مشخصات فيزيكي و مكانيكي

مشخصات فيزيكي و مكانيكي
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 در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمين را تشكيل مي دهند. نام سيليس Silicon از واژه لاتين (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه يا سنگ چخماق گرفته شده است. سيليس به عنوان دومين عنصر فراوان در پوسته زمين با فراواني 25% مي باشد.
سيليس غيرفلزي است سخت به رنگ بيرنگ تا سفيد رنگ و يا خاكستري تيره با نماد Si ، عدد اتمي 14، وزن اتمي 085/28، وزن مخصوص 33/2 گرم بر سانتي متر مکعب، سختي7 در مقياس موس، رنگه خاکه سفيد، فاقد کليواژ ، نقطه جوش 2355 درجه سانتيگراد درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 1410 درجه سانتي گراد.
سيليس در گروه 14(IVA) جدول تناوبي به عنوان غيرفلز) Metalloids (Nonmetal بوده و در دوره 3 قرار دارد.
سيليس جزء اصلی ماسه سنگ و ماسه سيليسي، كوارتز و كوارتزيت، بلور كريستال، تريپلي و نواكوليت، سيليس مصنوعي و سيليكون شيميايي، کانی های رسی، گرانيت، سنگ چماق و دياتوميت می باشد.
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. اين كانيها در شرايط متفاوت زمين شناسي بوجود آمده و تشكيل مي‌شوند. سيليس خالص، بيرنگ تا سفيد رنگ است. بلور واحد يا مولكول سيليس داراي فرمول (SiO2) بوده و لذا دانه هاي بلور آن از لحاظ مولكولي متبلور با شبكه هاي بدون اتصال الكتروني است. ولي سيليس گداخته و كوارتز (دره كوهي) به فرمول شيميايي Si2O7 شبكه پيوسته اي دارد كه در آن هر اتم سيليسيوم با چهار اتم اكسيژن و هر اتم اكسيژن سيليسوم احاطه شده است.

جدول 1- برخي خواص فيزيكي، شيميايي، ژئوشيميايي و... عنصر سيليس :
•Atomic Number: 14
•Group: 14
•Period: 3
•Series: Metalloids (Nonmetal)
Silicon's Name in Other Languages
•Latin: Silicium
•Czech: K emík
•Croatian: Silicij
•French: Silicium
•German: Silizium - r
•Italian: Silicio
•Norwegian: Silisium
•Portuguese: Silício
•Russian:
•Spanish: Silicio
•Swedish: Kisel
Atomic Structure of Silicon
•Atomic Radius: 1.46Å
•Atomic Volume: 12.1cm3/mol
•Covalent Radius: 1.11Å
•Cross Section: 160barns ±20
•Crystal Structure: Cubic face centered




•Electron Configuration:
1s2 2s2p6 3s2p2
•Electrons per Energy Level: 2,8,4
Shell Model


.

•Ionic Radius: 0.4Å
•Filling Orbital: 3p 2
•Number of Electrons (with no charge): 14
•Number of Neutrons (most common/stable nuclide): 14
•Number of Protons: 14
•Oxidation States: 4
•valence Electrons: 3s 2p 2
Electron Dot Model


.

Chemical Properties of Silicon
•Electrochemical Equivalent: 0.26197g/amp-hr
•Electron Work Function: 4.52eV
•Electronegativity (Pauling): 1.9
•Heat of Fusion: 50.55kJ/mol
•Incompatiblities:
Chlorine, fluorine, oxidizers, calcium, cesium carbide, alkaline carbonates
•Ionization Potential
First: 8.151
Second: 16.345
Third: 33.492
•valence Electron Potential (-eV): 144
Physical Properties of Silicon
Note: temperature and pressure sensitive calculations are based on normal temperature and pressure (20°C @ 1atm).
•Atomic Mass Average: 28.0855
•Boiling Point: 2628K 2355°C 4271°F
•Coefficient of Linear Thermal Expansion:
0.0000042cm/cm/°C (0°C)
•Conductivity
Electrical: 2.52E -12 106/cm
Thermal: 1.48 W/cmK
•Density: 2.33g/cc @ 300K
•Description:
Hard dark gray non-metal.
•Elastic Modulus:
Bulk: 100/GPa
Youngs: 47/GPa
•Enthalpy of Atomization: 439.3 kJ/mole @ 25°C
•Enthalpy of Fusion: 46.44 kJ/mole
•Enthalpy of Vaporization: 439 kJ/mole
•Flammablity Class: Combusrible Solid in powder form
•Freezing Point: see melting point
•Hardness Scale
Mohs: 6.5
•Heat of Vaporization: 384.22kJ/mol
•Melting Point: 1683K 1410°C 2570°F
•Molar Volume: 12.05 cm3/mole
•Optical Reflectivity: 28%
•Pysical State (at 20°C & 1atm): Solid
•Specific Heat: 0.71J/gK
•Vapor Pressure = 4.77@1410°C
Regulatory / Health
•CAS Number: 7440-21-3 amorphous powder
•UN/NA ID (ERG Guide Number): 1346 (170) amorphous powder
•RTECS: VW0400000
•OSHA Permissible Exposure Limit (PEL)
TWA: 15 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•OSHA PEL Vacated 1989
TWA: 10 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•NIOSH Recommended Exposure Limit (REL)
TWA: 10 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•Routes of Exposure: Inhalation; Ingestion; Skin and/or eye contact
•Target Organs: Eyes, skin, respiratory system
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:8 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

مشخصات شيميايي سيليس

مشخصات شيميايي سيليس
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، سيليسيم 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 وليکن تركيب دوم 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 هيچ گونه 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 سيليسيم چهار ظرفيتي توسط 2 اتم اکسيژن دو ظرفيتي متعادل شده است. در اين نوع سيليکات ها بخشي از اتم هاي سيليسيم 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 درصورت ايجاد شرايط مساعد، زايش و رشد بلورهاي کوارتز انجام مي شود. همچنين سيليس موجود در محيط هاي آذرين و ماگمايي نيز ايجاد بلورهاي کوارتز 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 بيانگر 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.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:8 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

صنايع مصرف كننده سيليس در ايران

صنايع مصرف كننده سيليس در ايران
مصرف اصلي سيليس در ايران در زمينه شيشه سازي، ريخته‌گري، توليد فروسيليس و مصارف صنعتي خصوصاً جهت پوشش سطح قطعات مي باشد، كه عمدتاً تأكيد بر مصرف در شيشه سازي و ريخته گري است.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:7 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

ذخاير و پتانسيلهاي عمده سيليس در ايران

ذخاير و پتانسيلهاي عمده سيليس در ايران
  ميزان ذخاير قطعي سيليس ايران در طي اين دوره ( 1376-1380 ) با متوسط نرخ رشد 4/5%، از 3/56 ميليون تن در سال 1376 به 2/54 ميليون تن در سال 1378 و 5/68 ميليون تن در سال1380 افزايش يافته است (جدول2).
با توجه به نرخ رشد 4/5 درصدي ذخاير ايران مي‌توان گفت سرمايه گذاري بخش توسعه و اكتشاف سيليس درسالهاي اخير افزايش يافته و نتايج آن، افزايش ميزان قطعي سيليس ايران مي‌باشد.


جدول 2-ذخيره قطعي سيليس در ايران طي سال هاي ( 1376-1380 ) (ميليون تن)



شکل 1-ذخيره قطعي سيليس در ايران طي سال هاي ( 1376-1380 ).
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:6 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

وضعيت توليد و فرآوري سيليس در ايران

وضعيت توليد و فرآوري سيليس در ايران
ميزان توليد سيليس و روند آن در ايران
جهت پي بردن به جايگاه سيليس در ايران مي‌توان به شيشه بعنوان پر مصرف ترين صنعت استفاده از سيليس پرداخت. توليد انبوه شيشه در دهه 1340 با توليد شيشه جام و بلور شروع شد كه در اين دهه از شركت شيشه ايران بعنوان اولين توليد كننده شيشه بصورت صنعتي مي توان نام برد. كل ظرفيت توليد شيشه جام در ايران تا سال 1368 به حدود 190 هزار تن رسيد و بعد از آن در پي توجه دوباره و ضرورت ارتقاء ظرفيت توليد شيشه جام كشور، دو طرح جديد توليد شيشه به ظرفيت 120 هزار تن به بهره برداري رسيد و ظرفيت توليد شيشه جام كشور به مرز 30 هزار تن در سال بالغ گرديد.
شاخص مهم در اين بخش، ميزان توليد سيليس جهت استفاده دركارخانجات شيشه سازي است كه مي‌توان با يك تغيير ساده در فرآيند آرايش دانه بندي، آنرا در واحدهاي ريخته‌گري قابل مصرف نمود. توليد كنندگان سيليس براي كارخانجات شيشه سازي به علت شناخت خواص ماسه ريخته‌گري و نيز كسب سود بالاتر با يك سرمايه گذاري كم نسبت به بازار مصرف شيشه سازي، تمايل به توليد ماسه ريخته‌گري پيدا كرده و اقداماتي را در اين زمينه شروع نموده اند به طوري که احتمال مي رود در آينده به صورت جدي وارد اين بازار گردند.

ميانگين توليد سيليس در ايران در اين دوره ( 1376-1380)با متوسط نرخ رشد 4/1%، 1552 هزارتن بوده که از 1616 هزارتن در سال 1376 به 1481 هزارتن در سال 1378 و 1687 هزارتن در سال 1380 افزايش يافته است (جدول7 ).


جدول 7- توليد سيليس در ايران از سال 1376 تا سال 1380 (هزارتن)



شکل5- توليد سيليس در ايران از سال 1376-1380

روند توليد سيليس از سال 1377 تا سال 1380 داراي روندي افزايشي بوده است و ميزان توليد سيليس در ايران در سال 1380 معادل 6/1 ميليون تن گزارش شده است كه نسبت به سال قبل 1/9 رصد افزايش داشته است. اين افزايش توليد، به سبب افزايش قيمت سيليس طي سالهاي اخير و همچنين توليد محصول ماسه ريخته‌گري مي‌باشد. اين امر باعث افزايش صادرات و كاهش واردات محصولات سيليس در ايران نشده است.

معادن عمده سيليس
ذخاير سيليس كشور با حجم حدود 125 ميليون تن با نسبت ارزش ذخيره حدود 310 ميليارد ريال (متوسط ارزش 25 هزار ريال در تن) از موقعيت بسيار مناسبي برخوردار است كه در صورت استفاده صحيح در امر استخراج و فرآوري آن و سپس توليدات مرتبط مي‌توان از صادرات محصولات توليد آن‌ها استفاده نمود.
تعداد معادن فعال كشور از سال 1378 تا سال 1380 داراي روند افزايش بوده و در سال 1380، 92 معدن فعال چدن در حال بهره برداري بوده است. براي اينكه بتوان سيليس مورد نياز صنايع داخلي را تأمين كرد با پيشرفت صنايع بايد اين روند افزايش ادامه يابد
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:6 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

ميزان واردات سيليس در ايران

ميزان واردات سيليس در ايران
ميزان واردات تركيبات مختلف سيليس دار ايران در اين دوره (1376-1380) با نرخ رشد 15/4%، از 19/391 تن در سال 1376 به 62/1224 تن در سال 1378 و 85/1567 تن در سال 1380 افزايش نشان مي دهد(جدول 11).


جدول 11- ميزان واردات تركيبات مختلف سيليس دار طي سالهاي 1380-1376 (تن)



شکل9- ميزان واردات تركيبات مختلف سيليس دار طي سالهاي 1380-1376

بيشترين واردات سيليس مربوط به خاكهاي سيليس سنگواره‌اي است و بيشترين استفاده آنها در صنايع شيشه و سراميك مي‌باشد.
در سال 1380 ميزان واردات داخلي افزايش يافته است كه اين افزايش ناشي از واردات شن و ماسه طبيعي و كوارتز مي‌باشد.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:5 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

بررسي قيمت‌هاي داخلي سيليس

بررسي قيمت‌هاي داخلي سيليس
ميزان قيمت سرب در ايران در اين دوره (1376-1380) با متوسط نرخ رشد 89/21%، از 1/16 هزار ريال بر تن در سال1376 به 9/18 هزار ريال بر تن در سال 1378 و 1/29 هزار ريال بر تن در سال 1380 افزايش نشان مي دهد(جدول 12).


جدول 12-قيمت سيليس در ايران طي سالهاي 1380-1376 (هزار ريال تن)



شکل 10- قيمت سيليس در ايران طي سالهاي 1380-1376

قيمت در فاصله بين سالهاي 1376 تا 1380 در مجموع داراي روند افزايشي مي باشد كه بيشترين مقدار آن مربوط به سال 1379 مي‌باشد. با افزايش توليد سيليس در سال 1380 اندكي كاهش در قيمت آن شاهد هستيم.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:4 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

لزوم حركت به سمت سرامیك‌های پیشرفته

در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه می‌باشد. در صنایع هوا- فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیك‌ها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.

روند كلی تكامل بشر در زمینه كاربرد مواد، این‌گونه بوده است كه انسان‌ها همواره سعی كرده‌اند مواد اطراف خود و خواص آن‌ها را به‌خوبی شناسایی كنند و سپس بر اساس نیازهای خود، مناسب‌ترین آن‌ها را انتخاب كنند. این روند جستجو و انتخاب از دیرباز وجود داشته و هم‌اكنون هم جزء یكی از اركان اساسی مهندسی مواد می‌باشد.
با گذشت زمان و به ‌خصوص با وقوع جنگ‌های جهانی در قرن بیستم، نیازهای بشر از آنچه كه مواد موجود می‌توانستند در اختیار او قرار دهند فراتر رفت. بنابراین نیازهای جدید صرفاً با استفاده از مواد موجود، قابل رفع نبود. در نتیجه این احساس در بشر به‌وجود آمد كه لازم است خود را از قید مواد موجود رها سازد و با ایجاد تغییر در ساختار آن‌ها، عملكردهایی فراتر از خواص موجود را از آن‌ها بخواهد. از این رو دانشمندان و مهندسین مواد بر آن شدند كه با دانش رشد یابندة خود در حوزة مواد، آن‌ها را تغییر داده و خصوصیات مورد نیاز خود را در آن‌ها ایجاد نمایند و یا اینكه از ابتدا ماده‌ای را خلق كنند كه قبل از آن وجود نداشته است. با این رویكرد جدید، عصر مواد پیشرفته آغاز شد.

بازار بزرگ سرامیك‌های پیشرفته در جهان عامل دیگری است كه ما را به‌ سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق می-دهد. از بازار 200 میلیارد دلاری سرامیك‌ها در جهان حدود یك سوم آن یعنی 63 میلیارد دلار آن مربوط به سرامیك‌های پیشرفته است.
تقریباً می‌توانیم بگوییم كه ما در سرامیك‌های سنتی تمام توان خود را به‌كار گرفته‌ایم. در صورتی‌كه در بازار سرامیك‌های پیشرفته اصلاً حضوری نداشته ایم. این در حالی است كه برای این بازار رشد 6 تا 7 درصدی نیز متصور است. ما می‌توانیم در این صنعت نیز مانند سرامیك‌های سنتی به سطح خوبی برسیم. تصور اینكه سرمایه-گذاری در بخش سنتی اجباراً ما را به سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق می‌دهد تصور كاملاً غلطی است؛ چون این دو ماهیتاً با هم فرق دارند و از نظر سطح فناوری، دانش فنی و موارد كاربرد، اختلاف زیادی با هم دارند. پس این برداشت كه ما با توجه به سرامیك‌های سنتی به مرور زمان به سرامیك‌های پیشرفته دست می‌یابیم درست نیست.
فارغ از تمام مباحث فوق، نگرش ما به مسائل جهانی و پدیدة جهانی شدن نیز راهبرد ما را در دستیابی به فناوری‌های مختلف تحت‌تاثیر قرار می‌دهد. طبیعتاً استراتژی ما در رویكرد به فناوری سرامیك نیز متاثر از این نگرش خواهد بود. اگر ما در پدیدة جهانی شدن بخواهیم تابع و پیرو دیگر قدرت‌ها باشیم، صنعت سرامیك ما در حد سرامیك‌های سنتی و دارای ارزش افزودة پایین باقی خواهد ماند. چون آن‌ها این طور می‌خواهند. ولی اگر در این حوزه مانند حوزه‌های دیگری مثل نانوفناوری پیشرفت كنیم، دستیابی به فناوری سرامیك‌های پیشرفته،‌ امری حیاتی خواهد بود.
در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه می‌باشد. در صنایع هوا-فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیك‌ها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.
در 60 سال اخیر در مورد 25 گروه مختلف از سرامیك‌های پیشرفته، تحقیقات وسیعی صورت گرفته و بسیاری از آن‌ها به تولید رسیده‌اند. در سال‌های اخیر، شكوفایی و گسترش صنایع الكترونیك و همچنین كاربرد وسیع سرامیك‌های پیشرفته در صنایع مربوط به فناوری پزشكی و اتومبیل‌سازی، موجب رشد چشمگیر بازار سرامیك‌های پیشرفته شده است.
- به‌عنوان مثال دریچه مصنوعی قلب‌ كه نوعی سرامیك پیشرفته است، وزنی حدود 1 تا 2 گرم دارد كه قیمت آن حدود 4 هزار دلار می‌باشد و ارزش افزوده عجیبی دارد كه تولید آن محدود به آمریكا و ژاپن است.
- استفاده از سرامیك‌ها در جایگزینی استخوان‌ها به‌علت سبكی وزن در مقایسه با پلاتین، سازگاری بیشتر با بافت-های بدن، عدم نیاز به جراحی مجدد و غیره سبب شده است كه در حوزه پزشكی به استفاده از سرامیك‌های پیشرفته توجه شود.
- در زمینه‌های نظامی نیز سرامیك‌های پیشرفته كاربرد فراوان دارند. ساده‌ترین كاربردهای آن ساخت زره ضد گلوله و در تانك‌ها و زیر بالگردها به‌عنوان محافظ در مقابل گلوله می‌باشد.
- در ابزار برش، امروزه به‌دلیل استحكام بسیار بالا، سایش فوق‌العاده كم و عمر بسیار زیاد، از این مواد سرامیكی در صنعت، استفاده فراوانی می‌شود. همچنین مواد سرامیكی جایگزینی برای قلم‌تراش‌های فولاد آلیاژی می‌باشند و عمده تولید آن‌ها در اروپا است.
سرامیك‌های پیشرفته آنچنان تنوع و كاربرد فراوانی دارند كه توجه به هر شاخه از آن‌ها می‌تواند درآمدزایی بالایی را به همراه داشته باشد. به‌عنوان مثال الكتروسرامیك‌ها یكی از شاخه‌های مهم و پركاربرد هستند كه در صورت توجه، مزایای زیادی را به‌همراه دارند كه در ذیل به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:
1- اشتغال
اشتغالی كه در اثر توسعه این صنعت در كشور ایجاد می‌شود، قابل مقایسه با سرامیك‌های سنتی نیست. زیرا علاوه‌بر گروه‌های متخصصی كه در واحدهای صنعتی مشغول به تولید این محصولات خواهند بود، گروه‌های دیگری كه شامل تیم‌های مهندسی هستند محصول این كارخانجات را برای كاربردهای خاص طراحی و تولید می‌كنند. بنابراین زنجیرة بزرگی از نیروهای تحصیل‌كرده در اثر توسعة این صنعت جذب بازار كار خواهند گردید. اساساً تولید این نوع محصولات به‌عنوان محصولات مبتنی بر دانش تلقی می گردد.
2- توسعه صنایع الكترونیك
با توجه به اهداف برنامه‌های توسعه كه یكی از آن‌ها توسعه صنایع الكترونیك در كشور است، باید زیرساخت‌های لازم را برای آن ایجاد كرد. تولید الكتروسرامیك‌ها در كشور یكی از زیرساخت‌های لازم برای توسعه این صنعت است. چون معضلی كه تولیدكنندگان در صنعت الكترونیك دارند، قیمت نامناسب و ورود اجناس به‌صورت قاچاق در كشور است. با تولید اقتصادی این قطعات در كنار دیگر قطعات الكترونیكی در داخل كشور، آن‌ها می‌توانند تولیدات خود را با قیمت مناسبی به جامعه ارائه ‌دهند و نگران قاچاق نبوده و به بازارهای بین‌المللی راه پیدا كنند و توان رقابت داشته باشند.
3- ارزش افزوده بالا
قیمت محصولات الكتروسرامیكی از حدود 5 دلار شروع می‌شود و تا 500-400 دلار در هر كیلو می‌رسد كه سهم بالایی از ارزش افزوده آن به دانش فنی و طراحی برمی‌گردد و صرفاً مواد اولیه نقش عمده‌ای را به‌تنهایی در قیمت این محصولات بازی نمی‌نماید. نگرانی از اینكه مواد اولیه با خلوص بالا برای تولید این محصولات را در كشور نداریم، نباید باعث شود تا كشور ما وارد این صنعت نشود. چنانچه كشورهایی نظیر كره، تایوان، هنگ‌كنگ و سنگاپور نیز با همین مسئله روبرو بودند ولی با یك برنامه‌ریزی درست و در سایه همكاری‌های بین‌المللی گام‌های بسیار درخشانی را در تولید و عرضه این محصولات در دنیا برداشته‌اند.
4- مصرف انرژی
مصرف انرژی برای تولید این قطعات در مقایسه با سرامیك‌های سنتی بسیار كمتر است. زیرا ابعاد قطعات كوچك‌تر است. این در حالی است كه وقتی آمار مصرف انرژی در كشورهای مختلف بررسی می‌شود، صنعت سرامیك، به‌ویژه در بخش سنتی (كاشی، شیشه، دیرگداز، سیمان و غیره)، سهم قابل توجهی از مصرف انرژی را به خود اختصاص می‌دهد.

