Образуется при разрушении (выветривании) гранитов , гнейсов и других горных пород, содержащих полевые шпаты (первичные каолины). В результате перемыва первичных каолинов и происходит переотложение их в виде осадочных пород; образуются вторичные каолины, называемые также «каолиновые глины». Формула: Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O
Название происходит от названия местности в провинции Китая Цзянси , где впервые был обнаружен.
Применение
Основные свойства каолина - высокая огнеупорность, низкая пластичность и связующая способность.
Обычно каолин обогащают, удаляя вредные примеси (гидроксиды и сульфиды Fe и Ti), которые уменьшают белизну и огнеупорность. Обогащённый каолин используют как сырье в производстве: фарфора , фаянса , тонкой, электротехнической керамики; для получения ультрамарина , Al 2 (SO 4) 3 и AlCl 3 ; в качестве наполнителя в производстве бумаги , резины , пластмасс; он входит в состав пестицидов и парфюмерных изделий (под названием «белая глина»).
Огнеупоры
Природный каолин ограниченно используют для производства шамота , полукислого огнеупорного кирпича, строительной керамики, белого цемента .
Фармацевтика
Ссылки
-
- статья из Большой советской энциклопедии по:
- Курс месторождений неметаллических полезных ископаемых, под ред. П. М. Татаринова, М., 1969. В. П. Петров.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Каолин" в других словарях:
- [по хр. Као Лин в Китае, где добывалась фарфоровая глина] каолин сырец представляет собой землистую массу продукт разрушения г. п., содер. полевые шпаты и слюды гранитов, гранодиоритов, габбро, гранитогнейсов, гнейсов, слюдистых сланцев,… … Геологическая энциклопедия
- (кит. kao ling). Фарфоровая глина. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КАОЛИН высший сорт глины белого цвета, идущий на приготовление фарфора и поэтому назыв. также фарфоровой глиной. Словарь… … Словарь иностранных слов русского языка
каолин - а, м. caolin m., нем. Kaolin <китайское. От названия местности Каолин в провинции Цзянси в Китае. Белая огнеупорная глина, применяемая в фарфорово фаянсовом, бумажном и др. производствах. БАС 1. Каолин находится в некоторых горах.. Оную комами … Исторический словарь галлицизмов русского языка
каолин - Горная порода преимущественно белого цвета, состоящая из минерала каолинита, иногда с примесью кварцевого песка. [ГОСТ Р 52918 2008] каолин Рыхлая горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов с примесью кварца, полевых шпатов,… … Справочник технического переводчика
Каолин - – рыхлая горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов с примесью кварца, полевых шпатов, окислов железа и др. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Каолин – горная порода… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
КАОЛИН, глина белого цвета, состоящая преимущественно из минерала каолинита. Образуется при выветривании гранитов, гнейсов и других горных пород, содержащих полевые шпаты. Керамическое сырье (фарфор, фаянс, электротехнические изделия); применяют… … Современная энциклопедия
Глина белого цвета, состоящая из минерала каолинита. Образуется при разрушении (выветривании) гранитов, гнейсов и других горных пород, содержащих полевые шпаты. Керамическое сырье (фарфор, фаянс, электротехнические изделия); применяют в бумажной … Большой Энциклопедический словарь
- (китайская глина), очень чистая и пластичная глина, главным образом состоящая из минерала КАОЛИНИТА гидросиликата алюминия. Используется в фармацевтической и керамической промышленности и для изготовления бумаги со специальным покрытием … Научно-технический энциклопедический словарь
КАОЛИН, каолина, мн. нет, муж. (минер.). Белая фарфоровая глина. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
КАОЛИН, а, муж. Белая глина высокого качества. | прил. каолиновый, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Муж. фарфоровая глина, рассыпчатый полевой шпат. Каолинный или каолиновый, к каолину относящийся Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля
Массу, в сухом состоянии землистую, мягкую, липкую, а во влажном состоянии более или менее пластичную, называют глиной. Она образуется при разложении горных пород, богатых полевым шпатом. Состав глин разнообразен и зависит от видов горных пород, в результате разрушения которых они образовались. Чисто аналитическим путем (не учитывая тип связи) определены главные составные части глин - Al2O3, SiO2 и H2O. Раньше считали, что каолин представляет собой основное вещество глины, что различные виды глины, следовательно, являются каолином более или менее сильно загрязнённым примесями. Однако в соответствии с более поздними данными глина и каолин - это вещества совершенно различного характера, даже в тех случаях, когда они случайно имеют один и тот же аналитический состав. Ценные керамические глины содержат в значительном количестве примесь каолина; такой каолин был вымыт из своих первичных месторождений, а позднее снова осаждён вместе с другими коллоидно распределенными минералами, которые, однако, могут являться образователями глин и сами по себе.
В качестве основной составной части каолин содержит каолинит , который представляет собой (по рентгенографическим данным) кристаллическое вещество состава Al2O32SiO22H2O. Глины или совсем не содержат этого соединения или содержат его как случайную примесь. Чистый каолин - белого цвета и отличается сравнительно малой пластичностью. Ввиду того, что он служит сырьём для изготовления фарфора, его называют фарфоровой землёй .
Глины, которые часто значительно превосходят каолин по своим пластическим свойствам, служат для изготовления гончарных изделий, фаянса, керамических изделие и майолики. Большинство сортов глин окрашено в желтовато-серые или синеватые тона, но встречаются также и совершенно белые глины. Глины, богатые окисью железа, окрашиваются после прокаливания (обжига) в бурые цвета. Из них изготавливают обычно глиняные горшки и терракотовые изделия. Формовой землёй называют глину, сильно загрязнённую окисью железа и песком. Такая глина служит преимущественно для изготовления кирпича и черепицы. Глину, сильно загрязнённую примесями карбонатов кальция и магния, называют мергелем . Она не пригодна в качестве сырья для керамических изделий, однако её используют при производстве цемента.
