مقدمه:
کائولن یک اصطلاح اقتصادی است که برای کانسار های رسی تقریباً سفید به کار می رود. این کانسارها اغلب شامل کانی کائولینیت و یا فرآورده های بدست آمده از آن می باشند. در گذشته اصطلاح خاک چینی به عنوان مترادف کائولن استفاده می شد. نام کائولن از کلمه کائولینگ چینی به معنای تپه سفید مشتق شده است که از آن خاک کائولن استخراج می شده است .
کائولن از مجموعه کانیهای رسی بوده و فرمول شیمیایی آن H4Al2Si2O9 می باشد .کانی های کائولن شامل کائولینیت، دیکیت، ناکریت و هالوزیت می باشد. فراوان ترین کانی این گروه کائولینیت می باشد. همه این کانی ها جزء کانی های آلومینو- سیلیکات می باشند که در سیستم مونوکلینیک و یا تری کلینیک متبلور می شوند. از مهم ترین خصوصیات کانی شناسی رس های کائولن نرمی و عدم سایندگی آنها می باشد. سختی کائولن در مقیاس موهر در حدود 2-5/2 می باشد. این نرمی در کاربردهای صنعتی آن یک مزیت محسوب می شود.
رس های کائولن اکثراً از آلتراسیون کانی های آلومینیوم سیلیکات در نواحی گرم و مرطوب بوجود می آیند. فلدسپات ها از جمله کانی های عمومی منشاء پیدایش آنها می باشد. پلاژیوکلاز فلدسپارها (سدیم یا پتاسیم) معمولاً در ابتدا کائولینه می شوند. فلدسپارهای پتاسیک به کندی آلتره شده و تولید کائولن های مخلوط با سریسیت دانه ریز، ایلیت یا هیدروموسکویت می کند.
کائولن یا خاک چینی به رنگ سفید بیشترین کاربرد را در تولید چینی و سرامیک دارد.
آمریکا، روسیه، جمهوری چک و برزیل بزرگ ترین تولید کنندگان کائولن می باشند.
1- ژئوشیمی:
کائولن از نظر صنعتی به مجموعه کانیهای رسی اطلاق می شود که دارای مقدار قابل توجهی کائولینیت باشد و فرمول شیمیایی آن H4Al2Si2O9 می باشد . کائولن از نظرکانی شناسی جزء کانی های سیلیکاته آلومینیوم آبدار است .
کانیهای این گروه عبارتند از : کائولینیت، دیکیت، ناکریت و هالوزیت. کائولینیت فراوانترین کانی این گروه است . ترکیب شیمیایی تمامی آنها یکسان و شامل 2SiO2.Al2O3.2H2O است .
کائولینیت فراوانترین کانی گروه کائولن است و در سیستم تری کلینیک متبلور می شود و دیکیت و ناکریت در سیستم مونوکلینیک متبلور می شوند .
سنگ کائولین برحسب نوع پیوندهایش به دو گروه پیوند نرم و سخت طبقه بندی می شود .
یکی از مهم ترین خصوصیات صنعتی کائولن ماهیت شیمیایی خنثی آن می باشد. کائولن تحت شرایط شیمیایی صنعتی و در محدوده PH بین 3 تا 9 پایدار می باشد. بنابراین می تواند به راحتی به عنوان رنگدانه، پوشش و پرکننده با سایر ترکیبات استفاده شود.
خصوصیات نوری کائولن بسیار حائز اهمیت هستند که از جمله آنها سفیدی، رنگ و اپسیتی می باشد. سفیدی مقداری از انعکاس دهندگی کائولن می باشد و 6 اسپیتی از خصوصیات مهم کانی های رنگدانه است و بر اساس توانایی پنهان سازی الگوها و مرزهای انعکاس دهنده پشت آن از دید تعریف می شود.
