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Kaolinite

La kaolinite est un minéral argileux de composition chimique Al2Si2O5(OH)4. C'est un minéral industriel important. Les roches riches en kaolinite sont appelées kaolin. Kaolinite, groupe commun de des minéraux argileux qui sont hydratés aluminium silicates; ils contiennent les principaux composants du kaolin (kaolin). Le groupe comprend la kaolinite, qui est chimiquement similaire mais amorphe à la kaolinite, et ses formes plus rares, stalagmite et nacrite, halloysite et allophane.

C'est un minéral de silicate stratifié avec une couche de silice tétraédrique (SiO4) liée à une couche octaédrique d'octaèdres d'alumine (AlO6) par des atomes d'oxygène.

La kaolinite, la nacrite et la dickite se présentent sous forme de masses compactes ou granuleuses et d'amas ressemblant à du mica sous forme de petites plaques hexagonales parfois allongées. Les feldspaths sont des produits naturels de transformation des feldspathoïdes et d'autres silicates. L'anoxyde, auparavant considéré comme un minéral du groupe de la kaolinite avec un rapport silice/alumine supérieur à la normale, est maintenant considéré comme de la kaolinite et de la silice libre (principalement non cristalline). Pour la formule chimique et les propriétés physiques détaillées

La kaolinite est la matière première de la brique, de la poterie et de la tuile. Elle a joué un rôle vital dans le développement de la civilisation humaine. La plus importante d'entre elles minéraux est la kaolinite. Kaolinite Elle forme des plaques blanches, microscopiques, pseudo-hexagonales.

masses compactes ou granuleuses et amas de type mica. Trois autres minéraux – stalagmite, nacrite et halloysite – chimiquement identiques à la kaolinite, mais système monoclinique. Quatre trouvées ensemble et souvent visuellement indiscernables.

La kaolinite est un produit naturel de petit dégradation. plagioclase et feldspaths sodium-potassium sous Effet de l'eau, du dioxyde de carbone dissous et des acides de la matière organique. Utilisé en agriculture; comme agent de remplissage dans des aliments tels que le chocolat ; mélangé avec de la pectine comme antidiarrhéique; comme expanseur de peinture; comme agent de renfort dans le caoutchouc ; et comme agent de poudre dans les opérations de fonderie

Nom: Le nom kaolin est dérivé de Gaoling. Village chinois près de Jingdezhen dans la province du Jiangxi (sud-est de la Chine). Le nom est entré en anglais en 1727 à partir de la version française du mot : kaolin.

La kaolinite a une faible capacité de retrait-gonflement et une faible capacité d'échange cationique (1–15 meq/100 g). Un minéral mou, terreux, généralement blanc (argile phyllosilicate dioctaédrique) produit par érosion de minéraux de silicate d'aluminium tels que feldspath. Dans de nombreuses régions du monde, il est rose-orange-rouge avec fonte oxyde, lui donnant une couleur de rouille distinctive. Des concentrations plus claires donnent des couleurs blanches, jaunes ou orange clair. Des couches alternées sont parfois trouvées, comme dans le parc d'État de Providence Canyon en Géorgie, aux États-Unis. Les qualités commerciales de kaolin sont fournies et transportées sous forme de poudre sèche, de nouilles semi-sèches ou de bouillie liquide.

Association: Quartz, feldspath, moscovite.

Polymorphisme et séries: Dickite, halloysite et nacrite sont des polymorphes

Groupe minéral: Groupe kaolinite-serpentine.

Données de cellule: Espace Groupe : P1 : a = 5.15 b = 8.95 c = 7.39 ® = 91:8 ± ¯ = 104:5 ±¡105:0 ± ° = 90 ± Z = [2]

Poudre de rayons X Patron de Couture: Scalby, Yorkshire, Angleterre (1A). 7.16 (vv), 3.573 (vv), 4.336 (vv), 2.491 (s), 2.289 (s), 2.558 (ms), 2.379 (ms)

Propriétés chimiques

Classification chimiquePhyllosilicates Groupe kaolinite-serpentine
Laits en poudreAl2Si2O5 (OH) 4
Impuretés courantesFe, Mg, Na, K, Ti, Ca, H2O

Structure de kaolinite montrant des liaisons hydrogène intercouches

Comparée à d'autres minéraux argileux, la kaolinite est chimiquement et structurellement simple. Il est défini comme un minéral argileux 1: 1 ou TO car ses cristaux sont constitués de couches empilées de RO. Chaque couche TO est constituée d'une feuille tétraédrique (T) d'ions silicium et oxygène liée à une feuille octaédrique (O) d'ions oxygène, aluminium et hydroxyle. La couche T est ainsi nommée car chaque ion silicium est entouré de quatre ions oxygène formant un tétraèdre. La couche O est ainsi nommée parce que chaque ion aluminium est entouré de six ions oxygène ou hydroxyle disposés aux coins d'un octaèdre. Les deux couches de chaque couche sont fortement liées l'une à l'autre via des ions oxygène partagés, tandis que les couches sont liées via une liaison hydrogène entre l'oxygène sur la face externe de la couche T d'une couche et l'hydroxyle sur la face externe de la couche O de la couche suivante.

