1. پارس کائولن
  2. /
  3. کائولن

کائولن: ویژگی ها، کانی‌ شناسی، خواص و کاربردها

کائولن

کائولن

کائولن یک کانی صنعتی سفید رنگ از گروه کانی های رسی است و به سنگی گفته می‌شود که مقدار کائولینیت آن بیش از ۵۰ درصد باشد. کائولین از دو لایه تشکیل شده است: یک لایه از چهار وجهی های سیلیس و لایه دیگر از هشت وجهی های آلومینیوم. اختلاف کانی های مختلف گروه کائولن در جهت قرار گرفتن این لایه روی یکدیگر است. کائولینیت فراوانترین کانی این گروه است، اما کائولینیت و دیگر کانی‌های کائولین که مقدار رس متغیر و ترکیب ناهمگنی دارند نیز کائولن نامیده می‌شوند. واژه کائولن از کلمه Kau-Ling به معنی قله مرتفع نام تپه‌ای در ایالات Jau-Chaufo چین مشتق شده است که نخستین بار در دنیا در آن منطقه کائولین استخراج شد.

کائولن هم اصطلاح سنگی و هم اصطلاح کانیایی است و به عنوان سنگ قیمتی شناخته نمی‌شود، اما مهندسان معدن و سرامیک را در زمینه تولید وسایل چینی و زمین شناسان اقتصادی را در زمینه ذخایر غیر فلزی به خود جذب کرده است. کائولین در تمام قلمرو سه جانبه سنگها، به استثنای طیف وسیعی از دگرگونی‌ها، که در آن ثبات کانی‌های گروه کائولینیت محدود به مرز دیاژنز-آنکیزون می‌باشد، تشکیل شده است. به طور گسترده نشان داده شده که کائولن می‌تواند در طی تغییرات سوپرژن و هیپوژن از انواع مختلفی از سنگهای مادر ایجاد شود. کائولین با توجه به رنگ سفید آن اغلب به نام طلای سفید نامیده می‌شود.

تاریخچه کائولن

کائولن در ایران نیز از دیرباز مورد توجه بوده است. به طوری که باستان‌شناسان نوشته‌اند، صنعت کاشی‌سازی و سفال‌سازی قبل از هزاره پنجم قبل از میلاد معمول بوده است. در ابتدا برای ساختن ظروف و اشیا مختلف از گل رس معمولی استفاده می‌شد و سپس به تدریج از کائولن استفاده شده است. حدود پنج هزار سال پیش از میلاد مسیح در اروپا از کائولین برای ساخت سفال استفاده شد. استفاده از خاک‌های کائولنی برای ساخت پیپ‌ها در قرن ۱۷ میلادی رایج و هم اکنون نیز استفاده می‌شود. در انگلستان ذخایر کائولین کورنوال در سال ۱۷۶۸ کشف شد. معدنکاری کائولن در کارولینای شمالی در سال ۱۸۸۸ آغاز شد. در انگلستان کائولن جزء رس‌های اولیه محسوب می‌شود، اما در ایران این رس‌ها از محل تشکیل خود جا به جا شده و شاید بتوان گفت که کائولن ایران جزء رس‌های ثانویه باشد.

استخراج کائولن

استخراج کائولن در ایران به روش روباز انجام می‌شود و بعد از بهره برداری، رس به کارخانه شستشو و تخلیص در نزدیکی معدن حمل شده و بعد از شستشو و تخلیص، آب اضافی توسط فیلتر پرس گرفته شده و به وسیله اکسترود به ذرات‌ ریز تبدیل شده و بعد از خشک شدن کائولین وارد بازار مصرف می‌شود. برای تولید یک تن کائولن خالص ۹ تن باطله تولید می‌شود، که از باطله‌ها نیز در ساخت بتن‌ها استفاده می‌شود.

کانی‌ شناسی و شیمی کائولن

کائولین

کائولین

فرمول مولکولی گروه کائولینیت به صورت Al2si2o5(OH)4 می‌باشد. کائولن نام کانی‌شناسی کائولینیت با ترکیب تئوری ایده آل ۳۹/۵ درصد Al2o3 و ۴۶/۵۴ درصد SiO2 و ۱۳/۹۶ درصد آب است. جانشینی یونی به مقدار کم در شبکه کانی‌های کائولینیت دیده می‌شود. با این همه جانشینی جزئی به جای Al در بعضی مولکول‌های کائولینیت گزارش شده است. کائولن از نظر شیمیایی در pH حدود ۴ الى ۹ پایدار است. ساختار بلورین کائولینیت در برابر حمله بیشتر سیالات خورنده مقاوم است. این ویژگی موجب بی‌ اثر بودن کائولینیت و عدم واکنش‌پذیری سریع آن با محیط اطراف می‌شود. کائولین در آب، اسیدهای سرد و رقیق، اسید کلریدریک، اسید سولفوریک گرم و غلیظ و هیدروکسیدهای قلیایی نامحلول، حل می‌شود.