Образование глины происходит при выветривании силикатных горных пород, которое связано с их значительным механическим раздроблением (превращение в коллоидное состояние). Наряду с этим протекает подчинённый химический процесс, а именно гидролиз более или менее значительной части силикатов (прежде всего полевых шпатов) с образованием аморфных глинозёмистых гелей. Последние называются аллофанами и, по-видимому, представляют собой чистые смеси гидратов окиси алюминия и двуокиси кремния или прокаолинами - тоже аморфные, содержащие воду силикаты алюминия. Прокаолин является, вероятно, определенным химическим соединением состава Al2O32SiO2. Он содержит переменное количество воды, которая не связана с ним химически, как в каолините, примешана к нему, как вода в гелях. Раздробленные только механически и поэтому ещё кристаллические составные части горных пород содержатся в большинстве сортов глин также преимущественно в коллоидно раздробленном состоянии.
Особые свойства глин создаются определёнными составными частями, которые имеют слоистую структуру решётки, образованной шестичленными кольцами, состоящими из тетраэдров SiO4. Эти составные части, подобно пермутитам, отличаются определённой способностью к катионному обмену. К ним в первую очередь относится каолин и родственные ему вещества (например, галлоизит , Al2O32SiO24H2O), монтмориллонит и некоторые слюдоподобные минералы . Все глинообразующие минералы имеют аналогичные решётки. Аморфные составные части глин (аллофаны), смешанные большей частью с кристаллическими , преимущественно находящимися в коллоидно раздробленном состоянии составными частями, не имеют существенного значения для свойств глин.
В то время как выветривание горных пород с образованием глин может идти в обычных условиях атмосферного выветривания, образование каолина , как впервые показал Шварц (1933 год), связано с особыми условиями. Этому существенно благоприятствуют повышенная температура, повышенное давление, присутствие сильных кислот (например, HCl), но не угольной кислоты. Однако, согласно Ноллю (1935 год), в геологические периоды каолин мог образоваться также при низких температурах. Действие сильных кислот способствует образованию каолина, т.к. при этом ускоряется гидролиз полевого шпата. Если исходить из продуктов гидролиза полевого шпата, не содержащих щелочи, то можно наблюдать образование каолина в отсутствие кислоты. Так, Нолл смог синтезировать каолин, исходя, например, из смеси аморфной SiO2 с бёмитом или с байеритом при нагревании её с водой под давлением. Если нагревать смесь в присутствии раствора едкого натра, то образуется монтмориллонит. Очевидно, образование каолин в природе идет в том случае, если щелочные и щелочноземельные элементы полностью выщелочены из исходных горных пород; в противном случае образуется монтмориллонит . Следовательно, образование каолина в природе ускоряется прежде всего интенсивным вымыванием и хорошей циркуляцией растворов, а также благодаря кислой реакции вымывающих вод.
Образования каолина - чисто химический процесс, который можно передать суммарным уравнением
2K + 7H2O = Al2(OH)4 + 4H2SiO3 + 2KOH .
Каолин может образоваться непосредственно из полевого шпата, а также из прокаолина, первоначально образованного из полевого шпата при обычном выветривании, если его нагревать с водой под высоким давлением. Если каолин нагревать под давлением в слабощелочной среде (с раствором щелочного карбоната), то он превращается в монтмориллонит Al2(OH)2nH2O, в то время как в сильнощелочной среде из него получаются цеолиты .
При нагревании каолинит сначала отщепляет воду (10 мм рт. ст. при 430?). Механизм отщепления воды показывает, что вода в каолините связана химически. Обезвоженный каолинит (метакаолинит ) при более сильном нагревании сначала разлагается на Al2O3 и SiO2; при ещё более высокой температуре из него образуется муллит 3Al2O32SiO2 (наряду с тридимитом ).
Рентгеноструктурным анализом установлено, что каолинит построен из сетчатых плоскостей, образованных ионами 2-, между которыми включено иногда по два слоя из +. С каолинитом имеют одинаковый состав минералы дикит и накрит , встречающиеся во многих сортах каолина. Они показывают иную, чем каолинит, картину рентгеновской интерференции, но, по-видимому, построены аналогично.
Чистую глину в виде порошка применяют в медицине и называют "Bolus alba" (- комок земли).
Керамические изделия. Изделия, получаемые из встречающихся в природе и искусственно приготовленных пластических смесей глины или каолина с другими веществами называют "керамическими изделиями". Легко формующейся или "пластической" называют вязкую массу, которой при незначительном давлении можно придать любую форму, причем эта форма сохраняется и после прекращения давления. Важнейшие керамические изделия и их характерные свойства приведены в таблице 1.
Таблица 1
Важнейшие керамические изделия и их свойства
Фарфор. Фарфор был известен в Китае уже в самые древние времена, а в Европе его стали изготовлять фабричным способом впервые в Мейссене (с 1710 года). Фарфор был получен при сильном прокаливании ("обжиге") пластичных масс, изготовленных перемешиванием каолина (фарфоровой земли) с порошкообразным полевым шпатом и кварцем с добавлением небольшого количества воды. Если температура обжига не слишком высокая, то форма изделий сохраняется, только объём сильно уменьшается, так как фарфор "садится" при обжиге. Одновременно масса ("черепок") становится плотной (водонепроницаемой) и звонкой.
