Cao lanh

Cao lanh (từ tiếng Pháp kaolin /kaɔlɛ̃/) là loại đất sét trắng, mềm, chống lửa, chủ yếu chứa khoáng vật kaolinit và một số khoáng khác như illit, montmorillonit, thạch anh,...

Trong ngành công nghiệp, cao lanh có nhiều ứng dụng, như sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, chất độn cho sơn, cao su, giấy, xi măng trắng. Nó cũng được dùng trong mỹ phẩm.

Nguồn gốc tên gọi

Tên gọi của cao lanh bắt nguồn từ Cao Lĩnh thổ (高岭土), có nghĩa là đất Cao Lĩnh, một khu vực đồi ở Cảnh Đức Trấn, Giang Tô, Trung Quốc. Các mỏ đất sét trắng ở đây được khai thác để sản xuất đồ sứ Trung Quốc. Vào thế kỷ 18, các giáo sĩ dòng Tên người Pháp đưa tên gọi 'kaolin' sang châu Âu, và khi phiên âm ngược lại tiếng Việt, nó trở thành cao lanh.

Phân loại

Cao lanh được phân loại theo nhiều cách khác nhau, dựa vào nguồn gốc, mục đích sử dụng, độ chịu lửa, độ dẻo, độ phân tán và hàm lượng ôxít nhuộm màu.

Dựa trên nguồn gốc, cao lanh có thể được chia thành hai loại: cao lanh sơ cấp và cao lanh thứ cấp. Cao lanh sơ cấp hình thành từ quá trình phong hóa hóa học hoặc thủy nhiệt của các đá chứa fenspat như rhyolit, granit, gơnai. Cao lanh thứ cấp được hình thành từ sự di chuyển của cao lanh sơ cấp do xói mòn và vận chuyển cùng các vật liệu khác đến nơi tái trầm lắng. Một số kaolinit cũng hình thành tại vị trí tái trầm lắng do biến đổi thủy nhiệt hoặc phong hóa hóa học của acco (arkose), một loại đá trầm tích mảnh vụn với hàm lượng fenspat trên 25%.

Dựa vào khả năng chịu lửa, cao lanh được phân loại thành các loại chịu lửa rất cao (trên 1.750°C), cao (trên 1.730°C), trung bình (trên 1.650°C) và thấp (trên 1.580°C).

Dựa trên thành phần Al₂O₃ + SiO₂ sau khi nung nóng, cao lanh được chia thành loại siêu bazơ, bazơ cao, bazơ hoặc axít.

Tính chất hóa lý

Kaolin có cấu trúc 2 lớp 1:1 (giống như dickit, nacrit, halloysit) với công thức chung là Al₂Si₂O₅(OH)₄.nH₂O (với n = 0, 2), bao gồm các thành phần SiO₂, Al₂O₃, H₂O và một lượng nhỏ các tạp chất như Fe, Ti, K và Mg. Kaolin có màu trắng, trắng xám, dạng đặc sít hoặc các khối đất sáng màu, tập vảy nhỏ, với các tinh thể đơn vị hình lục giác liên kết thành các tấm mỏng, có đường kính khoảng 0,2-12 µm, khối lượng riêng khoảng 2,1-2,6 g/cm³, độ cứng từ 1-2,5, khả năng trao đổi cation từ 2–15 meq/100g và phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt. Kaolin có tính dẻo khi ngấm nước nhưng không co giãn, là đặc tính được sử dụng sớm để định hình và nung đồ gốm sứ. Nhiệt độ nóng chảy của kaolin là từ 1.750-1.787°C. Khi nung nóng, kaolin thể hiện hiệu ứng thu nhiệt, với pic tại 510-600°C liên quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai pic tỏa nhiệt tại 960-1.000°C và 1.200°C liên quan đến quá trình đa hình hóa các sản phẩm kaolin không định hình, với pic 1.200°C là quá trình kết tinh của oxyt silic không định hình thành cristobalit.

Ứng dụng

Kaolin có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp, bao gồm: sản xuất gốm sứ, giấy, sơn, cao su, sợi thủy tinh, nhựa, vật liệu xây dựng, gạch chịu lửa, và làm xúc tác trong công nghệ lọc dầu. Với khả năng hấp thụ đặc biệt, kaolin không chỉ hấp thụ chất béo và protein mà còn cả vi rút và vi khuẩn, nên được sử dụng trong y tế, dược phẩm, và mỹ phẩm. - Ngành giấy: Kaolin được sử dụng như chất độn để cải thiện bề mặt giấy, tăng độ kín, giảm độ thấu quang và cải thiện khả năng ngấm mực. Một tấn giấy thường cần từ 250-300 kg kaolin. Chất lượng kaolin dùng trong giấy được đánh giá qua độ trắng, độ phân tán và đồng đều của hạt. - Ngành gốm sứ: Kaolin là thành phần chính trong sản xuất sứ, gốm sứ, đồ dùng thí nghiệm, sứ cách điện, và sứ vệ sinh. Kaolin phải đạt tiêu chuẩn cao với hàm lượng oxit tạo màu như Fe2O3 và TiO2 thấp. Fe2O3 không vượt quá 0,4-1,5%; TiO2 không quá 0,4-1,4%; CaO không quá 0,8%; và SO3 không quá 0,4%. - Ngành vật liệu chịu lửa: Kaolin được sử dụng để sản xuất gạch chịu lửa, gạch nửa axit và các vật liệu chịu lửa khác. Gạch chịu lửa từ kaolin chủ yếu dùng trong lò cao, lò luyện gang, và các lò nung trong ngành luyện kim, hóa học, thủy tinh, và xi măng. - Ngành sợi thủy tinh: Kaolin là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất sợi thủy tinh nhờ chứa silica và alumina. Sự tăng cường sử dụng kaolin thay thế amiăng do tác động tiêu cực của amiăng đến sức khỏe. - Ngành chất độn: Kaolin được dùng làm chất độn cho giấy, nhựa, cao su và hương liệu. Nó giúp cải thiện độ cứng, đàn hồi, cách điện và giảm giá thành sản phẩm. Trong sản xuất da nhân tạo, kaolin cũng giúp tăng độ bền và đàn hồi. - Ngành xà phòng: Kaolin giúp làm đặc xà phòng và hấp thụ dầu mỡ khi sử dụng. Yêu cầu kỹ thuật bao gồm độ hạt nhỏ hơn 0,053 mm và không lẫn cát, với hàm lượng Fe2O3 ≤ 2-3%, TiO2 ≤ 1%, chất bazơ trao đổi ≤ 0,8-2%, và carbonat ≤ 15-20%. - Ngành thuốc trừ sâu: Kaolin với độ khuếch tán cao, khả năng bám dính tốt, và hợp chất sắt thấp, được sử dụng với độ hạt 22 µm từ 40-75%. Trong tổng hợp zeolit, kaolin là nguyên liệu chính với ứng dụng trong hấp phụ và xúc tác.

Kaolin cũng được ứng dụng trong sản xuất phân bón, làm chất độn và chất bọc áo, giúp bảo quản và nâng cao chất lượng phân bón. - Các ứng dụng khác bao gồm sản xuất xi măng trắng, chất tráng trong xây dựng, và nguyên liệu cho sản xuất nhôm và phèn nhôm.

Chú thích