کائولن یا خاک چینی (2)

چینی استخوانی

چینی استخوانی، یک گونه از پرسلان های ترانسلوسنت خاص است که ابتدا در سال 1974 در انگلستان تولید شد. این ماده، یک محصول بسیار ظریف است که با استفاده از تری کلسیم فسفات بدست آمده از استخوان، تولید می شود. این صنعت ترجیح داده است تا از خاکستر استخوان گاو استفاده کند زیرا این ماده، عاری از آهن است. مخلوط ماده ی اولیه شامل 45-50 % خاکستر استخوان گاو، 25-30 % خاک چینی، 25-30 % فلدسپار (فلاکس) و حدود 5 % بال کلی (به عنوان عامل پلاستیسایزر) می باشد. این مواد با آب مخلوط شده و سایش می یابند. دوغاب حاصله سپس به آهستگی خشک می شود و در نهایت بیسکوییت حاصله در دمایی در گستره ی 1250 تا 1300 درجه ی سانتیگراد پخت می شود. در مورد چینی استخوانی، دمای پخت بسیار مهم می باشد. در حین پخت، تخلخل های باز خارج می شوند و خاصیت ترانسلوسنسی، ایجاد می شود، در حالی که حرارت بیش از حد، نیز موجب بروز بلیستر در سطح نمونه ها، می شود.
بیسکوییت تولیدی سپس با استفاده ز لعاب شفاف و بی رنگ، پوشش دهی می شود. مواد مورد استفاده در لعاب سازی نیز شامل شیشه ی بروسیلیکاتی، خاک چینی سفید رنگ و مقادیر اندکی فلدسپار به عنوان فلاکس، می باشد. خاک چینی، موجب می شود تا پایداری سوسپانسیون لعاب، افزایش یابد. لعاب با استفاده از روش اسپری و روش غوطه وری، بر روی بدنه اعمال می شود و سپس در دمایی بین 1050 تا 1100 درجه ی سانتیگراد پخت می شوند. این دما، دمایی پایین تر از دمای پخت بیسکوییت است.
خاکستر استخوان به عنوان یک ماده ی فلاکس عمل می کند اما وقتی مقادیر اضافی از این ماده استفاده کرد، این ماده خاصیت دیرگدازی دارد. مقادیری از آهک موجود در استخوان ابتدا با خاک چینی، واکنش می دهد و موجب تشکیل آنورتیت می شود، در حالی که پنتااکسید فسفر با سایر ترکیبات واکنش داده و به عنوان عامل شیشه ساز، عمل می کند. برای تولید این خاکستر، ابتدا استخوان های گاوی، خرد شده و سپس شستشو و حرارت دهی می شوند. این کار در یک محیط اکسیدی و در دمایی در حدود 900-1000 درجه ی سانتیگراد انجام می شود، در این حالت، کسر قابل توجهی از مواده آلی این استخوان ها، از بین می رود. استخوان کلسینه شده، به همراه آب، سایش می یابد تا اندازه ی ذرات کاهش یابد و همچنین چند روز به مخلوط حاصله زمان داده می شود تا عملیات پیرشدگی، بر روی آنها انجام شود. بعد از آن، این مخلوط خشک می شود تا میزان رطوبت آن به 10-15 % برسد. این خاکستر استخوانی، شامل مقادیر اندکی مواد آلی است و وجود ذرات ریز باعث می شود تا پلاستیسیه ی خوبی داشته باشد.
خاک چینی مورد استفاده در این بخش، باید رنگ پخت سفید داشته باشد و میزان اکسید آهن آن نیز تا حد ممکنه پایین باشد. صنعت معمولاً خاک هایی را می پذیرد که میزان اکسید آهن انها بین 3-5% باشد.

