علم سرامیک

کائولن (Kaolin) ابتدا در سرزمن چین شناخته شد و لغت آن از کلمه چینی کائولینگ Kao-ling به معنی کوه بلند، منشا گرفته است. 200 سال قبل از میلاد مسیح کائولن به صورت کوهی بلند در منطقه جائوجائو واقع در شمال چین کشف شده است. در قرون گذشته سنگ های این منطقه برای ساختن ظروف چینی مورد استفاده قرار گرفته است، از این رو واژه خاک چینی (china clay) نیز در مورد آن به کار می رود. اما، امروزه فقط به کائولینی که در منطقه کورن وال (Cornwall) انگلستان یافت می شود، خاک چینی گویند. کائولن سنگی نرم، خاکی، شکل پذیر و معمولا سفید تا تقریبا سفید که عمدتا از کائولینیت تشکیل شده است (50 تا 95 درصد) و معمولا حاوی سایر کانی های رسی، Fe، Ti، SiO2 و غیره می باشد. کائولن از دگرسانی سنگ های حاوی کانی های آلومینیم دار مانند فلدسپات به همراه سایر کانی ها مثل میکا یا کوارتز به وجود می آید. کائولن ممکن است علاوه بر کائولینیت، کوارتز و فلدسپات، کانی های دیگری نظیر اکسید آهن (Fe2O3)، هیدروکسید آهن (FeOOH)، پیریت (FeS2) روتایل (TiO2) و ترکیبات کربناتی یا مواد آلی در بر داشته باشد. وجود این ناخالصی ها در کائولن رفتار فیزیکی فرآیند تولید را شدیدا تحت تاثیر قرار می دهد.

کائولن یکی از مهمترین رس های رسوبی کشور انگلستان به شمار می رود که بر اثر تاثیر عوامل اپی ژنیک و هیپوژنیک روی سنگ های گرانیتی ایجاد می شود. سنگ های گرانیتی در اثر فشار لایه های زیرین زمین به پوسته زمین راه یافته و در پایان دوره کربونیفر و هم چنین در بین دوره های کربونیفر و کرتاسز، تغییر شکل یافته و به کائولن تبدیل شده اند.

بیشترین عواملی که در تبدیل سنگ های گرانیتی به کائولن دخالت دارد، عامل هیپوژنیک است. به این صورت که، بخارات آب فوق العاده داغ و گازهای اسیدی داغ که شامل ترکیبات برم و فلوئور هستند، از مرکز زمین منتشر شده و این گاز ها از بین ترک ها و شکاف های سنگ های گرانیتی عبور کرده و باعث تبدیل این سنگ به کائولن شده اند. واکنش های شیمیایی که در طی این فرآیند صورت می پذیرد، کاملا شناخته شده نیستند. اما واکنش هایی که در همین زمان روی فلدسپات پتاسیک صورت می گیرد و آن را تبدیل به کائولینیت، سیلیس و پتاس آزاد می کند تا حدی شناخته شده هستند. از اجزای سنگ های گرانیتی علاوه بر فلدسپات پتاسیک می توان به میکا و کوارتز اشاره نمود که ظاهرا تاثیر این مینرال ها روی تبدیل گرانیت به کائولن بسیار ناچیز است، هم چنین، در طی تبدیل گرانیت به کائولن مقدار کمی CaF2 و تورمالین که شامل برم و فلوئور می باشد، ایجاد می شود.