کائولن از تجزیه و تبدیل فلدسپات ها و سنگهای حاوی آنها (مانند: گرانیت یا پگماتیت) بوجود می آید و پس از تشکیل ممکن است در همان محل برجا بماند یا اینکه توسط جریانهای سطحی آب (باد یا یخچال) حمل شده و در محلی دیگر انباشته شود. در نوع برجامانده ناخالصی های همراه کائولن، بقایای سنگ مادر مثل کوارتز و میکا هستند و در نوع حمل شده ناخالصیهای دیگری در طول مسیر به آن اضافه می شود.

کائولینیت

کائولینیت اصلی‌ترین کانی گروه کائولن است. از نظر ساختاری کائولینیت شامل یک صفحه چهار وجهی سیلیسیم و یک صفحه هشت‌ وجهی آلومینیوم است. رشد بلور‌ها در راستای محور c معمولاً آکاردئونی یا کرمی شکل است. دیکیت، ناکریت و‌ هالویزیت در مقایسه با آن نسبتاً کمیاب‌اند. کائولینیت در سیستم تری‌کلینیک و دیکیت و ناکریت در سیستم منوکلینیک متبلور می‌شوند. بهترین راه شناخت انواع کانی‌های رسی از یکدیگر، استفاده از آنالیز XRD است. ترکیب شیمیایی همه آن‌ها تقریباً یکسان است، به استثنای ‌هالویزیت که مقدار آب بیشتری دارد. ناهمسانی آن‌ها به دلیل ساختار بلورین آن‌ها، آرایش یون‌ها در وضعیت هشت‌وجهی، دسته‌های واحد لایه‌ها، آرایش اتمی بلورها و فاصله شبکه‌ها است، که این کانی‌ها را از هم متمایز می‌کند.

کائولینیت در مقایسه با ناکریت و دیکیت از نظم کمتری برخوردار است و به همین دلیل‌ اندازه بلور و ذرات آن کوچک‌تر است. کائولینیت در زون‌های هوازده و دگرسانی تشکیل می‌شود. دیکیت عمدتاً در زون‌های دگرسانی تشکیل می‌شود. هالویزیت در زون‌های هوازده و ساپرولیت در زون‌های دگرسانی تشکیل می‌شوند. ناکریت کمیاب است و از زون های هوازده گزارش شده است.

ترکیب نوع آب‌دار ‌هالویزیت مشابه سایر کانی‌های گروه کائولینیت است، فقط دو مولکول اضافی آب دارد و شکل آن به خاطر وجود آب مولکولی بین لایه‌های آلومینوسیلیکاته از کائولینیت و دیگر چندریخت‌های آن متفاوت است. شکل معمول‌ هالویزیت شامل کانال‌های کوتاه و بلندی است که به نظر می‌رسد به‌ وسیله به هم پیچیدن لایه‌های ۱:۱ ساخته شده باشد. نحوه قرارگیری ورقه‌های کائولینیت در ناکریت بسیار منظم و بر همین اساس بلورهای آن‌ها بزرگتراند و به سمت‌ هالویزیت کاملاً بی نظم می‌شوند.

کانی های گروه کائولن (SiO2.Al2O3.2H2O2)

  • کائولینیت (تری کلینیک)
  • دیکیت (منوکلینیک)
  • ناکریت (منوکلینیک)
  • هالوزیت (منوکلینیک) این کانی به دو نوع تقسیم می شود: نوع هالوزیت معمولی SiO2.Al2O3.2H2O2 و نوع هالوزیت آبدار SiO2.Al2O3.4H2O2