Transformations structurelles

Les argiles du groupe des kaolinites subissent une série de transformations de phases après traitement thermique sous air à pression atmosphérique.

Fraisage

Le broyage de la kaolinite conduit à la formation d'une phase mécanochimiquement amorphe similaire au métakaolin, bien que les propriétés de ce solide soient assez différentes. Une grande énergie est nécessaire pour convertir la kaolinite en métakaolin.

Séchage

En dessous de 100 ° C (212 ° F), l'exposition à l'air sec éliminera lentement l'eau liquide du kaolin. L'état final de cette transformation est appelé « sécheresse cutanée ». Entre 100 ° C et environ 550 ° C (1,022 XNUMX ° F), l'eau liquide restante est expulsée de la kaolinite. L'état final de cette transformation est appelé « sécheresse osseuse ». Dans cette plage de température, l'élimination de l'eau est réversible : si le kaolin est exposé à de l'eau liquide, il sera réabsorbé et décomposé en fines particules. Les transformations ultérieures représentent des changements chimiques irréversibles et permanents.

Métakaolin

La déshydratation endothermique de la kaolinite commence à 550-600 ° C et produit du métakaolin désordonné, mais une perte continue d'hydroxyle est observée jusqu'à 900 ° C (1,650 2 ° F). Bien qu'historiquement il y ait eu beaucoup de désaccords sur la nature de la phase métakaolin, des recherches approfondies ont conduit à un consensus général selon lequel le métakaolin n'est pas un simple mélange de silice amorphe (SiO2) et d'alumine (Al3OXNUMX), mais plutôt une structure amorphe complexe qui conserve une certaine de celui-ci. ordre à plus longue portée (mais certainement pas cristallin) en raison de l'empilement de couches hexagonales.

Propriétés physiques

Cristal habitude 
CouleurBlanc à crème et jaune pâle, également souvent teinté de diverses teintes, les bronzages et les bruns étant courants.
TraînéeBlanc ou plus pâle que l'échantillon.
Dureté2 - 2½
LustreCireux, Nacré, Terne, Terreux
DécolletéParfait le {001}.
DiaphanéitéTranslucide, Opaque
Système cristallinTriclinique
TénacitéSouple mais inélastique
Densité2.63 g/cm3 (Calculé)
FractureIrrégulier/irrégulier, conchoïdal, sous-conchoïdal, micacé

Propriétés optiques

TypeBiaxial (-)
Couleur / PléochroïsmeTransparent à translucide sous forme de monocristaux
2V:Mesuré : 24° à 50°, Calculé : 44°
Valeurs IR :nα = 1.553 – 1.563 nβ = 1.559 – 1.569 nγ = 1.560 – 1.570
Biréfringence0.017
SoulagementFaible
Dispersion:aucun

Apparition

Il remplace d'autres minéraux aluminosilicates lors de l'hydrothermie altération et les intempéries. Un composant commun à partir duquel la fraction argileuse des sédiments peut se former par précipitation directe

La kaolinite est l'un des minéraux les plus courants; En tant que kaolin, il est extrait en Malaisie, au Pakistan, au Vietnam, au Brésil, en Bulgarie, au Bangladesh, en France, au Royaume-Uni, en Iran, en Allemagne, en Inde, en Australie, en Corée du Sud, en République populaire de Chine, en République tchèque, en Espagne, au Sud. Afrique, Tanzanie et États-Unis.

Les manteaux de saprolite kaolinitique sont courants en Europe occidentale et septentrionale. Les âges de ces manteaux vont du Mésozoïque au Cénozoïque précoce.

L'argile kaolinite est abondante dans les sols formés par l'érosion chimique des roches dans les climats chauds et humides, comme les forêts tropicales humides. Lorsque l'on compare des sols le long d'une pente vers des climats de plus en plus frais ou plus secs, la proportion de kaolinite diminue tandis que la proportion d'autres minéraux argileux tels que illite (dans les climats plus froids) ou smectite (dans les climats plus secs) augmente. Ces différences climatiques pertinentes dans la teneur en minéraux argileux sont souvent utilisées pour révéler les changements climatiques dans le passé géologique, où les sols anciens ont été enterrés et préservés.

