Као­лін. Гене­зис, вла­сти­во­сті та сфе­ра засто­су­вань

Као­лі­ни — це гру­па гли­ни­стих міне­ра­лів, які мають вели­ке зна­че­н­ня як в при­ро­дни­чих нау­ках, так і в різних про­ми­сло­вих секто­рах. Їх непо­втор­ні хімі­чні та фізи­чні вла­сти­во­сті роблять їх неза­мін­ни­ми для бага­тьох засто­су­вань, вклю­ча­ю­чи кера­мі­ку, папір, косме­ти­ку, фар­ма­цев­ти­ку та еле­ктро­ні­ку. У цій стат­ті ми роз­гля­не­мо похо­дже­н­ня, вла­сти­во­сті та основ­ні напрям­ки вико­ри­ста­н­ня као­лі­ну.

Као­лі­ни вхо­дять до пере­лі­ку кори­сних копа­лин загаль­но­дер­жав­но­го зна­че­н­ня затвер­дже­но­го поста­но­вою Кабі­не­ту Міні­стрів Укра­ї­ни від 12 гру­дня 1994 р. № 827, як сиро­ви­на вогне­трив­ка та сиро­ви­на скля­на і фар­фо­ро-фаян­со­ва.

Као­лін назва­ний на честь пагор­ба Кау-лінг в Китаї, з яко­го його видо­бу­ва­ли почи­на­ю­чи з ІІІ сто­лі­т­тя. Зраз­ки као­лі­ну були впер­ше наді­сла­ні до Євро­пи фран­цузь­ким місіо­не­ром-єзу­ї­том близь­ко 1700 року як зраз­ки мате­рі­а­лів, які вико­ри­сто­ву­ва­ли китай­ці у виро­бни­цтві пор­це­ля­ни.

У сво­є­му при­ро­дно­му ста­ні као­лін являє собою білий м’який поро­шок, що скла­да­є­ться пере­ва­жно з міне­ра­лу као­лі­ні­ту, або інших міне­ра­лів ана­ло­гі­чно­го скла­ду (дикі­ту, накри­ту), які сфор­му­ва­лись в резуль­та­ті екзо­ген­ної або гідро­тер­маль­ної као­лі­ні­за­ції алю­мо­си­лі­ка­тів. Також као­лін, який зустрі­ча­є­ться в при­ро­ді, зазви­чай містить різну кіль­кість інших міне­ра­лів, таких як муско­віт, кварц, польо­вий шпат і ана­таз. Крім того, сирий као­лін часто забарв­лю­є­ться в жов­тий колір пігмен­та­ми гідро­кси­ду залі­за. Часто необ­хі­дно хімі­чно від­бі­ли­ти гли­ну, щоб вида­ли­ти пігмент залі­за, і про­ми­ти її водою, щоб вида­ли­ти інші міне­ра­ли, щоб під­го­ту­ва­ти као­лін для комер­цій­но­го вико­ри­ста­н­ня.

Мінеральний склад

Поро­до­утво­рю­ю­чим міне­ра­лом є као­лі­ніт. Його вміст в пер­вин­них као­лі­нів на родо­ви­щах Укра­ї­ни коли­ва­є­ться в зна­чних межах, зазви­чай сягає 55–60 % маси поро­ди, в лужних – 30–40 %. У као­лі­нах, які сфор­му­ва­лись по аль­бі­ти­там, лабро­до­ри­там, амфі­бо­ли­там та піро­ксе­нам вміст као­лі­ні­ту різ­ко зро­стає, за раху­нок від­су­тно­сті квар­цу, і дорів­нює 90 %, а іно­ді й біль­ше.

Якість кори­сної копа­ли­ни регла­мен­ту­є­ться ДСТУ Б В.2.7–60-97 Сиро­ви­на гли­ни­ста для виро­бни­цтва кера­мі­чних буді­вель­них мате­рі­а­лів. кла­си­фі­ка­ція.