 

منبع:سایت شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:2 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

سلامتی انسانها

سرامیك‌ها به عنوان یك زیرمجموعه از مواد سرامیكی، به طور مستقیم به سلامتی انسانها مربوط هستند؛ لذا صرفنظر از منافع اقتصادی، به توجهی ویژه نیاز دارند. دكتر صولتی، رئیس پژوهشكده سرامیك پژوهشگاه مواد و انرژی، ضمن معرفی مواد سرامیكی و بیوسرامیكی، آنها را مناسب‌ترین مواد جهت كاربرد در محیط فیزیولوژیك بدن دانست و دلیل این امر را زیست‌سازگاری مطلوب این مواد در كنار خواص مكانیكی مناسب آنها ذكر كرد. متن زیر حاصل‌ گفتگوی شبكه تحلیلگران تكنولوژی ایران (ایتان) با وی در رابطه با این مواد است:
سوال: آقای دكتر ضمن تشكر از وقتی كه در اختیار ما قرار دادید، لطفاً در ابتدا یك تعریف و تقسیم‌بندی كلی از سرامیك‌ها و حوزه‌های كاربرد این مواد داشته باشید. دكتر صولتی: سرامیك‌ها را می‌توان به صورت مواد غیرآلی و غیرفلزی تعریف نمود كه این یك تعریف بسیار اجمالی است و برای بعضی مقاصد كافی نیست ولی جایگاه سرامیك‌ها را نسبت به سایر مواد مهندسی مشخص می‌سازد. با توجه به این تعریف، تعدادی از تركیبات را از حوزه بسیار وسیع مواد خارج كرده و بدین ترتیب، حجم عمده‌ای از مواد جامد باقیمانده را سرامیك می‌نامند.

عموماً سرامیك‌های مهندسی را از نظر تركیبی به دو دسته كلی تقسیم‌بندی می‌نمایند:

1) سرامیك‌‌های اكسیدی

2) سرامیك‌های غیراكسیدی

سرامیك‌های اكسیدی به این علت كه حجم عمده‌ای از مواد سرامیكی را تشكیل می‌دهند در یك گروه مستقل قرار گرفته‌اند و سرامیك‌های غیراكسیدی نیز می‌توانند خود شامل تركیبات كاربیدی، نیتریدی، سیلیسیدی، بوریدی، فسفیدی و موارد دیگر باشند.

مواد سرامیكی چون دامنه بسیار وسیعی از تركیبات را از لحاظ خواص و حوزه كاربرد شامل می‌شوند، لذا خواص و كاربردهای بسیار گسترده‌ای دارند. به عنوان مثال برای خواص الكتریكی، سرامیك‌هایی با خواص عایق كامل تا رسانای نستباً كامل و ابررسانا وجود دارند. به همین صورت برای خواص مغناطیسی می­توان خصوصیات مغناطیسی كامل تا پارامغناطیس را از این مواد انتظار داشت. محدوده خواص نوری مواد سرامیكی نیز از كدر بودن كامل تا شفافیت كامل را در برمی‌گیرد و همچنین در مورد سختی، سرامیك‌‌هایی به نرمی گرافیت تا سختی الماس وجود دارند. در موارد دیگر خواص و كاربردها نیز وضعیت مشابهی برای سرامیك‌ها وجود دارد.


سوال: به نظر شما بیوسرامیك‌ها به عنوان زیرمجموعه‌ای از حوزه بسیار وسیع مواد سرامیكی باید چه خصوصیات و ویژگی­هایی داشته باشند؟ دكتر صولتی: بیوسرامیك‌ها را می‌توان آن بخش از مواد سرامیكی دانست كه كاربرد آنها در حوزه محیط‌های فیزیولوژیك مثل بدن انسان است.

محیط بدن نسبت به مواد بیگانه، محیطی بسیار سخت‌گیر می‌باشد به گونه‌ای كه ورود یك ماده به محیط فیزیولوژیك یا محیط زنده با چالش‌های بزرگی روبرو است و بنابراین مسائل بسیار دشواری جهت طراحی و كاربرد بیومواد بر سر راه یك مهندس بیومواد وجود خواهد داشت.

وظایف دشوار زیر را می­توان از یك بیوسرامیك در حین كاركرد در محیط زنده انتظار داشت:

1) در محیط زنده بدن خود را حفظ نماید و از بین نرود.

2) به بافت‌های زنده اطراف خود آسیبی نرساند.

3) عملكرد خاصی را در محیط بدن از خود نشان دهد.

4) عملكرد ماده مورد نظر با سازوكارهای طبیعی بدن هماهنگ باشد.

اتفاقات بسیاری در حین استفاده از ماده خارجی در بدن ممكن است رخ دهد كه بهترین آنها وقتی است كه تنها خود ماده آسیب ببیند و بدترین اتفاق آن است كه ماده به بافت اطراف خود آسیب برساند كه اغلب مجموعه‌ای از این دو حالت اتفاق می‌افتد.

حالت ایده‌آل و مطلوب برای كاربرد بیومواد در بدن زمانی است كه ماده كاملاً زیست­سازگار بوده و بدون اینكه خود از بین برود، ضمن عملكرد مطلوب، به بافت اطراف خود نیز آسیبی نرساند.

سوال: عموماً چه تقسیم­بندی­هایی برای بیوسرامیك‌ها به عنوان یك زیرمجموعه مهم از بیومواد مرسوم است؟ دكتر صولتی: بیوسرامیك‌ها را معمولاً از چند زاویه می‌توان دسته‌بندی نمود. یكی از مهمترین روش­های تقسیم‌بندی بیوسرامیك‌ها صرفنظر از ماهیت و جنس آنها، بر اساس واكنشی است كه محیط فیزیولوژیك بدن با آنها انجام می‌دهد كه این یك پارامتر بسیار مهم است. بر این اساس بیوسرامیك‌ها را به سه دسته تقسیم‌بندی می‌كنند:

1) بیوسرامیك‌های تقریباً خنثی: موادی هستند كه با محیط بدن واكنشی نمی‌دهند و از لحاظ شیمیایی خنثی هستند. مثل اكسیدآلومینیوم، اكسیدزیركونیوم و كربن كه این سرامیك‌ها به دلیل خنثی بودن شیمیایی، زیست­سازگار می‌باشند.

2) بیوسرامیك‌های فعال: موادی هستند كه با بدن واكنش می‌دهند كه این واكنش‌ها مخرب نیست، بلكه مثبت بوده و سازگار با بدن می‌باشد. به عنوان مثال می‌توان به كلسیم­فسفات‌ها و در راس آنها به هیدروكسی آپاتیت اشاره نمود كه مهمترین كلسیم­فسفات زیست­سازگار و شاید به نوعی مهمترین بیوسرامیك باشد.

3) بیوسرامیك‌های جذب­شونده: این دسته از مواد كه بیشتر برای تعمیرات و پشتیبانی‌های موقت مورد استفاده قرار می‌گیرند به دلیل تركیب شیمیایی خاص خود، می‌توانند در محیط‌های آبی مثل محیط بدن به اجزای تشكیل دهنده خود تجزیه شوند ضمن اینكه مواد حاصل از تجزیه آنها در بدن خنثی و بی­اثر هستند. به عنوان مثال می‌توان تری­كلسیم­فسفات را نام برد كه این بیوسرامیك می‌تواند به عنوان یك داربست موقت برای زمان مشخصی در بدن مورد استفاده قرار گیرد.
از دیدگاه نحوه تثبیت قطعات كاشتنی مورد استفاده در بدن نیز می‌توان بیوسرامیك‌ها‌ را به دو دسته تقسیم‌بندی نمود:

الف) بیوسرامیك‌ با تثبیت شكل­شناختی یا مورفولوژیكال: این دسته از بیوسرامیك‌ها با محیط اطراف خود واكنشی نمی‌دهند و تثبیت آنها در بدن بر اساس اصطكاك و در هم فرورفتگی خواهد بود.

ب) بیوسرامیك با تثبیت بیولوژیك: این گروه از بیوسرامیك‌ها با محیط اطراف خود واكنش می‌دهند و به بافت اطراف خود می‌چسبند كه ممكن است پیوند شیمیایی صورت گیرد و یا تخلخل‌ها پر شود كه به این صورت داخل بدن تثبیت می­شوند.

سوال: به عنوان آخرین سوال اگر بخواهیم مقایسه‌ای بین مواد مختلفی كه به عنوان بیومتریال مورد استفاده قرار می‌گیرند انجام دهیم، بیوسرامیك‌ها چه جایگاهی دارند؟ دكتر صولتی: تجربه و بررسی‌های علمی و فنی نشان داده است كه سرامیك­ها به طور ذاتی زیست­سازگارترین مواد موجود می‌باشند كه دلیل این امر را باید در ماهیت تركیبات سرامیكی نسبت به دو دسته دیگر مواد یعنی فلزات و پلیمرها جستجو كرد.

بیشتر پلیمرها صرفنظر از خواص مكانیكی ضعیف، با بدن سازگار نبوده و در محیط‌های فیزیولوژیك، پایداری شیمیایی مطلوبی ندارند.

فلزات علی‌رغم اینكه خواص مكانیكی مطلوبی دارند ولی در تماس با بافت‌های زنده بدن دچار خوردگی الكتروشیمیایی می‌شوند كه این به دلیل ماهیت این دسته از مواد است كه دارای الكترون آزاد می‌باشند. حتی فلزاتی كه خنثی به نظر می‌رسند اثرات نامطلوبی در داخل بدن دارند و بدین ترتیب بیشتر فلزات از دیدگاه زیست­سازگاری گزینه­های مناسبی جهت استفاده در بدن نیستند.

در مورد سرامیك‌ها داستان به گونه‌ای دیگر است. بعضی از مزایای سرامیك‌ها از دید زیست­سازگاری نسبت به مواد دیگر عبارتند از:

1) عموماً سرامیك‌ها از عناصری تشكیل می‌شوند كه آن عناصر به صورت طبیعی در محیط بدن وجود دارند كه از آن جمله می‌توان به كلسیم و فسفر اشاره نمود.

2) پیوندهای تشكیل­دهنده تركیبات سرامیكی نوعاً كوالانسی و یونی می‌باشند و به جز موارد بسیار اندكی مثل گرافیت، در این تركیبات الكترون آزادی وجود ندارد و بنابراین اغلب این مواد ضعف خوردگی الكتروشیمیایی ندارند.

3) وقتی سرامیك‌ها در معرض تخریبات بیولوژیك از جانب بدن قرار می‌گیرند می‌توانند از لحاظ شیمیایی تا مدتهای زیادی دوام بیاورند كه این زمان می‌تواند در حد مدت عمر یك انسان باشد.

4) اگر بدن بتواند بنا به دلایلی بیوسرامیك را تخریب كند، خطر محصولات ناشی از تخریب سرامیك‌ها به مراتب كمتر از خطر فلزات و پلیمرها در بدن است.

بنابراین از مجموع این دلایل می‌توان گفت سرامیك­ها سازگارترین و مناسب‌ترین مواد برای استفاده در بدن و محیط فیزیولوژیك می‌باشند

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:1 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

Silicon

تاریخچه

  نام سیلیس Silicon از واژه لاتین (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه یا سنگ چخماق گرفته شده است. سیلیس در سال 1824 توسط Jöns Jacob Berzelius در سوئد کشف شد. سیلیس متبلور در سال 1854 توسط Deville یک شکل آلوتروپ از عنصر را کشف نمود.

 
عدد اتمی: 14
وزن اتمی: 28
سختی: 7
رنگ: بی رنگ سفید
رنگ خاكه: سفید
دوره جدول تناوبی:3
گروه جدول تناوبی:14

مشخصات سیلیس

اكسید سیلیسیم (SiO2) یا سیلیس تركیبی شیمیایی است كه به صورت خالص و یا به صورت تركیب در كانی های سیلیكاته در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمین را تشكیل می دهند.
نام سیلیس Silicon از واژه لاتین (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه یا سنگ چخماق گرفته شده است. سیلیس به عنوان دومین عنصر فراوان در پوسته زمین با فراوانی 25% می باشد.
سیلیس غیرفلزی است سخت به رنگ بیرنگ تا سفید رنگ و یا خاكستری تیره با نماد Si ، عدد اتمی 14، وزن اتمی 085/28، وزن مخصوص 33/2 گرم بر سانتی متر مکعب، سختی7 در مقیاس موس، رنگه خاکه سفید، فاقد کلیواژ ، نقطه جوش 2355 درجه سانتیگراد درجه سانتی گراد و نقطه ذوب 1410 درجه سانتی گراد.
سیلیس در گروه 14(IVA) جدول تناوبی به عنوان غیرفلز) Metalloids (Nonmetal بوده و در دوره 3 قرار دارد.
سیلیس جزء اصلی ماسه سنگ و ماسه سیلیسی، كوارتز و كوارتزیت، بلور كریستال، تریپلی و نواكولیت، سیلیس مصنوعی و سیلیكون شیمیایی، کانی های رسی، گرانیت، سنگ چماق و دیاتومیت می باشد.
ماده معدنی سیلیس جهت تأمین نیازهای صنعتی كشور می بایست از علوم نظری، علوم مهندسی و تكنولوژیهای مختلف بخصوص تكنولوژی فرآوری بهره گیرد.

مشخصات شیمیایی سیلیس

برخی از شیمیدانان، رابطه بین اتم های سیلیس و اكسیژن در سیلیكات های مختلف را مشابه رابطه اتم های كربن و اكسیژن در تركیبات آلی دانسته اند. همانطور كه كربن به دو صورت منواكسید كربن (CO) و دی اكسید كربن (CO2) با اكسیژن تركیب می شود، سیلیسیم نیز به طور مشابه با اكسیژن تركیب شده و تولید تركیبات SiO و SiO2 را می نماید. تركیب اول نظیر منواكسید كربن به صورت گاز بوده و ناپایدار است ولیکن تركیب دوم جامد و پایدار می باشد.
در طبیعت هرگاه در درجه حرارت 25 درجه سانتی گراد، میزان سیلیس محلول در آب از حدود 120 تا 140 ppm بالاتر برود، از نظر شیمیایی كمپلكس Si(OH)4 بوجود خواهد آمد. در چنین حالتی محلول به صورت اشباع در آمده و سبب رسوب سیلیس به صورت ژل و تشكیل بلورهای اولیه كوارتز كه فراوان ترین كانی سیلیس است، می گردد. بلورهای مصنوعی كوارتز كه در صنعت مورد مصرف قرار می گیرد، نیز طی چنین فرآیندی تولید می شوند. بنابراین می توان گفت كه اگر در طبیعت مقدار سیلیس محلول در آب كمتر از ppm 210 باشد، سیلیس موجود در آب به صورت محلول باقی مانده و هیچ گونه كریستالی تشكیل نمی شود. فقط در زمانی كه میزان سیلیس محلول در آب از حد ppm 410 بگذرد، زایش بلورهای كوارتز شروع می شود.
كوارتز، تریدیمیت و كریستوبالیت سه پلی مورف اصلی سیلیس هستند كه در طبیعت به خوبی شناخته شده اند، هركدام از این كانی ها در شرایط خاصب بوجود آمده و دارای مشخصات فیزیكی و كانی شناسی معینی می باشند. این پلی مورف ها در شرایط حرارتی ذیل به یكدیگر تبدیل می شوند:


.


فرآیندهای تبدیل سه پلی مورف فوق كه هركدام در شرایط خاص ترمودینامیكی و شیمیایی انجام می شوند، همگی دو طرفه و برگشت پذیر می باشند. نحوه و شرایط تبدیل پلی مورف های سیلیس به یكدیگر، در تمام صنایعی كه این ماده معدنی به نحوی در آنها كاربرد دارد، از اهمیت زیادی برخوردار است. در اثر تبدیل این پلی مورف ها به یكدیگر، خواص كانی شناسی و فیزیكی آنها نظیر ضریب شكست، سیستم تبلور، چگالی و سختی نیز متغیر می نماید.
دانه های بلوری سیلیس از لحاظ مولکولی متبلور بوده با شبکه های بدون اتصال الکترونی است. انواع مختلف سیلیس- کوارتز، تریدیمیت و کریستوبالیت- سیلیس گداخته و در کوهی ( به فرمول شیمیایی Si2O7 ) در ساختمان شبکه های سه بعدی یا تکتوسیلیکاته متبلور شده اند. در این ساختمان هر چهار وجهی SiO4، تمام گوشه های خود را با سایر چهاروجهی ها به اشتراک گذاشته است و نسبت Si:O، 1:2 است. در این ساختمان، اتم سیلیسیم چهار ظرفیتی توسط 2 اتم اکسیژن دو ظرفیتی متعادل شده است. در این نوع سیلیکات ها بخشی از اتم های سیلیسیم توسط آلومینیوم جایگزین شده است و به صورت (Si, Al)O2 در می آید.
اگر چه پیوندهای Si-O در ساختار اکتاهدرال کوردیناسیون 6 بلندتر از طول این پیوندها در ساختار تتراهدرال کوردیناسیون 4 هستند، اما بسته بندی فشرده تر اکسیژن ها باعث افزایش زیاد چگالی این پلی مورف نسبت به سایر پلی مورف های سیلیس می شود.
سیلیس رامی توان در ابتدا به صورت محلول در آب در نظر گرفت. پس از اشباع شدن محلول ها از سیلیس و رسوب آن در محیط، تبلور سیلیس آغاز می شود که باعث تشکیل اشکال نهان بلور و ریزبلور می شود.
پس از این مرحله درصورت ایجاد شرایط مساعد، زایش و رشد بلورهای کوارتز انجام می شود. همچنین سیلیس موجود در محیط های آذرین و ماگمایی نیز ایجاد بلورهای کوارتز می کنند که این بلورها هم در فازهای اولیه و هم در مراحل پایانی ماگماتیسم ایجاد شده و یا ممکن است از محلول های گرمابی ناشی شوند.
کوارتز، کریستوبالیت و تریدیمیت اشکالی از سیلیس هستند که می توانند در سنگ های آذرین رخ دهند. این 3 شکل سیلیس نمایش دهنده پدیده انانتیوتروپیسم (پلی مورفیسم برگشت پذیر) است.
هر یک دارای حوزه پایداری خود است، کوارتز در فشار اتمسفریک تا دمای 867 درجه پایدار است، تریدیمیت بین 867 درجه و 1470 درجه و کریستو بالیت از 1470 درجه تا نقطه ذوب یعنی 1713 درجه پایدار می باشند. سیلیس مایع نیز از 1713 درجه تا نقطه جوش سیلیس پایدار است. این 3 پلی مورف سیلیس همگی از گروه های چهار وجهی، متشکل از 4 اتم اکسیژن به دور یک اتم سیلیس مرکزی تشکیل شده اند.
چهار وجهی های سیلیسیوم- اکسیژن به یکدیگر متصل شده اند تا شبکه ای سه بعدی را به وجود آوردند اما الگوی اتصال برای هر یک از این سه شکل سیلیس متفاوت بوده و اختلاف ساختار بلوری و خواص آنها نیز از همین جا ناشی می شود.
کریستوبالیت و تریدیمیت ساختارهای نسبتاً بازی دارند، در حالی که اتم های کوارتز از بسته بندی فشرده تری برخوردارند. هر یک از 3 پلی مورف سیلیس دارای انواع دمای بالا و دمای پائین است. در کوارتز، تغییر از نوع دمای پائین به دمای بالا در فشار یک اتمسفر، در دمای 573 درجه رخ می دهد.
تریدیمیت دمای بالا نیز بین 120 و 160 درجه به تریدیمیت دمای پایین تبدیل می شود و کریستوبالیت دمای بالا هم بین 200 تا 275 درجه سانتیگراد به کریستوبالیت دمای پائین مبدل می شود. تبدیل شکل های دمای بالا - دمای پائین با تبدیل هر یک از انواع به نوع دیگر کاملاً تفاوت دارد.
چهار وجهی های SiO4 در هر یک از این 3 کانی با الگوهای متفاوت به یکدیگر متصل شده اند و این اتصال باید به طور کامل شکسته و باز آرایی شود تا یک نوع بتواند به نوع دیگر تبدیل گردد.
از طرف دیگر در تغییر انواع دمای بالا به دمای پائین نیازی به تغییر در چگونگی اتصال چهاروجهی ها نیست. این تغییر باعث ایجاد یک جا به جایی و چرخش در آنها می گردد که بدون شکستن اتصال ها باعث تغییر تقارن ساختاری می گردد. انواع دمای بالا نسبت به انواع دمای پائین همیشه از تقارن بیشتری برخوردارند. تبدیل گونه های دمای بالا به دمای پائین هر یک از این کانی ها در دمای تبدیل به سرعت انجام گرفته و برگشت پذیر می باشد.
تغییر از یک پلی مورف به پلی مورف دیگر به شدت کند و بطئی است، وجود تریدیمیت و کریستوبالیت به صورت کانی نشان می دهد که این دو پلی مورف می توانند به طور نامحدود در دمای عادی بدون تغییر باقی بمانند.
پس از تشکیل تریدیمیت و کریستوبالیت، اتصال به وجود آمده سخت تر از آن است که بتواند به آسانی شکسته شود و به همین دلیل تبدیل انواع دمای بالا و پایین کریستوبالیت و تریدیمیت را می توان در دماهایی مورد مطالعه قرار داد که این دو کانی در واقع در این دماها نیمه پایدارند. حضور عناصر خارجی در ساختمان تریدیمیت و کریستوبالیت می تواند اثری پایدار کننده داشته باشد.
تعداد اندک تجزیه های کامل موجود از این کانی ها حضور مقادیر مشابهی Al, Na را نشان می دهد که بیانگر جایگزینی یعنی NaAl به جای Si در ساختمان باز است. از طرف دیگر کوارتز معمولاً به صورت SiO2 خیلی خالص یافت می شود.
•اگر چه کوارتز در فاز پایدار در دماهای کمتر از 867 درجه است، اما کریستوبالیت یا تریدیمیت هم می توانند در زیر این دما متبلور شوند، به خصوص هنگامی که تبلور به سرعت رخ می دهد.
•کوارتز دمای پائین و کوارتز دمای بالا تنها در محدوده حوزه پایداری خود تشکیل شده و هیچ گاه در دمای بالاتر تشکیل نمی شوند.
در نتیجه حضور کوارتز در یک سنگ آذرین نشان دهنده این است که تبلور آن از ماگما در دمای زیر 867 درجه صورت گرفته است و حضور کریستوبالیت یا تریدیمیت به هیچ وجه نمی توانند نشان دهنده دمای تبلور باشد.
کوارتز در دماهای معمولی همیشه به صورت کوارتز دمای پائین حضور دارد. از روی شکل بلوری، ماهیت ماکل و سایر خواص کم اهمیت تر می توان شکل اصلی را در غالب موارد تعیین کرد.
کوارتز تقریباً در تمام سنگ های آذرین کوارتز دار ابتدا به صورت کوارتز دمای بالا متبلور می شود. در رگه های کوارتز و بعضی از پگماتیت ها کوارتز از همان ابتدا به صورت کوارتز دمای پایین متبلور می شود. تبلور ماگمایی در سنگ های کوارتز دار دماهای بالاتر از 573 درجه صورت گرفته و تبلور بخشی از مواد باقی مانده نیز حداقل در دماهای پائین تر صورت می گیرد.