صنعت نساجی

در این صنعت، خاک چینی به عنوان فیلر مورد استفاده قرار می گیرد تا بدین صورت، بدنه ی لباس استحکام و وزن بگیرد. خنثی بودن، اندازه ی ذره، وزن مخصوص نسبتاً متوسط، نرمی، خاصیت پخش شوندگی خوب، رنگ سفید و انعکاس نوری بالا، از جمله ویژگی های مد نظری است که بر اساس آنها خاک چینی، مورد استفاده قرار می گیرد. اندازه ی ذره ی بسیار ریز (2 تا 5 میکرون)، ترجیح داده می شود که علت این مسئله، اطمینان حاصل کرده از توزیع یکنواخت و مناسب این ماده می باشد. از آنجایی که سفید بودن، یک مورد مهم می باشد، تمام موادی که موجب رنگی شدن این ماده می شوند، مواد مضر محسوب می شوند. اکسید منیزیم و کلسیم به همراه رطوبت، موجب زوال محصول پارچ ای می شوند. بنابراین، میزان این مواد نیز باید به خوبی، کنترل شود.
در سال 1995، BIS یک گروه از ویژگی ها را برای خاک چینی مورد استفاده در صنعت پارچه، پیشنهاد کرد. با توجه به این ویژگی ها، پارامترهای مهم عبارتند از: اندازه ی ذره زیر 53 میکرون و گاهاً زیر 10 میکرون برای برخی کاربردها، حداکثر میزان مواد رنگ زا و نامطلوب مانند اکسید کلسیم، اکسید آرسنیک، اکسید منگنز و اکسید آهن، حداکثر باید به ترتیب، 70 ppm ، 10 ppm، 0.013 % و 0.75 % باشد. میزان مواد حل شده در اسید کلریدریک این خاک ها نیز ماکزیمم 2.5 % می باشند.

صنعت کاغذ

در صنعت کاغذ، خاک چینی، به عنوان پرکننده و مواد پوشش دهنده، مورد استفاده قرار می گیرد.
فیلر: این ماده در انواع مختلفی از کاغذها، مقوا، و صفحات سخت و ... کاربرد دارد. این ماده به منظور یکسان سازی سطحی در بین الیاف سلولزی قرار می گیرند. اندازه ی ذره در این جا، مهم ترین فاکتور می باشد. خاک چینی صیقلی شده، که دارای اندازه ی ذره ای کمتر از 2 میکرون است، موجب تسهیل میزان پراکندگی ذرات می شود. در واقع این پراکندگی یکنواخت موجب می شود تا سوراخ های ریز سلولز، به خوبی پر شوند. در این حالت، حلالیت ماده در آب، باید کمتر از 0.5 % باشد و میزان حلالیت آنها در اسید کلریدریک نیز نباید بیشتر از 2.5 % باشد. مواد رنگ زا همچنین در این کاربرد نامطوب می باشند. یک روزنامه، معمولا حاوی 10 % وزنی خاک چینی است.
پوشش دهی: خاک چینی به عنوان یک ماده ی پوشش دهنده در کاغذهای سفید با کیفیت بالا، استفاده می شوند. در این حالت، سطح کاغذ، لعاب کاری می شود. در این حالت باید خاک چینی، تا حد ممکنه سفید باشد. از این رو باید ناخالصی های رنگی در این ماده، حداقل مقدار ممکنه باشد. ذرات این خاک چینی نیز باید تا حد ممکنه ریز باشد تا بدین صورت سطح کاغذ زبر نباشد. اکسید کلسیم موجب جذب آب می شود و این مسئله موجب زوال یکپارچگی رسی ایجاد شده بر روی سطح کاغذ می شود. بنابراین، هر دوی این مواد، موادی آسیب پذیر هستند. اندازه ی دانه ی باید بسیار ریز باشد و علاوه بر این، این ذرات باید دارای اندازه های یکنواخت باشند. اندازه ی ذرات ریز رس موجب می شود تا مساحت سطح بسیار بالایی مهیا شود و این مسئله موجب می شود تا حفظ خاک رس، بهبود یابد. ترکیب اندازه ی ذرات ریز و وزن مخصوص متوسط، موجب می شود تا خاک رس ویژگی رئولوژی مناسبی پیدا کند و این مسئله موجب می شود تا میزان پراکندگی ذرات در آب، افزایش یابد. بدین صورت، یک دوغاب مناسب با ویسکوزیته ی پایین ایجاد شود و کاغذ به خوبی، پوشش پیدا کند. این پوشش به عنوان یک لعاب برای کاغذ استفاده می شود و در این حالت، تردی خاک رس، یکی از فاکتورهای مهم و حیاتی می باشد. خنثی بودن خاک چینی، نیز یک مزیت برای این کاربرد می باشد.
BIS در سال 1995 یک سری از ویژگی ها را برای خاک چینی مورد استفاده در کاغذ، ارائه کرده است. با توجه به این ویژگی ها، برخی از پارامترهای مهم تر وجود دارد. این پارامترها، عبارتند از اندازه ی ذره ی زیر 10 میکرون، میزان اکسید آهن ماکزیمم 0.6 %، میزان مواد نامحلول حداکثر 1.0 % در اسید کلرید ریک، انعکاس 80.0-85.5 %، در طول موج نور آبی، کاهش وزن ماکزیمم 2 % در هنگام خشک شدن، می باشد.