Хімічні властивості

Фор­му­ла Al2Si2O5(OH)4
Поши­ре­ні домі­шки Fe, Mg, Na, K, Ti, Ca, H2O

Фізичні властивості

• Колір: мін­ли­вий: від біло­го до кре­мо­во­го та блі­до-жов­то­го і навіть кори­чне­во­го або буро­го.
• Колір риски: білий;
• Твер­дість: 2 – 2½;
• Блиск: вос­ко­вий, пер­ла­му­тро­вий, тьмя­ний, зем­ли­стий;
• Спай­ність: дуже доско­на­ла;
• Про­зо­рість: про­зо­рий, непро­зо­рий;
• Щіль­ність: 2,63 г/см3;
• Злам: нерівномірний/нерівний, кон­хо­ї­даль­ний, суб­кон­хо­ї­даль­ний, слю­дя­ний

Також для као­лі­нів хара­ктер­ні:

• Неве­ли­кий роз­мір части­нок, як пра­ви­ло, мен­ше 2 мікрон, що біль­шує пло­щу поверх­ні на оди­ни­цю ваги, що робить поро­ди ефе­ктив­ни­ми для адсорб­ції та обмі­ну іона­ми.
• Пла­сти­чність. Коли као­лін змі­шу­є­ться з водою в межах від 20 до 35 від­со­тків, він стає пла­сти­чним (тоб­то його можна фор­му­ва­ти під тиском), а фор­ма збе­рі­га­є­ться після при­пи­не­н­ня тиску.
• Погли­на­н­ня та десорб­ція. Міне­ра­ли као­лі­ну мають зда­тність погли­на­ти й утри­му­ва­ти моле­ку­ли води, а також адсор­бу­ва­ти інші моле­ку­ли, такі як орга­ні­чні спо­лу­ки, важ­кі мета­ли та забру­дню­ю­чі речо­ви­ни.
• Набу­ха­н­ня. Деякі типи гли­ни­стих као­лі­нів мають зда­тність набу­ха­ти під час гідра­та­ції, що може бути кори­сним у різно­ма­ні­тних засто­су­ва­н­нях, таких як буро­ві роз­чи­ни.

Геолого-промислові типи родовищ

Родо­ви­ща као­лі­ну, в зале­жно­сті від їх похо­дже­н­ня, можуть бути пер­вин­ни­ми або вто­рин­ни­ми.

Пер­вин­ний као­лін заля­гає на місці утво­ре­н­ня. Він є кін­це­вим про­ду­ктом виві­трю­ва­н­ня пале­во­шпа­то­вих порід, магма­ти­чних та мете­мор­фі­чних кри­ста­лі­чних порід кисло­го та сере­дньо­го скла­ду, а також порід основ­но­го скла­ду. Пер­вин­ний као­лін часто має висо­ку чисто­ту, біли­зну та малу кіль­кість домі­шок. Цей тип као­лі­ну зазви­чай має вели­кі кри­ста­ли, які можна лег­ко виді­ли­ти за допо­мо­гою мікро­ско­па.

Вто­рин­ний као­лін також нази­ва­ють “гли­ня­ним као­лі­ном”. Він фор­му­є­ться в резуль­та­ті гео­ло­гі­чних про­це­сів еро­зії та роз­ми­ва­н­ня гір­ських порід, таких як гра­ніт, під впли­вом води та інших факто­рів. Вто­рин­ний као­лін може бути зна­йде­ний в річко­вих русло­вих, оса­до­вих басей­нах та інших місцях з вели­ки­ми водо­то­ка­ми. Вто­рин­ний као­лін часто має мен­шу чисто­ту та біли­зну порів­ня­но з пер­вин­ним. Його кри­ста­ли можуть бути мен­ши­ми та рів­но­мір­но роз­по­ді­ле­ни­ми, а також він може місти­ти біль­ше домі­шок.

