اكسيد سيليسيم (SiO2) يا سيليس تركيبي شيميايي است كه به صورت خالص و يا به صورت تركيب در كاني هاي سيليكاته حدوداً 60 درصد پوسته جامد زمين را تشكيل مي دهد. كاني هاي سيليكاته در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمين را تشكيل مي دهند.
سيليس خالص ، بي رنگ تا سفيدرنگ است و با ترکيب SiO2 فراوان ترين ماده موجود در پوسته زمين است .
نام سيليس براي کليه کاني هايي به کار برده مي شود که داراي SiO2 مي باشند حتي اگر از نقطه نظر بلوري ، شرايط فيزيکي و شرايط زمين شناسي با هم متفاوت باشند.
ماسه سنگ و ماسه سيليسي، كوارتز و كوارتزيت، بلور كريستال، تريپلي و نواكوليت، سيليس مصنوعي و سيليكون شيميايي، سنگ چماق و دياتوميت از منابع اصلي سيليس هستند.
1- ژئوشيمي:اكسيد سيليسيم (SiO2) يا سيليس تركيبي شيميايي است كه به صورت خالص ( كاني هاي كوارتز، اپال و ... ) و يا به صورت تركيب در كاني هاي سيليكاته حدوداً 60 درصد پوسته جامد زمين را تشكيل مي دهد. كاني هاي سيليكاته در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمين را تشكيل مي دهند.
برخي از شيميدانان، رابطه بين اتم هاي سيليس و اكسيژن در سيليكات هاي مختلف را مشابه رابطه اتم هاي كربن و اكسيژن در تركيبات آلي دانسته اند. همانطور كه كربن به دو صورت منواكسيد كربن (CO) و دي اكسيد كربن (CO2) با اكسيژن تركيب مي شود، سيلسيم نيز به طور مشابه با اكسيژن تركيب شده و توليد تركيبات SiO و SiO2 را مي نمايد. تركيب اول نظير منواكسيد كربن به صورت گاز بوده و ناپايدار است ولي تركيب جامد و پايدار مي باشد.
در طبيعت هرگاه در درجه حرارت 25 درجه سانتي گراد، ميزان سيليس محلول در آب از حدود 120 تا 140 ppm بالاتر برود، از نظر شيميايي كمپلكس Si(OH)4 بوجود خواهد آمد. در چنين حالتي محلول به صورت اشباع در آمده و سبب رسوب سيليس به صورت ژل و تشكيل بلورهاي اوليه كوارتز كه فراوان ترين كاني سيليس است مي گردد.
بلورهاي مصنوعي كوارتز كه در صنعت مورد مصرف قرار مي گيرد، نيز طي چنين فرآيندي توليد مي شوند. بنابراين مي توان گفت كه اگر در طبيعت مقدار سيليس محلول در آب كمتر از ppm 210 باشد، سيليس موجود در آب به صورت محلول باقي مانده و هيچگونه كريستالي تشكيل نمي شود. فقط در زماني كه ميزان سيليس محلول در آب از حد ppm 410 بگذرد، زايش بلورهاي كوارتز شروع مي شود.
كوارتز، تريديميت و كريستوباليت سه پلي مورف اصلي سيليس هستند كه در طبيعت به خوبي شناخته شده اند، هركدام از اين كاني ها در شرايط خاصب بوجود آمده و داراي مشخصات فيزيكي و كاني شناسي معيني مي باشند. اين پلي مورف ها در شرايط حرارتي ذيل به يكديگر تبديل مي شوند:
فرآيندهاي تبديل سه پلي مورف فوق كه هركدام در شرايط خاص ترموديناميكي و شيميايي انجام مي شوند، همگي دو طرفه و برگشت پذير مي باشند. نحوه و شرايط تبديل پلي مورف هاي سيليس به يكديگر، در تمام صنايعي كه اين ماده معدني به نحوي در آنها كاربرد دارد، از اهميت زيادي برخوردار است. در اثر تبديل اين پلي مورف ها به يكديگر، خواص كاني شناسي و فيزيكي آنها نظير ضريب شكست، سيستم تبلور، چگالي و سختي نيز متغير مي نمايد.
دانه هاي بلوري سيليس از لحاظ مولکولي متبلور بوده با شبکه هاي بدون اتصال الکتروني است . انواع مختلف سيليس – کوارتز، تريديميت و کريستوباليت – سيليس گداخته و در کوهي( به فرمول شيميايي Si2O7 ) در ساختمان شبکه هاي سه بعدي يا تکتوسيليکاته متبلور شده اند. در اين ساختمان هر چهار وجهي SiO4، تمام گوشه هاي خود را با ساير چهاروجهي ها به اشتراک گذاشته است و نسبت Si:O ، 1:2 است. در اين ساختمان، اتم سيليسيوم چهار ظرفيتي توسط 2 اتم اکسيژن دو ظرفيتي متعادل شده است. در اين نوع سيليکاتها بخشي از اتم هاي سيليسيوم توسط آلومينيوم جايگزين شده است و به صورت (Si, Al)O2 در مي آيد.
اگر چه پيوندهاي Si-O در ساختار اکتاهدرال کورديناسيون 6 بلندتر از طول اين پيوندها در ساختار تتراهدرال کورديناسيون 4 هستند، اما بسته بندي فشرده تر اکسيژن ها باعث افزايش زياد چگالي اين پلي مورف نسبت به ساير پلي مورف هاي سيليس مي شود.
سيليس رامي توان در ابتدا به صورت محلول در آب در نظر گرفت . پس از اشباع شدن محلول ها از سيليس و رسوب آن در محيط ، تبلور سيليس آغاز مي شود که باعث تشکيل اشکال نهان بلور و ريزبلور مي شود .