خصوصیات فیزیکی کائولن

  • کائولن از نظر فیزیکی ماده‌ای ‌نیمه بلورین، تا حدی بی‌شکل، توده‌ای ‌و متراکم با سطحی چرب بوده و از مواد خاکی و میکرو کریستالین دارای پلاستیسیته تشکیل شده است.
  • کائولن هیدروفیلیک بوده و به سهولت در آب و عموماً در مایعات پراکنده می‌شود و در حالت خشک مقدار زیادی آب جذب می‌کند اما منبسط نمی‌‌شود و این خاصیت آن را از گروه اسمکتیت متمایز می‌نماید.
  • دارای لمس چرب و صابونی است و مزه خاک رس را می‌دهد. هر چه درجه خلوص کائولن بیشتر باشد چسبندگی به همان‌ اندازه افزایش می‌یابد. خمیر آن با آب شکل‌پذیر می‌شود و در اثر پخته شدن شکل و رنگ آن تغییر نمی‌‌کند. کائولینیت کانی غالب است رنگ آن سفید مایل به خاکستری یا کمی رنگی است.
  • ظرفیت تبادل کاتیونی به طور قابل ملاحظه‌ای ‌کمتر از مونت ‌موریلونیت می‌باشد اما سرعت واکنش تبادل اغلب سریع است (تقریباً آنی).
  • کائولینیت مولکول‌های کوچک، مانند پروتئین‌ها، باکتری‌ها و غیره را جذب می‌کند. در کائولینیت مواد جذب شده را می‌توان به راحتی جدا کرد، زیرا جذب سطحی ذرات مربوط به لبه‌ها و صفحه‌ها است. برخلاف مونت‌ موریلونیت که در آن مولکول‌های جذب شده نیز بین لایه‌ها وجود دارد. سختی کائولن در مقیاس موس ۱ و در حالت متبلور ۲ الی ۲/۵ و چگالی آن ۱/۲ تا gr/cm3 ۱/۶ می‌باشد.
  • کائولینیت پس از گرم کردن، شروع به از دست دادن آب در دمای حدود ۴۰۰ درجه سانتی گراد می‌کند و در دمای حدود ۵۲۵ درجه سانتی گراد به طور کامل آب‌زدایی می‌شود. مقدار دی هیدراسیون به‌ اندازه ذرات و درجه تبلور بستگی دارد.
ویژگی ها و خواص کائولن

ویژگی ها و خواص کائولن

ویژگی ها و خواص کائولن

  • تغییرات PH از نظر محیط شیمیایی به صورت ثابت می باشد.
  • سفید رنگ بودن به عنوان پایه برای سایر رنگ ها
  • به دلایل مغناطیس مولکولی و خواص ساختاری، بهترین ماده پوششی در صنایع می باشد.
  • کائولن در جدول موس جزء نرمترین ها بعد از تالک می باشد و دارای جلای چرب و خاصیت غیر سایشی می باشد.
  • کائولن می تواند به عنوان یکی از بهترین عایق های گرمایی و الکتریکی به کار رود.
  • قیمت ارزان و مناسب و فراوانی در طبیعت
  • به عنوان ماده پر کننده و فیلر، با توجه به خواص شیمیایی و قیمت آن مطلوبترین ماده می باشد.
  • با استفاده از حالت چسبندگی آن و جذب آب، می تواند در بسیاری از صنایع بیولوژیک و اکولوژیک مورد استفاده قرار گیرد. مانند: صنعت کشاورزی، آفات نباتی و …

کاربرد‌های کائولن

ﺑﺮﺧﯽ از ﮐﺎرﺑﺮدﻫﺎی ﮐﺎﺋﻮﻟﻦ ﺑﻪ وﯾژگی‌هایی ﻧﻈﯿﺮ اﻧﺪازه ذرات، رﻧﮓ، شفافیت و ویسکوزیته ﻧﯿﺎزﻣﻨﺪ اﺳﺖ درﺣﺎلی که ﺑﺮﺧﯽ دﯾﮕﺮ از ﮐﺎرﺑﺮدﻫﺎ ﻧﯿﺎزﻣﻨﺪ اﯾﻦ وﯾﮋﮔﯽ‌ها نیست. کائولن ﺑﻪ ﺧﺎﻃﺮ ﺧﻨﺜﯽ ﺑﻮدﻧﺶ در ﺑﺮاﺑﺮ ﺗﻐﯿﯿﺮات وﺳﯿﻊ PH و به خاطر پوشش خوب و اﺳﺘﻔﺎده ﺑﻪ ﻋﻨﻮان رﻧﮕﺪاﻧﻪ و ﯾﺎ ﭘﺮﮐﻨﻨﺪه و ﻧﯿﺰ ﺻﺎفﺑﻮدن، زﺑﺮ ﻧﺒﻮدن، ﻫﺪاﯾﺖﮔﺮﻣﺎﯾﯽ و اﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ ﭘﺎﯾﯿﻦ و ﻧﯿﺰ ﻗﯿﻤﺖ ﭘﺎﺋﯿﻦ آن در ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﺑﺎ ﺳﺎﯾﺮ ﻣﻮاد ﺑﻪ ﻣﺎده ای ﺑﯽﻧﻈﯿﺮ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺷﺪه اﺳﺖ.

