カオリナイト（カオリン）とは？粘土鉱物の成分・特徴・用途を解説

カオリナイト（カオリン）の化学組成・生成過程・色や物性、産業用途・加工法を図解でわかりやすく解説。初心者から専門者まで役立つ情報。

カオリナイトまたはカオリンは粘土鉱物です。それは化学組成Al₂Si2O₅(OH)_4のグループに属しています。それは層状のケイ酸塩鉱物で、1つの四面体シートが酸素原子を介してアルミナの1つの八面体シートにリンクされています。カオリナイトが豊富に含まれる岩石は、カオリンまたはチャイナクレイとして知られています。

中国江西省景徳鎮近郊の村、カオリンにちなんで名づけられました。1727年、イエズス会の司祭が景徳鎮からの報告書で使用したフランス語の「カオリン」から英語名になりました。アフリカではカラバやカラバと呼ばれることもあります。

カオリナイトは、柔らかく、土っぽい、通常は白い鉱物（二十八面体フィロシリケート粘土）です。長石のようなアルミニウム珪酸塩鉱物の化学的風化によって生成されます。世界の多くの地域では、酸化鉄によってピンク～オレンジ～赤に着色され、独特の錆の色相を呈しています。濃度が低いと、白、黄色、または淡いオレンジ色になります。交互の層は、時々ジョージア州、アメリカ合衆国のプロビデンスキャニオン州立公園でのように、発見されています。カオリンの商業グレードは、乾燥粉末、半乾燥麺、または液体スラリーとして供給され、輸送されています。

カオリナイトは、低収縮ウェル容量と低陽イオン交換容量を有すると言われており、様々な産業用途に適しています。

化学組成と結晶構造

正しい簡潔な化学式は Al₂Si₂O₅(OH)₄ です。カオリナイトは1:1型の層状ケイ酸塩で、四面体（SiO4）シートと八面体（AlO6）シートが一層ずつ交互に積み重なって形成されています。層間は水素結合で結びついているため、層間の剥離は比較的困難ですが、薄片（プラキック）状の形態を示します。

加熱により水酸基が失われる脱水（脱水素化）を起こし、約450–700℃で非晶質のメタカオリン（metakaolin）に変化します。さらに高温ではムライトなどの高温相が生成され、陶業分野で重要な挙動を示します。

物理的・化学的性質

• 色: 純白が基本だが、酸化鉄等の不純物でピンク〜オレンジ〜赤などに着色する。
• 形態: 薄片状（板状、鱗片状）で「本状（book-like）」の集合を作ることが多い。
• 硬度: モース硬度は約2–2.5（非常に柔らかい）。
• 比重: およそ2.6前後。
• 比表面積: 粒子状態によるが一般に低〜中（おおむね10〜30 m2/g 程度）。
• 陽イオン交換容量（CEC）: 低く、一般に数meq/100g 程度（用途により重要な指標）。
• 粒径: 用途により微粉（サブミクロン〜数ミクロン）に粉砕・分級される。

生成過程と主要産出地

カオリナイトは主に長石や他のアルミノ珪酸塩鉱物の化学風化や、熱水変質、風成堆積によって生成します。白色で純度の高い堆積層（カオリン鉱床）は採掘され、製陶原料や工業用原料として利用されます。

名称の由来となったのは中国江西省景徳鎮近郊の「カオリン」村で、世界の主要産出国としては中国、ブラジル、アメリカ合衆国（特にジョージア州やフロリダ州）、イギリスなどが挙げられます。風景的に有名な産出地の一例として、ジョージア州のプロビデンスキャニオン州立公園の露頭が知られています。

主な用途

カオリンはその白色度、粒径調整の容易さ、化学的安定性などから多くの産業で使われます。主な用途は以下の通りです。

• 陶磁器・セラミックス: 白さと可塑性により磁器、タイル、衛生陶器などの主要原料。
• 製紙: 塗工用および度数（フィラー）として表面平滑化、白色度向上、印刷適性改善に寄与。
• 塗料・コーティング: 隠蔽性・白色度の向上、コスト低減のため充填材として使用。
• ゴム・プラスチック: 強度調整、寸法安定性、表面仕上げ改善用のフィラー。
• 建設材料: 焼成により高温相を作るほか、カルシネート（焼成）カオリンやメタカオリンはコンクリートのポゾラン材として耐久性・強度を改善。
• 化粧品・医薬品: 高純度のものはパウダー、スクラブ、洗顔料などに利用（皮膚刺激が少ないとされるが純度管理が必要）。
• 環境用途・吸着材: 表面処理や改質により吸着材や触媒担体としての利用も行われる。

加工・改質（工業処理）

鉱石はまず破砕・分級・乾燥され、用途に応じて粉砕や湿式分散・脱鉄・選鉱が行われます。代表的な改質方法:

• カルシネーション（焼成）: メタカオリンを作ることでポゾラン特性や反応性を獲得し、塗料・紙用の光学特性も変化する。
• 酸処理（活性化）: 白色度や比表面積を向上させるため、硫酸等で処理することがある。
• 表面処理: シラン、脂肪酸塩、界面活性剤などで表面を処理し、親水性／疎水性や分散性を調整する。

安全性と環境上の注意点

カオリン自体は一般に毒性が低く、化粧品や医薬で広く使用されています。ただし粉じん（微粉）を吸入すると呼吸器への刺激や肺への影響を与えることがあるため、採掘・粉砕・搬送作業では適切な粉じん対策（集じん、局所排気、保護マスク等）が必要です。さらに製品の純度管理により、遊離結晶性シリカの混入を最小限にすることが重要です。

まとめ

カオリナイト（カオリン）は、白色度や加工性に優れ、陶磁器から製紙、塗料、建築資材、化粧品まで幅広く使われる重要な粘土鉱物です。化学的には Al₂Si₂O₅(OH)₄ という層状構造を持ち、加熱や化学処理によって多様な工業特性を引き出せます。用途に応じた適切な選別・改質と、作業環境での粉じん対策がポイントです。

質問と回答

Q:カオリナイトとは何ですか?

Q:「カオリン」という名前の由来は?

Q:カオリナイトは通常何色ですか?

Q:カオリナイトはどのように供給され、輸送されるのですか?

Q:カオリナイトが様々な産業用途に最適な理由は何ですか?

Q:世界の他のどの部分でカオリンは他のものとして知られているのですか?

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