Applicazioni minori del caolino

2024-08-21

Il consumo di caolino è concentrato nell'industria della carta, della gomma, della ceramica, dei refrattari, della fibra di vetro e del cemento. Le industrie consumatrici più piccole, ma pur sempre importanti, sono quelle delle vernici, della plastica, degli adesivi, dei sigillanti e dei supporti per catalizzatori. Al di fuori di questi settori, il caolino viene utilizzato in piccole quantità da numerosi settori. Roskill stima che il consumo di caolino al di fuori delle industrie sopra menzionate fosse di circa 720.000 tonnellate nel 2002.

1.1 Applicazioni del caolino nei prodotti chimici

Il caolino viene utilizzato nella produzione del solfato di alluminio, noto anche come allume, ed era precedentemente utilizzato nella produzione dell'alluminio metallico. L'uso del caolino come fonte di allumina per la produzione chimica è diminuito in seguito alla rapida crescita del mercato dell'alluminio metallico che ha portato alla diffusa disponibilità di allumina triidrato (ATH). L'allumina triidrato è più pura del caolino e contiene una percentuale maggiore di allumina, quindi è una materia prima più efficiente.

1.1.1 Solfato di alluminio

Il solfato di alluminio si presenta come varietà idrata o anidra. Il solfato di alluminio idrato, o allume (Al2[SO4]3,18H2O), è commercializzato in forme industriali, a basso contenuto di ferro e prive di ferro. Il solfato di alluminio è insolito in quanto può essere prodotto da bauxite, argille naturali, triidrato di allumina e sottoprodotti o materie prime di allumina scartata.

I gradi industriali vengono normalmente prodotti dalla bauxite di grado chimico, che viene digerita in acido solforico a 110°C per un massimo di venti ore. I gradi più puri a basso contenuto di ferro e senza ferro sono prodotti in modo simile ai gradi industriali, tranne per il fatto che normalmente vengono utilizzati triidrato di allumina e acido solforico. Il solfato di alluminio esente da ferro, il materiale più puro, viene utilizzato principalmente nella produzione di carta di alta qualità per chiarire l'acqua di processo, controllare il pH dei fanghi di pasta di legno, fissare i coloranti e nell'imbozzimatura della carta. Per fare questo e produrre un prodotto antimacchia, il solfato di alluminio deve contenere meno dello 0,005% di Fe2O3.

1.1.1.1Utilizzo del solfato di alluminio nel trattamento delle acque

L'uso più comune del solfato di alluminio è nel trattamento delle acque, mentre quantità minori vengono utilizzate nella produzione della carta e in altri usi finali minori. La produzione statunitense di solfato di alluminio dipende in gran parte dalla domanda di coagulanti nel mercato del trattamento delle acque. Negli Stati Uniti, l’uso del solfato di alluminio nel trattamento dell’acqua è messo sotto pressione da una serie di fattori:

·Sono state sollevate preoccupazioni circa lo smaltimento dei fanghi derivanti dall'uso del solfato di alluminio ricavato dalla bauxite

·Gli sviluppi tecnologici hanno consentito il recupero e il riutilizzo del solfato di alluminio

·Concorrenza con altri sali di alluminio come il cloruro di polialluminio (PAC) e altri materiali tra cui cloruro ferrico e flocculanti polimerici organici

·Preoccupazioni su un possibile collegamento tra l'alluminio nell'approvvigionamento idrico e il morbo di Alzheimer

1.1.1.2Utilizzo del solfato di alluminio nella fabbricazione della carta

Nella produzione della carta, il solfato di alluminio viene utilizzato insieme alla colofonia come agente di collatura per frenare la diffusione di inchiostro e acqua nella carta e migliorarne la qualità di stampa. Le colofonie vengono anche utilizzate, con o senza solfato di alluminio, come agenti di collatura interni nella produzione di carta acida e neutra e come agenti di collatura superficiale nella produzione di carta acida, neutra e alcalina. L’aumento del contenuto di riempitivi e il rapido aumento dell’uso di computer e fotocopiatrici stanno guidando il consumo di riempitivi minerali nel mercato mondiale dell’imbozzimatura della carta.

L'uso del solfato di alluminio come agente di collatura negli Stati Uniti è diminuito a causa del passaggio all'uso di agenti di collatura neutri, principalmente alchilchetenedimero e anidride alchenilsuccinica. Ciò seguì il passaggio dalla produzione di carta acida a quella alcalina. Quando uno stabilimento di produzione di pasta di cellulosa passa alla collatura alcalina, il suo consumo di solfato di alluminio diminuisce tra l'85% e il 90%. Questo cambiamento è stato ormai in gran parte completato, per cui è cessato il rapido calo dell’uso del solfato di alluminio nella produzione di carta negli Stati Uniti.

1.1.2 Cloruro di alluminio

Il cloruro di alluminio è commercializzato come AlCl3 o Al2Cl6 anidro, cloruro di alluminio esaidrato AlCl3,6H2O e come soluzione acquosa al 27,82%, 1,28 g/cm3 (32o Baume). La produzione commerciale viene effettuata facendo reagire il cloro con alluminio fuso o allumina in un materiale alluminoso, come argilla o più solitamente bauxite, in presenza di un riducente. Come riducenti vengono utilizzati carbonio, monossido di carbonio, fosgene o tetraclorometano ma nel caso delle ultime due sostanze il riducente gassoso fornisce sia il riducente del carbonio che parte del cloro per l'alogenazione dell'allumina.