Для изготовления твёрдого фарфора обычно применяют около 50% каолина, 25% полевого шпата и 25% кварца. При обжиге каолин сначала отдает конституционную воду. Затем он разлагается на Al2O3 и SiO2, которые растворяют в стеклообразно размягчённом полевом шпате. При дальнейшем повышении температуры полевой шпат растворяет в возрастающих количествах крупнокристаллический кварц. По мере того, как полевой шпат обогащается двуокисью кремния, из него осаждается муллит , т.к. с увеличением содержания SiO2 растворяющая способность полевого шпата по отношению к муллиту понижается. Поэтому готовый фарфор состоит из стекловидной основной массы, которая пронизана тесно сплетенными между собой иглами муллита и оставшимися нерастворёнными зернышками кварца (и крохотными пузырьками воздуха). Как правило, обжиг производят дважды. После первого обжига, так называемого "сырого обжига", идущего приблизительно при 900?, на фарфор наносят прозрачную глазурь : полученные после сырого обжига ещё пористые черепки быстро погружают в глазурную массу - водную суспензию каолина, глины, полевого шпата и мрамора. При нагревании из неё образуется тугоплавкое стекло. Последующим высушиванием (около 1450?) производят окончательный обжиг . Часто фарфор подвергают еще третьему обжигу в муфельной печи при красном калении после нанесения красок, т.е. перетертого со скипидаром мелкоизмельчённого цветного стекла. Большей стойкостью обладают краски для "острого" огня или подглазурные краски, наносимые на неглазурованный черепок. Однако существует немного красок, для которых этот метод возможен. Окончательно отожженный без глазури фарфор называют бисквитным . Вместо процесса формования фарфоровой массы, основанного на её пластичности, фарфоровую массу можно перевести в жидкое состояние добавление незначительного количества щелочи и отлить в форме из гипса. В результате поглощения воды обожженной гипсовой формой наступает быстрое отвердение фарфорового изделия. Фарфор не только для изготовления домашней посуды и художественных изделий, но также, и при том в весьма широкой степени, для изготовления химической посуды, а благодаря его электроизоляционным свойствам - для изготовления изоляторов.
От обычного или твердого фарфора отличается мягкий фарфор , из которого изготовляют главным образом художественные изделия. В мягком фарфоре содержится меньше каолина и соответственно этому больше "плавней", например, полевого шпата, мела. Такой фарфор в соответствии с его легкоплавкостью подвергают обжигу при менее высокой температуре (обычно при 1200-1300?) . Поэтому легко удается произвести его многоцветное подглазурное раскрашивание.
Каменные материалы , подобно фарфору, являются плотными звонкими и настолько твёрдыми, что не царапаются сталью; кроме того, они очень стойки по отношению к химическому воздействию. Поскольку их изготовляют из глины, они требуют более низкой температуры обжига, чем твердый фарфор (1200-1300?), не обладают такой, как фарфор, просвечиваемостью и в большинстве случаев имеют не белый, а серый, жёлтый или коричневый цвет. Их часто покрывают только тонким слоем "солевой" глазури, который образуется при испарении поваренной соли, бросаемой в печь; благодаря этому на поверхности такого изделия осаждается стекловидный двойной силикат натрия. В химической промышленности весьма часто применяют неглазурованные изделия из каменного материала.
Тонкий каменный материал служит для изготовления ваз и других художественных изделий, в архитектуре для изготовления рельефов и украшения фасадов. Из каменного материала выделывали серые, расписанные голубой краской старинные германские сосуды (кубки и т.п.). Примерами изделий из грубого коричневого каменного материала могут служить водопроводные и канализационные трубы, а также "метлахские плитки". В химической промышленности применяют многочисленные сосуды, изготовленные из коричневого каменного материала: туриллы, змеевики для охлаждения, трубы, ванны и др.
Фаянс , как и фарфор, белого или почти белого цвета, однако он мягче, так что сталь оставляет на нём царапины; он легче ломается, порист, поэтому в большинстве случаев его необходимо покрывать глазурью. Фаянс получают из смеси глины, кварца, щелочи и сурика, иногда добавляют ещё окрашивающие окислы. Фаянс обжигают дважды: сначала без глазури при 1200-1300? (сырой обжиг), а затем несколько слабее с глазурь (окончательный обжиг). Из тонкого фаянса делают мойки, ванны для купания и т.п. Некоторые сорта фаянса часто окрашивают титановой кислотой в бледно-кремовый цвет (умывальники). Примерами неглазурованного фаянса служат глиняные сосуды, глиняные трубка и т.п.
Фаянс имеет грязновато-серый пористый излом. Поэтому его покрывают глазурью, которая благодаря прибавлению двуокиси олова имеет белый цвет и непрозрачна. Раньше фаянс часто применяли для изготовления дешёвой посуды; однако фаянс изготовленный Веджвудом в Англии, почти совершенно вытеснил обычный фаянс из домашнего обихода. Более тонкий фаянс пригоден для художественной керамики. По своим свойствам фаянсу приближается майолика , покрываемая цветной глазурью.
Обычные гончарные изделия , например горшки для цветов, глиняная посуда, также имеют пористый излом. На них наносят глазурь, содержащую большей частью свинец; окрашена она обычно добавленными к ней окислами металлов. Окись железа дает желтую, а вместе с двуокисью марганца - коричневую окраску; медь окрашивает глазурь в зелёный цвет.
Кирпич . Обожженный кирпич формуют из глины и затем подвергают обжигу. Вследствие содержания в глине окиси железа кирпичи большей частью окрашены в красный цвет. Кирпич обладает большой пористостью, т.к. обжиг ведут при относительно низкой температуре. Сильно обожженный, плотный и очень крепкий кирпич называют клинкером .
Огнеупорные материалы . "Огнеупорными" называют такие материалы, которые, не плавясь, выдерживают нагревание при высокой температуре (по крайне мере 1600?). Наиболее употребляемым огнеупорным материалом является шамот , который состоит из смеси двух сортов глин: обожженной до спекания, возможно более огнеупорной глины (собственно шамот) и красной пластичной глины (связывающая глина). Существуют особые месторождения глин, которые в первую очередь идут на изготовление шамота. Шамот, который содержит обычно около 42-45% Al2O3 и 50-54% SiO2, прежде всего применяют для футеровки топок, высокотемпературных печей и рекуператоров. Для коксовых, керамических печей и для печей сталелитейной промышленности (например, печи Сименса - Мартена) используют в большинстве случаев (впервые полученный в Англии) динас . Его приготовляют обжигом грубозернистого кварцевого песка, смешанного с небольшим количеством известковой массы или глины. Глинистый динас содержит 15-17% Al2O3 и 80-83% SiO2. Он размягчается при 1350?, однако плавится только выше 1650?. По огнеупорным свойствам его превосходит известковый динас или силикатный камень (с содержание 1,5-4% CaO, 0,3-2% Al2O3 и 94-96% SiO2), который плавится только при 1700-1750?. Его и применяют в первую очередь в печах Сименса - Мартена. Ещё большей огнеупорностью обладают так называемые силлиманиты , которые получают обжигом при высокой температуре силлиманита, цианита или андалузита (минералов одного состава Al2 SiO5, но различного внутреннего строения), вследствие чего образуется муллит , 3Al2O32SiO2, который, как уже было отмечено является составной частью твердого фарфора.
