카올리나이트

Kaolinite
"카올린"은 여기로 방향을 바꾼다.다른 용도는 Kaolin(동음이의)을 참조하십시오.
참고 항목:규산알루미늄
카올리나이트
Kaolinite from Twiggs County in Georgia in USA.jpg
일반
카테고리필로실라이테스
카올리나이트세르펜타인군
공식
(기존 단위)		알2(OH)4SiO25
IMA 기호Kln[1]
스트룬츠 분류9.ED.05
크리스털 시스템삼위일체
크리스털 클래스페달(1)
(동일한 H-M 기호)
스페이스 그룹P1
단위세포a = 5.13 å, b = 8.89 å
c = 7.25 å; α = 90°
β = 104.5°, γ = 89.8°;Z = 2
식별
색흰색에서 크림까지, 때로는 불순물과 옅은 노랗게 빨갛게, 파랗게 또는 갈색으로 틴트를 칠하기도 한다. 또한 종종 다양한 색조, 탠, 갈색을 칠하기도 한다.
수정습관크리스탈, 얇은 판 또는 쌓이는 경우는 드물다.일반적으로 미세한 유사맥각 판과 판의 군집으로서, 소형 점토질 덩어리로 통합된다.
클라바주{001}에 완벽함
고집유연하지만 비탄성
모스 눈금 경도2–2.5
루스터펄리 투 칙칙한 흙
스트릭흰색
비중2.16–2.68
광학 특성바이아시알 (–)
굴절률nα = 1.553–1.565,
nβ = 1.559–1.569,
nγ = 1.569–1.168
2V 각도측정: 24° ~ 50°,계산된 값: 44°
참조[2][3][4]
카올리나이트
중국어 번체高嶺石
중국어 간체高岭石
문자 그대로의 뜻"가오링 돌"

카올리나이트(/ˈkeɪlənaɪt/KAY-ə-lə-nyte)[5][6][7]는 점토 광물로 화학성분 알시오225(OH)를 가지고 있다.4그것은 중요한 산업 광물이다.층층이 쌓인 규산염 광물로, 산소 원자를 통해 연결된 실리카(SiO4)의 사면체 시트 1장이 알루미나(AlO6) 옥타헤드라 1장에 연결되어 있다.[8]카올리나이트가 풍부한 바위는 카올린(//keɪ.ə.lɪn/) 또는 도자 점토로 알려져 있다.[9]카올린은 고대 그리스 리토와 라틴 마가로부터 '말의 돌'이라는 뜻의 리토마르지라는 구식 용어로 종종 언급된다.현재 리토마르게라는 이름은 압축되고 거대한 형태의 카올린을 지칭할 수 있다.[10]

카올린이라는 이름은 가오링(중국어: 高嶺; pinyin: Gaolǐng; light)에서 유래되었다.중국 남동부 장시 성 징더전 인근의 중국인 마을 '하이 리지'이다.[11]이 이름은 1727년 프랑수아 자비에르 다엔트레콜레스의 징더전 도자기 제조에 관한 보고에 따라 프랑스어판: 카올린에서 영어로 입력되었다.[12]

카올리나이트는 수축-스웰 용량이 낮고 양이온 교환 용량(1–15 mq/100 g)이 낮다.그것은 유연하고 흙이 많으며 대개 희고 광물(지옥탄성 필로실산염 점토)이며, 장석과 같은 알루미늄 규산염 광물의 화학적 풍화작용에 의해 생성된다.세계 많은 지역에서 그것은 산화철에 의해 분홍색-주황색-빨갛게 물들어 뚜렷한 녹색을 띤다.농도가 낮을수록 흰색, 노란색 또는 연한 주황색이 생성된다.미국 조지아 주의 프로비던스 캐년 주립공원에서처럼 교대로 층을 이루는 경우가 가끔 있다.상업용 등급인 카올린은 건식분말, 반건조면, 액상슬러리 등으로 공급·운반된다.

