تاريخچه

 تالک يا سنگ صابون در قديم توسط سرخ پوستان در جزاير سانتاکاتالينا در امريکا به منظور مصارف زينتي و ظروف مورد استفاده قرار مي‌گرفته است. اين ماده در اواسط سال هاي 1800 به وسيله مهاجرين سفيدپوست در صنايع ساختماني،سنگ هاي زينتي و روکش کوره ها مورد استفاده قرار مي گرفت.

اکتشاف و استخراج کانسارهاي تالک درايران قدمت چنداني ندارد و به سال 1345 شمسي بر مي گردد.
نخستين معدن تالكي كه شناسايي شده و براي آن گواهي كشف صادر گرديده، معدن تالك ده موسي مي‌باشد. متعاقب آن اكتشافات ديگري در زمينه شناسايي تالك و بهده‌برداري از آنها صورت گرفت. ولي باوجود اين تا پيش از سال 1364 بررسي زمين شناسي واكتشافي منظمي بر روي هيچ يك از معادن تالك كشور صورت نگرفت. در واقع به محض اكتشاف ذخيره قابل قبول، پس از دريافت گواهينامه كشف، عمليات اكتشافي تعطيل شده و شروع به بهره‌برداري واستخراج به صورت غير اصولي مي‌نمودند.

بنابراين ارقام ذخيره چنين معادني نمي‌تواند ذخيرة قطعي يا احتمالي واقعي آن معادن را نشان دهد. از طرف ديگر وجود عناصر زيانبخش و ناخالص بودن درخور توجه تالك استخراجي و همچنين نبودن امكانات كانه آرايي و عرضه تالك مناسب با نياز صنايع مصرف كننده، سبب شده كه بهره‌برداري درتعدادي از اين معادن در مقياس كوچك و با وسايل و روشهاي ابتدايي انجام و در شمار ديگري از آنها به توقف كشيده شود.

تالك يك كاني سيليكات منيزيم آبدار تالك كمتر در طبيعت بصورت خالص يافت مي‌شود و غالباً داراي ناخالصي هاي آهن، A12O3، CaO،كربن، كوارتز و اكسيد منگنز مي‌باشدو به دليل خصوصيات منحصر به فرد فيزيكي و شيميايي كاربرد بسيار زيادي در صنايع مختلف نظير سراميك سازي، كاغذسازي، لاستيك سازي، پلاستيك سازي، لوازم آرايشي، بهداشتي و دارويي، ديرگدازها، مواد پوشاننده سقف ها و ديگر صنايع دارد.

تالك از نظر نحوه تشكيل يك كاني ثانويه است كه از دگرساني سنگهاي اولترامافيك و يا دگرگوني سنگهاي رسوبي غني از منيزيم نظير دولوميتها، مارنها. آهكهاي دولوميتي وشيل هاي غني از منيزيم حاصل مي‌شود.

تالكي كه در صنعت بكار مي‌رود از نظر كاني شناسي علاوه بر كاني تالك، شامل طيف وسيعي از كانيها مي‌شود نظير: پيروفيليت، سرپانتين، آنتوفيليت، كلريت، ترموليت و آكتينوليت، از طرف ديگر خود كاني تالك به توجه به تركيب كاني شناسي، شكل ظاهري، درجه خلوص و كاربرد آن در صنعت، انواع متفاوتي دارد مانند: استئاتيت، سنگ صابون، پات استون، رنسلائريت، گچ خياطي، لاوا، تالك مخلوط، تالك رشته‌اي و تالك نرم - ورقه‌اي.

 

