تطبيقات بسيطة للكاولين
ويتركز استهلاك الكاولين في صناعات الورق والمطاط والسيراميك والحراريات والألياف الزجاجية والأسمنت. الصناعات الصغيرة، ولكنها لا تزال مهمة، هي الطلاء والبلاستيك والمواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب والدعامات المحفزة. وخارج هذه الصناعات، يتم استخدام الكاولين بكميات صغيرة في عدد من الصناعات. يقدر روسكيل أن استهلاك الكاولين خارج الصناعات المذكورة أعلاه بلغ حوالي 720 ألف طن في عام 2002.
1.1 تطبيقات الكاولين في المواد الكيميائية
يستخدم الكاولين في إنتاج كبريتات الألومنيوم، المعروف أيضًا باسم الشب، وكان يستخدم سابقًا في إنتاج معدن الألومنيوم. انخفض استخدام الكاولين كمصدر للألومينا في الصناعات الكيميائية بعد النمو السريع لسوق معدن الألومنيوم مما أدى إلى توافر ثلاثي هيدرات الألومينا (ATH) على نطاق واسع. ثلاثي هيدرات الألومينا أنقى من الكاولين ويحتوي على نسبة أعلى من الألومينا، لذا فهو مادة خام أكثر كفاءة.
1.1.1 كبريتات الألومنيوم
توجد كبريتات الألومنيوم كأصناف رطبة أو لا مائية. يتم تسويق كبريتات الألومنيوم المائية، أو الشب (Al2[SO4]3.18H2O)، في أشكال صناعية منخفضة الحديد وخالية من الحديد. تعتبر كبريتات الألومنيوم غير عادية حيث يمكن إنتاجها من البوكسيت والطين الطبيعي وثلاثي هيدرات الألومينا والمنتجات الثانوية أو المواد الخام المرفوضة من الألومينا.
يتم إنتاج الدرجات الصناعية عادة من البوكسيت الكيميائي، والذي يتم هضمه في حامض الكبريتيك عند درجة حرارة 110 درجة مئوية لمدة تصل إلى عشرين ساعة. ويتم إنتاج الدرجات الأكثر نقاءً المنخفضة من الحديد والخالية من الحديد بطريقة مشابهة للدرجات الصناعية، فيما عدا أنه يتم استخدام ثلاثي هيدرات الألومينا وحمض الكبريتيك عادةً. يتم استخدام كبريتات الألومنيوم الخالية من الحديد، وهي أنقى المواد، بشكل رئيسي في إنتاج الورق عالي الجودة لتنقية المياه المعالجة، والتحكم في الرقم الهيدروجيني لمعجون اللب، وتعيين الأصباغ وفي تحجيم الورق. وللقيام بذلك وإنتاج منتج خالٍ من البقع، يجب أن تحتوي كبريتات الألومنيوم على أقل من 0.005% Fe2O3.
1.1.1.1 استخدام كبريتات الألومنيوم في معالجة المياه
الاستخدام الأكثر شيوعا لكبريتات الألومنيوم هو في معالجة المياه بكميات أقل تستخدم في صناعة الورق وغيرها من الاستخدامات النهائية البسيطة. يعتمد إنتاج الولايات المتحدة من كبريتات الألومنيوم إلى حد كبير على الطلب على مواد التخثر في سوق معالجة المياه. في الولايات المتحدة الأمريكية، تعرض استخدام كبريتات الألومنيوم في معالجة المياه لضغوط من عدد من العوامل:
· أثيرت مخاوف بشأن التخلص من الحمأة الناتجة عن استخدام كبريتات الألومنيوم المصنوعة من البوكسيت
· أتاحت التطورات التكنولوجية استعادة وإعادة استخدام كبريتات الألومنيوم
· المنافسة مع أملاح الألومنيوم الأخرى مثل كلوريد متعدد الألومنيوم (PAC) والمواد الأخرى بما في ذلك كلوريد الحديديك وندفات البوليمر العضوية
·مخاوف من احتمال وجود علاقة بين الألومنيوم الموجود في إمدادات المياه ومرض الزهايمر
1.1.1.2 استخدام كبريتات الألومنيوم في صناعة الورق
في صناعة الورق، يتم استخدام كبريتات الألومنيوم مع الصنوبري كعامل تحجيم للحد من انتشار الحبر والماء في الورق وتحسين جودة الطباعة. يستخدم الصنوبري أيضًا، مع أو بدون كبريتات الألومنيوم، كعوامل تحجيم داخلية في صناعة الورق الحمضي والمحايد وكعوامل تحجيم سطحية في صناعة الورق الحمضي والمحايد والقلوي. تؤدي زيادة محتوى الحشو والاستخدام المتزايد بسرعة لأجهزة الكمبيوتر وآلات التصوير إلى زيادة استهلاك الحشوات المعدنية في السوق العالمية لتحجيم الورق.