پس از اين مرحله در صورت ايجاد شرايط مساعد ، زايش و رشد بلورهاي کوارتز انجام مي شود .همچنين سيليس موجود در محيط هاي آذرين و ماگمايي نيز ايجاد بلورهاي گوارتز مي کنند که اين بلورها هم در فازهاي اوليه و هم در مراحل پاياني ماگماتيسم ايجاد شده و يا ممکن است از محلول هاي گرمابي ناشي شوند .
کوارتز، کريستوباليت و تريديميت اشکالي از سيليس هستند که مي توانند در سنگ هاي آذرين رخ دهند.
اين 3 شکل سيليس نمايش دهنده پديده انانتيوتروپيسم (پلي مورفيسم برگشت پذير) است.
هر يک داراي حوزه پايداري خود است، کوارتز در فشار اتمسفريک تا دماي 867 درجه پايدار است، تريديميت بين 867 درجه و 1470 درجه و کريستو باليت از 1470 درجه تا نقطه ذوب يعني 1713 درجه پايدار مي باشند.
سيليس مايع نيز از 1713 درجه تا نقطه جوش سيليس پايدار است. اين 3 پلي مورف سيليس همگي از گروه هاي چهار وجهي، متشکل از 4 اتم اکسيژن به دور يک اتم سيليس مرکزي تشکيل شده اند.
چهار وجهي هاي سيليسيوم – اکسيژن به يکديگر متصل شده اند تا شبکه اي سه بعدي را به وجود آوردند اما الگوي اتصال براي هر يک از اين سه شکل سيليس متفاوت بوده و اختلاف ساختار بلوري و خواص آنها نيز از همين جا ناشي مي شود.
کريستوباليت و تريديميت ساختارهاي نسبتاً بازي دارند، در حالي که اتم هاي کوارتز از بسته بندي فشرده تري برخوردارند.
هر يک از 3 پلي مورف سيليس داراي انواع دماي بالا و دماي پائين است. در کوارتز، تغيير از نوع دماي پائين به دماي بالا در فشار يک اتمسفر، در دماي 573 درجه رخ مي دهد.
تريديميت دماي بالا نيز بين 120 و 160 درجه به تريديميت دماي پايين تبديل مي شود و کريستوباليت دماي بالا هم بين 200 تا 275 درجه سانتيگراد به کريستوباليت دماي پائين مبدل مي شود.
تبديل شکل هاي دماي بالا – دماي پائين با تبديل هر يک از انواع به نوع ديگر کاملاً تفاوت دارد.
چهار وجهي هاي Sio4 در هر يک از اين 3 کاني با الگوهاي متفاوت به يکديگر متصل شده اند و اين اتصال بايد به طور کامل شکسته و باز آرايي شود تا يک نوع بتواند به نوع ديگر تبديل گردد.
از طرف ديگر در تغيير انواع دماي بالا به دماي پائين نيازي به تغيير در چگونگي اتصال چهاروجهي ها نيست.
اين تغيير باعث ايجاد يک جا به جايي و چرخش در آنها مي گردد که بدون شکستن اتصال ها باعث تغيير تقارن ساختاري مي گردد. انواع دماي بالا نسبت به انواع دماي پائين هميشه از تقارن بيشتري برخوردارند.
تبديل گونه هاي دماي بالا به دماي پائين هر يک از اين کاني ها در دماي تبديل به سرعت انجام گرفته و برگشت پذير مي باشد.
تغيير از يک پلي مورف به پلي مورف ديگر به شدت کند و بطئي است، وجود تريديميت و کريستوباليت به صورت کاني نشان مي دهد که اين دو پلي مورف مي توانند به طور نامحدود در دماي عادي بدون تغيير باقي بمانند.
پس از تشکيل تريديميت و کريستوباليت، اتصال به وجود آمده سخت تر از آن است که بتواند به آساني شکسته شود و به همين دليل تبديل انواع دماي بالا و پايين کريستوباليت و تريديميت را مي توان در دماهايي مورد مطالعه قرار داد که اين دو کاني در واقع در اين دماها نيمه پايدارند.
حضور عناصر خارجي در ساختمان تريديميت و کريستوباليت مي تواند اثري پايدار کننده داشته باشد.
تعداد اندک تجزيه هاي کامل موجود از اين کاني ها حضور مقادير مشابهي Al, Na را نشان مي دهد که بيان گر جايگزيني يعني NaAL به جاي Si در ساختمان باز است.
از طرف ديگر کوارتز معمولاً به صورت Sio2 خيلي خالص يافت مي شود.
اگر چه کوارتز در فاز پايدار در دماهاي کمتر از 867 درجه است، اما کريستوباليت يا تريديميت هم مي توانند در زير اين دما متبلور شوند، به خصوص هنگامي که تبلور به سرعت رخ مي دهد.
کوارتز دماي پائين و کوارتز دماي بالا تنها در محدوده حوزه پايداري خود تشکيل شده و هيچ گاه در دماي بالاتر تشکيل نمي شوند.
در نتيجه حضور کوارتز در يک سنگ آذرين نشان دهنده اين است که تبلور آن از ماگما در دماي زير 867 درجه صورت گرفته است و حضور کريستوباليت يا تريديميت به هيچ وجه نمي توانند نشان دهنده دماي تبلور باشد.
کوارتز در دماهاي معمولي هميشه به صورت کوارتز دماي پائين حضور دارد. از روي شکل بلوري، ماهيت ماکل و ساير خواص کم اهميت تر مي توان شکل اصلي را در غالب موارد تعيين کرد.
