Kaoliniit

Kaoliniit
Omadused
Keemiline valem	Al2Si2O5(OH)4
Mineraaliklass	kihtsilikaadid
Värvus	valge, "määrdunud" valge
Tihedus	2,6 g/cm³
Kõvadus	1,5...2
Lõhenevus	täiuslik
Süngoonia	trikliinne
Punktigrupp	trikliinne pediaalne
Kriips	valge
Läige	tuhm
Kristallooptilised omadused
Optiline telg	kaheteljeline
Optiline märk	negatiivne
Kaksik­murdumine	0,0070
Pleokroism	võib esineda kollakas pleokroism
2V	24...50°
nα	1,553...1,563
nβ	1,559...1,569
nγ	1,560...1,570

Kaoliniit on savimineraal, mille keemiline valem on Al₂Si₂O₅(OH)₄ ja mis kuulub tööstuslike mineraalide rühma. Tegemist on kihtsilikaadiga, mille üks tetraeedriline kiht on ühendatud hapniku aatomite kaudu ühe oktaeedriliste alumiiniumoksiidide kihiga. Tuntuim kivim, mis sisaldab rohkelt kaoliniiti, on kaoliin.

Sõna "kaoliniit" on tuletatud Hiinas Jiangxi provintsis Jingdezheni linna lähedal paikneva Gaolingi küla (高岭, Gāolǐng) nimest. Sealselt mäelt kaevati esimest korda kaoliini. Kaoliniiti kui mineraali kirjeldas esimesena Song Yingxing aastal 1637 oma teoses Tiangong Kaiwu (天工開物). Hiinlased nimetasid kaoliiniks mineraali, kaoliini nimetasid nad aga Gaolini mullaks. Sõna kandus teistesse keeltesse üle prantsuskeelsest sõnast kaolin, mis pärines prantsuse preestri Francois Xavier d'Entrecollesi Jingdezheni aruannetest, kus ta selgitas hiinlaste portselani valmistamise tehnikat.

Kaoliniiti sisaldaval savil kaoliinil on väike kahanemis-paisumisvõime ja madal katioon-vahetuse võime (1–15 mekv/100 g). See on pehme, tavaliselt valge mineraal (dioktaeedriline kihtsilikaatsavi), mis tekib alumiiniumsilikaatide (nt päevakivide) keemilisel murenemisel ehk porsumisel. Eri paigus üle maailma võib see raudoksiidi sisalduse tõttu värvuda roosa-oranži-punaseks, andes sellele eristatava roostekarva värvuse. Kergemas kontsentratsioonis annab see kaoliinile valge, kollase või heleoranži värvitooni. Kaubanduse eesmärgil transporditakse kaoliini kuiva pulbrina, poolkuival kujul või vedela seguna.

Keemia

Mineraloogias kasutatav kaoliniidi keemiline valem on Al₂Si₂O₅(OH)₄. Keraamikas esitatakse valemeid aga oksiidide kaudu, mis väljendub valemis Al₂O₃·2 SiO₂·2 H₂O. Tsemendi keemiku märgisüsteemis (CCN) avaldub kaoliniidi valem veelgi lühemalt – AS₂H₂, kus A = Al₂O₃, S = SiO₂, H = H₂O.

Kaoliniidi struktuur

Struktuuri muutused

Tööstuslikul termilisel töötlemisel tavarõhul läbivad kaoliniidi savid mitu üleminekufaasi.

Endotermiline dehüdroksülatsioon (dehüdratatsioon) algab 550–600 °C juures ning tulemusena saadakse ebakorrapärane metakaoliin Al₂Si₂O₇, hüdroksüülrühma (-OH) jätkuvat vähenemist võib aga täheldada kuni 900 °C-ni, mida põhjustab metakaoliini järkjärguline oksolatsioon.

Juba varasematel aegadel on metakaoliini faasi suhtes oldud eri arvamustel. Seetõttu on korraldatud ulatuslikke uuringuid, mille tulemusel on jõutud konsensusele, et metakaoliin pole mitte amorfse ränioksiidi ja alumiiniumoksiidi segu, vaid keerukas amorfne struktuur, mis säilitab mõninga korrapärasuse pikemates lõikudes heksagonaalsete kihtide kuhjamise tõttu.

$2Al_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}\longrightarrow 2Al_{2}Si_{2}O_{7}+2H_{2}O$

Edasine kuumutamine 925–950 °C-ni muudab metakaoliini alumiinium-ränispinelliks Si₃Al₄O₁₂, vahel viidatakse sellele ka kui gamma-alumiiniumoksiidi tüüpi struktuurile:

$2Al_{2}Si_{2}O_{7}\longrightarrow Si_{3}Al_{4}O_{1}2+SiO_{2}$

Kaltsineerides ~1050 °C juures, spinelli faas (Si₃Al₄O₁₂) nukleerub ja transformeerub mulliidiks 3 Al₂O₃·2 SiO₂, ja väga kristalliliseks kristobaliidiks SiO₂:

$3Si_{3}Al_{4}O_{1}2\longrightarrow 2Si_{2}Al_{6}O_{1}3+5SiO_{2}$

Esinemine

Kaoliniit on üks levinumaid mineraale, seda kaevandatakse kaoliini kujul Pakistanis, Vietnamis, Brasiilias, Bulgaarias, Prantsusmaal, Suurbritannias, Iraanis, Saksamaal, Indias, Austraalias, Koreas, Hiinas, Tšehhis ja Ameerika Ühendriikides.

