علم سرامیک

کائولن چیست؟
كائولن يك اصطلاح اقتصادي است كه براي كان‌سارهاي رسي تقريباً سفيد به كار مي‌رود. اين كانسارها اغلب شامل كاني كائولينيت و يا فرآورده‌هاي به‌دست آمده از آن مي‌باشند. در گذشته اصطلاح خاك‌چيني به عنوان مترادف كائولن استفاده مي‌شد. نام كائولن از كلمه كائولينگ چيني به معناي تپه سفيد مشتق شده است که از آن خاك كائولن استخراج مي‌شده است.

كائولن از مجموعه كاني‌هاي رسي بوده و فرمول شيميايي آن H4Al2Si2O9 است. كاني‌هاي كائولن شامل كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت مي‌باشند. فراوان‌ترين كاني اين گروه كائولينيت است. همه اين كاني‌ها جزء كاني‌هاي آلومينو -‌ سيليكات هستند كه در سيستم مونوكلينيك و يا تري‌‌كلينيك متبلور مي‌شوند. از مهم‌ترين خصوصيات كاني شناسي رس‌هاي كائولن نرمي و عدم سايندگي آنها مي‌باشد. سختي كائولن در مقياس موس در حدود 2-5/2 است. اين نرمي در كاربردهاي صنعتي آن يك مزيت محسوب مي‌شود.
رس‌هاي كائولن اكثراً از آلتراسيون كاني‌هاي آلومينيوم سيليكات در نواحي گرم و مرطوب به‌وجود مي‌آيند. فلدسپات‌ها از جمله كاني‌هاي عمومي منشاء پيدايش آنها مي‌باشند.
كائولن يا خاك چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد. آمريكا، انگلیس، روسيه، جمهوري چك و برزيل بزرگ‌ترين توليد‌كنندگان كائولن هستند.
رسوبات کائولینی Cornish که به‌وسیله IMERYS در ناحیه Cornwall و Devon استخراج می‌شوند در سال 1746 کشف شدند. اینها رسوبات اولیه هستند یعنی در همان مکانی که فرایند طبیعی دگرگونی هیدروترمال آنها را شکل داده است، یافت شده‌اند. این کائولن‌ها به‌خاطر کیفیت بسیار خوب، ثبات و میزان ذخایر بسیار زیادشان شهرت جهانی دارند.
به‌طور خلاصه خصوصيات مهم كائولن، كه مصارف متعدد آن را سبب شده است مي‌توان به‌صورت زير نام برد:
-1 از نظر شيميايي در گستره وسيعي از تغييرات PH بدون تغيير مي‌ماند.
2 - داشتن رنگ سفيد كه آن را به صورت ماده رنگي قابل استفاده مي‌سازد.
3 - دارا بودن خاصيت پوششي بسيار خوب
-4 نرمي و غير‌سايشي بودن آن
-5 قابليت اندك هدايت جريان الكتريسيته و گرما
-6 قيمت ارزان

مصارف کائولن:
بيشترين مصارف كائولن در كاغذسازي، سراميك، رنگسازي، ديرگداز، پلاستيك، لاستيك، دارويي، حشره‌كش، جذب‌كننده، مواد پاك‌كننده، مواد غذايي، تهيه داروها و تهيه كودهاي شيميايي است.
حدود 50 درصد از كائولن در كاغذسازي به عنوان پركننده و روكش، 20 درصد در صنايع سراميك و ديرگداز، 10 درصد در لاستيك‌سازي به عنوان پركننده و 20 درصد در رنگ‌سازي پلاستيك استفاده مي‌شود.
قيمت مناسب كائولن طي سال‌هاي اخير سبب شده است تا صنايع مصرف‌كننده اين محصول علاقه‌مند به استفاده از كائولن شوند.
كائولن يا خاك‌چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد. سنگ کائولين برحسب نوع پيوندهايش به دو گروه پيوند نرم و سخت طبقه‌بندي مي‌شود. مصارف سنگ کائولين با پيوند نرم عمدتاً در صنايع کاشي، چيني و سراميک‌سازي لستفاده مي‌شود و مصارف سنگ کائولين با پيوند سخت در صنايع لاستيک‌سازي و کاغذ‌سازي استفاده مي‌شود.

