अपने विशिष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण, काओलिन सिरेमिक, कागज निर्माण, रबर, प्लास्टिक, दुर्दम्य पदार्थ, पेट्रोलियम शोधन और अन्य औद्योगिक, कृषि और राष्ट्रीय रक्षा के अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी क्षेत्रों में एक अपरिहार्य अधात्विक खनिज संसाधन है। काओलिन का सफेदी रंग इसके उपयोग मूल्य का एक महत्वपूर्ण सूचक है।
काओलिन की सफेदी को प्रभावित करने वाले कारक
काओलिन एक प्रकार की महीन दानेदार मिट्टी या चिकनी चट्टान है जो मुख्य रूप से काओलिनाइट खनिजों से बनी होती है। इसका क्रिस्टलीय रासायनिक सूत्र 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O है। इसमें थोड़ी मात्रा में गैर-चिकनी खनिज भी पाए जाते हैं, जैसे क्वार्ट्ज, फेल्डस्पार, लौह खनिज, टाइटेनियम, एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड और ऑक्साइड, कार्बनिक पदार्थ आदि।
काओलिन की क्रिस्टलीय संरचना
काओलिन में अशुद्धियों की स्थिति और प्रकृति के आधार पर, काओलिन की सफेदी कम करने वाली अशुद्धियों को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: कार्बनिक कार्बन; लौह, टाइटेनियम, वैनेडियम, क्रोमियम, कॉपर, मैंगनीज आदि जैसे वर्णक तत्व; बायोटाइट, क्लोराइट आदि जैसे गहरे रंग के खनिज। सामान्यतः, काओलिन में वैनेडियम, क्रोमियम, कॉपर, मैंगनीज और अन्य तत्वों की मात्रा कम होती है, जिसका सफेदी पर नगण्य प्रभाव पड़ता है। लौह और टाइटेनियम की खनिज संरचना और मात्रा काओलिन की सफेदी को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं। इनकी उपस्थिति न केवल काओलिन की प्राकृतिक सफेदी को प्रभावित करती है, बल्कि इसकी तापन प्रक्रिया के बाद की सफेदी को भी प्रभावित करती है। विशेष रूप से, लौह ऑक्साइड की उपस्थिति मिट्टी के रंग पर नकारात्मक प्रभाव डालती है और इसकी चमक और अग्निरोधक क्षमता को कम करती है। यहां तक कि लौह ऑक्साइड के ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रेटेड ऑक्साइड की मात्रा 0.4% भी मिट्टी के तलछट को लाल से पीले रंग का बनाने के लिए पर्याप्त है। ये लौह ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड हेमेटाइट (लाल), मैग्हेमाइट (लाल-भूरा), गोएथाइट (भूरा-पीला), लिमोनाइट (नारंगी), हाइड्रेटेड लौह ऑक्साइड (भूरा-लाल) आदि हो सकते हैं। यह कहा जा सकता है कि काओलिन में लौह अशुद्धियों को दूर करना काओलिन के बेहतर उपयोग में अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
लौह तत्व की उपस्थिति अवस्था
काओलिन में लोहे की उपस्थिति की अवस्था ही लोहे को निकालने की विधि निर्धारित करने वाला मुख्य कारक है। अनेक अध्ययनों से यह ज्ञात है कि काओलिन में महीन कणों के रूप में क्रिस्टलीय लोहा मिश्रित होता है, जबकि अक्रिस्टलीय लोहा काओलिन के महीन कणों की सतह पर लेपित होता है। वर्तमान में, काओलिन में लोहे की उपस्थिति की अवस्था को देश-विदेश में दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: एक काओलिनाइट और सहायक खनिजों (जैसे अभ्रक, टाइटेनियम डाइऑक्साइड और इलाइट) में पाया जाता है, जिसे संरचनात्मक लोहा कहा जाता है; दूसरा स्वतंत्र लौह खनिजों के रूप में पाया जाता है, जिसे मुक्त लोहा कहा जाता है (जिसमें सतही लोहा, महीन कणीय क्रिस्टलीय लोहा और अक्रिस्टलीय लोहा शामिल हैं)।
