คาโอลิไนต์
ทั่วไป
หมวดหมู่	แร่ฟิลโลซิลิ เคต
กลุ่ม	กลุ่ม แร่เคโอลิไนต์ - เซอร์เพนไทน์กลุ่มย่อยเคโอลิไนต์
สูตร	Al₂Si₂O₅ ( OH ) หรือในรูปแบบออกไซด์ 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 ]}

Kaolinite is one of the most common minerals; it is mined, as kaolin, in Australia, Brazil, Bulgaria, China, Czech Republic, France, Germany, India, Iran, Malaysia, South Africa, South Korea, Spain, Tanzania, Thailand, United Kingdom, United States and Vietnam.^[2]

Mantles of kaolinite are common in Western and Northern Europe. The ages of these mantles are Mesozoic to Early Cenozoic.^[24]

Kaolinite clay occurs in abundance in soils that have formed from the chemical weathering of rocks in hot, moist climates; for example in tropical rainforest areas. Comparing soils along a gradient towards progressively cooler or drier climates, the proportion of kaolinite decreases, while the proportion of other clay minerals such as illite (in cooler climates) or smectite (in drier climates) increases. Such climatically related differences in clay mineral content are often used to infer changes in climates in the geological past, where ancient soils have been buried and preserved.^[25]

In the National Institute of Agronomic Studies and Research (INERA) classification system, soils in which the clay fraction is predominantly kaolinite are called kaolisol (from kaolin and soil).^[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