Обогащение каолина

Обогащение глинистого сырья способствует стабилизации состава и технологических свойств масс, повышает качество изделий и производительность оборудования, снижает трансфертные расходы, улучшает технико-экономические показатели производства. Процесс обогащения каолинов предусматривает выделение из них основного глинистого минерала - каолинита, очищенного от крупнозернистых примесей и красящих оксидов. Каолин в природе встречается в виде полиминеральной смеси, состоящей из каолинита, кварца, полевых шпатов, слюды, железо- и титаносодержащих соединений, причем размер частиц кварца, полевого шпата и слюды в 10-100 раз превышает размер частиц каолинита. На этой разнице в размерах частиц и, следовательно, массы частиц основан способ обогащения глинистых материалов (каолина). Обогащенный каолин содержит в основном каолинит, в то время как в неотмученном (сыром) каолине его не более 45 %. Обогащение каолинов осуществляют мокрым (электролитным) и сухим способами. При мокром способе измельченный каолин распускают в мешалках в воде при добавлении электролитов. Электролиты интенсифицируют процесс обогащения, способствуют повышению плотности каолиновой суспензии при одновременном снижении расхода воды в 4-5 раз, улучшают условия отделения каолинитовых частиц от примесей. Происходит осаждение песка и других каменистых примесей. Из мешалок суспензию сливают в чаны через спускной кран, расположенный выше дна мешалки с учетом высоты осадка каменистых тяжелых частиц. В чаны добавляют коагуляторы (известковое молоко, полиакриламид и др.) для укрупнения каолинитовых частиц. Из чанов суспензию подают насосами в камерные фильтр-прессы, в которых происходит частичное обезвоживание суспензии (при давлении 1 МПа и времени фильтрации 50 мин). Далее коржи измельчают и направляют в сушильный барабан. Температура теплоносителя на входе в сушильный барабан 800-900 ºС, на выходе - 100-150 ºC. Высушенный каолин тарируют в мешки и отправляют на склад готовой продукции. Основной недостаток этого способа при использовании в качестве коагулятора известкового молока - трудность получения каолина со стабильными свойствами, из-за чего может произойти ухудшение литейных свойств шликера и формовочных свойств масс. Мокрый способ обогащение каолина применяют на Просяновском, Глуховецком и Кыштымском обогатительных комбинатах. При сухом способе каолин-сырец проходит сушку в сушильном барабане при температуре 800- 850 ºC в течение 40-45 мин до остаточной влажности 0,7-0,8%. Высушенный каолин подвергают тонкому помолу в центрифугальных мельницах, а затем пропускают его через воздушные сепараторы и циклоны. Фракции размером менее 0,3 мм уносятся из мельницы воздушным потоком, более крупные частицы удаляются через разгрузочное отверстие. Тонину помола регулируют скоростью воздушного потока. Очистка воздушного потока от мельчайших частиц, не улавливаемых в сепараторах, проходит в рукавных, электрических  фильтрах,  электрических  или  пылеосадительных камерах.  Сухой способ обогащения каолина обеспечивает извлечение 80-82% ценных фракций из сырого каолина. Его используют при обогащении каолинов и глин, содержащих крупнозернистое примеси. Этот способ обогащения применяют на Просяновском обогатительном комбинате. Сухой способ обогащения каолинов проще мокрого. Однако к недостаткам этого способа следует отнести снижение качества каолина за счет удаления из него наиболее ценной тонкой фракции, которую не удается уловить при воздушной классификации. В результате этого снижается пластичность и связующая способность глинистых материалов. Качество будущих изделий зависит от способа обогащения сырьевых материалов и от соблюдения технологии обогащения. Так, добавление в каолиновую суспензию коагулянтов приводит к укрупнению и осаждению глинистых частиц, но одновременно может вызвать и нежелательные явления, отмечаемые в заводской практике, например, способствует образованию пробок в шликеропроводах и недоливу изделий при шликерном литье. Пригодность глин и каолинов для производства фарфоровых и фаянсовых изделий оценивают также по качеству огневой пробы. Глину и каолин обжигают при определенной температуре (для фаянса - до 1280 °С, а для фарфора - до 1430 °С). Окраска глин и каолинов после обжига должна быть светлой (белой), без пятен и «мушек» (точек рыжего или темного цвета, указывающих на присутствие в массах вкраплений железа и титана).

