陶磁器産業の有望な原料源としてのアブゼニマ粘土鉱床の評価洞察：リモートセンシングと特性評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 58 (2023) この記事を引用

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急速な発展と突然変異により、世界中の国々の需要を満たすためにセラミックの工業化が高まりました。 したがって、セラミック産業の需要の増加を克服するには、セラミック原料の可能性のある新たな埋蔵量を継続的に探査する必要があります。 この研究では、アブゼニマ地域の上部白亜紀（サントニアン）粘土鉱床の、陶磁器産業の原料としての潜在的な用途の適合性評価が広範囲に実施されました。 リモート センシング データを使用して、カオリナイトを含む地層の地図を作成し、調査地域での粘土埋蔵量の追加の発生を確認しました。 これに関連して、マトゥラ層からの 10 個の代表的な粘土質物質がサンプリングされ、鉱物学的、地球化学的、形態学的、物理的、熱的、および塑性特性が検査されました。 出発粘土材料の鉱物学的および化学的組成を調べた。 研究した粘土の物理化学的表面特性は、SEM-EDX および TEM を利用して研究されました。 粒度分析により、白色セラミックせっ器およびセラミックタイルの製造に適したサンプルの特性が確認されました。 調査された粘土堆積物の技術的特性と適合性特性により、アブゼニマ粘土がさまざまなセラミック製品の潜在的なセラミック原料として工業的に適切であることが証明されました。 調査対象地域に適度な質と量を備えた高カオリン埋蔵量が存在することは地域的に重要である。 それは製造コストを大幅に削減し、高い消費率を克服するのに役立ちます。 調査対象地域のセラミックメーカーは、低コストの原材料、労働力、工場建設の利点を得るために、長期的に安定した生産者を業界に参入させることが期待されています。

天然粘土は一般に豊富に存在し、人類が利用してきた古代の材料としてよく知られており、今でもさまざまな用途に広く使用されています。 特に粘土は、建築用レンガ、インフラ、殺虫剤、浄水器、ゴム、医薬品、パーソナルケア製品など、いくつかの業界で優れた利用実績を誇っています。 さらに、粘土は最近、伝統的および人工セラミックス 1、軽量骨材 2、ハイブリッド金属セラミック複合材料 3、ジオポリマー 4、吸着剤 5、軽量シンタクティックフォーム複合材料 6、脂質保存 7、セメント質構造など、さまざまな開発目的のための新しい材料や複合材料の設計に関与しています。ドラッグデリバリーシステムの材料8、低コストのセラミック膜9、および薬剤担体10。

粘土は、本来、粘土鉱物、非粘土堆積物、および特定量の水分で構成されています。 粘土は通常、二酸化ケイ素 (SiO2) / 酸化アルミニウム (Al2O3) の比率が 2.0/1.0 ～ (4.0 ～ 5.0)/1.01 の範囲で存在する層状構造の水和アルミノケイ酸塩の組み合わせです。 粘土は、モンモリロナイト、カオリナイト、イライト、緑泥石に富んだ粘土など、いくつかのカテゴリにさらに分類できます。 粘土ベースのセラミック製品の主原料として適切な粘土の選択は、その鉱物学的、化学的、物理的、および粒子サイズの特性に基づいて決定できます11。 世界的には、カオリナイトが豊富な粘土が最も豊富で、特にエジプトで広く使用されているアルミノケイ酸塩鉱物です12。 カオリナイト (\({\mathrm{Al}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}\cdot 2{\mathrm{SiO}}_{2}\cdot 2{\mathrm{H}} _{2}\mathrm{O}\)) は、地球の地殻に存在する豊富な鉱物と考えられています。 したがって、カオリンおよびカオリナイトが豊富な粘土は、伝統的なセラミックの製造に広く利用されています。 歴史的に、カオリン鉱床はもともとセラミック産業で使用される最初の原料であり、今でもカオリン鉱床の最もよく知られた産業用途です。 セラミック目的でカオリンに自然に存在する最も重要な特性は、可塑性、粒子サイズ、および焼成色です。 また、陶磁器産業で使用される粘土には、白色焼成プラスチック粘土（ボールクレー）13、中低可塑性白色焼成粘土14、赤色焼成プラスチック粘土15、炭酸塩含有赤色焼成粘土16など、さまざまな種類があります。 セラミック粘土は、元の堆積条件にある可能性もあれば、続成作用の関連効果とともに埋没された可能性もあります。 これらの条件は、堆積物（つまり、粘土から粘土岩、頁岩へ）の進行性の固結をもたらし、結果として鉱物組成（つまり、イライト - スメクタイト層状 > イライト > 絹雲母）と物理的性質の変化を伴う石化（粘板岩）に至る可能性があります（特に可塑性と研削性）。 セラミックプラントは未固結の堆積物から中程度に固結した粘土材料まで加工できますが、強く石化した粘土岩は通常「硬い材料」（すなわち長石岩）として扱う必要があります16,17。