فرآوری کائولن
حتي بهترين کائولن‌هاي دنيا هم در حدود 20 % ناخالصي دارند. بنابراين بايستي آنها را تغليظ کرد و مواد قليايي آن را به کمتر از 5/1 % رساند.
کائولن مصرفي بايد داراي مشخصات ذيل باشد :
درصد Al2O3 بايد از 30 % بيشتر باشد.
1 - ميزان اکسيدهاي آهن Fe2O3 نبايد از 1 درصد بيشتر شود.
2 - ميزان اکسيد تيتانيوم TiO2 بايد به 2/0 درصد کاهش يابد.
3 - اکسيدهاي قليايي نبايد از 2 درصد بيشتر شود.
4 - حداکثر ميزان CaO ، 2/0 درصد و MgO ، 3/0 درصد باشد.
5 - افزايش ميزان کائولينيت نسبت به ساير کاني‌هاي موجود باعث مرغوبيت کائولن مي‌شود.
6 - ديرگدازي کائولن بايد در حدود 1700 درجه سانتيگراد باشد.
مدول گسيختگي آن بايد بيش از 10 کيلوگرم بر سانتي‌متر مربع باشد.
استخراج کائولن فرایندی پیچیده است که شامل سه عملیات مجزا است: باطله برداری، پالایش، خشک کردن
در مرحله روباز کردن معدن و باطله برداری، باطله به وسیله خاکبردارهای مکانیکی خارج می‌شود سپس آبپاش‌ها که به Monitors معروف هستند با فشار زیاد روشن شده و به سطح معدن روباز شده پاشیده می‌شود.کائولن به‌همراه ماسه و میکا از سطح سینه کار شسته شده و به پایین‌ترین قسمت‌های آن که به Sink معروف است به صورت دوغاب حرکت می‌کند. پمپ‌های سانتریفیوژ دوغاب را به کلاسیفایرهای ماسه حمل می‌کند تا ذرات درشت‌تر ماسه جداشوند.
کائولن به شکل دوغاب به‌وسیله خطوط لوله به مرحله دوم فرآیند یعنی پالایش (Refining ) حمل می‌شود. مرحله پالایش شامل یک‌سری تکنیک‌ها است که برجسته‌ترین آنها رسوب‌دهی است، برای خارج کردن ذرات ریزتر مواد ناخالصی (عمدتاً کوارتز، میکا و فلدسپار‌) از کائولن، طراحی شده‌اند. تکنیک‌های توسعه یافته و منحصر به فرد توسط IMERYS برای افزایش خلوص کائولن استفاده می‌شوند. مشخصات محصول نهایی حاصله به‌وسیله کامپیوتر و کنترل شده به‌صورت ‌تر مخلوط می‌شو د و برای اطمینان تحت آنالیز شیمیایی و آزمایش‌های کنترل کیفیت قرار می‌گیرد. مرحله آخر خشک کردن است، در این مرحله رطوبت دوغاب کائولن پالایش شده، کاهش می‌یابد، ابتدا آب به‌وسیله فیلتر پرس از دوغاب خارج می‌شود، سپس از خشک‌کن‌های حرارتی عبور داده شده تا محصول نهایی به‌دست آید.

نواحی تولید
نواحی Cornwall و Devon واقع در جنوب غرب انگلستان دارای بیشترین ذخایر جهانی رسوبات کائولن با بالاترین کیفیت هستند که اکثراً نزدیک St. Austell و رسوبات Lee Moor نزدیک Plymouth می‌باشند.
IMERYS در منطقه Cornwall و Devon،17 معدن کائولن فعال با خواص سرامیکی بسیار عالی دارد. کائولن‌های استخراج شده از ناحیهLee Moor درDevon خواصی دارد که در صنایع چینی‌مظروف از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
کائولن‌های ناحیه Cornish از تنوع استثنایی برخوردار هستند به‌طوری که تولید رنج وسیعی از کائولن‌های مناسب برای مصرف در صنایع مختلف سرامیک شامل چینی‌بهداشتی، چینی‌مظروف، فیبرهای شیشه‌ای و لعاب امکان پذیر می‌باشد. اگر چه خواص معادن مختلف متفاوت هستند اما با دقت و مراقبتی که در مرحله اختلاط‌تر صورت می‌گیرد محصول نهایی از مشخصات مورد نظر برخوردار است.