Drobne zastosowania kaolinu

Zużycie kaolinu koncentruje się w przemyśle papierniczym, gumowym, ceramicznym, materiałów ogniotrwałych, włókna szklanego i cementu. Mniejsze, ale wciąż ważne gałęzie przemysłu konsumujące to farby, tworzywa sztuczne, kleje i uszczelniacze oraz nośniki katalizatorów. Poza tymi gałęziami przemysłu kaolin jest używany w małych ilościach w wielu gałęziach przemysłu. Roskill szacuje, że w 2002 roku zużycie kaolinu poza wymienionymi powyżej gałęziami przemysłu wyniosło około 720 000 ton.

 

1.1 Zastosowania kaolinu w chemikaliach

 

Kaolin jest używany do produkcji siarczanu glinu, znanego również jako ałun, a wcześniej był używany do produkcji metalicznego aluminium. Stosowanie kaolinu jako źródła tlenku glinu do produkcji chemicznej spadło w związku z szybkim rozwojem rynku aluminium metalicznego, co doprowadziło do powszechnej dostępności trihydratu tlenku glinu (ATH). Trihydrat tlenku glinu jest czystszy niż kaolin i zawiera większą ilość tlenku glinu, dzięki czemu jest bardziej wydajnym surowcem.

 

1.1.1 Siarczan glinu

 

Siarczan glinu występuje w postaci uwodnionej lub bezwodnej. Uwodniony siarczan glinu, czyli ałun (Al2[SO4]3,18H2O), jest sprzedawany w postaci przemysłowej, o niskiej zawartości żelaza i bez żelaza. Siarczan glinu jest niezwykły, ponieważ można go wytwarzać z boksytu, naturalnych glinek, trójhydratu tlenku glinu i produktów ubocznych lub odrzuconych surowców tlenku glinu.

 

Gatunki przemysłowe są zwykle produkowane z boksytu chemicznego, który jest trawiony w kwasie siarkowym w temperaturze 110oC przez maksymalnie dwadzieścia godzin. Czystsze gatunki o niskiej zawartości żelaza i wolne od żelaza produkowane są w podobny sposób jak gatunki przemysłowe, z tą różnicą, że zwykle stosuje się trójwodzian tlenku glinu i kwas siarkowy. Niezawierający żelaza siarczan glinu, najczystszy materiał, stosowany jest głównie w produkcji papieru wysokiej jakości w celu klarowania wody technologicznej, kontrolowania pH zawiesin masy celulozowej, ustawiania barwników i zaklejania papieru. Aby to osiągnąć i uzyskać produkt pozbawiony plam, siarczan glinu musi zawierać mniej niż 0,005% Fe2O3.

  

1.1.1.1Zastosowanie siarczanu glinu w uzdatnianiu wody

 

Najczęstszym zastosowaniem siarczanu glinu jest uzdatnianie wody w mniejszych ilościach przy produkcji papieru i innych mniejszych zastosowaniach końcowych. Produkcja siarczanu glinu w USA w dużej mierze zależy od zapotrzebowania na koagulanty na rynku uzdatniania wody. W USA stosowanie siarczanu glinu w uzdatnianiu wody znalazło się pod presją wielu czynników:

 

·Zgłoszono obawy dotyczące usuwania osadów powstałych w wyniku stosowania siarczanu glinu wytwarzanego z boksytu

·Postęp technologiczny umożliwił odzysk i ponowne wykorzystanie siarczanu glinu

·Konkurencja z innymi solami glinu, takimi jak chlorek poliglinu (PAC) i innymi materiałami, w tym chlorkiem żelaza i flokulantami z polimerów organicznych

·Obawy dotyczące możliwego związku pomiędzy aluminium w wodociągach a chorobą Alzheimera

 

1.1.1.2Zastosowanie siarczanu glinu w produkcji papieru

 

W produkcji papieru siarczan glinu stosuje się w połączeniu z kalafonią jako środek zaklejający, aby ograniczyć przenikanie farby i wody do papieru i poprawić jakość druku. Kalafonie, z lub bez siarczanu glinu, stosuje się także jako wewnętrzne środki zaklejające w produkcji papieru kwaśnego i obojętnego oraz jako środki zaklejające powierzchniowo w produkcji papieru kwaśnego, obojętnego i alkalicznego. Rosnąca zawartość wypełniaczy i szybko rosnące wykorzystanie komputerów i kopiarek napędzają zużycie wypełniaczy mineralnych na światowym rynku zaklejania papieru.

 

Stosowanie siarczanu glinu jako środka zaklejającego w USA spadło ze względu na przejście na stosowanie neutralnych środków zaklejających, głównie alkiloketenodimeru i bezwodnika alkenylobursztynowego. Nastąpiło to po przejściu z produkcji papieru kwasowego na alkaliczny. Kiedy celulozownia przechodzi na zaklejanie alkaliczne, zużycie siarczanu glinu spada od 85% do 90%. Zmiana ta została już w dużej mierze zakończona, zatem ustał gwałtowny spadek wykorzystania siarczanu glinu w produkcji papieru w USA.

  

1.1.2 Chlorek glinu

 

Chlorek glinu jest sprzedawany jako bezwodny AlCl3 lub Al2Cl6, heksahydrat chlorku glinu AlCl3.6H2O i jako roztwór wodny o stężeniu 27,82%, 1,28 g/cm3 (32o Baume). Produkcja komercyjna odbywa się w drodze reakcji chloru ze stopionym aluminium lub tlenkiem glinu w materiale glinowym, takim jak glina lub częściej boksyt, w obecności środka redukującego. Jako reduktory stosuje się węgiel, tlenek węgla, fosgen lub tetrachlorometan, ale w przypadku dwóch ostatnich substancji reduktor gazowy dostarcza zarówno reduktor węglowy, jak i część chloru do halogenowania tlenku glinu.

