Cao lanh

Kaolin (Cao lanh) là một trong số khoáng chất công nghiệp được loài người biết đến và sử dụng từ lâu. Ngày nay, kaolin vẫn được đánh giá là nguyên liệu quan trọng và sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, như làm nguyên liệu chính để sản xuất gốm sứ, gạch chịu lửa, làm chất độn trong công nghiệp sản xuất giấy, sơn, phân bón, cao su, chất dẻo v.v... Kaolin phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ nước ta, tập trung chủ yếu ở các khu vực: Tây Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Tuy nhiên, một thực tế diễn ra trong thời gian qua là do nhu cầu sử dụng nguyên liệu khoáng ngày càng nhiều và đa dạng, nên việc khai thác, sử dụng tài nguyên khoáng sản nói chung, kaolin nói riêng, ở nước ta ngày càng phát triển ồ ạt, thiếu quy hoạch và đặc biệt là sử dụng chưa hợp lý, gây lãng phí tài nguyên và ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái. Do đó, việc đánh giá một cách đầy đủ và toàn diện về tiềm năng tài nguyên kaolin làm cơ sở định hướng công tác thăm dò khai thác và phân vùng theo lĩnh vực sử dụng hợp lý phục vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững là cần thiết.

I. TỔNG QUAN VỀ KAOLIN VÀ CÁC LĨNH VỰC SỬ DỤNG
Kaolin là loại đá sét màu trắng, dẻo, mềm được cấu thành bởi khoáng vật kaolinit và một số ít khoáng vật illit, montmorilonit, thạch anh, .... sắp xếp thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó kaolinit quyết định kiểu cấu tạo và kiến trúc của kaolin.

Kaolin hình thành do quá trình phân huỷ khoáng vật felspat và các khoáng vật alumosilicat giàu nhôm, có trong thành phần của nhiều loại đá sét nguồn gốc khác nhau. Nó có màu trắng, dạng đặc sít hoặc là những khối dạng đất sáng màu, tập vảy nhỏ. Khi ngấm nước, nó có tính dẻo, nhưng không có hiện tượng co giãn, có khả năng trao đổi cation bằng một nửa illit, hoặc một phần tư montmorilonit. Mặt khác, khả năng trao đổi anion của kaolinit lại tương đối cao. Trọng lượng riêng: 2,58-2,60 g/cm3, độ cứng khoảng 1, nhiệt độ nóng chảy: 1.750-1.787oC. Khi nung nóng, kaolin có hiệu ứng thu nhiệt 510-600 0C, liên quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai hiệu ứng toả nhiệt từ 960 đến 1.000 và 1.200oC liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩm kaolin không định hình, với hiệu ứng 1.200oC là quá trình kết tinh của oxyt silic không định hình để tạo thành cristobalit.

Trong tự nhiên, kaolinit thường bị nhuộm bẩn bởi oxit sắt, titan, hỗn hợp kiềm, đất hiếm, và các khoáng vật sét khác như halloysit, hyđromica, illit, montmorilonit. Oxit sắt là chất có hại, quyết định việc phân loại và sử dụng kaolin trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

Cao lanh (kaolin)

Kaolin là nguyên liệu mang nhiều tính chất kỹ thuật có giá trị kinh tế cao, được dùng trong nhiều lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân. Chất lượng và khả năng sử dụng trong các ngành công nghiệp phụ thuộc vào thành phần hoá học, đặc điểm cơ lý, thành phần khoáng vật của kaolin.

Kaolin được sử dụng rộng rãi hoặc từ kaolin tự nhiên, hoặc đã được làm giàu. Yêu cầu công nghiệp đối với kaolin chủ yếu dựa vào chỉ tiêu thành phần hoá học của Al2O3, TiO2, Fe2O3, CaO, SO3… và các tính chất lý hoá, cơ lý như độ phân tán, độ bền cơ học ở trạng thái khô, độ chịu lửa, độ trắng.

Các ngành công nghiệp sử dụng kaolin khá nhiều [3]. Dưới đây, đề cập một số ngành công nghiệp chính sử dụng kaolin.

- Công nghiệp sản xuất giấy: Trong công nghiệp giấy, kaolin được sử dụng làm chất độn tạo cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang và làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt nhất. Loại giấy thông thường chứa 20 % kaolin, có loại chứa tới 40 %. Thông thường, một tấn giấy đòi hỏi 250-300 kg kaolin. Chất lượng kaolin dùng làm giấy được xác định bởi độ trắng, độ phân tán và mức độ đồng đều của các nhóm hạt. Cát là tạp chất làm giảm chất lượng kaolin, vì nó làm giảm độ bóng của mặt.

- Công nghiệp sản xuất đồ gốm mịn: Công nghiệp sản xuất sứ, gốm sứ dân dụng, sứ mỹ nghệ, dụng cụ thí nghiệm, sứ cách điện, sứ vệ sinh, v.v. đều sử dụng chất liệu chính là kaolin; chất liệu kết dính là sét chịu lửa dẻo, có mầu trắng. Chất lượng kaolin đòi hỏi rất cao và phải khống chế các oxit tạo mầu (Fe2O3 và TiO2). Hàm lượng Fe2O3 không được quá 0,4-1,5 %; TiO2 không quá 0,4-1,4 %; CaO không quá 0,8 % và SO3 không quá 0,4 %.

- Công nghiệp sản xuất cao su, da, vải nhân tạo và dây cáp: Các lĩnh vực này đòi hỏi giới hạn của Fe2O3 không quá 0,5-0,8 %.

- Công nghiệp hoá học: Kaolin được sử dụng để sản xuất sulfat và chlorit nhôm. Các chỉ tiêu quan trọng của kaolin là hàm lượng Al2O3 không thấp hơn 35-37 %; hàm lượng Fe2O3 < 1-1,2 %; hàm lượng TiO2 < 0,8-1,4 %.

- Sản xuất gạch samốt: Các chỉ tiêu cơ bản đòi hỏi đối với kaolin sản xuất gạch samôt là Al2O3 = 36-39 %; hàm lượng Fe2O3 < 1,5-2 %, độ chịu lửa 1730-1780oC.

- Sản xuất gạch chịu axit: Đòi hỏi chất lượng kaolin với hàm lượng SiO2 ≤ 70%; Al2O3 + TiO2 ≥ 22 %; Fe2O3 ≤ 1,5-2 %; nhiệt độ chịu lửa 1670-1730oC.