مشخصات فيزيكي و مكانيكي

كائولن از نظر صنعتي به رس‌هايي كه داراي مقدار قابل توجهي كائولينيت باشند اطلاق مي‌گردد. كائولينيت، يك كاني رسي صفحه اي به رنگ هاي سفيد (در حالت خالص) و خاكستري متمايل به زرد بصورت خاك رس بسيار نرم و ظريفي است كه در اثر فشردن بين انگشتان خرد شده و پودر مي‌گردد. سختي آن يك (در مقياس موس) و در حالت متبلور به 5/2- 2 مي‌رسد. وزن مخصوص آن 3cm/gr6/2 و نقطه ذوب oC 1785 مي‌باشد.
كائولن از نظر كاني شناسي جزء گروه كاني هاي سيليكات آلومينيوم آبدار است. فرمول عمومي كائولن 4(OH)5O2Si2Al مي‌باشد كه داراي 5/39 درصد 3O2Al، 5/46 درصد 2SiO و 14 درصد آب است.
اين کاني به سهولت در آب و عموماً‌ در مايعات پراكنده مي‌شود، نفود ناپذير بوده و در حالت خشك مقدار زيادي آب از دست مي دهد اما منبسط نمي‌گردد. همين خاصيت كائولن را از گروه اسمكتيت متمايز مي‌نمايد. خمير آن با آب، شكل پذير بوده و با پختن، شكل و رنگ آن تغيير نمي كند. در اثر دميدن بر روي آن بوي خاك مي‌دهد. شكستگي و كليواژ آن قاعده‌اي كامل دارد و جلاي آن تيره (خاكي) تا مرواريدي تيره مي‌باشد. داراي لمس چوب و صابوني است و مزه خاك رسي دارد. قابليت هدايت جريان الكتريسته و گرماي آن اندك است. انقباض طولي آن در 1300 درجه سانتيگراد از 6 درصد تا 17 درصد متغير مي‌باشد و در شيشه‌سازي اين مقدار حتي به 20 درصد هم مي‌رسد. هنگام پخت به شدت منقبض مي‌شود و رفتار آن در برابر دما عموماً‌ مرتبط به آب موجود در آن، خصوصاً‌ آب بشكه‌اي، بسيار قابل توجه است. بي آب شدن كانه‌هاي رسي از جمله كائولينيت عموماً در برابر دما، دگرگوني هايي را در ساختمان اين كانه پديد مي‌آورد.
چسبندگي يكي ديگر از خواص مهم فيزيكي كائولن است زيرا اين ويژگي با درجه خلوص آن نسبت مستقيم دارد، يعني هرچه درجه و ميزان چسبندگي در كائولن بيشتر باشد به همان نسبت درجه خلوص كائولن نيز افزايش مي‌يابد. كائولن مرغوب كائولني است كه اگر يك تكه از آن را به زبان بزنيم روي زبان بچسبد و اين خود يكي از بهترين و ساده‌ترين روشهاي تشخيص كائولن است. کائولن از نظرکاني شناسي جزء کاني هاي سيليکاته آلومينيوم آبدار است.
كانيهاي اين گروه عبارتند از : كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت و همچنين متاهالويزيت و خاك نسوز مي‌باشد. ترکيب شيميايي تمامي آنها يکسان و شامل 2SiO2.Al2O3.2H2Oاست.جدول شماره 1 كاني‌هاي گروه كائولينيت را نشان مي‌دهد.

جدول شماره 1: كاني‌هاي گروه كائولينيت

كائولينيت فراوانترين كاني گروه کائولن با فرمول شيميايي H4Al2Si2O9 مي باشد که در سيستم تري کلينيک متبلور مي شود و ديكيت و ناكريت در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شوند

 

 

 

مشخصات بلورشناسي کائولن

 كائولن ماده‌اي نيمه بلوري و تا حدي بي‌شكل است. خمير آن با آب شكل‌پذير مي‌شود و در اثر پخته شدن شكل و رنگ آن تغيير نمي‌كند. ذرات كائولينيت معمولاً‌بصورت ورقه‌هاي شبه هگزاگونال است كه ابعاد آن از 5/0 تا 15 ميكرون تغيير مي‌كند و قطر متوسط آن5/0 ميكرون است. سيستم تبلور كائولن مونوكلينيك و سيستم تبلور كائولينيت تري‌كلينيك است.
اجتماع بلوري آن غالباً‌ پودري تا پولكي است و يا متراكم ريزدانه و در حالت خلوص سفيد ولي اغلب خاكستري و متمايل به زرد تا بي‌رنگ با علامت نوري دو محوره منفي مي‌باشد. كليواژ آن در سطح (001) كامل است و در يك جهت رخ كامل دارد و رليف آن كم و بي‌‌رفرنژانس آن ضعيف مي‌باشد. سطح كليواژ آن داراي علامت مثبت مي‌باشد.
واحد ساختاري گروه كائولن از انطباق صفحه وجهي بر روي صفحه هشت وجهي بوجود مي‌آيد. به چنين كانيهايي سيليكات هاي I : I لايه نام نهاده‌اند. اكسيژن رأس صفحه چهار وجهي با صفحه هشت وجهي مشاركت مي‌كند و در داخل واحد ساختاري تشكيل صفحه مشتركي از يون‌هاي اكسيژن مي‌دهد و در صفحه مشترك دو سوم يون‌هاي اكسيژن بين Si و Al شركت كرده‌اند و يك سوم بقيه يون‌هاي اكسژن بارهاي الكتريكي خود را به وسيله H+ در جهت تشكيل H خنثي و آن را تكميل مي‌كنند.