काओलिन से लौह निष्कासन और सफेदीकरण द्वारा निकाला गया लोहा मुक्त लोहा होता है, जिसमें मुख्य रूप से मैग्नेटाइट, हेमेटाइट, लिमोनाइट, सिडेराइट, पाइराइट, इल्मेनाइट, जारोसाइट और अन्य खनिज शामिल होते हैं; अधिकांश लोहा अत्यधिक बिखरे हुए कोलाइडल लिमोनाइट के रूप में मौजूद होता है, और थोड़ी मात्रा में गोलाकार, सुईनुमा और अनियमित गोएथाइट और हेमेटाइट के रूप में मौजूद होता है।
काओलिन से लौह तत्व हटाने और उसे सफेद करने की विधि
जल पृथक्करण
यह विधि मुख्य रूप से क्वार्ट्ज, फेल्डस्पार और अभ्रक जैसे अवशिष्ट खनिजों और चट्टानी मलबे जैसी मोटी अशुद्धियों, साथ ही कुछ लौह और टाइटेनियम खनिजों को हटाने के लिए उपयोग की जाती है। काओलिन के समान घनत्व और घुलनशीलता वाले अशुद्ध खनिजों को हटाया नहीं जा सकता है, और सफेदी में सुधार अपेक्षाकृत कम होता है, जो अपेक्षाकृत उच्च गुणवत्ता वाले काओलिन अयस्क के संवर्धन और सफेदीकरण के लिए उपयुक्त है।
चुंबकीय पृथक्करण
काओलिन में पाए जाने वाले लौह खनिज अशुद्धियाँ आमतौर पर दुर्बल चुंबकीय होती हैं। वर्तमान में, उच्च प्रवणता प्रबल चुंबकीय पृथक्करण विधि का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है, या दुर्बल चुंबकीय खनिजों को भूनने के बाद प्रबल चुंबकीय लौह ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, और फिर सामान्य चुंबकीय पृथक्करण विधि द्वारा उन्हें अलग किया जाता है।
ऊर्ध्वाधर वलय उच्च प्रवणता चुंबकीय विभाजक
विद्युतचुंबकीय घोल के लिए उच्च प्रवणता वाला चुंबकीय विभाजक
कम तापमान वाला अतिचालक चुंबकीय विभाजक
प्लवन विधि
प्राथमिक और द्वितीयक निक्षेपों से प्राप्त काओलिन के उपचार के लिए प्लवन विधि का प्रयोग किया जाता है। प्लवन प्रक्रिया में, काओलिनाइट और अभ्रक कणों को अलग किया जाता है, और शुद्ध उत्पाद कई उपयुक्त औद्योगिक श्रेणी के कच्चे माल होते हैं। काओलिनाइट और फेल्डस्पार का चयनात्मक प्लवन पृथक्करण आमतौर पर नियंत्रित पीएच वाले घोल में किया जाता है।
कमी विधि
अपचयन विधि में, काओलिन की त्रिसंयोजक अवस्था में मौजूद लौह अशुद्धियों (जैसे हेमेटाइट और लिमोनाइट) को घुलनशील द्विसंयोजक लौह आयनों में परिवर्तित करने के लिए अपचायक एजेंट का उपयोग किया जाता है, जिन्हें छानने और धोने की प्रक्रिया द्वारा हटा दिया जाता है। औद्योगिक काओलिन से Fe³⁺ अशुद्धियों को हटाने के लिए आमतौर पर भौतिक तकनीक (चुंबकीय पृथक्करण, चयनात्मक फ्लोक्यूलेशन) और अम्लीय या अपचायक परिस्थितियों में रासायनिक उपचार का संयोजन किया जाता है।