 

مشخصات فیزیکی و مکانیکی سیلیس

اكسید سیلیسیم (SiO2) یا سیلیس تركیبی شیمیایی است كه به صورت خالص (كانی های كوارتز، اپال و...) و یا به صورت تركیب در كانی های سیلیكاته در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمین را تشكیل می دهند. نام سیلیس Silicon از واژه لاتین (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه یا سنگ چخماق گرفته شده است. سیلیس به عنوان دومین عنصر فراوان در پوسته زمین با فراوانی 25% می باشد.
سیلیس غیرفلزی است سخت به رنگ بیرنگ تا سفید رنگ و یا خاكستری تیره با نماد Si ، عدد اتمی 14، وزن اتمی 085/28، وزن مخصوص 33/2 گرم بر سانتی متر مکعب، سختی7 در مقیاس موس، رنگه خاکه سفید، فاقد کلیواژ ، نقطه جوش 2355 درجه سانتیگراد درجه سانتی گراد و نقطه ذوب 1410 درجه سانتی گراد.
سیلیس در گروه 14(IVA) جدول تناوبی به عنوان غیرفلز) Metalloids (Nonmetal بوده و در دوره 3 قرار دارد.
سیلیس جزء اصلی ماسه سنگ و ماسه سیلیسی، كوارتز و كوارتزیت، بلور كریستال، تریپلی و نواكولیت، سیلیس مصنوعی و سیلیكون شیمیایی، کانی های رسی، گرانیت، سنگ چماق و دیاتومیت می باشد.
نام سیلیس برای کلیه کانی هایی به کار برده می شود که دارای SiO2 می باشند حتی اگر از نقطه نظر بلوری، شرایط فیزیکی و شرایط زمین شناسی با هم متفاوت باشند. این كانیها در شرایط متفاوت زمین شناسی بوجود آمده و تشكیل می‌شوند. سیلیس خالص، بیرنگ تا سفید رنگ است. بلور واحد یا مولكول سیلیس دارای فرمول (SiO2) بوده و لذا دانه های بلور آن از لحاظ مولكولی متبلور با شبكه های بدون اتصال الكترونی است. ولی سیلیس گداخته و كوارتز (دره كوهی) به فرمول شیمیایی Si2O7 شبكه پیوسته ای دارد كه در آن هر اتم سیلیسیوم با چهار اتم اكسیژن و هر اتم اكسیژن سیلیسوم احاطه شده است.

جدول 1- برخی خواص فیزیكی، شیمیایی، ژئوشیمیایی و... عنصر سیلیس :
•Atomic Number: 14
•Group: 14
•Period: 3
•Series: Metalloids (Nonmetal)
Silicon's Name in Other Languages
•Latin: Silicium
•Czech: K emík
•Croatian: Silicij
•French: Silicium
•German: Silizium - r
•Italian: Silicio
•Norwegian: Silisium
•Portuguese: Silício
•Russian:
•Spanish: Silicio
•Swedish: Kisel
Atomic Structure of Silicon
•Atomic Radius: 1.46Å
•Atomic Volume: 12.1cm3/mol
•Covalent Radius: 1.11Å
•Cross Section: 160barns ±20
•Crystal Structure: Cubic face centered




•Electron Configuration:
1s2 2s2p6 3s2p2
•Electrons per Energy Level: 2,8,4
Shell Model


.


•Ionic Radius: 0.4Å
•Filling Orbital: 3p 2
•Number of Electrons (with no charge): 14
•Number of Neutrons (most common/stable nuclide): 14
•Number of Protons: 14
•Oxidation States: 4
•valence Electrons: 3s 2p 2
Electron Dot Model


.


Chemical Properties of Silicon
•Electrochemical Equivalent: 0.26197g/amp-hr
•Electron Work Function: 4.52eV
•Electronegativity (Pauling): 1.9
•Heat of Fusion: 50.55kJ/mol
•Incompatiblities:
Chlorine, fluorine, oxidizers, calcium, cesium carbide, alkaline carbonates
•Ionization Potential
First: 8.151
Second: 16.345
Third: 33.492
•valence Electron Potential (-eV): 144
Physical Properties of Silicon
Note: temperature and pressure sensitive calculations are based on normal temperature and pressure (20°C @ 1atm).
•Atomic Mass Average: 28.0855
•Boiling Point: 2628K 2355°C 4271°F
•Coefficient of Linear Thermal Expansion:
0.0000042cm/cm/°C (0°C)
•Conductivity
Electrical: 2.52E -12 106/cm
Thermal: 1.48 W/cmK
•Density: 2.33g/cc @ 300K
•Description:
Hard dark gray non-metal.
•Elastic Modulus:
Bulk: 100/GPa
Youngs: 47/GPa
•Enthalpy of Atomization: 439.3 kJ/mole @ 25°C
•Enthalpy of Fusion: 46.44 kJ/mole
•Enthalpy of Vaporization: 439 kJ/mole
•Flammablity Class: Combusrible Solid in powder form
•Freezing Point: see melting point
•Hardness Scale
Mohs: 6.5
•Heat of Vaporization: 384.22kJ/mol
•Melting Point: 1683K 1410°C 2570°F
•Molar Volume: 12.05 cm3/mole
•Optical Reflectivity: 28%
•Pysical State (at 20°C & 1atm): Solid
•Specific Heat: 0.71J/gK
•Vapor Pressure = 4.77@1410°C
Regulatory / Health
•CAS Number: 7440-21-3 amorphous powder
•UN/NA ID (ERG Guide Number): 1346 (170) amorphous powder
•RTECS: VW0400000
•OSHA Permissible Exposure Limit (PEL)
TWA: 15 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•OSHA PEL Vacated 1989
TWA: 10 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•NIOSH Recommended Exposure Limit (REL)
TWA: 10 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•Routes of Exposure: Inhalation; Ingestion; Skin and/or eye contact
•Target Organs: Eyes, skin, respiratory system

 

کانی های سیلیس

 انواع سیلیس در طبیعت به صورت کانی های مشخص ذیل یافت می شود که عبارتند از:
سیلیس متبلور (کوارتز با چگالی 65/2، تریدیمیت با چگالی 26/2، کریستوبالیت با چگالی 32/2، اوپال، لوشاته لیریت با چگالی 20/2، کوئیزیت و استیشوویت)، سیلیس نهان بلور (سنگ آتش زنه، سنگ آتش زنه سیاه، کلسدونی و عقیق ) و سیلیس بی شکل ( اپال، سیلیس بی آب )، سنگ شیشه، سیلیس گداخته شفافی باچگالی 21/2می باشد. هنگامی كه ناخالصی ها كمتر از ppm 1 باشد از بهترین شیشه های شفاف بوده و دارای قدرت انتقال زیاد اشعه ماورء بنفش است و نوع از سیلیس كه در صنعت كاربرد دارد سیلیس گردی است كه از خدایش سیلیس به دست می‌آید و در تركیبات لاستیك، غلیظ كننده و گریس بعنوان عامل مات ساز در رنگها بكار برده می‌شود.
از میان این کانی ها، کوارتز بسیار رایج است. تریدیمیت و کریستوبالیت در سنگ های آتشفشانی توزیع گسترده ای داشته و به سختی می توان گفت که کانی های کمیاب هستند. لوشاته لیریت (شیشه سیلیس) بسیار کمیاب است.
کوئیزیت و استیشوویت اشکال فشار بالای سیلیس می باشند که ابتدا در آزمایشگاه ساخته شده و سپس در ماسه سنگ های کراتر متئور در آریزونا یافت شدند، جایی که این دو کانی ظاهراً بر اثر فشار آنی و بالا ناشی از برخورد شخانه تشکیل گردیده اند. چگالی بالای(29/4) برای استیشوویت ناشی از تغییر کوردیناسیون 4 به 6 است.
سیلیس گرد از خردایش سیلیس به دست می آید و درصنعت در لاستیک سازی، غلیظ کننده گریس و به عنوان مات ساز رنگ ها کاربرد دارد.
چرت و فلینیت معمول ترین انواع سنگ های رسوبی شیمیایی هستند.
چرت یك واژه خیلی كلی برای رسوبات سیلیسی دانه ریز، با منشأ شیمیایی، بیوشیمیایی یا بیوژنیكی است.
فلینیت بعنوان معادل چرت و خصوصاً برای نودل های چرتی موجود در گل های سفیدهای (chalk) كرتاسه بكار می رود.
ژاسب نوعی چرت قرمز است كه رنگ قرمز آن ناشی از هماتیت ریز پراكنده است.
سیلیكسیت (Silexite) واژه فرانسوی معادل چرت، خاصه نوع سیاه و كربن دار آن است.
نواكولیت، نوع دیگری از سنگ های سیلیسی است كه افزون بر سختی زیاد، بافت یكنواخت و میكروكریستالین و رنگ روشن نیز، برخوردار است. نواكولیت در اصل یك چرت لایه- لایه متشكل از كوارتز میكروکریستالین است.
پورسلانیت به سنگ های سیلیسی دانه ریز با بافت و شكستگی مشابه با پورسلان بدون لعاب اطلاق می شود.
تریپولی از انواع دیگر سنگ های سیلیسی بسیار متخلخل و سبك وزن است كه كانی عمده تشكیل دهنده آن كلسدونی بوده و به رنگ های سفید، صورتی و خاكستری روشن و با لمس زبر و خشن، مشخص می شود. تریپولی فقط در سطح زمین گسترش داشته و آن را نتیجه فرآیندهای هوازدگی از قبیل آب گرفتن و یا شكستگی سنگهای دیگر از قبیل چرت و آهك های سیلیسی معرفی كرده اند، كه بخش های كربناته آنها شسته و خارج شده است.

چرت ها معمولاً به انواع لایه لایه و نودولی تقسیم می شوند:
•چرت های لایه لایه اغلب با سنگ های ولكانیكی همراه هستند و در آن چرت را با منشأ ولكانیكی یا منشأ بیوژنیكی سیلیس می دانند.
•چرت های نودولی عمدتاً در سنگ های آهكی و تا حدودی در گل سنگ ها و تبخیری ها گسترش دارند. بیشتر چرت های نودولی دیاژنتیكی هستند و از طریق جانشینی تشكیل شده اند. منشأ سیلیس را عمدتاً به منشأ آتشفشانی نسبت می دهند.
مطالعات جدیدتر (Cruzzi 1996) نشان می دهد كه فقط از منشأ آتشفشانی نیست بلكه قسمت عمده ای از خشكی ها نشأت می گیرند و یا از انحلال سنگ های پوسته جامد زمین شكل می گیرند.

سنگ های سیلیس به دو گروه اولیه و ثانویه تقسیم می شوند :
•اولیه ها شامل:
الف- چرت هایی كه رادیولارها سازنده آنها هستند و بنام رادیولاریت خوانده می شوند
ب- دیاتومیت های پورسلانیت
ج- Opaline rocks
د- اسپیكولیت
هـ- نواكولیت

• ثانویه ها (بعد از رسوبگذاری شكل می گیرند):
الف- نودول های چرت شامل Syngenetic chart
ب- Early chart
ج- late chart
د- Diagenes chart

•سنگ های سیلیسی با منشأ اولیه :
الف- چرت های رادیولاریتی:
این چرت ها دو دسته اند:
1-چرت با نوارهای اكسید آهن
از مشخصات انواع چرت با نوارهای اكسیدآهن می توان به مشخصه های زیر اشاره كرد:
الف- همراه با توالی های افیولیت هستند.
ب- همراه با گل های پلاژیك هستند.
ج- دارای نوارهای قرمز تا سبز تیره دارای اكسیدهای Fe 3+
د- از پوسته رادیولر تشكیل شده اند.

دو فاكتور اول نشان دهنده این است كه اینها در یك محیط عمیق شكل گرفته اند. وجود Fe 3+ نشان دهنده محیط اكسیدان است كه علت وجود محیط اكسیدان در عمق به علت گردش شدید آب در طبقات است كه باعث شده اكسیژن از طبقات سطحی به اعماق برود. پس این سنگ ها مربوط به محیط های عمیق دریا كه Cirulation آب شدید بوده و اجازه داده تا اكسیژن به محیط عمیق برود و محیط اكسیدان گردد، می باشند.

2- با نوارهای مواد آلی :
انواع دارای نوارهای مواد آلی در همان محیط قبل ولی غیر اكسیدان تشكیل می گردند. ناخالص هایی كه همراه این 2 گروه دیده می شود عمدتاً كانی رسی گروه ایلیت، كوارتز میكروكریستالین و فسفات می باشد.

ب- دیاتومیت های پورسلانیت
عمدتاً در محیط های دریاچه ای بخصوص فلات قاره (Shelf) شكل می گیرند كه محیط غیر اكسیدان است. در محیط شیب قاره Slope اگر اكسیدان نباشد نیز شكل می گیرند.
این سنگها دارای تخلخل بالایی هستند و كانی های رسی گروه كائولن یا كائولن + ایلیت همراه آنها دیده می شود. اگر مقدار كانی رسی به 25 درصد برسد به سنگ، پورسلانیت می گویند. این سنگ ها در یك منطقه بسیار كم شیب و گسترده كه چون بصورت خلیج است، گردش (Circulation) شدید آب وجود ندارد و به علت جریانهای Upwelling سیلیس به محدوده شلف كشیده می شود وبه طریقه شیمیایی و بعضاً با علت دخالت موجودات پلانكتون، این سنگ به صورت ژل سیلیسی كه عمدتاً اپال A و C است، نهشته می شود.

د- اسپیكولیت :
عمده سازنده اسپیكولیت، سوزن های اسفنجی هستند. تفاوت این سنگ ها با بقیه سیلیس ها این است كه این سنگ ها در دریاچه های آب شیرین گسترش می یابند و همراه با رسوبات جریانهای آشفته هستند.

هـ- نواكولیت :
رسوبات سیلیسی كه در تشكیل آنها موجودات مختلف دخالت دارند و موجود غالبی شناخته نشده است و در محیط های دریایی كم عمق گسترش می یابند.

•سنگ های سیلیسی از منشأ ثانویه:
اینها غالباً به صورت نودولی هستند. برای تشكیل این سنگ ها در محیط دیاژنز دو شرط لازم است :
1-وجود Si كه می تواند حاصل انحلال ذرات اصلی سازنده سنگ باشد و توسط آب های درون منفذی وارد سنگ می شود.
2-وجود PH و Eh مناسب در محیط دیاژنز
سیلكریت كه سنگی غنی از سیلیس است، اولیه بوده و در PH قلیایی تشكیل می شود و لذا در فصول خشك كه تبخیر و PH بالاست، ایجاد می شود. كالكریت در محیط دیاژنز شكل می گیرد.

 

مصارف عمده سیلیس

به طور كلی موارد مصرف سیلیس SiO2 عبارت است از:
شیشه سازی، چینی سازی، تولید فروسیلیس، سرامیك سازی، تولید آجر ماسه آهكی، ریخته گری، تولید سیلیكات سدیم، تولید دیگر مواد سیلیسی، به عنوان نیمه هادی در صنعت الکترونیک و تولید پشم شیشه.
مقادیر قابل توجهی ازماسه سنگ خرد شده به عنوان مصالح ساختمانی بكار می رود.
سیلیس مصرفی در هر یك از این صنایع باید كیفیت خاصی داشته باشد. تركیب شیمیایی، ساختمان كانی شناسی و خواص فیزیكی سیلیس، تعیین كننده كیفیت و موارد مصرف آن در هر یك از صنایع مذكور می باشند. تركیب شیمیایی سیلیس در واقع عبارت است از درصد SiO2 موجود در سنگ و نیز درصد هریك از اكسیدهای دیگر كه معمولاً به همراه SiO2 در كانسارهای مختلف وجود دارند و در صورتی كه درصد هر یك از آنها از حد معینی تجاوز نماید، كاربرد آن را در صنایع مختلف محدود و یا غیر ممكن می سازد.
علاوه بر درصدSiO2، ساختمان كانی شناسی سنگ نیز در تعیین كیفیت و موارد مصرف آن نقش مهمی دارد زیرا ممكن است SiO2 به صورت انواع سیلیكات ها وجود داشته باشد، در نتیجه این مسئله در تعیین روش كانه آرائی و چگونگی حذف ناخالصی ها تأثیر خواهد داشت.
خواص فیزیكی سیلیس نیز در همین روش مناسب برای خردایش، دانه بندی پودر سیلیس تولید شده و تعیین موارد مصرف پودر تولید شده تأثیر خواهند داشت.
لعاب:
سیلیكا ماده تشكیل دهنده شیشه است، برای ساخت انواع شیشه مخصوص سیلیس با موادی از قبیل فلدسپار، نفلین سینیت، سودا و... تركیب می‌شود.
سرامیك:
كوارتز در ساخت انواع مختلف سرامیك و سرویس بهداشتی بكار می‌رود.
ریخته گری و نسوز:
مقاومت كوارتز وسیلیس تا دمایC 1470 سبب شده از آن برای تهیه قالب های ریخته‌گری فلزاتی مانند فولاد، آهن سیاه، آلومینیم وآلیاژهای مس و همچنین به عنوان نسوز در ساخت كوره‌های آهن و فولاد، سرامیك، شیشه و سیمان بكار می‌رود. كاربردهای متفرقه دیگری مانند ساینده، پودر جلا، فیلتراسیون، شن و ماسه ساختمانی است. انواع گرد شده و با كیفیت برای باز كردن شكافها و افزایش نفوذ پذیری در تولید نفت وگاز بكار می‌رود. همچنین با پودر كردن آن می‌توان از آن به عنوان پركننده در رنگ، پلاستیك، لاستیك، بتونه و چسب استفاده كرد.
سیلیكات سدیم :
سیلیكات سدیم به صورت گلوله های شفاف، بدون آب و پودر شیشه یا پودر آبدار خرید و فروش می‌شود. این ماده در كنترل سایندگی لوله های آب و فرمول بندی لعاب و مینا بكار می رود. انواع محلول مایع آن در صابون‌سازی، پاك كننده‌های صنعتی و عمومی، چسب، سیمان‌سازی، ‌رنگ و پوشش، قالب ریخته‌گری، شناور‌سازی كانه، پایدارسازی پراكسید و كنترل خوردگی در لوله های آب و پیش ماده سیلیس مخلوط زئولیت كاربرد دارد.
سیلیس ته‌نشین شده:‍
از واكنش سیلیكات سدیم با اسید سولفوریك یا اسید كلریدریك طی شرایط مشخصی سیلیس ته نشینی تولید می شود كه بدلیل خواصی از قبیل درخشندگی بسیار بالا و تخلخل كم از آن به عنوان پر كننده ریز دانه و ضد لغزش در لاستیك (لاستیك خودرو و كفپوش) PVC، پلی الفین، فیلم LDPE و جداكننده های ریز منفذی باتری های سربی، پخش كننده، حمل كننده و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود.

سیلیس كلوئیدی:
سوسپانسیونی از سیلیس ریز دانه در محیط آبی كه به منظور اصطكاك دركاغذ و تخته، جوش دهنده نسوزهای فیبری، كاتالیزور و پیش ماده شیمیایی مصرف می شود.

