Kaoliin (kaoliiniit) — definitsioon, omadused, teke ja kasutus

Kaoliin — valge portselanisavi: definitsioon, omadused, teke ja mitmekülgsed tööstuslikud kasutusvõimalused (portselan, kosmeetika, paber, värvid ja keemiatööstus).

Kaoliin ehk kaoliin on savimineraal. See kuulub rühma, mille keemiline koostis on Al2Si2O5(OH)₄. See on kihiline silikaatmineraal, mille üks tetraeedriline leht on seotud hapniku aatomite kaudu ühe oktaeedrilise alumiiniumoksiidi lehega. Kaoliinirikkaid kivimeid nimetatakse kaoliiniks või portselanisaviks.

Nimi on pärit Kao-Lingi küla järgi, mis asub Jingdezheni lähedal Jiangxi provintsis Hiinas. Nimi jõudis inglise keelde 1727. aastal prantsuskeelsest kaoliinist, mida kasutati jesuiitide preestri aruannetes Jingdezhenist. Aafrikas on kaoliin mõnikord tuntud kui kalaba või calaba.

Kaoliiniit on pehme, muldjas, tavaliselt valge mineraal (dioktaedriline füllosilikaatsavi). See tekib alumiiniumsilikaatmineraalide, näiteks maasipati keemilisel lagundamisel. Paljudes maailma osades on see raudoksiidist roosa-oranžipunaseks värvitud, andes talle selge roostetooni. Heledamad kontsentratsioonid annavad valge, kollase või heleoranži värvi. Mõnikord leidub vaheldumisi kihti, nagu näiteks Providence Canyoni osariigi pargis Georgia osariigis, Ameerika Ühendriikides. Kaoliini kaubanduslikke kvaliteediklasse tarnitakse ja transporditakse kuiva pulbri, poolkuiva nuudli või vedela läga kujul.

Kaoliinil on väidetavalt madal kokkutõmbumisvõime ja madal katioonivahetusvõime, mis muudab selle ideaalseks erinevate tööstuslike rakenduste jaoks.

Keemiline koostis ja kristallstruktuur

Keemiliselt on kaoliin peamiselt Al2Si2O5(OH)₄. Struktuur on tüüpiline 1:1 füllosilikaadi jaoks — iga tetraeedriline silikaadleht on seotud ühe oktaeedrilise alumiiniumoksiidi lehega. Kihtide vahel on vesiniksidemed, mis annavad kaoliinile lamekujulise (plaadilaadse) morfoloogia ja kerge koesuse.

Füüsikalised omadused

• Värvus: tavaliselt valge, kuid võib olla kollakas, heleoranž või roosakas raudoksiidi sisaldusest.
• Kõvadus: Mohsi skaala järgi umbes 2–2,5 (seega õrnalt kriibitav küüne või nuga abil).
• Tihedus: ligikaudu 2,6 g/cm³.
• Tekstuuri ja läige: muldjas kuni siidine, matt kuni poolläikega pinnaga; näitab plaadista kristallikut.
• Termiline stabiilsus: dehüdreerub kuumutamisel (~450–600 °C) metakaoliniks; kõrgematel temperatuuridel tekivad mulliit ja muud kõrgtemperatuurilised faasid.
• Keemilised omadused: madal katioonivahetusvõime (CEC) ja madal kokkutõmbumine keraamikas, mis on tööstuseks olulised omadused.

Tekkeviisid ja geoloogiline esinemine

Kaoliin tekib peamiselt kahte viisi:

• Weathering (keemiline ilmnemine): primaarsetest alumiiniumsilikaatidest, nagu maasipat või feldspar, veega toimuvate keemiliste reaktsioonide käigus madalatel temperatuuridel ja survetega. See on levinud niiskes kliimas, kus leostumine eemaldab silikaati ja jätab alumiiniumrikkamad savid.
• Hüdrotermalne alteratsioon: kuumadel mineraaliseerunud vedelikel põhinev muundumine, sageli seondub pegmatite või vulkaanilise tegevusega.

Kaoliin esineb pehmete savikihistuste, nodulite, liivakivistesse mäda täppidena või laialehkisena kaevandatavates ladestustes. Heaks tuntud näide USA-s on Providence Canyon (Georgia), samuti on suured kaoliinitoodangud Hiinas ja Brasiilias.