صنعت لاستیک

خاک چینی، پیش از قالب گیری، با لاستیک مخلوط می شود و به عنوان پرکننده یا فیلر عمل می کند. مولکول های لاستیک، شامل صفحات کوچک و مسطحی هستند که به دلیل الاستیسته و سختی، مد نظر می باشند. رس های سخت موجب تقویت میزان سفتی لاستیک می شوند. در دو نوع رس های سخت و نرم موجب بهبود مقاومت لاستیک در برابر اسید می شوند. این مورد در آسترهای لاستیکی تانک های اسیدی، مهم می باشند. خاک رس یک ماده ی تقویت کننده و افزایش دهنده ی سفتی خوب برای لاستیک است. شرینکیج پایین، اندازه ی ذره ی ریز، سبک بودن، پراکنده شوندگی بالا و خنثا بودن شیمیایی خاک چینی، مهم ترین معیارهای مورد توجه می باشد.
به دلیل اینکه رس به لاستیک مذاب اضافه می شود، در صورت LOI بالای رس، شرینکیج قابل توجهی در لاستیک رخ می دهد. به دلایل مشابه گفته شده، اندازه ی ذره ی رس، باید بسیار ریز باشد تا بدین صورت، ذرات به خوبی پراکنده شوند. آهک یک ماده مضر در این ماده محسوب می شود زیرا این ماده موجب جذب رطوبت در طی زمان می شود و موجب تورم لاستیک می شود. در این کاربرد، رنگ زیاد مهم نیست.

صنعت پلاستیک

در صنعت پلاستیک، خاک چینی به عنوان عامل توسعه دهنده ی عامل دار استفاده می شود. این ماده، موجب افزایش استحکام، افزایش مقاومت الکتریکی، افزایش درخشش و کاهش جذب آب پایین، می شود. وزن مخصوص پایین، اندازه ذره ی ریز، پراکندگی خوب ذرات، رسانایی الکتریکی ضعیف، انعکاس نور بالا، جذب آب پایین از جمله مزیت های مهم این ماده در این کاربرد می باشد. در فیلم های پلی اتلینی، این فیلر می تواند خواص جذب لایه را تغییر دهد.
صنعت رنگ
خاک چینی، یک ماده ی قدیمی در تولید رنگ های سفید می باشد. این ماده در نقاشی های سنگ نوشته ی 8000 ساله ای مورد استفاده قرار گرفته است که در غارهای منطقه ی منطقه میرزاپور هند، وجود دارد. امروزه، این ماده دیگر به عنوان یک پیش ماده در تولید رنگ های روغنی استفاده نمی شود، علت این مسئله، جذب روغن بوسیله ی آن می باشد. به هر حال، این ماده به عنوان توسعه دهنده و عامل سوسپانسیون کننده در رنگ های روغنی، کاربرد دارد. رنگ سفید، سهولت پراکندگی و خواص ضد گیرشی و خنثایی شیمیایی از جمله خواص مهم خاک چینی مورد استفاده در صنعت رنگ می باشد. مهم ترین این ویژگی ها، پراکنده شوندگی خوب و خاصیت ضد گیرش می باشند. به هر حال، ذرات با اندازه ی بسیار ریز، می تواند هم نور مرئی و هم نور فرابفش را پراکنده سازی کند و بنابراین، استفاده از این ذرات موجب می شود تا حجم رنگ، افزایش یابد. به هر حال، خاک چینی درشت تر، موجب می شود تا رنگ نهایی حالت مات داشته باشد. در وضعیت هایی که حالت مات، مد نظر باشد، می توان از خاک رس درشت تر، استفاده کنیم. اکسید منیزیم و مواد فرار نیز باید در این کاربرد، حداقل باشند. اکسید منیزیم همانگونه که گفته شد، در طی زمان، آب جذب می کند و این جذب، منجربه افزایش حجمی در حدود 120 % می شود، در مورد مواد فرار، امکان باد کردن و جدایش پوشش رنگی، وجود دارد. جذب روغن خاک چینی مورد استفاده، باید حداقل، باشد. در واقع این خاک چینی، باید حداقل میزان مواد محلول در آب را داشته باشد. در واقع بعد از اعمال رنگ، رنگ شسته می شود و از این رو، مواد محلول در آب، می توان مشکل آفرین باشد.
BIS در سال 1997، مشخصاتی را برای خاک چینی مورد استفاده در صنعت رنگ ارائه کرده است. میزان حداکثر ماده ی فرار باید 2 % باشد، اندازه ی ذره باید زیر 63 میکرون باشد، حتی در برخی کاربردها، این اندازه ی ذره باید زیر 40 میکرون باشد. مواد محلول در آب نیز باید کمتر از 1.0 % باشد.
داروها و لوازم آرایشی
خاک چینی، برای تولید داروها و مواد آرایشی مانند پودر صورت، پودر تالک، خمیردندان، پودر دندان، چسب ها، گچ جراحی، لوسیون ها و پمادهای مورد استفاده برای کاربردهای خارجی و پرسلان های مورد استفاده در دندان سازی، مورد استفاده قرار می گیرد. در زمان های قدیم، خاک چینی، برای درمان وبا و جذب مواد سمی جهاز هاضمه (alimentary canal) کاربرد داشته است؛ اما برای این استفاده، نیاز است تا خاک چینی استریل شود زیرا این ماده عمدتاً حاوی میکروارگانیزم های بیماری زا هستند. از این ماده همچنین در غلظت 53 % و به منظور تولید ضماد مورفین استفاده می شود. اندازه ی بسیار ریز و پلاستیسته ی خوب، عمدتا از ویژگی های مناسب برای تولید خمیرهای مناسب می باشد. علاوه بر این، خاک چینی برای اهداف پزشکی باید عاری از هر گونه آلودگی به موادی همچون سرب، آرسنیک و سایر فلزات سنگین باشد.
BIS در سال 1995 مشخصات زیر را برای خاک چینی مورد استفاده در اهداف پزشکی، ارائه کرده است: اندازه ی ذره ی کمتر از 45 میکرون، حلالیت کمتر از 2 % در اسید کلریدریک، حداکثر میزان 5% سرب و 2 % اکسید آرسنیک.