سیلیس، نوع متالورژی:
از واكنش كوارتز وكك در كوره قوس الكتریك و دمای بالای C’2000 ساخته شده و 99%-98 Si دارد. ازآن در تهیه آلیاژهای آلومینیم، فولاد، سوپرآلیاژ، سیلیكون و مواد شیمیایی استفاده می كنند.
انواع دیگر ازسیلیس و تركیبات آن مانند سیلیس پخته، خرد سیلیكون، نیترات سیلیسیوم و... وجود دارند كه هر یك كاربرد های مخصوص خود را داراست.
كوارتز بلوری:
انواع شفاف و خوش‌نما برای تهیه عدسی و مخروط، جواهرسازی و نمونه كانی بكار می‌رود، از خاصیت پیزوالكتریك آن در الكترونیك استفاده می كنند.
تریپلی:
سیلیس ریز بلور، متخلخل با وزن مخصوص 65/2، سختی7، سفید تا خاكستری و... كه به عنوان پركننده یا رنگدانه در رنگ، لاستیك، پلاستیك، ساینده و بتونه بكار می رود، بعلاوه در پودر‌های ساینده وجلا و ساینده دندان بكار می رود.

نواكولیت:
سنگ متخلخل سفید تا خاكستری، قهوه ای روشن تا سیاه كه از دانه های كوارتز بی‌شكل متراكم ساخته شده است كه خاصیت سایندگی عالی دارد: تمیز كردن فلزات، ماده آسیاب كننده، نسوز و مصالح سبك ساختمانی.
فلینت:
سیلیس كلسدونی مخفی بلور متراكم (سرامیك، چینی استخوانی، ماده آسیاب كننده و...).

تقسیم بندی انواع سیلیس براساس درصد SiO2 و مصرف :
سیلیس درجه 1 :
این نوع سیلیس دارای حداقل 96%=SiO2 است و در شیشه سازی، لعاب، صنایع شیمیایی، فروسیلیس، پشم شیشه، سیلیكات سدیم، فروکروم و ماسه تست سیمان به کار می رود.
سیلیس درجه 2 :
این نوع سیلیس دارای 95-85%= SiO2 است و در ماسه ریخته گری، ماسه سندبلاست، فیلتراسیون و دیرگدازها به کار می رود.
سیلیس درجه 3 :
این نوع سیلیس دارای 85-70%= SiO2 است و در آجر ماسه آهکی و آجرسبک، کارخانجات تولید سیمان و بتن سبک به کار می رود.


جدول 3- تقسیم بندی انواع سیلیس بر اساس درصد SiO2


استانداردها:
باكاربری شیشه سازی:
حداقل 99-5/98% SiO2 و Fe2O3 كمتر از 04/0% در شیشه تخت، 03/0% ظروف شیشه ای، 88/0%ظروف بلوری، 3/0% فایبرگلاس، 6/1%-2/0 Al2O3 و مقادیر نا چیز (Ni،Cu،Co) و مواد نسوز (كرومیت، زیركن وروتیل)
شیشه نوری درجه اول:
حداقل99%-5/98 SiO2، كمتر از 1/0%Al2O3 و02/0% Fe2O3.
پیش ماده سیلیكات سدیم:
بیشتر از 4/99% SiO2و كمتر از03/0% Fe2O3.
سرامیك:
زیر 20% Cu،5/97%> SiO2، 55%< Al2O3 و2/0% Fe2O3.
ماسه با كاربری فیلتر:
نسبتا خالص و بدون خاك، رس و مواد آلی یا میكایی، شكل بلور های گرد شده یا نرمال بدون كشیدگی یا تخت شدگی، اندازه دانه های یكنواخت، اندازه كوچك و ضریب یكنواختی.
ماسه خوب گرد شده و مقادیر ناچیز ناخالصی از رس، فلدسپار و كلسیت 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 ریخته گری:
98% SiO2 زیر 200مش وCaO وMgO محدود (چرا كه مقدار اسید مصرفی كه عامل اندازه‌گیری مقدار جوش دهنده مورد نیاز است را كاهش می‌دهد).

ماسه گداخت (آهن و فولاد):
90%> SiO2

ماسه نسوز:
99%-95 : SiO2

پودر سیلیس:
1/0%< Fe2O3, 38/0%< Al2O3 , 1/0%< Na2O ,1/0%< K2O اندازه متوسط ذرات 60 میكرومتر, درجه درخشندگی 89%

پیش ماده سیلیكون:
99%-5/98> SiO2 ,5/1%-1/0< Fe2O3 ,15/0%< Al2O3 , بدون فسفر و آرسنیك, 2/0%< CaO,MgO و نقصان در اثر حرارت, گلوله های با قطر< cm54/2 و حداقل درجه نرم شدن C ‘1700

فروسیلیكون:
98%> SiO2 ,2/0%< Fe2O3 ,4/0% Al2O3 ,2/0% MgOوCaOو 1/0% P, قطر گلوله ها 16/1-32/0

تریپلی:
5/99-98% SiO2 ,1%-025/0 Fe2O3 و اندازه ذرات 99% زیر 74 میكرومتر تا 99% زیر 10 میكرومتر

نواكولیت:
60%> SiO2, 20% Al2O3, 2% Fe2O3 ,3% C
فلینیت:
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 میكرومتر.
باز یافت:
بازیافت شیشه در حال افزایش است. نرخ متوسط باز یافت شیشه 33% در آمریكا و 90% در برخی كشورهای اروپایی مانند سوییس است. بعد از خمیر شیشه, دومین كاربری ظروف شیشه ای بازیافتی فایبر گلاس عایق (40% از ماده اولیه) است. ماسه سیلیس مورد استفاده در سایش معمولاً در بازیافت فولاد مصرف می‌شود. بازیافت ماسه ریخته گری بدلیل مشكلات دفع و آماده سازی آن رو به افزایش است.
جایگزین ها:
ساینده:
بوكسیت, آلومینا, كروندوم, الماس, دیاتومیت, فلدسپار, گارنت, منیتیت, نفلین سینیت, الیوین, پرلیت, پومیس, سربار, ذغال و فلزات استارولیت, تریپلی, كربید سیلیسیوم و ایلمنیت.
ماده ضد بلوكه شدن:
كائولن تكلیس شده , دیاتومیت, تالك.

ساختمان سازی:
گرانیت خرد شده, آهك, مرمر و...

سنگ نما:
گرانیت, مرمر, آهك, اسلیت, آجر.

پركننده ها:
تری هیدرات آلومینیم, باریت, كربنات كلسیم, دیاتومیت, فلدسپار, كائولن, میكا, نفلین سینیت, پرلیت, تالك, ولاستونیت.

فیلتر:
كربن فعال شده/آنتراسیت, آزبست, سلولز, دیاتومیت, گارنت, منیتیت, پومیس, پرلیت, ایلمنیت.

ریخته گری:
بوكسیت و آلومینا, كرومیت, رس, الیوین, پرلیت, ورمیكولیت, زیركن.

مواد اصطكاك زا:
آزبست, باریت, بوكسیت و آلومینا, رس, (آتاپولگلیت, كائولن, سیبولیت), گارنت, گرافیت, ژیپس, میكا, پومیس, پیروفیلیت, اسلیت, ورمیكولیت, ولاستونیت, زیركن.

نسوز:
آندالوزیت, بوكسیت, كرومیت, كیانیت, دولومیت, گرافیت, منیزیت, الیوین, پیروفیلیت, رس نسوز, سیلیمانیت, زیركن.

مصرف ظاهری سیلیس در جهان در این دوره ( 1990-2000) از 588 هزارتن در سال 1990 به 609 هزارتن در سال 609 و 689 هزارتن در سال 2000 افزایش یافته است (جدول 4 ).


جدول 4- میزان مصرف ظاهری سیلیس در جهان در سالهای 1990- 2000(هزارتن)



 


شکل 2- میزان مصرف ظاهری سیلیس در جهان در سالهای 1990- 2

 

تاثیرات بیولوژی و زیست محیطی سیلیس

 منابع آلودگی :
معادنی که در محیط های خشک در نزدیکی شهر و روستا قرار دارند، تولید گرد و غبار زیادی می کنند که ایجاد آلودگی می کند و هر چه سیلیس سست باشد، گرد و غبار ایجاد شده بیشتر می شود. در این صورت باید طراحی معدن به شکلی باشد که حداقل جابجایی خاک را موجب شود.
آژانس بین‌المللی سلامت جهانی سیلیس متبلور را به عنوان مادة سرطان‌زا معرفی كرده است. برای مثال مواد شیمیایی و معدنی كه 1/0% یا بیشتر سیلیس متبلور داشته باشند، براساس استاندارد موسسة سلامت و بهداشت جمعیت برای مقابله با خطرات ناشی از ارتباط با محیط آلوده (Occupational Safety & Health Administration s`Hazard Communication Standard) در آمریكا تحت نظارت قانون قرار گرفته‌اند، به طوری كه به صورت قانون كار، آموزش كارگران و برچسب زدن بر چنین محصولاتی مطابق روش‌های اعلام شده برای مواد سرطان‌زا (Material Safety Data Sheet, MSDS) می‌بایست انجام گیرد.
گرچه قرار گرفتن در معرض غبار كوارتز و محصولات سیلیسی، جراحاتی در ریه ها به وجود می آورد، با این حال منجر به مرگ نمی شود. عادی ترین علت مرگ در كسانی كه با غبار سیلیسی در تماسند، بیماری سل است. به طور كلی، اگر مقدار زیادی غبار وارد ریه ها شود، سبب مرگ می گردد. با این حال، با پیشگیری ها و نیز تهویه مناسب و استفاده از فیلترها، تا حد زیادی می توان از بروز امراض یا مرگ در اثر غبار كانی ها جلوگیری كرد.
با توجه به شرایط اقلیمی، محیط زیست و منابع طبیعی، امتیازات و محدودیت های ویژه ای برای بهره برداری ازمعادن وجود دارد. درمعادنی كه در محیط های خشك قرار دارند، فعالیت معدنی درنزدیك شهر و روستا توأم با تولید گرد و غبار است كه ممكن است محدودیت های قانونی بوجود آورد.
حفظ پوشش گیاهی در مناطق گیاه دار در سرلوحه ماموریت سازمان منابع طبیعی قرار دارد. ضریب تخریب و اصلاح در هر منطقه با توجه به بقاء یا نابودی گونه های مختلف گیاهی متفاوت است و طراح باید هنگام طراحی از برنامه های منابع طبیعی اطلاع داشته باشد.

 

 

 

منبع:



+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:55 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

منابع فارسي سیلیس

اديب، عباس، 1370، روشنگري در پزشكي كهنه و نو.
- اسکندري،شيوا، آقانباتي، علي، فتوتي، وحيد، (1380 )،" فعاليت هاي زمين شناسي و اکتشافي انجام شده در استانها و برنامه پنج ساله سوم".
ـ آمار معادن فعال كشور در سال 1378 , مركز آمار ايران , 1379.
ـ آمار فعاليت معادن كشور به تفكيك مواد معدني در سال 1379.
ـ آمار كارگاههاي صنايع معدني و فلزي كشور 1374 , مركز آمار ايران.
- ام.اوانز،‌ انتوني، مر،‌ فريد ، مقدسي، سيدجواد، (1373)،" مقدمه اي بر زمين شناسي کانسنگ ها".
ـ بانك مركزي , آمار اقتصادي.
ـ بررسي ذخاير كانيهاي صنعتي كشور , جلد اول , اسفند 1374.
ـ پرونده هاي معادن فعال و غير فعال ايران در وزارت صنايع و معادن.
ـ دفتر آمار و اطلاع رساني وزارت صنايع و معادن , شهريور ماه 1380.
ـ سالنامه آمار بازرگاني خارجي (صادرات و واردات ) سال 1368 تا 1379.
ـ شركت مطالعاتي طرحهاي جامع فلزات ايران, 1374.
- شهاب پور، جمشيد، (1382)، "زمين شناسي اقتصادي"، انتشارات دانشگاه شهيد باهنر كرمان.
- غضبان،‌ فريدون،(1381 )،" زمين شناسي زيست محيطي"، انتشارات دانشگاه تهران.
ـ فرم بررسي گزارش ناظرين (واحدهاي فرآوري) , طرح نظارت بر امور معدني كشور , وزارت معادن و فلزات سابق.
- قرباني، منصور، (1381)، " ديباچه اي بر زمين شناسي اقتصادي ايران ".
- كريم پور، محمد حسن، سعادت، سعيد،(1381)،"زمين شناسي اقتصادي كاربردي"، نشر مشهد.
- كريم پور ـ محمد حسن، 1378، کاني ها و سنگ هاي صنعتي ، نشر مشهد.
ـ گزارش كارآموزي , دانشكده معدن و متالوژي دانشگاه صنعتي امير كبير ( برگرفته از گزارشات داخلي شركت )1377.
ـ مجموعه مقالات سومين سمپوزيوم معدنكاري ايران (30 ارديبهشت ـ 4 خرداد سال 1370).
ـ محمدي , مهين , 1372 , كاني شناسي غير سيليكاتها , انتشارات دانشگاه پيام نور.
- ميسون،‌ برايان، کارلتون ب، مر، مر، فريد، شرفي، علي اصغر، (1370)، " اصول ژئوشيمي، انتشارات دانشگاه شيراز ".
ـ نشريه علوم زمين , بهار 1371, سال اول , شماره 3.
- ويلهم ولمر، فردريک، يعقوب پور،‌ عبدالمجيد، (1373)، " ارزيابي اقتصادي در اکتشاف".
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:53 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

مشخصات سيليس

اكسيد سيليسيم (SiO2) يا سيليس تركيبي شيميايي است كه به صورت خالص و يا به صورت تركيب در كاني هاي سيليكاته در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمين را تشكيل مي دهند.
نام سيليس Silicon از واژه لاتين (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه يا سنگ چخماق گرفته شده است. سيليس به عنوان دومين عنصر فراوان در پوسته زمين با فراواني 25% مي باشد.
سيليس غيرفلزي است سخت به رنگ بيرنگ تا سفيد رنگ و يا خاكستري تيره با نماد Si ، عدد اتمي 14، وزن اتمي 085/28، وزن مخصوص 33/2 گرم بر سانتي متر مکعب، سختي7 در مقياس موس، رنگه خاکه سفيد، فاقد کليواژ ، نقطه جوش 2355 درجه سانتيگراد درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 1410 درجه سانتي گراد.
سيليس در گروه 14(IVA) جدول تناوبي به عنوان غيرفلز) Metalloids (Nonmetal بوده و در دوره 3 قرار دارد.
سيليس جزء اصلی ماسه سنگ و ماسه سيليسي، كوارتز و كوارتزيت، بلور كريستال، تريپلي و نواكوليت، سيليس مصنوعي و سيليكون شيميايي، کانی های رسی، گرانيت، سنگ چماق و دياتوميت می باشد.
ماده معدني سيليس جهت تأمين نيازهاي صنعتي كشور مي بايست از علوم نظري، علوم مهندسي و تكنولوژيهاي مختلف بخصوص تكنولوژي فرآوري بهره گيرد.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:52 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

منابع انگليسي  سیلیس

1999 -British Geological Society ,
2000 - British Geological Survey ,
- Clare P.Marshall , Rhodes W. Fairbridg, “Encyclopedia of Geochemistry”.
Review , Industrial Minerals. January , -
, SEM 1994 - Industrial Minerals and Rocks , Donald Carr ,
1999 -Industrial Minerals , Handy Book III ,
2001 -Industrial Minerals , July
N.N.Greenwood , A.Earnshaw , “ Chemistry of the elements ”.-
2000 - Roskill Information , The Economics of Barytes , January
1997 -U.S.Geological survey ,
2000 -U.S.Geological survey ,Mineral Commodity Summaries , February
www.ASTDR.com-
www.ngdir.ir-
www.ngdir.ir/plants/pplants/asp-
www.ngdir.ir/sitelinks/environment/index.htm-
www.USGS.com-
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:52 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

کاني هاي سيليس

کاني هاي 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 )، سنگ شيشه، سيليس گداخته شفافي باچگالي 21/2مي باشد. هنگامي كه ناخالصي ها كمتر از ppm 1 باشد از بهترين شيشه هاي شفاف بوده و داراي قدرت انتقال زياد اشعه ماورء بنفش است و نوع از سيليس كه در صنعت كاربرد دارد سيليس گردي است كه از خدايش سيليس به دست مي‌آيد و در تركيبات لاستيك، غليظ كننده و گريس بعنوان عامل مات ساز در رنگها بكار برده مي‌شود.
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.
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 آهن
از 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 پورسلانيت
عمدتاً 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 اسپيكوليت، 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.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:51 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

تاريخچه سیلیس

تاريخچه
نام سيليس Silicon از واژه لاتين (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه يا سنگ چخماق گرفته شده است. سيليس در سال 1824 توسط Jöns Jacob Berzelius در سوئد کشف شد. سيليس متبلور در سال 1854 توسط Deville يک شکل آلوتروپ از عنصر را کشف نمود.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:51 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

شرايط تشكيل وژنز سيليس

شرايط تشكيل وژنز 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.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:50 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

اشتغال زايي  سيليس

با وجود افزايش معادن فعال كشور و افزايش سرمايه گذاري تعداد كل شاغلان بخصوص شاغلان متخصصين در سال 1380 كاهش يافته است. اين كاهش مي تواند متاثر از سيستمهاي مديريت خصوصي و افزايش كيفيت تكنولوژي در ايران باشد.


جدول 13- تعداد نيروي شاغل در معادن سيليس كشور طي سال هاي 1380-1376(نفر)



شکل 11- تعداد نيروي شاغل در معادن سيليس كشور طي سال هاي 1380-1376

شاغلان در معادن سيليس ايران در سال 1380 تقريباً 5/1 درصد از شاغلان كل معادل كشور را شامل مي‌شوند كه درصد ناچيزي است. در طي سالهاي اخير تعداد نيروهاي غير متخصصين در گروه هاي كمتر از ديپلم افزايش يافته است و اين در حال است كه در سال 1380،56 درصد شاغلين افراد كمتر از ديپلم مي باشند(شکل 12).


شکل12- درصد شاغلين معادن سيليس ايران به تفکيک مدرک تحصيلي در سال 1380

ارزش افزوده
ارزش افزوده معياري است كه ميزان بازدهي مالي تبديل كانه معدني به فرآورده هاي آن را نشان ميدهد و به ميزان بسيار زيادي به قسمت كانه و كنتسانتره آن وابسته است و در هر سال با تغيير قيمت ها و همچنين ميزان توليد آن محصول تغيير مي‌كند. جدول14 ميزان ازش افزوده محصولات سيليس را در سالهاي آتي نشان مي دهد. قيمت ها بر اساس ثابت قيمت سال 76 محاسبه شده است.
ارزش افزوده در فاصله سالهاي 1376 تا 1378 تقريباً داراي روند ثابتي بوده و از سال 1378 تا سال 1380 افزايش يافته است. همچنين متوسط نرخ رشد ارزش افزوده در ايران طي سالهاي 1380-1376 برابر با 7/21 درصد مي‌باشد.


جدول14- ميزان ارزش افزوده محصولات سيليس در ايران طي سالهاي 1380-1376(ميليارد ريال)



شکل 13- ميزان ارزش افزوده محصولات سيليس در ايران طي سالهاي 1380-1376

سرمايه گذاري داخلي
در معادن سيليس ايران ردسال 1380 معادل 7 ميليارد ريال سرمايه گذاري بهره برداري انجام گرفته است. كه حدود 1 درصد ازكل سرمايه گذاري كشور را بخود اختصاص داده است.


جدول 15- ارزش سرمايه گذاري در بخش هاي مختلف معادن سيليس طي سالهاي 1380-1376(ميليون ريال)



شکل 14- ارزش سرمايه گذاري در بخش هاي مختلف معادن سيليس طي سالهاي 1380-1376

سرمايه گذاري در بخش بهره برداري در طي سالهاي اخير داراي روند افزايشي يكنواختي با متوسط نرخ رشد 12/26 درصد مي‌باشد. اين امر بدليل افزايش قيمت سيليس و همچنين افزايش تقاضاي داخلي مي باشد. سرمايه گذاري در بخش توسعه و اكتشاف در سال 1379 داراي بالاترين رقم و در سال 1380 به كمترين مقدار خود طي سالهاي اخير رسيده است. با سرمايه گذاري مناسب در بخش توسعه و اكتشاف ميزان ذخاير قطعي سيليس طي سالهاي اخير افزايش ياقته است.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:49 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

مصارف عمده سيليس

به طور كلي موارد مصرف سيليس SiO2 عبارت است از:
شيشه سازي، چيني سازي، توليد فروسيليس، سراميك سازي، توليد آجر ماسه آهكي، ريخته گري، توليد سيليكات سديم، توليد ديگر مواد سيليسي، به عنوان نيمه هادی در صنعت الکترونيک و توليد پشم شيشه.
مقادير قابل توجهي ازماسه سنگ خرد شده به عنوان مصالح ساختماني بكار مي رود.
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 هريك از اكسيدهاي ديگر كه معمولاً به همراه SiO2 در كانسارهاي مختلف وجود دارند و در صورتي كه درصد هر يك از آنها از حد معيني تجاوز نمايد، كاربرد آن را در صنايع مختلف محدود و يا غير ممكن مي سازد.
علاوه بر درصدSiO2، 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.
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 و سرويس بهداشتي بكار مي‌رود.
ريخته گري و نسوز:
مقاومت كوارتز وسيليس تا دمايC 1470 سبب شده از آن براي تهيه قالب هاي 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 ته‌نشين 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 هاي سربي، پخش كننده، حمل كننده و بسياري موارد ديگر استفاده مي‌شود.

سيليس كلوئيدي:
سوسپانسيونی از سيليس ريز دانه در محيط آبي كه به منظور اصطكاك دركاغذ و تخته، 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 و بتونه 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 :
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.
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.
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.


