Минерал каолинит: группа, химические свойства, применение

Физические свойства

Оптические

• Цвет белый, от примесей может быть разных оттенков желтый, зеленоватый, голубоватый, красный., в мелких чешуйках бесцветен.
• Черта белая.
• Блеск агрегатов матовый.
• Отлив в сплошных массах матовый. Тонкие чешуйки имеют перламутровый отлив.
• Прозрачность. В куске непрозрачен, но отдельные листочки прозрачны.

Показатели преломления

Ng = , Nm = и Np =

Механические

• Твердость 1.
• Плотность. 2,58—2,60.
• Спайность совершенная, но макроскопически не определяется.
• Излом. Раковистый, землистый.

Химические свойства

Поведение в кислотах. Разлагается в H2SO4.

Прочие свойства: на ощупь жирный, в сухом состоянии легко поглощает влагу (прилипает к языку), во влажном образует пластичную массу.

Диагностические признаки

Сходные минералы монтмориллонит, серицит.

Определяется по глиноподобному облику, мягкости, жирности на ощупь. Похож на плотный землистый кальцит, но не реагирует с соляной кислотой. Для отличия от других глинистых минералов нужны специальные методы диагностики.

Сопутствующие минералы. Полевые шпаты, опал, лимонит. фельдшпатоиды, мусковит, кварц, циркон, касситерит и др.; большей частью они встречаются в виде реликтов в каолинитовой массе.

Что такое каолинит и каолин

Каолинит ― это минерал, содержащий полевой шпат. При переработке горной породы получается белая глина (каолин).

Описание глинистой породы:

Название «каолин» произошло от наименования территории в Китае ― Gaoling District (Высокая гора). Здесь продолжают добывать каолинит.

Крупные каолиновые залежи есть на территориях Украины, России. Знамениты карьеры Журавлиный лог и Кыштымское месторождения.

Смотрите обзор минерала:

Применение

Применяется в фарфоро-фаянсовой (вместе с полевым шпатом и кварцем), химической (как огнеупор), текстильной, бумажной, электроизоляционной и красочной промышленности, в строительном деле.

Каолиновая вата используется в качестве теплоизоляционного материала в различных печах, газовых турбинах, топках, паровых котлах, камерах сжигания, трубопроводах перегретого пара. Из нее делают уплотняющие электроизоляционные прокладки и фильтры для горячих и химически агрессивных газов и жидкостей.

История использования

Китайцы являются первооткрывателями каолинита. Именно этот народ в древности научился изготавливать фарфор из этой глины высочайшего качества. В III веке до н.э. ими была создана коалиновая «Терракотовая армия», которая насчитывала 8 тысяч воинов на лошадях.

В России и странах Западной Европы секреты производства фарфора из каолинита освоили лишь в 18-м веке. Первые фабрики были построены во Франции и Германии. В России фарфоровый завод, построенный по указу Императора в Санкт-Петербурге в 1744 году, работает по сей день.

Каолинит

КАОЛИНИТ (а. kaolinite; н. Kaolinit; ф. kaolinite; и. caolinita, kaolinita) — минерал подкласса слоистых силикатов, Al4 Si4О10(OH)8. Один из главных глинистых минералов. Известны политипные модификации каолинита — диккит и накрит. Установлены изоморфные примеси Fe3+, Cr (до 2,7% в хром-К.), Ti (десятые доли%), Fe, Mg, Ca, Na, К. Благодаря высокой дисперсности и слоистой структуре для каолинита характерны адсорбирующие примеси оксидов и гидрооксидов Fe, Al, Mn. Кристаллизуется в триклинной сингонии. В основе структуры — двухслойная пачка тетраэдрической кремнекислородной и октаэдрической алюмогидрооксилкислородной (гиббситовой) сеток. Образует тонкодисперсные агрегаты, состоящие из псевдогексагональных пластинчатых кристаллов размером до 1 мкм и меньше. Известны конкреции, оолиты, желваки, мучнистые и землистые рыхлые скопления. В чистом виде белый, иногда с голубоватым или бурым оттенком. Механические примеси окрашивают в красный, чёрный, ярко-зелёный цвет. Спайность весьма совершенная по пинакоиду. Твердость 1-1,5. Плотность 2630 кг/м3. Каолинит легко размокает в воде, приобретая пластичность и диспергируется с образованием суспензий.