کوارتز تقريباً در تمام سنگ هاي آذرين کوارتز دار ابتدا به صورت کوارتز دماي بالا متبلور مي شود.
در رگه هاي کوارتز و بعضي از پگماتيت ها کوارتز از همان ابتدا به صورت کوارتز دماي پايين متبلور مي شود.
تبلور ماگمايي در سنگ هاي کوارتز دار دماهاي بالاتر از 573 درجه صورت گرفته و تبلور بخشي از مواد باقي مانده نيز حداقل در دماهاي پائين تر صورت مي گيرد.
3- كاني هاي مهم سيليس :انواع سيليس در طبيعت به صورت کاني هاي مشخص ذيل يافت مي شود که عبارتند از:
سيليس متبلور (کوارتز با چگالي 65/2 ، تريديميت با چگالي 26/2، کريستوباليت با چگالي 32/2، اوپال، لوشاته ليريت با چگالي 20/2، کوئيزيت و استيشوويت)، سيليس نهان بلور (سنگ آتش زنه ، سنگ آتش زنه سياه ، کلسدوني و عقيق ) و سيليس بي شکل ( اپال ، سيليس بي آب ) مي باشد.از ميان اين کاني ها، کوارتز بسيار رايج است.
تريديميت و کريستوباليت در سنگ هاي آتشفشاني توزيع گسترده اي داشته و به سختي مي توان گفت که کاني هاي کمياب هستند.لوشاته ليريت (شيشه سيليس) بسيار کمياب است.کوئيزيت و استيشوويت اشکال فشار بالاي سيليس مي باشند که ابتدا در آزمايشگاه ساخته شده و سپس در ماسه سنگ هاي کراتر متئور در آريزونا يافت شدند، جايي که اين دو کاني ظاهراً بر اثر فشار آني و بالا ناشي از برخورد شخانه تشکيل گرديده اند. چگالي بالاي( 29/4 ) براي استيشوويت ناشي از تغيير کورديناسيون 4 به 6 است.
سنگ شيشه ، سيليس گداخته شفافي با چگالي 21/2 مي باشد . زماني که ناخالصي ها کمتراز ppm 1 باشد ، از بهترين نوع شيشه هاي شفاف است و داراي قدرت انتقال زياد اشعه ماوراءبنفش است .
سيليس گرد از خردايش سيليس به دست مي آيد و درصنعت در لاستيک سازي ، غليظ کننده گريس و به عنوان مات ساز رنگ ها کاربرد دارد .
چرت و فلينيت معمول ترين انواع سنگ هاي رسوبي شيميايي هستند.
چرت يك واژه خيلي كلي براي رسوبات سيليسي دانه ريز، با منشأ شيميايي، بيوشيميايي يا بيوژنيكي است.
فلينيت بعنوان معادل چرت و خصوصاً براي نودل هاي چرتي موجود در گل هاي سفيدهاي (chalk) كرتاسه بكار مي رود.
ژاسب نوعي چرت قرمز است كه رنگ قرمز آن ناشي از هماتيت ريز پراكنده است.
سيليكسيت (Silexite) واژه فرانسوي معادل چرت، خاصه نوع سياه و كربن دار آن است.
نواكوليت، نوع ديگري از سنگ هاي سيليسي است كه افزون بر سختي زياد ، بافت يكنواخت و ميكروكريستالين و رنگ روشن نيز، برخوردار است. نواكوليت در اصل يك چرت لايه- لايه متشكل از كوارتز ميكروکريستالين است.
پورسلانيت به سنگ هاي سيليسي دانه ريز با بافت و شكستگي مشابه با پورسلان بدون لعاب اطلاق مي شود.
تريپولي از انواع ديگر سنگ هاي سيليسي بسيار متخلخل و سبك وزن است كه كاني عمده تشكيل دهنده آن كلسدوني بوده و به رنگ هاي سفيد، صورتي و خاكستري روشن و با لمس زبر و خشن، مشخص مي شود. تريپولي فقط در سطح زمين گسترش داشته و آن را نتيجه فرآيندهاي هوازدگي از قبيل آب گرفتن و يا شكستگي سنگهاي ديگر از قبيل چرت و آهك هاي سيليسي معرفي كرده اند، كه بخش هاي كربناته آنها شسته و خارج شده است.
چرت ها معمولاً به انواع لايه لايه و نودولي تقسيم مي شوند:
چرت هاي لايه لايه اغلب با سنگ هاي ولكانيكي همراه هستند و در آن چرت را با منشأ ولكانيكي يا منشأ بيوژنيكي سيليس مي دانند .
چرت هاي نودولي عمدتاً در سنگ هاي آهكي و تا حدودي در گل سنگ ها و تبخيري ها گسترش دارند. بيشتر چرت هاي نودولي دياژنتيكي هستند و از طريق جانشيني تشكيل شده اند. منشأ سيليس را عمدتاً به منشأ آتشفشاني نسبت مي دهند.
مطالعات جديدتر (Cruzzi 1996) نشان مي دهد كه فقط از منشأ آتشفشاني نيست بلكه قسمت عمده اي از خشكي ها نشأت مي گيرند و يا از انحلال سنگ هاي پوسته جامد زمين شكل مي گيرند.
