Oblasti průmyslového využití kaolinu | Článek v časopise Mladý vědec

Kadyrbakov, I.Kh. Oblasti průmyslového využití kaolinu / I.Kh. Kadyrbakov. — Text: přímý // Mladý vědec. — 2024. — Č. 16 (515). — S. 63-65. — URL: https://moluch.ru/archive/515/113001/ (datum přístupu: 26.02.2025).

V článku se autor zabývá oblastmi využití kaolinových jílů v hospodářství a jejich geologickým a průmyslovým zařazením.

Klíčová slova : kaolin, světové zásoby, rozsah použití, geologické a průmyslové druhy, zvětrávací kůra.

Kaolin je produktem chemického rozkladu (kaolinizace) hlinitokřemičitanových (slídno-živcových) hornin různého původu (vyvřelé, metamorfované, sedimentární). Ke kaolinizaci dochází za účasti procesů hydrolýzy, oxidace, rozpouštění, krystalizace, hydratace, izomorfismu, metasomatismu, doprovázené změnou objemu, vnitřního povrchu a tvorbou pseudomorfóz [1].

Kaoliny jsou volně vázány na drobivé horniny, které se snadno rozpouštějí ve vodě a obsahují užitečné minerály skupiny kaolinitů (kaolinit, halloysit, dickit). Jako nekovový minerál jsou nejcennější bílé nebo bledě zbarvené kaoliny, které mají nízký obsah tmavě zbarvených minerálních složek. Tyto nejlepší přírodní kaoliny patří ke genetickému typu eluviálního nebo primárního kaolinu.

Minerální složky eluviálního kaolinu se dělí do dvou hlavních skupin. První skupinu představují reliktní minerály zděděné z matečné horniny: křemen, draselný živec, muskovit, granát, silimanit. Druhou skupinu představují především jílové minerály skupiny kaolinit-haloyzit, se kterými je v podřadném množství spojen se sericitem, montmorillonitem a minerály smíšené vrstvy.

Světové zásoby kaolinu dosahují podle různých odhadů 15–16 miliard tun. Celková světová produkce v roce 2022 byla 48 milionů tun. Nejvýznamnější prozkoumané zásoby jsou (miliardy tun): USA — 3.5, Anglie — 1.8, ČR — 1.8, Brazílie — 1.4, Čína — 1.2, Ukrajina — 1.0. Celkem byly rezervy připraveny ve více než 60 zemích světa [2].

Bez obohacení se eluviální kaolin i s významným obsahem (45–50 %) písčito-bahnitých částic (křemen, živec) používá při výrobě polokyselých žáruvzdorných, kyselinovzdorných žáruvzdorných materiálů, kameniny a stavební keramiky.

Rozsah použití obohaceného kaolinu je mnohem širší a pestřejší. Tradiční a nejrozsáhlejší oblastí jeho použití je výroba papíru, kde slouží jako účinné a levné plnivo i jako bílý pigment pro potahování papíru hladkým lesklým filmem požadované tloušťky. Kaolin se také používá jako plnivo při výrobě plastů, pryže, umělé kůže, tkanin a linolea.

Bělost, disperze a lamelární morfologie částic kaolinitu a relativně nízká cena určují efektivitu jeho použití v průmyslu barev a laků, především v barvách používaných pro dekoraci interiérů.

Kaolin slouží také jako plnivo při výrobě mýdel, při výrobě tužek, při složení kosmetických parfémových past, krémů, mastí, pudrů atd.

Ve farmaceutické výrobě je dobře vyčištěný kaolin inertní pojivovou přísadou pro mnoho léčivých přípravků.

Kaolin se také používá jako prostředek k zabránění spékání zemědělských hnojiv při výrobě portlandského cementu. Obohacený kaolin se používá k výrobě katalyzátorů, které urychlují procesy čištění ropy a plynu. Při chemickém a termochemickém zpracování kaolinu se získává síran hlinitý, který se používá zejména jako účinné koagulanty pro čištění pitné a průmyslové vody [1].

Cenným produktem termochemického zpracování kaolinu je ultramarín, stabilní anorganické barvivo používané při výrobě barev, pryže, papíru, tkanin a potravinářských výrobků.

Obohacený kaolin se tradičně používá při výrobě široké škály keramických výrobků: dlažeb a obkladů, žáruvzdorných materiálů, domácí a kulturní keramiky, sanitárních a stavebních předmětů, kyselinovzdorného a elektroporcelánu. Nové oblasti použití jsou výroba skelných vláken, organokřemičitých polymerů a porcelánové kameniny.

