دانلود تحقیق رنگهای کوره ای

سولفاتها و کروماتها

در بحث ساختار کانیهای سولفیدی , دیدیم که گوگرد به صورت آنیون سولفیدی بزرگ دو ظرفیتی ظاهر می شود.

این یون از پر شدن دو ظرفیت لایه الکترونی خارجی یا ظرفیتی به وسیله الکترونهای تسخیر شده ایجاد می شود .

شش الکترونی که معمولا در این لایه وجود دارند , می توانند جدا شده و یک یون کوچک با بار مثبت زیاد و به شدت قطبنده را ایجاد کنند .

این یون با اکسیژنهای اطراف خود , با همارایی چهاروجهی ظاهر می شود.

پیوند گوگرد- اکسیژن در این گروه آنیونی بسیار قوی بوده و خواص آن کووالانسی است و گروههای در هم فشرده ای را به موجود می آورد که قادر به اشتراک گذاشتن اکسیژن نیستند .

این گروههای آنیونی (SO4) واحدهای اساسی ساختار کانیهای سولفاتی است .

سولفاتها ترکیباتی از اکسیژن و گوگرد و یک یا چند فلزاند.

در این یون یک اتم S به وسیله چهار اتم اکسیژن که در گوشه های یک تترائدر قرار دارند , در میان گرفته شده است .

دو بار اضافی منفی به طور یکنواخت بین اتمهای O توزیع شده اند .

سولفاتها کانیهای پیچیده ای هستند زیرا راههایی که کاتیونها بدان وسیله می توانند میان یونهای SO4 ساخت یک بلور جای گیرند زیاد است .

متجاوز از 150 سولفات نامگذاری شده اند .

بسیاری از آنها قویا هیدراته هستند , و بسیاری از آنها نادراند .

مهمترین و رایجترین سولفاتهای بدون آب , اعضای گروه باریت ( گروه فضایی Pnma ) با کاتیونهای بزرگ دوظرفیتی هماراییده با یون سولفات هستند , از میان سولفاتهای آبدار , ژیپس , 2H2O , CaSO4, مهمترین و فراوانترین کانی است .

بسترهای عظیم آن در سنگهای رسوبی با سنگ آهک , شیل رسوبی , ماسه سنگ و گل رس بدست می آیند .

سنگ نمک و نهشتهای گوگردی ممکن است همراه آن باشند .

به صورت ژیپس معمولی و سه قسم دارای خویهای متفاوت دیده می شود : آلاباستر , توده شده , سلنیت شفاف و ورقه ورقه و ساتین اسپار , رشته ای با جلای ابریشمی و مرواریدی .در این فرایند ژیپس را حرارت می دهند و 75% آبش از دست می رود .

آنچه بدست می آید نیمه آبدار است ( گچ ) و باسانی آب می گیرد و دوباره به ژیپس تبدیل می گردد .

با این عمل ذراتش دوباره متبلور می شوند و محکم به هم می چسبند .

کروم , Cr , مثل فلزات حد واسط به طور کلی , با اکسیژن ترکیب می شود و چند حالت اکسیداسیون بوجود می آورد .

کروکوئیت و تاراپاکائیت از معروفترین کروماتهای نمونه ای هستند که در آنها Cr در حالت اکسیداسیون 5+ است .

یون کرومات مثل یون سولفات یک تترائدر است .

بارهای منفی یونهای کرومات به وسیله یونهای فلزی که در میان تترائدرها جای گرفته اند موازنه می شود و ساخت را با هم نگه می دارند .

اندازه این یونها و راه جای گیری آنها در میان تترائدها ساخت را مشخص می کند .

کروماتها منبع کرومی هستند که در آب کروم دادن فولاد , مثل سپر ها و تزیینات بدنه اتومولیلها بکار می رود.

همچنین با آهن آلیاژی از آن ساخته می شود که همان فولاد زنگ نزن است
کانی باریت

کانی باریت از دسته سولفاتها جزء گروه عناصر قلیایی خاکی و دارای فرمول شیمیایی BaSO4 بوده و منبع اصلی تهیه عنصر باریم محسوب می شود.