ساخت حشره کش

از خاک چینی به عنوان یک عامل پراکنده ساز، یک ماده ی دارای خاصیت ضد ساش و خنثای شیمیایی استفاده می شود. اندازه ی ذرات این ماده باید تقریباً 10 میکرون باششد. مواد سمی برای گیاهان مانند آرسنیک، بسیار زیان آور می باشد و باید میزان آن کم باشد (کمتر از 10 ppm).

سیمان سفید

سیمان سفید از 65 % اکسید کلسیم، 24 % سیلیس و تنها 5.9 % آلومینا تشکیل شده است. این ماده شامل 46 % دی کلسیم سیلیکات، 33 % تری کلسیم سیلیکات و تنها 14 % تری کلسیم آلومینات می باشد. سیمان سفید با حرارت دهی مخلوطی از آهک با آلومینای پایین و سیلیس سفید و خالص به همراه اندکی ژیپس خالص تولید می شود. دمای حرارت اعمالی در حدود 1400 تا 1500 درجه ی سانتیگراد می باشد و ماده ی حاصله، کلینکر نامیده می شود. اجزای اصلی این ماده، آهک و سیلیس می باشند. برخی اوقات، رس نیز برای ایجاد تعادل در این ترگیبات، استفاده می شود. در حالی که در سیمان پرتلند معمولی، از رس های ارزان قیمت استفاده می شود، در سیمان سفید، از خاک چینی خالص و سفید استفاده می شود. خاک چینی، باید ماده ی رنگی از جمله اکسید آهن، MnO، CuO و سایر مواد مشابه را نداشته باشد و باید به خوبی سایش شده باشد.
برخی از تولیدکننده های سیمان سفید، از خاک چینی استفاده می کنند که شامل 15 تا 32 % آلومینا و 15 % اکسید آهن هستند.

تولید جوهر

خاک چینی در اینجا، به عنوان توسعه دهنده یا عامل پخش کننده ی جوهر، استفاده می شود. خاک چینی که با آب شستشو شده است و از لحاظ شیمیایی نیز خنثی است، به طور گسترده در تولید جوهر پرینتر، استفاده می شود. در جوهرهای کربنی لترپرس، خاک چینی با اندازه ی ذره ی کوچکتر از دو میکرون، مورد استفاده قرار می گیرد. خاک چینی برای این کاربردها، باید عاری از ذرات درشت باشد.

تولید لاجورد

نوع خالص تری از خاک چینی، ماده ای اولیه ی ضروی در تولید لاجورد را تشکیل می دهد. برای تولید این ماده، مخلوطی حاوی 80 % خاک چینی و 20 % گوگرد، سیلیس و کربنات سدیم، حرارت داده می شوند و در دمایی در حدود 1500 درجه ی سانتیگراد به مدت 24 ساعت نگهداری می شوند. ترکیب ایده آل برای تولید لاجورد، عبارتند از 39.4 % آلومینا، 46.7 % سیلیس و 13.9 % آب. این ماده باید عاری از سیلیس آزاد و آهن باشد.
تولید زئولیت های مصنوعی
استفاده های جدید از خاک چینی، در تولید زئولیت های مصنوعی است. این ماده، یکی از اصلی ترین پیشرفت ها در زمینه ی استفاده از خاک چینی، در صنایع می باشد. خاک چینی کلسینه شده، به عنوان منبع آلومینا و سیلیس، در تولید زئولیت های مصنوعی، استفاده می شود. زئولیت های مصنوعی، در صنایع پالایش و پتروشیمی، کاربرد دارند. این مواد در واقع غربال های ملکولی هستند و به طور گسترده، کاربرد دارند.

