Kaolin ( Cao lanh ) là loại tài nguyên quan trọng và có nhiều ứng dụng trong những nghành công nghiệp khác nhau, nhất là công nghiệp gốm sứ .
Nước Ta là một trong số những vương quốc có tiềm năng lớn về tài nguyên này .
Kaolin là gì?
Kaolin là loại khoáng vật sét màu trắng, dẻo, mềm, được cấu thành bởi Kaolinit và 1 số ít khoáng vật khác như Illit, Montmorillonit, thạch anh sắp xếp thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó Kaolinit quyết định hành động kiểu cấu trúc và kiến trúc của Kaolin .
Kaolin có thành phần khoáng vật chủ yếu là Kaolinit, có công thức là Al2O3.2SiO2.2H2O hoặc Al4 (OH) 8Si4O10. Kaolinit có trọng lượng riêng 2,58-2,60 g/cm3; độ cứng theo thang Mohs khoảng 1; nhiệt độ nóng chảy: 1.750-1.787 oC.
Khi nung nóng, Kaolinit có hiệu ứng thu nhiệt khoảng chừng 510 – 600 oC, tương quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng kỳ lạ không định hình của khoáng vật. Hai hiệu ứng toả nhiệt 960 – 1.000 oC và 1.200 oC tương quan đến quy trình mulit hoá của những loại sản phẩm Kaolinit không định hình, với hiệu ứng 1.200 oC là quy trình kết tinh của Oxit silic không định hình để tạo thành Cristobalit .
Các tinh thể ( hạt ) của Kaolinit thường màu trắng, nhiều lúc đỏ, nâu hoặc xanh nhạt. Chúng là những tinh thể bông ( giống tuyết ) hay phiến nhỏ có hình dạng 6 cạnh, hay tấm toả tia dạng đống hoặc khối rắn chắc .
Trong công nghiệp, Kaolin được sử dụng trong nhiều nghành khác nhau, như gốm sứ, vật tư mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, vật tư chịu lửa, chất độn sơn, cao su đặc, giấy, xi-măng trắng …
Các nghành nghề dịch vụ công nghiệp sử dụng Kaolin :
Kaolin là nguyên vật liệu mang nhiều đặc thù kỹ thuật có giá trị, được dùng trong nhiều nghành sản xuất của nền kinh tế tài chính quốc dân. Chất lượng và năng lực sử dụng trong những ngành công nghiệp khác nhau nhờ vào vào thành phần hoá học, đặc thù cơ lý, thành phần khoáng vật của Kaolin .
Ứng dụng của Kaolin
Lĩnh vực sản xuất đồ gốm
Kaolin dùng trong nghành nghề dịch vụ sản xuất đồ gốm được phân loại theo độ chịu lửa, hàm lượng Al2O3 + TiO2, nhiệt độ thiêu kết, hàm lượng oxit nhuộm màu, độ dẻo, tỷ lệ xâm tán và hàm lượng những bọc lớn .
- Dựa vào nhiệt độ chịu lửa, Kaolin được phân thành loại chịu lửa rất cao ( trên 1.750 0C ), cao ( trên 1.730 0C ), vừa ( trên 1.650 0C ) và thấp ( trên 1.580 0C ) .
- Theo thành phần Al2O3 + TiO2, ở trạng thái đã nung nóng Kaolin được phân thành loại siêu Bazơ, Bazơ cao, Bazơ, hoặc Axit. – Theo độ thiêu kết, phân thành loại thiêu kết nhiệt thấp ( tới 1.100 0C ), thiêu kết nhiệt độ trung bình ( 1.100 – 1.300 0C ) và thiêu kết nhiệt độ cao ( trên 1.300 0C ) .
- Ngoài ra, người ta còn dựa vào hàm lượng oxit nhuộm màu để phân ra những loại khác nhau, hoặc dựa vào tính dẻo chia thành những loại Kaolin có tính dẻo cao, dẻo vừa, dẻo thấp, ít dẻo và không dẻo. Độ xâm tán cũng là một trong số những tiêu chuẩn quan trọng phân loại nguyên vật liệu Kaolin sử dụng trong công nghiệp gốm .
Để đánh giá chất lượng của Kaolin cho một ngành công nghiệp sản xuất đồ gốm, nhất thiết phải dựa theo yêu cầu hoặc điều kiện kỹ thuật của ngành đó. Ví dụ: nguyên liệu tốt nhất để chế tạo đồ gốm chịu Axit là Kaolin không được chứa các bọc Calcit, thạch cao, Pyrit, vật liệu xâm tán thô và không chứa nhiều cát, phải có khả năng dính kết và độ dẻo cao. Hàm lượng Oxit sắt đối với sản phẩm quan trọng không được quá 1,5%, còn đối với sản phẩm ít quan trọng thì không được quá 3%. Hàm lượng Oxit calci không quá 1% đối với sản phẩm quan trọng và không quá 2% đối với sản phẩm ít quan trọng.