یکی از مشخصه های کائولن این است که از تجزیه سنگ های گرانیتی ایجاد شده و همراه با سنگ های گرانیتی یافت می شود و در مورد استخراج این رس، روش مخصوص و ویژه ای اتخاذ شده است، البته لازم به ذکر است که در انگلستان کائولن جزء رس های اولیه محسوب می شود، اما، در ایران این رس ها از محل تشکیل خود جا به جا شده و شاید بتوان گفت که کائولن ایران جزء رس های ثانویه باشد. در ایران، استخراج به روش روباز انجام می شود و بعد از بهره برداری، رس به کارخانه شستشو و تخلیص در نزدیکی معدن حمل شده و بعد از شستشو و تخلیص، آب اضافی توسط فیلتر پرس گرفته شده و کیک های اصل به وسیله اکسترود به ذرات ریز تبدیل شده و بعد از خشک شدن کائولن وارد بازار مصرف می شود. برای استخراج از دستگاهی استفاده می شود که آب را با فشار به دیواره های دره پاشیده و رس های تشکیل شده را می شوید و سنگ گرانیت در پشت رس نمایان می شود. مخلوط آب و رس شسته شده به داخل کانالی هدایت شده و به وسیله این کانال، مخلوط رس و آب به یک مخزن آبگیر مانند، هدایت می شود که در درون این آبگیر بیشتر میکاها و ذرات کوارتزی که همراه با کائولن وجود دارد ته نشین شده سپس این سوسپانسیون نیمه تصفیه شده به ترتیب به داخل تانک ها و مخزن هایی پمپ شده که در داخل هر مخزن یک همزن قرار دارد و سرعت همزن مخزن ها با یکدیگر تفاوت دارد و سوسپانسیون از مخزن با همزن سرعت بالا به مخزنی با همزن سرعت پایین، پمپ می شود. در این تانک ها، کوارتز و میکای موجود از طریق رسوب گذاری جدا می شود.

سوسپانسیونی که باقی می ماند شامل مقدار زیادی آب است؛ لذا، ابتدا مقداری از آب آن از طریق حوضچه های سرباز تبخیر شده (عمل هم زدن در این جا هم ادامه دارد) و وقتی سوسپانسیون به حد کافی غلیظ شد، با استفاده از فیلتر پرس آب آن را گرفته و کیک های حاصله را درون کوره مخصوص حرارت داده و به صورت یک پودر خشک در می آورند که همان کائولن است. کائولن فرآوری شده در استانداردهای گوناگون در جهان داد و ستد می شود. کائولن بر اساس اندازه ذرات و انقاض تر به خشک طبقه بندی می شود و کارخانه جات تولید کننده کائولن ادعا دارند که آنالیز کائولن آن ها هر روز انجام شده و همیشه دارای ترکیب ثابت است.

به علت روش خاصی که در تولید کائولن در انگلستان قرار دارد این ماده می تواند به عنوان یک منبع مهم در تهیه کائولینیت مورد استفاده قرار بگیرد، چرا که عمده مینرال موجود در کائولن، کائولینیت است. بر طبق آنالیز های انجام شده میزان SiO₂ و Al₂O₃ موجود در رس کائولن، باید مطابق اندازه آن ها در کائولینیت باشد (39.5  درصد Al₂O₃ و 46.5 درصد SiO₂ و اگر تطابق برقرار باشد نشان دهنده خلوص بالای کائولن فرآوری شده است.

میزان یون های قلیایی در کائولن کمتر از 2 درصد است و میزان اکسید آهن (Fe₂O₃) بین 0.15 و 1.2 درصد است. بر طبق آنالیز مینرالی که روی کائولن اگلستان انجام شده است میزان کائولینیت آن 85% یا حتی گاهی بیشتر است و حدود 12 درصد میکا و باقی آن به کوارتز تعلق دارد. البته گاهی اکسیدهای گوناگون هم در کائولن دیده می شود. هر چند از طریق آنالیزهایی که امروزه انجام می شود وجود تقریبا یک درصد مینرال مونت موریلونیت هم اثبات شده است اما به جرات می توان گفت که کائولن انگلستان عاری از مواد آلی است. اندازه ذرات کائولن مانند بالکلی ها یک محدوده وسیع را در بر نمی گیرند. کوچکترین ذراتی که در کائولن دیده شده است ذرات کوچک تر از 0.02 میکرون است، اما با این حال، وجود ذرات کوچکتر از 0.3 میکرون در کائولن غیر معمول است و معمولا ذرات از 0.3 میکرون بزرگترند.

پلاستیسیته کائولن:

مقدار ذرات ریز در کائولن کمتر از بالکلی است و در نتیجه میزان پلاستیسیته کائولن کمتر از بالکلی ها است، به عبارت دیگر، نیروی اتصال کائولن در حالت تر، کمتر است. از مطالب فوق می توان این مطلب را توجیه نمود که چرا بدنه هایی که شامل کائولن هستند (میزان بالکلی در آن ها کم است یا اصلا وجود ندارد) از لحاظ شکل پذیری در حالت پلاستیک کارایی کمتری دارند.

