Kaolinit (kaolin) – definicija, lastnosti in uporaba

Kaolinit ali kaolin je glineni mineral. Sodi v skupino s kemijsko sestavo Al2Si2O5(OH)₄. Je plastnat silikatni mineral, pri čemer je ena tetraedrična plošča prek kisikovih atomov povezana z eno oktaedrično ploščo aluminijevega oksida. Kamnine, ki so bogate s kaolinitom, so znane kot kaolin ali porcelanska glina.

Ime je nastalo po vasi Kao-Ling v bližini mesta Jingdezhen v provinci Jiangxi na Kitajskem. Ime je v angleščino prišlo leta 1727 iz francoskega kaolin, ki ga je jezuitski duhovnik uporabil v svojih poročilih iz Jingdezhena. V Afriki je kaolin včasih znan kot kalaba ali calaba.

Kaolinit je mehak, zemeljski, običajno bel mineral (dioktaedrična filosilikatna glina). Nastane s kemičnim vremenskim procesom aluminijevih silikatnih mineralov, kot je skalnjak. V mnogih delih sveta ga železov oksid obarva rožnato-oranžno-rdeče, kar mu daje izrazito rjast odtenek. Pri lažjih koncentracijah dobimo belo, rumeno ali svetlo oranžno barvo. Včasih najdemo izmenične plasti, kot na primer v državnem parku Providence Canyon v Georgii v Združenih državah Amerike. Komercialne vrste kaolina se dobavljajo in prevažajo v obliki suhega prahu, polsuhe rezance ali tekoče kaše.

Kaolinit naj bi imel majhno sposobnost krčenja in majhno sposobnost kationske izmenjave, zaradi česar je idealen za različne industrijske aplikacije.

Strukturne in fizikalne lastnosti

• Kristalna zgradba: 1:1 plastna zloženka – ena tetraedrična (SiO4) plošča povezana z eno oktaedrično (AlO6) ploščo; plasti so povezane z vodikovimi vezmi.
• Trdota: nizka, okoli 2–2,5 po Mohsovi lestvici.
• Specifična teža: približno 2,6–2,65 g/cm³.
• Barva in sijaj: običajno bel do kremast; lahko rjavkasto-rdeč zaradi primesi železovega oksida; sijaj je zemeljski do siv.
• Reaktivnost ob segrevanju: pri približno 450–600 °C dehidriranje in prehod v amorfni metakaolin (pozzolanska faza); pri višjih temperaturah nastajata spinelna faza in mullit.
• Kationska izmenjava: zelo nizka sposobnost (nizka CEC), zato ne veže močno kationov kot nekatere druge gline.
• Plastičnost in krčenje: relativno nizka plastičnost in majhno krčenje pri sušenju, zato je primeren za določene keramične izdelke in aplikacije, kjer je stabilnost dimenzij pomembna.

Nastanek in nahajališča

Kaolinit nastaja predvsem z intenzivnim kemičnim vremenskimi procesi razkroja silikatnih mineralov (npr. skalnjak, feldspati) v kislem in vlažnem podnebju. Poleg tega se oblikuje kot produkt hidrotermalne alteracije in v sedimentarnih okolij, kjer se mulji bogati z glino konsolidirajo. Velika nahajališča so znana na Kitajskem (Jingdezhen), v ZDA (npr. Georgia), Južni Ameriki, Avstraliji, Afriki in Evropi.

Pridobivanje in obdelava

• Rudninska dejavnost: običajno odprte jamarske metode ali bagersko izkopavanje slabo konsolidiranih sedimenčnih zalog.
• Urejanje (beneficiation): vključuje drobljenje, mletje, flotacijo, pemolitev, magnetno ločevanje, beljenje (za odstranjevanje železovih oksidov) in razločevanje po velikosti delcev.
• Oblike za trg: suhi prah, polsuhi rezanci, tekoča kaša (slurry) — od tega je odvisna uporaba in transport.
• Kalcination: termična obdelava za proizvodnjo metakaolina (pozzolan), ki je pomemben dodatek v betonu in gradbeništvu.

