Kaoliniitti – kaoliinin määritelmä, ominaisuudet ja käyttö

Kaoliniitti tai kaoliini on savimineraali. Se kuuluu ryhmään, jonka kemiallinen koostumus on Al2Si2O5(OH)₄. Kaoliniitti on kerroksellinen silikaattimineraali, jossa yksi tetraedrinen levy on happiatomien kautta sidoksissa yhteen oktaedriseen alumiinioksidilevyyn. Runsaasti kaoliniittia sisältäviä kiviä kutsutaan kaoliiniksi tai posliinisaveksi. Kaoliinia toimitetaan ja käytetään teollisuudessa eri muodoissa: kuivana jauheena, puolikuivana nuudelina tai nestemäisenä lietteenä.

Määritelmä ja rakenne

Kaoliniitti on 1:1-tyyppinen fyllosilikaatti, eli sen rakenne muodostuu toistuvista tetraedrisista ja oktaedrisista levyistä. Yksi tetraedrinen silikonilevy on kiinnittyneenä yhteen oktaedriseen alumiinilevyyn. Tämä rakenne selittää osin mineraalin matalan kutistumiskyvyn ja alhaisen cation exchange capacity-ominaisuuden (kationinvaihtokyky).

Ominaisuudet

• Väri ja puhtaus: luonnostaan yleensä valkoinen, mutta rautaoksidi-saostumat voivat värjätä sen vaaleanpunaiseksi tai oranssinpunaiseksi. Puhdas kaoliini on erittäin valkoinen ja sitä arvostetaan erityisesti posliini- ja paperiteollisuudessa.
• Kovuus ja tiheys: pehmeä mineraali (Mohs ~2–2,5) ja suhteellisen alhainen tiheys.
• Kemiallinen käyttäytyminen: relatiivisesti kemiallisesti vakaa happamissa ja neutraaleissa olosuhteissa, mutta muodostuu yleensä muiden alumiinisilikaattien kemiallisessa kulumisessa ja hydrolyysissä.
• Terminen käyttäytyminen: dehydroxylaation seurauksena (lämmitys noin 450–600 °C) kaoliniitista syntyy metakaolinia, joka on reaktiivinen alumiinisilikaatti ja arvokas lisäksi sementtikoostumuksissa ja geopolymeereissä.
• Fysikaaliset ominaisuudet: alhainen kutistuvuus ja pieni kationinvaihtokyky tekevät kaoliinista ihanteellisen moni‑in teolliseen täyte‑ ja pintakäyttöön.

Esiintyminen ja synty

Kaoliniitti muodostuu yleensä alumiinisilikaattimineraalien, kuten maasälvän, kemiallisessa kulumisessa eli hydrolyysissä ja kemiallisessa rapautumisessa. Esiintymät voivat syntyä myös metamorfoosin tai vesiliukoisen poistuman seurauksena. Usein kaoliiniin liittyy rautapitoisia oksideja, jotka muuttavat sen sävyä. Paikoin esiintyy usein vuorottelevia kerroksia tai värivaihteluja, kuten Providence Canyon State Parkissa Georgiassa, Yhdysvalloissa.

Maailman merkittäviä kaoliinivyöhykkeitä ovat muun muassa Kiina (erityisesti Jiangxin alue), Yhdysvaltojen Georgia, Brasilia, Iso‑Britannia ja muut alueet, joissa alumiinirikkaat alkuperäiset kivilajit ovat rapautuneet.

Jalostus ja laatu

Kaoliinia jalostetaan mekaanisesti ja kemiallisesti erottelemalla haitta‑aineita (esim. rauta ja orgaaninen materiaali), jauhamalla sekä klassifioimalla partikkelikoon mukaan. Tärkeitä laatuparametreja ovat:

• valkoisuus ja ISO‑brightness,
• partikkelikoon jakauma (yksittäiset sovellukset vaativat eri hienoutta),
• vesipitoisuus ja plastisuus,
• sisältö (kvartsin, raudan, titaanidioksidin määrä) sekä
• kemiallinen koostumus ja terminen reaktiivisuus (metakaoliniksi dehydroxylaation jälkeen).

