คาโอลิไนต์
ทั่วไป
หมวดหมู่	แร่ฟิลโลซิลิ เคต
กลุ่ม	กลุ่ม แร่เคโอลิไนต์ - เซอร์เพนไทน์กลุ่มย่อยเคโอลิไนต์
สูตร	Al₂Si₂O₅ ( OH หรือในสัญลักษณ์ออกไซด์ Al₂O₃ · 2H₂O​​
สัญลักษณ์ IMA	Kln [ 1 ]
การจำแนกประเภทของสตรุนซ์	9.ED.05
ระบบผลึก	ไตรคลินิก
คลาสคริสตัล	แป้นเหยียบ (1) ( สัญลักษณ์ HMเดียวกัน)
กลุ่มอวกาศ	หน้า 1
หน่วยเซลล์	ก = 5.13 Å , b = 8.89 Å c = 7.25 Å; α = 90° β = 104.5°, γ = 89.8°; ซี= 2
การระบุตัวตน
สี	สีขาวถึงสีครีม บางครั้งอาจมีสีแดง น้ำเงิน หรือน้ำตาลปนอยู่บ้างจากสิ่งเจือปน และมีสีเหลืองอ่อน นอกจากนี้ยังมักมีคราบสีต่างๆ ปนอยู่ด้วย โดยสีน้ำตาลอ่อนและสีน้ำตาลเข้มเป็นสีที่พบได้ทั่วไป
นิสัยคริสตัล	พบได้น้อยมากในรูปผลึก แผ่นบาง หรือเรียงซ้อนกัน ส่วนใหญ่มักพบในรูปแผ่นคล้ายหกเหลี่ยมขนาดเล็ก และกลุ่มแผ่นที่รวมตัวกันเป็นมวลแน่นคล้ายดินเหนียว
ร่องอก	สมบูรณ์แบบบน {001}
ความมุ่งมั่น	ยืดหยุ่นแต่ไม่ยืดหดได้
ความแข็งตามมาตราโมห์ส	2–2.5
ความแวววาว	สีมุกไปจนถึงสีเอิร์ธโทนหม่น
สตรีค	สีขาว
ความถ่วงจำเพาะ	2.16–2.68
คุณสมบัติทางแสง	แกนคู่ (-)
ดัชนีหักเห	n = 1.553–1.565, n = 1.559–1.569, n = 1.569–1.570
มุม 2V	ค่าที่วัดได้: 24° ถึง 50° ค่าที่คำนวณได้: 44°
เอกสารอ้างอิง	[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

คาโอลิไนต์ ( / ˈ k eɪ . ə l ə ˌ naɪ t , - l ɪ - / KAY -ə-lə-nyte, - ⁠ lih- ; เรียกอีกอย่างว่าคาโอลิน ) ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}เป็นแร่ดินเหนียวที่มีองค์ประกอบทางเคมีคือAl Si O ( OH ) เป็นแร่ซิลิเกต แบบชั้น โดยมีแผ่น "เตตระเฮดรัล" ของซิลิเกตเตตระเฮด รัล ( SiO ) หนึ่งแผ่นเชื่อมต่อกับแผ่น "ออกตาเฮดรัล" ของ อะลูมิเนต ออกตาเฮดรัล ( AlO (OH) ) หนึ่งแผ่นผ่านอะตอมออกซิเจนด้านหนึ่ง และอีกแผ่นหนึ่งผ่านพันธะไฮโดรเจนอีกด้านหนึ่ง^{[ 8 ] [ 9 ]}

คาโอลิไนต์เป็นแร่เนื้ออ่อน คล้ายดิน มักมีสีขาว ( ดิน เหนียวไดออกตาเฮดรัลฟิลโลซิลิเคต ) เกิดจากการผุพังทางเคมีของ แร่ ซิลิเกตอะลูมิเนียมเช่นเฟลด์สปาร์มีความสามารถในการหดตัวและขยายตัว ต่ำ และมีความสามารถในการแลกเปลี่ยนแคตไอออน ต่ำ (1–15 meq/100  กรัม)

หินที่มีคาโอลิไนต์และฮัลลอยไซต์ ในปริมาณมาก เรียกว่าคาโอลิน ( / ˈ k eɪ . ə l ɪ n / )หรือดินขาว^{[ 10 ]}ในหลายส่วนของโลก คาโอลินมีสีชมพูส้มแดงเนื่องจากเหล็กออกไซด์ทำให้มีสีสนิมที่โดดเด่นความเข้มข้นของเหล็กออกไซด์ที่ต่ำกว่าจะทำให้คาโอลินมีสีขาว เหลือง หรือส้มอ่อน บางครั้งอาจพบชั้นที่มีสีอ่อนและสีเข้มสลับกัน เช่นที่อุทยานแห่งรัฐโพรวิเดนซ์แคนยอนในจอร์เจีย สหรัฐอเมริกา

คาโอลินเป็นวัตถุดิบ สำคัญ ในอุตสาหกรรมและการใช้งานหลายประเภท คาโอลินเกรดเชิงพาณิชย์มีจำหน่ายและขนส่งในรูปผง ก้อน เส้นกึ่งแห้ง หรือสารละลายการผลิตคาโอลินทั่วโลกในปี 2021 คาดว่าอยู่ที่ 45 ล้านตัน^{[ 11 ]}โดยมีมูลค่าตลาดรวม 4.24 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ^{[ 12 ]}

ชื่อภาษาอังกฤษkaolinถูกยืมมาในปี 1727 จาก รายงาน ภาษาฝรั่งเศสของFrançois Xavier d'Entrecolles ในปี 1712 เกี่ยวกับการผลิตเครื่องลายคราม Jingdezhen ^{[ 13 ]} D'Entrecolles ได้ถอดความคำภาษาจีน高嶺土ซึ่งปัจจุบันเขียน เป็นอักษรโรมัน ว่าgāolǐngtǔในระบบพินอิน มาจากชื่อหมู่บ้าน Gaoling ("สันเขาสูง") ใกล้กับ Ehu ในอำเภอ Fuliangซึ่งปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของเขตปกครอง JingdezhenในมณฑลJiangxi ^{[ 14 ] [ 15 ]}พื้นที่รอบหมู่บ้านได้กลายเป็นแหล่งหลักของ kaolin ของ Jingdezhen ตลอดช่วงราชวงศ์ชิง^{[ 15 ]} ต่อมาได้มีการเพิ่มคำต่อ ท้าย ทาง แร่ธาตุ-iteเพื่อให้ชื่อนี้ครอบคลุมแร่ธาตุที่เกือบจะเหมือนกันจากสถานที่อื่นๆ

บางครั้งมีการกล่าวถึงคาโอลิไนต์ภายใต้ชื่อโบราณว่าลิโทมาร์จและลิโทมาร์กา ซึ่งมาจากภาษาละตินลิ โทมาร์กา ซึ่งเป็นการรวมกันของลิโท- ( ภาษากรีกโบราณ: λίθος , líthos , "หิน") และมาร์กา (" มาร์ล ") ในการใช้งานสมัยใหม่ที่เหมาะสมกว่า ลิโทมาร์จในปัจจุบันหมายถึงคาโอลิไนต์ในรูปแบบที่อัดแน่นและเป็นก้อนโดยเฉพาะ^{[ 16 ]}

คา โอ ลิไน ต์ เป็น แร่ ธาตุ ที่พบได้ทั่วไปชนิดหนึ่ง โดยมีการทำเหมืองในรูป ของคา^โอลิ่น^ในประเทศออสเตรเลียบราซิลบัลแกเรียจีนสาธารณรัฐเช็กฝรั่งเศสเยอรมนีอินเดียอิหร่านมาเลเซียแอฟริกาใต้เกาหลีใต้สเปนแทนซาเนียไทยสหราชอาณาจักรสหรัฐอเมริกาและเวียดนาม [ ² ]

ชั้นแมนเทิลของเคโอลิไนต์พบได้ทั่วไปในยุโรปตะวันตกและยุโรปเหนือ อายุของชั้นแมนเทิลเหล่านี้อยู่ในช่วงยุคมีโซโซอิกถึงยุคซีโนโซอิกตอนต้น^{[ 24 ]}

ดินเหนียวคาโอลิไนต์พบได้มากในดินที่เกิดจากการผุพัง ทางเคมี ของหินในสภาพอากาศ ร้อนชื้น เช่น ใน พื้นที่ ป่าฝนเขตร้อนเมื่อเปรียบเทียบดินตามแนวลาดชันไปสู่สภาพอากาศที่เย็นลงหรือแห้งลงเรื่อยๆ สัดส่วนของคาโอลิไนต์จะลดลง ในขณะที่สัดส่วนของแร่ดินเหนียวอื่นๆ เช่นอิลไลต์ (ในสภาพอากาศที่เย็นกว่า) หรือสเมกไทต์ (ในสภาพอากาศที่แห้งกว่า) จะเพิ่มขึ้น ความแตกต่างของปริมาณแร่ดินเหนียวที่เกี่ยวข้องกับสภาพภูมิอากาศดังกล่าว มักถูกนำมาใช้เพื่ออนุมานการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศในอดีตทางธรณีวิทยา ซึ่งดินโบราณถูกฝังและเก็บรักษาไว้^{[ 25 ]}