Плавни

В качестве плавней используют полевые шпаты, пегматиты, перлиты, мел, доломит, тальк, нефелиновые сиениты, сподумен и другие минералы, материалы и породы. Действие различных плавней в массах неодинаково. Одни из них (полевые шпаты, пегматиты и др.) образуют жидкую стекловидную фазу при плавлении, другие (мел, доломит, тальк и др.) образуют расплав при взаимодействии с кварцем, глинистым веществом и другими компонентами массы под воздействием высокой температуры обжига. Плавни вводят в состав масс (от 5 до 30 %) для снижения температуры обжига. При увеличении количества плавней в обжигаемом материале возрастает количество образующейся стекловидной массы, в результате чего улучшается просвечиваемость фарфоровых изделий в тонком слое, уменьшается пористость и увеличивается прочность фаянса и фарфора.  Полевые шпаты составляют большую группу алюмосиликатов калия, натрия, кальция, широко представленную в земной коре (до 60%) минералами: ортоклазом (микроклином) K₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂, альбитом Na₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂, анортитом СаО · Al₂O₃· 6SiO₂. В чистом виде они встречаются редко, поэтому полевые шпаты, используемые в производстве фарфоровых и фаянсовых изделий, представляют собой смеси этих минералов. Лучшими плавнями для фарфоровых масс считают калиево-натриевые полевые шпаты, в которых преобладает ортоклаз. Различные по составу полевые шпаты по-разному проявляют себя в обжиге. При температуре обжига твердого фарфора 1410 ºC натриевый полевой шпат, расплавляясь, имеет более низкую вязкость, чем расплав калиевого полевого шпата, что приводит к сильной деформации изделий в обжиге. Поэтому в фарфоровые массы вводят калиевые или калиево-натриевые полевые шпаты. С увеличением содержания в полевом шпате оксида кальция снижается прозрачность расплава, т. е. просвечиваемость фарфорового черепка в тонком слое. В полевошпатовых породах вредными включениями являются слюда и оксиды железа. Слюда очень трудно поддается измельчению и после обжига образует на фарфоре и фаянсе «мушки». Оксиды железа также влияют на снижение белизны фарфоровых и фаянсовых изделий. Повышенное содержание оксидов железа в сырьевых материалах способствует получению желтоватого оттенка у изделий. Содержание оксидов железа в полевых шпатах, используемых при производстве фарфора и фаянса, не должно превышать 0,5%, а суммарное содержание оксидов калия и натрия должно быть не менее 11 %. Химический состав Чупинского полевого шпата, %: SiO₂ - 63,13; Al₂O₃ - 21,27; Fe₂O₃ - 0,3; СаО - 0,83; MgO - 0,50; K₂O - 12,04; Na₂O - 1,62; потери при прокаливании (ППП) - 0,30. Из-за дефицитности чистых разновидностей полевого шпата применяют природные разновидности: пегматиты, плагиоклазы с низким содержанием оксида кальция (калиевый полевой шпат с прорастаниями альбита и анортита), перлиты, нефелиновые сиениты или нефелин-сиенитовый концентрат. Пегматиты - полевые шпаты, проросшие кристаллами кварца. Пегматиты содержат 30-35% кварца и 65-70% полевого шпата. При использовании пегматита в массе соответственно уменьшают количество кварца или кварцевого песка. В пегматитах не должно быть вредных примесей: гидрооксида железа в виде натеков и железосодержащих минералов (биотит, пирит, турмалин и др.). Содержание оксида железа в пегматитах не должно превышать 0,5 %, если они предназначены для фарфоровых или фаянсовых масс, и 0,2 % - для глазурей. Качество полевых шпатов и пегматитов оценивают по огневой пробе. Их образцы обжигают при температуре обжига изделий (фаянс - до 1280 ºC, фарфор - до 1430 °С). После обжига пробы полевых шпатов и пегматитов должны быть белыми, стекловидными, без пятен и «мушек». Нефелиновый сиенит - это горная каменистая порода, в состав которой кроме нефелина (К, Na)₂O · Al₂O₃ · 2SiO₂ входят микроклин, альбит, слюда, магнетит и другие минералы в небольших количествах. Температура плавления нефелиновых сиенитов около 1200 ºC, содержание щелочей K₂O + Na₂O в них составляет 15-30%. Химический состав нефелин-сиенита, поставляемого горнохимическим комбинатом «Апатит» (Мурманская обл.), %: SiO₂ - 45,2; Al₂O₃ - 32,3; K₂O - 5,0; Na₂O - 15,7; Fe₂O₃ - 0,9; СаО - 0,2; ППП - 0,4. Нефелин-сиенитовый концентрат - отходы производства апатита, подвергнутого дополнительному обогащению. Перлиты - стекловидные вулканические породы с включениями кварца, полевого шпата и других минералов. Залегают перлиты близко к поверхности, добычу их проводят открытым способом. Температура размягчения перлитов 1030-1040 °С, а расплавления -1300-1320 °С. Химический состав перлита Арагацкого месторождения (Армянская ССР), %: SiO₂ - 72,75; TiO₂ - следы; Al₂O₃ - 0,2-0,4; СаО -0,1-1,1; MgO - 0,3-0,6; Na₂O + K₂O - 5-8,2; SO₃ - 0,19-0,34; ППП -2,3-4,5. Тальк - гидросиликат магния 3MgO · 4SiO₂ · H₂O с плотной структурой, называемый жировиком. Образование в природе связано с действием на доломит СаCO₃ · MgCO₃щелочных растворов, содержащих CO₂ и SiO₂. Огнеупорность талька 1490-1510 ºC. Применяют тальк в производстве керамических плиток, огнеупорных и термостойких изделий. Химический состав талька Шабровского месторождения (Свердловская обл.), %: SiO₂ - 30,4; Al₂O₃ - 1,25; Fe₂O₃ - 1,25; Fe₂O₃ + + FeO - 8,0; СаО - 0,6; MgO - 32,7; ППП - 22,5- 32,0. Мел, мрамор СаCO₃, магнезит MgCO₃, доломит СаCO₃ · MgCO₃ (опока) - это карбонаты кальция и магния. Их флюсующее действие проявляется лишь при температуре обжига выше 1000 ºC. При температуре 800-900 ºC они разлагаются на соответствующий оксид и углекислый газ. Образующиеся оксиды СаО и MgO при температуре свыше 1000 ºC вступают в контакт с другими оксидами, входящими в шихту массы, и образуют стекловидную фазу (силикаты кальция и магния). Мел - белая осадочная порода, состоящая из мелких частиц кальцита (микроскопических скорлупок, раковин, водорослей с известковым панцирем). Мрамор - зернистая порода, образовавшаяся при перекристаллизации известняков. Доломит (опока) образовался при воздействии магнезиальных растворов на известняки. Карбонатные породы, используемые в производстве фарфора и фаянса, не должны содержать железистых включений более 0,3%, а кварца - не более 3 %. Введение в массу плавней позволяет получить фарфор при температуре обжига 1250 °С (низкотемпературный фарфор). Снижение температуры обжига изделий на 100 ºC при прочих равных условиях способствует снижению удельного расхода топлива на 11-13 %.