Kaolīns (kaolinīts) — definīcija, īpašības un izmantošana

Uzzini visu par kaolīnu — definīcija, ķīmiskās un fizikālās īpašības, ieguve un pielietojumi porcelānā, kosmētikā, medicīnā un rūpniecībā.

Kaolinīts jeb kaolīns ir māla minerāls. Tas pieder pie grupas ar ķīmisko sastāvu Al2Si2O5(OH)₄. Tas ir slāņveida silikātu minerāls, kurā viena tetraedrālā plāksne ir saistīta ar skābekļa atomiem ar vienu oksīda oktaedrālo plāksni. Ieži, kas ir bagāti ar kaolinītu, ir pazīstami kā kaolīns vai porcelāna māls.

Nosaukums cēlies no ciemata Kao-Ling netālu no Dzindžeņas, Dzjansi provincē, Ķīnā. Nosaukums angļu valodā ienāca 1727. gadā no franču valodas nosaukuma kaolin, kas tika lietots jezuītu priestera ziņojumos no Jingdezhen. Āfrikā kaolīnu dažkārt dēvē par kalabu vai kalabu.

Kaolinīts ir mīksts, zemisks, parasti balts minerāls (dioktaedrisks fitosilikāta māls). To iegūst, ķīmiski atmosfēras iedarbībā sadaloties alumīnija silikātu minerāliem, piemēram, laukšpātam. Daudzviet pasaulē dzelzs oksīds to iekrāso rozā vai oranžsarkanā krāsā, piešķirot tam izteiktu rūsas nokrāsu. Vieglākas koncentrācijas rada baltu, dzeltenu vai gaiši oranžu krāsu. Dažkārt ir sastopami pārmaiņus slāņi, piemēram, Providensas kanjona valsts parkā Džordžijas štatā, ASV. Komerciālās kaolīna šķirnes piegādā un transportē sausa pulvera, pussausas nūdeles vai šķidras suspensijas veidā.

Struktūra un īpašības

Kaolinīts ir 1:1 slāņveida silikāts — tas nozīmē, ka katra slāņa sastāvā ir viena tetraedrālā (SiO4) plāksne un viena oktaedrālā (AlO6) plāksne. Starp šiem slāņiem dominē ūdeņraža saites, kas dod materiālam zemu plašu slāņu savienojumu un ierobežotu jonapmaiņu. Kaolinīts parasti ir dioktaedrisks (divas no trim oktaedrālajām vietām ir aizņemtas ar Al3+).

Bieži sastopamās fizikālās īpašības:

• Krāsa: parasti balta, bet var būt dzeltenīga, rozīga vai oranža dzelzs oksīdu klātbūtnes dēļ;
• Blīvums: apmēram 2,6 g/cm³;
• Partikulu izmērs: lielākoties ļoti smalki — daļas mērogā mikrometros (<2 µm) — kas padara to par labu aizpildmateriālu un pārklājumu komponentu;
• Ķīmiski stabils pie normāliem apstākļiem, zema saraustīšanās (shrinkage) un zema katjonu apmaiņas spēja (CEC);
• Termiski dehidratējot, kaolīns pārveidojas par metakaolīnu, kas ir reaktīvs materiāls cementa un ģipša sajaukumos.

Veidošanās un atradnes

Kaolinīts veidojas galvenokārt ar izogēnu vai hidrotermālu izskalošanos un laukšpāta un citu silikātu ķīmisku noārdīšanos (process saukts par kaolinēšanos). Nav tikai viena veida nogulšņu — tie var būt sekundāri (reziduāli) nogulumi tropu reģionos, kur aurojoties notiek intensīva lauka slāņu ķīmiskā pārveide, vai arī hidroterminās izcelsmes vērtīgas depozīcijas ar augstu tīrību.

Rūpnieciskā apstrāde

Ieguves un apstrādes posmi var ietvert kaņepšanu, žāvēšanu, malšanu, šķelšanu, klasifikāciju un balināšanu, lai uzlabotu balto krāsu un samazinātu organisko vielu saturu. Dažām lietojumprogrammām kaolīns tiek kalcinēts (apstrādāts ar siltumu) un pārvērsts par metakaolīnu, kas ir reaktīvs aluminosilikāts izmantošanai cementa pastiprināšanā un kā pozzolānisks piejaukums.

Izmantošana

Kaolīna lietojumi ir plaši un dažādi. Galvenākie no tiem:

• Keramika un porcelāns: kaolīns ir pamats porcelāna ražošanā (tajā skaitā Jingdezhen porcelāns) — tas nodrošina baltumu, formu noturību un plastiskumu māla izstrādājumos;
• Papīrs: izmanto kā pārklājumu un pildvielu, lai uzlabotu gludumu, krāsas balto toni un apdruku;
• Krāsas un lakas: kā pigmenta aizpildītājs un biezinātājs, uzlabo finiša īpašības;
• Gumija un plastmasa: izmanto kā pildvielu mehānisku īpašību pielāgošanai;
• Kosmētika un farmācija: kā absorbents, pildviela un iedarbīga sastāvdaļa dažos produktos (piemēram, sejas maskās);
• Celtniecības materiāli: metakaolīns kā papildmateriāls cementa maisījumos — uzlabo mehāniskās īpašības un noturību pret ķīmiskām vielām;
• Lauksaimniecība: kā pārnēsāšanas līdzeklis insekticīdiem un kā augsnes uzlabotājs dažkārt;
• Filtrācijas un katalīzes atbalsts: dažkārt izmanto kā nesēju materiālu katalizatoriem un filtriem.

Analīze un kvalitātes rādītāji

Kaolīna kvalitāti nosaka vairākas laboratoriskas metodes: XRD (rentgenstaru difraktometrija) minerāla identifikācijai, BET virsmas laukuma mērīšanai, partikulu izmēru analīze, LOI (loss on ignition) organisko un hidratēto komponentu noteikšanai, kā arī baltuma un balināšanas rādītāji. Rūpniecībā svarīgi kritēriji ir tīrība (SiO2/Al2O3 attiecība), dzelzs oksīda saturs (krāsa), smalkums un plastiskums.

Veselība, drošība un vide

Kaolīns parasti tiek uzskatīts par relatīvi drošu salīdzinājumā ar kvartu; tomēr ilgstoša un intensīva smalkā putekļu ieelpošana var izraisīt plaušu kairinājumu un dažos gadījumos kaolīna minerālu iedarbība ir saistīta ar plaušu apiedēkļu slimībām (kaolinozi). Rūpnieciskajā ražošanā izmanto darba aizsardzības pasākumus — vietējo ventilāciju, putekļu filtrus un personisko aizsardzību (respiratorus). Minešanas un apstrādes procesiem ir jāapsver arī notekūdeņu, erozijas un ainavas atjaunošanas jautājumi.

Kaolinīts ar zemu saraustīšanās spēju un zemu katjonu apmaiņas spēju tiešām ir ļoti piemērots plašam rūpniecisko pielietojumu spektram — no tradicionālās porcelāna ražošanas līdz mūsdienu tehniskajām un būvniecības lietojumprogrammām.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir kaolinīts?

J: No kurienes cēlies nosaukums "kaolīns"?

J: Kādas krāsas parasti ir kaolinīts?

J: Kā tiek piegādāts un transportēts kaolinīts?

J: Kas padara kaolinītu ideāli piemērotu dažādiem rūpnieciskiem lietojumiem?

J: Kur citur pasaulē kaolīnu sauc citādi?

Meklēt pēc burta