Kaolin (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O), ağırlıkça yaklaşık 39% alümina içerir. Bu da onu, saflığı ,99%'nin üzerinde olan ve LED safir alt tabakalarda, lityum pil ayırıcı kaplamalarında ve yarı iletken bileşenlerde kullanılan yüksek saflıkta alümina (HPA) üretimi için uygun bir hammadde haline getirir. Kaolin, HPA'ya dönüştürülebilen çeşitli işlem yollarına sahiptir. Her yol, öğütme, sınıflandırma, kalsinasyon ve liçleme için farklı ekipman gerektirir.
Kaolin'in HPA için hammadde olarak neden uygun olduğu
Kaolin bol miktarda bulunur, düşük maliyetlidir ve iyi tanımlanmış bir kristal yapısına sahiptir. Kaolinin teorik kimyasal formülü Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O'dur ve teorik alümina içeriği ,53 ağırlıkça (%) kadar yüksektir. Bu oran, özellikle giderek azalan yüksek kaliteli boksit kaynakları karşısında, kaoline ekonomik ve teknik bir alümina kaynağı değeri kazandırır. 500 ila 700 °C'ye ısıtıldığında, kaolinit yapısal suyunu kaybeder ve orijinal mineralden çok daha reaktif olan amorf bir faz olan metakaoline dönüşür. Bu termal aktivasyon adımı, makul asit konsantrasyonlarında ve sıcaklıklarda alüminanın daha sonraki kimyasal ekstraksiyonunu mümkün kılar.
En büyük zorluk silikadır. Kaolin yaklaşık 46% silika içerir ve ,99% alümina saflığına ulaşmak için silikanın uzaklaştırılması, ya alüminayı çözerken silikayı geride bırakan asitli liçleme ya da bunun tersini yapan alkali işlemler gerektirir. Hangi yöntemin seçileceği, sonraki aşamada hangi ekipmana ihtiyaç duyacağınızı belirler.
1. Yol: Metakaolinden Asitli Yıkama
En yaygın kaolin-HPA üretim yöntemi, kalsine edilmiş kaolinden alüminyum elde etmek için hidroklorik asit (HCl) veya sülfürik asit (H₂SO₄) kullanır.
İşlem öğütme ile başlar. Ham kaolin cevheri, kalsinasyon ve liç reaksiyonları için yüzey alanını artırmak amacıyla, genellikle 45 mikronun (325 mesh) altında D90 olmak üzere kontrollü bir partikül boyutuna öğütülür. Bu adım için standart kurulum, bir hava sınıflandırıcı ile eşleştirilmiş bir bilyalı değirmendir. Sınıflandırıcı, üst kesimi kontrol eder ve büyük boyutlu partikülleri değirmene geri gönderir; bu da besleme boyutu dağılımını dar tutar ve liç verimliliğini artırır.
Öğütme işleminden sonra, kaolin tozu döner fırında veya akışkan yataklı kalsinatörde 600 ila 800 °C'de kalsine edilir. Amaç, aşırı kalsinasyondan kaçınarak kaoliniti metakaoline dönüştürmektir; çünkü aşırı kalsinasyon reaktiviteyi azaltır. Kalsine edilmiş malzeme daha sonra 80 ila 100 °C'de HCl ile yıkanır. Alüminyum, alüminyum klorür olarak çözünürken, silika çözünmeyen bir kalıntı olarak kalır ve filtrasyon yoluyla uzaklaştırılır.
Alüminyum klorür çözeltisi, demir, sodyum ve diğer safsızlıkları gidermek için çözücü ekstraksiyonu veya kristalizasyon dahil olmak üzere saflaştırma adımlarından geçer. Saflaştırılmış çözelti daha sonra alüminyum hidroksit veya bazik alüminyum klorür olarak çöktürülür ve 1100 ila 1300 °C'de kalsine edilerek ,99%'nin üzerinde saflığa sahip alfa-alümina üretilir.
Rota 2: Alkali Sinterleme İşlemi
İkinci yöntemde ise öğütülmüş kaolin sodyum karbonat ile karıştırılır ve karışım 900 ila 1100 °C'de sinterlenir. Sinterlenmiş ürün sodyum alüminat ve sodyum silikat içerir. Su ile yıkama işlemi sodyum alüminatı çözer ve geriye silika kalıntısı kalır.
Sodyum alüminat çözeltisi daha sonra CO₂ ile işlenir veya alüminyum hidroksit çöktürmek için tohumlanır ve bu da kalsine edilerek alümina elde edilir. Bu yöntem güçlü asitlerden kaçınmayı sağlar ancak daha yüksek sinterleme sıcaklıkları ve Na₂CO₃-kaolin oranının dikkatli kontrolünü gerektirir. Bu yöntem için kullanılan öğütme ekipmanının hem ham kaolini hem de daha sert ve daha aşındırıcı olan sinterlenmiş klinkeri işleyebilmesi gerekir.
