Kleinere Anwendungen von Kaolin
Der Verbrauch von Kaolin konzentriert sich auf die Papier-, Gummi-, Keramik-, Feuerfest-, Glasfaser- und Zementindustrie. Kleinere, aber immer noch wichtige Verbraucherindustrien sind Farben, Kunststoffe, Kleb- und Dichtstoffe sowie Katalysatorträger. Außerhalb dieser Industrien wird Kaolin in kleinen Mengen in einer Reihe von Industrien verwendet. Roskill schätzt, dass der Kaolinverbrauch außerhalb der oben genannten Industrien im Jahr 2002 etwa 720.000 Tonnen betrug.
1.1Kaolinanwendungen in der Chemie
Kaolin wird bei der Herstellung von Aluminiumsulfat, auch Alaun genannt, verwendet und wurde früher bei der Herstellung von Aluminiummetall verwendet. Die Verwendung von Kaolin als Aluminiumoxidquelle für die chemische Herstellung ging zurück, da das schnelle Wachstum des Aluminiummetallmarkts zu einer weiten Verbreitung von Aluminiumoxidtrihydrat (ATH) führte. Aluminiumoxidtrihydrat ist reiner als Kaolin und enthält einen höheren Anteil an Aluminiumoxid, sodass es sich um einen effizienteren Rohstoff handelt.
1.1.1Aluminiumsulfat
Aluminiumsulfat kommt in hydratisierter oder wasserfreier Form vor. Hydratisiertes Aluminiumsulfat oder Alaun (Al2[SO4]3.18H2O) wird in industriellen, eisenarmen und eisenfreien Formen vermarktet. Aluminiumsulfat ist insofern ungewöhnlich, als es aus Bauxit, natürlichem Ton, Aluminiumoxidtrihydrat und Nebenprodukten oder Ausschussrohstoffen aus Aluminiumoxid hergestellt werden kann.
Industriequalitäten werden normalerweise aus Bauxit chemischer Qualität hergestellt, der bis zu zwanzig Stunden lang in Schwefelsäure bei 110 °C aufgeschlossen wird. Die reineren eisenarmen und eisenfreien Qualitäten werden auf ähnliche Weise wie Industriequalitäten hergestellt, mit der Ausnahme, dass normalerweise Aluminiumoxidtrihydrat und Schwefelsäure verwendet werden. Eisenfreies Aluminiumsulfat, das reinste Material, wird hauptsächlich bei der Herstellung hochwertiger Papiere zur Klärung des Prozesswassers, zur Kontrolle des pH-Werts der Zellstoffaufschlämmungen, zum Fixieren von Farbstoffen und zur Papierleimung verwendet. Um dies zu erreichen und ein fleckenfreies Produkt herzustellen, muss das Aluminiumsulfat weniger als 0,005 % Fe2O3 enthalten.
1.1.1.1Verwendung von Aluminiumsulfat in der Wasseraufbereitung
Die häufigste Verwendung von Aluminiumsulfat ist die Wasseraufbereitung, kleinere Mengen werden bei der Papierherstellung und anderen kleineren Endanwendungen verwendet. Die Produktion von Aluminiumsulfat in den USA hängt weitgehend von der Nachfrage nach Gerinnungsmitteln auf dem Wasseraufbereitungsmarkt ab. In den USA ist der Einsatz von Aluminiumsulfat in der Wasseraufbereitung durch eine Reihe von Faktoren unter Druck geraten:
·Es wurden Bedenken hinsichtlich der Entsorgung von Schlamm geäußert, der bei der Verwendung von Aluminiumsulfat aus Bauxit entsteht
·Technologische Entwicklungen haben die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Aluminiumsulfat ermöglicht
·Konkurrenz mit anderen Aluminiumsalzen wie Polyaluminiumchlorid (PAC) und anderen Materialien, einschließlich Eisenchlorid und organischen Polymerflockungsmitteln
·Besorgnis über einen möglichen Zusammenhang zwischen Aluminium in der Wasserversorgung und der Alzheimer-Krankheit
1.1.1.2Verwendung von Aluminiumsulfat bei der Papierherstellung
Bei der Papierherstellung wird Aluminiumsulfat in Verbindung mit Kolophonium als Leimungsmittel verwendet, um die Ausbreitung von Tinte und Wasser im Papier einzudämmen und die Druckqualität zu verbessern. Kolophoniumharze werden auch mit oder ohne Aluminiumsulfat als Innenleimungsmittel bei der Herstellung von saurem und neutralem Papier sowie als Oberflächenleimungsmittel bei der Herstellung von saurem, neutralem und alkalischem Papier verwendet. Steigende Füllstoffgehalte und die rasant zunehmende Nutzung von Computern und Kopiergeräten treiben den Verbrauch mineralischer Füllstoffe auf dem Weltmarkt für Papierleimung voran.