سطح فوقاني كائولن يك ورقه از گروههاي OH- نزديك بهم است، اما سطح زيرين از اكسيژنهاي دو از هم و گروههاي OH- تشكيل شده است.

كائولينيت]8(OH)10O4Si4[Al يك كاني سيليكاته ورقه‌اي و معرفي از كائولنهاست. ظاهراً‌سيلسيوم تنها كاتيون موجود در صفحه چهار وجهي كائولينيت است. اما ممكن است +3Al و يا +2Mg مكان هاي هشت وجهي را اشغال كنند هنگامي كه +3Al در هم آرايي هشت وجهي باشد، آنگاه نوع كاني، كائولينيت يا يكي از پلي مورف هاي با درجه پايين تبلوري نظير ويكيت يا ناكريت است. اما اگر +2Mg درهم آرايي هشت وجهي باشد، كاني آنتي گوريت 2]4(HO)5O2Si3[Mg است.
هالويزيت نوعي كائولينيت است كه بين واحدهاي ساختماني پايه‌اي آن آب قرار دارد و هنگامي كه كاملاً‌ هيدراته شده باشد، اندازه فضاي C برابر 10 است. اغلب واحدهاي ساختاري كائولن، درصفحه پايه‌اي و توسط پيوند ئيدوژني بين يونهاي اكسيژن صفحات چهار وجهي و بين يونهاي هيدوركسيد صفحات هشت وجهي به يكديگر متصل شده‌اند.
خصوصيات نوري كائولن بسيار حائز اهميت هستند كه از جمله آنها سفيدي رنگ و اپسيتي مي باشد که مقداري از انعكاس دهندگي كائولن مي باشد و 6 اسپيتي از خصوصيات مهم كاني هاي رنگدانه است و بر اساس توانايي پنهان سازي الگوها و مرزهاي انعكاس دهنده پشت آن از ديد تعريف مي شود. شكل ذرات نيز يكي ديگر از خصوصيات مهم كائولن بوده و تعيين كننده ويسكوزيته و اپسيتي آن مي باشد.صفحات بلوري نازك قدرت پوشش دهي خوبي را فراهم مي آورد و براي پوشش روي كاغذ و رنگ بهتر است. كائولن اغلب در فرآينده هاي صنعتي به عنوان سوسپانسيون پليمر مايع يا آب به كار مي رود. ويسكوزيته يا گرانروي اين اسلاري هاي مايع نكته اي مهم مي باشد. اساساً ارزش كائولن به علت گرانروي خيلي كم آن در درصدهاي جامد بالا مي باشد. اين خصوصيت بر خلاف ويژگي بنتونيت است.

 

 

 

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 شاملSyngenetic 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.

مشخصات بنتونيت

واژه بنتونيت Bentonite از اصطلاح محلي شيلهاي بنتون واقع در ايالات وايومينگ امريكا گرفته شده است.
بنتونيت يک فيلوسيليکات آلومينيوم دار با فرمول (Na,Ca)0.33 (Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O که عمدتاً از مونت موريلونيت يا كانيهاي گروه اسمكتيت تشکيل شده است.