Из огнеупорных веществ, не содержащих SiO2 или содержащих её в очень небольших количествах, следует назвать боксит, динамидон, магнизит и доломит. Высокими огнеупорными свойствами обладают магнезия, двуокись циркония и главным образом графит (в отсутствии воздуха).
Каолин - это гидратизированный алюминиевый силикат каолинита (глины), имеет вид порошка белого цвета с частицами в форме пластинок.
Наименование этого вещества произошло от того, как называлась местность, в которой его обнаружили первый раз (в Китае).
Каолиновые пластинки в природной среде представляют собой «книги» или «стопки». Частица этого вещества представляет собой как поверхность, содержащую кислород, так и гидроксильную поверхность, поэтому она хорошо соединяется с соседними частицами. Поэтому работа по расщеплению слоев каолина сложнее, чем та же работа для иных плоских наполнителей, содержащих силикаты (слюда и тальк). Каолин хорошо водорастворим, для его безводного использования соединение с матрицей становится лучше с помощью поверхностной обработки.
Так как каолин является материалом с тонким рассеиванием частиц, он слоистый и химически инертный, то пригоден для того, чтобы быть функциональным наполнителем краски. У каолина слабокислый или нейтральный водородный показатель (рН) дисперсии воды (десять процентов), и его поставляют с указанным распределением частичек по размерам.
Каолин используется в промышленности, производящей лаки и краски, в качестве наполнителя (омывается от минеральных примесей слюды, хлорита, кварца). Это вещество с плоской структурой используется в покрытиях больше для визуального, а не для физического свойства, поддается смачиванию неполярными органическими жидкими веществами и обычной водой. Обработка каолина для получения наполнителя для лакокрасочных материалов проходит следующие стадии: дробление, измельчение, обогащение, классификация.
Этот наполнитель является компонентом многих промышленных продуктов:
- шпаклевки,
- заполнителя пор, краски на основе масла и водоэмульсионки,
- защитных слоев против коррозии (матовых и полуматовых).
Каолин добывают на нескольких месторождениях, а именно:
- в Российской Федерации его месторождением являются Уральские горы,
- добывают его в странах содружества независимых государств (Казахстан, Украина),
- ведется его добыча в Великобритании,
- в Чехии,
- Соединенные Штаты Америки (в штате Джорджия),
- в Китае.
Существующие марки каолина:
Есть еще марки каолина с покрытием из диспергаторов, чтобы улучшить водное растворение для хорошего соединения с матрицами органического происхождения.
Существуют первичный и вторичный (переотложенный) каолин. Первичный каолин получается проведением процесса выветривания гранита и сланца или осадков глины (кварц). Такие каолины хорошо передают структуру той каменной породы, из которой произведены. Вторичный каолин (каолиновая глина) является результатом обогащения естественным путем первичного каолина, он является каолинитом, в котором добавлено малое количество кварца, а еще иных минеральных веществ. Промышленное производство главным образом применяет каолиновые концентраты, которые получают обогащением природных, в основном, первичных каолинов.
Таблица 1. Марки каолина и их свойства.
| Типы каолинов | Отмытый | Деламинированный | Кальцинированный | Сухоизмельченный |
|---|---|---|---|---|
| Коэффициет преломления | 1,56 | 1,56 | 1,62 | 1,56 |
| Удельный вес, г/см 3 | 2,58 | 2,58 | 2,50-2,68 | 2,58 |
| Твердость | 2 | 2 | 3-4 | 2 |
| Яркость GE | 80-92 | 86-92 | 84-97 | 65-75 |
| Средний размер частиц по методу отложения осадка, мкм | 0,2-4,8 | 0,4-10 | 0,8-2,9 | 0,3-4,8 |
| Маслоемкость, г / 100 г | 30-45 | 40-45 | 50-95 | 30-40 |
| Удельная поверхность, м 2 /г | 5-20 | 6-20 | 8-16 | 15-24 |
| pH , 10% дисперсия | 3,5-8,0 | 6,0-8,0 | 5,0-6,0 | 4,0-6,5 |
| Форма частиц | пластинки / книжки | пластинки | пластинки | пластинки / книжки |
Таблица 2.Сравнение марок каолина.
| Наименование | АО "Днипрокаолин" (Украина) КВФ-90-1 | Thiele Kaolin Co (США) KAOCAL R | Dorfner GmbH (Германия) | ЗАО "ГЕОКОМ" МИКАО R | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DORKAFILL R H | DORKAFILL R 600 | 04-98 | 03-98 | 02-98 | |||
| Массовая доля остатка на сите №0045, % | 0,01 | 0,00 | 0,02 | 0,00 | 0,01 | 0,00 | 0,00 |
| Медианный диаметр частиц (Микросайзер-201А), мкм | |||||||
| средний (D 50) | 1,5 | 1,6 | 5,2 | 2,9 | 4 | 3 | 2 |
| максимальный (D 98) | 12,1 | 8 | 26 | 18 | 22 | 17 | 10 |
| минимальный (D 10) | 0,6 | 0,5 | 2,0 | 1,0 | 1,1 | 1,0 | 0,7 |
| Оценка цветовых предпочтений | |||||||
| белизна по CIELab (ISO 787/1, C/2°), % | 95,0 | 99 | 97,2 | 97,4 | 98,5 | 98,5 | 98,5 |
| яркость по DIN 53163 (R y , C/2°), % | 93,9 | 99 | 96 | 96,5 | 99,3 | 99,3 | 99,3 |
| яркость по ISO 2470 (R 457), % | 89,0 | 97 | 92 | 93 | 96,5 | 96,5 | 96,5 |
| белизна по ISO 11475 (D 65 /10°), % | 92,5 | 85 | 86 | 92 | 92 | 92 | |
| желтизна по ASTM D1925-70 (C/2°), % | 8,3 | 3,5 | 4,3 | 4,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 |
| Маслоемкость по ISO 787/5, г/100г | 45 | 62 | 56 | 61 | 38 | 41 | 52 |
Каолин обогащенный
Каолин обогащают сухим и мокрым способом. Процесс этого обогащения осуществляется на промышленных предприятиях, построенных близко от мест добывания каолина. В этом веществе после его обогащения содержатся сульфиды, окислитель железа и окислитель титана (зависит от каолиновой марки) в количестве от ноля целых трех десятых процента до одного процента. Эти добавки в каолине снижают его белый цвет и его стойкость к огню. Каолин после обогащения не содержит в себе растворенного в воде или слабой кислоте песка или иных примесей.