Zone d'utilisation

  • La principale utilisation de la kaolinite minérale (environ 50 % du temps) est la production de papier ; Son utilisation donne de la brillance à certains types de papiers couchés.
    • en céramique (composant principal de la porcelaine)
    • en dentifrice
    • comme matériau électroluminescent dans les ampoules à incandescence blanches
    • en cosmétique
    • Dans un matériau isolant industriel appelé Kaowool (un type de laine minérale)
    • dans les crèmes protectrices et barrières cutanées "pré-travail"
    • en peinture pour prolonger titane dioxyde de pigment blanc et changer les niveaux de brillance
    • modifier les propriétés du caoutchouc lors de la vulcanisation
    • dans les adhésifs pour modifier la rhéologie
    • sous forme de pulvérisation appliquée sur les cultures pour prévenir les dommages causés par les insectes dans l'agriculture biologique et pour prévenir les coups de soleil sur les pommes
  • Comme badigeon à la chaux dans les maisons traditionnelles aux murs de pierre au Népal (la méthode la plus courante consiste à peindre le haut avec de l'argile blanche de kaolin et le milieu avec de l'argile rouge ; l'argile rouge peut s'étendre jusqu'au bas ou le bas peut être peint en noir)
  • Comme charge ou comme revêtement pour améliorer la surface dans la fabrication du papier, comme charge dans Edison Diamant Disques Comme la kaolinite peut contenir de très petites traces de uranium et le thorium, en tant qu'indicateur de datation radiologique, il était courant de traiter les maux d'estomac (plus récemment, des préparations de kaolinite produites industriellement pour le traitement de la diarrhée), similaires à ce que les perroquets (et plus tard les humains) utilisaient à l'origine en Amérique du Sud.
  • pour les masques faciaux ou les enveloppements corporels au savon (appelé «argile blanche»), les soins corporels spa comme les cocons ou simplement les traitements ponctuels comme les pieds, le dos ou les mains. De l'huile essentielle peut être ajoutée pour ajouter un arôme agréable, ou des algues peuvent être ajoutées pour augmenter les valeurs nutritionnelles de la friandise.
  • comme adsorbant dans le traitement de l'eau et des eaux usées pour favoriser la coagulation du sang dans les procédures de diagnostic, par exemple le temps de coagulation du kaolin
  • sous forme de métakaolin modifié en pouzzolane ; Ajouté à un mélange de béton, le métakaolin accélère l'hydratation du ciment Portland et participe à la réaction pouzzolanique avec la portlandite, qui se forme lors de l'hydratation des principaux minéraux du ciment (par exemple l'alite).
  • sous forme de métakaolin modifié comme ingrédient de base pour les composés géopolymères

Sécurité

Les personnes peuvent être exposées au kaolin sur le lieu de travail en respirant la poudre ou par contact avec la peau ou les yeux.

La sécurité et la santé au travail

L'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) a fixé la limite légale (limite d'exposition autorisée) pour l'exposition au kaolin sur le lieu de travail à 15 mg/m3 d'exposition totale et à 5 mg/m3 d'exposition respiratoire dans une journée de travail de 8 heures. Le National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) a fixé une limite d'exposition recommandée (REL) à 10 mg/m3 d'exposition totale TWA 5 mg/m3 d'exposition respiratoire pendant une journée de travail de 8 heures.

Ingénierie géotechnique

Araştırma sonuçları, kaolinitin jeoteknik mühendisliğinde kullanımının olarak alternatif, özellikle mevcudiyeti toplam kaya kütlesinin %10,8'inden az ise, daha güvenli illit ile değiştirileceğini göstermektedir.

Distribution

Matériel pur de nombreuses localités, y compris:

  • à Kauling, province du Kiangsi, Chine.
  • Dans de nombreuses fosses à porcelaine de Cornouailles et du Devon, en Angleterre.
  • À Limoges, Haute-Vienne, France.
  • Près de Dresde, Kemmlitz et Zettlitz, Saxe et ailleurs en Allemagne.
  • Grande Cautions dans le bassin du Donets, en Ukraine.
  • Aux États-Unis, à Macon, Bibb Co., Géorgie ; à la mine Dixie Clay Company et dans la fosse Lamar, près de Bath, Aikin Co., Caroline du Sud; près de Webster, Jackson Co., Caroline du Nord ; près de Murfreesboro, Pike Co., et à Greenwood, Sebastian Co., Arkansas ; de Mesa Alta, Rio Arriba Co., Nouveau-Mexique.
  • À Huberdeau, Québec, et près de Walton, Nouvelle-Écosse, Canada

Bibliographie

  • Britannica, T. Editors of Encyclopaedia (2018, 25 janvier). Kaolinite. Encyclopédie Britannica. https://www.britannica.com/science/kaolinite
  • En ligneBonewitz, R. (2012). Roches et minéraux. 2e éd. Londres : DK Publishing.
  • Dana, JD (1864). Manuel de minéralogie… Wiley.
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  • Mindat.org. (2019) : Mineral information, data and localities.. [en ligne] Disponible sur : https://www.mindat.org/ [Consulté. 2019].
  • Smith.edu. (2019). Géosciences | Collège Smith. [en ligne] Disponible sur : https://www.smith.edu/academics/geosciences [Consulté le 15 mars 2019].