Podle podmínek výskytu se kaoliny dělí na autochtonní (zbytkové, primární) a alochtonní (sedimentární, sekundární).

Většina kaolinů těžených ve světě (v Ruské federaci naprosto veškerá těžba) se omezuje na zvětrávací krustové formace. V tomto případě se tělesa (ložiska) eluviálních kaolinů nacházejí ve svrchní zóně profilu siallitického zvětrávání, kde jsou hlinitokřemičitany původních hornin zcela nebo téměř zcela nahrazeny jílovými minerály skupiny kaolinit-haloyzit.

Nejnižší železité a nízko titanové bílé kaoliny vznikají zpravidla při zvětrávání leukokratických zdrojových hornin (granitoidy, ruly, arkózy).

Podle obsahu (resp. nepřítomnosti) specifických minerálních složek v surovém eluviálním kaolinu se rozlišují jeho přírodní (minerálno-průmyslové) typy, které se dělí na podtypy (tab. 1).

Geologické a průmyslové typy eluviálních kaolinů

Hlavní komerční produkt

Kaolin hraje klíčovou roli v různých průmyslových odvětvích díky svým jedinečným vlastnostem a všestrannosti. Tato jemná bílá hlína hraje klíčovou roli při výrobě porcelánu a kameniny. Je široce používán v keramickém průmyslu. Jemné částice kaolinu a jeho vysoká plasticita z něj dělají ideální pro keramiku. Zvyšuje jeho pevnost a odolnost. Vyrábí se z něj také obklady a sanita. Zlepšuje jejich vzhled a funkčnost.

(1) Keramický průmysl

Keramický průmysl jako první začal používat kaolin. Používá také nejvíce kaolinu. Celkové množství je 20 % až 30 % vzorce. Úlohou kaolinu v keramice je přidávat Al2O3. To může zlepšit jeho stabilitu a pevnost během slinování.

(2) Guma

Přidání kaolinu do kaučukové směsi může zlepšit její stabilitu. Může také zlepšit jeho odolnost proti opotřebení a pevnost. Tím se také prodlužuje doba vytvrzování. Zlepšuje také míchání, vulkanizaci a reologické vlastnosti. To zvyšuje tloušťku nevytvrzeného produktu. Tím se zabrání jeho potopení, zhroucení, prověšení nebo deformaci.

(3) Barevné pigmenty

Kaolin se odedávna používá jako plnivo do barev a laků. Je bílý, levný a má dobré tokové vlastnosti. Má také stabilní chemikálie a vysokou kapacitu výměny kationtů.

(4) Žáruvzdorné materiály

Kaolin má dobré ohnivzdorné vlastnosti a často se používá k výrobě žáruvzdorných výrobků.

(5) Katalyzátory

Kaolin lze použít jako matrici katalyzátoru. Může být také použit po kyselé nebo alkalické modifikaci. Nebo může být přeměněn na molekulární síta nebo katalyzátory. Tyto katalyzátory obsahují molekulová síta typu Y. Toho je dosaženo pomocí technologie krystalizace in situ.

(6) Materiály kabelů

Výroba kabelů s vysokou izolací vyžaduje přidání příliš mnoha přísad ke zlepšení výkonu.

(7) Oblast mazání

Kaolin má vrstvenou strukturu a malou velikost částic, což mu zajišťuje dobrou mazací schopnost.

(8) Čištění odpadních vod z těžkých kovů

Kaolin má bohaté zásoby, rozsáhlé zdroje a nízké ceny. Jeho dvourozměrná vrstvená struktura poskytuje velkou plochu. To napomáhá jeho dobrému vstřebávání.

(9) Použití sekundárních zdrojů

Modifikovaný kaolin se také používá v oblasti recyklace zdrojů. Používá se k redukci kovových iontů.

(10) Zpracování degradovaných ropných produktů

V současnosti je nejrozšířenějším způsobem zpracování degradovaných ropných produktů adsorpční regenerace. Používají se především aluminosilikátové adsorbenty vyrobené z recyklovaného bentonitu, kaolinu atd.

