الكاولين معدن غير فلزي، وهو نوع من الطين والصخور الطينية يتكون أساسًا من معادن طينية من مجموعة الكاولينيت. يُعرف أيضًا باسم تربة بايون نظرًا لمظهره الأبيض الناعم. سُمّي بهذا الاسم نسبةً إلى قرية غاولينغ في جينغدتشن، بمقاطعة جيانغشي.

يتميز الكاولين النقي بلونه الأبيض، وقوامه الناعم، وخصائصه الفيزيائية والكيميائية الجيدة، مثل اللدونة ومقاومة الحريق. ويتكون تركيبه المعدني بشكل أساسي من الكاولينيت، والهالوسيت، والهيدروميكا، والإيليت، والمونتوموريلونيت، بالإضافة إلى معادن أخرى كالكوارتز والفلسبار. للكاولين استخدامات واسعة، أبرزها صناعة الورق، والسيراميك، والمواد المقاومة للحرارة، بالإضافة إلى استخدامه في الطلاءات، وحشوات المطاط، وطلاءات المينا، والمواد الخام للأسمنت الأبيض. كما يُستخدم بكميات قليلة في صناعات البلاستيك، والدهانات، والأصباغ، وعجلات التجليخ، وأقلام الرصاص، ومستحضرات التجميل اليومية، والصابون، والمبيدات الحشرية، والأدوية، والمنسوجات، والبترول، والمواد الكيميائية، ومواد البناء، والدفاع الوطني، وغيرها من القطاعات الصناعية.

خصائص العملية
سطوع البياض القابل للطي

يُعدّ البياض أحد المعايير الرئيسية للأداء التقني للكاولين، ويتميز الكاولين عالي النقاء بلونه الأبيض. وينقسم بياض الكاولين إلى بياض طبيعي وبياض مُكلس. بالنسبة للمواد الخام الخزفية، يُعدّ البياض بعد التكليس أكثر أهمية، فكلما زاد البياض المُكلس، تحسّنت الجودة. تنصّ عملية صناعة الخزف على أن التجفيف عند 105 درجة مئوية هو معيار تصنيف البياض الطبيعي، بينما التكليس عند 1300 درجة مئوية هو معيار تصنيف البياض المُكلس. يُمكن قياس البياض باستخدام جهاز قياس البياض، الذي يقيس سطوع الضوء عند أطوال موجية تتراوح بين 3800 و7000 أنغستروم (أي أن 1 أنغستروم = 0.1 نانومتر). في مقياس البياض، تتم مقارنة انعكاسية عينة الاختبار مع انعكاسية العينة القياسية (مثل BaSO4، MgO، إلخ)، مما ينتج عنه قيمة بياض (مثل بياض 90، وهو ما يعادل 90٪ من انعكاسية العينة القياسية).

السطوع هو خاصية عملية مشابهة للبياض، ويعادل 4570 أنجستروم. البياض تحت إشعاع الضوء بطول موجة (أنجستروم).

يرتبط لون الكاولين بشكل أساسي بأكاسيد المعادن أو المواد العضوية التي يحتويها. فعند احتوائه على أكسيد الحديد الثلاثي (Fe2O3)، يظهر بلون أحمر وردي أو أصفر بني؛ وعند احتوائه على أيونات الحديد الثنائي (Fe2+)، يظهر بلون أزرق فاتح أو أخضر فاتح؛ وعند احتوائه على ثاني أكسيد المنغنيز (MnO2)، يظهر بلون بني فاتح؛ أما إذا احتوى على مواد عضوية، فيظهر بألوان أخرى كالأصفر الفاتح والرمادي والأزرق والأسود. وتؤدي هذه الشوائب إلى تقليل البياض الطبيعي للكاولين. كما يمكن أن تؤثر معادن الحديد والتيتانيوم على البياض بعد التكليس، مما يُسبب ظهور بقع ملونة أو آثار انصهار على الخزف.