کاتالیست ها

این زمینه ی نسبتاً جدید، در واقع اصلاح شیمیایی خاک چینی، برای ساخت کاتالیست می باشد. این کاتالیست ها در صنعت پالایش نفت خام، کاربرد دارند. خاک چینی، با اسید سولفوریک عمل آوری می شود و با کلسینه شدن، به کاتالیست تبدیل می شود.

صابون سازیی و مواد شوینده

در تولید صابون و مواد شوینده، نقش خاک چینی، در واقع به عنوان عامل نم زا می باشد. خاک چینی، باید به صورت پودری، و به همراه آلومینا (30-35% ) و اکسید آهن (1 تا 1.5 %) مورد استفاده قرار گیرد. قابلیت جذب آب در این مواد بین 40 تا 60 میلی لیتر در هر 100 گرم ماده می باشد.

الیاف شیشه

خاک چینی در تولید الیاف شیشه کاربرد دارد. این ماده نقش پرکننده را دارد. خاک چینی، باید دارای مقادیر بالایی آلومینا و مقادیر اندکی آهن باشد. این ماده به صورت آب کشی شده و خشک شده مصرف می شوند تا بدین صورت اطمینان حاصل شود که میزان رطوبت آن پایین است. گرید تجاری خاک چینی برای تولید الیاف شیشه حاوی 44 % سیلس، 37 % آلومینا، 0.6 % اکسید کلسیم، 2 % اکسید سدیم، 0.5 % اکسید آهن و 1 % آب می باشد.

مواد منفجره و وسایل آتشبازی

یک مخلوط انفجاری، ضرورتاً حاوی یک اکسید کننده و یک ماده ی سوختی است. برخی از وسایل آتشبازی، به یک روش خاص، میزان متوسطی از حرارت تولید می کنند که موجب ایجاد یک آتش می شود. این آتش، در برخی موارد ناجور است. آنها نیازمند یک آتش ابتدایی سریع و با عمر کوتاه هستند مانند یک جرقه ی کبریت، تا بدین صورت نیروی محرکه ی خوبی، ایجاد کنند. برای ایجاد این آتش اولیه، یک مخلوط حساس شامل کلسیم سیلسید (Ca〖Si〗_2)، اکسید آهن، 〖Pb〗_3 O_4 و مقادیر اندکی خاک چینی، مورد استفاده قرار می گیرد. نقش خاک چینی در این کار و انواع مشابه از مواد منفجره، عامل پرکننده می باشد. این ماده، موجب می شود تا شدت آتش، کاهش یافته و حالت متوسطی داشته باشد.

چسب ها و مواد آب بندی

چسب ها مواد آلی و غیر آلی هستند که قادر اند تا دو ماده را به همدیگر متصل کنند. به عبارت دیگر، عوامل آب بندی نیز یک نوع چسب نرم هستند که قابلیت ورود به حفرات را دارند. یکی از اجزای این آب بندها، رنگ هایی هستند که به منظور افزایش کارایی ها خاص، به آن اضافه می شود. خاک چینی، منبعی از رنگ های سیلیکات آلومینایی (ASP) می باشد. ASP یک قابلیت چسبندگی و یا آب بندی را مهیا می کند. این ماده موجب ایجاد رنگ سفید و خاصیت تیکسوتروپی در چسب می شود و موجب افزایش ویسکوزیته و کاهش در زمان خشک شدن می شود. چسب های حاوی ASP برای کاربردهایی مانند تخته ی سه لایی، مناسب هستند، زیرا این مواد موجب ایجاد سایش و کند شدن سره های اره نمیشوند.

تولید متاکائولن

در سیکل صنعتی، از متاکائولن یا HRM استفاده می شود. این ماده یک ماده ی پزولانی قوی است که از کائولن ساخته می شود و در تولید سیمان سفید، کاربرد دارد. متاکائولن، در واقع کائولن تغییر شکل یافته است و در آن، کریستال های کائولینیت به حالت آمورف و بی نظم، تبدیل شده اند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee