Caolinita

Caolinita
Fórmula química	Al₂Si₂O₅(OH)₄
Epònim	Gaoling ^(en)
Classificació
Categoria	silicats > fil·losilicats
Nickel-Strunz 10a ed.	9.ED.05
Nickel-Strunz 9a ed.	9.ED.05
Nickel-Strunz 8a ed.	VIII/E.10a
Propietats
Sistema cristal·lí	triclínic
Color	blanc de neu, groguenc, gris verdós
Exfoliació	{001} perfecta
Duresa (Mohs)	1
Lluïssor	mat, nacrada
Color de la ratlla	blanca
Densitat	2,6
Estatus IMA	aprovat
Codi IMA	IMA1980 s.p.
Símbol	Kln

La caolinita és un mineral de la classe dels silicats. Es tracta d'una argila blanca molt pura que s'utilitza per a la fabricació de porcellanes i d'aprestos per emmidonar. El caolí és un sòl natural en què abunda la caolinita, que li aporta sovint un color blanc.^[1]

El seu nom ve del xinès: 高陵, pinyin: gāolíng; significa 'turó alt', que indicava a la província de Kiangsi a prop de Jauchu Fa, el lloc on els xinesos van trobar per primera vegada aquest tipus d'argila al natural.^[2] El nom prové de la versió francesa de la paraula: kaolin, a partir d'informes de Francois Xavier d'Entrecolles de Jingdezhen.^[3] A l'Àfrica, el caolí és de vegades conegut com a kalaba (a Gabon^[4] i Camerun).^[5]

Característiques

És un silicat d'alumini hidratat format per la descomposició del feldespat i altres silicats d'alumini per l'acció de l'aigua i del diòxid de carboni. La seva fórmula és Al₂Si₂O₅(OH)₄.^[6]

Està format per petites capes hexagonals planes. En la seva estructura cristal·lina es distingeixen dues làmines: una formada per tetraedres, en els vèrtexs de les quals se situarien els àtoms d'oxigen i el centre estaria ocupat per l'àtom de silici, i una altra formada per octàedres, en els vèrtexs se situarien els àtoms del grup hidròxid i l'oxigen, i en el centre l'àtom d'alumini.

Segons la classificació de Nickel-Strunz, la caolinita pertany a «09.ED: Fil·losilicats amb capes de caolinita, compostos per xarxes tetraèdriques i octaèdriques» juntament amb els següents minerals: dickita, nacrita, odinita, hal·loysita, hisingerita, hal·loysita-7Å, amesita, antigorita, berthierina, brindleyita, caryopilita, crisòtil, cronstedtita, fraipontita, greenalita, kellyita, lizardita, manandonita, nepouita, pecoraïta, guidottiïta, al·lòfana, crisocol·la, imogolita, neotocita, bismutoferrita i chapmanita.^[7]

Les dificultats sorgeixen quan s'intenta explicar la formació de caolinita en condicions atmosfèriques mitjançant l'extrapolació de les dades termodinàmiques de les síntesis a alta temperatura més exitoses.^[8] La Iglesia i Van Oosterwijk-Gastuche (1978)^[9] van pensar que les condicions sota les quals la caolinita nuclear pot deduir-se dels diagrames d'estabilitat, basats com estan en les dades de dissolució. A causa de la manca de resultats convincents en els seus propis experiments, La Iglesia i Van Oosterwijk-Gastuche (1978) van haver de concloure, però, que hi havia altres factors, encara desconeguts, implicats en la nucleació a baixa temperatura de la caolinita. A causa de les taxes de cristal·lització molt lentes observades de la caolinita a partir de la solució a temperatura ambient, Fripiat i Herbillon (1971) van postular l'existència d'altes energies d'activació a la nucleació a baixa temperatura de la caolinita.

A altes temperatures, els models termodinàmics d'equilibri semblen ser satisfactoris per a la descripció de la dissolució i nucleació de caolinita, ja que l'energia tèrmica és suficient per superar les barreres energètiques implicades en el procés de nucleació. La importància de les síntesis a temperatura ambient i pressió atmosfèrica per a la comprensió del mecanisme implicat en la nucleació dels minerals argilosos rau en la superació d'aquestes barreres energètiques. Com indiquen Caillère i Hénin (1960)^[10] els processos implicats hauran de ser estudiats en experiments ben definits, perquè és virtualment impossible aïllar els factors implicats per mera deducció de complexos sistemes fisicoquímics naturals com el sòl de medi ambient. Fripiat i Herbillon (1971),^[11] en una revisió sobre la formació de la caolinita, va plantejar la qüestió fonamental de com un material desordenat (i. e., la fracció amorfa dels sòls tropicals) pot transformar-se en una estructura ordenada. Aquesta transformació sembla tenir lloc als sòls sense grans canvis a l'entorn, en un període de temps relativament curt i a temperatura ambient (i pressió).

La síntesi a baixa temperatura de minerals argilosos (amb la caolinita com a exemple) presenta diversos aspectes. En primer lloc, l'àcid silícic que s'ha de subministrar al vidre en creixement ha d'estar en forma monomèrica, és a dir, la sílice ha d'estar present en una solució molt diluïda (Caillère et al., 1957;^[12] Caillère i Hénin, 1960; Wey i Siffert, 1962;^[13] Millot, 1970^[14]). Per evitar la formació de gels amorfs de sílice que precipiten de les solucions sobresaturades sense reaccionar amb els aluminis o magnesis per formar silicats cristal·lins, l'àcid silícic ha d'estar present en concentracions inferiors a la solubilitat màxima de la sílice amorfa. El principi subjacent a aquest requisit previ es pot trobar en la química estructural: "Com que els ions polisilicats no són de mida uniforme, no es poden disposar juntament amb els ions metàl·lics en una xarxa cristal·lina regular". (Iler, 1955, p. 182^[15])

El segon aspecte de la síntesi a baixa temperatura de la caolinita és que els cations d'alumini han d'estar hexacoordinats respecte a l'oxigen (Caillère y Hénin, 1947;^[16] Caillère i al. , 1953;^[17] Hénin i Robichet, 1955^[18]). Gastuche et al. (1962)^[19] i Caillère i Hénin (1962) han arribat a la conclusió que la caolinita només es pot formar quan l'hidròxid d'alumini està en forma de gibbsita. En cas contrari, el precipitat format serà un "gel mixt alumini-silícic" (en paraules de Millot, 1970, p. 343). Si fos l'únic requisit, podrien obtenir grans quantitats de caolinita simplement afegint pols de gibbsita a una solució de sílice. Indubtablement es produiria un grau d'adsorció marcat de la sílice en solució per les superfícies de la gibbsita, però, com ja s'ha esmentat, la mera adsorció no crea la xarxa de capes típica dels vidres de caolinita.

El tercer aspecte és que aquests dos components inicials s'han d'incorporar a un vidre mixt amb una estructura de capes. A partir de la següent equació (donada per Gastuche i DeKimpe, 1962)^[20] per a la formació de caolinita

${\displaystyle {\ce {2Al(OH)3 + 2H4SiO4 -> Si2O5 . Al2(OH)4 + 5H2O}}}$

es pot observar que s'han d'eliminar cinc molècules d'aigua de la reacció per cada molècula de caolinita formada. Gastuche i DeKimpe (1962) han aportat proves de camp que il·lustren la importància de l'eliminació d'aigua de la reacció de la caolinita. Mentre estudiaven la formació del sòl en una roca basàltica a Kivu (Zaïre), van observar com l'aparició de caolinita depenia del “grau de drenatge” de la zona en qüestió. Es va observar una clara distinció entre les zones amb un bon drenatge (és a dir, zones amb una marcada diferència entre les estacions humida i seca) i les zones amb un drenatge deficient (és a dir, zones pantanoses perennes). La caolinita només es va trobar a les zones amb una clara alternança estacional entre humides i seques. La possible importància de l'alternança de condicions humides i seques en la transició d'al·lòfan a caolinita ha estat subratllada per Tamura i Jackson (1953).^[21] El paper de les alternances entre humectació i dessecació en la formació de caolinita també ha estat assenyalat per Moore (1964).^[22]

Síntesi de laboratori

Les síntesis de caolinita a altes temperatures (més de 100 ºC) són relativament ben conegudes. Existeixen per exemple les síntesis de Van Nieuwenberg i Pieters (1929);^[23] Noll (1934);^[24] Noll (1936);^[25] Norton (1939);^[26] Roy i Osborn (1954);^[27] Roy (1961);^[28] Hawkins i Roy (1962);^[29] Tomura et al. (1985);^[30] Satokawa et al. (1994)^[31] i Huertas et al. (1999).^[32] Es coneixen relativament poques síntesis a baixa temperatura (cf. Brindley i DeKimpe (1961);^[33] DeKimpe (1969);^[34] Bogatyrev et al. (1997)^[35]).