화학

표기법

광물학에서 사용되는 카올리나이트의 화학식은 알시오225(OH)이지만,4[4] 세라믹 어플리케이션에서는 일반적으로 산화물(산화물)로 표기되므로 카올리나이트의 공식은 알로23·2SiO2·2이다.H2O.[13]

구조

층간 수소 결합을 보여주는 카올리나이트 구조

다른 점토 광물과 비교했을 때, 카올리나이트는 화학적으로, 구조적으로 단순하다.결정체가 쌓여 있는 TO 레이어(TO 레이어드)로 이루어져 있기 때문에 1:1 또는 TO 클레이 미네랄로 표현된다.각 TO층은 산소, 알루미늄, 히드록실 이온으로 구성된 옥타헤드(O) 시트에 접합된 실리콘과 산소 이온으로 구성된 사면체(T) 시트로 구성된다.T 시트는 각각의 실리콘 이온이 4면체를 형성하는 4개의 산소 이온에 둘러싸여 있기 때문에 그렇게 불린다.O 시트는 각각의 알루미늄 이온이 8면체의 모서리에 배열된 6개의 산소나 히드록실 이온으로 둘러싸여 있기 때문에 그렇게 불린다.각 층의 2개 시트는 공유 산소 이온을 통해 서로 강하게 접합되며, 한 층의 T 시트 외면의 산소와 다음 층의 O 시트 외면의 히드록실 사이에 수소 결합을 통해 층이 접합된다.[14]

  • 카올리나이트 사면체(T) 시트 구조 전경

  • 카올리나이트의 팔면체(O) 시트 구조 전경

  • 층을 따라 바라보는 카올리나이트 크리스털 구조

카올린티 층은 순전하가 없으므로 대부분의 다른 점토 미네랄과 마찬가지로 층 사이에 큰 양이온(칼슘, 나트륨, 칼륨 등)이 없다.이는 카올리나이트의 이온 교환 용량이 상대적으로 적은 것을 감안한 것이다.층간 수소 결합이 촘촘해 물 분자가 층간 침투하는 것도 방해해 카올리나이트의 좋지 않은 특성을 고려한다.[14]

카올린나이트의 작은 판 모양의 결정체가 촉촉하게 되면, 결정체가 서로 달라붙게 하는 물 분자 층을 얻어 카올린 클레이에게 응집력을 부여한다.결속은 점토가 몰딩될 때 판이 서로 미끄러질 정도로 약하지만 판을 제자리에 고정시키고 성형된 점토가 형태를 유지할 수 있을 정도로 튼튼하다.점토가 건조되면 대부분의 물 분자가 제거되고 판판 수소 결합이 서로 직접 연결되기 때문에 건조된 점토는 단단하지만 여전히 깨지기 쉽다.점토가 다시 촉촉하게 적셔지면 다시 한 번 플라스틱이 된다.[15]

구조 변환

카올리나이트 그룹 클라이는 대기압에서 공기 중 열처리 시 일련의 위상 변환을 겪는다.

밀링

비록 이 고체의 성질은 상당히 다르지만, 카올린트의 고에너지 밀링은 메타카올린과 유사한 기계화학적으로 비정화된 단계를 형성한다.[16]고에너지 밀링 공정은 비효율적이며 많은 양의 에너지를 소비한다.[17]

건조

참고 항목:뷰엘 건조기

100 °C(212 °F) 미만으로 건조한 공기에 노출되면 카올린에서 액체 상태의 물이 서서히 제거된다.이 변환의 최종 상태를 "모더 드라이"라고 한다.100 °C에서 약 550 °C(1,022 °F) 사이에 남아 있는 액체 상태의 물은 카올리나이트에서 배출된다.이 변환의 최종 상태를 "골건조"라고 한다.이 온도 범위에서, 물의 배출은 되돌릴 수 있다: 만약 카올린이 액체 물에 노출되면, 그것은 다시 흡수되어 그것의 미세한 입자 형태로 분해될 것이다.후속 변환은 되돌릴 수 없으며 영구적인 화학적 변화를 나타낸다.

메타카올린

카올린나이트의 내열성 탈수는 550~600°C에서 시작되어 무질서 메타카올린을 생성하지만, 최대 900°C(1,650°F)까지 연속 히드록실 손실이 관찰된다.[18]비록 역사적으로 그 metakaolin 단계의 자연에 관한 많은 의견이 달랐다, 광대한 연구는 일반적인 합의 형태가 없는 실리카(SiO2)과 알루미나(알루미나)의 metakaolin이 아닌 것은 단순한 혼합물, 오히려 일부 북한은 장거리 명령에 따라( 아니지만 엄격하게 결정)을 함유한 복잡한 비결정 구조로 이어졌다.s육각 층의 [18]태킹

스피넬

925–950 °C까지 가열하면 메타카올린을 알루미늄 실리콘 스피넬로 변환하여 감마 알루미나 유형 구조라고도 한다.