جدول 3- تقسيم بندي انواع سيليس بر اساس درصد SiO2

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 فيلتر:
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 وCaO 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 بازيافتي فايبر گلاس عايق (40% از ماده اوليه) است. ماسه سيليس مورد استفاده در سايش معمولاً در بازيافت فولاد مصرف مي‌شود. بازيافت ماسه ريخته گري بدليل مشكلات دفع و آماده سازي آن رو به افزايش است.
جايگزين ها:
ساينده:
بوكسيت, آلومينا, كروندوم, الماس, دياتوميت, فلدسپار, گارنت, منيتيت, نفلين سينيت, اليوين, پرليت, پوميس, سربار, ذغال و فلزات استاروليت, تريپلي, كربيد سيليسيوم و ايلمنيت.
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.

فيلتر:
كربن فعال شده/آنتراسيت, آزبست, سلولز, دياتوميت, گارنت, منيتيت, پوميس, پرليت, ايلمنيت.

ريخته گري:
بوكسيت و آلومينا, كروميت, رس, اليوين, پرليت, ورميكوليت, زيركن.

مواد اصطكاك زا:
آزبست, باريت, بوكسيت و آلومينا, رس, (آتاپولگليت, كائولن, سيبوليت), گارنت, گرافيت, ژيپس, ميكا, پوميس, پيروفيليت, اسليت, ورميكوليت, ولاستونيت, زيركن.

نسوز:
آندالوزيت, بوكسيت, كروميت, كيانيت, دولوميت, گرافيت, منيزيت, اليوين, پيروفيليت, رس نسوز, سيليمانيت, زيركن.

مصرف ظاهری سيليس در جهان در اين دوره ( 1990-2000) از 588 هزارتن در سال 1990 به 609 هزارتن در سال 609 و 689 هزارتن در سال 2000 افزايش يافته است (جدول 4 ).


جدول 4- ميزان مصرف ظاهري سيليس در جهان در سالهاي 1990- 2000(هزارتن)



شکل 2- ميزان مصرف ظاهري سيليس در جهان در سالهاي 1990- 2000
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:48 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

سیلیکات سدیم

سیلیکات سدیم - طبق تعریف «راهنمای فن‌آوری شیمیایی» نوشته‌ی فون وگنر (ترجمه‌ی 1892) - نوعی سیلکات قلیایی حل‌شدنی است که اولین بار توسط «ون هلمونت» در سال 1640 کشف شد.

سیلیکات سدیم، هم‌چنين به نام‌«آب شيشه» که به صورت جامد در دسترس است.انواع محلول مايع آن در صابون‌سازي، پاك‌كننده‌هاي صنعتي ، چسب، سيمان‌سازي، ‌رنگ ، قالب ريخته‌گري،پايدارسازي پراكسيد و كنترل خوردگي در لوله‌هاي آب و پيش‌ماده‌ی سيليس مخلوط زئوليت كاربرد دارد.

کاربردها [ویرایش]1.مواد شوینده
2.سرامیک
3.کاغذ
4.صنایع نسوز
5.ریخته‌گری
6.بتن
7.آب بندی در تعمیر خودروها
روش تولید [ویرایش]سیلیکات سدیم به دو روش خشک و تر قابل تولید است که روش خشک به عنوان فرآیند منتخب مبنای محاسبات طرح قرار گرفته است :

فرآیند تولید سیلیکات سدیم به روش خشک :

سدیم سیلیکات‌ها در کوره‌های نظیر کوره‌های تهیه شیشه از ذوب کردن مخلوط شن و کربنات سدیم در حدود 1450 درجه بدست می آید چون درجه حرارت تشکیل سدیم سیلیکات‌های نامحلول پایین تر از این درجه حرارت می‌باشد برای جلوگیری از ایجاد این سیلیکات‌ها باید در نسبت شن و ماده قلیایی در موقع ذوب کنترل و دقت کافی انجام شود ماده مذاب بدست آمده رنگی تقریباً آبی تا سبز روشن دارد . این رنگ به خاطر ناخالصی‌های موجود که کمتر از یک درصد می‌باشد و معمولاً از ترکیبات آهنی هستند ایجاد می‌شود . مواد ذوب شده در یک سیستم خنک می شوند و بعد در دستگاه بعدی به اندازه کافی خرد می گردند و در آب حل می گردند سپس با عمل فیلتراسیون محلول صاف شده سدیم سیلیکات‌ها بدست می آید . در صورتی که هدف تهیه سدیم سیلیکاتهای قلیایی باشد در موقع ذوب مقداری سود خشک نیز به کوره اضافه می‌شود و یا کافی از ابتدا سیلیس را با سود ذوب می کنند و برای حل سدیم سیلیکاتها در صورتی که مقدار m>2می بایست از بخار پر فشا ر استفاده نمود . البته می توان در صورتی که بخواهیم سدیم سیلیکات‌های خشک تهیه نماییم مواد ذوب خروجی از کوره بدون خنک شدن وارد یک سیستم می گردند که با مقدار مشخص آب مستقیماً سدیم سیلیکاتهای هیدراته بدست می آید .

مراحل و شیوه‌های کنترل کیفیت در فرآیند به شرح ذیل است :

 


1.اندازه ذرات کوارتز
2.دانسیته کربنات سدیم مصرفی
3.مقدار آهن موجود در سیلیکات
4.غلظت سود مصرفی

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:47 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

Sodium silicate

Sodium silicate
IUPAC name
Other names Waterglass
Liquid glass
E550
Identifiers
CAS number [6834-92-0]
PubChem 23266
EC number 229-912-9
RTECS number VV9365000
Identifiers
CAS number [10213-79-3]
Identifiers
CAS number [13517-24-3]
Properties
Molecular formula Na2SiO3
Molar mass 122.06 g/mol (anhydrous)
212.14 g/mol (pentahydrate)
Appearance colorless solid
Density 2.4 g/cm3, solid
Melting point

1088 °C (anhydrous)
72.2 °C (pentahydrate)

Solubility in water Soluble
Refractive index (nD) 1.52 (anhydrous)
1.456 (pentahydrate)
Thermochemistry
Std enthalpy of
formation ΔfHo298		 −1519 kJ/mol
Standard molar
entropy So298		 113.8 J K−1 mol−1
Hazards
MSDS ICSC 1137
EU Index 014-010-00-8
EU classification Corrosive (C)
R-phrases R34, R37
S-phrases (S1/2), S13, S24/25, S36/37/39, S45
NFPA 704
0
3
0
 
Related compounds
Other anions Sodium carbonate
Sodium germanate
Sodium stannate
Sodium plumbate
Other cations Potassium silicate
Except where noted otherwise, data are given for materials in their standard state (at 25 °C, 100 kPa)
Infobox references

 

 

 

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:46 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

سرامیک

آشنایی
به تمامی مصنوعاتی که از کانیهای غیرفلزی ساخته می‌شوند، سرامیک (Ceramic) اطلاق می‌گردد. فرآورده‌های سرامیکی بسیار متنوعند و مصارف گوناگون دارند. انواع سرامیکها عبارتند از سرامیکهای بهداشتی ، سرامیکهای الکتریکی ، سرامیکهای ساختمانی ، شیشه‌ها ، انوع چینی ، مواد ساینده ، انواع لعاب ، انواع دیرگدازها ، تک بلورها و سرامیکهای پیشرفته. سرامیکها را بر اساس نوع بدنه آنها که ممکن است متراکم یا متخلخل باشد نیز تقسیم بندی می‌کنند.

مواد اولیه بدنه سرامیکها
مهمترین مواد اولیه بدنه سرامیکها خاک رسی ، آلکانی فلدسپات و سیلیس است. در سرامیکهای ویژه مانند سرامیکهای الکتریکی از تالک ، ترکیبات سدیم ، تیتانیوم و عناصر فلزی استفاده می‌شود.

 

•آلکالی فلدسپات : در طبیعت به دو صورت فلدسپات پتاسیک و سدیک وجود دارد. فلدسپات سدیک خالص در دمای 1118 درجه سانتیگراد بطور کامل ذوب می‌شود. فلدسپات پتاسیک در دمای 1150 درجه شروع به ذوب شدن فلدسپات پتاسیک غیر متجانس است، زیرا هنگام ذوب شدن مایع SiO2 آزاد می‌شود و جامد لوسیت باقی می‌ماند. ذوب کامل فلدسپات پتاسیم در دمای 1580 درجه صورت می‌گیرد. فلدسپات پتاسیک بیشتر در بدنه سرامیک بکار می‌رود، در صورتی که فلدسپات سدیک در شیشه و لعاب به مقدار کم در بدنه استفاده می‌شود. آلکانی فلدسپات در بدنه دو نقش مهم ایفا می‌کند، کاهش دمای ذوب و ایجاد سختی.


•سیلیس : نقش سیلیس در بدنه ، ایجاد فاز شیشه و افزایش مقاومت است.


•خاک رس : بیشترین بخش سرامیک را تشکیل می‌دهد. کانیهای رسی به گروه کائولینیت ، اسمکتیت و ریکوتیت تقسیم می‌شوند که بیشترین مصرف را کائولین دارد. گلهایی که در سرامیک سازی بکار می‌روند. عبارتند از گل چینی ، گل سفالگری و گل توپی (گل بال).


•گل چینی از کائولین ، آلکالی فلدسپات و سیلیس تشکیل شده است. گل چینی سفید ، حاوی 50 درصد کائولین ، 30 درصد فلدسپات ، 20 درصد سیلیس است. چنانچه شکل پذیری گل کم باشد به جای 50 درصد کائولین از 40 درصد همراه با 10 درصد گل توپی می‌توان استفاده کرد. گل توپی ، بیشتر از مونتهوریونیت و کائولین دانه ریز و مواد آلی تشکیل شده است و خاصیت چسبندگی آن بسیار خوب است. گل سفالگری بیشتر از خاک رس تشکیل شده و بیشترین مصرف آن در تهیه آجر است.
انواع موادی که برای بهبود کیفیت به خاک افزوده می‌شوند.
•اگر گل دارای خاصیت نسوز باشد یعنی در دمای پایین ، ذوب و سخت شود باید مواد کمک ذوب همچون تالک ، آهن ، یا فریت بر آن افزود.


•اگر گل در دمای پایین ذوب می‌شود و حالت شکنندگی دارد باید مواد دیرگداز نظیر کائولین ، گل بال، خاک نسوز یا سیلیس اضلفه کرد.


•اگر گل دارای چسبندگی زیاد باشد و هنگام خشک شدن با کاهش حجم زیاد همراه گردد باید سیلیس یا کائولین بر آن افزود.
•چنانچه گل ترد باشد و چسبندگی کم داشته باشد باید گل بال یا نبتونیت به آن اضافه کرد.


•اگر گل نیار به تغییر رنگ داشته باشد می‌توان مواد رنگی بر آن افزود.
سرامیکها پیشرفته
سرامیکهای پیشرفته از یک یا چند عنصر غیر فلزی و فلزی ساخته شده‌اند. خوصیات مهم این سرامیکها عبارت است از سختی زیاد ، استحکام ، مقاومت در برابر شوکهای حرارتی ، مقاومت زیاد در حرارت بالا و خواص ویژه الکتریکی. موارد کاربرد این سرامیکها در ساخت قطعات موتورهای ماشین و جت، الکترومغناطیس و مغناطیس ، بیوسرامیکها ، قطعات باطری ، دیرگدازه‌ها ، صنعت تصفیه نفت ، قطعات نوری ، ابزار برش و مته‌های حفاری ، ساینده‌ها ، سلولهای خورشیدی و سایر مواد می‌باشد.

نقش مواد در سرامیکها پیشرفته
•زیرکونیوم : افزایش مقاومت مکانیکی و افزایش ضریب انبساط حرارتی. این نوع سرامیکهای پیشرفته در ابزارهای برش ، دیسکهای برش ، پرس داغ و پوشش بلبرینگ کاربرد دارند.


•کاربیدها : برای سختی زیاد بکار می‌رود. سرامیکهای حاصله در مواد ساینده ، مته‌های حفاری ، پوشش نیروگاههای هسته‌ای ، قطعات توربینهای گازی و صیقل دادن فلزات سخت کاربرد دارد.


•نیتریدها : این مواد سخت ، شکننده و عایق بسیار خوب الکتریکی حتی در دمای بالا باشند. این نوع سرامیکهای حاصله در اگزوز جتها ، بوته‌های ذوب فلزات و پوشش آنتن رادار هواپیما کاربرد دارد.


•بور : این ماده کارایی بسیار خوبی در دمای بالا دارد.


•آلومینیوم : این ماده باعث افزایش مقاومت الکتریکی ثابت بودن حجم و ابعاد در دمای خیلی زیاد ، کاهش ضریب هدایت گرما با افزایش دما ، سختی بالا و مقاومت بالای فشاری می‌شود. کاربرد این نوع سرامیکها در ابزار برش ، قطعات ماشینهای نساجی و بوته‌های ذوب فلزات می‌باشد.


•بریلیوم : این ماده هدایت بسیار خوب حرارتی ، کاهش ضریب هدایت الکتریکی ، خواص دی الکتریک بسیار خوبی دارد.
خواص مهم سرامیکها
•خواص مکانیکی : مقاومت مکانیکی سرامیک به ترکیب مواد ، اندازه ذات مواد اولیه ، دانه بندی ، شکل ذرات ، شرایط شکل دهی ، چگونگی خشک کردن و همچنین شرایط پخت بستگی دارد. مواد دانه ریز موجب کاهش تخلخل و بالا رفتن مقاومت سرامیک می‌گردند سیلیس و بال گلی باعث افزایش مقاومت مکانیکی می‌شوند.


•خواص شیمیایی : آب ، اسیدها و محلولهای قلیایی با مواد سرامیکی واکنش انجام می‌دهند و تغییراتی در آنها وجود می‌آورند در سرامیکها ویژه از مواد مقاوم در برابر اسیدها و قلیاییها استفاده می‌شود.


•خواص نسوزی : سرامیکهایی که برای دماهای بالا بکار می‌روند، از مواد دیرگداز تهیه می‌گردند.


 

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:44 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

در طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی باید عوامل متعددی را در نظر داشت:

در طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی باید عوامل متعددی را در نظر داشت:

1- استحکام خام: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۶Kg/cm2 باشد.

2- استحکام خشک: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۳۰Kg/cm2 باشد. برای این منظور:

الف) حتی الامکان از بنتونیتها نباید استفاده شود یا درصد آن باید به زیر 5 درصد (منظور بنتونیت خالص) کاهش داده شود. بنتونیتها این معایب را در بدنه کاشی پرسلانی به وجود می آورند:

الف-1- میزان انقباض در هنگام خشک شدن و در نتیجه احتمال ترک خوردن بدنه را افزایش میدهند.

الف-2- بنتونیتها نفوذپذیری بدنه در مقابل نمکهای محلول (soluble salts) را کاهش میدهند. اعمال نمکهای محلول یکی از روشهای جالب دکوراسیون و ایجاد طرح در بدنه های پرسلانی است و در پستهای آتی به آن اشاره خواهد شد.

الف-3- به دلیل حضور اکسیدهای رنگی کننده مانند Fe2O3 باعث تیره شدن رنگ بدنه میشوند.

ب) از رسهای پلاستیک با پایه میکا و مسکویت استفاده شود (به کائولنهای اسمی ایرانی در پاراگرافهای بعدی مراجعه نمائید).

پ) میزان استفاده از مواد پلاستیک را به مقداری که مقادیر حدی استحکامهای خام و خشک تامین شوند، کاهش دهید (به اضافه 20-10 درصد برای اطمینان بیشتر به خصوص در مورد استحکام خشک؛ یعنی به جای حدهای 6-30 به 6/6-33 یا 6/6-36 برسید). شایان ذکر است که بالا بردن استحکام خام «معمولا» دشوارتر از افزایش استحکام خشک است.

* تذکر: با توجه به تجربیات به دست آمده در طراحی فرمولهای بدنه کاشی پرسلانی، مقادیر بیشتر از 5 و بیشتر از ۲۵Kg/cm2 نیز (به ترتیب برای استحکام خام و استحکام خشک بدنه) میتوانند مورد قبول باشند. هر چند که بهتر است برای بدنه های پرسلان لعابدار و برای تحمل چاپهای متعدد اعمال شده بر آن، همان گستره بالاتر از ۳۰Kg/cm2 در نظر گرفته شود.

3- انبساط پس از پرس: برای جلوگیری از بروز یا تشدید عیوبی مانند لب پریدگی و کنده شدن لبه ها و گوشه های کاشی، بهتر است علاوه بر بالابردن استحکام خام بدنه (که در این مورد بسیار کارساز است) با انتخاب مواد اولیه مناسب از بالا رفتن بیش از اندازه درصد انبساط پس از پرس ممانعت کرد. کائولنهای با درصد بالای کوارتز و بعضی از فلداسپاتها درصد انبساط پس از پرس را افزایش میدهند.

عامل اصلی به وجود آورنده انبساط پس از پرس، فشار هوای حبس شده بین گرانولهاست. در مرحله اول پرس، خروج کامل هوای موجود در لابلای گرانولها ممکن نیست و این هوا به مانند گرانولها تحت فشار قرار گرفته و فشرده میشود (مشابه هوای فشرده شده در کمپرسورها). با برداشته شدن فشار، این هوای فشرده شده سعی دارد تا از داخل بدنه فرار کند. در هنگام خروج، اگر مقاومت قطعه خام شکل گرفته کمتر از نیروی هوای خروجی باشد، قطعه ترک خواهد خورد یا متلاشی خواهد شد. اگر قطعه خام این نیرو را تاب بیاورد، ابعادی بزرگتر از ابعاد قالب پرس خواهد داشت که از آن به انبساط پس از پرس تعبیر میشود.

از دید بیشتر مهندسان، انبساط پس از پرس پائین معیاری از چسبندگی خوب ذرات به یکدیگر است. در هر صورت بهتر است این مشخصه به هیچ وجه از 8/0 درصد بیشتر نشود (حد متداول 7/0-55/0 درصد است).

4- جذب آب: در بدنه های کاشی پرسلانی لعابدار کمتر از 5/0 درصد و در بدنه های پرسلان تکنیکال و نمک محلول دو بازه کمتر از 3/0 درصد و یا کمتر از 1/0 درصد متداولند. بدیهی است که برای رسیدن به مقادیر کمتر جذب آب یا باید درصد فلداسپاتها را در فرمولاسیون بدنه افزایش داد، یا از فلداسپاتهای مرغوبتر (با درصدهای بالاتر اکسیدهای قلیائی Na2O و K2O) استفاده کرد یا دمای پخت را افزایش داد.

طبق مقاله ها و نوشته های منتشر شده از سوی شرکت SACMI، در صورتی که مقدار اکسیدهای MgO و CaO زیاد نباشد، بهتر است مقادیر Na2O و K2O به ترتیب 5/4 و 7/1 درصد (با نسبت Na2O به K2O برابر با 65/2) باشند. در واقع، با توجه به خاکهای ایرانی میتوان با نسبتهای 00/1 تا 00/2 (بیشتر 6/1-2/1) نیز به مقصود رسید.

شایان ذکر است که مقادیر Na2O و K2O را باید از تمام خاکها و مواد اولیه مصرفی محاسبه و جمع کرد نه فقط از فداسپاتها.

اولین قدمها در طراحی یک بدنه پرسلانی خوب، به دست آوردن مجموع کافی Na2O+K2O و نسبت بهینه Na2O به K2O با توجه به دیگر اکسیدهای موجود در ترکیب بدنه است. معمولا درصد بالای فلداسپات ترجیح داده میشود اما باید توجه داشت که هر چند بالا بردن میزان فلداسپاتها میتواند مزایائی چون کاهش دمای پخت بدنه، رسیدن به جذب آب نزدیک به صفر، بهبود درجه صیقلی بودن سطح پس از پولیش (بالا رفتن میزان جلا) و بهبود توسعه رنگ در بدنه های کاشی پرسلانی رنگی در هنگام پخت را به همراه داشته باشد اما باعث افزایش تردی بدنه، کاهش ثبات ابعادی در هنگام پخت، کاهش بازه دمائی پخت در کوره، کاهش مقاومت در برابر عوامل شیمیائی (به خصوص اسیدها) و کاهش استحکام پخت (در صورت استفاده بیش از حد از فلداسپات) خواهد شد.

مفید خواهد بود که نگاه یا مروری دوباره بر مبحث یوتکتیک (Eutectic) داشته باشید

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:43 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

کارهایی که درکنترل کیفیت انجام می شود :

کارهایی که درکنترل کیفیت انجام می شود :

رطوبت :

تجهیزات مورد استفاده :

ترازو با دقت 1/ 0 گرم – خشک کن با دمای5 ±110سانتیگراد  -  بشر برای دوغاب  - دستگاه رطوبت سنج –

سه روش برای محاسبه رطوبت وجود دارد :

روش اول :

مقدار مشخصی از ماده مورد نظر (گرانول – دوغاب – بیسکویت – خاک )را با ترازو و با دقت 1/0گرم وزن نمایید سپس نمونه وزن شده را در دستگاه خشک کن قرار داده تا 5 ±110سانتیگراد  حرارت دهید بعد از خشک شدن کامل یعنی در فاصله زمانی یک ساعت اندازه رطوبت بیش از 0/1تغییرات نداشته باشد نمونه را از خشک کن خارج نموده و با ترازو وزن نماید .سپس رطوبت را از فرمول زیر بدست می آوریم:                                                

100× (وزن خشک ─ وزن اولیه)   = درصد رطوبت

                                                               وزن اولیه

 

روش دوم :مقدار 3تا4گرم از نمونه را در دستگاه رطوبت سنج قرار داده و دستگاه را روشن کنید . پس از 15 تا 10دقیقه که اعداد ثابت شدند درصد رطوبت را از زوی دستگاه می خوانیم .