Каолинит — широко распространённый вторичный минерал. Образуется в корах выветривания при гидролизе породообразующих алюмосиликатных, главным образом полевошпатовых, горных пород. Входит в состав различных осадочных горных пород. Каолинит — основной компонент многих глин (каолиновых), образующих иногда крупные залежи. Является также главной составной частью отдельных зон в гидротермально изменённых горных породах, глинок трения вдоль тектонических нарушений; заполняет миароловые пустоты в пегматитах. В качестве главной составной части каолинов каолинит используют для производства бумаги (наполнитель и покрытие), резины, фарфора, фаянса, огнеупорных материалов и др. Каолинит — потенциальный источник получения алюминия.

Схемы обогащения каолинита включают мокрую или сухую (воздушную) классификацию, промывку, дезинтеграцию (иногда с применением в качестве пептизатора жидкого стекла), мокрую или сухую классификацию в спиральных классификаторах, гидроциклонах, воздушных сепараторах и магнитную сепарацию для удаления минералов железа. Из остатков выщелачивания хвостов обогащения медно-пиритовых руд каолинит может извлекаться флотацией с катионным собирателем и спиртовым пенообразователем.

Происхождение, состав и свойства каолинита

Каолинит – это глинистый природный минерал, образующийся в процессе выветривания содержащих полевой шпат горных пород, таких как граниты и гнейсы. Под воздействием воды продукты выветривания сначала образуют осадок, затем уплотняются, приобретая глинистую консистенцию, и в завершении процесса спрессовываются в конгломераты, напоминающие по структуре известняк. В результате образуется непрозрачная рыхлая, хорошо впитывающая влагу порода. Камень имеет низкую плотность и чешуйчатую структуру. При намокании верхние чешуйки просвечиваются, но после высыхания вновь становятся матовыми.

Химическая формула минерала включает три основные составляющие: окись алюминия, двуокись кремния и воду. Но нередко в состав минерала входят примеси: железо, марганец, медь, цинк, титан, калий, кальций. Они придают каолиниту различные оттенки красного, желтого, зеленого, синего или сиреневого цветов.

В зависимости от химического состава и цветовой окраски, выделяют несколько разновидностей каолинита: родалит, минерал розового оттенка; сиренево-зеленый кеффекелит; синий или фиолетовый тератолит; зеленый мелошит.

Твердость каолинита по шкале Мооса составляет 2,5, плотность – 2,6 г/см³. При термической обработке минерал теряет воду, его молекулярная структура изменяется, плотность повышается. Это свойство используется в процессе получения фарфора. Более 15% всех горных пород, применяемых в промышленности, содержат каолинит. Минерал также встречается в составе некоторых полудрагоценных камней, понижая тем самым их качество. Например, хризоколла и бирюза, имеющие примеси каолинита, становятся более хрупкими и теряют яркость.

Каолинит – это глинистый природный минерал, образующийся в процессе выветривания содержащих полевой шпат горных пород, таких как граниты и гнейсы
Также рекомендуем прочитать:
История и проклятье камня Кохинор Дивный камень аметрин Характеристика ларимара и его основные свойства Выбор камней по дате рождения

Добыча каолинита не представляет трудности. Порода широко распространена в природе: подходящими условиями для ее формирования обладает большинство районов планеты. Так как у минерала низкая твердость и плотность, он легко извлекается из недр. Являясь осадочной породой, каолинит залегает практически на поверхности: минерал добывают только открытым карьерным способом.

Многие страны ближнего и дальнего зарубежья специализируются на добыче минерала каолинита. В России его добывают на Урале, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке; крупные месторождения породы разрабатываются на Украине и в Казахстане. Из стран дальнего зарубежья выделяются Германия, Великобритания, Франция, Чехия, Испания, Португалия, США, Китай, Ангола, Кения.

