KAOLIN

Le kaolin est une argile industrielle importante, principalement composée d'un silicate d'aluminium hydraté appelé kaolinite (Al₂Si₂O₅(OH)₄).
Parmi les autres minéraux contenant du kaolin, on trouve la dickite, la nacrite et l'halloysite.
Ces minéraux sont moins courants que la kaolinite à l'état pur et se rencontrent généralement avec elle dans les gisements hydrothermaux.

CAS : 1332-58-7
Formule de composition : H₂Al₂O₈Si₂.H₂O
Masse molaire : 258,16 g/mol
EINECS : 310-194-1

Synonymes :
Anhydrol ; Argilla ; Bilt-cote ; Bilt-plates ; Buca ; Catalpo ; Poudre d'argile chinoise ; ARGILE PAR

Le kaolin peut se former par voie résiduelle ou sédimentaire. Dans le premier type, la kaolinite se forme par altération in situ ou hydrothermale de roches mères aluminosilicatées comme le granite ; dans le second, elle résulte du dépôt de kaolinite formée ailleurs.
La minéralogie, la morphologie et les propriétés chimiques et physiques uniques de la kaolinite en font une matière première polyvalente, adaptée à de nombreuses applications : céramique, couchage du papier, charges, agent de charge pour pigments dans les peintures latex d'intérieur à base d'eau et primaires industriels d'extérieur à base d'huile.

La kaolinite entre également dans la composition du caoutchouc non noir, des médicaments et produits pharmaceutiques, des cosmétiques, des crayons de couleur, des engrais, des détergents, des pesticides, du ciment blanc, des encres, des catalyseurs et de nombreux autres produits.
Ces propriétés sont fortement influencées par le mode de formation de l'argile, qui détermine la qualité de la kaolinite en modulant les teneurs en kaolinite et en impuretés.
Par exemple, la teneur en kaolinite des kaolins résiduels et sédimentaires varie respectivement de 20 % à 60 %. Les kaolins de haute qualité sont également pauvres en minéraux ferreux.
La présence d'oxydes de fer dans le kaolin altère la couleur de l'argile et réduit sa brillance et sa réfractarité.
Ces défauts entraînent une baisse importante de son prix commercial.

Même une quantité de 0,4 % d'oxydes, d'hydroxydes et d'oxydes hydratés de fer ferrique peut suffire à conférer une pigmentation rouge à jaune aux gisements d'argile.
Ces oxydes/hydroxydes de fer peuvent être l'hématite (rouge), la maghémite (brun rougeâtre), la goethite (jaune brunâtre), la lépidocrocite (orange), le ferrihydrate (rouge brunâtre), etc.
De même, les minerais de fer tels que l'hématite peuvent contenir des argiles comme le kaolin, constituant une contamination et perturbant le fonctionnement des hauts fourneaux.
Par conséquent, la première étape de valorisation de ces matières premières, essentielle pour leur retour sur investissement, consiste à éliminer efficacement les oxydes de fer des argiles kaolinitiques et inversement.
Le kaolin se forme en milieu acide par altération ou transformation hydrothermale des feldspaths, et, dans une moindre mesure, d'autres aluminosilicates.
Il peut former des gisements de kaolin altérés indépendants, des argiles kaolinitiques, ou être un composé de grès kaolinitiques et de minerais de fer oolithiques, et plus rarement de pegmatites et de gisements hydrothermaux.
Les gisements de kaolin les plus importants se sont formés par l'altération intense de roches riches en feldspath (granite, arkose, certains types d'orthogneiss et migmatites).
Il y a des millions d'années, la matière première s'est décomposée par altération, donnant naissance au kaolin et à la silice, associés à des quantités variables d'impuretés.

L'érosion mécanique a façonné la roche sous le climat tropical de cette époque. À des températures plus élevées, une corrosion chimique s'est produite sous l'action d'une eau saturée en CO₂ et en acides humiques libérés par l'eau.
Les gisements de kaolin de renommée mondiale en République tchèque sont particulièrement situés dans le district de Karlovy Vary (Sedlec, Podlesi et Otovice).
Les gisements de kaolin de la région de Karlovy Vary sont primaires, c'est-à-dire que le kaolin est resté sur son lieu de formation.
La matière première extraite contient de 20 à 30 % de kaolin ; le reste est constitué de sable siliceux, qui en fait partie intégrante.
Les gisements plus profonds sont généralement moins kaolinisés.