Les síntesis de laboratori de caolinita a temperatura ambient i pressió atmosfèrica han estat descrites per DeKimpe et al. (1961).^[36] A partir d'aquestes proves, el paper de la periodicitat és clar de manera convincent. DeKimpe et al. (1961) havien utilitzat addicions diàries d'alúmina (com AlCl₃·6 H₂O) i sílice (en forma de silicat d'etil) durant almenys dos mesos. A més, cada dia s'ajustava el pH afegint àcid clorhídric o hidròxid de sodi. Aquestes addicions diàries de Si i Al a la solució en combinació amb les valoracions diàries amb àcid clorhídric o hidròxid sòdic durant almenys 60 dies hauran introduït l'element necessari de periodicitat. Només ara el paper real del que s'ha descrit com "l'envelliment" (Alterung) dels aluminosilicats amorfs (com per exemple Harder, 1978^[37]). Com a tal, el temps no produeix cap canvi en un sistema tancat en equilibri; però una sèrie d'alternances de condicions periòdicament canviants (per definició, tenint lloc en un sistema obert) produirà la formació a baixa temperatura de més i més caolinita de fase estable en lloc de silicats d'alumini amorfs (mal definits).

Llocs on es troba

Els jaciments són força abundants.^[6] Actualment es troba en Tamame (Zamora), Arguisuelas (Conca), Carboneras de Guadazaón (Conca), Merías (Astúries), Poveda de la Serra (Guadalajara), Alcoroches (Guadalajara), Vimianzo (La Corunya), La Zarza (Badajoz), Andilla (València), Embid de Ariza (Saragossa) i Riodeva (Terol). Fora d'Espanya, és present a Cornualla (Regne Unit), a Malàisia, a la localitat de Mutquín (Argentina) i en el municipi de La Unión (Colòmbia).

Ús^{[cal citació]}

El caolí és utilitzat en la preparació de pintures de cautxú o emulsionades, ja que per la seva blancor és d'alt grau de rendiment. Alhora s'utilitza com a espessidor.