1.2Zastosowania kaolinu w zeolitach

 

Kaolin jest punktem wyjścia do produkcji syntetycznych zeolitów w procesie konwersji gliny. W tym procesie kaolin formuje się w bezspoiwowe peletki, które następnie kalcynuje się w temperaturze od 500oC do 600oC, tworząc metakaolin. Peletki są następnie traktowane roztworem wodorotlenku alkalicznego, w celu wytworzenia granulowanego zeolitu A. Proces ten wymaga użycia kaolinitu o wysokiej czystości jako surowca. Według doniesień jedynie firma Mizusawa Industrial Chemical z Japonii stosowała ten proces w niedawnej przeszłości i nie jest jasne, czy nadal to robi. Wszyscy pozostali producenci stosują proces hydrożelowy z wykorzystaniem glinianu sodu.

  

1.3 Zastosowanie kaolinu w rolnictwie

 

Niewielkie ilości kaolinu i innych materiałów wykorzystuje się w rolnictwie. Głównym zastosowaniem jest nośnik i rozcieńczalnik w paszach dla zwierząt, nawozach, pestycydach i produktach pokrewnych. Specyfikacje minerałów stosowanych w rolnictwie nie są tak rygorystyczne, jak w przypadku bardziej wyrafinowanych zastosowań. Z tego powodu wybór minerału jest w dużym stopniu zależny od ceny.

 

1.4 Zastosowania kaolinu w pestycydach i innych środkach biobójczych

 

Wypełniacze mineralne stosowane są jako nośniki i rozcieńczalniki pestycydów i innych środków biobójczych. Przed zastosowaniem biocydy miesza się z nośnikiem w celu uzyskania koncentratu, który jest łatwy do przechowywania i transportu. Nośnik musi być wysoce chłonny, dyspergowalny w cieczach, aby można go było rozpylać i chemicznie obojętny w stosunku do składników aktywnych biocydu. Aby uniknąć zatykania i nadmiernego zużycia dysz i innego sprzętu do aplikacji, wymagany jest również mały rozmiar cząstek i niska ścieralność.

 

Wielkość cząstek nośnika wynosi zazwyczaj od 0,5 mikrona do 4 mikronów. Stężenie składników aktywnych w preparacie może w niektórych przypadkach wynosić zaledwie 0,1%, ale zwykle wynosi od 5% do 10% wagowych. Wybór nośnika zależy od czynników technicznych, takich jak wielkość cząstek i koszt.

 

Do najczęściej stosowanych minerałów stosowanych jako nośniki i rozcieńczalniki należą: diatomit, ziemia fulerska, kaolin, talk, gips, wapno, perlit i pirofilit. Minerały o strukturze płytkowej są bardzo odpowiednie, ponieważ pomagają w utrzymaniu preparatu na roślinie. W środkach biobójczych częściej stosuje się minerały o dużej chłonności, takie jak bentonit i ziemia fulerska.

 

1.6Zastosowanie kaolinu w nawozach

 

W nawozach wykorzystuje się szeroką gamę minerałów, podobnie jak w pestycydach i środkach biobójczych. Do najczęściej stosowanych należą: diatomit, ziemia fulerska, talk, gips, wapno, perlit, pirofilit, sepiolit i atapulgit. Spośród tych minerałów diatomit jest najbardziej obojętny chemicznie, dlatego jest prawdopodobnie najczęściej stosowany.

 

Kaolin może być stosowany do produkcji nawozów na bazie saletry amonowej i mocznika, ponieważ są to materiały higroskopijne, a także dobrze rozpuszczalne. Oznacza to, że materiały będą się sklejać, jeśli będzie w nich tylko bardzo mała ilość wody. Aby temu zapobiec, dodaje się środki przeciwzbrylające, takie jak kaolin, w ilościach od dwóch do trzech procent wagowych.

 

Ilość kaolinu stosowanego w nawozach na całym świecie prawdopodobnie waha się w granicach kilkudziesięciu tysięcy ton rocznie. Zużycie kaolinu w tych zastosowaniach w USA w roku 2001 wyniosło 3580 ton.

 

1.7 Zastosowania kaolinu w farmacji i kosmetyce

 

Kaolin jest używany w zastosowaniach medycznych i kosmetycznych od wielu lat, zarówno w postaci doustnej, jak i miejscowej.

 

1.7.1 Farmaceutyki

 

W sektorze farmaceutycznym kaolin stosowany jest jako rozcieńczalnik i wypełniacz w niektórych lekach, w okładach oraz w mieszaninie z morfiną stosowaną w leczeniu schorzeń żołądkowo-jelitowych. Właściwości absorpcyjne kaolinu mogą zmniejszyć szybkość uwalniania leku w organizmie, a nawet faktyczną ilość wchłanianą przez organizm.

 

1.7.2Kosmetyki

 

Głównym zastosowaniem kaolinu w kosmetykach jest puder do twarzy, dodawany w celu wchłaniania wydzieliny skórnej. Pudry do twarzy to mieszanka barwionego i perfumowanego pudru stosowana w celu poprawy wyglądu skóry. Ze względu na właściwości kryjące wykorzystuje się szereg materiałów, w tym dwutlenek tytanu, tlenek cynku i tlenek magnezu. Talk, stearyniany i skrobia ułatwiają rozprowadzanie produktu i zapewniają uczucie gładkości na powierzchni skóry. Stosowane wypełniacze obejmują kredę, strącany węglan wapnia (PCC), węglan magnezu, skrobię i kaolin, które pochłaniają wydzielinę skórną. Metaliczne mydła i talk zwiększają przyczepność proszku, natomiast kreda i PCC działają jako środki wybielające.