Найбільші родовища каоліну на території України

Сві­то­ві запа­си као­лі­ну пере­ви­щу­ють 10 мільяр­дів тонн. По кіль­ко­сті роз­ві­да­них запа­сів Укра­ї­на займає одне із пере­до­вих місць у сві­ті. На тери­то­рії нашої кра­ї­ни зна­хо­ди­ться одна із най­біль­ших у сві­ті као­лі­но­ва про­він­ція – Укра­їн­ський щит(УЩ), до яко­го при­уро­че­на біль­шість родо­вищ пер­вин­но­го та вто­рин­но­го као­лі­ну. Також відо­мі родо­ви­ща на Закар­пат­ті та на пів­ден­но-захі­дно­му схи­лі Воро­незь­ко­го кри­ста­лі­чно­го маси­ву (Сум­ська область).

Глу­хо­ве­цьке родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не у Він­ни­цькій обла­сті та роз­ро­бля­є­ться з 1901 року. Као­лін заля­гає в корі виві­трю­ва­н­ня гра­ні­то­ї­дів ран­ньо­го докем­брію, пере­кри­тих суглин­ка­ми, піска­ми й гли­на­ми зав­тов­шки 1–29 м. Тов­щи­на покла­дів као­лі­ну коли­ва­є­ться від 1 до 48 м, у сере­дньо­му 22,6 м. Міне­раль­ний склад пред­став­ле­ний као­лі­ні­том (47–71 %), квар­цом (10–45 %), гідро­слю­дою, гети­том та інши­ми акце­сор­ни­ми міне­ра­ла­ми. Руди при­да­тні для виро­бни­цтва сані­тар­ної кера­мі­ки та фаян­су. Запа­си ста­нов­лять 107,894 млн т. Роз­роб­кою займа­ю­ться ПрАТ «Глу­хо­ве­цький ГЗК» та ТОВ «АВК Укра­їн­ське као­лі­но­ве това­ри­ство».

Тур­бів­ське родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не у Він­ни­цькій обла­сті, пред­став­ле­не као­лі­ном тов­щи­ною від 2 до 25 м (сере­дня — 13 м), пере­кри­тим четвер­тин­ни­ми поро­да­ми зав­тов­шки до 25 м. Основ­ний міне­раль­ний склад: као­лі­ніт (75–85 %), кварц (10–35 %), лей­ко­ксен (до 7 %) та гідро­слю­да (2 %). Као­лін вико­ри­сто­ву­є­ться для виро­бни­цтва сані­тар­ної кера­мі­ки та як напов­ню­вач у виро­бни­цтві гуми, папе­ру та пла­стмас. Запа­си родо­ви­ща скла­да­ють 6,863 млн т, і його роз­ро­бляє ПрАТ «Тур­бів­ський као­лі­но­вий завод».

Вели­ко­га­до­ми­не­цьке родо­ви­ще зна­хо­ди­ться у Він­ни­цькій обла­стіі. Као­лін заля­гає шара­ми тов­щи­ною від 1 до 89 м (сере­дня — 19–25 м) і має зональ­ну будо­ву. Верх­ня зона поді­ле­на на нор­маль­ні та лужні као­лі­ни. Склад као­лі­нів: као­лі­ніт (50–85 %), кварц (15–45 %), гідро­слю­да (1–2 %). Роз­крив­ні поро­ди дося­га­ють тов­щи­ни до 38 м. Якість као­лі­ну від­по­від­ає між­на­ро­дним стан­дар­там, і він вико­ри­сто­ву­є­ться для виро­бни­цтва кера­мі­ки, папе­ру, силу­мі­ну та інших про­ду­ктів. Запа­си скла­да­ють 171,458 млн т. Роз­роб­кою займа­ю­ться ТОВ «Укра­їн­ська као­лі­но­ва ком­па­нія» та «Укра­їн­ське као­лі­но­ве това­ри­ство».