بنتونيت عمدتاً بر دو نوع است :
•بنتونيت هاي متورم Swelling bentonite يا بنتونيت هاي سديم دار
•بنتونيت هاي غيرمتورم Non-swelling bentonite يا بنتونيت هاي کلسيم دار

بنتونيت ها بر اثر هوازدگي و دگرساني خاکسترهاي آتش فشاني و اغلب در حضور آب تشکيل مي شوند و سنگ منشأ آنها اكثراً بازيك است. تجزيه خاكستر آتش فشاني عمدتاً در محيط شور و باتلاقي انجام مي شود و هر چه از آتش فشان دور شويم ، ضخامت بنتونيت کاهش مي يابد .
بنتونيت هاي متورم يا بنتونيت هاي سديم دار مي توانند چندين برابر حجم معمولي خود آب جذب کند و منبسط شود ، به طوري که حالت ژله اي ، پلاستيکي و چسبندگي به خود بگيرد . اين نوع بنتونيت معمولاً در سيالات حفاري و دوغاب ( گل آب ) ديواره ها استفاده مي شود.
از خواص مهم كانيهاي خانواده اسمكتيت ، جانشيني يوني، خاصيت شكل پذيري ، انبساط و انقباض يوني انها را مي توان نام برد.خواص كانيهاي خانواده اسمكتيت به ترکيب شيميايي و ساختمان آنها بستگي دارد . در كاني بنتونيت سديم دار ميزان جذب يوني ، شكل پذيري ، انبساط و انقباض از نوع کلسيم دار آن بيشتر است . ابعاد شبکه بنتونيت سديم و کلسيم دار از 6/9 آنگستروم در حالت معمولي به 20 آنگستروم در صورتي که رطوبت محيط صد درصد باشد ، افزايش خواهد يافت .

کاني هاي رس

 اجزاء تشكيل دهنده گل سنگ ها:
اجزاء تشكيل دهنده گل سنگ ها شامل كوارتز، كاني هاي رسي و مواد ديگر است. كاني هاي رسي جزء اصلي تشكيل دهنده گل سنگ ها مي‌باشند . ساختمان كاني هاي رسي از بنيان هاي تترائدر واكتائدر و لايه هاي بروسيت Mg(OH)2 تشكيل شده است .
در لايه تترائدر، سيليس _ اكسيژن است كه سه اتم اكسيژن در هر تترائدر با تترائدر مجاور به اشتراك گذاشته شده و به يكديگر متصل شده و يك هگزاگونال را تشكيل مي دهند.
از نظر ساختماني كاني هاي رسي به دو گروه داراي ساختمان دولايه اي (گروه كانديت) و سه لايه اي (گروه اسمكتيت) تقسيم مي شوند.
•در گروه كانديت يا كائولينيت، تناوب ورقه هاي تترائدر و اكتائدر وجود دارد و يك ورقه سيليس تترائدر توسط يون هاي مشترك H+ به آلومينيوم اكتائدر متصل شده است.
اگر بين آنها آب وجود نداشته باشد كائولينيت و اگر آب وجود داشته باشد هالوسيت ايجاد مي شود. از ديگر اعضاي اين گروه مي توان به ديكيت و ناكريت ، برتيرين ، شاموزيت و گريناليت اشاره كرد. كائولينيت داراي يك فاصله بنيادي (يعني فاصله بين يك لايه سيليس و لايه بعدي) 7 آنگستروم است.
•اعضاء گروه اسمكتيت داراي ساختمان 3 لايه اي هستند بطوريكه يك لايه آلومينيوم اكتائدري بين دو لايه سيليس تترائدر قرار مي گيرد.
فاصله بنيادي در اين گروه 14 آنگستروم است ولي بعلت توانايي جذب مولكول هاي آب توسط اسمكتيت اين فاصله مي‌تواند از 6/9 تا 4/21 آنگستروم تغيير كند.
كاني معروف اين گروه كه آبدار است، مونت موريونيت مي باشد و قابليت انبساط دارد. ناترونيت، ساپونيت و استونزيت از ديگر اعضاي اين گروه هستند.
در نانترونيت Fe3+ در لايه اكتائدري جانشين Al+3 مي شود و در ساپونيت و استونزيت جانشيني Mg2+ با Al+3 صورت مي گيرد .
ورميکوليت ساختماني شبيه به اسمكتيت با قابليت انبساط کمتري دارد و تمام موقعيت هاي اكتائدري توسط Mg2+ وFe2+ اشغال شده و مقدار زيادي از Si4+ توسط Al+3 جانشين شده است. اگر به جاي H+ در مونت موريونيت يون K+ قرار بگيرد (به منظور خنثي نمودن وكمبود ناشي از جانشيني Al+3 با Si4+ در اكتائدر ) ايليت تشكيل مي شود.
اگر به جاي لايه هاي آبدار، لايه هاي بروسيت قرار گيرد، كاني كلريت ايجاد مي شود. ايليت و كلريت پايدارترين كاني هاي رسي هستند. علاوه بر اين كاني هاي رسي با لايه هاي مختلط نيز فراوانند. از جمله كرنزيت (Corrensite) كه از لايه هاي مختلط كلريت- مونت موريونيت تشكيل شده است.
بيرفرنژانس كاني‌هاي رسي از كائولينيت به مونت موريونيت و ايليت افزايش مي يابد. كوارتز در گل سنگ ها عمدتاً در اندازه سيلت است که از برخورد دانه ها در محيط آبي و بادي و سايش يخچالي مشتق شده است .
تغييرات منطقه اي در اندازه دانه و درصد كوارتز در توالي گلسنگي مي تواند در مطالعات جغرافيايي قديم مورد استفاده قرار گيرد. ساير تركيبات موجود در گل سنگ ها شامل فلدسپات ها، موسكويت كه فراوانتر از بيوتيت است، كلسيت به صورت خرده هاي اسكلتي، پيريت به صورت ندولي، گلوكونيت ، بريترين ، هماتيت، ژيپس، انيدريت و نمك مي باشند.مواد آلي در گل سنگ ها به ويژه در شيل هاي سياه فراوان است و اگر تمركز آن ها به مقدار كافي برسد ممكن است منجر به تشكيل شيلهاي نفتي شود.
ايليت (k, Fe) و کائولن ، فراوانترين كاني رسي اتي ژن در ماسه سنگ ها مي باشند .
مونت موريلونيت (Mg) ، كلريت (Mg, Fe) نشان گر شرايط دياژنزدريايي (محيط كولابي) است كه در مناطق معتدله، 2 برابر ايليت مي باشد . مونت موريلونيت، بيشترين مقدار جذب يوني را دارد.