Die Verwendung von Aluminiumsulfat als Leimungsmittel ist in den USA aufgrund der Umstellung auf die Verwendung neutraler Leimungsmittel, hauptsächlich Alkylketendimer und Alkenylbernsteinsäureanhydrid, zurückgegangen. Dies folgte der Umstellung von der sauren auf die alkalische Papierherstellung. Wenn eine Zellstofffabrik auf alkalische Leimung umstellt, sinkt ihr Aluminiumsulfatverbrauch um 85 bis 90 %. Diese Änderung ist inzwischen weitgehend abgeschlossen, so dass der rapide Rückgang des Aluminiumsulfatverbrauchs in der US-amerikanischen Papierherstellung gestoppt wurde.
1.1.2Aluminiumchlorid
Aluminiumchlorid wird als wasserfreies AlCl3 oder Al2Cl6, Aluminiumchlorid-Hexahydrat AlCl3.6H2O und als 27,82 %, 1,28 g/cm3 (32o Baume) wässrige Lösung vermarktet. Die kommerzielle Produktion erfolgt durch die Reaktion von Chlor mit entweder geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumoxid in einem aluminiumhaltigen Material wie Ton oder häufiger Bauxit in Gegenwart eines Reduktionsmittels. Als Reduktionsmittel werden Kohlenstoff, Kohlenmonoxid, Phosgen oder Tetrachlormethan verwendet, bei den letzten beiden Stoffen liefert das gasförmige Reduktionsmittel jedoch sowohl das Kohlenstoffreduktionsmittel als auch einen Teil des Chlors für die Halogenierung des Aluminiumoxids.
1.2Kaolinanwendungen in Zeolithen
Kaolin ist der Ausgangspunkt für die Herstellung synthetischer Zeolithe durch den Tonumwandlungsprozess. Bei diesem Verfahren wird das Kaolin zu bindemittelfreien Pellets geformt, die dann bei 500 °C bis 600 °C kalziniert werden, um Metakaolin zu bilden. Die Pellets werden dann mit einer Alkalihydroxidlösung behandelt, um pelletierten Zeolith A zu bilden. Dieses Verfahren erfordert die Verwendung von hochreinem Kaolinit als Ausgangsmaterial. Berichten zufolge hat nur Mizusawa Industrial Chemical aus Japan dieses Verfahren in der jüngeren Vergangenheit angewendet, und es ist unklar, ob dies immer noch der Fall ist. Alle anderen Hersteller nutzen das Hydrogel-Verfahren, bei dem Natriumaluminat zum Einsatz kommt.
1.3Kaolinanwendungen in der Landwirtschaft
In der Landwirtschaft werden geringe Mengen Kaolin und andere Materialien verwendet. Die Hauptverwendung liegt als Trägerstoff und Verdünnungsmittel in Tierfuttermitteln, Düngemitteln, Pestiziden und verwandten Produkten. Die Spezifikationen für Mineralien, die in der Landwirtschaft verwendet werden, sind nicht so streng wie für anspruchsvollere Anwendungen. Aus diesem Grund ist die Auswahl des Minerals in der Regel stark vom Preis abhängig.
1.4Kaolinanwendungen in Pestiziden und anderen Bioziden
Mineralische Füllstoffe werden als Träger- und Verdünnungsmittel für Pestizide und andere Biozide verwendet. Vor der Anwendung werden Biozide zunächst mit einem Träger vermischt, um ein Konzentrat zu erhalten, das leicht zu lagern und zu transportieren ist. Der Träger muss stark saugfähig, in Flüssigkeiten dispergierbar, damit versprühbar, und gegenüber den Wirkstoffen des Biozids chemisch inert sein. Eine kleine Partikelgröße und eine geringe Abrasivität sind außerdem erforderlich, um Verstopfungen und übermäßigen Verschleiß von Düsen und anderen Auftragsgeräten zu vermeiden.