سنگ هاي سيليس به دو گروه اوليه و ثانويه تقسيم مي شوند :
اوليه ها شامل:الف- چرت هايي كه راديولارها سازنده آنها هستند و بنام راديولاريت خوانده مي شوند
ب- دياتوميت هاي پورسلانيت
ج- Opaline rocks
د- اسپيكوليت
هـ- نواكوليت
ثانويه ها (بعد از رسوبگذاري شكل مي گيرند):الف- نودول هاي چرت شامل Syngenetic chart
ب- Early chart
ج- late chart
د- Diagenes chart
سنگ هاي سيليسي با منشأ اوليه :الف- چرت هاي راديولاريتي:اين چرت ها دو دسته اند:1-چرت با نوارهاي اكسيد آهناز مشخصات انواع چرت با نوارهاي اكسيدآهن مي توان به مشخصه هاي زير اشاره كرد:
الف- همراه با توالي هاي افيوليت هستند.
ب- همراه با گل هاي پلاژيك هستند.
ج- داراي نوارهاي قرمز تا سبز تيره داراي اكسيدهاي Fe 3+
د- از پوسته راديولر تشكيل شده اند.
دو فاكتور اول نشان دهنده اين است كه اينها در يك محيط عميق شكل گرفته اند. وجود Fe 3+ نشان دهنده محيط اكسيدان است كه علت وجود محيط اكسيدان در عمق به علت گردش شديد آب در طبقات است كه باعث شده اكسيژن از طبقات سطحي به اعماق برود. پس اين سنگ ها مربوط به محيط هاي عميق دريا كه Cirulation آب شديد بوده و اجازه داده تا اكسيژن به محيط عميق برود و محيط اكسيدان گردد، مي باشند.
2- با نوارهاي مواد آلي :انواع داراي نوارهاي مواد آلي در همان محيط قبل ولي غير اكسيدان تشكيل مي گردند. ناخالص هايي كه همراه اين 2 گروه ديده مي شود عمدتاً كاني رسي گروه ايليت، كوارتز ميكروكريستالين و فسفات مي باشد.
ب- دياتوميت هاي پورسلانيتعمدتاً در محيط هاي درياچه اي بخصوص فلات قاره (Shelf) شكل مي گيرند كه محيط غير اكسيدان است. در محيط شيب قاره Slope اگر اكسيدان نباشد نيز شكل مي گيرند.
اين سنگها داراي تخلخل بالايي هستند و كاني هاي رسي گروه كائولن يا كائولن + ايليت همراه آنها ديده مي شود. اگر مقدار كاني رسي به 25 درصد برسد به سنگ، پورسلانيت مي گويند. اين سنگ ها در يك منطقه بسيار كم شيب و گسترده كه چون بصورت خليج است، گردش (Circulation) شديد آب وجود ندارد و به علت جريانهاي Upwelling سيليس به محدوده شلف كشيده مي شود وبه طريقه شيميايي و بعضاً با علت دخالت موجودات پلانكتون ، اين سنگ به صورت ژل سيليسي كه عمدتاً اپال A و C است ، نهشته مي شود.
د- اسپيكوليت :عمده سازنده اين ها، سوزن هاي اسفنجي هستند. تفاوت اين سنگ ها با بقيه سيليس ها اين است كه اين سنگ ها در درياچه هاي آب شيرين گسترش مي يابند و همراه با رسوبات جريانهاي آشفته هستند.
هـ- نواكوليت :رسوبات سيليسي كه در تشكيل آنها موجودات مختلف دخالت دارند و موجود غالبي شناخته نشده است و در محيط هاي دريايي كم عمق گسترش مي يابند.
سنگ هاي سيليسي از منشأ ثانويه:
اينها غالباً به صورت نودولي هستند. براي تشكيل اين سنگ ها در محيط دياژنز دو شرط لازم است :
1- وجود Si، كه مي تواند حاصل انحلال ذرات اصلي سازنده سنگ باشد و توسط آب هاي درون منفذي وارد سنگ مي شود.
2- وجود PH و Eh مناسب در محيط دياژنز
سيلكريت كه سنگي غني از سيليس است ، اوليه بوده و در PH قليايي تشكيل مي شود و لذا در فصول خشك كه تبخير و PH بالاست ، ايجاد مي شود. كالكريت در محيط دياژنز شكل مي گيرد.
4- ژنز سيليس :
در صورتي که سيليس درصد بالايي از سنگ ها را تشکيل دهد ، کانسارهاي سيليس تشکيل مي شوند . کانسارهاي سيليس تشکيل شده از تجمع ثانويه سيليس و در اثر فرآيند دگرگوني ( تزريق ثانويه رگه ها و رگچه هاي سيليسي در سازندهاي دگرگون شده ) ، هوازدگي ، جابجايي و تجمع به وسيله باد و يا آب رودخانه ها داراي حجم قابل توجهي بوده و از اهميت بالايي برخوردارند .گاهي در طبيعت لايه هايي از سيليس آلي به صورت راديولاريت ، فتانيت ، اسپونگوليت و دياتوميت به وجود مي آيند . اين لايه ها از انباشته شدن قطعات اسکلت سيليسي جانوران ريز دريايي ايجاد مي شوند . از نظر کاني شناسي جنس اين مواد اکثراً کريستوباليت و اپال است .
در مورد منشأ چرت ها، اتفاق نظر وجود ندارد، با اين وجود اكثر محققين، چرت هاي نودولي را از منشأ ثانويه و دياژنتيكي مي دانند. شواهدي كه اين فرضيه را ، تأئيد مي كند عبارتند از:
1- شكل بسيار نامنظم اكثر نودول هاي چرت
2- وجود بخشهاي كربناته در داخل نودول هاي چرت
3- وجود فسيل هاي سيليس شده
4- حفظ و وجود آثار و بقاياي از ساخت هاي رسوبي به ويژه سطوح لايه بندي در داخل بعضي از نودول هاي چرتي
5- گسترش و حضور نودول هاي چرت فقط در بعضي از قسمت هاي تشكيلات آهكي و عدم توزيع و پراكندگي منظم آن در تشكيلات ميزبان.