تعویض کاتیونی:

در کائولن نسبت به بقیه رس ها میزان تعویض کاتیونی کمتر است. عمده یون های تعویضی در کائولن مانند بالکلی بوده و عبارت است از: K⁺، Na⁺، Mg⁺، Ca²⁺ و H⁺.

دفلوکولاسیون:

از آنجا که میزان تعویض کاتیونی در کائولن نسبت به بالکلی بسیار کمتر است، لذا دوغاب کائولن نسبت به دوغاب بالکلی احتیاج به دفلوکولانت کمتری دارد و نسبت به اوردفلوکوله هم حساس می باشد و به راحتی می تواند اوردفلوکوله شود. در مورد این رس، سیلیکات سدیم به تنهایی نمی تواند کاملا دوغاب را دفلوکوله نماید. طبق گزارشات، پلی فسفات ها بیشترین تاثیر را در دفلوکوله کردن دارند اما دفلوکولاسیونی که به وسیله آنها ایجاد می شود پایدار نیست و دوغاب تمایل دارد تا با گذشت زمان دوباره فلوکوله شود.

انقباض تر به خشک:

مقدار آب کارپذیری که کائولن به آن نیازمند است در مقایسه با بالکلی بسیار کمتر است، از این رو، طبق تحقیقات انجام شده، انقباض تر به خشک به میزان قابل توجهی کمتر از بالکلی ها است.

استحکام خام:

میزان استحکام خام کائولن، هنگامی که این خاک کاملا در دمای 110 درجه خشک شده باشد، به مراتب کمتر از بالکلی ها است. علت این امر، شاید این باشد که میزان ذرات ریز و مواد آلی کائولن خیلی کمتر از بالکلی ها است.

رنگ بعد از پخت:

از آنجا که کائولن شامل کمترین ناخالصی ها در مقایسه با دیگر رس ها است (خصوصا از لحاظ اکسیدهای آهن)؛ لذا جزء سفید پخت ترین رس ها به حساب می آید.

انقباض پخت:

میزان انقباض خطی در مورد خاک کائولنی که در دمای 1280 درجه سانتی گراد پخت شده است حدود 10ال 13 درصد است. رس های کائولن از آن جا که شامل مقادیر کمی از اکسیدهای فلاکس هستند تا دمای 1200 درجه سانتی گراد، ایجاد فاز شیشه در آن ها دیده نشده است.

بیشترین بخش کائولن تولید شده پیش از این در صنایع سرامیک به مصرف می رسید. اینک در حدود 50 درصد کائولن در کاغذ سازی، 20 درصد در سرامیک و دیرگداز ها، 10 درصد در لاستیک سازی و 20 درصد در صنایع رنگ و پلاستیک به مصرف می رسد. در صنعت کاغذ سازی از کائولن به عنوان ماده پر کننده و روکش استفاده می شود. در صنعت لاستیک سازی نیز کائولن را به عنوان ماده پر کننده به کار می برند. از کائولن خالص و نرم در لاستیک های نرم نظیر کاشی های لاستیکی و از کائولن ناخالص در تهیه ساخته های سرامیکی نیز کائولن مصرف فراوانی دارد. در رنگ سازی از کائولن مرغوب و خالص به صورت ماده رنگی و پر کننده بهره می گیرند.

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

دبلیو.ای.ورال، مواد اولیه سرامیک، ترجمه مهندس رضا پور عزت، نشر حاذق، 1384.

حسین پایدار، مواد اولیه مصرفی در صنایع سرامیک، انتشارات غزل، 1384.

محمد حسن کریم پور، کانی ها و سنگ های صنعتی، انتشارت دانشگاه فردوسی مشهد، 1385.