Des zones plus vastes, présentant une teneur en kaolin de 15 à 35 %, formées par l'altération d'arkoses, se trouvent aux alentours de Horni Briza, Kaznejov et Chotikov. Des gisements de kaolin de moindre qualité sont situés près de Nova Role, Vidnava, Kadan, Podborany, Znojmo et Veverska Bityska. Le kaolin a été obtenu à partir de kaolinite ou de grès illitique kaolinitique ou de poudingue extraits de la « mine U » en Moravie méridionale, selon la procédure suivante (données non publiées) :
Une couche superficielle de sol (environ 50 cm) a été retirée, et la matière première a été acheminée par un canon à eau jusqu’à une pompe d’aspiration (la source d’eau était un étang formé à la surface de la mine après l’extraction du kaolin).
Le kaolin était transporté sous forme de boue dense par une canalisation d'environ 150 m de long et d'environ 20 cm de diamètre jusqu'aux halls de l'usine de traitement.
Après lavage, classification et séparation granulométrique, sédimentation, ajout d'agent colloïdal et séchage dans des paniers métalliques, le produit était fini et pouvait être expédié aux clients.
Le kaolin, ou argile de Chine, est un silicate d'aluminium hydraté, naturel, presque blanc.

Ce matériau est peu glissant.
Le kaolin possède un bon pouvoir absorbant, est dense et est parfois utilisé pour réduire la masse volumique apparente des produits en poudre.
Le kaolin confère un aspect mat, qui peut légèrement atténuer la brillance de certains produits à base de talc.
Il s'agit d'un dépôt à grains fins composé principalement de minéraux argileux.
Le kaolin est plastique et pratiquement imperméable à l'état humide ; il se fissure en séchant. En géologie, la taille des particules constitutives est généralement considérée comme inférieure à 1/256 mm.
En pédologie, l'argile est définie comme un sol dont les particules ont une taille inférieure à 0,002 mm.
Un mélange d'argiles, de quartz et de feldspath contenant généralement au moins 25 % d'alumine.
On utilise couramment l'argile plastique et le kaolin.
On prépare une barbotine avec de l'eau pour obtenir une masse plastique et malléable, qui est ensuite émaillée et cuite pour obtenir un solide dur et lisse.

Poudre inodore, blanche à jaunâtre ou grisâtre.
Elle contient principalement du kaolinite (Al₂O₃·SiO₂·2H₂O), un aluminosilicate hydraté.
Le kaolin a un point de fusion de 740 à 1785 °C et une densité de 2,65 g/cm³.
Il est insoluble dans l'eau, mais il fonce et dégage une odeur de terre lorsqu'il est humide.
Le kaolin est un minéral argileux de formule chimique Al₂Si₂O₅(OH)₄.
C'est un minéral silicaté lamellaire, composé d'une couche tétraédrique de tétraèdres de silicate (SiO₄) liée à une couche octaédrique d'octaèdres d'aluminate (AlO₂(OH)₄) par des atomes d'oxygène d'un côté, et à une autre couche par des liaisons hydrogène de l'autre.
La kaolinite est un minéral tendre, terreux et généralement blanc (argile phyllosilicate dioctaédrique), issu de l'altération chimique de minéraux silicatés d'aluminium comme le feldspath.
Le kaolin présente une faible capacité de retrait-gonflement et une faible capacité d'échange cationique.

Les roches riches en kaolinite et en halloysite sont appelées kaolin (prononcé /ˈkeɪ.əlɪn/) ou argile de Chine. Dans de nombreuses régions du monde, le kaolin est coloré en rose-orange-rouge par l'oxyde de fer, ce qui lui confère une teinte rouille caractéristique.
Des concentrations plus faibles d'oxyde de fer donnent au kaolin des couleurs blanches, jaunes ou orange clair.
On trouve parfois des couches alternées plus claires et plus foncées, comme au parc d'État de Providence Canyon en Géorgie, aux États-Unis.
Le kaolin est une matière première importante dans de nombreuses industries et applications.
Le kaolin commercial est fourni et transporté sous forme de poudre, de morceaux, de filaments semi-séchés ou de pâte.
La production mondiale de kaolin en 2021 était estimée à 45 millions de tonnes, pour une valeur marchande totale de 4,24 milliards de dollars américains.
Le kaolin est un minéral argileux naturel, réputé pour ses propriétés absorbantes en cosmétique.
Il est particulièrement apprécié dans les masques faciaux destinés à réduire l'excès de sébum.

Bien que ses propriétés absorbantes soient bénéfiques aux peaux grasses, le kaolin peut assécher les autres types de peau (surtout en grande quantité). Pour éviter ce problème, certains formulateurs associent le kaolin à des ingrédients hydratants et apaisants qui compensent en partie son absorption, permettant ainsi à la peau de bénéficier de ses bienfaits sans sensation de sécheresse ni de tiraillement.