توزيع حجم الجسيمات القابلة للطي
يشير توزيع حجم الجسيمات إلى نسبة الجسيمات في الكاولين الطبيعي ضمن نطاق متصل من أحجام الجسيمات المختلفة (معبرًا عنها بالملليمترات أو الميكرومترات)، معبرًا عنها كنسبة مئوية. تُعد خصائص توزيع حجم جسيمات الكاولين ذات أهمية بالغة لانتقائية الخامات وتطبيقاتها في عمليات التصنيع. يؤثر حجم الجسيمات بشكل كبير على لدونة الكاولين، ولزوجة الطين، وسعة التبادل الأيوني، وأداء التشكيل، وأداء التجفيف، وأداء الحرق. يتطلب خام الكاولين معالجة تقنية، وقد أصبح سهولة معالجته للوصول إلى النعومة المطلوبة أحد معايير تقييم جودة الخام. لكل قطاع صناعي متطلبات محددة لحجم جسيمات الكاولين ونعومته لأغراض مختلفة. على سبيل المثال، تشترط الولايات المتحدة أن يكون حجم جسيمات الكاولين المستخدم في الطلاء أقل من 2 ميكرومتر، وأن يشكل محتوى الميكرومتر 90-95%، بينما يشترط أن يكون حجم جسيمات الكاولين المستخدم في حشو الورق أقل من 2 ميكرومتر، وأن يشكل محتوى الميكرومتر 78-80%.

التجليد بالطي
تشير خاصية الالتصاق إلى قدرة الكاولين على الاندماج مع المواد الخام غير اللدنة لتكوين كتل طينية لدنة، مع امتلاكه درجة معينة من قوة التماسك بعد التجفيف. يتم تحديد قدرة التماسك بإضافة رمل كوارتز قياسي (بتركيبة كتلية تتكون من حبيبات بحجم 0.25-0.15 مم بنسبة 70% وحبيبات بحجم 0.15-0.09 مم بنسبة 30%) إلى الكاولين. يُقاس ارتفاع الكاولين بناءً على أعلى نسبة رملية عند احتفاظه بقوامه الطيني اللدن، وقوة انحنائه بعد التجفيف. كلما زادت كمية الرمل المضافة، زادت قدرة الكاولين على التماسك. عادةً، يتميز الكاولين ذو اللدونة العالية بقدرة تماسك عالية.

لاصق قابل للطي
اللزوجة هي خاصية من خصائص السائل تعيق تدفقه النسبي نتيجة الاحتكاك الداخلي. ويُعبّر عن مقدارها (المؤثر على وحدة مساحة واحدة من الاحتكاك الداخلي) باللزوجة، بوحدة باسكال.ثانية (Pa·s). ويُقاس تحديد اللزوجة عادةً باستخدام مقياس لزوجة دوراني، يقيس سرعة الدوران في طين الكاولين الذي يحتوي على 70% من المواد الصلبة. للزوجة أهمية بالغة في عملية الإنتاج، فهي ليست فقط معيارًا مهمًا في صناعة السيراميك، بل لها أيضًا تأثير كبير على صناعة الورق. وتشير البيانات إلى أنه عند استخدام الكاولين كطلاء في الخارج، يُشترط أن تكون اللزوجة حوالي 0.5 باسكال.ثانية للطلاء منخفض السرعة، وأقل من 1.5 باسكال.ثانية للطلاء عالي السرعة.

تشير خاصية الثيكسوتروبية إلى قدرة المادة المعلقة التي تحولت إلى هلام ثم توقفت عن التدفق على أن تصبح سائلة بعد تعرضها للإجهاد، ثم تعود تدريجياً إلى حالتها الأصلية بعد سكونها. يُستخدم معامل اللزوجة لتمثيل حجمها، ويُقاس باستخدام مقياس لزوجة التدفق الخارجي ومقياس لزوجة الشعيرات الدموية.

تعتمد اللزوجة وخاصية التغير الانسيابي على التركيب المعدني وحجم الجسيمات ونوع الكاتيونات في الطين. عمومًا، تتميز الطينات الغنية بالمونتوموريلونيت والجسيمات الدقيقة والصوديوم كأيون تبادلي رئيسي بلزوجة عالية ومعامل زيادة في اللزوجة. لذا، تُستخدم في هذه العملية طرقٌ مثل إضافة طين عالي اللدونة وتحسين نعومة الطين لزيادة لزوجته وخاصية التغير الانسيابي، بينما تُستخدم طرقٌ أخرى مثل زيادة تركيز الإلكتروليت المخفف ومحتوى الماء لتقليلها.