باریم دارای عدد اتمی56،عدد جرمی 34/137، الکترونگاتیویته 85/0، شعاع یونی 36/1 آنگستروم و پتانسیل یونی 5/1 می باشد.

فراوانی این عنصر به صورت ترکیب قابل حل BaSO4 در آب دریا 20 میکروگرم در لیتر است.

میانگین عنصر باریم در پوسته 425 گرم درتن یا قسمت در میلیون(ppm ) است ( یعنی 0425/0% ).

میانگین آن در گرانیت ppm 1220 ودر دیاباز ppm 160 می باشد.

در فلدسپات3 %، در پلاژیو کلازها3/7 %، در مسکوویت 9/9 % و در بیوتیت 8-6 % BaO می توان وجود داشته باشد.

7/65 درصد BaO و 3/34 درصد SO3 در ساختمان باریت خالص وجود دارد.

حلالیت این کانی در آب و اسید، در درجه حرارتهای عادی، بسیار کم است، بنابراین می توان ازآن به عنوان ماده شیمیایی خنثی استفاده کرد.

از هرگرم باریت در درجه حرارت عادی در حدود 2 میلی گرم در هرلیتر آب حل می شود.

با افزایش حرارت به میزان حلالیت باریت زیادتر شده، به طوری که از هر گرم باریت در درجه حرارت 500 تا 1000 درجه سانتیگراد بخار آب، 40 میلی گرم آن در هرلیتر آب حل می شود.

حلالیت باریت با حضور کلرید در آب افزایش می یابد ( هسلی و مورگ 1951 ).

در اثر شیمیایی باریت، ویتریت (BaCO3 ) که کربنات باریم طبیعی است، حاصل می شود.

این کانی به سختی گداخته می گردد وساختمان بلورین آن در اثر گرما ( شعله فوتک ) شکسته می شود.

این کانی دارای خاصیت لومینسانس بوده و حرارت دادن شدید آن سبب تظاهر رنگ سبز متمایل به زرد می گردد.

اگر پودر این کانی به داخل شعله دمیده شود، رنگ سبز متمایل به زرد به شعله می دهد.

باریم با شعاع یونی 36/1 انگستروم، پتانسیل یونی 5/1، الکترونگاتیوی 85/0، عدد کوردینانسیون 8 بوده و از عناصر لیتوفیل محسوب می شود.

باریم از نظر شیمیایی بسیار شبیه به کلسیم است و فرم خالص آن به رنگ سفید- نقره مشابه سرب است.

این فلز زمانی در معرض هوا قرار می گیرد، بسیار آسان اکسید می شود و با آب و الکل واکنش پذیری بالایی دارد و توسط آب و یا الکل تجزیه می شود.

بیشتر مواد مرکب حاوی عنصر باریم به علت وزن مخصوص بالای آن‌ ( بالاتر از 2/4 گرم بر سانتی مترمکعب ) که ناشی از وزن اتمی بالای آن ( 137) می باشد، کانی شفاف و سنگین نامیده می شوند.

توزیع 56 الکترون باریم بدین صورت است:

1s2 , 2s2 2p6 , 3s2 3p6 3d10 , 4s2 4p6 4d10 , 5s2 5p6 , 6s2
باریم به صورت یک عنصر کمیاب در بسیاری از سنگ ها وجود دارد، این عنصر بیشتر در سنگ های آذرین اسیدی یافت می شود و هنگام واکنش های بین آب و سنگ، به محیط آبی وارد می شود، ولی انحلال آن به تشکیل کانی سولفات باریم یا باریت وابسته است.

بنابراین تمرکز باریم در آب های سطحی و زیرزمینی به طور معکوس به تمرکز سولفات بستگی دارد.

باریم به سرعت در هوا اکسید می شود و دستیابی به این فلز در شکل خالص آن مشکل بدست می آید.

باریم به صورت اولیه به صورت کانی باریت (سولفات باریم متبلور) یا ویتریت (BaCo3) Witherite یافت می شود.