ใน ระบบการจำแนกประเภท ของสถาบันวิจัยและศึกษาการเกษตรแห่งชาติ (INERA) ดินที่มีส่วนประกอบของดินเหนียวส่วนใหญ่เป็นคาโอลิไนต์เรียกว่าคาโอลิซอล (มาจากคำว่าคาโอลิ่นและดิน) ^{[ 26 ]}

ในสหรัฐอเมริกา แหล่งแร่เคโอไลน์หลักพบในจอร์เจีย ตอนกลาง บนแนวชายฝั่งแอตแลนติกที่ทอด ยาว ระหว่างออกัสตาและมาคอนพื้นที่ 13 มณฑลนี้เรียกว่า "เข็มขัดทองคำขาว" แซนเดอร์สวิลล์เป็นที่รู้จักในฐานะ "เมืองหลวงเคโอไลน์ของโลก" เนื่องจากมีเคโอไลน์อุดมสมบูรณ์^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 อุตสาหกรรมการทำเหมืองเคโอไลน์แบบเปิดยังคงดำเนินงานอยู่ในมุมตะวันออกเฉียงใต้สุดของเพนซิลเวเนีย ใกล้กับเมืองแลนเดนเบิร์กและเคโอไลน์และในพื้นที่ที่เป็นเขตอนุรักษ์ไวท์เคลย์ครีกในปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ถูกขนส่งทางรถไฟไปยังนิวอาร์กรัฐเดลาแวร์ บน เส้นทาง นิวอาร์ก-โพเมอรอยซึ่งยังคงสามารถเห็นเหมืองดินเหนียวแบบเปิดหลายแห่งได้ แหล่งแร่ก่อตัวขึ้นระหว่างปลายยุคค รี เทเชียสและต้นยุคพาลีโอจีนประมาณ 100 ถึง 45 ล้านปีก่อน ในตะกอนที่ได้มาจากหินอัคนีและหินเมตาเคโอไลน์ ที่ผุพัง ^{[ 14 ]}การผลิตคาโอลินในสหรัฐอเมริกาในปี 2011 มีปริมาณ 5.5 ล้านตัน^{[ 30 ]}

ในช่วงPaleocene–Eocene Thermal Maximumตะกอนที่สะสมใน พื้นที่ Espluga Fredaของสเปนอุดมไปด้วยคาโอลิไนต์จาก แหล่ง เศษหินเนื่องจากการกัดเซาะ^{[ 31 ]}

ความยากลำบากเกิดขึ้นเมื่อพยายามอธิบายการก่อตัวของคาโอลิไนต์ภายใต้สภาวะบรรยากาศโดยการอนุมานข้อมูลทางอุณหพลศาสตร์จากการสังเคราะห์ที่อุณหภูมิสูงที่ประสบความสำเร็จมากกว่า^{[ 32 ]} La Iglesia และ Van Oosterwijk-Gastuche (1978) ^{[ 33 ]}คิดว่าเงื่อนไขที่คาโอลิไนต์จะเกิดนิวเคลียสสามารถอนุมานได้จากแผนภาพความเสถียร ซึ่งอิงตามข้อมูลการละลาย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือในการทดลองของตนเอง La Iglesia และ Van Oosterwijk-Gastuche (1978) จึงต้องสรุปว่ามีปัจจัยอื่น ๆ ที่ยังไม่ทราบแน่ชัดเกี่ยวข้องกับการเกิดนิวเคลียสของคาโอลิไนต์ที่อุณหภูมิต่ำ เนื่องจากอัตราการตกผลึกของคาโอลิไนต์จากสารละลายที่อุณหภูมิห้องนั้นช้ามาก Fripiat และ Herbillon (1971) จึงตั้งสมมติฐานว่ามีพลังงานกระตุ้นสูงในการเกิดนิวเคลียสของคาโอลิไนต์ที่อุณหภูมิต่ำ