Свойства каолина
В разных областях промышленности нашел свое место каолин, так как он имеет полезные свойства как химические, так и физические: гидрофильность, дисперсность, устойчивость к огню, наличие в достаточном количестве оксида алюминия, пластичность, химическая неактивность, хорошие свойства диэлектрика после обжига, малая плотность, нет трудностей при измельчении, нет абразивных частиц.
Использование сырого первичного и вторичного каолина необходимо, чтобы создавать устойчивые к огню материалы. Сырьем для создания тонких керамических изделий, для создания фарфоровых и фаянцевых предметов, а еще для создания цемента белого цвета, служит каолин. Промышленная химия применяет каолин, чтобы создавать сернокислый алюминий, оксид алюминия, пигмент ультрамарина, его применяют как носитель и наполнитель пестицидов и удобрений, а еще как катализатор химических реакций. Больше всего потребляется каолин для создания бумаги, на производстве его применяют в качестве наполнителя, чтобы сделать бумажные изделия мелованными. Еще каолин нужен как наполнитель, чтобы производить резину, пластмассу, клей, мастику, изделия парфюмерии. Применим он в медицине (всем известная белая глина). Нужен каолин и при создании лакокрасочной продукции, так как его влажность составляет всего один процент.
Рецепты продуктов промышленности, производящей лаки и краски, используют каолин в качестве распределителя диоксида титана в красках, разбавляемых в воде, для работ по архитектуре. Кальцинированные каолины при этом демонстрируют свои основные признаки: яркость, выделение диоксида титана и кроющая способность. А еще отмытый каолин в определенной мере делает лучше выделение диоксида титана и его возможно использовать, чтобы изменять уровень глянца (глянец интенсивнее, если размер частиц меньше).
Промышленность, производящая материалы из лаков и красок, в каолине ценит в первую очередь визуальные признаки, но также применяет его как функциональный наполнитель. Каолины применяются, чтобы сделать больше текучесть, повысить признаки выравнивания, прочности пленок, гладкости пленок, устойчивости к влиянию атмосферы. Так как каолины кальцинированные очень твердые, то они повышают устойчивость покрытий к износу.
При оптимизации рецептур создания краски, чтобы обеспечить лучшее соответствие цены и качества, подбор каолинового инертного наполнителя имеет важное значение.
Выбор такого наполнителя зависит от типа покрытия:
обычный каолин
применяют для интерьерной и экстерьерной краски (алкидная и латексная краска), для грунтовки,деламинированный каолин
применяют для грунтовки против коррозии, для краски на стены в помещениях, для экстерьерной краски, для эмали,кальцинированный каолин
применяют для интерьерной краски (латексная и алкидная краска), для интерьерной грунтовки, для экстерьерной акриловой краски.
Таблица 3. Применение каолина.
| Обычные |
|
| Деламинированные |
Каолин – белая глина из Гаолина
Слава китайского фарфора, взращенная мастерами древности, во многом принадлежит месторождениям белой глины юго-восточной провинции Цзянси. Именно здесь расположены горы Гаолин, давшие название знаменитому материалу.
В условиях современности каолин используется не только для производства благородной керамики. Белая глина – предмет косметического обожания дам , желающих отбелить кожу. Ценят белую глину и медики – как настоящие, так и мнимые. Однако львиная доля добываемого каолина уходит производственникам.
Состав каолина
Главная составляющая каолина – минерал каолинит, продукт естественного разрушения полевых шпатов. С химической точки зрения каолинит – это гидратированная связка глинозема Al2O3 с кремнеземом SiO2. Как и всякая глина, каолин богат примесями.Вредные с промышленной точки зрения примеси, а именно водные и сернистые соединения железа и титана, из каолина удаляют при обогащении сырья. Примеси магния и кальция, окисленных натрия и калия, как правило, незначительны и не требуют вмешательства переработчиков.
Отдельная забота мастеров, готовящих каолин к производству – зернистые включения минералов. Мелкие осколки кремнезема (могут быть представлены опалами, халцедонами, кварцем), а также частички полевого шпата, отдельные чешуйки слюд могут снижать качество каолинового сырья.
Чистый каолин практически полностью состоит из каолинита.
Свойства каолина
Каолин огнеупорен – температура его плавления достигает 1700 – 1800°С. Даже изрядно смоченный водой, каолин не слишком пластичен – то есть «сырые» изделия из каолина держат форму и не деформируются в течение времени, достаточного для первичной сушки и прокаливания.Каолинит Al2Si2O5(OH)4, из которого в идеале и состоит каолин, химически инертен, что позволяет использовать изделия из в медицине и пищевой промышленности. Высокие диэлектрические показатели каолинита востребованы в промышленности: фарфоровые изоляторы служат на высоковольтных ЛЭП.