Жеже­лів­ське родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не у Він­ни­цькій обла­сті, пред­став­ле­не као­лі­ном тов­щи­ною до 36,8 м (сере­дня — 17,6 м), який заля­гає у корі виві­трю­ва­н­ня гра­ні­то­ї­дів. Као­лін пере­кри­тий суглин­ка­ми та гли­на­ми зав­тов­шки до 16 м. Основ­ні міне­ра­ли: као­лі­ніт (47–71 %), кварц (24–48 %), калі­шпат (1–3 %). Запа­си родо­ви­ща скла­да­ють 23,795 млн т. Роз­ро­бля­є­ться ТОВ «Жеже­лів­ський као­лін».

Ново­се­ли­цьке родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не в Чер­ка­ській обла­сті, має два пла­сти као­лі­ну, з яких про­ми­сло­ве зна­че­н­ня має нижній пласт тов­щи­ною 0,4–24 м. Као­лін скла­да­є­ться з као­лі­ні­ту з домі­шка­ми гідрар­гі­лі­ту, квар­цу та інших міне­ра­лів. Вико­ри­сто­ву­є­ться для виго­тов­ле­н­ня вогне­три­вів і фар­фо­ро­во-фаян­со­вих виро­бів. Запа­си ста­нов­лять 20,889 млн т, май­же вичер­па­ні. Роз­ро­бля­є­ться Вату­тін­ським ком­бі­на­том вогне­три­вів.

Кіро­во­град­ське родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не в Кіро­во­град­ській обла­сті, пред­став­ле­но пла­сто­ви­ми покла­да­ми као­лі­нів тов­щи­ною до 30 м, пере­кри­ти­ми піска­ми і суглин­ка­ми зав­тов­шки до 49 м. Као­лін висо­ко­гли­но­зе­ми­стий із вмі­стом Al₂O₃+TiO₂ до 45 %. Вико­ри­сто­ву­є­ться для виро­бни­цтва вогне­три­вів. Запа­си зна­чні, роз­роб­ка три­ває.

Поло­гів­ське родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не у Запо­різь­кій обла­сті, пред­став­ле­но пла­стом тем­но-сірих вогне­трив­ких глин і білих као­лі­нів. Као­лін має висо­кий вміст Al₂O₃ (32,9–45,5 %) і низь­кий вміст Fe₂O₃ (0,6–1,3 %). Вико­ри­сто­ву­є­ться у виро­бни­цтві вогне­три­вів, запа­си ста­нов­лять 17,7 млн т. Роз­ро­бля­є­ться ЗАТ «Гір­ни­чо­до­був­на ком­па­нія “Міне­рал”».

Воло­ди­ми­рів­ське родо­ви­ще зна­хо­ди­ться в Доне­цькій обла­сті, пред­став­ле­но пла­ста­ми као­лі­ну тов­щи­ною до 17 м, заля­гає на гли­би­ні до 35 м. Као­лін нео­дно­рі­дний за скла­дом і кольо­ром, вико­ри­сто­ву­є­ться у виро­бни­цтві різних мате­рі­а­лів. Запа­си є зна­чни­ми.

Мур­зин­ське родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не у Чер­ка­ській обла­сті, пред­став­ле­но као­лі­на­ми тов­щи­ною до 23,4 м. Основ­ний міне­рал — као­лі­ніт (80–95 %), є домі­шки квар­цу та гідро­слю­ди. Као­лін має висо­кі вогне­трив­кі вла­сти­во­сті. Запа­си ста­нов­лять 11,588 млн т, роз­роб­ка веде­ться кар’єрним спосо­бом.

Використання каоліну

Као­лін зав­дя­ки сво­їм уні­каль­ним фізи­ко-хімі­чним вла­сти­во­стям має широ­кий спектр вико­ри­ста­н­ня:
1. при виро­бни­цтві кера­мі­чних мате­рі­а­лів, таких як фар­фор, фаянс, кера­мі­чна пли­тка, сан­те­хні­ка тощо.
2. як покри­валь­ні мате­рі­а­ли та пігмен­ти для покра­ще­н­ня яко­сті папе­ру.
3. при виро­бни­цтві косме­ти­чних засо­бів для для виго­тов­ле­н­ня масок для облич­чя або мила (відо­мо­го як «біла гли­на»).
4. при виро­бни­цтві гумо­вих мате­рі­а­лів покра­щує їх меха­ні­чні хара­кте­ри­сти­ки.
5. в мікро­еле­ктрон­них при­стро­ях через їх діеле­ктри­чні вла­сти­во­сті.
6. при бурін­ні нафто-газо­вих свер­дло­вин для змен­ше­н­ня три­ва­ло­сті бурі­н­ня та зни­же­н­ня втрат кори­сних копа­лин.
7. при очи­щен­ні і філь­тра­ції води