ที่อุณหภูมิสูง แบบจำลองเทอร์โมไดนามิก สมดุลดูเหมือนจะเหมาะสมสำหรับการอธิบายการละลายและการเกิดนิวเคลียส ของเคโอลิไนต์ เนื่องจากพลังงานความร้อนเพียงพอที่จะเอาชนะอุปสรรคทางพลังงานที่เกี่ยวข้องใน กระบวนการ เกิดนิวเคลียสความสำคัญของการสังเคราะห์ที่อุณหภูมิแวดล้อมและความดันบรรยากาศต่อความเข้าใจกลไกที่เกี่ยวข้องกับการเกิดนิวเคลียสของแร่ดินเหนียวอยู่ที่การเอาชนะอุปสรรคทางพลังงานเหล่านี้ ดังที่ Caillère และ Hénin (1960) ^{[ 34 ]} ระบุไว้ กระบวนการที่เกี่ยวข้องจะต้องได้รับการศึกษาในการทดลองที่กำหนดไว้อย่างดี เนื่องจากแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะแยกปัจจัยที่เกี่ยวข้องโดยการอนุมานจากระบบทางกายภาพและเคมีธรรมชาติที่ซับซ้อน เช่น สภาพแวดล้อม ของดิน Fripiat และ Herbillon (1971) ^{[ 35 ]}ในการทบทวนเกี่ยวกับการก่อตัวของเคโอลิไนต์ ได้ตั้งคำถามพื้นฐานว่า วัสดุ ที่ไม่เป็นระเบียบ (เช่น ส่วนอ สัณฐานของดินเขตร้อน) จะสามารถเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบที่สอดคล้องกันได้ อย่างไร การเปลี่ยนแปลงนี้ดูเหมือนจะเกิดขึ้นในดินที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่สำคัญ ในช่วงเวลาที่ค่อนข้างสั้น และที่อุณหภูมิ (และความดัน ) ปกติ

การสังเคราะห์แร่ดินเหนียวที่อุณหภูมิต่ำ (โดยใช้คาโอลิไนต์เป็นตัวอย่าง) มีหลายแง่มุม ประการแรก กรดซิลิซิกที่จะป้อนให้กับผลึกที่กำลังเติบโตจะต้องอยู่ในรูปโมโนเมอร์ กล่าวคือ ซิลิกาควรมีอยู่ในสารละลายเจือจางมาก (Caillère et al., 1957; ^{[ 36 ]} Caillère and Hénin, 1960; ^{[ 34 ]} Wey and Siffert, 1962; ^{[ 37 ]} Millot, 1970 ^{[ 38 ]} ) เพื่อป้องกันการก่อตัวของเจลซิลิกาอสัณฐาน ที่ตกตะกอนจากสารละลายอิ่มตัว ยิ่งยวด โดยไม่ทำปฏิกิริยากับแคตไอออน ของ อะลูมิเนียมหรือแมกนีเซียมเพื่อสร้างซิ ลิเกตผลึก กรดซิลิซิกจะต้องมีอยู่ในความเข้มข้นต่ำกว่าความสามารถในการละลายสูงสุดของซิลิกาอสัณฐาน หลักการเบื้องหลังข้อกำหนดเบื้องต้นนี้สามารถพบได้ในเคมีโครงสร้าง: "เนื่องจากไอออนโพลีซิลิเกตไม่ได้มีขนาดสม่ำเสมอ จึงไม่สามารถจัดเรียงตัวเองร่วมกับไอออนโลหะเป็นโครงผลึกปกติได้" (Iler, 1955, หน้า182 ^{[ 39 ]} ) 

ลักษณะประการที่สองของการสังเคราะห์คาโอลิไนต์ที่อุณหภูมิต่ำคือ ไอออน อะลูมิเนียมต้องมีการประสานงานแบบหกเหลี่ยมกับออกซิเจน (Caillère และ Hénin, 1947; ^{[ 40 ]} Caillère et al., 1953; ^{[ 41 ]} Hénin และ Robichet, 1955 ^{[ 42 ]} ) Gastuche et al. (1962) ^{[ 43 ]}และ Caillère และ Hénin (1962) ได้สรุปว่าคาโอลิไนต์สามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อยู่ในรูปของกิบไซต์เท่านั้น มิฉะนั้น ตะกอนที่เกิดขึ้นจะเป็น "เจลอะลูมิโน-ซิลิกาผสม" (ดังที่ Millot, 1970, หน้า 343 กล่าวไว้) หากเป็นข้อกำหนดเพียงอย่างเดียว ก็สามารถเก็บเกี่ยวคาโอลิไนต์ได้ในปริมาณมากโดยการเติมผงกิบไซต์ลงในสารละลายซิลิกา แน่นอนว่าพื้นผิวของกิบไซต์จะดูดซับซิลิกาในสารละลายได้ในระดับที่มากพอสมควร แต่ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การดูดซับเพียงอย่างเดียวไม่ได้สร้างโครงสร้างตาข่ายชั้นแบบทั่วไปของผลึกเคโอลิไนต์