सोडियम हाइड्रोसल्फाइट (Na₂S₂O₄), जिसे सोडियम हाइड्रोसल्फाइट के नाम से भी जाना जाता है, काओलिन से लोहे को अपचयित करने और निकालने में प्रभावी है और वर्तमान में काओलिन उद्योग में इसका उपयोग किया जाता है। हालांकि, इस विधि को प्रबल अम्लीय परिस्थितियों (pH<3) में करना पड़ता है, जिसके परिणामस्वरूप परिचालन लागत अधिक होती है और पर्यावरण पर भी इसका बुरा प्रभाव पड़ता है। इसके अलावा, सोडियम हाइड्रोसल्फाइट के रासायनिक गुण अस्थिर होते हैं, जिसके लिए विशेष और महंगे भंडारण और परिवहन व्यवस्था की आवश्यकता होती है।
थायोयूरिया डाइऑक्साइड ((NH2) 2CSO2, TD) एक प्रबल अपचायक है, जिसमें प्रबल अपचायक क्षमता, पर्यावरण अनुकूलता, धीमी अपघटन दर, सुरक्षा और बैच उत्पादन की कम लागत जैसे लाभ हैं। काओलिन में अघुलनशील Fe3+ को TD के माध्यम से घुलनशील Fe2+ में अपचयित किया जा सकता है।
इसके बाद, छानने और धोने के बाद काओलिन की सफेदी बढ़ाई जा सकती है। टीडी कमरे के तापमान और तटस्थ परिस्थितियों में बहुत स्थिर होता है। टीडी की प्रबल अपचायक क्षमता केवल प्रबल क्षारीयता (pH>10) या तापन (T>70°C) की स्थितियों में ही प्राप्त की जा सकती है, जिसके परिणामस्वरूप परिचालन लागत अधिक होती है और यह प्रक्रिया कठिन होती है।
ऑक्सीकरण विधि
ऑक्सीकरण उपचार में सफेदी बढ़ाने के लिए अधिशोषित कार्बन परत को हटाने हेतु ओजोन, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, पोटेशियम परमैंगनेट और सोडियम हाइपोक्लोराइट का उपयोग शामिल है। मोटी ऊपरी परत के नीचे गहराई में स्थित काओलिन धूसर रंग का होता है, और काओलिन में मौजूद लोहा अपचायक अवस्था में होता है। पाइराइट में अघुलनशील FeS2 को घुलनशील Fe2+ में ऑक्सीकृत करने के लिए ओजोन या सोडियम हाइपोक्लोराइट जैसे प्रबल ऑक्सीकारक एजेंटों का उपयोग करें, और फिर Fe2+ को सिस्टम से हटाने के लिए धो लें।
अम्ल लीचिंग विधि
एसिड लीचिंग विधि में, काओलिन में मौजूद अघुलनशील लौह अशुद्धियों को अम्लीय विलयनों (हाइड्रोक्लोरिक अम्ल, सल्फ्यूरिक अम्ल, ऑक्सालिक अम्ल आदि) में घुलनशील पदार्थों में परिवर्तित किया जाता है, जिससे काओलिन से लौह का पृथक्करण संभव हो पाता है। अन्य कार्बनिक अम्लों की तुलना में, ऑक्सालिक अम्ल को इसकी अम्लीय प्रबलता, अच्छे कॉम्प्लेक्सिंग गुण और उच्च अपचायक क्षमता के कारण सबसे आशाजनक माना जाता है। ऑक्सालिक अम्ल की सहायता से, घुलित लौह को लीचिंग विलयन से फेरस ऑक्सालेट के रूप में अवक्षेपित किया जा सकता है, और कैल्सीनेशन द्वारा शुद्ध हेमेटाइट बनाने के लिए आगे संसाधित किया जा सकता है। ऑक्सालिक अम्ल अन्य औद्योगिक प्रक्रियाओं से सस्ते में प्राप्त किया जा सकता है, और सिरेमिक निर्माण के फायरिंग चरण में, उपचारित सामग्री में बचा हुआ कोई भी ऑक्सालेट कार्बन डाइऑक्साइड में विघटित हो जाता है। कई शोधकर्ताओं ने ऑक्सालिक अम्ल के साथ लौह ऑक्साइड को घोलने के परिणामों का अध्ययन किया है।
उच्च तापमान कैल्सीनेशन विधि