Uporaba

Kaolin ima zelo širok spekter industrijskih in potrošniških uporab, ker združuje belo barvo, fino zrnato strukturo, kemično stabilnost in nizko plastiko.

• Keramika in porcelan: osnovna uporaba za izdelavo porcelana, lončenine in tehničnih keramike zaradi beline in pečljivosti.
• Gradbeništvo in cement: kalciniran kaolin (metakaolin) se uporablja kot pozzolansko vezivo in dodatek v betonu za izboljšanje trdnosti, trajnosti in zmanjšanje prepustnosti; zmanjša tveganje za alkalno-silikatno reakcijo.
• Papirna industrija: kot polnilo in premaz za izboljšanje beline, gladkosti in tiskalnih lastnosti papirja.
• Barve in premazi: kot pigment in nosilec za povečanje opacitete, izboljšanje konsistence in stabilnosti.
• Guma, plastika in lepila: kot polnilo za izboljšanje mehanskih lastnosti, stabilnosti in zmanjšanja stroškov surovin.
• Kozmetika in farmacija: uporablja se v nekaterih kozmetičnih izdelkih (npr. maske, pudri) in kot farmacevtski adjuvant; ima adsorbirajoče lastnosti.
• Toaletni in čistilni proizvodi: v zobnih pastah, pudrih in nekaterih blazinicah zaradi fine teksture in nežnosti do kože.
• Agrikultura: kaolin se uporablja kot foliarni sprej (»particle film«) za odganjanje insektov in zaščito sadežev pred toplotnim stresom ter neposrednim poškodbam.
• Katalizatorji in nosilci: kot stabilen nosilec za različne katalitične sisteme v kemijski industriji.
• Okoljske in filtracijske aplikacije: v nekaterih primerih za adsorpcijo, čiščenje in filtracijo tekočin.

Zgodovina in kulturni pomen

Zgodovinsko je bil kaolin ključna sestavina za proizvodnjo visokokakovostnega porcelana v Jingdezhenu na Kitajskem, od koder izhaja tudi ime (Kao-Ling). V Evropo je ime prišlo prek francoskih poročil iz 18. stoletja. V različnih kulturah se je kaolin uporabljal tudi kot barvilo, gradbeni material ali celo v tradicionalni medicini in prehrani (npr. afriški izraz kalaba).

Zdravje, varnost in okoljski vplivi

• Tveganja pri vdihavanju: dolgotrajna izpostavljenost prahu kaolina lahko povzroči pljučne težave (kaolinosis), zato je potrebna ustrezna zaščita pri industrijski obdelavi (izsesovalni sistemi, zaščitne maske).
• Toksičnost: kaolinit ima ponavadi nizko akutno toksičnost, vendar finer respirabilni delci predstavljajo največje tveganje.
• Okoljski vpliv rudarjenja: kot pri drugih rudninah lahko rudarjenje vpliva na krajevne ekosisteme, zato so pomembne sanacijske in rekultivacijske prakse.

Povzetek

Kaolinit/kaolin je široko uporabljen, tehnološko pomemben glineni mineral z značilno 1:1 slojno strukturo, nizko kationsko izmenjavo in dobro belino. Zaradi svojih fizikalnih in kemičnih lastnosti je nepogrešljiv v keramiki, papirni industriji, barvah, gradbeništvu in številnih drugih tehnologijah. Njegova obdelava (vključno s kalcinacijo v metakaolin) še dodatno razširi možnosti uporabe, medtem ko rudarjenje in industrijska obdelava zahtevata primerne varnostne in okoljske ukrepe.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je kaolinit?

V: Od kod izvira ime "kaolin"?

V: Kakšne barve je običajno kaolinit?

V: Kako se kaolinit dobavlja in prevaža?

V: Zakaj je kaolinit idealen za različne industrijske aplikacije?

V: V katerih drugih delih sveta je kaolin znan pod drugačnim imenom?

Išči po črki