Каолинит (каолин) — свойства, произход, добив и приложения

Каолинит (каолин): изчерпателен преглед на свойства, произход, добив и приложения — от порцелан и индустрия до козметика. Практически съвети, цветове и технологии.

Каолинит или каолин е глинест минерал. Той е от групата на минералите с химичен състав Al2Si2O5(OH)₄. Той е слоест силикатен минерал, с един тетраедричен лист, свързан чрез кислородни атоми с един октаедричен лист от алуминий. Скалите, които са богати на каолинит, са известни като каолин или порцеланова глина.

Името идва от името на Као-Лин, село близо до Дзиндежен, провинция Дзянси, Китай. Названието навлиза в английския език през 1727 г. от френското kaolin, използвано в докладите на йезуитски свещеник от Дзиндежен. В Африка каолинът понякога е известен като калаба или калаба.

Каолинитът е мек, землист, обикновено бял минерал (диоктаедрична филосиликатна глина). Получава се при химическото изветряне на алуминиевосиликатни минерали като фелдшпат. В много части на света той е оцветен в розово-оранжево-червено от железния оксид, което му придава ясно изразен ръждив оттенък. При по-слаби концентрации се получават бели, жълти или светлооранжеви цветове. Понякога се срещат редуващи се слоеве, както в държавния парк Providence Canyon в Джорджия, САЩ. Търговските марки каолин се доставят и транспортират под формата на сух прах, полусух юфка или течна суспензия.

Каолинитът има нисък капацитет на свиване и нисък катионно-обменен капацитет, което го прави идеален за различни промишлени приложения.

Физични и химични свойства

Каолинитът е диоктаедричен филосиликат с триклнина кристална структура. Някои ключови характеристики:

• Твърдост: около 2–2,5 по скалата на Mohs (много мек).
• Плътност: приблизително 2,6 g/cm3 (варира според примеси и порьозност).
• Цвят: обикновено бял, но често има жълти, розови или ръждиви оттенъци поради железни оксиди и други примеси.
• Физическа форма: тънки плаки (пластинки), агломерати и микроскопични частици; добрата пластичност прави каолина подходящ за керамика.
• Повърхност и активност: сравнително ниска специфична повърхност и нисък катионно-обменен капацитет (CEC) спрямо други глини (напр. смектити).
• Термична стабилност: при нагряване около 450–650 °C каолинит се девитализира до метакаолин (дехидроксилиране), което променя физичните и химичните му свойства и му придава по-позоланични характеристики.

Произход и образуване

Каолинитът се формира предимно чрез химическо изветряне (хидроксилно разлагане) на силикатни минерали, най-често на полеви шпати в кисели до неутрални условия. Процесът изисква вода и често продължително време при умерени температури. Възможни са и други механизми на образуване, включително хидротермално образуване и седиментарно отлагане на глини от водни разтвори.

В природата каолинитните легла могат да бъдат повърхностни (зонати от изветряване) или седиментарни (отложени частици). Често те се срещат в комбинация с кварц, микроклин и други вторични минерали.

Добив и промишлена обработка

• Добив: най-често чрез открит добив (кариера). В по-малки мащаби се извлича чрез ръчна обработка.
• Предварителна обработка: включва мокро сепариране, мелене, атритионно третиране за отделяне на кварц и полевшпат, магнитна сепарация за премахване на желязосъдържащи примеси и флотация.
• Белене: химическа обработка (например с хидроген пероксид или серни агенти) се използва за повишаване на белотата и премахване на органични и железни примеси.
• Калцинация: термична обработка (≈450–900 °C) произвежда метакаолин — активен позоланов продукт, използван в строителни материали (цименти и бетони).
• Финално преработване: гранулиране, сушене, фино смилане и класификация; търговсият продукт може да бъде на прах, полусуха юфка или течна суспензия.

Аналитични методи и качество

Оценката на каолина включва:

• XRD (рентгенова дифракция) за идентификация на минералите;
• XRF/ICP за химичен състав;
• SEM за морфология на частиците;
• измерване на белота и яркост, съдържание на Fe2O3 и SiO2/Al2O3 съотношение;
• параметри като LOI (loss on ignition), плътност, разпределение на фракциите и CEC.

Основни приложения

Каолинът е многофункционален индустриален минерал и намира приложение в много сектори:

• Керамика и порцелан — основна суровина за производство на порцелан, санитарен фаянс, плочки и керамични изделия поради пластичността, белотата и термостойкостта.
• Хартия — използва се като пълнител и покривен пигмент за подобряване на белота, гладкост, опацитет и печатаемост.
• Бои и покрития — в ролята си на пълнител и антиколориращ агент за подобряване на оптичните и реологичните свойства.
• Пластмаси и каучук — като напълнител за увеличаване на твърдост и размерна стабилност; може да подобри механични свойства и обработваемост.
• Строителство — калцинирани каолини (метакаолин) като позоланови добавки в цименти и бетони за подобряване на якост и издръжливост.
• Козметика и фармация — използва се в продукти за грижа за кожата, прахове, маски и като неактивен ексципиент в таблетки; исторически е използван и като средство против диария.
• Селско стопанство и градинарство — като добавка в почви, за задържане на вода и като защитно покритие (каолинови спрейове) срещу насекоми и слънчев стрес.
• Неорганични и органични адхезиви, абсорбенти, филтриращи материали, дограма за нефтени сондажи (инхибитори на филтрация), електроизолационни материали и др.
• Новите технологии — използване в композити, наноматериали и като носител или модифициран филер в специализирани приложения.

Икономическо значение и светови производители

Каолинът е важен суровинен продукт за керамичната, хартиената и строителната индустрии. Основни региони за добив и производство са Китай (включително района около Дзиндежен), Бразилия, САЩ и няколко европейски и африкански държави. Качество и белота на каолина са ключови фактори за пазарната му стойност.

Екологични и здравни аспекти

При добив и преработка каолиновите мини могат да доведат до промени в ландшафта, ерозия, загуба на горски покрив и влошаване на качеството на водите, ако не се управляват правилно. Чрез възстановяване на кариерата, контрол на прах и третиране на отпадъчни води тези въздействия могат да бъдат ограничени.

От гледна точка на здравето, каолиновият прах може да дразни дихателните пътища и очите. Важен е контролът на праха на работните места и използването на лични защитни средства. По-голяма опасност представлява наличието на кристален кварц (кристален силициев диоксид) в примеси, който е свързан с риск от силикоза при продължително вдишване. Следователно мониторингът на съдържанието на кварц и спазването на норми за експозиция са необходими.

Кратки заключения

Каолинитът (каолин) е широко разпространен и многофункционален минерал с ясно изразени свойства — бяла до светлооцветена глина с добра пластичност, нисък CEC и специфично приложение в хартията, керамиката, строителството, козметиката и други индустрии. Неговата стойност зависи от химическия състав, белотата, микроструктурата и наличието на примеси, а правилната промишлена обработка и екологичен контрол гарантират устойчивото му използване.

Въпроси и отговори

В: Какво е каолинит?

Въпрос: Откъде идва наименованието "каолин"?

Въпрос: Какъв цвят има обикновено каолинита?

В: Как се доставя и транспортира каолинита?

В: Какво прави каолинита идеален за различни индустриални приложения?

В: В кои други части на света каолинът е известен под друго име?

Търсене по буква