В месторождениях каолин не всегда бел – хотя лучшие сорта материала отличаются бело-голубым цветом . Большая часть каолинов слабо окрашена в желтовато-коричневые и серые тона. Цвет добытой глины определяется ее примесным составом.
Использование каолина
Природный каолин, в силу высокого содержания оскольчатых примесей, может быть непригоден к фарфоровому производству. Однако силикатная крошка, равномерно «размешанная» в белой глине, не препятствует изготовлению шамотного кирпича, формованных огнеупоров, керамических стройматериалов и цемента.Обогащенный (очищенный) каолин идет на изготовление декоративной керамики, фарфора, фаянса, диэлектрических деталей электротехнических устройств. Не обходится без использования каолина и производство высококачественной и мелованной бумаги, картона, светлых сортов резины, пластических масс, линолеума.
Грифели цветных карандашей тоже изготавливаются из каолина и совершенно не содержат графита.
Каолин – важное сырье для металлохимического производства . Некоторые соединения алюминия, используемые в технологических циклах, энергетически выгодно получать именно из каолина. Многие сорта каолина пригодны к переработке в портландцементы. Химическая индустрия использует каолиновые катализаторы.
Каолин лечит
Замешивать белую глину на молоке для отбеливающих компрессов начали еще древнекитайские барышни. И сегодня каолин широко используется в косметике. Дамам предлагается принимать ванны с горячим коллоидным раствором каолина Для повышения эффекта женщины практикуют каолиновые обертывания, аппликации, маски.Врачи отмечают: контакт с каолином действительно улучшает качество кожи, делает ее нежной и бархатистой (пусть и ненадолго). Сорбирующие свойства белой глины помогают очищению верхнего слоя кожи от всевозможных загрязнений, в том числе и биологических.
Европейская медицина издавна применяет каолин в качестве обволакивающего средства. Каолин как основа для лекарственных пилюль используется в течение нескольких столетий. Если действующее вещество лекарства не выдерживает контакта с органикой, именно каолин помогает транспортировать активный компонент к месту его усвоения.
Псевдомедицина (целители, лекари, знахари, натуропаты и прочий коммерчески озабоченный сброд) усиленно рекомендует поглощать каолин вместе с пищей. Дескать, белая глина «выводит шлаки», удаляет из организма радионуклиды, тяжелые металлы и токсины.
Официальная медицина призывает к умеренности в подобном «лечении». Мелкодисперсная неперевариваемая взвесь способна (в отдельных случаях) забивать желчные протоки, оседать между кишечных ворсинок, слипаться в комки.
К подобным глинам относятся первичные каолины (глины коры выветривания, сложенные в основном каолинитом), вторичные каолины, возникающие при переотложении первичных, и каолинитовые глины, образующиеся обычно за счет выпадения соответствующих продуктов глубокого выветривания из коллоидных растворов.
Каолины и каолиновые глины окрашены преимущественно в светлые тона (белые, светло-серые, желтовато-белые). Однако даже при небольшой примеси органических (гуминовых) веществ они приобретают темно-серую или даже черную окраску (углистые глины). Как показали исследования, произведенные М. Ф. Викуловой при помощи электронного микроскопа, частицы каолинита в коллоидных фракциях имеют различное происхождение.
Иногда каолинит образуется на месте образования глины за счет кристаллизации гелей кремнекислоты и глинозема, и тогда его частицы обладают правильными кристаллографическими очертаниями. Этот способ образования типичен для первичных каолинов коры выветривания и некоторых озерно-болотных отложений (сухарные глины). В других случаях каолинит образует псевдоморфозы по частицам мусковита, а может быть и других минералов, в результате постепенного их разложения в коре выветривания.
При размыве коры выветривания каолинит подвергается переносу и отлагается в виде очень мелких частиц. Такие частицы характеризуются неправильной формой, вызванной раздроблением их при переносе.
В более крупнозернистых фракциях каолинит образует пластинчатые листочки. Встречаются также довольно крупные (0,1 мм и более) сростки, имеющие вид удлиненных червеобразных изогнутых зерен.
Кроме каолинита, в описываемых глинах всегда присутствует примесь галлуазита, гидрослюд, органических веществ, пирита, сидерита и обломочных зерен (в особенности зерен кварца и выветрелого полевого шпата).
Структуры каолинитовых глин характеризуются некоторыми особенностями. Кроме обломочных структур, характерных для гидрослюдистых глин (псаммопелитовой и алевропелитовой), в каолинитовых глинах широким распространением пользуются гелевые структуры, образующиеся при коагуляции коллоидных частичек, меньших 0,001 мм в поперечнике. Из микротекстур наиболее характерны спутанно-волокнистая и ориентированная.
Некоторые разновидности каолинитовых глинистых пород (сухарные глины) характеризуются иногда неравномерным распределением более светлых и темных участков породы, обогащенных органическим веществом (хлопьевидная, струйчатая, конгломератовидная и брекчиевидная структуры), присутствием ооидной (бобовой) и сферолитовой структур.
Главные типы пород
Первичные каолины.
Они обычно белого цвета и в этом случае при обжиге дают белый черепок. Залегают на кислых кристаллических породах, за счет выветривания которых они образуются. Мощность каолиновой коры выветривания может быть велика (обычно десятки метров, нередко около ста метров). В вертикальном разрезе она подразделяется на три зоны: в основании - зона дресвы, выше - гидрослюдистая и каолинитовая.
Первичные каолины обычно мало пластичны и содержат примесь обломочных частиц (кварца, не разложившихся полевых шпатов, слюды и др.), количество которых особенно велико в относительно крупнозернистых фракциях (больше 0,05 мм). В мелкозернистых фракциях преобладает каолинит. Присутствуют также гидратизированные слюда и галлуазит. Очень характерным признаком для первичных каолинов является постепенный переход вниз по разрезу в неизмененные породы и присутствие реликтовых структур, свойственных материнским отложениям.