1.2 Applicazioni del caolino nelle zeoliti

Il caolino è il punto di partenza per la produzione di zeoliti sintetiche mediante il processo di conversione dell'argilla. In questo processo, il caolino viene formato in pellet senza leganti che vengono poi calcinati a una temperatura compresa tra 500°C e 600°C per formare metacaolino. I pellet vengono quindi trattati con una soluzione di idrossido alcalino per formare zeolite A pellettizzata. Questo processo richiede l'uso di caolinite ad elevata purezza come materia prima. Si dice che solo la giapponese Mizusawa Industrial Chemical abbia utilizzato questo processo nel recente passato e non è chiaro se lo faccia ancora. Tutti gli altri produttori utilizzano il processo idrogel che utilizza alluminato di sodio.

1.3 Applicazioni del caolino in agricoltura

Piccole quantità di caolino e altri materiali vengono utilizzati nelle applicazioni agricole. L'uso principale è come vettore e diluente nei mangimi per animali, fertilizzanti, pesticidi e prodotti correlati. Le specifiche per i minerali utilizzati in agricoltura non sono così rigorose come lo sono per applicazioni più sofisticate. Per questo motivo la scelta del minerale tende a dipendere fortemente dal prezzo.

1.4 Applicazioni del caolino nei pesticidi e altri biocidi

I riempitivi minerali sono utilizzati come trasportatori e diluenti per pesticidi e altri biocidi. Prima dell'applicazione, i biocidi vengono miscelati con un veicolo per ottenere un concentrato facile da conservare e trasportare. Il veicolo deve essere altamente assorbente, disperdibile nei liquidi, in modo da poter essere nebulizzato, e chimicamente inerte rispetto ai principi attivi del biocida. Sono inoltre necessarie una piccola dimensione delle particelle e una bassa abrasività per evitare intasamenti e usura eccessiva degli ugelli e di altre apparecchiature di applicazione.

La dimensione delle particelle di un trasportatore è tipicamente compresa tra 0,5 micron e 4 micron. La concentrazione degli ingredienti attivi in una formulazione può essere in alcuni casi pari allo 0,1%, ma solitamente è compresa tra il 5% e il 10% in peso. La scelta del vettore da utilizzare dipende da fattori tecnici, come la dimensione delle particelle e il costo.

I minerali più comunemente usati come veicoli e diluenti sono la diatomite, la terra da fondo, il caolino, il talco, il gesso, la calce, la perlite e la pirofillite. Molto indicati sono i minerali con struttura lamellare perché favoriscono la ritenzione del formulato sulla pianta. I minerali altamente assorbenti, come la bentonite e la terra da fondo, sono più comunemente usati nei biocidi.

1.6 Applicazioni del caolino nei fertilizzanti

Un’ampia varietà di minerali viene utilizzata nei fertilizzanti allo stesso modo in cui viene utilizzata nei pesticidi e nei biocidi. Quelli più comunemente usati includono diatomite, terra di fondo, talco, gesso, calce, perlite, pirofillite, sepiolite e attapulgite. Di questi minerali, la diatomite è il più chimicamente inerte, quindi è forse il più utilizzato.

Il caolino può essere utilizzato nella produzione di fertilizzanti a base di nitrato di ammonio e urea, poiché questi materiali sono igroscopici e anche altamente solubili. Ciò significa che i materiali aderiranno insieme anche se è presente solo una piccola quantità di acqua. Per evitare ciò, vengono aggiunti agenti antiagglomeranti, come il caolino, in quantità comprese tra il 2 e il 3% in peso.

La quantità di caolino utilizzata nei fertilizzanti in tutto il mondo è probabilmente dell'ordine di poche decine di migliaia di tonnellate all'anno. Nel 2001 il consumo statunitense di caolino in queste applicazioni è stato pari a 3.580 t.

1.7 Applicazioni del caolino nei prodotti farmaceutici e cosmetici

Il caolino è stato utilizzato per molti anni in applicazioni mediche e cosmetiche sia in formulazioni orali che topiche.

1.7.1 Prodotti farmaceutici

Nel settore farmaceutico il caolino viene utilizzato come diluente e riempitivo in alcuni farmaci, negli impiastri e in miscela con la morfina utilizzata per trattare le patologie gastro-intestinali. Le proprietà assorbenti del caolino possono ridurre la velocità con cui un farmaco viene rilasciato all'interno del corpo e persino la quantità effettiva assorbita dal corpo.

1.7.2 Cosmetici

L'uso principale del caolino nei cosmetici è nella cipria dove viene aggiunto per assorbire le secrezioni cutanee. Le ciprie sono una miscela di polvere colorata e profumata utilizzata per migliorare l'aspetto della pelle. Numerosi materiali, tra cui biossido di titanio, ossido di zinco e ossido di magnesio, vengono utilizzati per le loro proprietà di copertura. Talco, stearati e amido favoriscono la diffusione del prodotto e conferiscono inoltre una sensazione liscia alla superficie della pelle. I riempitivi utilizzati includono gesso, carbonato di calcio precipitato (PCC), carbonato di magnesio, amido e caolino che assorbono le secrezioni cutanee. I saponi metallici e il talco migliorano l'aderenza della polvere mentre il gesso e il PCC agiscono come sbiancanti.