رنگ گل سنگ ها:
رنگ يك گل سنگ تابعي از كاني شناسي و ژئوشيمي آن است. وجود مواد آلي و پيريت باعث ايجاد رنگ خاكستري تيره و سياه مي شود. هماتيت و اكسيد فريك رنگ قرمز ايجاد مي كنند. رنگ سبز نشان دهنده وجود كلريت يا آهن دو ظرفيتي است. برخي مواقع در داخل يك لايه قرمز رنگ، لكه هاي سبزرنگ ديده مي شود. اين امر بيانگر وجود بخش هاي متخلخل و نفوذ آب و احيا آن است. اين حالت لكه لكه بنام Marmerization (مرموريزاسيون) ناميده مي شود.

ساخت هاي رسوبي موجود در گل سنگ ها :
اين سنگ ها به علت ريز بودن اندازه دانه و خاصيت چسبندگي داراي ساخت هاي رسوبي كمي هستند. جهت يابي توجيهي كاني هاي رسي ميكاها به موازات لايه بندي يك بافت متداول است كه اين بافت نتيجه ته نشيني ورقه هاي رس به موازات لايه بندي است و شايد تا حد كمتري بر اثر فشردگي و از دست دادن آب باشد.
تورقي كه در شيل ها ديده مي شود عبارت از جدا شدن گل سنگ ها در طول صفحات صاف موازي با چينه بندي است كه فاكتور اصلي ايجاد آن فشردگي است كه باعث منظم شدن كاني هاي رسي مي شوند. يك ساختمان رسوبي متداول در گل سنگ ها لاميناسيون است كه عمدتاً در اثر تغيير در اندازه دانه يا تغيير در تركيب ايجاد مي گردد. لامينه هاي حاصل از تغيير اندازه دانه ها ممكن است از : جريان هاي توربيديتي با چگالي كم و جريان هاي معلق يا از كم شدن سرعت جريان هاي طوفاني، در مدت زمان كوتاهي (ساعت يا روزها) رسوب كرده باشند.
ساير لامينه ها ممكن است در مدت زمان طولاني تري تشكيل شوند (ماهها يا سالها) البته اگر نوسانات فصلي يا ساليانه در تأمين رسوب يا توليدات بيولوژيكي وجود داشته باشد. در سيلتستون ها، طبقات مسطح يا جدائي خطي در بخش هاي با قدرت بيشتر رودخانه تشكيل مي گردد و ريپل هاي موجي شكل متقارن نيز مي تواند ايجاد شود. جائي كه گل و ماسه به طور متناوب بر اثر نوسان رژيم هاي جرياني و يا تأمين رسوب، مانند پهنه هاي جذر و مدي، بخش جلوئي دلتا و ساير محيطها، رسوب مي كند آنگاه طبقه بندي فلاسر و عدسي شكل ، تشكيل مي گردد. برخي از گل سنگها فاقد ساختمان هاي رسوبي بوده و به صورت توده اي هستند. اين حالت ممكن است نتيجه مكانيزم رسوبگذاري باشد. اين حالت از اشكال متداول در جائي است كه جريان آب- رسوب در زمان رسوبگذاري داراي ويسكوزيته بالايي باشد، مانند جريان هاي گلي و جريان هاي خرده دار.
- از ديگر ساخت هاي متداول در گل سنگ ها به طور خلاصه مي توان به انواع زير اشاره كرد:
ترك هاي گلي خارج آب يا زيرآب (سين آرسيس)، آثار قطرات باران، بيوتوربيشن يا ساخت هاي زيستي، تشكيل ندول و كنكرسيون و سپتاريا (مختص سنگ هاي گلي اند) كه در اثر دياژنز و بعد از عمل رسوبگذاري ايجاد مي شوند.