Propriétés chimiques du kaolin
Point de fusion : 1750 °C
Densité : 2,6 g/cm³
Densité apparente : 470 kg/m³
Indice de réfraction : 1,6200
Température de stockage : aucune restriction.
Solubilité : Pratiquement insoluble dans l’éther diéthylique, l’éthanol (95 %), l’eau, les autres solvants organiques, les acides dilués froids et les solutions d’hydroxydes alcalins. Forme : Poudre
Couleur : 75-96, luminosité Hunter
PH : 6-7 (50 g/l, H₂O, 20 °C) (suspension)
Solubilité dans l'eau : insoluble dans l'eau, les acides dilués et les hydroxydes alcalins [HAW93]
Constante diélectrique : 1,8 - 2,8 (0,0 °C)
Stabilité : Stable. Éviter le contact avec les agents oxydants puissants.
InChI : InChI=1S/2Al.O5Si2.2H₂O.2O/c;;1-6(2)5-7(3)4;;;;/h;;;2*1H₂;;/q2*+1;-2;;;;
Clé InChI : NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N
Système d'enregistrement des substances de l'EPA : Kaolin (1332-58-7)

Le kaolin se présente sous forme de poudre onctueuse, de couleur blanche à blanc grisâtre, exempte de particules granuleuses.
Il possède un goût caractéristique de terre ou d'argile. Humidifié, il fonce et dégage une odeur d'argile.
La séricite est un minéral semblable au mica blanc par sa forme et sa composition.
Le kaolin a un grain très fin et un aspect soyeux.
Ce matériau est doux et lisse, et procure une sensation glissante sur la peau.
La séricite peut être enduite de silicone et traitée par d'autres procédés pour améliorer son imperméabilité et son adhérence à la peau.

Structure et propriétés physiques
Le kaolin est une matière première plastique, constituée notamment du minéral argileux kaolinite.
Sa formule chimique est Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O (39,5 % Al₂O₃, 46,5 % SiO₂, 14,0 % H₂O).
En minéralogie systémique, la kaolinite appartient à la famille des phyllosilicates, minéraux argileux stratifiés formés d'un réseau de feuillets tétraédriques et octaédriques.
Les phyllosilicates sont classés en grands groupes selon le type de feuillets, la composition interfoliaire, la charge des feuillets et leur formule chimique.
Outre la kaolinite, la serpentine, l'halloysite, la pyroxylite, le mica et la montmorillonite font également partie des phyllosilicates. Le groupe des kaolinites comprend des minéraux dioctaédriques (1:1) composés de deux couches : une couche tétraédrique de silice [SiO₄] et une couche octaédrique d'aluminium [Al₂(OH)₄].

Ces couches sont liées entre elles par le partage d'anions oxygène entre Al et Si.
L'ensemble de ces deux couches forme des plaquettes.
Les plaquettes 1:1 de kaolinite sont fortement liées par des liaisons hydrogène entre les groupes OH de la couche octaédrique et les atomes d'oxygène de la couche tétraédrique.
Du fait de cette forte attraction, ces plaquettes ne se dilatent pas lorsqu'elles sont hydratées et la kaolinite ne présente qu'une surface externe.
De plus, la substitution isomorphe de l'aluminium par le silicium dans la couche tétraédrique est très faible.
Par conséquent, la kaolinite possède une faible capacité d'échange cationique.
La kaolinite adsorbe facilement l'eau et forme une substance plastique, semblable à une pâte.

Utilisations
Le kaolin a été utilisé :
Pour la préparation d’eau trouble synthétique servant à évaluer la capacité de biosorption des feuilles de Moringa oleifera.
En association avec du carraghénane pour induire une inflammation arthritique chez un modèle de rat, afin d’évaluer l’activité des inhibiteurs de JAK3 (Janus kinase 3).
Dans une étude visant à évaluer son utilité pour la culture améliorée par microparticules (MPEC) du 2-phényléthanol et de la 6-pentyl-α-pyrone.
Le kaolin est un mélange de divers silicates d’aluminium.
Le kaolin est souvent utilisé dans les poudres et les masques en raison de ses propriétés absorbantes, abrasives, gonflantes et opacifiantes.
Cette poudre blanche et douce possède de bonnes propriétés couvrantes et absorbantes, tant pour l’eau que pour l’huile, ce qui en fait un absorbeur approprié du sébum et de la transpiration sécrétés par la peau.
Le kaolin adhère bien à la surface de la peau, mais s’élimine facilement avec les soins nettoyants habituels.
Le kaolin est considéré comme une matière première non comédogène.

