Applications mineures du kaolin

2024-08-21

La consommation de kaolin est concentrée dans les industries du papier, du caoutchouc, de la céramique, des réfractaires, de la fibre de verre et du ciment. Des industries consommatrices plus petites, mais néanmoins importantes, sont celles de la peinture, des plastiques, des adhésifs, des produits d'étanchéité et des supports de catalyseurs. En dehors de ces industries, le kaolin est utilisé en petites quantités par un certain nombre d’industries. Roskill estime que la consommation de kaolin en dehors des industries mentionnées ci-dessus était d'environ 720 000 tonnes en 2002.

1.1Applications du kaolin dans les produits chimiques

Le kaolin est utilisé dans la production de sulfate d'aluminium, également connu sous le nom d'alun, et était autrefois utilisé dans la production d'aluminium métallique. L'utilisation du kaolin comme source d'alumine pour la fabrication de produits chimiques a diminué suite à la croissance rapide du marché de l'aluminium métallique qui a conduit à la large disponibilité du trihydrate d'alumine (ATH). Le trihydrate d'alumine est à la fois plus pur que le kaolin et contient une proportion plus élevée d'alumine, c'est donc une matière première plus efficace.

1.1.1 Sulfate d'aluminium

Le sulfate d'aluminium se présente sous forme de variétés hydratées ou anhydres. Le sulfate d'aluminium hydraté, ou alun (Al2[SO4]3.18H2O), est commercialisé sous des formes industrielles, à faible teneur en fer et sans fer. Le sulfate d'aluminium est inhabituel dans la mesure où il peut être produit à partir de bauxite, d'argiles naturelles, de trihydrate d'alumine et de sous-produits ou de matières premières d'alumine rejetées.

Les qualités industrielles sont normalement produites à partir de bauxite de qualité chimique, qui est digérée dans l'acide sulfurique à 110°C pendant vingt heures maximum. Les qualités plus pures à faible teneur en fer et sans fer sont produites de la même manière que les qualités industrielles, sauf que l'alumine trihydratée et l'acide sulfurique sont normalement utilisés. Le sulfate d'aluminium sans fer, le matériau le plus pur, est principalement utilisé dans la production de papier de haute qualité pour clarifier l'eau de traitement, contrôler le pH des boues de pâte, fixer les colorants et dans l'encollage du papier. Pour ce faire et produire un produit sans taches, le sulfate d'aluminium doit contenir moins de 0,005 % de Fe2O3.

1.1.1.1Utilisation du sulfate d'aluminium dans le traitement des eaux

L'utilisation la plus courante du sulfate d'aluminium est le traitement de l'eau, de plus petites quantités étant utilisées dans la fabrication du papier et d'autres utilisations finales mineures. La production américaine de sulfate d'aluminium dépend en grande partie de la demande de coagulants sur le marché du traitement de l'eau. Aux États-Unis, l’utilisation du sulfate d’aluminium dans le traitement de l’eau est soumise à la pression de plusieurs facteurs :

·Des inquiétudes ont été soulevées concernant l'élimination des boues résultant de l'utilisation de sulfate d'aluminium issu de la bauxite.

·Les évolutions technologiques ont permis la récupération et la réutilisation du sulfate d'aluminium

· Compétition avec d'autres sels d'aluminium tels que le chlorure de polyaluminium (PAC) et d'autres matériaux, notamment le chlorure ferrique et les floculants polymères organiques

·Inquiétudes concernant un lien possible entre l'aluminium présent dans l'approvisionnement en eau et la maladie d'Alzheimer

1.1.1.2Utilisation du sulfate d'aluminium dans la fabrication du papier

Dans la fabrication du papier, le sulfate d'aluminium est utilisé conjointement avec la colophane comme agent d'encollage pour freiner la propagation de l'encre et de l'eau dans le papier et améliorer sa qualité d'impression. Les colophanes sont également utilisées, avec ou sans sulfate d'aluminium, comme agents d'encollage internes dans la fabrication du papier acide et neutre et comme agents d'encollage de surface dans la fabrication du papier acide, neutre et alcalin. La teneur croissante en charges et l’utilisation croissante des ordinateurs et des photocopieurs stimulent la consommation de charges minérales sur le marché mondial de l’encollage du papier.

L'utilisation du sulfate d'aluminium comme agent d'encollage aux États-Unis a diminué en raison du passage à l'utilisation d'agents d'encollage neutres, principalement des alkylcétènedimères et de l'anhydride alcénylsuccinique. Cela fait suite au passage de la fabrication de papier acide à la fabrication de papier alcalin. Lorsqu'une usine de pâte à papier passe à l'encollage alcalin, sa consommation de sulfate d'aluminium diminue entre 85 et 90 %. Ce changement est désormais en grande partie réalisé, de sorte que la chute rapide de l'utilisation de sulfate d'aluminium dans la fabrication du papier aux États-Unis a cessé.

1.1.2Chlorure d'aluminium

Le chlorure d'aluminium est commercialisé sous forme d'AlCl3 ou d'Al2Cl6 anhydre, de chlorure d'aluminium hexahydraté AlCl3.6H2O et sous forme de solution aqueuse à 27,82 %, 1,28 g/cm3 (32° Baume). La production commerciale est entreprise en faisant réagir du chlore avec de l'aluminium fondu ou de l'alumine dans un matériau alumineux, tel que l'argile ou plus généralement la bauxite, en présence d'un réducteur. Comme réducteurs sont utilisés du carbone, du monoxyde de carbone, du phosgène ou du tétrachlorométhane mais dans le cas de ces deux dernières substances, le réducteur gazeux fournit à la fois le carbone réducteur et une partie du chlore pour l'halogénation de l'alumine.