• Paper: Com càrrega i recobriment del paper. En l'acabat de paper d'art i tapís i en paper corrugat. Redueix la porositat i dona suavitat i brillantor a la superfície.
• Refractaris: En l'elaboració de perfils, blocs i maons refractaris, així com en maons d'alta alúmina. En l'elaboració de ciment refractari i resistent als àcids. En caixes d'argila refractària per coure terrisseria fina.
• Ceràmica: En la fabricació de sanitaris, menjadors, porcellana elèctrica i teules d'alt grau, vaixelles, objectes de bany, refractaris i caixes d'argila refractària per coure terrisseria fina.
• Vidre: En la formulació de plaques de vidre.
• Pintures: En l'elaboració de pigments d'extensió per a pintures i en la fabricació de tintes. S'usa com dilatador per la seva inèrcia química, suau fluïdesa, facilitat de dispersió i per no ser abrasiu. En pintures d'aigua amb lliga d'oli, a base de silicat i al tremp, en pintures per a motlles de fosa, en pigments per al color ultramarí. Dona suavitat i brillantor a la superfície, millora la durabilitat de la mateixa i redueix la quantitat de pigment necessari.
• Plàstics: És usat com a farcit en hules i plàstics i auxiliar en processos de filtració. En revestiments plàstics per productes i teules plàstiques. Es barreja bé amb oleoresinas en plàstics i millora la rigidesa i la duresa d'aquest.
• Agroquímics: Forma part dels components d'insecticides i pesticides bé com a material d'acompanyament a insecticides presentats en pols o bé sol, faig servir aquest avui en alça per al control de determinades plagues agrícoles, com ara la mosca de l'olivo1 sobretot en agricultura ecològica. També s'està veient el seu ús en la protecció de les cremades solars o cops de sol en els fruits per la seva capacitat per absorbir les ones curtes de la radiació solar.
• Farmacèutica: En l'elaboració de medicaments per ser químicament inert i lliure de bacteris.
• Medicina: S'utilitza com adsorbent en certs casos de diarrea juntament amb la pectina.
• Cosmètics: És un dels principals components dels cosmètics. Absorbeix humitat, millora les bases blanques per colors, s'adhereix a la pell i té textura suau.
• Construcció: Usat com terraplè i com a material cru en la formulació de crisolita i plaques de vidre. Usat per produir argiles pesants. En pistes per aterratge d'avions i en barreges termoplàstiques per ensostrar. Com farciment en linòleum i en ciments resistents als àcids i refractaris. En coixins de feltre per páneles o taulers de metall. En revestiments plàstics per productes, maons per a pisos i per segellar barreges. En mescles termoplàstiques per ensostrar. En el concret millora la durabilitat, remou l'hidròxid de calci químicament actiu, millora la porositat i l'adhesió entre el ciment, la sorra i la grava.
• Material elèctric: És usat en la fabricació de cable elèctric, en recobriments i aïllants elèctrics. Dona resistència tèrmica.
• Cautxú: Per reforçar el cautxú i fer-lo més rígid.
• Hule: En la indústria de l'hule és usat com a càrrega i per la seva resistència a la humitat i atac químic. Barreja bé amb l'hule, li incrementa la duresa i durabilitat.
• Metalls: En rodes abrasives, per soldar cobertes en varetes i en material d'adherència en fosa
• Química: En l'elaboració de productes com sulfat d'alumini, alúmina i alum, en catalitzadors i absorbents, en l'acabat de tèxtils, en sabó, recobriments, adoberia i productes d'asbest, en rodes abrasives, com a material d'adherència en fosa i per soldar cobertes en varetes.

Industrials i alimentaris

El caolí s'utilitza per a la fabricació de porcellanes i d'aprestos per emmidonar. També és utilitzada en certs medicaments que la matèria no és molt pura, s'utilitza en la fabricació de paper. Conserva el seu color blanc durant la cocció. En les indústries s'usa com a farciment per a la creació o transformació. Molt usat en la indústria de la fabricació de pintura viníliques (base aigua) i en la fabricació de peces de plàstic per mitjà d'injecció. En la indústria alimentària és usat com antiaglomerant i antihumectant (per la seva qualitat d'absorció).

Altres usos

• S'utilitza caolí com talc per a realització de pleurodesi química (segellat de les pleures) en cirurgia de tòrax.
• Com absorbent gastrointestinal.
• Actualment el caolí també és usat en tractaments de bellesa, s'aplica després de tractaments d'exfoliació i com blanquejant de la pell.
• Emprat freqüentment en talcs per a peus i màscares facials, pels seus efectes desinflamatorios, astringents i correctors d'excés de sèu.

Prevenció de Riscos

L'exposició a la pols de caolí pot ser causa d'una malaltia pneumoconiótica, la caolinosis. Aquesta es produeix en dipositar i acumular partícules en els pulmons. Originen pneumopaties i alteracions fibròtiques degeneratives del teixit pulmonar. La prevenció s'ha de fer amb màscares adequades a la mida d'aquestes partícules.^[38]