مطالعات مختلف و بررسي هاي ژئوشيميايي اخير تشكيل مستقيم ژل هاي سيليسي از آب دريا را تأئيد نمي كند.
5- روش تجزيه عنصر معدني :
Fusion / Instrumental procedures
X- Ray Fluorescence Analysis ( XRF)
طيف سنجي نشر اتمي پلاسما Plasma Atomic Emission Spectrometry
6- استخراج و فرآوري :روش هاي استخراج:كانسارهاي سخت نشده به روش روباز بوسيله ما شين آلاتي مانند لودر و بيل مكانيكي, لايروبي, و يا فشار آب استخراج, بارگيري و يا از طرق ديگر به كارخانه فرآوري منتقل مي شود. كانسارهاي سخت نيز به روش روباز استخراج مي شود منتها ابتدا با حفاري و انفجار و بعد مراحل برداشت و بارگيري صورت ميگيرند. برخي معادن زير زميني با روش انفجار و حفاري مرسوم استخراج و بار گيري ميشوند.
تريپلي به روش زير زميني و اتاق وپايه با يك تونل دسترسي در جهت شيب استخراج مي شود.
بلورهاي كوارتز به صورت دستي بعد از برداشت روباره ها بوسيله بلدوزر استخراج مي شوند.
روشهاي فرآوري:ماسه وشن ها ميبايست دامنه مختلف از اندازه ذرات را دارا باشند و از موادي مانند ميكا, رس, لاي, مواد آلي و... پاك باشند كه اين ناخالصي ها با شستشو و غربال كردن وگاهي جدايش در ملا سنگين برطرف ميگردند. در ادامه خرد شدن صورت مي گيرد تا قلوه سنگ ها و تخته سنگ ها نيز به اندازه ذرات ديگر تبديل شود. كوارتز تيله اي و ماسهاي غربال شده, با جدايش مغناطيسي, لرزش, شستشو و شناورسازي و يا اسيد شويي بر روي آن صورت مي گيرد.
نواكوليت با چكش و قلم به اندازه دلخواه درآمده و بر حسب كيفيت دسته بندي در محل كارخانه به اندازه دلخواه برش داده مي شود. بلورهاي كوارتز به صورت محلي توسط مصرف كننده نهايي جدا سازي و درجه بندي مي شود.
7- موارد استفاده :سيليس در صنايع مختلفي نظير شيشه سازي، چيني سازي، ريخته گري و ... مصرف مي شود. سيليس مصرفي در هر يك از اين صنايع بايد كيفيت خاصي داشته باشد. تركيب شيميايي، ساختمان كاني شناسي و خواص فيزيكي سيليس، تعيين كننده كيفيت و موارد مصرف آن در هر يك از صنايع مذكور مي باشند. تركيب شيميايي سيليس در واقع عبارت است از درصد SiO2 موجود در سنگ و نيز درصد هر يك از اكسيدهاي ديگر كه معمولاً به همراه SiO2 در كانسارهاي مختلف وجود دارند. در صورتي كه درصد هر يك از اكسيدهاي همراه از حدود معيني تجاوز نمايد، كاربرد آن در صنايع مختلف محدود و يا غير ممكن مي سازد.
علاوه بر درصد، SiO2 ساختمان كاني شناسي سنگ نيز در تعيين كيفيت و موارد مصرف آن نقش مهمي دارد زيرا ممكن است SiO2 به صورت انواع سيليكات ها وجود داشته باشد، در نتيجه اين مسئله در تعيين روش كانه آرائي و چگونگي حذف ناخالصي ها تأثير خواهد داشت.
خواص فيزيكي سيليس نيز در همين روش مناسب براي خردايش، دانه بندي پودر سيليس توليد شده و تعيين موارد مصرف پودر توليد شده تأثير خواهند داشت.
به طور كلي موارد مصرف سيليس عبارت است از:شيشه سازي، توليد فروسيليس ، سراميك سازي، توليد آجر ماسه آهكي، ريخته گري، توليد سيليكات سديم، توليد ديگر مواد سيليسي و توليد پشم شيشه.
مقادير قابل توجهي ازماسه سنگ خرد شده به عنوان مصالح ساختماني بكار مي رود.
لعاب:سيليكا ماده تشكيل دهنده شيشه است، براي ساخت انواع شيشه مخصوص سيليس با موادي از قبيل فلدسپار، نفلين سينيت، سودا و... تركيب ميشود.
سراميك:كوارتز در ساخت انواع مختلف سراميك، سرويس بهداشتي بكار ميرود.
در ريخته گري و نسوز:مقاومت كوارتز وسيليس تا دمايC 1470سبب شده از آن براي تهيه قالبهاي ريختهگري فلزاتي مانند فولاد، آهن سياه، آلومينيم وآلياژهاي مس و همچنين به عنوان نسوز در ساخت كورههاي آهن و فولاد، سراميك، شيشه و سيمان بكار ميرود. كاربردهاي متفرقه ديگري مانند ساينده، پودر جلا، فيلتراسيون ، شن و ماسه ساختماني است. انواع گرد شده و با كيفيت براي باز كردن شكافها و افزايش نفوذ پذيري در توليد نفت وگاز بكار ميرود. همچنين با پودر كردن آن ميتوان از آن به عنوان پركننده در رنگ، پلاستيك، لاستيك، بتونه و چسب استفاده كرد.
