A caolinitaKaolin Dictionary.com é un mineral da arxila, de uso industrial, que ten a composición química Al2Si2O5(OH)4. É un mineral do grupo dos filosilicatos constituído por capas, formado por unha lámina tetraédrica (t) de sílice (SiO4) que está unida por átomos de oxíxeno a unha lámina octaédrica (o) de alúmina (AlO6). estas capas t-o son neutras electricamente e están unidas ás seguintes por enlaces de Van der Waals.C. S. Hurlburt, C. klein. Manual de Mineralogía de Dana. 3ª edición. Editorial Reverté S.A. 1989. ISBN 84-291-4605-9. Páxinas 418-421.
As rochas ou depósitos sedimentarios que son ricos en caolinita denomínanse caolín. No caolín o mineral máis abundante é a caolinita, pero tamén contén menores proporcións doutros minerais da arxila moi similares. O nome caolín considérase que deriva do chinés Kao-Ling (高岭/高嶺, en pinyín Gāolǐng, que significa 'montañas altas'), que é unha vila preto de Jingdezhen, na provincia de Jiangxi, China. O nome kaolin foi publicado en 1727 nos informes de Jingdeshen escritos en francés polo xesuíta Francois Xavier d'Entrecolles, nos que se explicaba a fabricación da porcelana.Harper, Douglas. "kaolin". Online Etymology Dictionary. kaolin
A caolinita, a diferenza doutros minerais das arxilas, ten unha baixa capacidade de cambiar de volume por inchamento e encollemento e unha baixa capacidade de intercambio de catións (1–15 meq/100 g). É un mineral xeralmente branco, suave, terroso, un filosilicatro da arxila dioctaédrico (cada oxíxeno ou grupo OH está rodeado por só dous catións), producido por alteración química dos minerais de aluminosilicatos como o feldespato. En moitas partes do mundo, ten unha cor entre rosa, laranxa e vermello debido á presenza de óxido de ferro, o que lle dá un claro ton de óxido. En concentracións baixas toma cor branca, amarela ou alaranxada clara. Ás veces aparece con capas alternantes en cor, como no xacemento de Providence Canyon State Park en Xeorxia, Estados Unidos. O caolín comercial subminístrase e transpórtase como po seco, nódulos semisecos ou como líquido de consistencia lodosa. Utilízase na industria do papel, porcelana e cosmética, principalmente.
Química
Notación A fórmula química da caolinita usada en mineraloxía é Al2Si2O5(OH)4; porén, en aplicacións cerámicas a fórmula escríbese en forma de óxidos, da seguinte maneira: Al2O3·2SiO2·2H2O.Handbook of Inorganic Compounds, Dale L. Perry, Taylor & Francis, 2011, ISBN 978-1-4398-1461-1
Transformacións estruturais miniatura|Estrutura da caolinita. O grupo das arxilas da caolinita poden sufrir unha serie de transformacións de fase cun tratamento térmico en aire a presión atmosférica.
Secado
Por debaixo dos 100 °C a exposición do caolín ao aire seco elimina lentamente a auga líquida do interior do mineral. Entre os 100 °C e uns 550 °C, calquera resto de líquido que quedase no mineral é expulsado da caolinita. En todo o intervalo de temperaturas a expulsión de auga é reversible: se o caolín se expón a auga líquida, esta é reabsorbida e desintégrase na súa forma particulada fina. As posteriores transformacións non son reversibles e supoñen cambios químicos permanentes.
Metacaolín A deshidratación endotérmica da caolinita empeza a 550–600 °C producindo o metacaolín desordenado, pero hai unha continua perda de hidroxilos ata os 900 °C. Aínda que historicamente ten habido moitas discrepancias en canto á natureza da fase de metacaolín, as profundas investigacións realizadas levaron finalmente ao consenso xeral de considerar que o metacaolín non é unha simple mestura de sílice (SiO2) e alúmina (Al2O3) amorfas, senón unha complexa estrutura amorfa que mantén certa ordenación a ampla escala (pero non estritamente cristalina) debido ao amoreamento das capas hexagonais. Al2Si2O5(OH)4 → Al2Si2O7 + 2 H2O.
Espinela Quentándoo a maior temperatura, entre 925 e 950 °C, o metacaolín convértese en espinela de aluminio-silicio, que se denomina ás veces estrutura de tipo gamma-alúmina: 2 Al2Si2O7 → Si3Al4O12 + SiO2.
Mullita en plaquiñas Por calcinación por riba de 1050 °C, a fase de espinela nucléase e transfórmase en mullita (porcelanita) con forma de plaquiñas e cristobalita altamente cristalina: 3 Si3Al4O12 → 2 (3 Al2O3 · 2 SiO2) + 5 SiO2.
Mullita acicular Finalmente, a 1400 °C aparece a forma acicular da mullita, que ofrece un substancial incremento da forza estrutural e da resistencia á calor. Esta é unha transformación estrutural pero non química.
Cristaloquímica A caolinita forma parte dun grupo de minerais isoestruturais denominado grupo da caolinita, entre os que están, por exemplo, os seguintes minerais: Dickita Al2Si2O5(OH)4 Endellita Al2Si2O5(OH)4•2(H2O) Halloysita Al2Si2O5(OH)4 Caolinita Al2Si2O5(OH)4 Nacrita Al2Si2O5(OH)4 Odinita (Fe,Mg, Al,Fe,Ti,Mn)2.5(Si,Al)2O5(OH)4
Distribución A caolinita é un dos minerais máis comúns; explótase en minas como caolín en Paquistán, Vietnam, o Brasil, Bulgaria, Francia, o Reino Unido, Irán, Alemaña, a India, Australia, Corea, a República Popular da China, a República Checa, España e os Estados Unidos.