Referències

1. Diccionario de Arte I (en castellà). Barcelona: Spes Editorial SL (RBA), 2003, p. 88. ISBN 84-8332-390-7 [Consulta: 26 novembre 2014]. 
2. (en inglés). 
3. Harper, Douglas. "kaolin". Online Etymology Dictionary.
4. Karine Boucher, Suzanne Lafage. "Le lexique français du Gabon: K." Le Français en Afrique: Revue du Réseau des Observatoires du Français Contemporain en Afrique. 2000. (en francés)
5. Franklin Kamtche. "Balengou : autour des mines." Arxivat 2012-març-4 a la Wayback Machine. (Balengou: around the mines) Le Jour. 12 January 2010. (en francès)
6. «Kaolinite». Mindat. [Consulta: 15 juliol 2024].
7. «Strunz-mindat (2024) Classification - Phyllosilicates with kaolinite layers composed of tetrahedral and octahedral nets». Mindat. [Consulta: 15 juliol 2024].
8. Meijer EL, van der Plas L. Estabilidades relativas de los minerales del suelo. 80. Wageningen: Veenman, 1980, p. 18 (Medelingen Landbouwhogeschool Wageningen). 
9. La Iglesia A, Van Oosterwyck-Gastuche MC «Síntesis de caolinita. I. Condiciones de Cristalización a Bajas Temperaturas y Cálculo de Equilibrios Termodinámicos. Application to Laboratory and Field Observations». Clays and Clay Minerals, vol. 26, 6, 1978, pàg. 397-408. Bibcode: 1978CCM....26..397L. DOI: 10.1346/CCMN.1978.0260603.
10. Caillère S, Hénin S «Vues d'ensemble sur le problème de la synthèse des minéraux argileux à basse température» (en francès). Bulletin du Groupe français des argiles, vol. 12, 7, 1960, pàg. 63. DOI: 10.3406/argil.1960.969.
11. Fripiat JJ, Herbillon AJ. «Formación y transformaciones de los minerales de arcilla en los suelos tropicales». A: Suelos y meteorización tropical: Actas del Simposio de Bandung del 16 al 23 de noviembre de 1969. 11. Paris: Unesco, 1971, p. 15-24 (Investigación sobre recursos naturales). OCLC 421565. 
12. Caillère S, Hénin S, Esquevin J «Synthèse des minéraux argileux.» (en francès). Bulletin du Groupe français des argiles, vol. 9, 4, 1957, pàg. 67-76. DOI: 10.3406/argil.1957.940.
13. Wey R, Siffert B «Réactions de la silice monomoléculaire en solutions avec les ions Al3+ et Mg2+» (en francès). Colloques Internationaux. Centre National des Recherches Scientifiques, vol. 105, 1961, pàg. 11-23.
14. Millot, Georges. Geología de las arcillas. Nueva York: Springer-Verlag, 1970. DOI 10.1007/978-3-662-41609-9. ISBN 9783662416099. 
15. Iler, R. K.. Cornell University Press. La química de coloides de sílice y silicatos, 1955. 
16. Caillère S, Hénin S «Formation d'une phyllite du type kaolinique par traitement d'une montmorillonite». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris, vol. 224, 1, 1947, pàg. 53-55.
17. Caillère S, Hénin S, Esquevin J «Recherches sur la synthèse des minéraux argileux» (en francès). Bulletin de la Société française de Minéralogie et de Cristallographie, vol. 76, 7, 1953, pàg. 300-314. DOI: 10.3406/bulmi.1953.4841.
18. Hénin S, Robichet O «Résultats obtenus au cours de nouveaux essais de synthèse de minéraux argileux» (en francès). Bulletin du Groupe français des argiles, vol. 6, 1, 1955, pàg. 19-22. DOI: 10.3406/argil.1955.1257.
19. Gastuche MC, Fripiat JJ, DeKimpe C «La genèse des minéraux argileux de la famille du kaolin. I. - Aspect colloidal». Colloque C.N.R.S., vol. 105, 1962, pàg. 57-65.
20. Gastuche MC, DeKimpe C «La genèse des minéraux argileux de la famille du kaolin. II. Aspect cristallin». Colloque C.N.R.S., vol. 105, 1962, pàg. 75-88.