از جمله خصوصیات اقتصادی مهم کائولن اندازه ریز ذرات آن می باشد. اغلب دیگر موادی که به عنوان رنگدانه، پرکننده ، پوشش دهنده و روان ساز استفاده می شوند، باید به وسیله عملیات هزینه بر خردایش و آسیا کردن، کاهش اندازه داده و به پودر تبدیل شوند. علاوه بر هزینه بری، تقلیل اندازه آنها نیز تصادفی بوده و به طور غیرمنظم شکسته می شوند. کائولن از مجموعه های سستی از بلورهای ریز که بیشتر شکل و اندازه ثابتی دارند، تشکیل شده است و نیز اندازه مورد استفاده در صنعت کمتر از دو میکرون بوده و این یک مزیت اقتصادی برای آن محسوب می شود. بنابراین در صنعت نیز اندازه ذرات کائولن را بر حسب درصد وزنی ذرات کوچک تر از دو میکرون بیان می کند.
شکل ذرات نیز یکی دیگر از خصوصیات مهم کائولن بوده و تعیین کننده ویسکوزیته و اپسیتی آن می باشد.
صفحات بلوری نازک قدرت پوشش دهی خوبی را فراهم می آورد و برای پوشش روی کاغذ و رنگ بهتر است. کائولن اغلب در فرآینده های صنعتی به عنوان سوسپانسیون پلیمر مایع یا آب به کار می رود. ویسکوزیته یا گرانروی این اسلاری های مایع نکته ای مهم می باشد. اساساً ارزش کائولن به علت گرانروی خیلی کم آن در درصدهای جامد بالا می باشد. این خصوصیت بر خلاف ویژگی بنتونیت است.
به طور خلاصه خصوصیات مهم کائولن، که مصارف متعدد آن را سبب شده است می توان به صورت زیر نام برد :
1- از نظر شیمیایی در گستره وسیعی از تغییرات PH بدون تغییر می ماند.
2- داشتن رنگ سفید که آن را به صورت ماده رنگی قابل استفاده می سازد.
3- دارا بودن خاصیت پوششی بسیار خوب
4- نرمی و غیر سایشی بودن آن
5- قابلیت اندک هدایت جریان الکتریسیته و گرما
6- قیمت ارزان
2- کانی های مهم کائولن :
· کائولینیت Kaolinit :
کائولن با نام کانی شناسی کائولینیت با فرمول شیمیایی (OH)8 (Si4O10) Al4 در سیستم تری کلینیک و سختی حدود 5/2-1 ، دارای 5/39 درصد Al2O3 ،5/46 درصد SiO2 و 14 درصد آب بوده و وزن مخصوص 6/2 – 1/2 گرم بر سانتی مترمکعبو نقطه ذوب آن °C 1785 است. رنگ آن سفید مایل به زرد و گاهی هم کمی سبز یا آبی رنگ بوده وطعم خاک دارد و به صورت مرطوب ، بوی شدید خاک می دهد. این کانی اغلب دارای پلاستیسیته بوده و عملاً در آب ، اسیدهای سرد و رقیق ، اسید کلریدریک و اسید سولفوریک گرم و غلیظ و ئیدروکسیدهای قلیایی نامحلول حل می شود.
اغلب ذخایر کائولینی در اثر هوازدگی و تجزیه سنگهای ولکانیکی حاوی سیلکات آلومینیوم بوجود می آیند. سنگها گرانیتی، گنایس ها، کوارتز، پورفیری ها و همچنین رسوبات حاوی فلدسپاتها، میکا و زئولیت جهت ایجاد کائولینیت مناسب می باشند که در اثر هوازدگی و تجزیه شیمیائی مواد قلیائی و مقداری از SO2 خارج شده و کوارتز و سایر کانی های همراه بصورت ترکیب باقی می مانند.
کائولن ممکن است نتیجه آلتراسیون هیدروترمال باشد. در این صورت، محلول هیدروترمال سردتر از 300 درجه سانتی گراد در داخل سنگهای با فلدسپات بالا، سبب شستن یونهای Ca++,K+, Na+ و سایر کاتیون ها و رسوب آنها با H+ بیشتر می شود.
اغلب این گونه ذخایر در ارتباط با سیستم متئوریک هیدروترمال، که حرارت از سنگهای ولکانیکی مشتق می شود، می باشند.
