カオリンの小規模な応用

カオリンの消費は、紙、ゴム、セラミックス、耐火物、ガラス繊維、セメント産業に集中しています。 規模は小さいですが、依然として重要な消費産業は、塗料、プラスチック、接着剤、シーラント、触媒担体です。 これらの産業以外でも、カオリンは多くの産業で少量使用されています。 ロスキルは、上記の産業以外でのカオリンの消費量は 2002 年に約 720,000 トンだったと推定しています。

 

1.1カオリンの化学品への応用

 

カオリンは、ミョウバンとしても知られる硫酸アルミニウムの製造に使用され、以前は金属アルミニウムの製造に使用されていました。 化学製造用のアルミナ源としてのカオリンの使用は、アルミニウム金属市場の急速な成長に伴い、アルミナ三水和物 (ATH) が広く入手可能になったことを受けて減少しました。 アルミナ三水和物はカオリンよりも純度が高く、アルミナの含有率が高いため、より効率的な原料となります。

 

1.1.1硫酸アルミニウム

 

硫酸アルミニウムは、水和物または無水物として存在します。 水和硫酸アルミニウム、またはミョウバン (Al2[SO4]3・18H2O) は、工業用、低鉄および鉄を含まない形態で販売されています。 硫酸アルミニウムは、ボーキサイト、天然粘土、アルミナ三水和物、および副産物または廃棄されたアルミナ原料から製造できるという点で珍しいものです。

 

工業グレードは通常、化学グレードのボーキサイトから製造され、硫酸中で 110℃ で最大 20 時間蒸解されます。 より純粋な低鉄および鉄を含まないグレードは、通常アルミナ三水和物と硫酸が使用されることを除いて、工業用グレードと同様の方法で製造されます。 最も純粋なグレードの材料である鉄を含まない硫酸アルミニウムは、主に高品質紙の製造でプロセス水の浄化、パルプスラリーの pH 制御、染料の固定、および紙のサイジングに使用されます。 これを実行して汚れのない製品を製造するには、硫酸アルミニウムに含まれる Fe2O3 の含有量が 0.005% 未満でなければなりません。

  

1.1.1.1水処理における硫酸アルミニウムの使用

 

硫酸アルミニウムの最も一般的な用途は水処理であり、少量は製紙やその他の小規模な最終用途に使用されます。 米国の硫酸アルミニウムの生産は、水処理市場における凝集剤の需要に大きく依存しています。 米国では、水処理における硫酸アルミニウムの使用が、次のようなさまざまな要因から圧力を受けています。

 

・ボーキサイトから作られる硫酸アルミニウムの使用により生じるスラッジの処理について懸念が生じている

・技術の発展により、硫酸アルミニウムの回収と再利用が可能になりました。

・ポリ塩化アルミニウム（PAC）などの他のアルミニウム塩、塩化第二鉄や有機高分子凝集剤などの他の材料との競合

・水道中のアルミニウムとアルツハイマー病との関連の可能性についての懸念

 

1.1.1.2製紙における硫酸アルミニウムの使用

 

製紙では、硫酸アルミニウムは、紙へのインクや水の広がりを抑え、印刷品質を向上させるサイズ剤としてロジンと組み合わせて使用​​されます。 ロジンは、硫酸アルミニウムの有無にかかわらず、酸性および中性の製紙における内部サイズ剤として、また酸性、中性およびアルカリ性の製紙における表面サイズ剤としても使用されます。 充填剤含有量の増加と、コンピューターやコピー機の使用の急速な増加により、世界の紙サイジング市場では鉱物充填剤の消費が増加しています。

 

米国では、中性サイズ剤、主にアルキルケテンダイマーとアルケニル無水コハク酸の使用に切り替えられたため、サイズ剤としての硫酸アルミニウムの使用は減少しました。 これは、酸性製紙からアルカリ製紙への製紙の切り替えに伴い行われました。 パルプ工場がアルカリサイジングに切り替えると、硫酸アルミニウムの消費量は 85% ～ 90% 減少します。 この変更は現在ほぼ完了しており、米国製紙における硫酸アルミニウム使用量の急速な減少は止まっています。

  

1.1.2塩化アルミニウム

 

塩化アルミニウムは、無水 AlCl3 または Al2Cl6、塩化アルミニウム六水和物 AlCl3 ・6H2O として、および 27.82%、1.28g/cm3 (320 ボーメ) 水溶液として市販されています。 商業生産は、還元剤の存在下で、粘土やより一般的にはボーキサイトなどのアルミ質材料中の溶融アルミニウムまたはアルミナと塩素を反応させることによって行われます。 炭素、一酸化炭素、ホスゲンまたはテトラクロロメタンが還元剤として使用されますが、最後の 2 つの物質の場合、ガス状還元剤は炭素還元剤とアルミナのハロゲン化のための塩素の一部の両方を供給します。