Sản xuất vật liệu chịu lửa
Trong ngành sản xuất vật tư chịu lửa, người ta dùng Kaolin để sản xuất gạch chịu lửa, gạch nửa Axit và những đồ chịu lửa khác. Trong ngành luyện kim đen, gạch chịu lửa làm bằng Kaolin đa phần được dùng để lót lò cao, lò luyện gang, lò gió nóng. Các ngành công nghiệp khác cần gạch chịu lửa với khối lượng ít hơn, đa phần để lót lò đốt, nồi hơi trong luyện kim màu và công nghiệp hoá học, ở nhà máy sản xuất lọc dầu, trong công nghiệp thuỷ tinh và sứ, ở xí nghiệp sản xuất xi-măng và lò nung vôi .
- Có thể nói, ngành sản xuất vật tư chịu lửa Alumosilicat là một trong những ngành sử dụng nhiều Kaolin nhất. Để có một tấn mẫu sản phẩm chịu lửa phải cần tới 1, 4 tấn Kaolin .
- Để nhìn nhận tính hữu dụng của Kaolin, cần chú ý quan tâm đến độ chịu lửa và sự xuất hiện của những oxit, vì chúng ảnh hưởng tác động đến chất lượng của Kaolin. Khi hàm lượng Al2O3 tăng thì độ chịu lửa cũng tăng ; nếu có Oxit silic tự do dưới dạng hạt cát sẽ làm giảm tính dẻo, tăng độ hao khô, độ co ngót và giảm năng lực dính kết của Kaolin .
- Dựa vào nhu yếu so với loại sản phẩm chịu lửa mà chọn loại Kaolin có chất lượng tương ứng. Chất lượng Kaolin được xác lập bằng những điều kiện kèm theo kỹ thuật riêng so với từng mỏ .
- Để tương thích với những điều kiện kèm theo đó, người ta phân Kaolin chịu lửa thành những loại sau : + Loại Bazơ : hàm lượng Al2O3 + TiO2 trên 30 % ; + Loại nửa Axit : hàm lượng Al2O3 + TiO2 dưới 30 % ; + Loại lẫn than : Lượng mất khi nung trên 16-20 %. + Làm chất độn : Kaolin được sử dụng thoáng rộng trong nghành làm chất độn giấy, nhựa, cao su đặc, hương liệu …
Trong công nghiệp sản xuất giấy
Kaolin làm cho giấy xuất hiện nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang và làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt nhất. Loại giấy thường thì chứa 20 % Kaolin, có loại giấy chứa tới 40 % Kaolin. Thường một tấn giấy tiêu tốn tới 250 – 300 kg Kaolin .
Trong công nghiệp cao su
Kaolin có tính năng làm tăng độ rắn, tính đàn hồi, cách điện, độ bền của cao su đặc. Yêu cầu về Kaolin làm chất độn cao su đặc phải có hàm lượng : Fe2O3 Trong sản xuất da nhân tạo (giả da)
Kaolin có công dụng làm tăng độ bền, độ đàn hồi. Để làm chất độn da tự tạo, Kaolin qua rây No15 phải có độ trắng > 85 %, hàm lượng Fe2O3 Trong sản xuất sơn
Kaolin làm tăng độ sệt và gây mờ lớp sơn. Nó phải có tỉ trọng : 2,6 g / cm3 ; cỡ hạt : 2,4 – 5 m Trong sản xuất xà phòng
Kaolin có tác dụng đóng rắn khi sản xuất, hấp thụ dầu mỡ khi sử dụng. Lĩnh vực sản xuất xà phòng yêu cầu Kaolin có độ hạt dưới rây 0, 053 mm lớn hơn 90%; không lẫn cát, không lắng cặn trước 8 giờ, hàm lượng Fe2O3 từ 2-3%, TiO2 1%; chất Bazơ trao đổi 0,8-2% và Carbonat 15-20%
Trong sản xuất đĩa mài
Người ta nén hỗn hợp hạt mài ( bột Corinđon, bột kim cương ) với hỗn hợp Kaolin, thạch anh, Felspat nung 1.350 oC. Yêu cầu Kaolin phải đạt Al2O3 + TiO2 > 38 % ; Fe2O3 1.730 oC. Trong những nghành nghề dịch vụ sử dụng khác, Kaolin được sử dụng làm nguyên vật liệu sản xuất xi-măng trắng, những chất trám trong thiết kế xây dựng .
Để sản xuất nhôm sắt kẽm kim loại bằng giải pháp nhiệt điện, hoàn toàn có thể sử dụng Kaolin với thành phần Al2O3 không dưới 30 %, SiO2 không quá 47 %, Fe2O3 không quá 0,5 %, TiO2 không quá 0,3 %, CaO + MgO không quá 0,6 %, K2O + Na2O không quá 0,5 % .
Để sản xuất phèn nhôm, nhu yếu Kaolin chưa qua nung phải chứa Al2O3 tối thiểu 36 % …