Rota 3: Klorür İşlemi
Üçüncü bir yöntem ise kalsine edilmiş kaolini yüksek sıcaklıkta klorlayarak alüminyum klorür buharı üretir; bu buhar daha sonra fraksiyonel yoğunlaştırma yoluyla silisyum klorür ve diğer safsızlıklardan ayrılır. Alüminyum klorür oksitlenerek alümina elde edilir. Bu yöntem çok yüksek saflık sağlayabilir ancak özel korozyona dayanıklı ekipman ve sıkı gaz yönetimi gerektirir. Ticari üretimde asit liç yöntemine göre daha az yaygındır.
Yem Hazırlama: Öğütme ve Sınıflandırma
Çıkarma yönteminden bağımsız olarak, ilk adım her zaman kaolin cevherini uygun bir besleme boyutuna öğütmektir. Öğütme devresi, kalsinasyonun homojenliğini ve liç kinetiğini doğrudan etkiler. Büyük boyutlu parçacıklar düzensiz kalsine olur ve yavaş liç olur, bu da genel alümina geri kazanımını azaltır. Küçük boyutlu parçacıklar enerji tüketimini artırır ve sonraki aşamalarda filtrasyon sorunlarına neden olabilir.
Tipik bir devre, bir silindirli değirmen veya bilyalı değirmen ve ardından bir hava sınıflandırıcıdan oluşur. Sınıflandırıcı, asit liçleme beslemesi için genellikle 30 ila 45 mikron (D90) arasında kesme noktasını belirler. Alkali sinterleme yöntemi için, sinterleme reaksiyonu parçacık boyutuna daha az duyarlı olduğundan, genellikle 75 mikron (200 mesh) civarında daha kaba bir besleme kabul edilebilir.
Epik Toz tedarik eder SRM serisi dikey silindirli değirmen ile eşleştirildi ITC veya HTS Kaolin öğütme devreleri için turbo hava sınıflandırıcı. SRM değirmeni, kaolini bir silindir ve öğütme tablası arasında sıkıştırma ve kesme yoluyla öğütür; bu da aynı verim için bilyalı değirmene göre daha az enerji kullanır. ITC sınıflandırıcı, yaklaşık 10 ila 150 mikron arasında kesme noktaları için tek kademeli bir türbin rotoru kullanır. HTS sınıflandırıcı, 3 mikrona kadar D97'ye kadar daha ince kesimler için çok rotorlu bir tasarım kullanır ve daha keskin bir parçacık boyutu dağılımı, büyük boyutlu parçacıkların liç beslemesinden uzak tutulmasına yardımcı olur.
Demir kontaminasyonunun en aza indirilmesi gerektiğinde seramik kaplı değirmenler ve sınıflandırıcılar önerilir. Çelik öğütme ortamından alınan az miktardaki demir bile, alüminyum çözeltisinden uzaklaştırılması en zor safsızlıklardan biri olduğu için, sonraki arıtma adımlarını zorlaştırabilir. Epic Powder, demir alımını düşük tutmak için hem SRM değirmeni hem de ITC/HTS sınıflandırıcıları için alümina seramik ve zirkonya seramik kaplama seçenekleri sunmaktadır.
Kalsinasyon Ekipmanları
Kalsinasyon sıcaklığı ve bekleme süresi, kaolinitin metakaoline dönüşümünü kontrol eder. Döner fırın, iyi bir sıcaklık homojenliği sağlar ve yüksek üretim kapasitelerine uygundur. Daha küçük ölçekli işlemler veya hassas sıcaklık kontrolü gerektiğinde, akışkan yataklı kalsinatör daha hızlı ısı transferi ve metakaolin fazının daha iyi kontrolünü sağlar.
900 °C'nin üzerindeki aşırı kalsinasyon, metakaolini spinel fazına ve ardından asitte çok daha az reaktif olan mullite dönüştürür. Kalsinatör çıkış sıcaklığının izlenmesi ve 50 °C'lik bir aralıkta tutulması, tutarlı liç performansı için kritik öneme sahiptir.
Safsızlık Kontrolü
Demir, sodyum, potasyum ve titanyum, nihai alümina saflığını sınırlayan başlıca safsızlıklardır. Demir, cevherin kendisinden ve öğütme ekipmanından gelir. Seramik kaplı değirmenler ve alümina öğütme ortamı kullanmak, demir kirliliğini kaynakta azaltır. Sodyum ve potasyum, kaolin yatağındaki feldspat ve mika safsızlıklarından gelir. Öğütmeden önce manyetik ayırma ve köpük flotasyonu gibi cevher seçimi ve zenginleştirme adımları bu safsızlıkları azaltabilir.
