چکیده: ایران با داشتن پیشینه تاریخی و آثار تمدن بشری به لحاظ موقعیت جغرافیایی و زمین شناسی یکی از نادرترین کشورهای جهان می باشد.
ذخائر ارزشمند و گوناگون مواد معدن از جمله مواهب الهی است که به این سرزمین ارزانی گردیده است.
گذر ایران از دوران مختلف زمین شناسی با کوه زایی ها، آتشفشان ها، پیشروی و پس روی دریاها حکایت از وخور انواع متفاوت مواد معدنی در جای جای این خاک پرگهر دارد.
همزمان با گسترش روز افزون صنایع، در نتیجه نیاز صنعت به مواد خام لزوم توسعه فعالیتهای زمین شناسی و اکتشافات معدنی و تجهیز و بهره برداری از معادن بیش از پیش احساس می گردد.
توسعه صنعت نسوز در گرو اهتمام ویژه به شناسایی مواد معدنی و توسعه معدنکاری است.
آنچه در مجموعه زیر آمده است مختصری در مورد خاک های نسوز علل الخصوص خاک نسوز سمیرم اصفهان و کاربردهای صنعتی آنها می باشد.
مقدمه: تاریخ توسعه مواد و فرآورده های نسوز اجبارا به تاریخ بسوا و توسعه صنایع ذوب و سرامیک ارتباط پیدا می کند از زمان های قدیم، اطلاعات کمی در دست است ولی از تاریخ ذوب فلزات و آثار آن، می توان گفت که از ده هزار سال پیش مواد نسوز مورد استفاده بودند و در سه قرن اخیر، بسط و توسعه بسیار یافته اند.
به خصوص در قرن حاضر که تکنیک های پیشرفته و مواد اولیه پیش ساخته به کار گرفته می شود مصری ها در پنج هزار سال پیش از مواد نسوز استفاده می کردند.
در 2500 سال پیش برای ساختن قصر داریوش در ایران از آجرهای پخته شده سیلیس استفاده شده است تاریخ تولید انواع فرآورده های نسوز در جدول زیر آمده است.
تاریخ توسعه مواد و فرآورده های نسوز اجبارا به تاریخ بسوا و توسعه صنایع ذوب و سرامیک ارتباط پیدا می کند از زمان های قدیم، اطلاعات کمی در دست است ولی از تاریخ ذوب فلزات و آثار آن، می توان گفت که از ده هزار سال پیش مواد نسوز مورد استفاده بودند و در سه قرن اخیر، بسط و توسعه بسیار یافته اند.
انواع فرآورده های نسوز تاریخ تولید فرآورده های نسوز سیلیس 1840 فرآورده های نسوز کروسیتی 1896 فرآورده های نسوز منیزیتی 1888 فرآورده های نسوز آلومینی 1917 فرآورده های نسوز عایق 1920 فرآوده های نسوز پیش ذوب 1930 رشته های نسوز و سرامیکی 1930 صنعت نسوز در ایران به احتمال قومی همراه با صنعت سیمان تولید یافته است.
که شروع این صنعت در کشور با بسیاری از کشورهای دیگر همزمان بوده است معدن خاک نسوز سمیرم در سال 1345 بوسیله سازمان زمین شناسی تکنولوژیکی این معدن توسط جورج آلتن فرانسوی کارشناس سازمان ملل در سازمان زمین شناسی مورد مطالعه قرار گرفت و گزارشی در مورد تغلیظ آن منتشر شد که بر پایه تکلیس خاک بود.
در سال 1349 نمونه تکنولوژیکی این معدن به انیستیتو مواد نسوزلنینگراد ارسال شد که قبلا سنگجوری دستی شده بود و گزارش مطالعات تنها مربوط به کاربرد این خاک در تکنولوژی فولاد بود و روی تغلیظ پذیری خاک کار نشده بود.
در سال 1366 مهندسین مشاور معدن کاوروی تغلیظ این خاک مطالعه نموده و روش جداکننده های مغناطیسی را برای تغلیظ خاک پیشنهاد نمودند.
جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی شریف نیز روی این خاک مطالعه کرده و اساس کار را بر آزمایشات باجیک قرار داده و نتیجه ای نگرفتند.
نمونه های متعددی از این خاک در جعبه های 50 کیلوئی تهیه و به کشورهای مختلف جهت امکان پذیری تغلیظ خاک ارسال گردید.
شرکت ایران منیزیا نیز که در کنار شرکت ملی فولاد از بخشی از این معدن بهره برداری میکند مطالعات زیادی برای امکان پذیری تغلیظ این خاک انجام داده است.
فصل اول: مواد نسوز مواد معدنی نسوز: به طور دقیق نمی توان گفت که نخستین بار درجه دورانی و توسط چه کسانی مواد نسوز ساخته شد.
ولی برخی شواهد دال برساخت و مصرف این مواد توسط چینی ها می باشد.
پیدایش و رشد این صنعت با صنعت ذوب فلزات رابطه ای تنگاتنگ دارد که بدین ترتیب می توان گفت بشر از ده هزار سال قبل از مواد نسوز استفاده می کرده است.
نمونه آن مربوط به کوره ای با قدمت بیش از 6000 سال در کشور کره می باشد.
تا قبل از قرن نوزدهم مصرف کنندگان اصلی مواد نسوز، کوره های ذوب فلزات، شیشه و امثال آنها بوده اند که حجم چندانی را در بر نمی گرفت.
اما با وقوع انقلاب صنعتی که از قرن هیجدهم آغاز شد صنایعی رشد کرد که در فرآیندهای تولید خود به درجه حرارت بالا نیاز داشتند و از این رو نیاز به مواد نسوز به سرعت گسترش یافت و راه برای شکوفایی این صنعت همدار گردید.
نقش مواد نسوز: نقش این مواد محافظت از محفظه هائیست که در آنها واکنش ها یا عملیات 5 پی درجه حرارت بالا انجام می گیرد.
به طور عمده می توان نقش مواد دیرگداز را در کوره ها به سه صورت زیر تقسیم کرد: الف) حفاظت بدنه کوره ها، مجاره تصفیه ای، مخازن شیشه ای، از تأثیر شعله یا مواد مذاب گداخته.
ب) کاهش میزان و مقدار انتقال حرارت از داخل کوره به خارج.
ج) جذب حرارت و انتقال آن به مواد گداخته داخل کوره.
خواص مواد نسوز: به طور کلی مهمترین ویژگی های مواد نسوز به قرار زیر است: الف) دیر گدازی: مقاومت حرارتی مواد نسوز تابع ترکیب شیمیایی و ساختمان بلورین آنهاست.
ب) مقاومت شیمیایی: این ویژگی تابع ترکیب شیمیایی مواد اولیه، تخلخل، ساختمان بلوری آنهاست.
در کوره های سیمان در قسمت پخت به دلیل شرایط قلیایی از آجرهای منیزیت استفاده می کنند.
ج) مقاومت در برابر شوک حرارتی: مواد نسوز در برابر تغییرات ناگهانی و سریع دمای داخل کوره مقاومت می کنند.
د) مقاومت سایش: معمولا بدنه داخلی کوره های دوار از مواد دیرگداز پوشیده شده است و گاها بار داخل کوره موجب سائیدگی پوشش داخلی کوره می شود.
در این حالت بایستی از موادی که مقاومت سایشی بالایی دارند استفاده نمود.
انواع مواد نسوز: مواد شکل دار (آجرهای نسوز) رسی: شاموتی – نیم سیلیسی – آلومینی عایق غیر رسی: سیلیس – قلیایی- مولیتی- زیرکنی- آلومین بالا- آسمیه کرم- فرآورده کربن و گرافیتی مواد بی شکل (مواد ویژه) انواع ملاتها انواع جرمهای نسوز انواع جرمهای نسوز شکل 1-1- انواع نسوز تقسیم بندی فرآورده های نسوز: جدول تقسیم بندی فرآورده های نسوز فصل دوم: انواع رس ها و ویژگی های آنها 2-8- تقسیم بندی کانی های رسی: به دلیل پیچیدگی ساختمان رس ها و گسترش آنها، برای طبقه بندی این کانی ها روش های گوناگونی پیشنهاد گردید.
یکی از مواردی که نشانگر این موضوع می باشد تشکیل کمیته ای از مؤسسه میزالوژی انگلستان برای طبقه بندی و فهرست بندی میزال های رس می باشد.
به همین لحاظ مشابهت های زیادی با یکدیگر دارند ولی در مواردی نیز کاملا متفاوت می باشند.
یک نوع تقسیم بندی بدین صورت است که به سه دسته کانی های دو صفحه ای- کانی های سه صفحه ای- کانی های چهار صفحه ای تقسیم می شوند.
کانی های دو صفحه ای: الف) گروه کائولینیست: این گروه شامل هشت کانی است که تفاوت آنها در مشخصات نوری و ساختمانی داخلی آنهاست.
ب) گروه سرپانتین: از نظر شکل بلوری شبیه کائولیست بوده و فقط در لایه های اکتا هدری بجای AL3+ یونهای Mg2+ جانشین می گردند و اختلاف دیگر آنها با کائولیست در خواص شبکه اکفا هدری و تتراهدری است.
به جهت اینکه سرپاتین درسنگ های رسوبی نمی تواند پایدار باشد.
این کانی جزء کانی های اصلی رس محسوب نمی شود.
که کانی های سه صفحه ای الف) گروه میکا، گرچه کانی های این گروه جزء کانی های رس محسوب نمی شوند ولی چون منشاء تشکیل کانی های رس مانند: سریسیت و ایلیت و غیره می باشند دارای اهمیت خاصی می باشند.
ب) گروه ایلیت: به کانی های میکایی گفته می شود که تشکیل گروه غیر مشخصی بین مسکویت و مونت موریلونیت را می دهند.
آب می تواند جانشین بین بلورهای ایلیت گردد.
این امر باعث دادن خاصیت انبساط به آنها می شود.
فرق ایلیت با مسکویت آن است که مقدار K و AL در لایه های تترا هدر کمتر از مسکویت می باشد.
ج) گروه مونت موریلونیت: چهار کانی این گروه دارای ساختمان سه لایه ای و از خواص جذب آب بین لایه تتراهدری و اکتاهدری است.
بنتونیت: مخلوطی از کانی های رسی است که دارای مقدار زیادی مونت موریلونیت می باشد و چسبندگی آن خیلی بالا می باشد.
ورمیکولیت: این کانی از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی در درجه نخست به مونت موریلونیت و سپس بنتونیت خیلی نزدیک است.
کانی های چهار صفحه ای: الف) گروه کلریت: ساختمان این گروه از کانی های رسی بدین ترتیب است که مابین دو ردیف پاکت های سه صفحه ای یک صفحه از یون OH هیدروکسید با کاتیون های 2 یا 3 ظرفیتی قرار گرفته است.
کانی های گروه کلریت از نظر تعداد، گسترش زیادی دارند.
کلریت مانند ایلیت بوده ولی فاقد کلسیم می باشد.
ب) گروه کانی های مختلوا: این دسته شامل کانی هایی هستند که ساختمان و خواص آنها کمترین شباهت به کانی های رسی دارد.
ج) گروه کانی های سیولیت و پالیگورسکیت: این گروه شامل سیلیکاتهایی هستند که ساختمان آنها مابین سیلییکاتهای زنجیری و صفحه ای می باشد.
مهمترین این نوع کانی ها پالی گور سکیت و آتاپولژیت می باشد.
در تقسیم بندی دیگری 4 رده اصلی در رس ها بنام رده رس های متورق و رده رس های رشته ای تقسیم می شوند.
این رده بندی به وسیله بررسی دیاگرام های اشعه X کانی های رس انجام گرفته است.
رده اول یعنی رس های متورق، فاصله شبکه ای تقریبا ثابت و در ساختمان آنها طبقات چهاروجهی، هشت وجهی با تنظیمی معین بودن ایجاد فضای خالی تراک می شوند.