ذخایر بزرگی از کائولینیت در منطقه CORNWALL انگلستان در خارجی ترین قسمتهای سیستم هیدروترمالی، مرتبط با باتولیت های گرانیتی وجود دارند که به عمق چندین کیلومتر تشکیل شده اند.
کائولینیت در مقایسه با ناکریت – دیکیت از نظم کمتری برخوردار است و به همین دلیل اندازه بلور و ذرات اندازه بلور و ذرات هالوزیت در مقایسه با بقیه کوچکتر است .
کائولینیت در زون های هوازده و آلتراسیون سنگ های آذرین و دگرگونی به ویژه فلدسپارها تشکیل می شود .
· رس توپی:
رس توپی یک نوع سنگ رسوبی است که حاوی کائولینیت و مقدار جزئی ایلیت، کلریت، کوارتز و مونتموریونیت است. ذرات کائولینیت در رس توپی در مقایسه با سایر منابع رس دار کوچکتر است. مقدار کائولینیت رس توپی 20 تا 95 درصد، کوارتز آن 10 تا 70 درصد و ایلیت و کلریت آن 5 تا 45 درصد است. مواد آلی، مونتموریونیت، ترکیبات اهن، اکسید تیتان و نمکهای محلول از جمله ناخالصیهای رس توپی هستند. رس توپی بیشتر همراه با لایه های زغال دار است و از آن جا که ذرات ریز کانیهای رسی را به همراه دارد، خاصیت شکل پذیری آن بسیار خوب است. رنگ رس توپی قهوه ای مایل به سیاه است و مصارف آن عبارتند از : سرامیکهای بهداشتی، چینی های الکتریکی، انواع کاشیها، ظروف غذاخوری، صنایع دستی و دیرگدازها.
· هالوزیت:
هالوزیت نوعی کائولین است که به دو حالت آب دار و بدون آب یافت می شود و ترکیب نوع آب دار آن مشابه بقیه است و تنها دو مولکول اضافی آب دارد (2SiO2.Al2O3.4H2O ) .
تشخیص هالوزیت به کمک پراش اشعه ایکس امکان پذیر است. هالوزیت بیشتر در زونهای آلتراسیون و بندرت در زونهای هوازده ساپرولیت یافت می گردد. عمده مصارف آن در تهیه سیمان پورتلند و تهیه نسوزها و سرامیک است.
· دیکیت:
دیکیت نوعی کائولین است که در سیستم مونوکلینیک متبلور می شود و عمدتاً در زون های آلتراسیون تشکیل می شود .
· ناکریت :
ناکریت نوعی کائولین است که در سیستم مونوکلینیک متبلور می شود . نحوه قرار گیری ورقه های کائولینیت در ناکریت منظم است و بر همین اساس بلورهای آنها بزرگترند و به سمت هالوزیت کاملاً بی نظم است (ناکریت - دیکیت - کائولینیت - هالوزیت ). ناکریت کمیاب بوده و در زون های آلتراسیون تشکیل می شود .
· خاک رس آتش خوار :
بیشتر خاک رس آتشخوار از کائولینیت تشکیل گردیده، کائولین در آن به خوبی متبلور می شد و نظم مطلوبی در شبکه آن وجود دارد. خاک رس آتشخوار ، علاوه بر کائولین حاوی اکسید و هیدروکسیدهای آلومینیوم نیز هست. هر نوع خاکی که دمای بیش از 1500 درجه سانتی گراد را تحمل کند و میزان AL2O3 موجود در آن قابل توجه باشد، به خاک رس آتشخوار معروف است. خاک رس آتشخوار به انواع شکل پذیر ، نیمه شکل پذیر و بی شکل تقسیم می گردد. خاک رس آتشخوار، بیشتر در افقهای پایین لایه های زغال دار پیدا می شود.
مصرف عمده این خاک در تهیه آجرهای آتشخوار است که به شاموت معروفند. دیگر مصارف آن در ساخت قطعات کوره ها، دیگهای گرمابی و کاشی های نسوز است .