انخفض استخدام كبريتات الألومنيوم كعامل تحجيم في الولايات المتحدة الأمريكية بسبب التحول إلى استخدام عوامل تحجيم محايدة، بشكل رئيسي ألكيل كيتينديمر وألكينيل سوكسينيك أنهيدريد. جاء ذلك بعد التحول من صناعة الورق الحمضي إلى صناعة الورق القلوي. عندما تتحول مطحنة اللب إلى التحجيم القلوي، فإن استهلاكها من كبريتات الألومنيوم ينخفض بنسبة تتراوح بين 85% و90%. وقد اكتمل الآن هذا التغيير إلى حد كبير، وبالتالي توقف الانخفاض السريع في استخدام كبريتات الألومنيوم في صناعة الورق في الولايات المتحدة.
1.1.2 كلوريد الألومنيوم
يتم تسويق كلوريد الألومنيوم على هيئة AlCl3 أو Al2Cl6 اللامائي، وسداسي كلوريد الألومنيوم AlCl3.6H2O وكمحلول مائي 27.82%، 1.28 جم/سم3 (32o بوم). ويتم الإنتاج التجاري عن طريق تفاعل الكلور مع الألومنيوم المنصهر أو الألومينا في مادة ألومنيومية، مثل الطين أو البوكسيت عادة، في وجود مادة مختزلة. يتم استخدام الكربون أو أول أكسيد الكربون أو الفوسجين أو رباعي كلورو ميثان كمواد اختزال ولكن في حالة المادتين الأخيرتين، توفر المادة المختزلة الغازية كلاً من مادة اختزال الكربون وجزء من الكلور لهلجنة الألومينا.
1.2 تطبيقات الكاولين في الزيوليت
ويعتبر الكاولين نقطة البداية لتصنيع الزيوليت الصناعي عن طريق عملية تحويل الطين. في هذه العملية، يتم تشكيل الكاولين إلى كريات غير لاصقة يتم بعد ذلك تحميصها عند درجة حرارة تتراوح بين 500 درجة مئوية و600 درجة مئوية لتكوين ميتاكاولين. تتم بعد ذلك معالجة الكريات بمحلول هيدروكسيد القلوي لتكوين حبيبات الزيوليت أ. وتتطلب هذه العملية استخدام الكاولينيت عالي النقاء كمادة خام. وتفيد التقارير أن شركة Mizusawa Industrial Chemical اليابانية هي الوحيدة التي استخدمت هذه العملية في الماضي القريب، ومن غير الواضح ما إذا كانت لا تزال تفعل ذلك. يستخدم جميع المنتجين الآخرين عملية الهيدروجيل التي تستخدم ألومينات الصوديوم.
1.3 تطبيقات الكاولين في الزراعة
وتستخدم كميات صغيرة من الكاولين والمواد الأخرى في التطبيقات الزراعية. الاستخدام الرئيسي هو كمادة حاملة ومخففة في الأعلاف الحيوانية والأسمدة والمبيدات الحشرية والمنتجات ذات الصلة. إن مواصفات المعادن المستخدمة في الزراعة ليست صارمة كما هي الحال في التطبيقات الأكثر تعقيدًا. لهذا السبب، يعتمد اختيار المعدن بشكل كبير على السعر.
1.4 تطبيقات الكاولين في المبيدات الحشرية والمبيدات الحيوية الأخرى
تستخدم الحشوات المعدنية كحاملات ومخففات للمبيدات الحشرية والمبيدات الحيوية الأخرى. قبل الاستخدام، يتم أولاً خلط المبيدات الحيوية مع مادة حاملة لتكوين مركز يسهل تخزينه ونقله. ويجب أن تكون المادة الحاملة عالية الامتصاص، وقابلة للتشتت في السوائل، بحيث يمكن رشها، وخاملة كيميائياً بالنسبة للمكونات النشطة للمبيد الحيوي. كما يلزم أيضًا وجود حجم جسيم صغير ودرجة كشط منخفضة لتجنب الانسداد والتآكل الزائد للفوهات ومعدات التطبيق الأخرى.