कैल्सीनेशन एक विशेष श्रेणी के काओलिन उत्पादों के उत्पादन की प्रक्रिया है। उपचार तापमान के आधार पर, कैल्सीनेटेड काओलिन की दो अलग-अलग श्रेणियां प्राप्त होती हैं। 650-700 ℃ के तापमान पर कैल्सीनेशन से संरचनात्मक हाइड्रॉक्सिल समूह हट जाते हैं, और वाष्प के निकलने से काओलिन की लोच और अपारदर्शिता बढ़ जाती है, जो कागज पर कोटिंग के लिए एक आदर्श गुण है। इसके अलावा, काओलिन को 1000-1050 ℃ पर गर्म करने से न केवल घिसाव प्रतिरोध बढ़ता है, बल्कि 92-95% सफेदी भी प्राप्त होती है।
क्लोरीनीकरण कैल्सीनेशन
क्लोरीनीकरण द्वारा चिकनी मिट्टी के खनिजों, विशेष रूप से काओलिन से लोहा और टाइटेनियम को अलग किया गया और अच्छे परिणाम प्राप्त हुए। क्लोरीनीकरण और कैल्सीनेशन की प्रक्रिया में, उच्च तापमान (700 ℃ - 1000 ℃) पर, काओलिनाइट का डीहाइड्रॉक्सिलेशन होकर मेटाकाओलिनाइट बनता है, और इससे भी अधिक तापमान पर स्पिनेल और मुलाइट चरण बनते हैं। ये परिवर्तन सिंटरिंग के माध्यम से कणों की जलरोधकता, कठोरता और आकार को बढ़ाते हैं। इस प्रकार से उपचारित खनिजों का उपयोग कागज, पीवीसी, रबर, प्लास्टिक, चिपकने वाले पदार्थ, पॉलिशिंग और टूथपेस्ट जैसे कई उद्योगों में किया जा सकता है। उच्च जलरोधकता इन खनिजों को कार्बनिक प्रणालियों के साथ अधिक अनुकूल बनाती है।
सूक्ष्मजीवविज्ञानिक विधि
खनिजों के सूक्ष्मजीवीय शुद्धिकरण की तकनीक खनिज प्रसंस्करण का एक अपेक्षाकृत नया विषय है, जिसमें सूक्ष्मजीवीय लीचिंग तकनीक और सूक्ष्मजीवीय प्लवन तकनीक शामिल हैं। खनिजों की सूक्ष्मजीवीय लीचिंग तकनीक एक ऐसी निष्कर्षण तकनीक है जो सूक्ष्मजीवों और खनिजों के बीच गहरी परस्पर क्रिया का उपयोग करके खनिजों के क्रिस्टल जालक को नष्ट करती है और उपयोगी घटकों को घोल देती है। काओलिन में मौजूद ऑक्सीकृत पाइराइट और अन्य सल्फाइड अयस्कों को सूक्ष्मजीवीय निष्कर्षण तकनीक द्वारा शुद्ध किया जा सकता है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले सूक्ष्मजीवों में थियोबैसिलस फेरोऑक्सिडेंस और लौह-अपचायक जीवाणु शामिल हैं। यह सूक्ष्मजीवीय विधि कम लागत वाली और कम पर्यावरणीय प्रदूषण वाली है, जो काओलिन के भौतिक और रासायनिक गुणों को प्रभावित नहीं करती है। यह काओलिन खनिजों के लिए विकास की संभावनाओं वाली एक नई शुद्धिकरण और सफेदी विधि है।
सारांश
काओलिन से लौह तत्व हटाने और उसे सफेद करने के उपचार में, विभिन्न रंग कारणों और अनुप्रयोग उद्देश्यों के अनुसार सर्वोत्तम विधि का चयन करना आवश्यक है, ताकि काओलिन खनिजों के समग्र सफेदी प्रदर्शन में सुधार हो सके और इसका उपयोग और आर्थिक मूल्य उच्च हो सके। भविष्य में विकास की दिशा रासायनिक विधि, भौतिक विधि और सूक्ष्मजैविक विधि की विशेषताओं को एकीकृत रूप से संयोजित करना होना चाहिए, ताकि उनके लाभों का पूर्ण उपयोग किया जा सके और उनकी कमियों और खामियों को दूर किया जा सके, जिससे बेहतर सफेदी प्रभाव प्राप्त हो सके। साथ ही, विभिन्न अशुद्धियों को हटाने की विधियों के नए तंत्र का गहन अध्ययन करना और प्रक्रिया में सुधार करना भी आवश्यक है, ताकि काओलिन से लौह तत्व हटाने और उसे सफेद करने की प्रक्रिया को हरित, कुशल और कम कार्बन उत्सर्जन की दिशा में विकसित किया जा सके।
पोस्ट करने का समय: 02 मार्च 2023