بیشترین موارد مصرف و کاربردهای کائولن در پر کننده، پوشش دهنده با جلای خاص و سفید کننده، منبسط کننده، ایجاد کننده مقاومت در مقابل سایش، رقیق کننده، سخت کننده در صنایع پتروشیمی، نرم کننده سطح و به عنوان کاتالیزور در صنایع مختلف، کاغذ‌سازی، سرامیک، نفت ، مرکب، رنگ‌سازی، دیرگداز، لاستیک، دارویی (به‌عنوان پرکننده)، فایبرگلاس، صنایع نسوز، مصالح ساختمانی و گچ (به عنوان کنترل زمان گیرایش گچ)، حشره‌کش (به‌عنوان حامی سم)، جذب کننده، مواد آرایشی (به‌عنوان پاک کننده و پر کننده)، مواد غذایی، تهیه داروها، در تهیه نوارهای مغناطیسی به منظور افزایش کیفیت و جلوگیری از ورم و چروکیدگی، صنایع کشاورزی و تهیه کودهای شیمیایی است.

در ایران از این ماده معدنی در آجرهای شاموتی، پوشش داخلی کوره‌ها، دیگ‌های گرمایی و کاشی استفاده می‌شود. حدود ۵۰ درصد از کائولن در کاغذسازی به عنوان پرکننده و روکش (پوشش دهنده سطح)، ۳۰ درصد در صنایع سرامیک و دیرگداز، ۲۰ درصد در لاستیک‌سازی و رنگ‌سازی به عنوان پرکننده استفاده می‌شود. قدرت جذب مرکب و پوشش دهندگی خوب و پرکردن سطوح ناهموار کاغذ از خمیر سلولز و ایجاد شفافیت در کاغذ از مزایای استفاده از کائولین در صنعت کاغذسازی می‌باشد .

به طور محلی، دیکیت برای کاشت گیاهان زینتی در تایلند مورد استفاده قرار می گیرد. این یکی از مواردی است که ارزش زیبایی شناختی کائولن دارد.

کاربردهای کائولن / موارد مصرف کائولین

موارد مصرف و کاربردهای کائولن

موارد مصرف و کاربردها در صنایع:

  • در کاغذسازی به عنوان ماده پرکننده و روکش سطح کاغذ و برای درخشندگی استفاده می شود.
  • در سرامیک سازی برای ایجاد مقاومت در برابر حرارت استفاده می شود با این ویژگی ها که تغییر حالت نمی دهد و درخشندگی خاصی در محصول ایجاد می کند.
  • در رنگ سازی از کائولن مرغوب و خالص (به عنوان ماده رنگی و پرکننده)
  • در دیرگدازها به دلیل ایجاد مقاومت حرارتی بالا در محصول
  • در صنایع پلاستیک به علت خاصیت الاستیکی.
  • در لاستیک سازی به عنوان ماده پرکننده (فیلر) و بالا بردن مقاومت حرارتی لاستیک. از کائولن ناخالص برای ساخت لاستیکهای تخت و پاشنه کفش و قطعات مختلف لاستیکی خودرو
  • در تهیه کف پوش های لاستیکی
  • در صنایع دارویی برای تهیه داروهای مناسب و سازگار با دستگاه گوارش و موارد دیگر.
  • در بخش کشاورزی جهت دفع آفات نباتی، باتری های آبی، ضد آفتاب و برای نگهداری رطوبت نسبی خاک.
  • در لوازم آرایشی و بهداشتی به عنوان فیلر و پوشش.
  • صنعت سیمان
  • حفظ منابع طبیعی و محیط زیست
  • حشره کش ها
  • جذب کننده
  • مواد پاک کننده
  • مواد غذایی
تحقیق و پژوهش توسط: مهندس محمود شجاع
منابع:

