Kleine toepassingen van kaolien
Het verbruik van kaolien is geconcentreerd in de papier-, rubber-, keramiek-, vuurvaste, glasvezel- en cementindustrie. Kleinere, maar nog steeds belangrijke verbruikende industrieën zijn verf, kunststoffen, lijmen en afdichtingsmiddelen en katalysatordragers. Buiten deze industrieën wordt kaolien in kleine hoeveelheden door een aantal industrieën gebruikt. Roskill schat dat de consumptie van kaolien buiten de hierboven genoemde industrieën in 2002 ongeveer 720.000 ton bedroeg.
1.1Kaolientoepassingen in chemicaliën
Kaolien wordt gebruikt bij de productie van aluminiumsulfaat, ook wel aluin genoemd, en werd vroeger gebruikt bij de productie van aluminiummetaal. Het gebruik van kaolien als bron van aluminiumoxide voor de chemische productie nam af nadat de snelle groei van de aluminiummetaalmarkt leidde tot de wijdverbreide beschikbaarheid van aluminiumoxidetrihydraat (ATH). Aluminiumoxidetrihydraat is zuiverder dan kaolien en bevat een groter aandeel aluminiumoxide, waardoor het een efficiëntere grondstof is.
1.1.1Aluminiumsulfaat
Aluminiumsulfaat komt voor als gehydrateerde of watervrije varianten. Gehydrateerd aluminiumsulfaat, of aluin (Al2[SO4]3.18H2O), wordt op de markt gebracht in industriële, ijzerarme en ijzervrije vormen. Aluminiumsulfaat is ongebruikelijk omdat het kan worden geproduceerd uit bauxiet, natuurlijke kleisoorten, aluminiumoxidetrihydraat en bijproducten of afgewezen grondstoffen voor aluminiumoxide.
Industriële soorten worden normaal gesproken geproduceerd uit bauxiet van chemische kwaliteit, dat tot twintig uur lang bij 110oC in zwavelzuur wordt verteerd. De zuiverdere kwaliteiten met een laag ijzer- en ijzergehalte worden op dezelfde manier geproduceerd als industriële kwaliteiten, behalve dat normaal gesproken aluminiumoxidetrihydraat en zwavelzuur worden gebruikt. IJzervrij aluminiumsulfaat, het zuiverste materiaal, wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van papier van hoge kwaliteit om het proceswater te zuiveren, de pH van de pulpslurries te regelen, kleurstoffen te fixeren en bij het lijmen van papier. Om dit te doen en een vlekvrij product te verkrijgen, moet het aluminiumsulfaat minder dan 0,005% Fe2O3 bevatten.
1.1.1.1Gebruik van aluminiumsulfaat bij waterbehandeling
Het meest voorkomende gebruik van aluminiumsulfaat is de waterbehandeling, waarbij kleinere hoeveelheden worden gebruikt bij de papierproductie en andere kleine eindtoepassingen. De Amerikaanse productie van aluminiumsulfaat is grotendeels afhankelijk van de vraag naar coagulanten op de waterbehandelingsmarkt. In de VS staat het gebruik van aluminiumsulfaat bij de waterbehandeling onder druk door een aantal factoren:
· Er zijn zorgen geuit over de verwijdering van slib dat voortkomt uit het gebruik van aluminiumsulfaat gemaakt uit bauxiet
·Technologische ontwikkelingen hebben de terugwinning en het hergebruik van aluminiumsulfaat mogelijk gemaakt
· Concurrentie met andere aluminiumzouten zoals polyaluminiumchloride (PAC) en andere materialen, waaronder ijzerchloride en uitvlokmiddelen van organische polymeren
·Bezorgdheid over een mogelijk verband tussen aluminium in de watervoorziening en de ziekte van Alzheimer
1.1.1.2Gebruik van aluminiumsulfaat bij de papierproductie
Bij de papierproductie wordt aluminiumsulfaat in combinatie met colofonium gebruikt als lijmmiddel om de verspreiding van inkt en water in het papier tegen te gaan en de drukkwaliteit te verbeteren. Harsen worden ook gebruikt, met of zonder aluminiumsulfaat, als interne lijmmiddelen bij de productie van zuur en neutraal papier en als oppervlaktelijmmiddelen bij de productie van zuur, neutraal en alkalisch papier. Het toenemende gehalte aan vulstoffen en het snel toenemende gebruik van computers en kopieerapparaten stimuleren de consumptie van minerale vulstoffen op de wereldmarkt voor papierformaat.
Het gebruik van aluminiumsulfaat als lijmmiddel in de VS is gedaald als gevolg van de omschakeling naar het gebruik van neutrale lijmmiddelen, voornamelijk alkylketenedimer en alkenylbarnsteenzuuranhydride. Dit volgde op de omschakeling van de productie van zuur naar alkalisch papier. Wanneer een pulpfabriek overschakelt op alkalische sortering, daalt het verbruik van aluminiumsulfaat met 85% tot 90%. Deze verandering is nu grotendeels voltooid en er is dus een einde gekomen aan de snelle daling van het gebruik van aluminiumsulfaat in de Amerikaanse papierproductie.
1.1.2 Aluminiumchloride
Aluminiumchloride wordt op de markt gebracht als watervrij AlCl3 of Al2Cl6, aluminiumchloride-hexahydraat AlCl3.6H2O en als een waterige oplossing van 27,82%, 1,28 g/cm3 (32o Baume). Commerciële productie wordt uitgevoerd door chloor te laten reageren met gesmolten aluminium of aluminiumoxide in een aluminiumachtig materiaal, zoals klei of gebruikelijker bauxiet, in aanwezigheid van een reductiemiddel. Als reductiemiddelen worden koolstof, koolmonoxide, fosgeen of tetrachloormethaan gebruikt, maar bij de laatste twee stoffen levert het gasvormige reductiemiddel zowel het koolstofreductiemiddel als een deel van het chloor voor de halogenering van het aluminiumoxide.
1.2 Kaolientoepassingen in zeolieten
Kaolien is het uitgangspunt voor de vervaardiging van synthetische zeolieten via het kleiconversieproces. Bij dit proces wordt het kaolien gevormd tot pellets zonder bindmiddel, die vervolgens bij een temperatuur tussen 500 en 600 °C worden gecalcineerd om metakaolien te vormen. De pellets worden vervolgens behandeld met een alkalihydroxideoplossing om gepelletiseerd zeoliet A te vormen. Dit proces vereist het gebruik van zeer zuiver kaoliniet als grondstof. Alleen Mizusawa Industrial Chemical uit Japan zou dit proces in het recente verleden hebben gebruikt en het is onduidelijk of zij dit nog steeds doet. Alle andere producenten gebruiken het hydrogelproces waarbij natriumaluminaat wordt gebruikt.
1.3 Kaolientoepassingen in de landbouw
Kleine hoeveelheden kaolien en andere materialen worden gebruikt in landbouwtoepassingen. Het belangrijkste gebruik is als drager en verdunningsmiddel in diervoeders, meststoffen, pesticiden en aanverwante producten. De specificaties voor mineralen die in de landbouw worden gebruikt, zijn niet zo streng als voor meer geavanceerde toepassingen. Om deze reden is de selectie van het mineraal meestal sterk afhankelijk van de prijs.
1.4 Toepassingen van kaolien in pesticiden en andere biociden
Minerale vulstoffen worden gebruikt als dragers en verdunningsmiddelen voor pesticiden en andere biociden. Vóór toepassing worden biociden eerst gemengd met een drager, zodat een concentraat ontstaat dat gemakkelijk kan worden opgeslagen en vervoerd. De drager moet sterk absorberend zijn, dispergeerbaar in vloeistoffen, zodat deze versproeibaar is, en chemisch inert zijn ten opzichte van de actieve ingrediënten van het biocide. Een kleine deeltjesgrootte en een laag schurend vermogen zijn ook vereist om verstopping en overmatige slijtage van spuitmonden en andere applicatieapparatuur te voorkomen.
De deeltjesgrootte van een drager ligt doorgaans tussen 0,5 micron en 4 micron. De concentratie van actieve ingrediënten in een formulering kan in sommige gevallen zo laag zijn als 0,1%, maar ligt gewoonlijk tussen 5% en 10% op gewichtsbasis. De keuze welke drager moet worden gebruikt, hangt af van technische factoren, zoals deeltjesgrootte en kosten.
De meest gebruikte mineralen die als dragers en verdunningsmiddelen worden gebruikt, zijn diatomiet, volleraarde, kaolien, talk, gips, kalk, perliet en pyrofylliet. Mineralen met een plaatachtige structuur zijn zeer geschikt omdat ze het behoud van de formulering op de plant bevorderen. Mineralen die sterk absorberend zijn, zoals bentoniet en volleraarde, worden vaker gebruikt in biociden.
1.6Kaolientoepassingen in meststoffen
In meststoffen wordt een grote verscheidenheid aan mineralen gebruikt, op dezelfde manier als in pesticiden en biociden. De meest gebruikte zijn diatomeeënaarde, volleraarde, talk, gips, kalk, perliet, pyrofylliet, sepioliet en attapulgiet. Van deze mineralen is diatomiet het meest chemisch inert en wordt daarom mogelijk het meest gebruikt.
Kaolien kan worden gebruikt bij de productie van ammoniumnitraat- en ureummeststoffen, omdat deze materialen hydroscopisch en ook zeer oplosbaar zijn. Dit betekent dat de materialen aan elkaar blijven plakken als er maar een zeer kleine hoeveelheid water aanwezig is. Om dit te voorkomen worden antiklontermiddelen, zoals kaolien, toegevoegd in hoeveelheden tussen de twee en drie gewichtsprocent.
De hoeveelheid kaolien die wereldwijd in meststoffen wordt gebruikt, ligt waarschijnlijk in de buurt van enkele tienduizenden ton per jaar. Het Amerikaanse verbruik van kaolien voor deze toepassingen bedroeg in 2001 3.580 ton.
1.7Kaolientoepassingen in farmaceutische producten en cosmetica
Kaolien wordt al vele jaren in medische en cosmetische toepassingen gebruikt in zowel orale als plaatselijke formuleringen.
1.7.1 Farmaceutische producten
In de farmaceutische sector wordt kaolien gebruikt als verdunningsmiddel en vulmiddel in sommige medicijnen, in kompressen en in een mengsel met morfine dat wordt gebruikt om maag-darmaandoeningen te behandelen. De absorberende eigenschappen van kaolien kunnen de snelheid waarmee een medicijn in het lichaam vrijkomt, en zelfs de daadwerkelijke hoeveelheid die door het lichaam wordt opgenomen, verminderen.
1.7.2Cosmetica
Het belangrijkste gebruik van kaolien in cosmetica is in gezichtspoeder, waar het wordt toegevoegd om huidafscheidingen te absorberen. Gezichtspoeders zijn een mengsel van getint en geparfumeerd poeder dat wordt gebruikt om het uiterlijk van de huid te verbeteren. Vanwege hun dekkende eigenschappen worden een aantal materialen gebruikt, waaronder titaniumdioxide, zinkoxide en magnesiumoxide. Talk, stearaten en zetmeel helpen bij het verspreiden van het product en geven ook een glad gevoel aan het huidoppervlak. De gebruikte vulstoffen zijn onder meer krijt, neergeslagen calciumcarbonaat (PCC), magnesiumcarbonaat, zetmeel en kaolien die huidafscheidingen absorberen. De metaalzepen en talk verbeteren de hechting van het poeder, terwijl krijt en PCC als witmakers werken.