روش سوم : برای تعیین رطوبت گرانول و خاک

مقداری از گرانول نمونه را در ترازو دستگاه اسپیدی ریخته تا دو خط نشانه مقابل یکدیگر قرار بگیرند . گرانول وزن شده را داخل کپسول اسپیدی ریخته و یک عدد آمپول کاربید کلسیم داخل کپسول می اندازیم سپس درب کپسول را بسته و آن را کان دهید تا گلوله فلزی داخل کپسول ،آمپول را بشکند . حال اسپیدی را به صورت افقی گرفته و بلافاصله عدد مانوتررا بخوانید .

تذکر : عملیات تعیین رطوبت باید بر روی نمونه ها بلافاصله پس از جدا شدن از فرایند تولید صورت گیرد زیرا نمونه ها در شرایط محیطی کارخانه و آزمایشگاه باعث تغییر میزان رطوبت می شود .

دانستیته :

تجهیزات مورد استفاده : استوانه مدرج تا cc 200- بشر cc300- پیکنومتر – ترازوی دیجیتال با دقت 1/0گرم

آزمونه مورد نیاز :نمونه از بدنه دوغاب یا لعاب

دو روش وجود دارد :

روش اول : ابتدا مقداری نمونه از دوغاب بدنه یا لعاب را برداشته و در بشر می ریزیم سپس استوانه مدرج خالی را با ترازوی دیجیتال وزن کرده مقدار c°100از دوغاب را در آن بریزید بعد استوانه مدرج حاوی cc100دوغاب را با ترازو وزن کرده و وزن cc100دوغاب را از تفاضل وزن استوانه مدرج حاوی cc100دوغاب و استوانه مدرج خالی بدست آورید بعد دانستیته دوغاب را از فرمول زیر محاسبه کنید :

 

 وزن cc100دوغاب بر حسب گرم    = دانستیته

cm²)                                                                 /         100(gr

 

روش دوم :پیکنومتر را از دوغاب پر نموده به طوری که پس از بسته شدن درآن دوغاب اضافی خارج شود بعد پیکنومتر را تمییز نموده . چون وزن پیکنومتر ثابت است عدد حاصل از توزین را منهای وزن پیکنومتر نموده عدد حاصل میزان دانتیته دوغاب مورد نظر است .

ویسکوزیته :

تجهیزات مورد استفاده : بشر- ویسکوزیمتر ریزشی با نازل شماره 4و 8 – استوانه مدرج – کرنومتر

آزمونه ها :نمونه از دوغاب بدنه – لعاب یا رنگ

ابتدا مقدار cc100آب را در وییکوزیمتر ریخته و زمان تخلیه آب از ویسکوزیمتر را با کرنومتر اندازه گیری نموده (از ویسکوزیمتر ریزشی با نازل شماره 8 برای بررسی

دوغاب بدنه و رنگ و با نازل شماره 4 برای بررسی لعاب استفاده می شود )بعد مقدار cc100از دوغاب را در ویسکوزیمتر ریزشی با شماره 8 برای دوغاب بدنه و رنگ و نازل شماره 4 برای دوغاب لعاب ریخته شده و زمان تخلیه از ویکوزیمتر فوق با کرنو متر اندازه گیری می شود .

ویسکوزیته می تواند بسته به تعریف واحد های تجربی برحسب ثانیه ویا ENGLERباشد در صورتیکه واحد ثانیه مبنای محاسبات باشد در آنصورت عدد خوانده شده از کرنومتر نمایانگر ویسکوزیته خواهد بود و اگر ENGLER مد نظر باشد آن را از فرمول زیر بدست می آوریم :

زمان خروج100 CC دوغاب از ویسکوزیمتر با نازل 4یا 8   =ویسکوزیته E

                زمان خروج CC100آب از ویسکوزیمتر با نازل 4 یا8

 

زبره :

تجهیزات مورد نیاز :بشر CC100- خشک کن با دمای 5 ±110سانتیگراد  - ترازو دیجیتال با دت 1/0گرم – پیکنومتر CC100- الک با شماره مش مشخص – کاسه یا بشر

آزمونه :نمونه دوغاب بدنه یا لعاب یا رنگ

ابتدا یک پیکنومتر از دوغاب مورد نظر را برداشته و آن را از الک شماره230 برای دوغاب بدنه و الک 325برای لعاب و انگوب و رنگ عبور دهید . برای سهولت کار می توانید الک را زیر شیر آب گرفته با فشار ملایم بگیرید تا با فشار آب دوغاب از الک عبور کند . مواد باقیمانده روی الک را در کاسه فلزی ریخته و در خشک کن قرار دهید تا خشک شود . زبره خشک شده را با ترازوی دیجیتال با دقت 1/0گرم وزن نموده و درصد زبره را از فرمول زیر محاسبه می کنیم :

100×وزن خشک مواد باقیمانده روی الک       =درصد زبره

              (درصد رطوبت دوغاب – 100)×دانستیته دوغاب

 

پرت حرارتی :LOI

از نمونه مورد اندازه گیری (نمونه از خاک یا نمونه از گرانول پرس شده ) مقداری پودر تهیه کرده و از الک با مش 80 عبور دهید . پس از اطمینان از خنک شدن پودر تهیه شده را وزن نماییدWnf)) سپس نمونه داخل کوره قرار داده قرار داده به دمایc º 1050برسانید و در این دما یک ساعت نگه دارید و پس از سرد شدن آن را وزن کنید     (Wf) واختلاف وزن طبق فرمول زیر نشان دهندۀ میزان پرت حرارتی می باشد:

Wf – Wnf)×100) = LOI%

Wf                

 

 

انقباض :(بیسکویت )

آزمونه : بیسکویت خام آزمایشی یا تولیدی می باشد

پس از پرس تعداد مورد نظر بیسکویت خام را برداشته ابعاد آن را با کولیس با دقت اندازه         یک صدم می گیریم (Lnf) بعد از خشک شدن نمونه ها در خشک کن ابعاد آن ها را مجدد اندازه گیری می کنیم (Ld) و از فرمول زیر درصد انقباض

 

خشک را محاسبه کنید . نمونه ها را در کوره قرار داده تا پخته شوند و پس از پخت ابعاد نمونه ها را اندازه گیری (Lf)

و طبق فرمول زیر درصد انقباض کل (Sd) و نانقباض پخت نسبت به خشک را محاسبه کنید .

Ld – Lf)×100  )   = S(f – d)%

Ld                                                             

 

Lnf – Ld)×100)  =%S(d)

Lnf                                                                                                          

 

مقاومت خمشی :

آزمونه های مورد استفاده : نمونه آزمایشی یا تولیدی شامل نمونه خشک شده و نمونه خام کویتی پس ازپرس ،بیسکویت پخته شده و کاشی پخته شده لعابدار می باشد . اندازه گیری مقاومت مکانیکی به روش بارگذاری سه محوری انجام می شود . بیسکویت را روی تکیه گاه قرار دهید و بعد فاصله تکیه گاه ها را اندازه بگیرید((L و برای محاسبۀ فاکتور نیرو دستگاه مقاومت سنج را روشن نموده تا شاخک آن با

فشار آزمونه را بشکند و مقدار نیروی وارده بر حسب (Kg F) را از روی نمایشگر دستگاه بخوانید سپس ضخامت آزمونه را در ضلعی که شکست واقع شده با کولیس با دقت mm01/0اندازه بگیرید(a)

سپس طول نمونه را در ضلعی که شکست واقع شده با کولیس اندازه بگیرید (b)  بعد از فرمول زیر مقدار مقاومت را بدست آورید :

  3F × L  =R

B×A²                                                                                          2          

 

جذب آب :

نونه های مورد نیاز بیسکویت های پخته شده آزمایشی یا تولیدی و یا کاشی های لعاب خورده آزمایشی و تولیدی می باشد . پس از اطمینان از خشک بودن نمونه ها را تک تک وزن  (Wd) نمایید. نمونه ها در داخل ظرف پر از آب بطور قائم به گونه ای قرار دهید تا هیچگونه تماسی با هم نداشته باشند . میزان آب باید طوری باشد که حداقل پنج سانتی متر بالاتر از سطح نمونه ها باشد بعد نمونه ها را به مدت دو ساعت در آب جوش قرار دهید و سپس حرارت دهی را قطع کنید در حالی که کاشی ها غو طه ور هستند حدود چهار ساعت بگذارید تا خنک شوند سپس نمو نه ها را ار آب خارج نموده و با یک اسفنج یا پارچه آب سطحی آن را بگیرید و با دقت 1/0گرم تک تک نمو نه ها را وزن(Ww) نماید. در انتها با استفاده از فرمول زیر  میزان جذب آب را محاسبه نمایید:

Ww  -   Wd)×100)     = A%

 Wd                         

 

 

تطبیق :

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:42 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

سرامیک (Ceramic)

 

به تمامی مصنوعاتی که از کانیهای غیرفلزی ساخته می‌شوند، سرامیک (Ceramic) اطلاق می‌گردد. فرآورده‌های سرامیکی بسیار متنوعند و مصارف گوناگون دارند. انواع سرامیکها عبارتند از سرامیکهای بهداشتی ، سرامیکهای الکتریکی ، سرامیکهای ساختمانی ، شیشه‌ها ، انوع چینی ، مواد ساینده ، انواع لعاب ، انواع دیرگدازها ، تک بلورها و سرامیکهای پیشرفته. سرامیکها را بر اساس نوع بدنه آنها که ممکن است متراکم یا متخلخل باشد نیز تقسیم بندی می‌کنند.

تصویر

مواد اولیه بدنه سرامیکها

مهمترین مواد اولیه بدنه سرامیکها خاک رسی ، آلکانی فلدسپات و سیلیس است. در سرامیکهای ویژه مانند سرامیکهای الکتریکی از تالک ، ترکیبات سدیم ، تیتانیوم و عناصر فلزی استفاده می‌شود.


  • آلکالی فلدسپات : در طبیعت به دو صورت فلدسپات پتاسیک و سدیک وجود دارد. فلدسپات سدیک خالص در دمای 1118 درجه سانتیگراد بطور کامل ذوب می‌شود. فلدسپات پتاسیک در دمای 1150 درجه شروع به ذوب شدن فلدسپات پتاسیک غیر متجانس است، زیرا هنگام ذوب شدن مایع SiO2 آزاد می‌شود و جامد لوسیت باقی می‌ماند. ذوب کامل فلدسپات پتاسیم در دمای 1580 درجه صورت می‌گیرد. فلدسپات پتاسیک بیشتر در بدنه سرامیک بکار می‌رود، در صورتی که فلدسپات سدیک در شیشه و لعاب به مقدار کم در بدنه استفاده می‌شود. آلکانی فلدسپات در بدنه دو نقش مهم ایفا می‌کند، کاهش دمای ذوب و ایجاد سختی.

  • سیلیس : نقش سیلیس در بدنه ، ایجاد فاز شیشه و افزایش مقاومت است.

  • خاک رس : بیشترین بخش سرامیک را تشکیل می‌دهد. کانیهای رسی به گروه کائولینیت ، اسمکتیت و ریکوتیت تقسیم می‌شوند که بیشترین مصرف را کائولن دارد. گلهایی که در سرامیک سازی بکار می‌روند. عبارتند از گل چینی ، گل سفالگری و گل توپی (گل بال).

  • گل چینی از کائولین ، آلکالی فلدسپات و سیلیس تشکیل شده است. گل چینی سفید ، حاوی 50 درصد کائولین ، 30 درصد فلدسپات ، 20 درصد سیلیس است. چنانچه شکل پذیری گل کم باشد به جای 50 درصد کائولین از 40 درصد همراه با 10 درصد گل توپی می‌توان استفاده کرد. گل توپی ، بیشتر از مونتموریونیت و کائولین دانه ریز و مواد آلی تشکیل شده است و خاصیت چسبندگی آن بسیار خوب است. گل سفالگری بیشتر از خاک رس تشکیل شده و بیشترین مصرف آن در تهیه آجر است.

انواع موادی که برای بهبود کیفیت به خاک افزوده می‌شوند.

  • اگر گل دارای خاصیت نسوز باشد یعنی در دمای پایین ، ذوب و سخت شود باید مواد کمک ذوب همچون تالک ، آهن ، یا فریت بر آن افزود.

  • اگر گل در دمای پایین ذوب می‌شود و حالت شکنندگی دارد باید مواد دیرگداز نظیر کائولن ، گل بال، خاک نسوز یا سیلیس اضلفه کرد.

  • اگر گل دارای چسبندگی زیاد باشد و هنگام خشک شدن با کاهش حجم زیاد همراه گردد باید سیلیس یا کائولین بر آن افزود.
  • چنانچه گل ترد باشد و چسبندگی کم داشته باشد باید گل بال یا بنتونیت به آن اضافه کرد.

  • اگر گل نیار به تغییر رنگ داشته باشد می‌توان مواد رنگی بر آن افزود.

تصویر

سرامیکها پیشرفته

سرامیکهای پیشرفته از یک یا چند عنصر غیر فلزی و فلزی ساخته شده‌اند. خوصیات مهم این سرامیکها عبارت است از سختی زیاد ، استحکام ، مقاومت در برابر شوکهای حرارتی ، مقاومت زیاد در حرارت بالا و خواص ویژه الکتریکی. موارد کاربرد این سرامیکها در ساخت قطعات موتورهای ماشین و جت، الکترومغناطیس و مغناطیس ، بیوسرامیکها ، قطعات باطری ، دیرگدازه‌ها ، صنعت تصفیه نفت ، قطعات نوری ، ابزار برش و مته‌های حفاری ، ساینده‌ها ، سلولهای خورشیدی و سایر مواد می‌باشد.

نقش مواد در سرامیکها پیشرفته

  • زیرکونیوم : افزایش مقاومت مکانیکی و افزایش ضریب انبساط حرارتی. این نوع سرامیکهای پیشرفته در ابزارهای برش ، دیسکهای برش ، پرس داغ و پوشش بلبرینگ کاربرد دارند.

  • کاربیدها : برای سختی زیاد بکار می‌رود. سرامیکهای حاصله در مواد ساینده ، مته‌های حفاری ، پوشش نیروگاههای هسته‌ای ، قطعات توربینهای گازی و صیقل دادن فلزات سخت کاربرد دارد.

  • نیتریدها : این مواد سخت ، شکننده و عایق بسیار خوب الکتریکی حتی در دمای بالا باشند. این نوع سرامیکهای حاصله در اگزوز جتها ، بوته‌های ذوب فلزات و پوشش آنتن رادار هواپیما کاربرد دارد.

  • بور : این ماده کارایی بسیار خوبی در دمای بالا دارد.

  • آلومینیوم : این ماده باعث افزایش مقاومت الکتریکی ثابت بودن حجم و ابعاد در دمای خیلی زیاد ، کاهش ضریب هدایت گرما با افزایش دما ، سختی بالا و مقاومت بالای فشاری می‌شود. کاربرد این نوع سرامیکها در ابزار برش ، قطعات ماشینهای نساجی و بوته‌های ذوب فلزات می‌باشد.

  • بریلیوم : این ماده هدایت بسیار خوب حرارتی ، کاهش ضریب هدایت الکتریکی ، خواص دی الکتریک بسیار خوبی دارد.

خواص مهم سرامیکها

  • خواص مکانیکی : مقاومت مکانیکی سرامیک به ترکیب مواد ، اندازه ذات مواد اولیه ، دانه بندی ، شکل ذرات ، شرایط شکل دهی ، چگونگی خشک کردن و همچنین شرایط پخت بستگی دارد. مواد دانه ریز موجب کاهش تخلخل و بالا رفتن مقاومت سرامیک می‌گردند سیلیس و بال گلی باعث افزایش مقاومت مکانیکی می‌شوند.

  • خواص شیمیایی : آب ، اسیدها و محلولهای قلیایی با مواد سرامیکی واکنش انجام می‌دهند و تغییراتی در آنها وجود می‌آورند در سرامیکها ویژه از مواد مقاوم در برابر اسیدها و قلیاییها استفاده می‌شود.

  • خواص نسوزی : سرامیکهایی که برای دماهای بالا بکار می‌روند، از مواد دیرگداز تهیه می‌گردند.

  • خواص الکتریکی : از سرامیکها به عنوان نارسانای الکتریکی نیز استفاده می‌کنند
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:41 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

ارزيابي اقتصادي در اکتشاف

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:
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 آهن
از 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 پورسلانيت
عمدتاً 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، *****اسيون ، 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 تهنشين 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 ، *****اسيون 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 *****ها، تا حد زيادي مي توان از بروز امراض يا مرگ در اثر غبار كاني ها جلوگيري كرد.
11- 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
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:39 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

 نام سیلیس Silicon از واژه لاتین (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت،

 

تاریخچه

  نام سیلیس Silicon از واژه لاتین (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه یا سنگ چخماق گرفته شده است. سیلیس در سال 1824 توسط Jöns Jacob Berzelius در سوئد کشف شد. سیلیس متبلور در سال 1854 توسط Deville یک شکل آلوتروپ از عنصر را کشف نمود.

 
عدد اتمی: 14
وزن اتمی: 28
سختی: 7
رنگ: بی رنگ سفید
رنگ خاكه: سفید
دوره جدول تناوبی:3
گروه جدول تناوبی:14

مشخصات سیلیس

اكسید سیلیسیم (SiO2) یا سیلیس تركیبی شیمیایی است كه به صورت خالص و یا به صورت تركیب در كانی های سیلیكاته در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمین را تشكیل می دهند.
نام سیلیس Silicon از واژه لاتین (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه یا سنگ چخماق گرفته شده است. سیلیس به عنوان دومین عنصر فراوان در پوسته زمین با فراوانی 25% می باشد.
سیلیس غیرفلزی است سخت به رنگ بیرنگ تا سفید رنگ و یا خاكستری تیره با نماد Si ، عدد اتمی 14، وزن اتمی 085/28، وزن مخصوص 33/2 گرم بر سانتی متر مکعب، سختی7 در مقیاس موس، رنگه خاکه سفید، فاقد کلیواژ ، نقطه جوش 2355 درجه سانتیگراد درجه سانتی گراد و نقطه ذوب 1410 درجه سانتی گراد.
سیلیس در گروه 14(IVA) جدول تناوبی به عنوان غیرفلز) Metalloids (Nonmetal بوده و در دوره 3 قرار دارد.
سیلیس جزء اصلی ماسه سنگ و ماسه سیلیسی، كوارتز و كوارتزیت، بلور كریستال، تریپلی و نواكولیت، سیلیس مصنوعی و سیلیكون شیمیایی، کانی های رسی، گرانیت، سنگ چماق و دیاتومیت می باشد.
ماده معدنی سیلیس جهت تأمین نیازهای صنعتی كشور می بایست از علوم نظری، علوم مهندسی و تكنولوژیهای مختلف بخصوص تكنولوژی فرآوری بهره گیرد.

مشخصات شیمیایی سیلیس

برخی از شیمیدانان، رابطه بین اتم های سیلیس و اكسیژن در سیلیكات های مختلف را مشابه رابطه اتم های كربن و اكسیژن در تركیبات آلی دانسته اند. همانطور كه كربن به دو صورت منواكسید كربن (CO) و دی اكسید كربن (CO2) با اكسیژن تركیب می شود، سیلیسیم نیز به طور مشابه با اكسیژن تركیب شده و تولید تركیبات SiO و SiO2 را می نماید. تركیب اول نظیر منواكسید كربن به صورت گاز بوده و ناپایدار است ولیکن تركیب دوم جامد و پایدار می باشد.
در طبیعت هرگاه در درجه حرارت 25 درجه سانتی گراد، میزان سیلیس محلول در آب از حدود 120 تا 140 ppm بالاتر برود، از نظر شیمیایی كمپلكس Si(OH)4 بوجود خواهد آمد. در چنین حالتی محلول به صورت اشباع در آمده و سبب رسوب سیلیس به صورت ژل و تشكیل بلورهای اولیه كوارتز كه فراوان ترین كانی سیلیس است، می گردد. بلورهای مصنوعی كوارتز كه در صنعت مورد مصرف قرار می گیرد، نیز طی چنین فرآیندی تولید می شوند. بنابراین می توان گفت كه اگر در طبیعت مقدار سیلیس محلول در آب كمتر از ppm 210 باشد، سیلیس موجود در آب به صورت محلول باقی مانده و هیچ گونه كریستالی تشكیل نمی شود. فقط در زمانی كه میزان سیلیس محلول در آب از حد ppm 410 بگذرد، زایش بلورهای كوارتز شروع می شود.
كوارتز، تریدیمیت و كریستوبالیت سه پلی مورف اصلی سیلیس هستند كه در طبیعت به خوبی شناخته شده اند، هركدام از این كانی ها در شرایط خاصب بوجود آمده و دارای مشخصات فیزیكی و كانی شناسی معینی می باشند. این پلی مورف ها در شرایط حرارتی ذیل به یكدیگر تبدیل می شوند:


.