혈소판 멀리이트

1050 °C 이상의 석회화 시 스피넬 위상은 분쇄물리이트와 고결정 크리스토발라이트(high crystorbalite)로 핵화하여 변환한다.

니들 멀리이트

마지막으로 1400 °C에서 "니들" 형태의 멀리이트가 나타나 구조 강도와 내열성이 상당히 증가한다.이것은 구조적인 변화일 뿐 화학적인 변화는 아니다.이 양식에 대한 자세한 내용은 석기를 참조하십시오.

발생

조지아 황토

카올리나이트는 말레이시아, 파키스탄, 베트남, 브라질, 불가리아, 방글라데시, 프랑스, 영국, 이란, 독일, 인도, 호주, 한국, 중화인민공화국, 체코, 스페인, 남아프리카, 탄자니아, 미국에서 채굴된다.[2]

카올린산 사프롤라이트의 맨틀은 서유럽과 북유럽에서 흔하다.이들 맨틀의 나이는 중생대부터 초기 신생대까지이다.[19]

카올리나이트 점토는 열대 우림 지역처럼 덥고 습한 기후에서 암석의 화학적 풍화작용에 의해 형성된 토양에서 풍부하게 발생한다.점진적으로 냉각되거나 건조한 기후를 향한 경사를 따라 토양을 비교하면 카올리나이트의 비율은 감소하는 반면 일라이트(냉각기후)나 스마테(건조기후)와 같은 다른 점토 미네랄의 비율은 증가한다.이러한 점토 광물성분의 기후 관련 차이는 고대 토양이 매장되어 보존되어 있던 지질학적 과거의 기후 변화를 유추하기 위해 종종 사용된다.[20]

국립연구소 부기 L'étude Agronomique au Bengo Belge(INEAC) 분류 체계에서 점토분수가 주로 카올리나이트인 토양을 카올리올(카올린과 흙에서)이라고 한다.[21]

미국에서는 오거스타와 마콘 사이의 대서양 연안 낙하선 중앙 조지아에서 주요 콜린 퇴적물이 발견된다.13개 카운티의 이 지역은 "백금" 벨트라고 불리며, 샌더스빌은 카올린이 풍부하기 때문에 "세계의 카올린 수도"로 알려져 있다.[22][23][24]1800년대 후반에는 펜실베니아의 극동쪽 구석, 란덴버그와 카올린, 그리고 오늘날의 화이트 클레이 크릭 보존에 활발한 카올린 표면 채광 산업이 존재했다.이 제품은 열차로 뉴어크-포머로이 노선에 있는 델라웨어주 뉴어크까지 운반되었으며, 이 노선은 아직도 많은 개활지 점토 지뢰를 볼 수 있다.퇴적물은 약 1억~4500만년 전 백악기 후기와 초기 고생물 사이에 풍화암과 메타카올린암에서 추출한 퇴적물로 형성되었다.[11]2011년 미국의 카올린 생산량은 550만 톤이었다.[25]

스페인 에스플러그라프레다 지역에 퇴적된 팔레오세-에오세 열 최대 퇴적물은 변성 때문에 탈핵원에서 나온 카올리나이트로 농축되었다.[26]

합성 및 생성

보다 성공적인 고온 합성으로부터 열역학 데이터를 외삽하여 대기 조건 하에서 카올리나이트 형성을 설명하려고 할 때 어려움이 발생한다.[27]라 이글레시아와 반 우스터비크-가스터슈(1978)는 카올리나이트가 핵분열하는 조건들은 해체 데이터에 기초하여 안정성 도표에서 추론할 수 있다고 생각했다.[28]라 이글레시아와 반 우스터비크-가스터슈(1978)는 그들 자신의 실험에서 설득력 있는 결과가 없었기 때문에, 그러나 카올리나이트의 저온 핵에 관련된 다른, 아직 알려지지 않은 다른 요소들이 있다는 결론을 내려야 했다.상온 Fripiat과 Herbillon(1971)에서 용액으로부터 카올리나이트의 매우 느린 결정 속도가 관찰되었기 때문에 카올리나이트의 저온 핵에서 높은 활성 에너지가 존재한다고 가정했다.