يتراوح حجم الجسيمات للحامل عادةً بين 0.5 ميكرون و4 ميكرون. قد يصل تركيز المكونات النشطة في التركيبة إلى 0.1% في بعض الحالات، ولكنه عادةً ما يتراوح بين 5% و10% بالوزن. يعتمد اختيار الناقل الذي سيتم استخدامه على عوامل فنية، مثل حجم الجسيمات والتكلفة.
المعادن الأكثر استخدامًا كحاملات ومخففات هي الدياتوميت، تراب القصار، الكاولين، التلك، الجبس، الجير، البيرلايت والبيروفيليت. تعتبر المعادن ذات البنية الصفائحية مناسبة جدًا لأنها تساعد على الاحتفاظ بالتركيبة في النبات. المعادن عالية الامتصاص، مثل البنتونيت وتراب القصار، تُستخدم بشكل أكثر شيوعًا في المبيدات الحيوية.
1.6 تطبيقات الكاولين في الأسمدة
يتم استخدام مجموعة واسعة من المعادن في الأسمدة بنفس الطريقة التي يتم استخدامها في المبيدات الحشرية والمبيدات الحيوية. الأكثر استخدامًا هي الدياتوميت، تراب القصار، التلك، الجبس، الجير، البيرلايت، البيروفيليت، السيبيوليت والأتابولجيت. من بين هذه المعادن، يعتبر الدياتوميت هو الأكثر خاملًا كيميائيًا، لذا ربما يكون الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.
يمكن استخدام الكاولين في إنتاج أسمدة نترات الأمونيوم واليوريا، حيث أن هذه المواد هيدروسكوبية وشديدة الذوبان أيضًا. وهذا يعني أن المواد سوف تلتصق ببعضها إذا لم يكن هناك سوى كمية صغيرة جدًا من الماء. ولمنع ذلك، تتم إضافة عوامل مضادة للتكتل، مثل الكاولين، بكميات تتراوح بين اثنين وثلاثة بالمائة من الوزن.
من المحتمل أن تكون كمية الكاولين المستخدمة في الأسمدة في جميع أنحاء العالم في حدود بضع عشرات الآلاف من الأطنان سنويًا. تم الإبلاغ عن استهلاك الولايات المتحدة من الكاولين في هذه التطبيقات بمبلغ 3580 طنًا في عام 2001.
1.7 تطبيقات الكاولين في المستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل
لقد تم استخدام الكاولين في التطبيقات الطبية والتجميلية لسنوات عديدة في كل من التركيبات الفموية والموضعية.
1.7.1 الأدوية
في قطاع الأدوية، يستخدم الكاولين كمادة مخففة وحشو في بعض الأدوية، وفي الكمادات وفي خليط مع المورفين المستخدم لعلاج أمراض الجهاز الهضمي. يمكن للخصائص الماصة للكاولين أن تقلل من معدل إطلاق الدواء داخل الجسم وحتى الكمية الفعلية التي يمتصها الجسم.
1.7.2 مستحضرات التجميل
الاستخدام الرئيسي للكاولين في مستحضرات التجميل هو في بودرة الوجه حيث يتم إضافته لامتصاص إفرازات الجلد. مساحيق الوجه عبارة عن مزيج من البودرة الملونة والمعطرة المستخدمة لتعزيز مظهر البشرة. يتم استخدام عدد من المواد، بما في ذلك ثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الزنك وأكسيد المغنيسيوم لخصائص تغطيتها. يساعد التلك والستيرات والنشا في نشر المنتج ويضفي أيضًا ملمسًا ناعمًا على سطح الجلد. تشمل الحشوات المستخدمة الطباشير وكربونات الكالسيوم المترسبة (PCC) وكربونات المغنيسيوم والنشا والكاولين التي تمتص إفرازات الجلد. يعمل الصابون المعدني والتلك على تعزيز التصاق المسحوق بينما يعمل الطباشير وPCC كمبيضات.