Die Partikelgröße eines Trägers liegt typischerweise zwischen 0,5 Mikrometer und 4 Mikrometer. Die Wirkstoffkonzentration in einer Formulierung kann in manchen Fällen nur 0,1 % betragen, normalerweise liegt sie jedoch zwischen 5 und 10 Gew.-%. Die Wahl des zu verwendenden Trägers hängt von technischen Faktoren wie der Partikelgröße und den Kosten ab.
Die am häufigsten als Träger- und Verdünnungsmittel verwendeten Mineralien sind Kieselgur, Bleicherde, Kaolin, Talk, Gips, Kalk, Perlit und Pyrophyllit. Mineralien mit plättchenförmiger Struktur sind sehr gut geeignet, da sie die Retention der Formulierung auf der Pflanze unterstützen. Mineralien mit hoher Absorptionsfähigkeit wie Bentonit und Bleicherde werden häufiger in Bioziden verwendet.
1.6Kaolinanwendungen in Düngemitteln
In Düngemitteln werden verschiedenste Mineralien ebenso eingesetzt wie in Pestiziden und Bioziden. Zu den am häufigsten verwendeten gehören Kieselgur, Bleicherde, Talk, Gips, Kalk, Perlit, Pyrophyllit, Sepiolith und Attapulgit. Von diesen Mineralien ist Kieselgur das chemisch inertste und wird daher möglicherweise am häufigsten verwendet.
Kaolin kann bei der Herstellung von Ammoniumnitrat- und Harnstoffdüngern verwendet werden, da diese Materialien hydroskopisch und zudem gut löslich sind. Dies bedeutet, dass die Materialien zusammenkleben, wenn nur eine sehr geringe Menge Wasser vorhanden ist. Um dies zu verhindern, werden Antiklumpmittel wie Kaolin in Mengen zwischen zwei und drei Gewichtsprozent zugesetzt.
Die Menge an Kaolin, die weltweit in Düngemitteln verwendet wird, dürfte bei einigen Zehntausend Tonnen pro Jahr liegen. Der US-Verbrauch von Kaolin für diese Anwendungen wurde im Jahr 2001 mit 3.580 Tonnen angegeben.
1.7Kaolinanwendungen in Pharmazeutika und Kosmetika
Kaolin wird seit vielen Jahren in medizinischen und kosmetischen Anwendungen sowohl in oralen als auch topischen Formulierungen eingesetzt.
1.7.1 Pharmazeutika
Im pharmazeutischen Bereich wird Kaolin als Verdünnungsmittel und Füllstoff in einigen Medikamenten, in Umschlägen und in Mischung mit Morphin zur Behandlung von Magen-Darm-Beschwerden verwendet. Die absorbierenden Eigenschaften von Kaolin können die Freisetzungsrate eines Arzneimittels im Körper und sogar die tatsächlich vom Körper aufgenommene Menge verringern.
1.7.2Kosmetik
In Kosmetika wird Kaolin hauptsächlich in Gesichtspudern verwendet, wo es zur Aufnahme von Hautsekreten hinzugefügt wird. Gesichtspuder sind eine Mischung aus getönten und parfümierten Pudern, die zur Verbesserung des Hautbildes verwendet werden. Aufgrund ihrer abdeckenden Eigenschaften werden eine Reihe von Materialien verwendet, darunter Titandioxid, Zinkoxid und Magnesiumoxid. Talk, Stearate und Stärke unterstützen die Verteilung des Produkts und verleihen der Hautoberfläche ein geschmeidiges Gefühl. Zu den verwendeten Füllstoffen gehören Kreide, gefälltes Calciumcarbonat (PCC), Magnesiumcarbonat, Stärke und Kaolin, die Hautsekrete absorbieren. Die metallischen Seifen und Talk verbessern die Haftung des Pulvers, während Kreide und PCC als Weißmacher wirken.