Applications pharmaceutiques
Le kaolin est un minéral naturel utilisé dans les formulations pharmaceutiques orales et topiques.
Dans les médicaments oraux, le kaolin est utilisé comme diluant dans les comprimés et les gélules ; il sert également d’excipient.
Dans les préparations topiques, le kaolin stérilisé est utilisé en cataplasmes et comme poudre à saupoudrer.
Sur le plan thérapeutique, le kaolin est utilisé dans les préparations antidiarrhéiques orales.

Principales applications
En 2009, jusqu’à 70 % du kaolin était utilisé dans la production de papier.
Suite à la baisse de la demande de l’industrie papetière, due à la concurrence d’autres minéraux et à l’essor des médias numériques, la répartition du marché en 2016 était la suivante : papier, 36 % ; céramique, 31 % ; peinture, 7 % ; et autres, 26 %.
Selon l’USGS, la production mondiale de kaolin était estimée à environ 45 millions de tonnes en 2021.
Les applications papetières exigent des kaolins à haute blancheur, faible abrasion et non délaminés.
Pour le couchage du papier, le kaolin est utilisé pour améliorer le brillant, la brillance, le lissage et la réceptivité aux encres ; il peut représenter jusqu’à 25 % de la masse du papier.
Comme charge, le kaolin sert d’allongement à la pâte et à augmenter l’opacité ; il peut représenter jusqu’à 15 % de la masse.
Dans les pâtes céramiques blanches, le kaolin peut constituer jusqu’à 50 % des matières premières.
À l’état cru, le kaolin contribue à la résistance, à la plasticité et aux propriétés rhéologiques, telles que la vitesse de coulée.
Lors de la cuisson, le kaolin réagit avec les autres composants de la pâte pour former les phases cristalline et vitreuse.
Avec des cycles de cuisson appropriés, le kaolin est essentiel à la formation de la mullite.
Les qualités les plus recherchées présentent de faibles teneurs en oxydes chromophores, ce qui confère au matériau cuit une blancheur élevée. Dans les émaux, le kaolin est principalement utilisé comme agent de contrôle de la rhéologie, mais il contribue également à sa résistance à cru.
Dans les émaux et les frittes, le kaolin apporte du SiO₂ comme formateur de réseau vitreux, et de l'Al₂O₃ comme formateur et modificateur de réseau.

Autres applications industrielles :
Il sert de matière première pour la production d'un matériau isolant appelé Kaowool (une forme de laine minérale).
Il est utilisé comme additif dans certaines peintures pour augmenter la concentration du pigment blanc de dioxyde de titane (TiO₂) et modifier le niveau de brillance.
Il est également utilisé comme additif pour modifier les propriétés du caoutchouc lors de la vulcanisation.
Il est utilisé comme additif dans les adhésifs pour modifier leur rhéologie.
Il sert d'adsorbant dans le traitement des eaux et des eaux usées.
Sous sa forme modifiée de métakaolin, il est utilisé comme pouzzolane ; ajouté à un mélange de béton, il accélère l'hydratation du ciment Portland et participe à la réaction pouzzolanique avec la portlandite formée lors de l'hydratation des principaux minéraux du ciment.
Le métakaolin est également un composant de base des géopolymères.

Usage médical
Pour apaiser les maux d'estomac, à l'instar des perroquets (et plus tard des humains) d'Amérique du Sud qui utilisaient originellement le kaolin (plus récemment, produit industriellement).
Les préparations à base de kaolin sont utilisées pour traiter la diarrhée.
Ingrédient des crèmes protectrices et barrières pour la peau à utiliser avant le travail.
Pour induire et accélérer la coagulation sanguine.
En avril 2008, l'Institut de recherche médicale navale des États-Unis a annoncé l'utilisation réussie d'une infusion d'aluminosilicate dérivée de la kaolinite dans la gaze traditionnelle.
qui reste l'hémostatique de choix pour toutes les branches de l'armée américaine.
Comme abrasif doux dans le dentifrice.

Cosmétiques
Comme agent de remplissage dans les cosmétiques.
Pour les masques faciaux ou les savons.
Pour les soins du corps en spa, tels que les enveloppements corporels, les cocons ou les traitements localisés.

Archéologie
Comme indicateur en datation radiologique, car la kaolinite peut contenir de très faibles traces d'uranium et de thorium.