باریم از نظر اقتصادی از طریق الکترولیز کلرید باریم مذاب (BaCl2) ایجاد می شود.

Ba2+ +2e - : Ba Cl - : ½ Cl2(g) + e-
(Cathode)
اکسیداسیون در باریم به آسانی اتفاق می افتد و باریم به ندرت به شکل خالص باقی می ماند بنابراین باریم باید در زیر نفت سفید و یا مایعات دارای اکسیژن آزاد مناسب نگهداری شوند.

مهمترین مواد مرکب باریم پروکسید، کلرید، سولفات، کربنات، نیترات و کلرات هستند.

زمانی که باریم می سوزد، نمک های باریم به رنگ سبز درخشان در می آیند.

باریم با منشأ طبیعی مخلوطی از 7 ایزوتوپ پایدار است.

22 ایزوتوپ آن شناسایی شده اند اما این ایزوتوپهای با خاصیت رادیواکتیو بالا و نیمه عمری از رنج چندین هزارم ثانیه به چندین دقیقه می باشد.

تنها یک مورد استثناء Ba133 با نیمه عمر 51/10 سال می باشد.

پودر باریت BaSo4 به صورت پودری سنگین با وزن مخصوص 5/4، سختی 5/3- 5/2، سفید رنگ تا خاکستری با جلای شیشه ای، کلیواژ کامل در جهت {001}، بدون بو و غیرمحلول در آب و حلال های آلی است و به علت محلول نبودن در آب خاصیت سمی ندارد حال آن که سولفید باریم به علت محلول بودن و آزاد شدن یون باریم در آب به شدت سمی است.

باریت خالص از 7/65 % SO3 و 3/43 % BaO تشکیل شده است ولیکن در طبیعت باریت با ناخالصی هایی همراه است که این ناخالصی ها از وزن مخصوص آنها می کاهند.

جدول 2-برخی از ترکیبات باریم دار (عای الهی ؛1372با تغییرات )

در جدولهای ( 3 ) و ( 4 ) به ترتیب ویژگیهای عمومی باریم و برخی از مشخصات شیمیایی باریت، نشان داده شده است.

جدول شماره 3-ویژگیهای عمومیباریم (علی الهی ؛1372 با تغییرات ) جدول شماره 3- جدول شماره 4-برخی از مشخصات شیمیایی باریت (علی الهی ؛1372با تغییرات ) عمل جداسازی ناخالصیهای همراه هر کانسنگ را تغلیظ، فرآوری یا کانه آرایی می گویند.

عمل کانه آرایی شامل یک یا ترکیبی از روشهای زیر است.

در بسیاری از معادن با خرد کردن ساده با آسیابهای ضربه‌ای، مخروطی یا گردان و دانه‌بندی، فرآوری باریت انجام می‌شود.

درحالیکه برخی دیگر نیاز به شناورسازی یا آسیاب بیشتر دارند.

شناورسازی کانسارهای رگه‌ای در شرایط متغیر مورد نیاز است تا بتوان باریت را از فلوئورین، سولفیدهای سرب- روی و...

جدا کرد.

برخی مواد نیز به صورت مغناطیسی جدا می‌شوند.

سنگ استخراجی پس از کانه آرایی (به روش گراویمتریGravimetry ) و تغلیظ به عیار بالاتر از 90% می رسد.

خرد کردن کانسنگ در چند مرحله توسط دستگاه سنگ شکن، پودر کردن کانسنگ بوسیله آسیای میله ای تا 300 میکرون، صفحه لرزان،جداکننده مغناطیسی مرطوب، جورکردن الکترونیکی، جدایش الکترواستاتیکی، جیگ مرطوب ( آبی ) یا خشک ( بادی )، مخزن شستشو با HCI، پودر نمودن به ابعاد 2 میکرون توسط آسیای پودر کننده و خشک نمودن توسط هوا یاباد.

بطوری کلی فرآوری باریت معمولا" به دو روش خشک و یا مرطوب انجام می گیرد.

فرآوری باریت به روش خشک در این روش ابتدا باریت توسط سنگ شکن خرد شده و سپس توسط آسیای گلوله ای پودر می گردد.

