کائولن

کائولن

1-مقدمه

کائولین یا کائولینیت یک کانی رُسی با فرمول شیمیایی Al2Si2O5(OH)4 می باشد که یک ماده معدنی مهم صنعتی است. این ترکیب یک کانی سیلیکات لایه ‌ای است که یک ورقه چهار وجهی (تتراهدرال) سیلیس   (SiO4)  از طریق اتم ‌های اکسیژن به یک ورقه هشت ‌وجهی (اکتاهدرال) از آلومینا  (AlO6) متصل است. سنگ هایی که سرشار از کائولینیت هستند به نام کائولن یا خاک رس چینی شناخته می شوند.
کائولینیت دارای ظرفیت انقباض و انبساط و ظرفیت تبادل کاتیونی کم می باشد. این ماده که به صورت معدنی یافت می شود معمولاً سفید رنگ است و در اثر هوازدگی شیمیایی سیلیکات آلومینیوم مانند فلدسپات تولید می شود. در نقاط بسیاری از دنیا این ماده توسط اکسید آهن به رنگ صورتی، نارنجی و قرمز در می آید. غلظت های کمتر رنگ های سفید، زرد یا نارنجی روشن را به دست می آورند. کائولن به صورت پودر خشک، نودل نیمه خشک یا دوغاب مایع عرضه می شوند.

فرمول شیمیایی کائولینیت همانطور که در کانی شناسی استفاده می شود Al2Si2O5(OH)4 است، با این حال، در کاربردهای سرامیک فرمول معمولاً بر حسب اکسید نوشته می شود، بنابراین فرمول کائولینیت Al2O3·2SiO2·2H2O نوشته می شود.

2-تاریخچه

نام کائولن از یک روستای چینی (در نزدیکی Jingdezhen) در استان جیانگشی در جنوب شرقی چین گرفته شده است. این نام در سال 1727 از نسخه فرانسوی کلمه: kaolin، به دنبال گزارش‌های فرانسوا خاویر در مورد ساخت آن وارد انگلیسی شد. 

3-کاربرد ها

کاربرد اصلی کانی کائولینیت در تولید کاغذ است (به عنوان پرکننده برای حجیم کردن، یا پوششی برای بهبود سطح در کاغذسازی). استفاده از آن جهت براقیت برخی از انواع کاغذ نیز رایج است.
کائولن همچنین به دلیل توانایی هایش در القا و تسریع لخته شدن خون شناخته شده است. 
کائولن استفاده در طول زمان استفاده های بسیاری داشته و دارد که به صورت تیتروار به آنها می پردازیم:
صنعت سرامیک ( به عنوان جزء اصلی پرسلن)
در لوازم آرایشی
در مواد عایق صنعتی مانند شکلی از پشم معدنی
در کرم ‌های محافظ پوست 
در رنگ برای گسترش رنگدانه سفید دی اکسید تیتانیوم  (TiO2) و اصلاح سطوح براقیت
برای اصلاح خواص لاستیک پس از ولکانیزاسیون
در چسب هایی برای اصلاح رئولوژی 
به عنوان پرکننده در دیسک های الماس 
به عنوان یک شاخص در تاریخ گذاری رادیولوژیکی (زیرا کائولینیت می تواند حاوی مقادیر بسیار کمی از اورانیوم و توریم باشد)
برای القای لخته شدن خون در روش های تشخیصی ( به عنوان مثال زمان انعقاد کائولن)
در شکل متاکائولین تغییر یافته آن، به عنوان یک پوزولان.( هنگامی که متاکائولین به مخلوط بتن اضافه می شود، هیدراتاسیون سیمان پرتلند را تسریع می کند و در واکنش پوزولانی با پورتلندیت تشکیل شده در هیدراتاسیون مواد معدنی سیمان اصلی (مانند آلیت) شرکت می کند).
در شکل متاکائولین تغییر یافته آن، به عنوان یک جزء پایه برای ترکیبات ژئوپلیمری
و در بسیاری دیگر از زمینه ها از این ترکیب استفاده می شود.

4-واکنش ها

1-4-تبدیل فاز

مواد رسی گروه کائولینیتی تحت عملیات حرارتی در هوا در فشار اتمسفر تحت یک سری تبدیل فاز قرار می گیرند.