سيليكات سديم :سيليكات سديم به صورت گلوله هاي شفاف، بدون آب و پودر شيشه يا پودر آبدار خريد و فروش ميشود. اين ماده در كنترل سايندگي لوله هاي آب و فرمول بندي لعاب و مينا بكار مي رود. انواع محلول مايع آن در صابونسازي، پاك كنندههاي صنعتي و عمومي، چسب، سيمانسازي، رنگ و پوشش، قالب ريختهگري، شناورسازي كانه، پايدارسازي پراكسيد و كنترل خوردگي در لوله هاي آب و پيش ماده سيليس مخلوط زئوليت كاربرد دارد.
سيليس ته نشين شده:از واكنش سيليكات سديم با اسيد سولفوريك يا اسيد كلريدريك طي شرايط مشخصي سيليس ته نشيني توليد مي شود كه بدليل خواصي از قبيل درخشندگي بسيار بالا و تخلخل كم از آن به عنوان پر كننده ريز دانه و ضد لغزش در لاستيك (لاستيك خودرو و كفپوش) pvc، پلي الفين، فيلم LDPE و جداكننده هاي ريز منفذي باتري ها ي سربي، پخش كننده، حمل كننده و بسياري موارد ديگر استفاده ميشود.
سيليس كلوئيدي:سوسپانسيون از سيليس ريز دانه در محيط آبي كه به منظور ماده اصطكاك زا در كا غذ و تخته، ساينده در جلا با آب سيليس، جوش دهنده نسوزهاي فيبري، كاتاليزور و پيش ماده شيميايي مصرف مي شود.
سيليس، نوع متالورژي:از واكنش كوارتز وكك در كوره قوس الكتريك و دماي بالاي C’2000 ساخته شده و 99%-98 Si دارد. ازآن در تهيه آلياژهاي آلومينيم، فولاد، سوپرآلياژ، سيليكون و مواد شيميايي استفاده مي كنند.
انواع ديگر ازسيليس و تركيبات آن مانند سيليس پخته، خرد سيليكون، نيترات سيليسيوم و... وجود دارند كه هر يك كاربرد هاي مخصوص خود را داراست.
كوارتز بلوري:انواع شفاف و خوشنما براي تهيه عدسي و مخروط، جواهرسازي و نمونه كاني بكار ميرود، از خاصيت پيزوالكتريك آن در الكترونيك استفاده مي كنند.
تريپلي:سيليس ريز بلور، متخلخل با وزن مخصوص 65/2، سختي7، سفيد تا خاكستري و... كه به عنوان پركننده يا رنگدانه در رنگ، لاستيك، پلاستيك، ساينده وبتونه بكار مي رود، بعلاوه در پودرهاي ساينده وجلا و ساينده دندان بكار مي رود.
نواكوليت:سنگ متخلخل سفيد تا خاكستري، قهوه اي روشن تا سياه كه از دانه هاي كوارتز بيشكل متراكم ساخته شده است كه خاصيت سايندگي عالي دارد: تميز كردن فلزات، ماده آسياب كننده، نسوز و مصالح سبك ساختماني.
فلينت:سيليس كلسدوني مخفي بلور متراكم (سراميك، چيني استخواني، ماده آسياب كننده و...).
تقسيم بندي انواع سيليس براساس درصد SiO2 و مصرف :
1- سيليس درجه 1 : اين نوع سيليس داراي حداقل 96 % SiO2 است و در شيشه سازي ، لعاب ، صنايع شيميايي ، فروسيليس ، پشم شيشه ، سيليكات سديم ، فروکروم و ماسه تست سيمان به کار مي رود .
2- سيليس درجه 2 : اين نوع سيليس داراي 95-85 % SiO2 است و در ماسه ريخته گري ، ماسه سندبلاست ، فيلتراسيون و ديرگدازها به کار مي رود .
3- سيليس درجه 3 : اين نوع سيليس داراي 85-70 % SiO2 است و در آجر ماسه آهکي و آجرسبک ، کارخانجات توليد سيمان و بتن سبک به کار مي رود .
استانداردها:باكاربري شيشه سازي:حداقل 99-5/98% Sio2 و Fe2o3 كمتر از 04/0% در شيشه تخت، 03/0% ظروف شيشه اي ، 88/0%ظروف بلوري، 3/0%فايبرگلاس، 6/1%-2/0 Al2o3 و مقادير نا چيز (Ni،Cu،Co) و مواد نسوز (كروميت، زيركن وروتيل)
شيشه نوري درجه اول:حداقل99%-5/98 Sio2، كمتر از 1/0%Al2o3 و02/0% Fe2o3.
پيش ماده سيليكات سديم:بيشتر از 4/99% Sio2و كمتر از03/0% Fe2o3.
سراميك:زير 20% Cu،5/97%> Sio2،55%< Al2o3 و2/0% Fe2o3.
ماسه با كاربري *****:نسبتا خالص و بدون خاك، رس و مواد آلي يا ميكايي، شكل بلور هاي گرد شده يا نرمال بدون كشيدگي يا تخت شدگي، اندازه دانه هاي يكنواخت، اندازه كوچك و ضريب يكنواختي.
ماسه خوب گرد شده و مقادير ناچيز ناخالصي از رس، فلدسپار و كلسيت اندازه دانه ها :mm7/1*35/3 mm18/1×36/2, mm85/0×70/1, mm212/0×425/0,mm 106/0×212/0
ماسه ريخته گري:98% Sio2 زير 200مش و Cao وMgo محدود (چرا كه مقدار اسيد مصرفي كه عامل اندازهگيري مقدار جوش دهنده مورد نياز است را كاهش ميدهد.)