فرآیندهای تبدیل سه پلی مورف فوق كه هركدام در شرایط خاص ترمودینامیكی و شیمیایی انجام می شوند، همگی دو طرفه و برگشت پذیر می باشند. نحوه و شرایط تبدیل پلی مورف های سیلیس به یكدیگر، در تمام صنایعی كه این ماده معدنی به نحوی در آنها كاربرد دارد، از اهمیت زیادی برخوردار است. در اثر تبدیل این پلی مورف ها به یكدیگر، خواص كانی شناسی و فیزیكی آنها نظیر ضریب شكست، سیستم تبلور، چگالی و سختی نیز متغیر می نماید.
دانه های بلوری سیلیس از لحاظ مولکولی متبلور بوده با شبکه های بدون اتصال الکترونی است. انواع مختلف سیلیس- کوارتز، تریدیمیت و کریستوبالیت- سیلیس گداخته و در کوهی ( به فرمول شیمیایی Si2O7 ) در ساختمان شبکه های سه بعدی یا تکتوسیلیکاته متبلور شده اند. در این ساختمان هر چهار وجهی SiO4، تمام گوشه های خود را با سایر چهاروجهی ها به اشتراک گذاشته است و نسبت Si:O، 1:2 است. در این ساختمان، اتم سیلیسیم چهار ظرفیتی توسط 2 اتم اکسیژن دو ظرفیتی متعادل شده است. در این نوع سیلیکات ها بخشی از اتم های سیلیسیم توسط آلومینیوم جایگزین شده است و به صورت (Si, Al)O2 در می آید.
اگر چه پیوندهای Si-O در ساختار اکتاهدرال کوردیناسیون 6 بلندتر از طول این پیوندها در ساختار تتراهدرال کوردیناسیون 4 هستند، اما بسته بندی فشرده تر اکسیژن ها باعث افزایش زیاد چگالی این پلی مورف نسبت به سایر پلی مورف های سیلیس می شود.
سیلیس رامی توان در ابتدا به صورت محلول در آب در نظر گرفت. پس از اشباع شدن محلول ها از سیلیس و رسوب آن در محیط، تبلور سیلیس آغاز می شود که باعث تشکیل اشکال نهان بلور و ریزبلور می شود.
پس از این مرحله درصورت ایجاد شرایط مساعد، زایش و رشد بلورهای کوارتز انجام می شود. همچنین سیلیس موجود در محیط های آذرین و ماگمایی نیز ایجاد بلورهای کوارتز می کنند که این بلورها هم در فازهای اولیه و هم در مراحل پایانی ماگماتیسم ایجاد شده و یا ممکن است از محلول های گرمابی ناشی شوند.
کوارتز، کریستوبالیت و تریدیمیت اشکالی از سیلیس هستند که می توانند در سنگ های آذرین رخ دهند. این 3 شکل سیلیس نمایش دهنده پدیده انانتیوتروپیسم (پلی مورفیسم برگشت پذیر) است.
هر یک دارای حوزه پایداری خود است، کوارتز در فشار اتمسفریک تا دمای 867 درجه پایدار است، تریدیمیت بین 867 درجه و 1470 درجه و کریستو بالیت از 1470 درجه تا نقطه ذوب یعنی 1713 درجه پایدار می باشند. سیلیس مایع نیز از 1713 درجه تا نقطه جوش سیلیس پایدار است. این 3 پلی مورف سیلیس همگی از گروه های چهار وجهی، متشکل از 4 اتم اکسیژن به دور یک اتم سیلیس مرکزی تشکیل شده اند.
چهار وجهی های سیلیسیوم- اکسیژن به یکدیگر متصل شده اند تا شبکه ای سه بعدی را به وجود آوردند اما الگوی اتصال برای هر یک از این سه شکل سیلیس متفاوت بوده و اختلاف ساختار بلوری و خواص آنها نیز از همین جا ناشی می شود.
کریستوبالیت و تریدیمیت ساختارهای نسبتاً بازی دارند، در حالی که اتم های کوارتز از بسته بندی فشرده تری برخوردارند. هر یک از 3 پلی مورف سیلیس دارای انواع دمای بالا و دمای پائین است. در کوارتز، تغییر از نوع دمای پائین به دمای بالا در فشار یک اتمسفر، در دمای 573 درجه رخ می دهد.
تریدیمیت دمای بالا نیز بین 120 و 160 درجه به تریدیمیت دمای پایین تبدیل می شود و کریستوبالیت دمای بالا هم بین 200 تا 275 درجه سانتیگراد به کریستوبالیت دمای پائین مبدل می شود. تبدیل شکل های دمای بالا - دمای پائین با تبدیل هر یک از انواع به نوع دیگر کاملاً تفاوت دارد.
چهار وجهی های SiO4 در هر یک از این 3 کانی با الگوهای متفاوت به یکدیگر متصل شده اند و این اتصال باید به طور کامل شکسته و باز آرایی شود تا یک نوع بتواند به نوع دیگر تبدیل گردد.
از طرف دیگر در تغییر انواع دمای بالا به دمای پائین نیازی به تغییر در چگونگی اتصال چهاروجهی ها نیست. این تغییر باعث ایجاد یک جا به جایی و چرخش در آنها می گردد که بدون شکستن اتصال ها باعث تغییر تقارن ساختاری می گردد. انواع دمای بالا نسبت به انواع دمای پائین همیشه از تقارن بیشتری برخوردارند. تبدیل گونه های دمای بالا به دمای پائین هر یک از این کانی ها در دمای تبدیل به سرعت انجام گرفته و برگشت پذیر می باشد.
تغییر از یک پلی مورف به پلی مورف دیگر به شدت کند و بطئی است، وجود تریدیمیت و کریستوبالیت به صورت کانی نشان می دهد که این دو پلی مورف می توانند به طور نامحدود در دمای عادی بدون تغییر باقی بمانند.
پس از تشکیل تریدیمیت و کریستوبالیت، اتصال به وجود آمده سخت تر از آن است که بتواند به آسانی شکسته شود و به همین دلیل تبدیل انواع دمای بالا و پایین کریستوبالیت و تریدیمیت را می توان در دماهایی مورد مطالعه قرار داد که این دو کانی در واقع در این دماها نیمه پایدارند. حضور عناصر خارجی در ساختمان تریدیمیت و کریستوبالیت می تواند اثری پایدار کننده داشته باشد.
تعداد اندک تجزیه های کامل موجود از این کانی ها حضور مقادیر مشابهی Al, Na را نشان می دهد که بیانگر جایگزینی یعنی NaAl به جای Si در ساختمان باز است. از طرف دیگر کوارتز معمولاً به صورت SiO2 خیلی خالص یافت می شود.
•اگر چه کوارتز در فاز پایدار در دماهای کمتر از 867 درجه است، اما کریستوبالیت یا تریدیمیت هم می توانند در زیر این دما متبلور شوند، به خصوص هنگامی که تبلور به سرعت رخ می دهد.
•کوارتز دمای پائین و کوارتز دمای بالا تنها در محدوده حوزه پایداری خود تشکیل شده و هیچ گاه در دمای بالاتر تشکیل نمی شوند.
در نتیجه حضور کوارتز در یک سنگ آذرین نشان دهنده این است که تبلور آن از ماگما در دمای زیر 867 درجه صورت گرفته است و حضور کریستوبالیت یا تریدیمیت به هیچ وجه نمی توانند نشان دهنده دمای تبلور باشد.
کوارتز در دماهای معمولی همیشه به صورت کوارتز دمای پائین حضور دارد. از روی شکل بلوری، ماهیت ماکل و سایر خواص کم اهمیت تر می توان شکل اصلی را در غالب موارد تعیین کرد.
کوارتز تقریباً در تمام سنگ های آذرین کوارتز دار ابتدا به صورت کوارتز دمای بالا متبلور می شود. در رگه های کوارتز و بعضی از پگماتیت ها کوارتز از همان ابتدا به صورت کوارتز دمای پایین متبلور می شود. تبلور ماگمایی در سنگ های کوارتز دار دماهای بالاتر از 573 درجه صورت گرفته و تبلور بخشی از مواد باقی مانده نیز حداقل در دماهای پائین تر صورت می گیرد.

 

مشخصات فیزیکی و مکانیکی سیلیس

اكسید سیلیسیم (SiO2) یا سیلیس تركیبی شیمیایی است كه به صورت خالص (كانی های كوارتز، اپال و...) و یا به صورت تركیب در كانی های سیلیكاته در مجموع 90 درصد پوسته جامد زمین را تشكیل می دهند. نام سیلیس Silicon از واژه لاتین (Silicis) به معنی (flint ) سنگ سخت، سنگ آتش زنه یا سنگ چخماق گرفته شده است. سیلیس به عنوان دومین عنصر فراوان در پوسته زمین با فراوانی 25% می باشد.
سیلیس غیرفلزی است سخت به رنگ بیرنگ تا سفید رنگ و یا خاكستری تیره با نماد Si ، عدد اتمی 14، وزن اتمی 085/28، وزن مخصوص 33/2 گرم بر سانتی متر مکعب، سختی7 در مقیاس موس، رنگه خاکه سفید، فاقد کلیواژ ، نقطه جوش 2355 درجه سانتیگراد درجه سانتی گراد و نقطه ذوب 1410 درجه سانتی گراد.
سیلیس در گروه 14(IVA) جدول تناوبی به عنوان غیرفلز) Metalloids (Nonmetal بوده و در دوره 3 قرار دارد.
سیلیس جزء اصلی ماسه سنگ و ماسه سیلیسی، كوارتز و كوارتزیت، بلور كریستال، تریپلی و نواكولیت، سیلیس مصنوعی و سیلیكون شیمیایی، کانی های رسی، گرانیت، سنگ چماق و دیاتومیت می باشد.
نام سیلیس برای کلیه کانی هایی به کار برده می شود که دارای SiO2 می باشند حتی اگر از نقطه نظر بلوری، شرایط فیزیکی و شرایط زمین شناسی با هم متفاوت باشند. این كانیها در شرایط متفاوت زمین شناسی بوجود آمده و تشكیل می‌شوند. سیلیس خالص، بیرنگ تا سفید رنگ است. بلور واحد یا مولكول سیلیس دارای فرمول (SiO2) بوده و لذا دانه های بلور آن از لحاظ مولكولی متبلور با شبكه های بدون اتصال الكترونی است. ولی سیلیس گداخته و كوارتز (دره كوهی) به فرمول شیمیایی Si2O7 شبكه پیوسته ای دارد كه در آن هر اتم سیلیسیوم با چهار اتم اكسیژن و هر اتم اكسیژن سیلیسوم احاطه شده است.

جدول 1- برخی خواص فیزیكی، شیمیایی، ژئوشیمیایی و... عنصر سیلیس :
•Atomic Number: 14
•Group: 14
•Period: 3
•Series: Metalloids (Nonmetal)
Silicon's Name in Other Languages
•Latin: Silicium
•Czech: K emík
•Croatian: Silicij
•French: Silicium
•German: Silizium - r
•Italian: Silicio
•Norwegian: Silisium
•Portuguese: Silício
•Russian:
•Spanish: Silicio
•Swedish: Kisel
Atomic Structure of Silicon
•Atomic Radius: 1.46Å
•Atomic Volume: 12.1cm3/mol
•Covalent Radius: 1.11Å
•Cross Section: 160barns ±20
•Crystal Structure: Cubic face centered




•Electron Configuration:
1s2 2s2p6 3s2p2
•Electrons per Energy Level: 2,8,4
Shell Model


.


•Ionic Radius: 0.4Å
•Filling Orbital: 3p 2
•Number of Electrons (with no charge): 14
•Number of Neutrons (most common/stable nuclide): 14
•Number of Protons: 14
•Oxidation States: 4
•valence Electrons: 3s 2p 2
Electron Dot Model


.


Chemical Properties of Silicon
•Electrochemical Equivalent: 0.26197g/amp-hr
•Electron Work Function: 4.52eV
•Electronegativity (Pauling): 1.9
•Heat of Fusion: 50.55kJ/mol
•Incompatiblities:
Chlorine, fluorine, oxidizers, calcium, cesium carbide, alkaline carbonates
•Ionization Potential
First: 8.151
Second: 16.345
Third: 33.492
•valence Electron Potential (-eV): 144
Physical Properties of Silicon
Note: temperature and pressure sensitive calculations are based on normal temperature and pressure (20°C @ 1atm).
•Atomic Mass Average: 28.0855
•Boiling Point: 2628K 2355°C 4271°F
•Coefficient of Linear Thermal Expansion:
0.0000042cm/cm/°C (0°C)
•Conductivity
Electrical: 2.52E -12 106/cm
Thermal: 1.48 W/cmK
•Density: 2.33g/cc @ 300K
•Description:
Hard dark gray non-metal.
•Elastic Modulus:
Bulk: 100/GPa
Youngs: 47/GPa
•Enthalpy of Atomization: 439.3 kJ/mole @ 25°C
•Enthalpy of Fusion: 46.44 kJ/mole
•Enthalpy of Vaporization: 439 kJ/mole
•Flammablity Class: Combusrible Solid in powder form
•Freezing Point: see melting point
•Hardness Scale
Mohs: 6.5
•Heat of Vaporization: 384.22kJ/mol
•Melting Point: 1683K 1410°C 2570°F
•Molar Volume: 12.05 cm3/mole
•Optical Reflectivity: 28%
•Pysical State (at 20°C & 1atm): Solid
•Specific Heat: 0.71J/gK
•Vapor Pressure = 4.77@1410°C
Regulatory / Health
•CAS Number: 7440-21-3 amorphous powder
•UN/NA ID (ERG Guide Number): 1346 (170) amorphous powder
•RTECS: VW0400000
•OSHA Permissible Exposure Limit (PEL)
TWA: 15 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•OSHA PEL Vacated 1989
TWA: 10 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•NIOSH Recommended Exposure Limit (REL)
TWA: 10 mg/m3 total particulate
5 mg/m3 respirable particulate
•Routes of Exposure: Inhalation; Ingestion; Skin and/or eye contact
•Target Organs: Eyes, skin, respiratory system

 

کانی های سیلیس

 انواع سیلیس در طبیعت به صورت کانی های مشخص ذیل یافت می شود که عبارتند از:
سیلیس متبلور (کوارتز با چگالی 65/2، تریدیمیت با چگالی 26/2، کریستوبالیت با چگالی 32/2، اوپال، لوشاته لیریت با چگالی 20/2، کوئیزیت و استیشوویت)، سیلیس نهان بلور (سنگ آتش زنه، سنگ آتش زنه سیاه، کلسدونی و عقیق ) و سیلیس بی شکل ( اپال، سیلیس بی آب )، سنگ شیشه، سیلیس گداخته شفافی باچگالی 21/2می باشد. هنگامی كه ناخالصی ها كمتر از ppm 1 باشد از بهترین شیشه های شفاف بوده و دارای قدرت انتقال زیاد اشعه ماورء بنفش است و نوع از سیلیس كه در صنعت كاربرد دارد سیلیس گردی است كه از خدایش سیلیس به دست می‌آید و در تركیبات لاستیك، غلیظ كننده و گریس بعنوان عامل مات ساز در رنگها بكار برده می‌شود.
از میان این کانی ها، کوارتز بسیار رایج است. تریدیمیت و کریستوبالیت در سنگ های آتشفشانی توزیع گسترده ای داشته و به سختی می توان گفت که کانی های کمیاب هستند. لوشاته لیریت (شیشه سیلیس) بسیار کمیاب است.
کوئیزیت و استیشوویت اشکال فشار بالای سیلیس می باشند که ابتدا در آزمایشگاه ساخته شده و سپس در ماسه سنگ های کراتر متئور در آریزونا یافت شدند، جایی که این دو کانی ظاهراً بر اثر فشار آنی و بالا ناشی از برخورد شخانه تشکیل گردیده اند. چگالی بالای(29/4) برای استیشوویت ناشی از تغییر کوردیناسیون 4 به 6 است.
سیلیس گرد از خردایش سیلیس به دست می آید و درصنعت در لاستیک سازی، غلیظ کننده گریس و به عنوان مات ساز رنگ ها کاربرد دارد.
چرت و فلینیت معمول ترین انواع سنگ های رسوبی شیمیایی هستند.
چرت یك واژه خیلی كلی برای رسوبات سیلیسی دانه ریز، با منشأ شیمیایی، بیوشیمیایی یا بیوژنیكی است.
فلینیت بعنوان معادل چرت و خصوصاً برای نودل های چرتی موجود در گل های سفیدهای (chalk) كرتاسه بكار می رود.
ژاسب نوعی چرت قرمز است كه رنگ قرمز آن ناشی از هماتیت ریز پراكنده است.
سیلیكسیت (Silexite) واژه فرانسوی معادل چرت، خاصه نوع سیاه و كربن دار آن است.
نواكولیت، نوع دیگری از سنگ های سیلیسی است كه افزون بر سختی زیاد، بافت یكنواخت و میكروكریستالین و رنگ روشن نیز، برخوردار است. نواكولیت در اصل یك چرت لایه- لایه متشكل از كوارتز میكروکریستالین است.
پورسلانیت به سنگ های سیلیسی دانه ریز با بافت و شكستگی مشابه با پورسلان بدون لعاب اطلاق می شود.
تریپولی از انواع دیگر سنگ های سیلیسی بسیار متخلخل و سبك وزن است كه كانی عمده تشكیل دهنده آن كلسدونی بوده و به رنگ های سفید، صورتی و خاكستری روشن و با لمس زبر و خشن، مشخص می شود. تریپولی فقط در سطح زمین گسترش داشته و آن را نتیجه فرآیندهای هوازدگی از قبیل آب گرفتن و یا شكستگی سنگهای دیگر از قبیل چرت و آهك های سیلیسی معرفی كرده اند، كه بخش های كربناته آنها شسته و خارج شده است.

چرت ها معمولاً به انواع لایه لایه و نودولی تقسیم می شوند:
•چرت های لایه لایه اغلب با سنگ های ولكانیكی همراه هستند و در آن چرت را با منشأ ولكانیكی یا منشأ بیوژنیكی سیلیس می دانند.
•چرت های نودولی عمدتاً در سنگ های آهكی و تا حدودی در گل سنگ ها و تبخیری ها گسترش دارند. بیشتر چرت های نودولی دیاژنتیكی هستند و از طریق جانشینی تشكیل شده اند. منشأ سیلیس را عمدتاً به منشأ آتشفشانی نسبت می دهند.
مطالعات جدیدتر (Cruzzi 1996) نشان می دهد كه فقط از منشأ آتشفشانی نیست بلكه قسمت عمده ای از خشكی ها نشأت می گیرند و یا از انحلال سنگ های پوسته جامد زمین شكل می گیرند.

سنگ های سیلیس به دو گروه اولیه و ثانویه تقسیم می شوند :
•اولیه ها شامل:
الف- چرت هایی كه رادیولارها سازنده آنها هستند و بنام رادیولاریت خوانده می شوند
ب- دیاتومیت های پورسلانیت
ج- Opaline rocks
د- اسپیكولیت
هـ- نواكولیت

• ثانویه ها (بعد از رسوبگذاری شكل می گیرند):
الف- نودول های چرت شامل Syngenetic chart
ب- Early chart
ج- late chart
د- Diagenes chart

•سنگ های سیلیسی با منشأ اولیه :
الف- چرت های رادیولاریتی:
این چرت ها دو دسته اند:
1-چرت با نوارهای اكسید آهن
از مشخصات انواع چرت با نوارهای اكسیدآهن می توان به مشخصه های زیر اشاره كرد:
الف- همراه با توالی های افیولیت هستند.
ب- همراه با گل های پلاژیك هستند.
ج- دارای نوارهای قرمز تا سبز تیره دارای اكسیدهای Fe 3+
د- از پوسته رادیولر تشكیل شده اند.

دو فاكتور اول نشان دهنده این است كه اینها در یك محیط عمیق شكل گرفته اند. وجود Fe 3+ نشان دهنده محیط اكسیدان است كه علت وجود محیط اكسیدان در عمق به علت گردش شدید آب در طبقات است كه باعث شده اكسیژن از طبقات سطحی به اعماق برود. پس این سنگ ها مربوط به محیط های عمیق دریا كه Cirulation آب شدید بوده و اجازه داده تا اكسیژن به محیط عمیق برود و محیط اكسیدان گردد، می باشند.

2- با نوارهای مواد آلی :
انواع دارای نوارهای مواد آلی در همان محیط قبل ولی غیر اكسیدان تشكیل می گردند. ناخالص هایی كه همراه این 2 گروه دیده می شود عمدتاً كانی رسی گروه ایلیت، كوارتز میكروكریستالین و فسفات می باشد.

ب- دیاتومیت های پورسلانیت
عمدتاً در محیط های دریاچه ای بخصوص فلات قاره (Shelf) شكل می گیرند كه محیط غیر اكسیدان است. در محیط شیب قاره Slope اگر اكسیدان نباشد نیز شكل می گیرند.
این سنگها دارای تخلخل بالایی هستند و كانی های رسی گروه كائولن یا كائولن + ایلیت همراه آنها دیده می شود. اگر مقدار كانی رسی به 25 درصد برسد به سنگ، پورسلانیت می گویند. این سنگ ها در یك منطقه بسیار كم شیب و گسترده كه چون بصورت خلیج است، گردش (Circulation) شدید آب وجود ندارد و به علت جریانهای Upwelling سیلیس به محدوده شلف كشیده می شود وبه طریقه شیمیایی و بعضاً با علت دخالت موجودات پلانكتون، این سنگ به صورت ژل سیلیسی كه عمدتاً اپال A و C است، نهشته می شود.

