DasMineralKaolinit ist ein sehr häufig vorkommendesSchichtsilikat aus der Kaolinit-Serpentin-Gruppe mit derkristallchemischen Zusammensetzung Al4[(OH)8|Si4O10]. Es ist ein typischer Vertreter der Zweischicht-Tonminerale. Kaolinit kristallisiert imtriklinen Kristallsystem und entwickelt meist blättrige, schuppige, erdige oder massige Aggregate, selten aber auch pseudohexagonaleKristalle von überwiegend weißer Farbe. Durch Verunreinigungen kann seine Farbe aber auch ins rötliche, bräunliche oder bläuliche spielen. SeineStrichfarbe ist weiß. Kaolinit kann gesteinsbildend alsKaolin auftreten.
Kaolinit hat eine Mohs’scheHärte von 2 bis 2,5, eineDichte von 2,61 bis 2,68 g/cm³. Im Wasser wird das Mineralplastisch verformbar.
Der Name Kaolinit ist aus demGesteinKaolin abgeleitet, dessen Hauptbestandteil es ist. Kaolin wiederum leitet sich aus dem ersten Fundort ab, dem chinesischen Ort 高嶺 Gaoling (von chin.: gāo lĭng = hoher Hügel).
Obschon die Herstellung von Stein- und Tongut so alt ist wie das Sesshaftwerden der Menschen, hat die Herstellung von Porzellan aus Kaolinit und Feldspat in einer primitiven Form wahrscheinlich erst imsiebten nachchristlichen Jahrhundert in China stattgefunden.
Verwendet wurde das Mineral dort aber bereits im Jahre 105 als Füllstoffmineral bei der Papierherstellung. 600 Jahre später wurde es dann nahe dem oben genannten Hügel als Rohstoff für die chinesische Keramik- und Porzellanindustrie verwendet. Die Entwicklung dieser Art von Keramik ging mit der Entwicklung von Hochtemperatur-Brennöfen einher, die eine ausreichend hohe Temperatur von 1450 °C für die Verglasung (Vitrifikation) von Kaolinit und Feldspat zur Verfügung stellen konnten. Chinaporzellan war denn auch anfangs eine der wichtigsten Handelswaren zwischen Europa und China. Seit 1707 wurde naheMeißen die erste Kaolinit-Lagerstätte zurPorzellanherstellung in Europa ausgebeutet.
Die seit 2001 gültige und von derInternational Mineralogical Association (IMA) verwendete9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Kaolinit in die Klasse der „Silikate undGermanate“ und dort in die Abteilung der „Schichtsilikatminerale (Phyllosilicate)“ ein. Diese Abteilung ist allerdings weiter unterteilt nach der Art der Schichtbildung, so dass das Mineral entsprechend seinem Aufbau in der Unterabteilung „Schichtsilikate (Phyllosilikate) mit Kaolinitschichten, zusammengesetzt aus tetraedrischen oder oktaedrischen Netzen“ zu finden ist, wo es namensgebend zusammen mit Dickit,Nakrit undOdinit die „Kaolinit-Gruppe“ mit der System-Nr.9.ED.05 bildet.
Die Kristallstruktur von Kaolinit besteht aus einer Tetraederschicht, die mit einer Oktaederschicht verknüpft ist. Erstere besteht aus Tetraedern, die über basale Sauerstoffe verknüpft (polymerisiert) und ausschließlich mit Silizium besetzt sind. Die Oktaederschicht besteht hingegen aus kantenverknüpften Oktaedern, die ausschließlich mit Aluminium besetzt sind. Diese, aus Tetraeder- und Oktaederschicht bestehende Struktur bezeichnet man als 1:1-Schichtpaket.
Kaolinit ist das am häufigsten auftretende Mineral der Kaolinitgruppe.Dickit undNakrit sindPolytype von Kaolinit, das heißt, sie sind chemisch identisch mit Kaolinit, die Stapelung der 1:1-Schichtpakete erfolgt jedoch in unterschiedlichen regulären Abfolgen.
Dickit und Nakrit sind zum Beispiel „double-layer“ Polytype, das heißt, die Periodizität entlang der kristallographischen c-Achse beträgt 2 mal 7 Ångström, entsprechend zwei 1:1-Schichtpaketen.Hydrohalloysit, auch als Halloysit-10Å bezeichnet, ist ein hydratisierter Kaolinit, das heißt, zwischen den 1:1-Schichtpaketen befindet sich ein Zwischenschichtpaket aus Wassermolekülen. Diese können die Struktur spontan oder durch vorsichtiges Erwärmen allmählich, bereits bei Raumtemperatur, oder unter Vakuumbedingungen verlassen. Entwässerter Halloysit-10Å wird auch als Halloysit-7Å (Halloysit) bezeichnet.Allophan undImogolit sind schlecht geordnete, wasserhaltige Alumosilikate.