Подгруппа каолинита

Сюда отнесены три полиморфные моноклинные модификации одного и того же вещества, которое с химической точки зрения можно рассматривать как основный силикат алюминия.

Каолинит

-Al4[Si4O10][OH]8, или Аl2O3•2SiO2•2H2O. Старинное название этого минерала перешло от китайцев. «Каулинг»-высокая гора (так называлось месторождение каолина). Среди минералов данной подгруппы пользуется преобладающим распространением. Является главной составной частью большинства глин.

Химический состав

. Al2O3 39,5%, SiO2 46,5%, H2O 14%. Содержания отдельных компонентов несколько колеблются. Из примесей в незначительных количествах устанавливаются: Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O, BaO, SiO2 и др.

Рис. 340. Схема кристаллической решетки каолинита (Б) в сравнении с решетками мусковита (А) и антигорита (В)

Сингония

моноклинная; моноклинно-доматический в. с.
Кристаллическая структура
. Как и в других слюдообразных минералах, тетраэдрические кремнекислородные группы (алюминий в них не участвует) тремя углами связаны в слой обычной шестиугольной сетки. Каждая четвертая вершинка, занятая кислородом, принимает участие в строении нижнего «гидраргиллитового» слоя (рис. 340). В таких двуслоистых пакетах общий отрицательный заряд комплексного аниона и гидроксильных анионов компенсируется почти полностью положительным зарядом катионов Al. Как показано на рис. 341, на контакте каждого слоистого пакета со следующим с одной стороны располагаются гидроксильные группы, а с другой-ионы кислорода следующего тетраэдрического слоя. Подобным строением кристаллов каолинита просто объясняются весьма совершенная базальная спайность и легкая расщепляемость на тонкие пластинки минералов этой группы.

Рис. 341. Расположение и число ионов в отдельных листах решетки каолинита

Облик кристаллов

. Более или менее хорошо образованные пластинчатые кристаллы исключительно редки и малы по размерам (до 1 мм). Весьма вероятно, что они относились не к каолину, а к диккиту. Чаще наблюдаются обломки изогнутых столбчатых кристаллических образований, по виду напоминающих дождевых червей (рис. 342). Отдельные чешуйки и пластинки обладают гексагональным, реже ромбическим или тригональным обликом.
Агрегаты
рыхлые, чешуйчатые или плотные тонкозернистые: иногда встречается в виде натечных форм.

Рис. 342. Обломки червеобразных кристаллов каолинита. Увеличено в 20 раз

Цвет

. Отдельные чешуйки и пластинки бесцветны. Сплошные массы- белого цвета, нередко с желтым, буроватым, красноватым, иногда зеленоватым или голубоватым оттенком.
Блеск
отдельных чешуек и пластинок перламутровый, сплошных масс — матовый Ng = 1,566, Nm = 1,561 и Np = 1,560.

Твердость

около 1. Отдельные чешуйки гибки, но не обладают упругостью. В сухом состоянии землистые массы кажутся тощими на ощупь.
Спайность
весьма совершенная по (001}. Устанавливаются также направления спайности, параллельные шестилучевым фигурам удара.
Уд. вес
2,58-2,60.

Диагностические признаки

. Каолинит в сплошных землистых массах легко растирается между пальцами, в сухом виде жадно поглощает воду, в мокром состоянии дает необычайно пластичное тесто. Тонкокристаллические разности в соответствующих препаратах под микроскопом узнаются по форме чешуек и оптическим константам. Скрытокристаллические массы приблизительно могут быть определены по показателям преломления, а более точно-по рентгенометрическим данным, кривым нагревания и другими методами.

П. п. тр. не плавится. НСl и HNO3 почти не действуют. В H2SO4, особенно при нагревании, разлагается сравнительно легко. Прокаленный до температуры 500°, полностью разлагается в НСl. Белые разности, свободные от гидроокислов железа, после прокаливания с азотнокислым кобальтом принимают красивый синий цвет (присутствие Аl).