Kaoliniit on trikliinne korrapärane dioktaeedriline savimineraal, mille kristallidel on tihti selgelt eristatavad heksagonaalsed piirjooned. Kaoliniit moodustub peamiselt pinnalähedastes keskkondades pedogeneetiliste protsesside käigus, kuid vahel võivad moodustuda ka varajase diageneesi käigus.

Kaoliniidi savi esineb rohkesti pinnastes, mis on moodustunud kivimitest keemilise murenemise teel soojas ja niiskes kliimas, näiteks troopiliste vihmametsade piirkonnas. Mida jahedam ja kuivem kliima, seda vähem leidub kaoliniidi savisid ning seda rohkem esineb teisi savimineraale, nagu illiit (jahedamates kliimades) või smektiit (kuivemates kliimades).

Uurides maetud pinnaste geoloogilist minevikku saame savimineraalide sisalduse põhjal tuvastada kliimamuudatusi erinevates piirkondades.

Näiteks mesosoikumi ehk keskaegkonna tüüpilisemate murenemisprotsesside puhul kirjeldatakse kaolinisatsiooni, mis viitab sooja ning niiske keskkonna olemasolule. Robert Meyer tuvastas kaoliniidi pedoloogilise moodustumise Pariisi Basseini idaosa Vara Kriidi ajastu savidel. Hilise Kriidi ajastu Provence'i piirkonnas (Kagu-Prantsusmaal) esines ulatuslikult järjestikuseid kvartsiit-liivakivimite porsumise perioode, viies kaoliniidi moodustumiseni.

Kasutusalad

Kaoliniidi savisid kasutatakse väga palju keraamika- ning paberitööstuses.

Kaoliini kasutatakse portselani valmistamiseks, aga seda kulub suurtes kogustes ka paberi pinna muutmiseks siledaks ja mitteabsorbeerivaks.

Savihelbed peegeldavad savi sisemist struktuuri, mis sarnaneb korratu paberikuhjaga. Tetraeedriliste silikaatioonide ühikutest või oktaeedriliste alumiiniumoksiidi ühikutest koosnevaid lehekesi seovad nende vahel olevad vee molekulid. Iga savihelvest ümbritsevad ioonide kaksikkihid, mis sunnivad helbeid üksteisest tõukuma. Selline tõukumine laseb helvestel üksteise suhtes libiseda ja muudab savi rõhust mõjutatuks. Selle tulemusena on savi kergesti vormitav. Kuumutamisel põletusahjus eraldub savist vesi, kihtide vahel moodustub tugev side ja tekib kõva vastupidav keraamiline materjal.

Tüüpiline keraamiline materjal on väga kõva, vees mittelahustuv ja korrosioonikindel. See on ühelt poolt väga habras, aga seda saab julgesti kasutada kõrgetel temperatuuridel ja see on ka deformatsioonile vastupidav. Sellised omadused annavadki keraamikale väärtuse.

Kaoliini kasutatakse veel:

• hambapastades
• valgust hajutava materjalina valgetes hõõglampides
• kosmeetikas
• täiteainena titaanvalge värvides
• kummitööstuses oma pool-tugevdavate omaduste tõttu
• liimides reoloogia omaduste muutmiseks
• piipude tootmisel Euroopas ja Aasias
• mahepõllunduses putukatõrjevahendina ning õunte puhul päikesepõletuse kaitseks
• lubivärvina Nepali traditsiooniliste kivimajade juures (tavaliselt värvitakse ülemine osa valge kaoliinisaviga ning keskmine osa punase saviga, alumine osa värvitakse mustaks või jätkatakse punase saviga)
• täidisena Edisoni vinüülplaatides
• näomaskides või seepides
• indikaatorina radioloogilises dateerimises, kuna kaoliniit sisaldab vähestes kogustes uraani ning tooriumi
• tervise-toodetes, näiteks geofaagias seedehäirete vähendamiseks ning kunagi ka kõhulahtisuse raviks
• adsorbendina vee ning reovee töötlemisel

Geofaagia

Pinnase söömine on tuntud kui geofaagia. Ka kaoliini konsumeeritakse tervislikel põhjustel. Suuremal määral tarbivad seda naised, eriti raseduse ajal. Ameerika Ühendriikides teavad kaoliini tarbivad naised seda valge muda, kriidi või valge savi nime all. Savi süüakse, kuna usutakse, et kaoliin aitab vähendada iiveldust ning suudab absorbeerida ohtlikke toksiine.

Teaduslikud uuringud on üritanud välja selgitada tegelikku põhjust, miks inimeste seas geofaagiat esineb. Kõige tõenäolisemaks peetakse teooriat, mille kohaselt see toimib kaitsena haiguste eest. Kõige enam esinebki geofaagiat rasedate naiste ning noorukite seas. Mõlemad grupid on tundlikud parasiitide ja patogeenide suhtes. Samuti on geofaagia laialt levinud troopilistes piirkondades, kus toidu teel levivaid mikroobe on külluslikult. Andmed näitavad, et tihti tarvitatakse savimuda ka seedehäirete korral. On vähetõenäoline, et muda ise seedehäireid tekitab, kuna tarbitakse selliseid savisid, mis paiknevad nii sügaval maa sees, et parasiidid neid saastada ei saaks.

Savi söömist on kasutatud ka nälja alla surumiseks. Näiteks Haitil on geofaagia laialt levinud, eelkõige vaesemates piirkondades. Seal tehase savimudast küpsiselaadseid koogikesi, mida kuivatatakse päikese käes. Lisanditena kasutatakse vett, soola, margariini ning vahel ka suhkrut. Neid tuntakse kui "bon bons de Terres" ("maised koogikesed"), millel on küll väike toiteväärtus, kuid samas on see odav viis kõhtu täita.