Süzme işleminden sonra, özel ekstraksiyon maddeleriyle yapılan çözücü ekstraksiyonu, demiri düşük ppm seviyelerine kadar uzaklaştırabilir. Çoklu kristalizasyon döngüleri, son kalsinasyondan önce alüminyum tuzunu daha da saflaştırır. Her saflaştırma adımının bir maliyeti vardır, bu nedenle safsızlıkları kimyasal işleme girmeden önce azaltmak, daha sonra gidermekten daha ekonomiktir.
Epic Powder'ın seramik kaplamalı ITC ve HTS sınıflandırıcıları, HPA sınıfı kaolin beslemesi için demirsiz sınıflandırma sağlar. Seramik kaplama, sınıflandırıcı gövdesi ve rotor içindeki toz ve çelik yüzeyler arasında doğrudan teması önler, böylece ekipmandan kaynaklanan demir alımı çoğu durumda 10 ppm'nin altında kalır.
Kaolin-HPA Projesi İçin Ekipman Seçimi
Öğütme ve sınıflandırma aşamasında standart metal olmayan mineral işleme ekipmanları kullanılır. Demir kontrolünün önemli olduğu yerlerde seramik kaplı, hava sınıflandırıcı devreli bir bilyalı değirmen, kaolin beslemesinin hazırlanmasında iyi sonuç verir. Kalsinasyon aşaması için ekipman seçimi, verim ve sıcaklık kontrolü gereksinimlerine bağlıdır. Liç ve saflaştırma aşamaları, cam kaplı reaktörler, PTFE kaplı borular ve titanyum ısı eşanjörleri gibi korozyona dayanıklı malzemeler gerektirir.
Epik Toz Kaolin HPA besleme hazırlığı için komple öğütme ve sınıflandırma sistemleri sunmaktadır. Tipik bir hat, gerekli verim kapasitesine göre boyutlandırılmış bir SRM dikey silindirli değirmen, bir ITC veya HTS hava sınıflandırıcı, bir siklon toplayıcı, bir toz toplayıcı ve bir kontrol paneli içerir. Sistem, kurulum ve devreye alma desteğiyle birlikte anahtar teslimi bir paket olarak sunulmaktadır.
Alfa-alümina elde etmek için son kalsinasyon işlemi, kontrollü atmosferde 1300 °C'ye ulaşabilen bir fırın gerektirir. Bu aşamada elde edilen ürün yüksek değerli bir toz olduğundan, fırın refrakterlerinden kaynaklanan kirlenme kontrol edilmelidir. Son kalsinasyon adımı için genellikle yüksek saflıkta alümina refrakterler veya silisyum karbür astarlar kullanılır.
Malzeme Testi
Kaolin yatakları mineraloji, safsızlık profili ve reaktivite açısından farklılık gösterir. Ekipmana yatırım yapmadan önce, optimum kalsinasyon sıcaklığını, asit konsantrasyonunu, liç süresini ve beklenen alümina geri kazanımını belirlemek için belirli kaolin cevheri üzerinde laboratuvar ölçekli bir test yapılması gereklidir. Epic Powder, seramik kaplı ekipmanlarla partikül boyutu analizi ve demir kirliliği testi de dahil olmak üzere öğütme ve sınıflandırma için malzeme test hizmetleri sunmaktadır.
Epik Toz
Epic Powder olarak, geniş bir ekipman modeli yelpazesi sunuyor ve özel ihtiyaçlarınıza uygun çözümler geliştiriyoruz. Ekibimiz, çeşitli toz işleme alanlarında 20 yılı aşkın deneyime sahiptir. Epic Powder, mineral endüstrisi, kimya endüstrisi, gıda endüstrisi, ilaç endüstrisi vb. için ince toz işleme teknolojisinde uzmanlaşmıştır.
Bize Ulaşın Ücretsiz danışmanlık ve size özel çözümler için bugün iletişime geçin!
Web sitesi: www.nonmetallic-ore.com
E-posta: [email protected]
WhatsApp: +86-15762272120
"Okuduğunuz için teşekkürler. Umarım makalem yardımcı olur. Lütfen aşağıya yorum bırakın. Ayrıca EPIC Powder online müşteri temsilcisiyle iletişime geçebilirsiniz. Zelda Daha fazla bilgi için bize ulaşın.”
— Jason Wang, Mühendis