بعد از آن، روی میزهای لغزشی به وزن مخصوصهای هم ارز تفکیک و سپس توسط دستگاه خشک کن بادی ذرات زیر 2 میکرون جدا می گردند.

در این مرحله، پودر به دست آمده در مخروط قیف مانند (جیگ) وارد شده و توسط جریان هوا ذرات ریز و کوچکتر از 200 مش، از آن خارج می گردند.

همان طوری که قبلا" ذکر شد این روش به دلیل آلودگی زیست محیطی، کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

فرآوری باریت به روش مرطوب : در این روش، کانسنگ باریت ابتدا شسته شده تا مواد رسی چسبنده و مواد ریز و نرم از آن جدا شوند.

در مرحله خردایش توسط سنگ شکن به ابعاد حدود 2 میلیمتر رسیده و پس از آن در آسیای گلوله ای به حد 200 مش رسانده می شود.

پودر حاصله در مخروطی قیف مانند (جیگ) وارد می شود.

در درون جیگ هیدرولیکی مواد براساس وزن مخصوصهای متفاوت از هم جدا می شوند.

محصول نهایی توسط بازوهای پارو مانند از سطح مایع در جیگهای آبی جمع آوری شده و از دریچه ای در بالای مخزن خارج می شود.

به دلیل کاربردهای مختلف باریت در صنایع گوناگون، از روشهای مختلفی که درابتدای این بخش نام برده شد، با توجه به موارد نیاز، استفاده می شود ولی اساس کار برروی خرد نمودن اولیه، جیگ کردن و شناورسازی استوار است.

برای فراوری باریت مورد نیاز در صنایع گوناگون، یک روش به تنهایی پاسخگو نیست و باید مجموعه ای از روشهای ذکر شده به کار روند.

شکل ( 3 ) عمل فراوری باریت برای مصارف داروسازی و کارخانجات شیمیایی و شکل ( 3 ) چگونگی تولید باریت را برای صنایع کاغذ سازی و انواع پرکننده و جایگزینی آن نشان می دهد.

شکل 3-تولید باریت بای صنایع کاغذ و انواع پر کننده و جایگزینی آن ناخالصیهای باریت و ضرورت فرآوری آن در معادن گوناگون، کانیهایی از قبیل کوارتز، کالکوپیریت، کلسیت، گالن، مالاکیت و گاهی سیدریت و هماتیت، باریت را همراهی می کنند.

برای استفاده باریت در صنایع مصرف کننده، کانیهای همراه باریت، باید از آن جدا شوند.

درتمامی معادن، عیار حد یعنی عیار مشخص کننده بین باطله وکانسنگ بایدحتی المقدور به صورت دقیق تعیین شود.

مهمترین شاخص باریت وزن مخصوص بالای آن است و در واقع کیفیت محصول یک کارخانه بر مبنای مقدار وزن مخصوص باریت مشخص می شود.

در صورتی که وزن مخصوص باریت cm3 /gr 2/4 و یا بیشتر باشد،کیفیت لازم برای فروش خواهد داشت.

وجود ناخالصیها در این کانه، باعث کاهش وزن مخصوص آن خواهد شد، این نشان می دهد که فرآوری باریت برای استفاده در صنایع گوناگون بسیار مهم است.

در معادن باریت با منشاء سیالات گرمابی، کانه عمدتا" به همراه چند کانه فلزی دیگر در داخل سنگ درونگیر مشاهده می شود.

در این نوع معادن دگرسانیهای متنوعی نیز وجود دارد.

مجموعه این عوامل باعث افزایش ناخالصی در کانه باریت می گردد که باید از آن جدا شود.

این ناخالصیها شامل اکسید کلسیم، اکسید منیزیم، اکسید تیتانیم و اکسید استرانسیم، فلزات سنگین مانند سرب، سولفیدها و ارسناتها، سیلیس، اکسید آلومینیم، سولفات – استرانسیم و فلوئوراید کلسیم است.

در صنعت حفاری ناخالصیهایی مانند عناصر