고온에서 평형 열역학 모델은 열 에너지가 핵화 과정에 관여하는 에너지 장벽을 극복하기에 충분하기 때문에 카올리나이트 용해와 핵화에 대한 설명에 만족하는 것으로 보인다.점토 광물의 핵화에 관련된 메커니즘의 이해를 위해 주변 온도와 대기압에서 합성의 중요성은 이러한 에너지 장벽을 극복하는 데 있다.Caillere와 Hénin(1960)[29]에서 지적한 바와 같이 토양 환경과 같은 복잡한 자연물리화학 시스템에서 단순히 추론만으로 관련 인자를 분리하는 것은 사실상 불가능하기 때문에 관련 공정을 잘 정의된 실험에서 연구해야 할 것이다.프리피아트와 허빌론(1971)은 [30]카올리나이트 형성에 대한 리뷰에서 어떻게 질서 정연한 물질(즉, 열대 토양의 무정분수)이 그에 상응하는 질서 정연한 구조로 변형될 수 있는지에 대한 근본적인 의문을 제기했다.이러한 변화는 환경에 큰 변화가 없는 토양에서, 비교적 짧은 시간에, 그리고 주변 온도(및 압력)에서 일어나는 것처럼 보인다.

점토 광물의 저온 합성(카올리나이트를 예로 들자면)은 몇 가지 측면이 있다.첫째로 성장 결정체에 공급되는 규산은 단조로운 형태여야 한다. 즉, 실리카는 매우 희석된 용액으로 존재해야 한다(Cailere et al., 1957;[31] Cailere and Hénin, 1960;[29] Wey and Siffert, 1962;[32] Milot, 1970[33]).알루미늄이나 마그네슘 양이온과 반응하여 결정 규산을 형성하지 않고 과포화 용액에서 침전되는 아모르퍼스 실리카겔의 형성을 막기 위해서는 아모르퍼스 실리카의 최대 용해성 이하 농도로 규산이 존재해야 한다.이 전제조건의 이면에 있는 원리는 구조화학에서 찾을 수 있다: "폴리실리케이트 이온은 크기가 균일하지 않기 때문에 금속 이온과 함께 일반 결정 격자로 배열할 수 없다." (Iler, 1955, 페이지 182[34])

카올리나이트의 저온 합성의 두 번째 측면은 알루미늄 양이 산소와 관련하여 육각화되어야 한다는 것이다(Caillere 및 Hénin, 1947;[35] Cailler et al., 1953;[36] Hénin and Robicet, 1955[37]).가스터슈 외 연구진(1962년)[38]은 물론 카이레르와 헤닌(1962)도 알루미늄 수산화물이 기브사이트 형태일 때만 카올나이트가 형성될 수 있다는 결론을 내렸다.그렇지 않으면 형성된 침전물은 "혼합 알루미노 실릭 젤"이 될 것이다(밀로트, 1970, 페이지 343).그것이 유일한 요구 조건이었다면 실리카 용액에 깁스라이트 가루를 첨가하는 것만으로 많은 양의 카올린트를 수확할 수 있었다.의심할 여지 없이 지브사이트 표면에 의해 용해되는 실리카의 두드러진 흡착은 일어날 것이지만, 앞에서 말한 것처럼, 단순히 흡착만으로 카올린나이트 결정의 전형적인 층 격자를 만들지는 않는다.

세 번째 측면은 이 두 초기 구성요소를 하나의 층 구조와 동일한 혼합 결정으로 통합해야 한다는 것이다.카올리나이트 형성을 위한 다음 방정식(Gastuche and DeKimpe, 1962년)[39]으로부터.