21. Tamura T, Jackson ML «Relaciones estructurales y energéticas en la formación de óxidos, hidróxidos y silicatos de hierro y aluminio». Science, vol. 117, 3041, 1953, pàg. 381-383. DOI: 10.1126/science.117.3041.381. PMID: 17749950.
22. Moore LR «The in Situ Formation and Development of Some Kaolinite Macrocrystals». Clay Minerals, vol. 5, 31, 1964, pàg. 338-352. Bibcode: 1964ClMin...5..338M. DOI: 10.1180/claymin.1964.005.31.02.
23. van Nieuwenburg CJ, Pieters HA «Estudios sobre silicatos de aluminio hidratados: I. La rehidratación del metacaolín y la síntesis del caolín». Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, vol. 48, 1, 1929, pàg. 27-36. DOI: 10.1002/recl.19290480106.
24. Noll W «Hydrothermale Synthese des Kaolins» (en alemany). Zeitschrift für Kristallographie, Mineralogie und Petrographie, vol. 45, 2-3, 1934, pàg. 175-190. Bibcode: 175N 1934ZKMP...45.. 175N. DOI: 10.1007/BF02943371.
25. Noll W «Über die Bildungsbedingungen von Kaolin, Montmorillonit, Sericit, Pyrophyllit und Analcim» (en alemany). Zeitschrift für Kristallographie, Mineralogie und Petrographie, vol. 48, 3–4, 1936, pàg. 210–247. Bibcode: 1936ZKMP...48..210N. DOI: 10.1007/BF02939458.
26. Norton FH «Hydrothermal formation of clay minerals in the laboratory». Am. Mineral., vol. 24, 1, 1939, pàg. 1–17.
27. Roy R, Osborn EF «The system Al₂O₃-SiO₂-H₂O». Am. Mineral. , vol. 39, 11–12, 1954, pàg. 853–885.
28. Roy R «The preparation and properties of synthetic clay minerals». Colloque C.N.R.S., vol. 105, 1962, pàg. 83–98.
29. Hawkins DB, Roy R «Electrolytic Synthesis of Kaolinite Under Hydrothermal Conditions». J. Am. Ceram. Soc., vol. 45, 10, 1962, pàg. 507–508. DOI: 10.1111/j.1151-916.1962.tb11044.x.
30. Tomura S, Shibasaki Y, Mizuta H, Kitamura M «Condiciones de crecimiento y génesis del caolinita esférico y platino». Clays and Clay Minerals, vol. 33, 3, 1985, pàg. 200-206. Bibcode: 1985CCM....33..200T. DOI: 10.1346/CCMN.1985.0330305.
31. Satokawa S, Osaki Y, Samejima S, Miyawaki R, Tomura S, Shibasaki Y, Sugahara Y «Efectos de la estructura del gel de sílice-alúmina en la síntesis hidrotermal de caolinita». Clays and Clay Minerals, vol. 42, 3, 1994, pàg. 288-297. Bibcode: 1994CCM....42..288S. DOI: 10.1346/CCMN.1994.0420307.
32. Huertas FJ, Fiore S, Huertas F, Linares J «Estudio experimental de la formación hidrotermal de la caolinita». Chemical Geology, vol. 156, 1-4, 1999, pàg. 171-190. Bibcode: ..171H 1999ChGeo.156 ..171H. DOI: 10.1016/S0009-2541(98)00180-6.
33. Brindley GW, De Kimpe C «Intentos de síntesis a baja temperatura de minerales de caolín». Nature, vol. 190, 4772, 1961, pàg. 254. Bibcode: ..254B 1961Natur.190 ..254B. DOI: 10.1038/190254a0.
34. De Kimpe CR «Cristalización de caolinita a baja temperatura a partir de un gel aluminosilícico». Clays and Clay Minerals, vol. 17, 1, 1969, pàg. 37-38. Bibcode: 1969CCM....17...37D. DOI: 10.1346/CCMN.1969.0170107.
35. Bogatyrev BA, Mateeva LA, Zhukov VV, Magazina LO «Síntesis a baja temperatura de caolinita y halloysita en el sistema gibbsita - solución de ácido silícico». Transactions (Doklady) of the Russian Academy of Sciences, vol. 353 A, 1997, pàg. 403-405.
36. DeKimpe CR, Gastuche MC, Brindley GW «Coordinación iónica en ácidos aluminosilícicos en relación con la formación de minerales de arcilla». Am. Mineral., vol. 46, 11-12, 1961, pàg. 1370-1381.
37. Harder H «Synthesen von Tonmineralen unter spezieller Berücksichtigung festländischer Bedingungen» (en alemany). Schriftenreihe für geologische Wissenschaften (Berlin), vol. 11, 1978, pàg. 51-78.
38. «Guía de Ayuda para la Valoración de las Enfermedades Profesionales». INSS. [Consulta: 15 juliol 2024].