Töötlemine ja tööstuslik ettevalmistus

Kaoliinikaevanduses eraldatakse toorainest liiva- ja lubjakiviosakesed, järgnevad protsessid võivad hõlmata:

• määrdumiste ja tahkete lisandite pesemine ja klassifitseerimine;
• attritsioon ja dispersioon, et lahti saada suurematest aglomeraatidest;
• froth-flotatsioon või keemiline pleegitamine raudoksiidi eemaldamiseks (valgemaks saaduse saavutamiseks);
• kuivatamine ja jahvatamine kuni nõutava osakestesuuruseni või vedela läga ettevalmiste valmistamine;
• kaltsineerimine metakaolini tootmiseks (pozzolaanse lisandi saamiseks ehitustööstusele).

Kasutusalad

Kaoliinil on palju rakendusi tänu valgele värvile, keemilisele stabiilsusele ja peenetele osakestele. Olulised kasutusalad:

• Keraamika ja portselan: kõrge kvaliteediga portselaani tooraine (portselanisavi) — annab heleda värvi, tugevuse ja sobivad plastilisusomadused.
• Paberitööstus: paberipindade õli- ja värvkatete täitematerjal ning valgendaja ja täiteaine, parandades printitavust ja mattust.
• Värvid ja kattekihid: täiteaine ja korrosioonivastased omadused, parandab püsivust ja tihedust.
• Kumm ja plastid: täiteaine, mis parandab mehaanilisi omadusi ja vähendab kulusid.
• Rehvid ja liimid: täite- ja parandajaaine.
• Ehitusmaterjalid: kaltsineeritud kaoliin (metakaolin) toimib pozzolana ja parandab betooni tugevust ja vastupidavust.
• Naftapuurtööstus: mudade koostisosana viskoossuse juhtimiseks.
• Farmatseutilised ja kosmeetilised tooted: kasutatud mõnikord imendajana näomaskides, ja varasemalt (nt kaolin-pektiin) kõhulahtisuse vastu; tänapäeval kasutatakse puhtaid ja spetsialiseeritud fraktsioone ning järgides ohutusnõudeid.
• Muud: paberi pinnakatete, filtrite, katalüsaatorite toetusmaterjalide ja värvainete kandjatena.

Keskkond ja ohutus

Kaoliin on keemiliselt suhteliselt neutraalne ja madala toksilisusega. Siiski on oluline arvestada tööstusliku töötlemisega seotud tolmu sissehingamise riskiga. Pikaajaline ja intensiivne kokkupuude peene tolmuga võib põhjustada hingamisteede ärritust ja harvadel juhtudel tööalast kroonilist savipõhist pneumokonioosi (kaolinoos). Seetõttu kasutatakse tootmises tolmumaski, efektiivset ventilatsiooni ja töökaitsemeetmeid.

Kaoliini kaevandamisel tuleb planeerida pinnase taastamist ja veekasutuse juhtimist, et vähendada erosiooni ja vee reostust. Bleegitus- ning pesuvee töötlemine on oluline, et eemaldada raua ja muud lisandid töötlemisprotsessist lähtuvad heitmed.

Olulised märkused

• Kaoliini omadused võivad oluliselt varieeruda sõltuvalt leidmisest — värvusest, osakeste suurusest ja raudoksiidi sisaldusest.
• Toodangu kvaliteet mõjutab otseselt kasutusalasid: valge ja madala rauasisaldusega kaoliin sobib elektroonika ja keraamika jaoks paremini.
• Kuiv, poolkuiv (nuudli) ja vedel läga on tavalised kaubandusvormid, nagu eelnevalt mainitud (läga kujul).

Küsimused ja vastused

K: Mis on kaoliiniit?

K: Kust pärineb nimetus "kaoliin"?

K: Mis värvi on tavaliselt kaoliinit?

K: Kuidas kaoliiniiti tarnitakse ja transporditakse?

K: Mis teeb kaoliiniidi ideaalseks erinevate tööstuslike rakenduste jaoks?

K: Millistes maailma osades tuntakse kaoliini veel millegi muu nime all?

Otsing