Происхождение

. В главной массе образуется в условиях
выветривания
изверженных и метаморфических горных пород, богатых алюмосиликатами (полевыми шпатами, слюдами, цеолитами): гранитов, гнейсов, кварцевых порфиров и т. п. Этот процесс образования каолинита происходит под влиянием Н2O и СO2. Щелочи при этом вместе с частью SiO2 и щелочных земель в виде карбонатов выносятся, а кварц и другие химически стойкие минералы остаются в качестве включений в глинистой массе, носящей название
каолина
или каолиновой глины. Нередко накапливающиеся таким путем массы каолина подвергаются размыву и переотлагаются вдали от места своего образования в застойных бассейнах в виде пластов тонкодисперсных илистых осадков, освобожденных от грубых включений посторонних минералов.

Явления каолинизации также происходят в условиях низкотемпературных гидротермальных

процессов при воздействии, очевидно, кислых вод, содержащих главным образом СO2, на те же алюмосиликаты и силикаты алюминия, не содержащие щелочей. Этот процесс, по существу, приводит к образованию псевдоморфоз каолинита по тем или иным минералам с сохранением их внешних форм или очертаний. Таковы, например, псевдоморфозы каолинита по полевым шпатам, мусковиту, топазу, скаполитам, лейциту, андалузиту, пирофиллиту и т. д.

При процессах регионального метаморфизма в условиях высоких температур глины переходят в плотные глинистые сланцы (аргиллиты и филлиты). Выше 300° каолинит полностью разрушается, превращаясь при наличии щелочей в серицит, слюды, полевые шпаты и пр., а при отсутствии их-в силикаты алюминия: андалузит, силлиманит, дистен, гранаты и другие минералы, слагающие кристаллические сланцы.

Практическое значение

. Каолин находит применение во многих отраслях промышленности. В зависимости от количества посторонних примесей он используется либо в сыром виде, т. е. без предварительного обогащения, либо после отмучивания на специальных установках.

Главнейшим и старейшим потребителем является керамическая

промышленность. Каолин, свободный от примесей окислов железа, применяется главным образом в тонкой керамике при производстве фарфора и фаянса. Для этой цели используются пластические свойства, способность дакать с водой устойчивые суспензии, а главное — свойство превращаться в результате обжига в твердый прочный камнеподобный материал, не размокающий в воде и устойчивый при низких и повышенных температурах. Огнеупорные глины, обладающие высокой температурой плавления (не ниже 1580°), часто содержащие гидраты свободного глинозема, находят основное применение в металлургии в виде шамотового кирпича, пробок, трубок, воронок и т. д. На изготовление глиняных горшков, черепиц, труб и т. п. употребляются низкосортные спекающиеся каолиновые глины, носящие название терракотовых, черепичных, кирпичных и прочих.

В строительном

деле глины как водозадерживающий материал применяются в качестве защитного слоя под полами подвальных помещений, для набивки вокруг фундаментов, при возведении водохранилищных плотин, в производстве саманных кирпичей, для изготовления глинитцемента и т. д.

В бумажной

промышленности каолин применяется в качестве наполнителя и аппретуры с целью придания бумаге более гладкой поверхности, повышенной плотности и т. д. В некоторых сортах бумаги содержание каолина достигает 40%.

В прочих производствах каолинитовые массы используются при изготовлении клеенок, линолеума, смесей с олифой и другими веществами, карандашей, красок, в частности ультрамарина (в смеси с кремнеземом, содой, серой и органическими веществами), для получения окиси алюминия и т. д. Следует также упомянуть о том, что в виде так называемых глинистых растворов (устойчивых суспензий) тонкодисперсные глины используются при проходке разведочных буровых скважин на нефть, соли и целый ряд рыхлых полезных ископаемых в целях заиливания (заполнения мелких пустот в трещиноватых боковых породах) и тем самым предотвращения обрушения стенок скважин, а также для более легкого извлечения вместе с буровой жидкостью измельченных обломков руд (благодаря глинистому наполнителю удельный вес жидкости повышается).