لازم به ذكر است كه نودول هاي داراي شبكه داخلي از ترك ها كه به سمت داخل عريض شده اند را سپتاريا مي نامند. نودول يا كنكرسيون در محل هائي از سنگ كه داراي تخلخل لازم براي نفوذ آبهاي غني از املاح مي باشد، تشكيل مي شوند. ساخت مخروط در مخروط كه از مخروطهاي پيچيده اي از كلسيت رشته اي و بندرت آنكريت يا سيدريت تشكيل شده و عمود بر لايه بندي جهت يابي شده نيز مشاهده مي شود.
گل سنگ هاي پالئوزوئيك زيرين به بعد حاوي انواع كاني هاي رسي هستند وليكن گل سنگ هاي پالئوزوئيك زيرين و پركامبرين عمدتاً از ايليت و كلريت تشكيل شده اند.

•شيل ها:
سنگ هاي آواري دانه ريز داراي تورق و مواد ارگانيكي هستند كه در مناطق عميق دريا شكل مي گيرند. خاصيت مهم و اوليه در شيل ، تورق است در امتداد سطوح صاف و موازي سطح لايه بندي تورق جدا مي شود و به تركيب شيميايي بستگي دارد .
اين سنگ ها چون از رسوباتي كه به صورت معلق حمل و نهشته مي شوند، تشكيل گرديده اند داراي ساخت هاي لاميناسيون موازي يا افقي، و لاميناسيون موجي هستند. اگر رسوبگذاري در شیل ها زياد باشد و يا در توپوگرافي با شيب زياد صورت گيرد، پديده Slumping اتفاق مي افتد که در طول شيب زمين حركت مي كنند و چين خوردگي كوچك و بزرگي را تشكيل مي دهند. در Slumping طبقات بالايي و پائيني تغيير شکل نشان نمي دهند و چين خوردگي ناشي از اسلامپينگ لايه هاي زيرين را قطع مي کند .
در ماسه سنگ ها مهمترين بخش دياژنز ، سيماني شدن است اما در شيل ها بعلت نفوذپذيري پائين، گردش آب كم است و سيماني شدن قابل ملاحظه نيست. در عوض فشردگي قابل ملاحظه است. اين امر به علت فراواني كاني هاي رسي و ساختمان خاص ورقه اي آنها و جذب آب در رس ها كه هنگام تراكم آن را از دست مي دهند، مي باشد. اما اصلي ترين دليل تراكم وجود مواد آلي است. اين مواد همراه دانه ها نهشته شده و حجم زيادي اشغال مي كنند كه در محيط دياژنز حل مي شوند و از بين مي روند (به صورت گازهاي بيوژنيك) لذا تراكم زيادي ايجاد مي شود. اين سنگ ها به علت وجود همين مواد آلي بعنوان سنگ منشأ قابل اهميت مي باشند .
ترکيب شيميايي شيل ها از لحاظ زماني تغيير مي کند و عبارتند از :
•پالئوزوئيك (Pz) به صورت ايليت
• مزوزوئيك (Mz) به صورت مونت موريونيت
•عهد حاضر Recent به صورت كائولن .
مونت موريونيت و كائولينيت با افزايش ضخامت طبقات رويي از بين مي روند و به کلريت و ايليت تبديل مي شوند که از نظر قدمت زماني و طول مدت تدفين بسيار حائز اهميت مي باشند .