Die Struktur von Kaolinit ändert sich durch thermische Behandlung in Luft bei atmosphärischem Druck (Kalzinierung). Bei 550–600 °C beginnt eineDehydratisierung, die zu amorphem Meta-Kaolinit (auchMetakaolin) mit derSummenformel Al2Si2O7 (Oxidformel Al2O3·2SiO2)[7] führt. EineDehydroxylierung wurde bis zu 900 °C beobachtet. Diese Phase ist nicht eine einfache amorphe Mischung aus SiO2 und Al2O3, sondern eine größere amorphe Struktur, die aufgrund ihrer hexagonalen Schichten eine gewisse Ordnung hat, ohne kristallin im engeren Sinn zu sein:
Bei weiterer Erhitzung auf 925–950 °C entsteht ein siliziumarmer Aluminium-Silizium-Spinell (Si3Al4O12), der manchmal als vom Typ γ-Aluminiumoxid bezeichnet wird:
Bei Kalzinierung auf 1050 °C wird die Spinellphase inMullit undCristobalit umgewandelt:
Meta-Kaolinit ist bisher nur synthetisch bekannt und konnte unter anderem bei Kohleverbrennungsexperimenten und in Keramik nachgewiesen werden. Es wird allerdings für möglich gehalten, dass die Verbindung auch in natürlicher Umgebungen entstehen kann.[7]
Kaolinit besteht aus submikroskopischen Kristallen mit blättrigemHabitus (Erscheinungsbild). Er ist zumeist Bestandteil derjenigen Tonmineralfraktion eines Sediments, der per Definition ein Korndurchmesser unterhalb von zwei Mikrometern zugeordnet wird. Das Mineral ist ein allgegenwärtigesAluminiumsilikat in den Böden feuchtwarmer Regionen und ein typisches Produkt der chemischen Verwitterung anderer Aluminiumsilikate durchSäure oder partielleHydrolyse, im Besonderen von Mineralen derFeldspat-Gruppe. Kaolinit ist Bestandteil verschiedenerdiagenetischer Abfolgen und kann als Füllmineral in Porenräumen von Sedimenten angetroffen werden. Es wird bei Temperaturen unterhalb von 300 °C, niedrigem Druck und bei pH-Werten zwischen 3 und 5 sowie bei geringenKalium-Konzentrationen gebildet. Bei höheren Konzentrationen entsteht stattdessen dasPhyllosilikatIllit.
Das Ausgangsgestein ist zumeist ein saurerMagmatit wie zum BeispielGranit oderRhyolith. Ausgangsminerale sind sowohlFeldspäte als auchMuskovit.Die Umsetzung von Kalifeldspat zu Kaolinit unter Oberflächenbedingungen wird bei einem pH-Wert unter 5 als Säurehydrolyse oder partielle Hydrolyse bezeichnet (die Kaolinisierung):
Kalifeldspat setzt sich mit Wasser zu Kaolinit,Quarz und Kaliumhydroxidlösung um.
Kalium muss abtransportiert werden, da sich sonst anstelle von Kaolinit Illit bildet.Unter tropischen Bedingungen mit hohen Niederschlagsraten, schneller Entwässerung, niedrigem Grundwasserstand und adäquatem Wasserfluss zum Abtransport der löslichen Komponenten sind Granit und Rhyolith leicht zu Kaolinit und Quarz verwitterbar. Die immobilen Komponenten sind Aluminium und Silizium, während hingegen die Alkali- und Erdalkalielemente als mobil bezeichnet werden können. Bei noch intensiverer Verwitterung wird aus Kaolinit Silizium gelöst undGibbsit (Hydrargillit) gebildet. Plagioklase verwittern im Allgemeinen vor Kalifeldspat und Muskowit.
Blättriger Kaolinit mitZinkenit aus der Itos Mine,Oruro, Bolivien Größe: 6,9 × 4,9 × 3,0 cm
Quarzdruse mit Calcit und weißem Kaolinit-Überzug aus St. Francisville,Clark County (Missouri), USA (Geodengröße: 4" × 3" × 2,5"; entspricht 10,16 × 7,62 × 6,35 cm)
Kaolinit respektive Kaolin findet überwiegend in der Herstellung vonPorzellan, als Füllmaterial inFarben und Plastik, als Füllmaterial undAppretur in derPapierherstellung, sowie bei der Ziegelherstellung und als feuerfestes Material Anwendung. Wichtigstes Verwendungsgebiet ist heutzutage die Beschichtung von Papier, wofür rund 60 % des Kaolins aufgewendet werden.
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