رده دوم همین رس های رشته ای، که از نظر انواع و مقدار خیلی محدود می باشند طبقات آلومین و سیلیس بطور متناوب قرار داشته و فضاهای خالی در شبکه بلوری ایجاد می کنند.
تقسیم بندی دیگری وجود دارد، که اساس آن بر شرایط فعلی فیزیکو شیمیایی و طبیعت مواد مادر مانند: فلوسپاتها و میکاها، شبکه های و لکانیکی یا کانی های فرومغناطیسی می باشد بر این اساس میزال های رس کریستالی به دو دسته با ساختماهن زنجیره ای و لایه ای تقسیم می شوند.
ساختمان لایه ای خود به دو خانواده 2:1 و 1:1 تقسیم می شود که با نامهای تری فرمیک و دی فرمیک مشخص می شوند.
همچنین تقسیمات ثانویه بر اساس خواص دی آکتاهورال یا تری اکتاهورال میزال ها می باشند.
2-1- جدول تقسیم ثانویه اساس خارجی دی اکتاهورال میزال ها 2-2- روش های شناخت: نظر به کوچکی ابعاد دانه های رسی و خاصیت تبلور مخفی آنها، مطالعه آنها با وسایل معمولی نوری عمل نیست بلکه باید از وسایل شیمیایی خاص و یا از خواص حرارتی و یا روش های مدرن تر مانند: X-Ray استفاده نمود.
به طور کلی روش های قابل استفاده جهت مطالعه خاک رس ها به شرح زیر می باشد: مطالعه بوسیله اشعه (X-Ray) استفاده از میکروسکوپ های الکتریک (SEM) آنالیز های حرارتی که شامل روش منحنی دهیدراسیون (آنالیز ترمیک) و روش DAD (آنالیز حرارتی تفریقی یا اختلافی) می شود.
تجزیه شیمیایی عناصر روش اینفرارد (Infera red): در این روش اشعه قرمز به ساختمان بلوری کانی تابیده شده و منحنی هایی توسط دستگاه رسم می شود که بوسیله مقایسه پیکهای منحنی رسم شده با پیکهای منحنی های استاندارد می توان به کانی مورد نظر پی برد.
روش جذب اتمی (Atomic Absorbtion) بررسی مقاطع نازک در مواردی که سنگ آنرا بتوان بدست آورد.
روش (X-Ray Floresans) مطالعه توسط تعیین تخلخل بررسی تأثیر محلول های ارگانیکی.
2-3- انواع رس ها در صنعت و کاربردهای آنها: به طور کلی رس ها را در صنایع بر اساس معرف به دسته های مختلفی تقسیم می کنند: کائولن (Caolin) بال کلی (Ballclay) رس نسوز (Fire Clay) بنتونیت (Bentonite) فولرزارت (Fullers F- arth) رس های معمولی و شیل.
ضمنا می توان شش دسته فوق را در سه گروه تنظیم کرد که در بر این اساس بنتونیت و فولرزارث در یک گروه به دلیل کاربرد مشابه.
کائولن و بال کلی و رس های نسوز در یک گروه به دلیل داشتن کانی های گروه کائولینیست در هر سه آنها ضمن اینکه مصرف آنها نیز مشابه می باشد.
رس های معمولی و شیل نیز تشکیل گروه دیگر را می دهند.
2-3-1- کائولن: واژه کائولن از زبان چینی گرفته شده که نام تپه ای در چینی بوده است که از آن خاک کائولن استخراج می شده است خواص آن عبارت است از: ثبات شیمیایی، داشتن رنگ سفید، دارا بودن خاصیت پوشش بسیار خوب، نرمی و غیر سایش بودن آن، قابلیت اندک هدایت جریان الکتریسیته و گرما، ارزان بودن آن.
دو عامل مهم که باعث تشکیل کانی های رسی گروه کائولیست می شود هوازدگی و اکتراسیون می باشند.
این عوامل تحت شرایط خاص عناصری به جز سیلیس، آلومین، اکسیژن و هیدروژن موجود در رس را جدا