[۱] قربانی، م، ۱۳۷۳. زمین‌شناسی ایران: کائولن و رس‌های نسوز، سازمان زمین‌شناسی کشور، ۱۷۱ صفحه.
[۲] قربانی، م، ۱۳۸۷. زمین‌شناسی اقتصادی کانسارها و نشانه‌های معدنی ایران، انتشارات آرین زمین، ۶۷۴ صفحه.
[۳] کریم پور، م. ح، ۱۳۸۵. کانی‌ها و سنگ‌های صنعتی، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، ۴۰۰ صفحه.
[۴] Adamis, Z., Williams, R.B., 2005. Bentonite, Kaolin and Selected clay minerals. Environmental Health Criteria 231, 1-80.-
[۵] Agi, A.A., Gbonhinbor, J.R., 2013, Physical Properties of Kaolin Used In: Soap Production In Nigeria, The International Journal Of Engineering And Science (IJES), Volume2, Issue 10,10-15.
[۶] Anon., 1972. “Tariff Schedule of the United States Annotated,” Publication No. 452, US Tariff Commission.
[۷] Aras, A., Albayrak, M., Sobolev, K., 2007. Evaluation of selected kaolin clays as a raw material for the Turkish cement and concrete industry. Clay Minerals 42, 1-15.
[۸] Bardossy, G. (1982). Karst Bauxite. Elseveir Scientific. Amesteredam.
[۹] Bardossy, G., Aleva, G.J.J., 1990. Lateritic Bauxites. Dev. Econ. Geol. 27, 1-624.
[۱۰] Barton, R.M., 1966, A History of the Cornish China Clay Industry. D. Bradford Barton, Ltd., Truro, 221 pp.
[۱۱] Dill, H.G., 2016, Kaolin: Soil, rock and ore from the mineral to the magmatic, sedimentary and metamorphic environments. Earth-Science Reviews. 16-129.
[۱۲] Dombrowski, t., 2000. The origins of kaolinite. Implications for utilization. In: Carty, W.M., Sinton, C.W., (Eds), Science of Whitewares II. American Ceramic Society, Westerville, OH, PP. 3-12.
[۱۳] Edwards, R., Atkinson, K., 1985. Ore deposit geology.722p.
[۱۴] Fehn, U., 1985. Post-magmatic convection related to heat production granites of
[۱۵] Murray, H.H., 2007. Applied clay mineralogy. Occurrences, processing and application of kaolins, bentonites, palygorskite-sepiolite and common clays. Dev. Clay Sci. 2, 1-188.
[۱۶] Garbarino, C., Masi, U., Padalino, G., Palomba, M. (1994). Geochemical features of kaolin deposits from Sardinia (Italy) and Genetic implications chemerd 54, 213-233.
[۱۷] Gordon, M., Jr., et al., 1958. “Geology of the Arkansas Bauxite Region,” Professional Paper 299. US Geological Survey, 268 p.
[۱۸] Kirkman, J, H., 1977. Possible structur of halloysite dicks and cylinders observed in some New Zealand rhyolitic tephras, Clay Minerals 12, 199-216
[۱۹] Jessica, E. K., 2002, The georgiakaolins: geology and utilization Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 105
[۲۰] Johnson, F. T., and Ricker, S., 1948. “Ione-Carbon-dale Clays, Amador County, California.,” Report of Investigations 4213, US Bureau of Mines, 6
[۲۱] Maclean, W.H., 1990. Mass change calculations in altered rock series. Mineralium Deposita 25, 44-49
[۲۲] Lanson, B., Beaufort, D., Berger, G., Bauer, A., 2002. Authigenic kaolin and illitic minerals during burial diagenesis of sandstones: A review. Clay Minerals 37, 1-22.
[۲۳] Parker, J.M., 1946, “Residual Kaolin Deposits of the Spruce Pine District, North Carolina,” Bulletin 48, North Carolina Division Mineral Resources, 45
[۲۴] Patterson, S. H., Murray, H. H., 1983. Clays. In:Lefond S. I., ed.,Industrial minerals and rocks, 5th ed. New York, American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers, 585-651
[۲۵] Mclaren, A.D., Peterson, G.H., Barshad, 1958. The adsorption and reaction of enzymes and proteins on clay minerals. IV. Kaolinit and montmorillonite. Soil Sci Amproc, 22: 239-243

زین پس امضاء پارس کائولن را از فرآورده های با کیفیتش بشناسید.

فهرست
error: