How does mineralogy control the technical properties of paper kaolins and ceramic clays? [Elektronische Ressource] / Kerstin Petrick. Betreuer: K. Emmerich

Kerstin Petrick

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• Publié par: karlsruher_institut_fur_technologie
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 30
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 12 Mo

Extrait

How does mineralogy control
the technical properties of
paper kaolins and ceramic clays?

Zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften von der Fakultät für
Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften des
Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
genehmigte

DISSERTATION


von
Dipl.-Min. Kerstin Petrick
aus Baden-Baden



Tag der mündlichen Prüfung: 23.11.2011
Referentin: PD Dr. K. Emmerich
Korreferent: Prof. Dr. H.-G. Stosch



Karlsruhe 2011









































































Eidesstattliche Erklärung


Hiermit versichere ich, die Arbeit selbständig angefertigt und keine anderen als
die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt sowie die wörtlich oder
inhaltlich übernommenen Stellen als solche kenntlich gemacht und die Satzung
der Universität Karlsruhe (TH) zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis in
der jeweils gültigen Fassung beachtet zu haben.
Die vorliegende Dissertation wurde weder anderweitig als Prüfungsarbeit
verwendet, noch an einer anderen Fakultät als Dissertation vorgelegt.
Ich versichere, bisher keine erfolglosen Promotionsversuche unternommen zu
haben.





Kerstin Petrick
Karlsruhe, 2011 Table of contents


Acknowledgment I
Abstract III
Kurzfassung VII
Abbreviations XI
1 Introduction 1
1.1 The Bioton project 2
1.2 Biotechnology and geomicrobiology in mineral processing 3
1.3 Paper kaolins 4
1.3.1 Properties and applications of kaolins 4
1.3.2 Industrial material screening for paper applications 6
1.3.3 Dyeing impurities of kaolins 7
1.3.4 Conventional kaolin processing 10
1.3.5 Microbial refinement of kaolins 11
1.4 Ceramic clays 16
1.4.1 Properties and applications of ceramic clays 16
1.4.2 Industrial material screening for ceramic applications 16
1.4.3 Plasticity of ceramic clays 18
1.4.4 Conventional plasticity-enhancing methods 21
1.4.5 Microbial plasticity-enhancing methods 22
1.5 Multi-method approach for mineralogical phase content
determination 23
1.5.1 General considerations on quantitative phase analysis 23
1.5.2 The role of powder X-ray diffraction for the determination
of clay minerals 26
2 Structure and occurrence of clay minerals 29
2.1 General structural features of clay minerals and mixed-layer
minerals 29
2.1.1 Clay minerals 29 2.1.2 Mixed-layer minerals 30
2.2 Structure and occurrence of individual clay minerals 36
2.2.1 Kaolinite 36
2.2.2 Illite 37
2.2.3 Smectite 38
2.2.4 Illite-smectite mixed-layer minerals 40
3 Materials 43
3.1 Paper kaolins 43
3.1.1 Geological setting 44
3.1.2 Sampling technique and sample preparation 45
3.2 Ceramic clays 47
3.2.1 Geological setting 48
3.2.2 Sampling technique and sample preparation 48
3.3 Sample overview 49
4 Methods 51
4.1 Physical and chemical methods 51
4.1.1 Brightness 51
4.1.2 pH and electrical conductivity 53
4.1.3 Soluble salt concentration 54
4.1.4 Plasticity 55
4.2 Mineralogical methods 57
4.2.1 Water content 57
4.2.2 Grain-size distribution 58
4.2.3 X-ray diffraction 61
4.2.4 X-ray fluorescence 69
4.2.5 Simultaneous Thermal Analysis 70
4.2.6 Cation exchange capacity and exchangeable cations 73
4.2.7 Mössbauer spectroscopy 75
4.2.8 Microscopy 78
5 Comprehensive characterization of the paper kaolins 81
5.1 Introduction 81
5.2 Results 82
5.2.1 Grain-size distribution and processing properties-related
parameters 82
5.2.2 X-ray techniques 88
5.2.3 Simultaneous Thermal Analysis 116
5.2.4 CEC measurements 129
5.2.5 Microscopic techniques and Mössbauer spectroscopy 134
5.2.6 Electron microscopy 138
5.2.7 Summary of the quantification results 141
5.3 Discussion 150
5.3.1 Physical and chemical parameters 150
5.3.2 Mineralogical parameters 155
5.4 Conclusions 161
6 Comprehensive characterization of the ceramic clays 163
6.1 Introduction 163
6.2 Results 164
6.2.1 Grain-size distribution and processing properties-related
parameters 164
6.2.2 X-ray techniques 165
6.2.3 Simultaneous Thermal Analysis 172
6.2.4 CEC measurements 173
6.2.5 Microscopic techniques and Mössbauer spectroscopy 176
6.2.6 Summary of the quantification results 176
6.3 Discussion 177
6.3.1 Physical and chemical parameters 177
6.3.2 Mineralogical parameters 182
6.4 Conclusions 184

7 Summary and final conclusions 187
8 References 191
9 Appendix 221