Також као­лі­ни вико­ри­сто­ву­ють в хімі­чній, хар­чо­вій про­ми­сло­во­сті, для виго­тов­ле­н­ня ліно­ле­у­ма, олів­ців, виро­бів із скла. Май­же 50 % від видо­бу­то­го као­лі­ну у сві­ті вико­ри­сто­вує папе­ро­ва про­ми­сло­вість, 20 %  виро­бни­цтво гуми. 5–10 % — на виго­тов­ле­н­ня кера­мі­чних виро­бів.

Видобуток та обробка

Као­лі­ни видо­бу­ва­ю­ться від­кри­тим спосо­бом з кар’є­рів. Зале­жно від гео­ло­гі­чних умов, видо­бу­ток може від­рі­зня­ти­ся, але загаль­ний про­цес вклю­чає:

• Роз­крив­ні робо­ти – вида­ле­н­ня верх­ніх шарів ґрун­ту та порід;
• Видо­бу­ток само­го міне­ра­лу — као­лін видо­бу­ва­ють за допо­мо­гою екс­ка­ва­то­рів, буль­до­зе­рів або інших спе­ці­а­лі­зо­ва­них обла­днань;
• Транс­пор­ту­ва­н­ня та збе­рі­га­н­ня;
• Оброб­ка – дро­бле­н­ня, від­ді­ле­н­ня као­лі­ну від інших порід та міне­ра­лів, очи­ще­н­ня від домі­шок та забру­днень.

Отже, вивче­н­ня као­лі­ну роз­кри­ло бага­то­гран­ність цьо­го при­ро­дно­го міне­ра­лу та його зна­чу­щість у різних про­ми­сло­вих галу­зях. Гли­бо­кий ана­ліз похо­дже­н­ня, гео­хі­мії, міне­ра­ло­гії та фізи­чних вла­сти­во­стей као­лі­ну дозво­лив нам кра­ще розі­бра­ти­ся у його утво­рен­ні, стру­кту­рі та можли­во­стях засто­су­ва­н­ня.

Похо­дже­н­ня као­лі­ну від­дзер­ка­лює багат­ство гео­ло­гі­чних про­це­сів та ево­лю­цію зем­ної кори. Його вла­сти­во­сті та хімі­чний склад дозво­ля­ють вико­ри­сто­ву­ва­ти його в різних галу­зях виро­бни­цтва. Від кера­мі­чної про­ми­сло­во­сті до косме­ти­ки та еле­ктро­ні­ки, као­лі­ни нада­ють зна­чний вне­сок у різно­ма­ні­т­тя про­ду­ктів, які вико­ри­сто­ву­є­мо у пов­сяк­ден­но­му жит­ті.

Насам­кі­нець, дослі­дже­н­ня као­лі­ну під­кре­слює важли­вість вивче­н­ня при­ро­дних ресур­сів та їх опти­маль­но­го вико­ри­ста­н­ня.

Зро­ста­ю­ча потре­ба у ста­лих та еко­ло­гі­чно чистих мате­рі­а­лах робить као­лі­ни акту­аль­ни­ми для дослі­джень і роз­ви­тку нових техно­ло­гій. Техні­чний про­грес надає можли­вість вивча­ти міне­рал на більш гли­бо­ко­му рів­ні, що від­кри­ває дода­тко­ві пер­спе­кти­ви для їх засто­су­ва­н­ня.