1.2ゼオライトにおけるカオリンの応用

 

カオリンは、粘土変換プロセスによる合成ゼオライト製造の出発点です。 このプロセスでは、カオリンはバインダーのないペレットに形成され、その後 500℃ ～ 600℃ で焼成されてメタカオリンが形成されます。 次いで、ペレットを水酸化アルカリ溶液で処理して、ペレット化ゼオライト A を形成します。このプロセスでは、原料として高純度のカオリナイトを使用する必要があります。 最近このプロセスを使用したと報告されているのは日本の水沢工業化学のみであり、現在も使用しているかどうかは不明です。 他のすべてのメーカーは、アルミン酸ナトリウムを使用するヒドロゲルプロセスを使用しています。

  

1.3カオリンの農業への応用

 

少量のカオリンおよびその他の材料が農業用途に使用されます。 主な用途は、動物飼料、肥料、殺虫剤および関連製品の担体および希釈剤としてです。 農業で使用される鉱物の仕様は、より高度な用途ほど厳しくありません。 このため、鉱物の選択は価格に大きく依存する傾向があります。

 

1.4殺虫剤およびその他の殺生物剤におけるカオリンの用途

 

鉱物充填剤は、殺虫剤やその他の殺生物剤の担体および希釈剤として使用されます。 適用する前に、殺生物剤はまず担体と混合され、保管および輸送が容易な濃縮物が作成されます。 担体は、噴霧できるように吸収性が高く、液体に分散可能であり、殺生物剤の有効成分に対して化学的に不活性でなければなりません。 ノズルやその他の塗布装置の詰まりや過度の摩耗を避けるために、小さな粒子サイズと低い摩耗性も必要です。

 

キャリアの粒子サイズは通常、0.5 ミクロンから 4 ミクロンの間です。 製剤中の有効成分の濃度は、場合によっては 0.1% という低さになりますが、通常は 5% から 10% の間です。 どのキャリアを使用するかは、粒子サイズやコストなどの技術的要因によって異なります。

 

担体および希釈剤として使用される最も一般的に使用される鉱物は、珪藻土、フラー土、カオリン、タルク、石膏、石灰、パーライトおよびパイロフィライトです。 板状構造のミネラルは、植物上での配合物の保持を助けるため、非常に適しています。 ベントナイトやフラー土などの吸収性の高い鉱物は、殺生物剤によく使用されます。

 

1.6カオリンの肥料への応用

 

農薬や殺生物剤と同様に、肥料にもさまざまなミネラルが使用されています。 最も一般的に使用されるものには、珪藻土、フラー土、タルク、石膏、石灰、パーライト、パイロフィライト、セピオライト、およびアタパルジャイトが含まれます。 これらの鉱物の中で、珪藻土は化学的に最も不活性であるため、おそらく最も広く使用されています。

 

カオリンは吸湿性があり、溶解性も高いため、硝酸アンモニウムや尿素肥料の製造に使用できます。 これは、非常に少量の水が存在するだけでも材料がくっつくことを意味します。 これを防ぐために、カオリンなどの固結防止剤が 2 ～ 3 重量パーセントの量で添加されます。

 

世界中で肥料に使用されるカオリンの量は、おそらく年間数万トン程度です。 これらの用途における米国のカオリン消費量は、2001 年に 3,580 トンと報告されています。

 

1.7カオリンの医薬品および化粧品への応用

 

カオリンは、医療および化粧品の用途において、経口製剤および局所製剤の両方で長年使用されてきました。

 

1.7.1医薬品

 

製薬分野では、カオリンは一部の薬剤の希釈剤および充填剤として、湿布剤として、また胃腸疾患の治療に使用されるモルヒネとの混合物として使用されています。 カオリンの吸収特性により、薬物が体内で放出される速度が低下し、実際に体内に吸収される量も低下する可能性があります。

 

1.7.2化粧品

 

化粧品におけるカオリンの主な用途は、皮膚の分泌物を吸収するために添加されるフェイスパウダーです。 フェイスパウダーは、肌の外観を改善するために使用される、色付きのパウダーと香料入りのパウダーをブレンドしたものです。 二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの多くの材料が、その被覆特性を目的として使用されています。 タルク、ステアリン酸塩、デンプンは製品の広がりを助け、皮膚の表面に滑らかな感触を与えます。 使用される充填剤には、皮膚の分泌物を吸収するチョーク、沈降炭酸カルシウム (PCC)、炭酸マグネシウム、デンプン、カオリンなどが含まれます。 金属石鹸とタルクは粉末の密着性を高め、チョークと PCC は漂白剤として機能します。