(11) Tepelně akumulační materiály s fázovou změnou ve stavebnictví

Použili jsme dimethylsulfoxid (DMSO) jako interkalační činidlo pro interkalaci a modifikaci kaolinu na bázi uhlí. Použili jsme metodu interkalace taveniny. Jako matrice byl použit interkalovaný kaolin.

(12) materiály pro akumulaci sluneční energie

Materiál je vyroben z kaolinu a stearátu sodného. Jsou to suroviny. Jedná se o nový typ materiálu akumulujícího teplo, který mění fázi.

(13) Molekulární síta

Kaolin je bohatý na zásoby. Je levný a má vysoký obsah hliníku a křemíku. To z něj dělá dobrou surovinu pro výrobu molekulárních sít.

(14) Kaolinitové organické interkalační materiály

Interkalační metoda zahrnuje zavedení organických molekul nebo vrstvených polymerů do anorganických materiálů. Vznikají tak materiály zvané interkalační kompozity.

(15) Nanomateriály

Nanomateriály mají mnoho speciálních vlastností díky své malé velikosti. Stínují ultrafialové a elektromagnetické vlny. Používají se ve vojenském, komunikačním, počítačovém a jiném průmyslu. Přidání nanojílu do džbánů na vodu a ledniček jim dodává antibakteriální a dezinfekční účinek. Přidání nanojílu do keramiky může zvýšit její pevnost až 50krát. Lze z něj vyrábět díly motoru.

(16) Příprava sklolaminátu

Kaolin je důležitý pro výrobu sklolaminátu. Poskytuje Al2O3 a SiO2 pro sklo.

(17) Mesoporézní křemičité materiály

Mezoporézní materiály jsou materiály s velikostí pórů od 2 do 50 nm. Mají vysokou poréznost, adsorpční kapacitu a specifický povrch.

(18) Hemostatické materiály

Nekontrolované krvácení po traumatu je hlavní příčinou vysoké mortality. Přírodní hemostatikum daijeshi dokáže zastavit krvácení. Na základě této schopnosti vědci vytvořili nový typ nanojílu oxidu železa/kaolinu.

(19) Přenašeč drog

Kaolin je vrstvený krystal 1:1 s hustým a rovnoměrným uspořádáním a velkým specifickým povrchem. Často se používá jako materiál s postupným uvolňováním.

(20) Antibakteriální materiál

Kaolin je přírodní jíl. minerální. Může být použit v antibakteriálních materiálech. Kaolin má jedinečné vlastnosti. Je čistý, stabilní a netoxický. Proto je ideální pro posílení antibakteriální aktivity různých produktů. Kaolin může inhibovat škodlivé bakterie při použití v nátěrech, textiliích a biomedicínských zařízeních. Tím se snižuje riziko infekcí. Jeho porézní struktura umožňuje absorbovat vlhkost a další látky. To může zvýšit jeho antibakteriální vlastnosti. Navíc může být kaolin modifikován nebo kombinován s jinými antimikrobiálními činidly pro vytvoření synergie. Je cenný pro vývoj bezpečnějších a účinnějších antibakteriálních materiálů pro mnoho účelů.

(21) Tkáňové inženýrství

Jako pojivo byl použit kaolin. Byl použit k výrobě trojrozměrného MBG rámu. Rám má vynikající pevnost, mineralizační kapacitu a dobrou buněčnou odezvu. Byl vyroben šablonovou metodou z modifikované polyuretanové pěny (PU).

(22) Kosmetika

Kaolin lze přidat do kosmetiky pro zlepšení vstřebávání oleje a vody. Zlepšuje také přilnavost kosmetiky k pokožce. Zlepšuje také jejich hydratační funkci.

(23) Aplikace kaolinu v papírenském průmyslu.

Ve výrobě papíru je světový trh s kaolinem silný. Prodává se zde nejen keramika, guma, barvy, plasty a žáruvzdorné materiály.

Kaolin také nachází významné uplatnění v různých průmyslových odvětvích v papírenském a nátěrovém průmyslu. Při výrobě papíru je kaolin plnivem a povlakem. Zlepšuje jas a hladkost papírových výrobků. Zlepšuje potiskovatelnost. Proto je nejlepší volbou pro vysoce kvalitní tiskové papíry. V průmyslu barev a laků je kaolin pigmentem a plnivem. Dodává krycí schopnost a zlepšuje texturu barvy. Tato všestrannost demonstruje klíčovou roli kaolinu v mnoha odvětvích. Pro moderní výrobu je zásadní.