黒タルクは、主成分がMg3(Si4O10)(OH)2のケイ酸塩鉱物です。グラフェン状の有機物を含むため、黒色または灰黒色を呈します。柔らかく、電気絶縁性と耐熱性に優れています。強酸・強アルカリに耐性があり、グリースへの吸着効果が強く、優れた潤滑性を有します。焼成後の白色度は97%に達します。
現在、主に江西省広豊市に分布しています。江西省九江市。カペン、湖南省。広東省平原市。広西チワン族自治区鹿川市。豊都、重慶。および他の場所。江西省広豊市だけでも埋蔵量は10億トンを超えている。
中国各地の黒タルクの化学組成（質量分率/%）
| 起源 | SO₂ | Al₂O₃ | Fe₂O₃ | K₂O | N₀O | 酸化カルシウム | 酸化マグネシウム | 二酸化チタン | LOI |
| 江西省広峰 | 55.84 | 0.34 | 0.13 | — | — | 4.34 | 27.86 | — | 11.14 |
| 江西九江 | 61.56 | 5.86 | 2.58 | 0.57 | 0.14 | 2.32 | 17.16 | 0.19 | 8.89 |
| 湖南省華街 | 61.59 | 2.88 | 1.57 | 0.28 | 0.12 | 1.82 | 23.37 | 0.10 | 7.37 |
| 広東省平遠 | 53.10 | 0.49 | 0.48 | 0.02 | 0.12 | 7.18 | 27.17 | 0.07 | 10.92 |
| 広西チワン族自治区梧州 | 57.56 | 1.03 | 0.42 | — | — | 1.18 | 28.21 | 0.07 | 10.86 |
| 重慶豊都 | 61.52 | 2.13 | 1.06 | — | — | 2.89 | 22.80 | — | 9.58 |
黒タルクは、主に日用品のセラミック、ゴム、プラスチック、コーティング、製紙などの充填剤として使用されています。研究により、新エネルギー、環境保護、医薬品、抗菌用途、ファインケミカルなどの分野でも独自の特性を有することが分かっており、高付加価値製品の開発につながる可能性を秘めています。
黒タルクの主な12の用途
1 グラフェン複合材料
呉暁文氏の研究チームは、黒タルクを原料として用い、異なる温度と雰囲気下での焼成または炭化における相挙動の変化を研究した。そして、焼成／炭化生成物を原料として焼結し、グラフェン強化エンスタタイト系複合材料を作製した。
結果は、窒素雰囲気下での高温処理後のタルク粉末中に多層グラフェンが存在し、これが複合材料の性能向上に重要な役割を果たしていることを示しています。窒素雰囲気下で炭化処理した生成物から作製した複合材料と比較して、空気雰囲気下で焼成処理した生成物から作製した複合材料の平均曲げ強度は約10 MPa増加し、抵抗率は1桁低下し、平均熱伝導率は約6.2×10⁻¹ W/(m·K)増加しました。
2 電極材料
ファン・ペン氏らは、天然の黒タルクを原料として、酸処理により新しいタイプの炭素材料であるFCを抽出・調製した。彼らはこの材料をそれぞれ500℃と800℃で熱処理し、熱処理サンプルFC500とFC800を得た。
このうち、800℃の熱処理により、炭素材料表面のフッ素化官能基が完全に除去された結果、材料の構造欠陥が増加し、初回不可逆容量が減少し、電子伝導性が向上しました。その結果、初回クーロン効率が向上し、レート特性とサイクル特性が向上しました。FC800電極の0.1Cレートにおける比容量は477mAh/gであり、様々なレート条件における比容量は市販のグラファイト負極を上回りました。サイクル特性もFC電極とFC500電極を上回っています。
3 環境に優しい素材
秦文麗らは、in-situ合成技術を用いて黒タルク/NiTiO3複合材料を作製した。NiTiO3は誘電損失を増加させ、材料の電磁波吸収性能を向上させた。電磁波吸収性能は黒タルク/NiFe2O4複合材料と比較され、黒タルクの電磁波吸収への応用が拡大した。
製造された黒タルク/NiFe2O4複合材料は優れた電磁波吸収性能を示し、マイクロ波の助けを借りることで難分解性汚染物質に対して強力な分解効果を示し、黒タルクの汚染物質分解への応用をさらに拡大します。
4 特殊セラミック材料
高温焼成後の黒タルクの主相は、低誘電率成分であるケイ酸マグネシウムと石英です。そのため、黒タルクは低コストで低誘電率のセラミック材料の候補系となることが期待されています。
劉子正氏らは、江西省光豊黒タルク鉱山を研究対象として、黒タルクをベースとしたマイクロ波誘電セラミック材料を作製した。この研究によると、黒タルクセラミックはMgSiO3エンスタタイト相およびSiO2石英相と共存している。焼結密度と試料組成は、セラミック材料のマイクロ波誘電特性に大きく影響する。焼結温度が1325℃のとき、試料はεr = 5.11、Qxf = 56782 GHz、τf = -17.85×10⁻⁶/℃という最高のマイクロ波誘電性能を示した。この研究は、黒タルクの高付加価値利用に新たなアイデアを提供するだけでなく、5G商用マイクロ波デバイスに使用されるセラミック材料の革新的なソリューションも提供する。