Käyttökohteet

Kaoliinilla on laaja käyttökenttä teollisuudessa sen valkoisuuden, hienojakoisuuden ja kemiallisen vakauden ansiosta. Merkittävimpiä käyttökohteita:

• Posliini ja keramiikka: perinteinen ja edelleen tärkein käyttösovellus; kaoliini antaa vaaleuden, muotoiltavuuden ja tulenkestävyyden.
• Paperiteollisuus: täyte‑ ja pinnoiteaineena parantamassa valkoisuutta, painopintaa ja tasaisuutta.
• Maali‑ ja muoviteollisuus: pigmenttien ja täyteainetta parantamaan mekaanisia ominaisuuksia, kiiltoa ja himmentämään läpinäkyvyyttä.
• Rakennusmateriaalit: metakaolinina lisäaineena sementissä ja betonissa, parantamaan lujuutta ja kestävyyttä (poistaa myös kapilaarisuutta).
• Kosmetiikka ja lääkeala: käytetään joskus puhdistavissa tuotteissa, voiteissa ja tabletin täyteaineena (laadun ja puhtauden oltava säädösten mukaiset).
• Pesticidien ja viljelyn apuainet: kaolainipartikkeleista valmistetaan myös suojaavia pintafilmejä kasvien lehdille torjumaan tuholaisia ja auringonvalon vaikutuksia.
• Muut teolliset käyttöalueet: kumissa, muoveissa, painoväreissä, liimoissa ja suodatusaineissa.

Terveys ja ympäristö

Yleisesti kaoliniitti on kemiallisesti inertti ja suhteellisen turvallinen materiaali, mutta jauhemuotoisena pölyaltistus voi aiheuttaa hengitystieongelmia. Pitkäaikainen altistus hengitettäville pölyille voi johtaa hengityselinten ongelmiin; haitta riippuu erityisesti pölyssä olevien kvartsipitoisuuksien läsnäolosta. Työsuojelutoimet (pölynhallinta, ilmanvaihto, hengityssuojaimet) ovat tärkeitä kaoliiniteollisuudessa. Ympäristölle kaoliini on yleensä vaaraton, mutta erotusvedet ja lietteet tulee käsitellä paikallisten ympäristövaatimusten mukaan.

Historia ja nimi

Nimi on peräisin Kao‑Lingin kylästä, joka sijaitsee Jingdezhenin lähellä Jiangxin maakunnassa Kiinassa. Nimi tuli englannin kieleen vuonna 1727 ranskankielisestä kaoliinista, jota käytettiin jesuiittapapin kertomuksissa Jingdezhenistä. Afrikassa kaoliini tunnetaan joskus nimellä kalaba tai calaba. Kaoliinin merkitys posliinin valmistuksessa on historiallisesti keskeinen: Jingdezhenin posliiniteollisuus saavutti kansainvälisen maineen juuri kaoliinin ansiosta.

Yhteenveto

Kaoliniitti on monikäyttöinen, valkoinen fyllosilikaatti, jonka matala kutistuvuus ja kemiallinen vakaus tekevät siitä tärkeän materiaalin posliini‑, paperi‑, maali‑ ja rakennusteollisuudessa. Sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet sekä jalostusaste määräävät, mihin käyttöihin se soveltuu parhaiten. Työturvallisuus ja pölynhallinta ovat tärkeitä tuotannossa ja käsittelyssä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on kaoliniitti?

K: Mistä nimi "kaoliini" on peräisin?

K: Minkä värinen kaoliniitti yleensä on?

K: Miten kaoliniitti toimitetaan ja kuljetetaan?

K: Mikä tekee kaoliniitista ihanteellisen erilaisiin teollisiin sovelluksiin?

K: Missä muualla maailmassa kaoliini tunnetaan jollakin muulla nimellä?

Hae kirjaimella