그것은 5개의 물 분자가 형성되는 모든 카올리나이트 분자에 대한 반응으로부터 제거되어야 한다는 것을 볼 수 있다.카올리나이트 반응에서 물 제거의 중요성을 보여주는 현장 증거는 가스쿠슈와 데킴페(1962년)가 공급했다.그들은 키부(Zaïre)의 기저암에서 토양 형성을 연구하면서 카올리나이트의 발생이 어떻게 관련 지역의 '데그레 드 배수'에 의존하는지 주목했다.배수가 잘 되는 지역(즉, 습기와 건기의 차이가 현저한 지역)과 배수가 잘 되지 않는 지역(즉, 영구적으로 늪이 많은 지역)을 명확히 구분하였다.습기와 건기의 계절적 교대 현상이 뚜렷한 지역에서만 카올리나이트가 발견되었다.알로판(Alophane)이 카올리나이트로 이행될 때 습한 상태와 건조한 상태가 번갈아 나타나는 것의 가능한 중요성은 타무라와 잭슨(1953)에 의해 강조되어 왔다.[40]카올리나이트 형성에 습기와 건조 사이의 교대 역할은 무어(1964)도 주목했다.[41]

실험실 합성

고온(100 °C [212 °F] 이상)의 카올리나이트 합성은 비교적 잘 알려져 있다.예를 들어 반 니우웬베르크와 피에터스(1929),[42] 노울(1934),[43] 노튼(1936),[44][45] 로이와 오스본(1954)의 합성이 있다.[46][47]호킨스와 로이(1962);[48]토무라 외 연구진(1985);[49] 사토카와 외 연구진(1994)[50] 및 후에르타스 외 연구진(1999).[51]비교적 적은 수의 저온 합성물이 알려져 있다(cf).브린들리와 데킴페(1961)[52]DeKimpe(1969);[53] 보고티레브 외(1997).[54]

실온과 대기압에서 카올리나이트의 실험실 합성은 DeKimpe 외 연구진(1961)에 의해 설명되었다.[55]그 시험들을 통해 주기성의 역할은 확실히 명백해진다.데킴페 외 연구진(1961)은 적어도 두 달 동안 알루미나(AlCl3·6 HO2)와 실리카(에틸 규산염의 형태로)를 매일 첨가했다.또한 염산이나 수산화나트륨을 첨가하는 방법으로 pH의 조정이 매일 일어났다.적어도 60일 동안 염산 또는 수산화나트륨을 사용한 일일 적정량과 조합하여 Si와 Al을 용액에 매일 첨가하는 것은 주기의 필수 요소를 도입할 것이다.이제 와서야 비로소 무정형 알루미노실라이케의 "고령화"(알테룽)로 묘사된 것의 실제 역할을 충분히 이해할 수 있다(예: Harder, 1978년[56] 언급).이와 같은 시간은 평형상태에서 폐쇄적인 시스템에 어떤 변화를 가져오지는 않지만, 주기적으로 변화하는 조건들의 일련의 교체는 (정의된) 무정형 알루미노 실화체 대신에 (정의된) 안정상 카올리나이트의 저온 형성을 가져올 것이다.

사용하다

미네랄 카올린나이트의 주요 용도는 종이 생산이다. 그 용도는 코팅된 종이의 일부 등급에 광택을 보장한다.[57]

카올린은 혈액 응고를 유도하고 촉진하는 능력으로도 잘 알려져 있다.2008년 4월, 미국 해군 의학 연구소는 상업적으로 여전히 미군 전 부대에서 가장 많이 선택되는 [58]QuikClot Combat Gauze로 알려진 전통 거즈에 카올린 추출 알루미늄산염 주입의 성공적인 사용을 발표했다.

Kaolin 사용(또는 과거에 사용):