Вторичные каолины . Вторичные каолины, в отличие от первичных, залегают всегда среди осадочных пород, часто среди песков, образуя более или менее мощные линзовидные пласты. Образуются они за счет размыва залежей первичных каолинов одновременно с их возникновением или в другую геологическую эпоху. Поэтому они распространены обычно в непосредственной близости к областям прежнего распространения каолинитовой коры выветривания.
Вторичные каолины окрашены в светлые тона, большей частью мучнисты, малопластичны и требуют поэтому добавок пластичных глин при изготовлении фарфоро-фаянсовых изделий. Вторичные каолины, так же как и первичные, характеризуются высокой огнеупорностью.
Каолинитовые глины. Многие каолинитовые огнеупорные глины, как показали работы М. Ф. Викуловой, образовались в основном не за счет отложения обломочных частиц каолинита, а путем синтеза каолинита из гелей кремнезема и глинозема на месте образования осадка. Это объясняется тем, что кремнезем и глинозем образуют золи противоположного заряда, оказывающего взаимное коагулирующее воздействие, что приводит в условиях водной среды к синтезу алюмосиликатов. В каолинитовых огнеупорных глинах, широко распространены частицы каолинита правильной гексагональной формы и наблюдаются структуры, возникающие при отложении коллоидного вещества (гелевая, ооидная и др.).
В каолинитовых глинистых отложениях можно различать две главные разновидности - сухарные породы и наиболее часто встречающиеся пластичные огнеупорные глины.
Сухарные «глины». Благодаря своей высокой огнеупорности эти глины представляют большой промышленный интерес. Для этих пород характерна исключительная тонкозернистость (они сложены часто на 85- 98% из частиц < 0,001 мм), белый или серый цвет, раковистый излом и угловатая отдельность. В воде они почти не размокают и после размола с водой образуют малопластичное тесто. От пластичных каолинитовых глин сухарные отличаются также наличием примеси свободных гидроокислов алюминия, что сближает их с глинами типа флинтклей, переходными к бокситам.
Для сухарных «глин» особенно свойственно большинство из указанных выше типов структур коллоидного происхождения, в частности брекчиевидная (конгломератовидная) или, чаще, хлопьевидная структуры. В наиболее уплотненных разновидностях иногда присутствуют порфиробластовые включения относительно крупных кристаллов каолинита.
Пластичные огнеупорные глины. Характеризуются светло-серой или серой окраской. Для них характерна также пелитовая структура и шелковистый блеск в изломе. В преобладающей части они ясно слоисты. Мощность пластов огнеупорных глин измеряется обычно несколькими метрами.
Происхождение
Каолинитовые породы типичны для разнообразных континентальных отложений и до настоящего времени не найдены среди морских осадочных пород. Они приурочены к коре выветривания или озерно-болотным, реже речным и дельтовым фациям. Встречаются они также среди отложений опресненных лагун. Важным условием их образования являются воды, богатые гумусом.
Каолинитовые породы возникали преимущественно при влажном тропическом и субтропическом климате в условиях суши с выравненным рельефом. В умеренно-теплом влажном климате чаще образовывались каолинит-гидрослюдистые и гидрослюдисто-каолинитовые глины.
Геологическое распространение
Каолинизированные породы встречаются еще с докембрия, но значительные скопления каолинитовых пород известны лишь со среднего палеозоя, где они образуют определенные парагенетические ассоциации с другими осадочными породами, главным образом с углями, бокситами и кварцевыми песчаниками.
Крупные месторождения огнеупорных глин известны в нижнекаменноугольных отложениях Подмосковной котловины, в меловых (?) отложениях Воронежской области, в третичных отложениях Украины. На Урале месторождения первичных каолинов связаны с доюрской корой выветривания, а залежи каолинитовых огнеупорных глин развиты в меловых и третичных отложениях. Аналогичного типа месторождения известны также на Украине, в Сибири и Средней Азии.
Практическое применение
Каолины и каолинитовые глины - важные полезные ископаемые. Они используются в керамической (фарфоро-фаянсовой), огнеупорной, бумажной, резиновой, мыловаренной, косметической и других отраслях промышленности.
Каолин является основной составной частью массы, употребляемой для приготовления фарфора. В состав этой массы входит, кроме того, огнеупорная глина, кварцевый материал (кварц или кварцевый песок) и полевой шпат.
Фаянсовая масса отличается от фарфоровой иным содержанием глины (30-35% вместо 7-20%), худшим ее качеством (дает приобжиге не такой белый черепок) и степенью пористости полученных изделий (у фаянса 12-15%, у фарфора - меньше 0,5%). Фарфоровые и фаянсовые изделия обладают белым черепком, поэтому основным требованием керамической промышленности к каолинам является ограниченное со-держание в них красящих окислов (железа, титана и хрома), которое не должно превышать 1,5%. Вредны механические примеси, а также рас-творимые соли и сернистые соединения. Желательна хорошая пластичность каолинита; ею, однако, обладают лишь некоторые его разно-видности каолинов.
Каолинитовые глины, применяющиеся в огнеупорной, промышленности, должны обладать огнеупорностью не ниже 1580°. Вредными примесями в них являются известь (вызывает понижение огнеупорности, увеличивает размягчение под нагрузкой и дает усадку при обжиге), органические вещества (уменьшают пластичность глин, увеличивают пористость изделий), железо, особенно в виде сульфидов (понижает огнеупорность, вызывает образование черных пятен), щелочи и окись титана (понижает огнеупорность). Содержание извести в огнеупорных глинах не должно превышать 1%, содержание железа- 3,5%, содержание щелочей - 2%. Примесь слюды также является вредной и понижает огнеупорность.
Для производства шамотных огнеупорных изделий огнеупорные глины используются частично в обожженном и размолотом, а частично в сыром виде в качестве связующего материала.
Бумажная промышленность является главным потребителем каолина, используя его как наполнитель в количестве 20-40% от общего объема бумажной массы. Каолин придает бумаге более гладкую поверхность, повышает ее плотность и просвечиваемость.