ماسه گداخت (آهن و فولاد):
90%> Sio2
ماسه نسوز:99%-95 : Sio2
پودر سيليس:1/0%< Fe2O3, 38/0%< Al2O3 , 1/0%< Na2O ,1/0%< K2O اندازه متوسط ذرات 60 ميكرومتر, درجه درخشندگي 89%
پيش ماده سيليكون:99%-5/98> SiO2 ,5/1%-1/0< Fe2O3 ,15/0%< Al2O3 , بدون فسفر و آرسنيك, 2/0%< CaO,MgO و نقصان در اثر حرارت, گلوله هاي با قطر< cm54/2 و حداقل درجه نرم شدن C ‘1700
فروسيليكون:98%> SiO2 ,2/0%< Fe2O3 ,4/0% Al2O3 ,2/0% MgOوCaOو 1/0% P, قطر گلوله ها 16/1-32/0
تريپلي:5/99-98% SiO2 ,1%-025/0 Fe2O3 و اندازه ذرات 99% زير 74 ميكرومتر تا 99% زير 10 ميكرومتر
نواكوليت:60%> SiO2, 20% Al2O3, 2% Fe2O3 ,3% C
فلينيت:4/97% SiO2 , 35/0% Al2O3 , Fe2O3 نادر, 46/0%CaO , 18/0%MgO,3/1% نقصان در اثر حرارت, اندازه متوسط دانه ها 10 ميكرومتر.
باز يافت:بازيافت شيشه در حال افزايش است. نرخ متوسط باز يافت شيشه 33% در آمريكا و 90% در برخي كشورهاي اروپايي مانند سوييس است. بعد از خمير شيشه, دومين كاربري ظروف شيشه اي بازياقتي فايبر گلاس عايق (40% از ماده اوليه) است. ماسه سيليس مورد استفاده در سايش معمولا در باز يافت فولاد مصرف ميشود. بازيافت ماسه ريخته گري بدليل مشكلات دفع و آماده سازي آن رو به افزايش است.
جايگزين ها:ساينده:بوكسيت, آلومينا, كرندوم, الماس, دياتوميت, فلدسپار, گارنت, منيتيت, نفلين سينيت, اليوين, پرليت, پوميس, سربار, ذغال و فلزات استاروليت, تريپلي, كربيد سيليسيوم و ايليمينيت.
ماده ضد بلوكه شدن:كائولن تكليس شده , دياتوميت, تالك.
ساختمان سازي:گرانيت خرد شده, آهك, مرمر و...
سنگ نما:گرانيت, مرمر, آهك, اسليت, آجر.
پركننده ها:تري هيدرات آلومينيم, باريت, كربنات كلسيم, دياتوميت, فلدسپار, كائولن, ميكا, نفلين سينيت, پرليت, تالك, ولاستونيت.
كربن فعال شده/آنتراسيت, آزبست, سلولز, دياتوميت, گارنت, منيتيت, پوميس, پرليت, ايلمينيت.
ريخته گري:بوكسيت و آلومينا, كروميت, رس, اليوين, پرليت, ورميكوليت, زيركن.
مواد اصطكاك زا:آزبست, باريت, بوكسيت و آلومينا, رس, (آتاپولگليت, كائولن, سييوليت), گارنت, گرافيت, ژيپس, ميكا, پوميس, پيروفيليت, اسليت, ورميكوليت, ولاستونيت, زيركن.
نسوز:
آندالوزيت, بوكسيت, كروميت, كيانيت, دولوميت, گرافيت, منيزيت, اليوين, پيروفيليت, رس نسوز, سيليمانيت, زيركن
8- بازار جهاني مواد معدني :توليد جهاني :بين سالهاي 1990 تا 1995 توليد سيليس روند كاهشي را طي نموده است و از سال 1995 تا 2000 تغييرات متناوبي با دامنه كوتاه حاكم بوده است. طي سال هاي 1964 تا 2000 بيشترين مقدار توليد مربوط به سال 1990 و كمترين آن مربوط به سال 1964 است.
چين در توليد سيليكون مقام اول را در سال 2000 ( 721000 تن) و 2001 (638000 تن) دارا بوده است. ديگر توليد كننده هاي عمده سيليكون بعد از چين به ترتيب آمريكا، برزيل، نروژ، فرانسه، روسيه ، آفريقاي جنوبي و اسپانيا هستند كه در كل 84 درصد توليد جهاني را شامل مي شوند.
توليد جهاني فروسيليكون در سال 2001، 49/4 ميليون تن تخمين زده شده است كه نسبت به سال 2000 كه مقدار 26/4 ميليون تن را داشته است، اندكي افزايش ديده مي شود. توليد كننده هاي عمده فروسيليكون در سال 2001 به ترتيب كشورهاي چين، روسيه، نروژ، اكراين، آمريكا، فرانسه، آفريقاي جنوبي و قزاقستان بوه اند كه تقريباً 86 درصد توليد جهاني را دربرداشته اند.
در توليد شن و ماسه صنعتي درسال 1996، آمريكا با توليد 8/27 ميليون تن در مقام اول جاي گرفت و بعد از آن هلند با توليد 24 ميليون تن در مقام دوم، آلمان با 5/7 ميليون تن در مقام سوم و اتريش و پاراگوئه با 7 ميليون تن و فرانسه با 5/6 ميليون تن در مقام هاي بعدي جاي گرفتند. آمريكا طي سالهاي 1992 تا 1996 بزرگ ترين توليد كننده شن و ماسه صنعتي در جهان بوده و تقريباً 24 درصد توليد جهاني را در برداشته است. توليد شن و ماسه صنعتي در ايران از سال 1996 تا 1996 از 756000 تن به يك ميليون تن افزايش داشته است.