Месторождения

. Из весьма многочисленных месторождений отметим только некоторые. Большое количество месторождений каолина распространено на территории
Украины
, в зонах выветривания выходов массивно-кристаллических пород Южно-Русского щита (гранитов, гнейсов, сиенитов и др.). Главнейшими из них являются Глуховецкое, Турбовское и Райковское (Винницкая область), Белая Балка и Часов-Ярское (Сталинская область) и др. На
Урале
большое количество первичных и вторичных месторождений, преимущественно огнеупорных каолинов, распространено главным образом по восточному склону в Свердловской и Челя-бинской областях: Курьинское, Троицко-Байновское, Еленовское и др. Огнеупорные глины, связанные с озерными и болотными углистыми осадками распространены также в Подмосковном угольном бассейне.

В числе иностранных месторождений укажем на крупнейшие месторождения первичного каолина в Корнуолле и Девоншире

(Англия); около
Карловых Вар
(Чехословакия); в ряде мест
Баварии и Саксонии
(саксонский и баварский фарфор); около
Лиможа
во Франции (севрский и лиможский фарфор); особо высокого качества каолин известен в
Китае
на горе Кау-Линг, около Яучау-Фу и в других местах.

Диккит

— Al4[Si4O10][OH]8.
Сингония
моноклинная. До рентгенометрических исследований относился к каолиниту. Назван по фамилии Дикка, описавшего первую находку этого минерала под названием каолинита в 1888 г.

Рис. 343. Кристаллики диккита. Увелич в 200 раз

По кристаллической структуре сходен с каолинитом. Имеются те же гексагональнокольцевого строения непрерывные слои, но, в отличие от каолинита, в каждом вышележащем слое гексагоны имеют несколько другую ориентировку. Диккит нередко встречается в более или менее хорошо образованных прозрачных пластинчатых кристалликах гексагонального облика до десятых долей миллиметра в диаметре (рис. 343). Способность к лучшей кристаллизации диккита объясняют более симметричным расположением в его решетке ионов ОН по отношению к ионам О, чем в структуре каолинита.

Бесцветный, белый в порошкообразных массах, иногда с буроватым, желтоватым или зеленоватым оттенком. Блеск

перламутровый. Ng = 1,566, Nm = I,562 и Np= 1,560.
Твердость
около 1.
Спайность
совершенная по {001}.
Уд. вес
2,589 (теоретический). Обезвоживается при температуре 540°. Встречается чаще всего как низкотемпературный гидротермальный минерал, нередко в ассоциации с сульфидами, доломитом, флюоритом и др., в виде кристаллических корок в друзовых пустотах. Наблюдался также в халцедоновых жеодах.

У нас диккит в значительных массах был найден в Центральном Казахстане, а именно в Кара-Чеку (в 150 км к югу от Каркаралинска) в районе гидротермально измененных лаво- и туфо-брекчий порфиров. Здесь встречена чисто диккитовая (слюдистая) вязкая порода. Любопытно, что образование диккита происходит вслед за серицитизацией полевых шпатов. Размер чешуек диккита достигает 0,1 мм, а в сплошной породе 0,5 мм.

Накрит

— Al4[Si4O10][OH]8. Сингония моноклинная. Кристаллическая структура отличается от структуры каолинита меньшим смещением слоистых пакетов относительно друг друга. Встречается в более крупных пластинчатых кристаллах (до 5 мм в диаметре) гексагонального облика. Наблюдается также в радиальнопластинчатых агрегатах и в плотных или тонкочешуйчатых массах.

Бесцветный или белый с желтоватым оттенком. Блеск

перламутровый. Ng=1.563, Nm= 1,562 и Np= 1,557.
Твердость
около 2.
Спайность
весьма совершенная по {001}.
Уд. вес
2,627.

Образуется накрит как в экзогенных, так и в эндогенных условиях, повидимому в кислых средах. Встречается в ряде месторождений Рудных гор (Саксония), в частности в Бранд в виде радиально расположенных групп пластинчатых кристаллов вокруг галенита; в Сан-Питерс Дом в Колорадо (США) со слюдой и криолитом.