Géophagie
Les humains consomment parfois du kaolin par plaisir ou pour calmer leur faim ; cette pratique est appelée géophagie.
En Afrique, le kaolin utilisé à ces fins est connu sous les noms de kalaba (au Gabon et au Cameroun), calaba et calabachop (en Guinée équatoriale).
La consommation est plus fréquente chez les femmes, notamment pendant la grossesse, et certaines femmes de la région comparent son usage à celui du tabagisme chez les hommes.
Cette pratique a également été observée au sein d'une petite population de femmes afro-américaines du Sud des États-Unis, en particulier en Géorgie, probablement importée des Africains mentionnés précédemment par le biais de l'esclavage.
Là-bas, le kaolin est appelé terre blanche, craie ou argile blanche.

Génie géotechnique
Les résultats de la recherche montrent que l'utilisation de la kaolinite en génie géotechnique peut être remplacée par de l'illite, plus sûre, surtout si sa proportion est inférieure à 10,8 % de la masse rocheuse totale.

Utilisations à petite échelle
Comme diffuseur de lumière dans les ampoules à incandescence blanches. En agriculture biologique, le kaolin est utilisé comme produit pulvérisé sur les cultures pour lutter contre les insectes et, dans le cas des pommes, pour prévenir les brûlures du soleil.
Il sert également de badigeon dans les maisons traditionnelles en pierre du Népal.
On l'utilise comme charge dans les disques diamantés Edison.

Utilisations industrielles
Le nom « kaolin » provient des deux mots chinois « kao-ling », qui signifient « haute crête », et désignait à l'origine la région d'origine de l'argile.
Le kaolin (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O) contient généralement moins de 2 % d'alcalis et de plus faibles quantités de fer, de chaux, de magnésie et de titane.
Grâce à sa pureté, le kaolin possède un point de fusion élevé et est l'argile la plus réfractaire.
Les kaolins purs sont largement utilisés pour la fabrication de produits sanitaires, de céramiques et de réfractaires.
Le kaolin de Géorgie est l'un des kaolins les plus homogènes.
De manière générale, il existe deux types de kaolin provenant de Géorgie, tous deux largement utilisés pour la fonderie et d'autres procédés. Un type de kaolin confère une résistance et une plasticité exceptionnellement élevées, et est utilisé pour le moulage et le jigging, procédés qui requièrent une grande maniabilité.
L'autre type est généralement une argile fractionnée à granulométrie contrôlée, qui se comporte également bien au moulage, sèche uniformément et réduit la fissuration des pièces.

Méthodes de production
Le kaolin est un silicate d'aluminium hydraté obtenu par l'exploitation de gisements minéraux naturels.
D'importants gisements se trouvent en Géorgie (États-Unis) et en Cornouailles (Angleterre).
Le kaolin extrait est réduit en poudre et débarrassé des particules grossières et granuleuses par élutriation ou par tamisage.
Les impuretés telles que l'oxyde ferrique, le carbonate de calcium et le carbonate de magnésium sont éliminées à l'aide d'un électroaimant et par traitement à l'acide chlorhydrique et/ou à l'acide sulfurique.

Préparation
L'extraction du kaolin (argile kaolinique) de ses gisements se fait généralement en trois étapes : exploitation à ciel ouvert, traitement et enrichissement du minerai, et séchage. L'exploitation à ciel ouvert nécessite le décapage de la couche de terre recouvrant l'argile (déblai).
L'argile exposée est ensuite extraite par un procédé hydraulique : un jet d'eau à haute pression, provenant d'un canon à eau appelé monitor, érode les parois de la fosse.
Ce procédé libère de la carrière le kaolin, ainsi que du sable et du mica.
La boue ainsi formée s'écoule vers le fond de la fosse ou du gouffre, où elle est pompée par des pompes centrifuges vers des classificateurs. Le sable siliceux grossier est alors séparé.
Ce sable est ensuite réutilisé pour la réhabilitation des paysages.
La suspension d'argile restante est transportée par un pipeline souterrain jusqu'à l'usine de traitement et d'enrichissement des minéraux. Dans cette usine, une série de techniques de séparation gravimétrique permettent d'éliminer les particules telles que le quartz, le mica et les feldspaths.
Parfois, la boue d'argile purifiée subit un blanchiment chimique supplémentaire qui améliore considérablement sa blancheur. La suspension d'argile raffinée est ensuite filtrée, et le gâteau de filtration, présentant une teneur en humidité d'environ 25 % en poids, passe dans un séchoir thermique alimenté au gaz naturel pour obtenir un produit final à 10 % d'humidité en poids.
Le kaolin est généralement vendu sous forme de granulés dont la taille varie de 6 à 12 mm.