1.2Applications du kaolin dans les zéolites

Le kaolin est le point de départ de la fabrication de zéolites synthétiques par le procédé de conversion de l'argile. Dans ce processus, le kaolin est transformé en pastilles sans liant qui sont ensuite calcinées entre 500°C et 600°C pour former du métakaolin. Les pellets sont ensuite traités avec une solution d'hydroxyde d'alcaï pour former de la zéolite A en pellets. Ce processus nécessite l'utilisation de kaolinite de haute pureté comme matière première. Seule la société japonaise Mizusawa Industrial Chemical aurait utilisé ce procédé dans un passé récent et il n'est pas clair si elle le fait encore. Tous les autres producteurs utilisent le procédé hydrogel qui utilise de l'aluminate de sodium.

1.3Applications du kaolin en agriculture

De petites quantités de kaolin et d’autres matériaux sont utilisées dans les applications agricoles. Il est principalement utilisé comme support et diluant dans les aliments pour animaux, les engrais, les pesticides et les produits connexes. Les spécifications relatives aux minéraux utilisés en agriculture ne sont pas aussi strictes que pour des applications plus sophistiquées. Pour cette raison, la sélection du minéral tend à dépendre fortement du prix.

1.4Applications du kaolin dans les pesticides et autres biocides

Les charges minérales sont utilisées comme supports et diluants pour les pesticides et autres biocides. Avant l'application, les biocides sont d'abord mélangés à un support pour obtenir un concentré facile à stocker et à transporter. Le support doit être très absorbant, dispersable dans les liquides, pour pouvoir être pulvérisé, et chimiquement inerte vis-à-vis des principes actifs du biocide. Une petite taille de particules et une faible abrasivité sont également nécessaires pour éviter le colmatage et l'usure excessive des buses et autres équipements d'application.

La taille des particules d'un support est généralement comprise entre 0,5 microns et 4 microns. La concentration en principes actifs dans une formulation peut être aussi faible que 0,1 % dans certains cas, mais elle se situe généralement entre 5 % et 10 % en poids. Le choix du support à utiliser dépend de facteurs techniques, tels que la taille des particules et le coût.

Les minéraux les plus couramment utilisés comme supports et diluants sont la diatomite, la terre à foulon, le kaolin, le talc, le gypse, la chaux, la perlite et la pyrophyllite. Les minéraux à structure lamellaire conviennent très bien car ils favorisent la rétention de la formulation sur la plante. Les minéraux très absorbants, comme la bentonite et la terre à foulon, sont plus couramment utilisés dans les biocides.

1.6Applications du kaolin dans les engrais

Une grande variété de minéraux sont utilisés dans les engrais de la même manière que dans les pesticides et les biocides. Les plus couramment utilisés sont la diatomite, la terre à foulon, le talc, le gypse, la chaux, la perlite, la pyrophyllite, la sépiolite et l'attapulgite. Parmi ces minéraux, la diatomite est le plus chimiquement inerte et est donc probablement le plus largement utilisé.

Le kaolin peut être utilisé dans la production d’engrais au nitrate d’ammonium et à l’urée, car ces matériaux sont hydroscopiques et également très solubles. Cela signifie que les matériaux resteront collés ensemble s’il n’y a qu’une très petite quantité d’eau présente. Pour éviter cela, des agents anti-agglomérants, tels que le kaolin, sont ajoutés en quantités comprises entre deux et trois pour cent en poids.

La quantité de kaolin utilisée dans les engrais dans le monde est probablement de l’ordre de quelques dizaines de milliers de tonnes par an. La consommation américaine de kaolin dans ces applications était de 3 580 tonnes en 2001.

1.7Applications du kaolin dans les produits pharmaceutiques et cosmétiques

Le kaolin est utilisé depuis de nombreuses années dans des applications médicales et cosmétiques, dans des formulations orales et topiques.

1.7.1 Produits pharmaceutiques

Dans le secteur pharmaceutique, le kaolin est utilisé comme diluant et agent de remplissage dans certains médicaments, dans des cataplasmes et en mélange avec la morphine utilisée pour traiter les affections gastro-intestinales. Les propriétés absorbantes du kaolin peuvent réduire la vitesse à laquelle un médicament est libéré dans le corps et même la quantité réelle absorbée par le corps.

1.7.2Cosmétiques

Le kaolin est principalement utilisé dans les cosmétiques dans la poudre pour le visage, où il est ajouté pour absorber les sécrétions cutanées. Les poudres pour le visage sont un mélange de poudres teintées et parfumées utilisées pour améliorer l'apparence de la peau. De nombreux matériaux, dont le dioxyde de titane, l'oxyde de zinc et l'oxyde de magnésium, sont utilisés pour leurs propriétés couvrantes. Le talc, les stéarates et l'amidon aident à répartir le produit et confèrent également une sensation de douceur à la surface de la peau. Les charges utilisées comprennent la craie, le carbonate de calcium précipité (PCC), le carbonate de magnésium, l'amidon et le kaolin qui absorbent les sécrétions cutanées. Les savons métalliques et le talc améliorent l'adhérence de la poudre tandis que la craie et le PCC agissent comme blanchisseurs.