د- اسپیكولیت :
عمده سازنده اسپیكولیت، سوزن های اسفنجی هستند. تفاوت این سنگ ها با بقیه سیلیس ها این است كه این سنگ ها در دریاچه های آب شیرین گسترش می یابند و همراه با رسوبات جریانهای آشفته هستند.

هـ- نواكولیت :
رسوبات سیلیسی كه در تشكیل آنها موجودات مختلف دخالت دارند و موجود غالبی شناخته نشده است و در محیط های دریایی كم عمق گسترش می یابند.

•سنگ های سیلیسی از منشأ ثانویه:
اینها غالباً به صورت نودولی هستند. برای تشكیل این سنگ ها در محیط دیاژنز دو شرط لازم است :
1-وجود Si كه می تواند حاصل انحلال ذرات اصلی سازنده سنگ باشد و توسط آب های درون منفذی وارد سنگ می شود.
2-وجود PH و Eh مناسب در محیط دیاژنز
سیلكریت كه سنگی غنی از سیلیس است، اولیه بوده و در PH قلیایی تشكیل می شود و لذا در فصول خشك كه تبخیر و PH بالاست، ایجاد می شود. كالكریت در محیط دیاژنز شكل می گیرد.

 

مصارف عمده سیلیس

به طور كلی موارد مصرف سیلیس SiO2 عبارت است از:
شیشه سازی، چینی سازی، تولید فروسیلیس، سرامیك سازی، تولید آجر ماسه آهكی، ریخته گری، تولید سیلیكات سدیم، تولید دیگر مواد سیلیسی، به عنوان نیمه هادی در صنعت الکترونیک و تولید پشم شیشه.
مقادیر قابل توجهی ازماسه سنگ خرد شده به عنوان مصالح ساختمانی بكار می رود.
سیلیس مصرفی در هر یك از این صنایع باید كیفیت خاصی داشته باشد. تركیب شیمیایی، ساختمان كانی شناسی و خواص فیزیكی سیلیس، تعیین كننده كیفیت و موارد مصرف آن در هر یك از صنایع مذكور می باشند. تركیب شیمیایی سیلیس در واقع عبارت است از درصد SiO2 موجود در سنگ و نیز درصد هریك از اكسیدهای دیگر كه معمولاً به همراه SiO2 در كانسارهای مختلف وجود دارند و در صورتی كه درصد هر یك از آنها از حد معینی تجاوز نماید، كاربرد آن را در صنایع مختلف محدود و یا غیر ممكن می سازد.
علاوه بر درصدSiO2، ساختمان كانی شناسی سنگ نیز در تعیین كیفیت و موارد مصرف آن نقش مهمی دارد زیرا ممكن است SiO2 به صورت انواع سیلیكات ها وجود داشته باشد، در نتیجه این مسئله در تعیین روش كانه آرائی و چگونگی حذف ناخالصی ها تأثیر خواهد داشت.
خواص فیزیكی سیلیس نیز در همین روش مناسب برای خردایش، دانه بندی پودر سیلیس تولید شده و تعیین موارد مصرف پودر تولید شده تأثیر خواهند داشت.
لعاب:
سیلیكا ماده تشكیل دهنده شیشه است، برای ساخت انواع شیشه مخصوص سیلیس با موادی از قبیل فلدسپار، نفلین سینیت، سودا و... تركیب می‌شود.
سرامیك:
كوارتز در ساخت انواع مختلف سرامیك و سرویس بهداشتی بكار می‌رود.
ریخته گری و نسوز:
مقاومت كوارتز وسیلیس تا دمایC 1470 سبب شده از آن برای تهیه قالب های ریخته‌گری فلزاتی مانند فولاد، آهن سیاه، آلومینیم وآلیاژهای مس و همچنین به عنوان نسوز در ساخت كوره‌های آهن و فولاد، سرامیك، شیشه و سیمان بكار می‌رود. كاربردهای متفرقه دیگری مانند ساینده، پودر جلا، فیلتراسیون، شن و ماسه ساختمانی است. انواع گرد شده و با كیفیت برای باز كردن شكافها و افزایش نفوذ پذیری در تولید نفت وگاز بكار می‌رود. همچنین با پودر كردن آن می‌توان از آن به عنوان پركننده در رنگ، پلاستیك، لاستیك، بتونه و چسب استفاده كرد.
سیلیكات سدیم :
سیلیكات سدیم به صورت گلوله های شفاف، بدون آب و پودر شیشه یا پودر آبدار خرید و فروش می‌شود. این ماده در كنترل سایندگی لوله های آب و فرمول بندی لعاب و مینا بكار می رود. انواع محلول مایع آن در صابون‌سازی، پاك كننده‌های صنعتی و عمومی، چسب، سیمان‌سازی، ‌رنگ و پوشش، قالب ریخته‌گری، شناور‌سازی كانه، پایدارسازی پراكسید و كنترل خوردگی در لوله های آب و پیش ماده سیلیس مخلوط زئولیت كاربرد دارد.
سیلیس ته‌نشین شده:‍
از واكنش سیلیكات سدیم با اسید سولفوریك یا اسید كلریدریك طی شرایط مشخصی سیلیس ته نشینی تولید می شود كه بدلیل خواصی از قبیل درخشندگی بسیار بالا و تخلخل كم از آن به عنوان پر كننده ریز دانه و ضد لغزش در لاستیك (لاستیك خودرو و كفپوش) PVC، پلی الفین، فیلم LDPE و جداكننده های ریز منفذی باتری های سربی، پخش كننده، حمل كننده و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود.

سیلیس كلوئیدی:
سوسپانسیونی از سیلیس ریز دانه در محیط آبی كه به منظور اصطكاك دركاغذ و تخته، جوش دهنده نسوزهای فیبری، كاتالیزور و پیش ماده شیمیایی مصرف می شود.

سیلیس، نوع متالورژی:
از واكنش كوارتز وكك در كوره قوس الكتریك و دمای بالای C’2000 ساخته شده و 99%-98 Si دارد. ازآن در تهیه آلیاژهای آلومینیم، فولاد، سوپرآلیاژ، سیلیكون و مواد شیمیایی استفاده می كنند.
انواع دیگر ازسیلیس و تركیبات آن مانند سیلیس پخته، خرد سیلیكون، نیترات سیلیسیوم و... وجود دارند كه هر یك كاربرد های مخصوص خود را داراست.
كوارتز بلوری:
انواع شفاف و خوش‌نما برای تهیه عدسی و مخروط، جواهرسازی و نمونه كانی بكار می‌رود، از خاصیت پیزوالكتریك آن در الكترونیك استفاده می كنند.
تریپلی:
سیلیس ریز بلور، متخلخل با وزن مخصوص 65/2، سختی7، سفید تا خاكستری و... كه به عنوان پركننده یا رنگدانه در رنگ، لاستیك، پلاستیك، ساینده و بتونه بكار می رود، بعلاوه در پودر‌های ساینده وجلا و ساینده دندان بكار می رود.

نواكولیت:
سنگ متخلخل سفید تا خاكستری، قهوه ای روشن تا سیاه كه از دانه های كوارتز بی‌شكل متراكم ساخته شده است كه خاصیت سایندگی عالی دارد: تمیز كردن فلزات، ماده آسیاب كننده، نسوز و مصالح سبك ساختمانی.
فلینت:
سیلیس كلسدونی مخفی بلور متراكم (سرامیك، چینی استخوانی، ماده آسیاب كننده و...).

تقسیم بندی انواع سیلیس براساس درصد SiO2 و مصرف :
سیلیس درجه 1 :
این نوع سیلیس دارای حداقل 96%=SiO2 است و در شیشه سازی، لعاب، صنایع شیمیایی، فروسیلیس، پشم شیشه، سیلیكات سدیم، فروکروم و ماسه تست سیمان به کار می رود.
سیلیس درجه 2 :
این نوع سیلیس دارای 95-85%= SiO2 است و در ماسه ریخته گری، ماسه سندبلاست، فیلتراسیون و دیرگدازها به کار می رود.
سیلیس درجه 3 :
این نوع سیلیس دارای 85-70%= SiO2 است و در آجر ماسه آهکی و آجرسبک، کارخانجات تولید سیمان و بتن سبک به کار می رود.


جدول 3- تقسیم بندی انواع سیلیس بر اساس درصد SiO2


استانداردها:
باكاربری شیشه سازی:
حداقل 99-5/98% SiO2 و Fe2O3 كمتر از 04/0% در شیشه تخت، 03/0% ظروف شیشه ای، 88/0%ظروف بلوری، 3/0% فایبرگلاس، 6/1%-2/0 Al2O3 و مقادیر نا چیز (Ni،Cu،Co) و مواد نسوز (كرومیت، زیركن وروتیل)
شیشه نوری درجه اول:
حداقل99%-5/98 SiO2، كمتر از 1/0%Al2O3 و02/0% Fe2O3.
پیش ماده سیلیكات سدیم:
بیشتر از 4/99% SiO2و كمتر از03/0% Fe2O3.
سرامیك:
زیر 20% Cu،5/97%> SiO2، 55%< Al2O3 و2/0% Fe2O3.
ماسه با كاربری فیلتر:
نسبتا خالص و بدون خاك، رس و مواد آلی یا میكایی، شكل بلور های گرد شده یا نرمال بدون كشیدگی یا تخت شدگی، اندازه دانه های یكنواخت، اندازه كوچك و ضریب یكنواختی.
ماسه خوب گرد شده و مقادیر ناچیز ناخالصی از رس، فلدسپار و كلسیت 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 ریخته گری:
98% SiO2 زیر 200مش وCaO وMgO محدود (چرا كه مقدار اسید مصرفی كه عامل اندازه‌گیری مقدار جوش دهنده مورد نیاز است را كاهش می‌دهد).

ماسه گداخت (آهن و فولاد):
90%> SiO2

ماسه نسوز:
99%-95 : SiO2

پودر سیلیس:
1/0%< Fe2O3, 38/0%< Al2O3 , 1/0%< Na2O ,1/0%< K2O اندازه متوسط ذرات 60 میكرومتر, درجه درخشندگی 89%

پیش ماده سیلیكون:
99%-5/98> SiO2 ,5/1%-1/0< Fe2O3 ,15/0%< Al2O3 , بدون فسفر و آرسنیك, 2/0%< CaO,MgO و نقصان در اثر حرارت, گلوله های با قطر< cm54/2 و حداقل درجه نرم شدن C ‘1700

فروسیلیكون:
98%> SiO2 ,2/0%< Fe2O3 ,4/0% Al2O3 ,2/0% MgOوCaOو 1/0% P, قطر گلوله ها 16/1-32/0

تریپلی:
5/99-98% SiO2 ,1%-025/0 Fe2O3 و اندازه ذرات 99% زیر 74 میكرومتر تا 99% زیر 10 میكرومتر

نواكولیت:
60%> SiO2, 20% Al2O3, 2% Fe2O3 ,3% C
فلینیت:
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 میكرومتر.
باز یافت:
بازیافت شیشه در حال افزایش است. نرخ متوسط باز یافت شیشه 33% در آمریكا و 90% در برخی كشورهای اروپایی مانند سوییس است. بعد از خمیر شیشه, دومین كاربری ظروف شیشه ای بازیافتی فایبر گلاس عایق (40% از ماده اولیه) است. ماسه سیلیس مورد استفاده در سایش معمولاً در بازیافت فولاد مصرف می‌شود. بازیافت ماسه ریخته گری بدلیل مشكلات دفع و آماده سازی آن رو به افزایش است.
جایگزین ها:
ساینده:
بوكسیت, آلومینا, كروندوم, الماس, دیاتومیت, فلدسپار, گارنت, منیتیت, نفلین سینیت, الیوین, پرلیت, پومیس, سربار, ذغال و فلزات استارولیت, تریپلی, كربید سیلیسیوم و ایلمنیت.
ماده ضد بلوكه شدن:
كائولن تكلیس شده , دیاتومیت, تالك.

ساختمان سازی:
گرانیت خرد شده, آهك, مرمر و...

سنگ نما:
گرانیت, مرمر, آهك, اسلیت, آجر.

پركننده ها:
تری هیدرات آلومینیم, باریت, كربنات كلسیم, دیاتومیت, فلدسپار, كائولن, میكا, نفلین سینیت, پرلیت, تالك, ولاستونیت.

فیلتر:
كربن فعال شده/آنتراسیت, آزبست, سلولز, دیاتومیت, گارنت, منیتیت, پومیس, پرلیت, ایلمنیت.

ریخته گری:
بوكسیت و آلومینا, كرومیت, رس, الیوین, پرلیت, ورمیكولیت, زیركن.

مواد اصطكاك زا:
آزبست, باریت, بوكسیت و آلومینا, رس, (آتاپولگلیت, كائولن, سیبولیت), گارنت, گرافیت, ژیپس, میكا, پومیس, پیروفیلیت, اسلیت, ورمیكولیت, ولاستونیت, زیركن.

نسوز:
آندالوزیت, بوكسیت, كرومیت, كیانیت, دولومیت, گرافیت, منیزیت, الیوین, پیروفیلیت, رس نسوز, سیلیمانیت, زیركن.

مصرف ظاهری سیلیس در جهان در این دوره ( 1990-2000) از 588 هزارتن در سال 1990 به 609 هزارتن در سال 609 و 689 هزارتن در سال 2000 افزایش یافته است (جدول 4 ).


جدول 4- میزان مصرف ظاهری سیلیس در جهان در سالهای 1990- 2000(هزارتن)



 


شکل 2- میزان مصرف ظاهری سیلیس در جهان در سالهای 1990- 2

 

تاثیرات بیولوژی و زیست محیطی سیلیس

 منابع آلودگی :
معادنی که در محیط های خشک در نزدیکی شهر و روستا قرار دارند، تولید گرد و غبار زیادی می کنند که ایجاد آلودگی می کند و هر چه سیلیس سست باشد، گرد و غبار ایجاد شده بیشتر می شود. در این صورت باید طراحی معدن به شکلی باشد که حداقل جابجایی خاک را موجب شود.
آژانس بین‌المللی سلامت جهانی سیلیس متبلور را به عنوان مادة سرطان‌زا معرفی كرده است. برای مثال مواد شیمیایی و معدنی كه 1/0% یا بیشتر سیلیس متبلور داشته باشند، براساس استاندارد موسسة سلامت و بهداشت جمعیت برای مقابله با خطرات ناشی از ارتباط با محیط آلوده (Occupational Safety & Health Administration s`Hazard Communication Standard) در آمریكا تحت نظارت قانون قرار گرفته‌اند، به طوری كه به صورت قانون كار، آموزش كارگران و برچسب زدن بر چنین محصولاتی مطابق روش‌های اعلام شده برای مواد سرطان‌زا (Material Safety Data Sheet, MSDS) می‌بایست انجام گیرد.
گرچه قرار گرفتن در معرض غبار كوارتز و محصولات سیلیسی، جراحاتی در ریه ها به وجود می آورد، با این حال منجر به مرگ نمی شود. عادی ترین علت مرگ در كسانی كه با غبار سیلیسی در تماسند، بیماری سل است. به طور كلی، اگر مقدار زیادی غبار وارد ریه ها شود، سبب مرگ می گردد. با این حال، با پیشگیری ها و نیز تهویه مناسب و استفاده از فیلترها، تا حد زیادی می توان از بروز امراض یا مرگ در اثر غبار كانی ها جلوگیری كرد.
با توجه به شرایط اقلیمی، محیط زیست و منابع طبیعی، امتیازات و محدودیت های ویژه ای برای بهره برداری ازمعادن وجود دارد. درمعادنی كه در محیط های خشك قرار دارند، فعالیت معدنی درنزدیك شهر و روستا توأم با تولید گرد و غبار است كه ممكن است محدودیت های قانونی بوجود آورد.
حفظ پوشش گیاهی در مناطق گیاه دار در سرلوحه ماموریت سازمان منابع طبیعی قرار دارد. ضریب تخریب و اصلاح در هر منطقه با توجه به بقاء یا نابودی گونه های مختلف گیاهی متفاوت است و طراح باید هنگام طراحی از برنامه های منابع طبیعی اطلاع داشته باشد.
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:38 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

ارزيابي اقتصادي در اکتشاف

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:
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 آهن
از 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 پورسلانيت
عمدتاً 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، *****اسيون ، 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 تهنشين 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 ، *****اسيون 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 *****ها، تا حد زيادي مي توان از بروز امراض يا مرگ در اثر غبار كاني ها جلوگيري كرد.
11- 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
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:36 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

سیلیسیم دی اکسید
Towering Sand Dunes.jpg
نام‌های دیگر اکسید سیلیسیم، کوارتز، ماسه
شناسه‌ها
شماره CAS
[7631-86-9]
خواص
فرمول شیمیایی
SiO2
جرم مولی
‎ 60.1
شکل ظاهری ماده جامد پودری سفید (در حالت خالص)
چگالی 2.2 g/cm³
دمای ذوب
‎1650 (±75) °C
دمای جوش
‎2230 °C
محلول در آب 0.012 g in 100mL
ساختار مولکولی
شکل مولکولی تتراهدرال
خطرات
شماره ایمنی R42 R43 R49
شماره نگهداری S22 S36 S37 S45 S53
دمای اشتعال non-flammable
ترکیبات مرتبط
آنیون‌های دیگر سولفید سیلسیم
کاتیون‌های دیگر دی‌اکسید کربن
دی‌اکسید ژرمانیم
اکسید قلع (IV)
اکسید سرب (IV)
ترکیبات مرتبط اسید سیلیسیک
+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:35 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

جداکننده مغناطیسی دائم معلق

جداکننده مغناطیسی دائم معلق

نحوه عملکرد :

در بسیاری از کارخانجات صنعتی و معادن ممکن است قطعات آهنی نظیر ناخن لودر و یا پیچ های درشت و قطعات شوتها و سرندها و ... به همراه مواد اولیه روی تسمه نقاله و یا فیدرها وارد خطوط کارخانه شده و به تجهیزات کارخانه خسارات جدی وارد نمایند . لذا با نصب جداسازهای مغناطیسی این نوع قطعات آهنی توسط آهنربا جذب می گردد و از بروز خسارات و توقف خط تولید جلوگیری می نماید.

مزایا :

قدرت جذب بسیار بالا/ بی نیاز از برق و باطری و صرفه جویی در مصرف انرژی/ عمر دائم ، ثابت بودن شدت میدان مغناطیسی / نصب و راه اندازی و نگهداری آسان و ایمنی بالا

کاربرد جداکننده مغناطیسی دائم معلق:

جداسازی قطعات آهنی از مواد اولیه و خلوص مواد/ حفاظت تجهیزاتی نظیر سنگ شکن ها ( کوبیت ، هیدروکن، فکی و ...) آسیاب ها ، پرس ها و ... / مناسب کارخانجات سیمان ، گچ ، شن و ماسه ، آجر و سفال ،کاشی و سرامیک ، شیشه و سیلیس ، صنایع مس و آلومینیوم ، ماسه ، آهک ، ریخته گری ، سرب و روی ، قند و شکر ، نئوپان ، پتروشیمی ، کودآلی ، بازیافت و کلیه معادن .

نحوه نصب :

جداکننده های مغناطیسی مدل PMP توسط سیم بکسل بصورت معلق روی نوار نقاله قبل از دستگاه های خردایش به صورت عرضی و طولی مانند شکل 1و2 نصب می گردد .

عوامل اصلی در انتخاب مدل دستگاه جداکننده مغناطیسی دائم معلق:

فاصله نصب دستگاه از کف نوار نقاله یا شوت / دانه بندی مواد عبوری / اندازه قطعات آهنی مزاحم / سرعت عبور مواد

جداکننده مغناطیسی دائم معلق

جداکننده مغناطیسی دائم معلق

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:35 توسط مهندس ایمان رستگار  | 

 بلت درام

 بلت درام 

معرفی دستگاهتله مغناطیسی :

تله مغناطیسی جهت جداسازی ذرات آهنی در خطوط بسته انتقال مایعات به صورت   IN LINEبه منظور افزایش کیفیت محصولات و جلوگیری از ورود آهن به تجهیزات نظیر پمپ مورد استفاده قرار می گیرد . این دستگاه شامل تعدادی میله مغناطیسی با شدت میدان مغناطیسی بسیار قوی می باشد و به راحتی ذرات آهنی میکرونیزه معلق در مسیر عبور مایعات را جداسازی می نماید . کلیه قسمت های تله مغناطیسی از جنس Stainless Steel  می باشد و در ظرفیت های مختلف طبق سفارش مشتری قابل تولید می باشد .

مزایا تله مغناطیسی :

نصب و راه اندازی آسان / افزایش کیفیت محصولات با حذف ذرات آهنی /عمر دائم و عدم کاهش قدرت جذب / قابلیت استفاده در سیستم های تحت فشار به صورت ساخته شده از فولاد ضد زنگ / کاهش هزینه تعمیرات با جلوگیری از ورود آهن به تجهیزاتی نظیر پمپ / بدون برق و باطری / شدت میدان مغناطیسی بسیار قوی (11000 گوس ) / قیمت ارزان / قابل طراحی در ظرفیت های مختلف

کاربرد تله مغناطیسی:

صنایع کاشی و سرامیک ( در مخازن دوغاب و لعاب ) / صنایع چینی بهداشتی و مظروف / صنایع کاغذ / صنایع شیمیایی / صنایع رنگ و پتروشیمی / صنایع غذایی / مخازن روغن و سیستم های هیدرولیک در صنایع مختلف

 

+ نوشته شده در شنبه بیست و نهم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:35 توسط مهندس ایمان رستگار  | 
مطالب جدیدتر مطالب قدیمی‌تر