoltarea unui proces de albire pentru un caolin de interes industrial de către acizii oxalici, ascorbici și sulfurici: studiu preliminar utilizând metode statistice de proiectare experimentală. Ind. Ing. Chem. Res., 35, 1680-1687.

[a] Doctorand în științe materiale

[b] Profesor de cercetare în zona academică a Pământului și a științelor materialelor