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

کائولن در صنایع مختلف ‌به‌عنوان ماده اولیه اصلی یا ماده جانبی در کنار دیگر مواد به کار می‌رود. کائولن دارای خواصی چون خاصیت پوششی بسیار خوب، داشتن رنگ سفید، ثابت بودن خواص فیزیکی با تغییرات PH، کم بودن قابلیت هدایت گرمایی و الکتریکی، نرم بودن، سایندگی و قیمت ارزان است. مهم‌ترین کاربردهای کائولن ‌به‌عنوان رنگدانه در کاغذ، پلاستیک، رنگ، لاستیک، چسب، پلاستیک‌سازی، کاغذ‌سازی، رنگ‌سازی، لاستیک‌سازی، سرامیک‌سازی، صنایع نسوز، در صنایع شیمیایی به‌عنوان کاتالیزور، افزودنی سیمان، تولید زئولیت و سولفات آلومینیوم، فایبرگلاس، ظروف دارویی و حشره‌کش‌ها را می‌توان نام برد. کائولن که برای کانسارهای رسی تقریبا سفید به‌کار می‌رود و از نظر صنعتی به رسی‌هایی که دارای مقدار قابل توجهی کائولینیت باشند، اطلاق می‌شود. این کانسارها اغلب شامل کانی کائولینیت یا فرآورده‌های به‌دست آمده از آن هستند. در گذشته اصطلاح خاک چینی ‌به‌عنوان مترادف کائولن استفاده می‌شد. نام کائولن از کلمه کائولینگ چینی به معنای تپه سفید مشتق شده است که از آن خاک کائولن استخراج می‌شد. از مهم‌ترین خصوصیات کانی‌شناسی رس‌های کائولن نرمی‌و عدم سایندگی آنهاست. این نرمی‌در کاربردهای صنعتی آن یک مزیت محسوب می‌شود...ادامه

كائولن يك اصطلاح اقتصادي است كه براي كانسارهاي رسي تقريباً سفيد به كار مي رود. اين كانسارها اغلب شامل كاني كائولينيت و يا فرآورده هاي بدست آمده از آن مي باشند. در گذشته اصطلاح خاك چيني به عنوان مترادف كائولن استفاده مي شد. نام كائولن از كلمه كائولينگ چيني به معناي تپه سفيد مشتق شده است که از آن خاك كائولن استخراج مي شده است. كائولن از مجموعة كانيهاي رسي بوده و فرمول شيميايي آن H₄Al₂Si₂O₉ مي باشد .كاني هاي كائولن شامل كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت مي باشد. فراوان ترين كاني اين گروه كائولينيت مي باشد. همه اين كاني ها جزء كاني هاي آلومينو - سيليكات مي باشند كه در سيستم مونوكلينيك و يا تري كلينيك متبلور مي شوند. از مهم ترين خصوصيات كاني شناسي رس هاي كائولن نرمي و عدم سايندگي آنها مي باشد. سختي كائولن در مقياس موهر در حدود 2-5/2 مي باشد. اين نرمي در كاربردهاي صنعتي آن يك مزيت محسوب مي شود. رس هاي كائولن اكثراً از آلتراسيون كاني هاي آلومينيوم سيليكات در نواحي گرم و مرطوب بوجود مي آيند. فلدسپات ها از جمله كاني هاي عمومي منشاء پيدايش آنها مي باشد. پلاژيوكلاز فلدسپارها (سديم يا پتاسيم) معمولاً در ابتدا كائولينه مي شوند. فلدسپارهاي پتاسيك به كندي آلتره شده و توليد كائولن هاي مخلوط با سريسيت دانه ريز، ايليت يا هيدروموسكويت مي كند. كائولن يا خاك چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد...ادامه
 

kaolin, also called china clay,  soft white clay that is an essential ingredient in the manufacture of china and porcelain and is widely used in the making of paper, rubber, paint, and many other products. Kaolin is named after the hill in China (Kao-ling) from which it was mined for centuries. Samples of kaolin were first sent to Europe by a French Jesuit missionary around 1700 as examples of the materials used by the Chinese in the manufacture of porcelain. In its natural state kaolin is a white, soft powder consisting principally of the mineral kaolinite, which, under the electron microscope, is seen to consist of roughly hexagonal, platy crystals ranging in size from about 0.1 micrometre to 10 micrometres or even larger. These crystals may take vermicular and booklike forms, and occasionally macroscopic forms approaching millimetre size are found. Kaolin as found in nature usually contains varying amounts of other minerals such as muscovite, quartz, feldspar, and anatase. In addition, crude kaolin is frequently stained yellow by iron hydroxide pigments. It is often necessary to bleach the clay chemically to remove the iron pigment and to wash it with water to remove the other