2-4- تبدیل به متاکائولین

فرایند خروج آب تبلور از این ماده که با حرارت همراه است در دمای 550 تا 600 درجه سانتیگراد شروع می شود و متاکائولین نامنظم (Disoeder) تولید می کند، اما از دست دادن مداوم هیدروکسیل تا 900 درجه سانتیگراد (1650 درجه فارنهایت) مشاهده می شود

3-4- اسپینل شدن

گرمایش بیشتر تا دمای 925 تا 950 درجه سانتیگراد، متاکائولین را به اسپینل آلومینیومی - سیلیکونی تبدیل می کند و واکنش زیر رخ می دهد

4-4- چند صفحه شدن

در دمای بالای 1050 درجه سانتیگراد ماده وارد فرایند کلسینه شدن می شود، فاز اسپینل به عنوان هسته عمل می کند و فاز ماده به چند صفحه ای و کریستوبالیت بسیار کریستالی تبدیل می شود:

5-روش تولید

هنگام تلاش برای توضیح شکل‌گیری کائولینیت در شرایط جوی با برون ‌یابی داده ‌های ترمودینامیکی از سنتزهای موفق ‌تر در دمای بالا، با مشکلاتی مواجه می‌شویم. در دماهای بالا، مدل‌ های ترمودینامیکی تعادلی برای توصیف انحلال و هسته‌زایی کائولینیت رضایت‌بخش به نظر می‌رسند، زیرا انرژی حرارتی برای غلبه بر موانع انرژی درگیر در فرآیند هسته‌زایی کافی است. اهمیت سنتزها در دمای محیط و فشار اتمسفر برای درک مکانیسم دخیل در هسته زایی مواد معدنی رسی در غلبه بر این موانع انرژی نهفته است. 
سنتز دمای پایین کانی های رسی (به عنوان مثال کائولینیت) جنبه های مختلفی دارد. در وهله اول، اسید سیلیسیک که باید به کریستال در حال رشد عرضه شود باید به شکل مونومر باشد، یعنی سیلیس باید در محلول بسیار رقیق موجود باشد. به منظور جلوگیری از تشکیل ژل های سیلیکا آمورف که از محلول های فوق اشباع بدون واکنش با کاتیون های آلومینیوم یا منیزیم برای تشکیل سیلیکات های کریستالی رسوب می کنند، اسید سیلیسیک باید در غلظت های کمتر از حداکثر حلالیت سیلیس آمورف وجود داشته باشد. 
جنبه دوم سنتز کائولینیت در دمای پایین, این است که کاتیون های آلومینیوم باید با توجه به اکسیژن به صورت ششتای (هگزا) کوئوردینه شوند.
جنبه سوم این است که این دو جزء اولیه باید در یک کریستال مخلوط با ساختار لایه ای ترکیب شوند. 

مشاهده می شود که برای هر مولکول کائولینیت که تشکیل می شود باید پنج مولکول آب از واکنش حذف شود. 
سنتز کائولینیت در دماهای بالا (بیش از 100 درجه سانتیگراد [212 درجه فارنهایت]) نسبتاً شناخته شده است. 
سنتز آزمایشگاهی کائولینیت در دمای اتاق و فشار اتمسفر توسط DeKimpe و همکارانش توصیف شده است. 

6-تحقیقات جدید

در رابطه با این ماده, بررسی ماده به دست آمده از معدن بسیار دارای اهمیت است, در همین زمینه مطالعه ای با عنوان "بررسي خواص فيزيكوشيميايي و كاني شناسي كائولن معدن قازانداغي تاكستان در توليد كاشي و انواع ديگر سراميك هاي صنعتي" در نشریه بلورشناسي و كاني شناسي ايران به چاپ رسیده است.

7-روش نگهداری

نگهداری این ماده در ظروف در بسته مهمترین نکته در نگهداری این ماده می باشد, زیرا که تنفس گرد و غبار آن می تواند سبب آسیب دیدن بدن شود. 
همچنین مانند تمام مواد شیمیایی دیگر بایستی این محصول را نیز از رطوبت و گرما دور نگهداری نمود.

8-ایمنی

کائولن به طور کلی بی خطر شناخته می شود، اما ممکن است باعث تحریک خفیف پوست یا غشا های مخاطی شود. محصولات کائولن همچنین ممکن است حاوی رگه ‌هایی از سیلیس کریستالی که یک سرطان‌زای شناخته شده باشند. افراد می توانند در محیط کار با تنفس پودر به صورت گرد و غبار و یا تماس پوستی یا چشمی در معرض کائولن قرار گیرند و دچار آسیب دیدگی شوند.