كوارتز وسيليس در اغلب كشورهاي جهان توليد و مصرف مي شود. توليد ساليانه سيليس درجه بالا تا متوسط حدود 120 تا 150 ميليون تن است كه 40% آن متعلق به آمريكا و هلند است, بعد از آن فرانسه, اتريش, آلمان, پاراگوئه و انگلستان قرار دارند.
هر چند فرآوري و قيمت پايين سيليس مانع از تجارت گسترده بين المللي آن مي شود ولي برخي انواع خاص آن با كاربري مخصوص تا مسافتهاي زياد حمل و نقل مي شوند, براي مثال از استراليا به ژاپن. توليد سيليكون و فرو سيليكون بيشتر وابسته به وجود انرژي ارزان است تا منشا سيليس.
به عنوان نمونه ماسه سيليسي Mt150 ,سيليس ته نشينيt 600000-550 , ژل سيليسيt 80000-70, سيليس كلوئيدي t 70000-60, فرو سيليكون سيليكون Mt 4 وجود دارد .
هيچ گونه اطلاعات دقيقي از جايگاه سيليس جهان در دست نيست .
10- تأثيرات زيست محيطي:منابع آلودگي :معادني که در محيط هاي خشک در نزديکي شهر و روستا قرار دارند ، توليد گرد و غبار زيادي مي کنند که ايجاد آلودگي مي کند که هر چه سيليس سست باشد ، گرد و غبار ايجاد شده بيشتر مي شود .در اين صورت بايد طراحي معدن به شکلي باشد که حداقل جابجايي خاک را موجب شود .
آژانس بينالمللي سلامت جهاني سيليس متبلور را به عنوان مادة سرطانزا معرفي كرده است. براي مثال مواد شيميايي و معدني كه 0.1% يا بيشتر سيليس متبلور داشته باشند، براساس استاندارد موسسة سلامت و بهداشت جمعيت براي مقابله با خطرات ناشي از ارتباط با محيط آلوده (Occupational Safety & Health Administration s`Hazard Communication Standard) در آمريكا تحت نظارت قانون قرار گرفتهاند، به طوريكه به صورت قانون كار، آموزش كارگران و برچسب زدن بر چنين محصولاتي مطابق روشهاي اعلام شده براي مواد سرطانزا (Material Safety Data Sheet, MSDS) ميبايست انجام گيرد.
گرچه قرار گرفتن در معرض غبار كوارتز كه عبارت است از محصولات سيليسي، جراحاتي در ريه ها به وجود مي آورد، با اين حال، به مرگ منجر نمي شود. عادي ترين علت مرگ در كساني كه با غبار سيليسي در تماسند، بيماري سل است. به طور كلي، اگر مقدار زيادي غبار وارد ريه ها بشود، سبب مرگ مي گردد. با اين حال، با پيشگيري ها و نيز تهويه مناسب و استفاده از فيلترها، تا حد زيادي مي توان از بروز امراض يا مرگ در اثر غبار كاني ها جلوگيري كرد.
منابع :
[1] اديب ، عباس ، 1370 ، روشنگري در پزشكي كهنه و نو .
[2] اسکندري ،شيوا ، آقانباتي ، علي ، فتوتي ، وحيد ، (1380 ) ،" فعاليت هاي زمين شناسي و اکتشافي انجام شده در استانها و برنامه پنج ساله سوم" .
[3] ام.اوانز ، انتوني ، مر ، فريد ، مقدسي ، سيدجواد ، (1373) ،" مقدمه اي بر زمين شناسي کانسنگ ها" .
[4] شهاب پور ، جمشيد ، (1382) ، "زمين شناسي اقتصادي"، انتشارات دانشگاه شهيد باهنر كرمان .
[5] غضبان ، فريدون ،(1381 ) ،" زمين شناسي زيست محيطي"، انتشارات دانشگاه تهران .
[6] قرباني ، منصور ، (1381) ، " ديباچه اي بر زمين شناسي اقتصادي ايران " .
[7] كريم پور ، محمد حسن ، سعادت ، سعيد،(1381) ،"زمين شناسي اقتصادي كاربردي"، نشر مشهد .
[8] كريم پور ـ محمد حسن ، 1378 ، کاني ها و سنگ هاي صنعتي ، نشر مشهد .
[9] ميسون ، برايان ، کارلتون ب ، مر ، مر ، فريد ، شرفي ، علي اصغر ، (1370) ، " اصول ژئوشيمي، انتشارات دانشگاه شيراز ".
[10] ويلهم ولمر ، فردريک ، يعقوب پور ، عبدالمجيد ، (1373) ، " ارزيابي اقتصادي در اکتشاف" .
[11] Clare P.Marshall , Rhodes W. Fairbridg, “Encyclopedia of Geochemistry” .
[12] N.N.Greenwood , A.Earnshaw , “ Chemistry of the elements ”.
[13] www.ASTDR.com
[14] www.kitco.com
[15] www.USGS.com
سرامیک مشتق از کلمه keramos یونانی است که به معنی سفالینه یا شئی پخته شده است. در واقع منشا پیدایش این علم همان سفالینههای ساخته شده توسط انسانهای اولیه هستند. در واقع قبل از کشف و استفاده فلزات، بشر از گلهای رس به علت وفور و فراوانی آنها و همچنین شکلگیری بسیار خوب آنها در در صورت مخلوط شدن با آب و درجه حرارت نسبتاً پایین پخت آنها استفاده میکرد. آلومینوسیلیکاتها که خاکهای رسی خود آنها به حساب میآیند، از عناصر آلومینیوم، سیلیسم و اکسیژن ساخته میشوند که این سه عنصر بر روی هم حدود 85 درصد پوسته جامد کره زمین را تشکیل میدهند. این سه عنصر فراوانترین عناصر پوسته زمین هستند.