Необходимым условием для применения каолина в бумажной промышленности должно быть отсутствие в нем примеси песка, а также минимальное количество окислов железа, вызывающих пожелтение бумаги.
В резиновой промышленности каолин используется как наполнитель в составе резины, увеличивающий ее стойкость против истирания и кислотоупорность.
В мыловаренной промышленности каолин также используется как наполнитель. Хозяйственное мыло содержит 10-40% каолина, туалетное- 5%. В косметической промышленности каолин входит в состав разнообразных паст, мазей, помад, грима в качестве связующего, легко отмываемого вещества. В большом количестве каолин применяется при изготовлении пудры.
Месторождения каолинов Великобритании
Великобритания является страной с традиционной высоко-развитой керамической промышленностью, базирующейся на собственном высококачественном сырье - первичных (остаточных) каолинах, каолиновых, так называемых «комовых», огнеупорных и кирпичных, а также специфических сукновальных (фуллерова земля) глинах. По добыче каолина Великобритания занимает второе место в мире вслед за США, а по производству бентонитов входит в первую десятку стран.
Месторождения каолинов и каолиновых комовых глин находятся в Корнуолле и Девоншире (Юго-Западная Англия). Своеобразным кристаллическим фундаментом этого региона является гигантский гранитный батолит верхнекаменноугольного возраста, прорывающий девонские и каменноугольные преимущественно осадочные стратифицированные образования. Положительные формы неровной кровли этого батолита - куполы - выходят на дневную поверхность в виде серии крупных интрузивов: Дартмур, Бодмин Мур, Сент-Остелл, Карменеллис и Ланде Энд.
Все они сложены кварцевыми монцонитами и адамеллитами, состоящими из кварца, ортоклаза, плагиоклаза, коричневой слюды с акцессорным турмалином, цирконом и апатитом. С этими интру-зивами тесно связаны олово-вольфрамовые жилы, аплиты и пегматиты. В них широко проявлены грейзенизация и каолинизация. Наиболее интенсивная каолинизация отмечается в массиве Сент-Остелл.
Каолиновые залежи приурочены к верхним частям гранитных массивов и имеют воронкообразную форму размером в многие сотни метров. Глубина развития каолинизации в гранитах может составлять 200-300 м. Благодаря присутствию флюорита кремово-окрашенный каолин иногда приобретает розоватый оттенок. В его составе присутствует белая слюда, включая лепидолит и жильбертит, зерна кварца с мелкими идиоморфными кристалликами альбита, микропертита, топаза, флюорита, турмалина.
Образование каолина дискуссионно. Согласно одной точке зрения, это результат гипогенного изменения гранитов под воздействием перегретых паров и горячих газов, содержавших соединения бора и фтора, поступавших из глубин по трещинам и разломам, разлагавших калиевый полевой шпат с высвобождением кремнезема и калия: 2KAlSi 3 O 8 + 3Н 2 O* Al 9 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4SiO 2 + 2КОН, с новообразованием небольших количеств флюорита и турмалина. Другая точка зрения рассматривает каолин как продукт выветривания гранитов.
Добыча каолина осуществляется в карьерах с помощью гидромониторов: струя воды под давлением размывает стенку карьера; глинистый материал в виде водной суспензии стекает в отстойники, освобождаясь от неглинистых частиц. Получаемая товарная продукция по химическому составу близка к чистому каолиниту: SiO 2 46,5%; Al 2 O 3 39,5%; К 2 O + Na 2 O до 2%; Fe 2 O 3 0,5-1,2%, что в пересчете составляет 80-95% каолинита и 5-15% мусковита. Корнуольский каолин имеет очень высокую степень белизны, что особенно важно для бумажной промышленности. Однако из-за сравнительно большой крупности частиц керамические массы на его основе малопластичны; поэтому в них вводят пластифицирующие добавки - комовые глины и бентониты.
В этом же регионе Юго-Западной Англии, непосредственно к востоку от гранитного массива Дартмур находятся осадочные месторождения каолиновых комовых глин. Свое название они получили в связи с тем, что ранее они извлекались в виде шаров или комков массой около 15 кг. Геологически они связаны с бассейном осадконакопления Бови площадью свыше 25 км 2 , выполненным более чем 1100 м эоцен-олигоценовой толщей песков, алевролитов, алевритистых глин, комовых глин, углистых глин и лигнитов. В пределах этого бассейна выявлено более 40 промышленных пластовых залежей и линз комовых глин мощностью от 1 до 5 м.
Главный глинистый минерал комовых глин - каолинит, второстепенные - кварц и слюда типа иллита, примеси - органическое вещество (лигнит), оксиды железа и титана. В зависимости от окраски выделяют голубые, цвета слоновой кости и черные (с лигнитом) разновидности глин. Их химический состав варьирует в следующих пределах: SiO 2 40-60%; Аl 2 O 3 25-40%; Fe 2 O 3 0,25-4,0%; Na 2 O 0-0,75%; К 2 O 0,5-4,0%. По своему грануло-метрическому составу глины тонкодиснерсные: размер свыше 80% слагающих их частиц составляет сотые-десятые доли микрометра.
Комовые глины обладают высокой пластичностью (максимальной в черной разновидности, богатой лигнитом), кремовым, белым или близким к белому цвету черепка, высокой дисперсностью и высокой прочностью в необожженном состоянии.
Добыча комовых глин чаще осуществляется карьерным способом. Однако, учитывая их высокое качество и немногочисленность таких образований, допускается и подземная их добыча. Значительная часть этого сырья используется для изготовления керамических дренажных труб, строительного, кислотоупорного и огнеупорного кирпича; до недавних пор на его базе процветало гончарное производство. Для получения высококачественного белого фарфора эти глины (ball clay) используются в качестве пластифицирующих добавок к вышерассмотренным каолинам (china clay).
Считается, что месторождения комовых глин бассейна Бови имеют озерно-болотное происхождение; они образовались за счет эрозии и химического разложения гранитов Дартмур и окружающих эти граниты пород с последующим переносом и отложением продуктов в эоценолигоценовом грабене.