As arxilas de caolinita son abondosas nos solos que se formaron por meteorización química das rochas en climas cálidos e húmidos, como os das áreas de selva tropical. Comparando os solos nun gradiente que progresivamente varíe cara a climas máis fríos ou secos, a proporción de caolinita diminúe, mentres que a proporción doutros minerais da arxila, como a illita (en climas máis fríos) ou a esmectita (en climas máis secos), aumenta.
No sistema de clasificación do Institut National pour l'Etude Agronomique au Congo Belge (INEAC), os solos nos que a fracción arxilosa é predominantemente caolinita denomínanse caolisol (de caolín e solo).
En moitas partes do mundo, durante o Máximo térmico do paleoceno–eoceno os sedimentos enriquecéronse en caolinita procedente dunha fonte detrítica debido á denudación. Foron moi estudados os depósitos de caolín do centro do estado de Xeorxia nos Estados Unidos, que son os principais dese país. Estes depósitos formáronse entre o cretáceo tardío e o paleoxeno temperán, hai entre 100 e 45 millóns de anos, en sedimentos derivados de rochas ígneas meteorizadas e rochas de metacaolín.
Síntese e xénese
É difícil explicar a formación da caolinita en condicións atmosféricas extrapolando os datos termodinámicos obtidos da síntese máis existosa a alta temperatura (como indicaron por exemplo Meijer e Van der Plas, 1980 Meijer, E. L. and Plas, L. van der (1980): Relative stabilities of soil minerals. Mededelingen Landbouwhogeschool Wageningen, vol.80, no.16, 18 p.). La Iglesia e Van Oosterwijk-Gastuche (1978) Iglesia, A. La and Van Oosterwyck-Gastuche, M. C. (1978): Kaolinite synthesis. I. Crystallization conditions at low temperatures and calculation of thermodynamic equilibria. Application to laboratory and field observations. Clays and Clay Minerals, vol.26, pp.397-408 crían que as condicións nas que se nuclea a caolinita podían deducirse a partrir de diagramas de estabilidade, xa que estes son datos de disolución. Porén, baseándose na falta de resultados convincentes nos seus propios experimentos, La Iglesia e Van Oosterwijk-Gastuche (1978) chegaron á conclusión, de que tiña que haber outros factores aínda descoñecidos implicados na nucleación da caolinita a baixas temperaturas. Debido ás velocidades moi lentas de cristalización da caolinita observadas a partir da solución a temperaturas moderadas, Fripiat e Herbillon (1971) postularon a existencia de altas enerxías de activación na nucleación a baixa temperatura da coalinita.
A altas temperaturas, os modelos de equilibrio termodinámico parecen ser satisfactorios para a descrición da disolución e nucleación da caolinita, porque a enerxía térmica é dabondo para superar as barreiras de enerxía implicadas no proceso de nucleación. A importancia da síntese a temperatura ambiente e a presión atmosférica para a comprensión do mecanismo implicado na nucleación de minerais da arxila depende de poder superar esas barreiras de enerxía. Como indicaron Caillère e Hénin (1962) Caillère, S. and Hénin, S. (1962): Vues ensemble sur le problème de la synthèse des minéraux phylliteux à basse température. Colloques Internationaux No.105, Centre National des Recherches Scientifiques, pp.31-43. os procesos implicados terán que ser estudados en experimentos ben definidos, porque é virtualmente imposible illar os factores implicados por simple dedución a partir de sistemas físico-químicos naturais complexos como o ambiente do solo. Fripiat e Herbillon (1971),Fripiat, J. J. and Herbillon, A. J. (1971): Formation and transformations of clay minerals in tropical soils. pp.15-24, in: Soils and tropical weathering, Proceedings Bandung Symposium November 1969, Natural Resources Research, XI. Unesco, Paris, 149 p. nun artigo de "revisión" sobre a formación da caolinita, formularon a cuestión fundamental de como un material desordenado (é dicir, a fracción amorfa dos solos tropicais) puido ser transformado na correspondente estrutura ordenada. Esta transformación semella ter lugar en solos sen cambios importantes no ambiente, nun período de tempo relativamente curto e a temperatura ambiente (e presión).
A síntese a baixa temperatura de minerais da arxila (dos cales a caolinita é un exemplo) presenta varios aspectos. En primeiro lugar o ácido silícico que se subministra ao cristal en crecemento debe estar en forma monomérica, é dicir, a sílice debería estar presente en solución moi diluída (Caillère et al., 1957;Caillère, S.; Hénin, S. and Esquevin, J. (1957): Synthèse des minéraux argileux. Étude des réactions du silicate de sodium et des cations. Bulletin du Groupe Français des Argiles, no.9. Caillère e Hénin, 1962; Wey e Siffert, 1962;Wey, R. e Siffert, B. (1961): Réactions de la silice monomoléculaire en solutions avec les ions Al3+ et Mg2+. Colloques Internationaux No.105, Centre National des Recherches Scientifiques, pp.11-23. Millot, 1970 Millot, G. (1970): Geology of clays. Springer Verlag, New York, 429 p.). Para impedir a formación de xeles de sílice amorfa que precipitan a partir de solucións supersaturadas sen reaccionaren con catións de aluminio ou de magnesio para formar silicatos cristalinos, o ácido silícico debe estar presente en concentracións por debaixo da solubilidade máxima da sílice amorfa. O principio que está detrás deste requisito pode encontrarse na química estrutural: “Como os ións de polisilicato non son de tamaño uniforme, non poden dispoñerse xunto cos ións metálicos nunha rede cristalina regular” (Iler, 1955, p. 182 Iler, R. K. (1955): The colloid chemistry of silica and silicates. Cornell Univ. Press, Ithaca, N.Y., 324 p.).