5 摩擦材
摩擦材に使用すると、多数の二次接触面を生成し、接触点を連続的に確立してその変化を低減します。これにより、摩擦係数の安定性が大幅に向上します。
Shang Xi 氏と同僚は、摩擦材の摩擦係数安定剤としてのそれがブレーキパッドの全体的な性能に与える影響を研究しました。
彼らは、摩擦防止充填剤が摩擦性能に与える影響を評価するために、3 つの要因 (コークス粉末、人造黒鉛、黒タルク) を使用した 2 レベルの直交実験を設計しました。
結果は、高温下では黒色タルク、コークス粉、人造黒鉛の相乗効果が高まり、摩耗が効果的に低減することを示しています。総摩耗率は2.49×10⁻⁷ cm³/(N·m)から1.84×10⁻⁷ cm³/(N·m)に減少しました。
これらのうち、6 wt.%コークス粉末、9 wt.%人造黒鉛、7 wt.%黒色タルクの混合物が最良の摩擦係数安定性を示した。
6 抗菌素材
酸活性ミネラルは、Ag、Cu²⁺、Zn²⁺などの抗菌性金属イオンを注入するための機能性陽イオンキャリアとして使用されます。活性イオンはミネラル中に安定的に保持され、ゆっくりと安全に放出されることで抗菌・殺菌効果を発揮します。
Meng Yuhang 氏らは、700°C で焼成した黒タルク (タルク) の安定した層状構造、優れた生体適合性、抗菌性に基づき、溶液システムでの原位置沈殿により、新しい抗菌材料である ZnO/タルク黒タルクを調製しました。
抗菌実験の結果、Z/T-30の濃度が1 mg/mLのとき、その抗菌率は100%に近づき、GB/T21510-2008「ナノ無機材料の抗菌性試験方法」で要求されている5 mg/mLを大幅に下回りました。Z/T-30の濃度が2 mg/mLのとき、L929細胞の生存率は84%で、75%の閾値を依然として上回り、顕著な細胞毒性は見られませんでした。さらに、タルクと比較して、Z/T-30はMg²⁺の溶出が少なく、材料の広範囲抗菌特性を向上させるのに役立ちます。したがって、Z/T-30は優れた抗菌活性と良好な生体適合性を示し、有望な無機抗菌材料となっています。
7 医学
黒タルクの化学組成は毒性が低く、粘土状の鉱物構造により止血、ひび割れ防止、吸着作用を有しています。油脂、人体汚損物、有機物を効果的に吸収し、止血、殺菌、抗菌作用を発揮します。また、医薬品添加物としても用いられます。
8 フィラー
黒タルクは日用陶磁器の製造に用いられます。焼成後、陶磁器の均一な密度、滑らかな表面、そして良好な光沢を実現します。陶磁器は、様々な成分の配合比によって様々な色を呈します。
9 プラスチック
プラスチックに黒色タルク粉末を加えると、耐薬品性、耐熱性、安定性、硬度、引張強度、耐クリープ性、電気絶縁性が向上します。
10 ゴム
ゴムにおいて、黒タルク粉は可塑性、接着性を低減し、表面平滑性を向上させます。耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性、絶縁性などのゴム製品に広く使用されています。
例えば、自動車のタイヤに使用されているカーボンブラックの一部を黒色タルク粉末に置き換えると、ゴムの耐熱性を高めることができます。
11 コーティング
コーティングでは、黒色タルク粉末を添加することで、せん断強度、圧力強度、引張強度を高め、変形強度、伸び、熱膨張係数を低減しながら製造コストを削減できます。
12 製紙
製紙業界における黒タルクの応用は大きな可能性を秘めています。一方で、高品質の白タルク鉱山は年々減少しており、製紙に必要な白さの基準を満たす鉱山は減少しています。
黒タルクは有機物や遊離炭素を含み、黒色または灰黒色の外観を呈しますが、焼成後の白色度は91%以上、さらには97%に達することもあります。そのため、白タルクの白色度を凌駕する高品質の填料となります。また、薄片状の構造、優れた絶縁性、耐熱性、吸着性、潤滑性といった特性により、紙に新たな機能性を与えます。製紙業界では、填料や樹脂処理剤として広く使用されています。
結論
黒タルクの応用は最近開発されたものではなく、セラミック材料、ゴム、プラスチック、コーティングの充填剤として長い間使用されてきました。
しかし、黒タルクの応用価値はこれらの分野に限定されません。新エネルギーや新素材におけるその潜在力は既に認識されています。さらに、その豊富な埋蔵量は、市場動向に沿った高付加価値製品の開発を可能にし、より大きな開発ポテンシャルを秘めています。
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