  • 도자기(도자기 주성분)에서
  • 치약으로
  • 백열등 백열등에 빛을 발하는 물질로서
  • 화장품으로
  • Kaowool이라 불리는 산업용 단열재(미네랄 울의 일종)에
  • '사전 작업' 피부 보호와 방호벽 크림으로[59]
  • 이산화티타늄(TiO2) 화이트 페인트를 확장하고 광택 수준을 수정하기 위한 페인트에서
  • 경화 시 고무의 특성 수정용
  • 혈액학을[60] 수정하기 위해 접착제로.
  • 곤충 피해를 막기 위해 농작물에 뿌리는 스프레이로 유기농업을 하고, 사과의 경우 햇볕에 그을리는 것을 막기 위해.
  • 네팔의 전통적인 석조 주택에서 화이트워시(가장 일반적인 방법은 상부를 백색 카올린 점토로 그리고 중부를 황토로 칠하는 것이다; 붉은 점토는 하단으로 뻗거나 하부를 검은색으로 칠할 수 있다)
  • 에디슨 다이아몬드[61] 디스크의 필러로서.
  • 부피를 주는 필러로, 또는 종이 제작에서 표면을 개선하는 코팅으로
  • 카올린나이트가 우라늄과 토륨의 아주 작은 흔적을 포함할 수 있기 때문에 방사선 데이트의 지표로서
  • 배탈, 이를 달래기 위해 원래 it[62](더 최근에,industrially-produced로 준비 설사의 치료를 위해;이것들의 가장 일반적이었다 Kaopectate는 다음 미국의 고령토의 애터펄 자이트:점토 광물로서를 사용하고 흔한 것이었다)bism 사용되(이고..나중에 인간)남 아메리카에서 parrots.uth서브살리실산(펩토 비스몰의 활성 성분)
  • 마스크 마스크 또는 비누("화이트 클레이"로 알려져 있음)
  • 바디 랩, 고치 같은 스파 바디 트리트먼트 또는 발, 등 또는 손과 같은 스폿 트리트먼트.에센셜 오일을 넣어 쾌적한 향을 더할 수도 있고, 미역을 넣어 치료의 영양가치를 높일 수도 있다.
  • 물과 폐수 처리의[63] 흡착제로서.
  • 진단 절차에서 혈액 응고를 유도한다(예: 카올린 응고 시간).
  • 변형된 메타카올린 형태로 포졸란으로, 콘크리트 혼합물에 첨가되면, 메타카올린은 포틀랜드 시멘트의 수화를 가속화하고 주요 시멘트 광물(예: 알라이트)의 수화로 형성된 포틀랜드이트와의 포졸란 반응에 참여한다.
  • 지오폴리머 화합물의 기본 구성 요소로서 변형된 메타카올린 형태로

지오파기

인간은 가끔 쾌락을 위해 또는 지구파기라고 알려진 관습인 배고픔을 억제하기 위해 카올린을 먹는다.[64]아프리카에서는 이러한 목적으로 사용되는 카올린을 칼라바(가봉과[65] 카메룬[64]), 칼라바, 칼라바쵸프(적도기니)라고 한다.특히 임신 중에는 여성들 사이에서 소비가 더 많으며,[66] 그 사용법은 때때로 지역 여성들에 의해 남성들 사이에서 흡연과 유사한 습관이라고 한다.

이 관습은 또한 노예제도를 통해 아프리카인들의 전통에 의해 야기될 가능성이 있는 미국 남부, 특히 조지아에 있는 소수의 아프리카계 미국인 여성들 사이에서 관찰되었다.[67][68]그곳에서, 카올린은 흰 흙, 분필, 또는 백토라고 불린다.[67]

안전

NFPA 704
다이아몬드를 발사하다
카올린

카올린은 일반적으로 안전한 것으로 인식되지만 피부나 점막에 가벼운 자극을 줄 수 있다.카올린 제품은 또한 알려진 발암물질인 결정질 실리카의 흔적을 포함할 수 있다.[69]

사람들은 분말을 들이마시거나 피부나 눈 접촉으로 직장에서 코올린에 노출될 수 있다.

미국

산업안전보건청(OSHA)은 작업장에서의 카올린 피폭에 대한 법적 제한(허용 노출 한도)을 총 노출 15mg/m3, 호흡기 피폭 5mg/m로3 8시간 동안 설정했다.국립산업안전보건원(NIOSH)은 8시간 근무에 걸쳐 권장 피폭 제한치(REL3)를 10mg/m 총 피폭 TWA 5mg/m3 호흡기 피폭으로 설정했다.[70]

지오테크놀로지

연구 결과는 지질 공학에서 카올리나이트의 활용은 특히 그 존재가 전체 암석 질량의 10.8% 미만이면 보다 안전한 일라이트로 대체될 수 있다는 것을 보여준다.[71]

참고 항목

참조

인용구

  1. ^ Warr, L.N. (2021). "IMA–CNMNC approved mineral symbols". Mineralogical Magazine. 85 (3): 291–320. Bibcode:2021MinM...85..291W. doi:10.1180/mgm.2021.43. S2CID 235729616.
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  3. ^ Kaolinite Mineral Data, WebMineral.com, retrieved 5 August 2009
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  6. ^ "kaolinite". Lexico UK English Dictionary. Oxford University Press. n.d.
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일반참조

외부 링크