แง่มุมที่สามคือ ส่วนประกอบเริ่มต้นทั้งสองนี้จะต้องถูกรวมเข้าเป็นผลึกผสมที่มีโครงสร้างชั้น จากสมการต่อไปนี้ (ตามที่ Gastuche และ DeKimpe ให้ไว้ในปี 1962) ^{[ 44 ]}สำหรับการก่อตัวของคาโอลิไนต์

2อัล(OH) + 2H SiO → Si O •Al (OH) + 5H O

จะเห็นได้ว่าต้องกำจัดโมเลกุลของน้ำ 5 โมเลกุลออกจากปฏิกิริยาสำหรับทุกๆโมเลกุลของเคโอลิไนต์ที่เกิดขึ้น หลักฐานภาคสนามที่แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการกำจัดน้ำออกจากปฏิกิริยาเคโอลิไนต์นั้นได้มาจากงานวิจัยของ Gastuche และ DeKimpe (1962) ในขณะที่ศึกษาการก่อตัวของดินบน หิน บะซอลต์ในKivu ( Zaïre ) พวกเขาได้สังเกตว่าการเกิดเคโอลิไนต์ขึ้นอยู่กับ"ระดับการระบายน้ำ"ของพื้นที่นั้นๆ พบความแตกต่างอย่างชัดเจนระหว่างพื้นที่ที่มีการระบายน้ำ ดี (เช่น พื้นที่ที่มีความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดระหว่างฤดูฝนและฤดูแล้ง) และพื้นที่ที่มีการระบายน้ำ ไม่ดี (เช่น พื้นที่ที่ เป็นหนองน้ำตลอดปี ) เคโอลิไนต์พบได้เฉพาะในพื้นที่ที่มีการสลับฤดูกาลระหว่างฤดูฝนและฤดูแล้งอย่างชัดเจน ความสำคัญที่เป็นไปได้ของการสลับสภาพเปียกและแห้งต่อการเปลี่ยนจากอัลโลเฟนเป็นเคโอลิไนต์ได้รับการเน้นย้ำโดย Tamura และ Jackson (1953) ^{[ 45 ]}บทบาทของการสลับระหว่างการเปียกและการแห้งต่อการก่อตัวของคาโอลิไนต์ได้รับการกล่าวถึงโดยมัวร์ (1964) เช่นกัน^{[ 46 ]}

การผลิตคาโอลินทั่วโลกแยกตามประเทศในปี 2555 ประมาณการไว้ดังนี้: ^{[ 84 ]}

คุณสมบัติทั่วไปที่เลือกไว้บางประการของดินขาวเกรดเซรามิกต่างๆ ได้แก่: ^{[ 62 ]}

NFPA  704 สี่เหลี่ยมนิรภัย
[ 85 ] 1 0 0 คาโอลิน

โดยทั่วไปแล้ว คาโอลินถือว่าปลอดภัยแต่อาจทำให้เกิดการระคายเคืองเล็กน้อยต่อผิวหนังหรือเยื่อเมือก ผลิตภัณฑ์คาโอลินอาจมีซิลิกาผลึกในปริมาณ เล็กน้อย ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็งหากสูดดมเข้าไป^{[ 85 ]}

ในสหรัฐอเมริกาสำนักงานบริหารความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน (OSHA) ได้กำหนดขีดจำกัดทางกฎหมาย ( ขีดจำกัดการสัมผัสที่อนุญาต ) สำหรับการสัมผัสคาโอลินในสถานที่ทำงานไว้ที่ 15  มก./ลบ.ม. ^การสัมผัสโดยรวม และ 5  มก./ลบ.ม. ^การสัมผัสทางระบบหายใจตลอด 8 ชั่วโมงการทำงานสถาบันแห่งชาติเพื่อความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน (NIOSH) ได้กำหนดขีดจำกัดการสัมผัสที่แนะนำ (REL) ไว้ที่ 10  มก./ลบ.ม. ^การสัมผัสโดยรวม TWA 5  มก./ลบ.ม. ^การสัมผัสทางระบบหายใจตลอด 8 ชั่วโมงการทำงาน^{[ 86 ]}

• คู่มือพกพาเกี่ยวกับอันตรายจากสารเคมีของ CDC – NIOSH