كاني هاي رسي در يك رسوب يا سنگ رسوبي سه منشأ دارد:
1-موروثي (به ارث برده شده ها):
اين نوع رس ها آواري بوده و در ناحيه ديگري تشكيل شده اند و در موقعيت كنوني خود پايدار هستند . اين نوع رس ها اطلاعات خوبي در مورد آب و هواي گذشته زمين و منشأ رسوب ارائه مي دهند. به صورت بر جا در بخش هوا زده خاك تشكيل مي شوند.

2-رس هاي نوظهوري يا نوشكل يافته:
اين نوع رس ها به صورت بر جا تشكيل شده و يا از محلول ته نشين مي شوند. در اثر واكنش بين ذرات و محلول هاي بين آنها تشكيل مي گردند و بيانگر ژئوشيمي سيالات در برگيرنده، ميزان آبشويي و درجه حرارتي است كه در برخي مراحل تشكيل نمونه وجود داشته است.

3-رس هاي تبديلي (transformation) :
در اين نوع رس ها ، رس هاي موروثي در اثر تبدل يوني يا نظم مجدد كاتيون ها تغيير يافته اند. مانند تبديل مونت موريونيت به ايليت يا شيشه آتشفشاني به كلريت. اين رس ها اطلاعاتي در مورد محيط شيميايي كه بعدها نمونه تحت تأثير آن قرار گرفته، را با خود منتقل مي كند.

شيل ها براساس بافت ، سنگ شناسي- كاني شناسي به :
1- شيل باقي مانده 2- شيل توده اي 3- شيل قرمز 4- شيل معمولي 5- شيل سياه تقسيم مي شوند.
هر يك از كاني هاي رسي در شرايط خاصي در پروفيل تشكيل مي شوند.
•ايليت در عرض هاي جغرافيايي بالا و زماني تشكيل مي شود كه ميزان شستشو محدود و آب و هوا معتدل است . همچنين ايليت مشخص كننده رسوبات دريايي مي باشد .
•كلريت زماني كه ميزان آبشوئي متوسط، آب و هوا معتدل باشد و زيرا به راحتي اكسيده مي شود. در خاك هاي اسيدي، هم در عرض جغرافيائي بالا و هم پائين تشكيل مي شود . كلريت مشخص كننده رسوبات خشكي است.
•مونت موريونيت حاصل آبشوئي متوسط، زهكشي خوب منطقه، PH خنثي و آب و هواي معتدل است و در خاك هاي منطقه خشك كه بسيار قليائي هستند، فراوان است.
•كائولينيت در عرض هاي جغرافيايي پائين جائي که ميزان شستشو زياد و آب و هوا گرم و مرطوب است ، توليد مي شود. اين قضيه در مورد هالوسيت نيز صادق است.
آبشوئي بيشتر خاك هاي كائولينيتي و انتقال سيليس منجر به تشكيل ژيپسيت و ساير هيدروكسيدهاي آلومينيوم مي شود كه تشكيل بوكسيت را مي دهد.
در خاكهاي غني از آهن در مناطق گرم و مرطوب، لاتريت ها يا فريكريت ها نيز از طريق هوازدگي بسيار زياد بوجود مي آيند كه از اسيدهاي آهن آبدار و كائولينيت تشكيل شده اند.
براي بوكسيت توپوگرافي بايد ملايم باشد و سيليس خارج شود. در بوكسيت شسته شدن به دو صورت است :
1.شسته شدن كامل که در آن صورت كائولن Mg2+ , K تشکيل مي شود .
2.شسته شدن ناكامل که در آن K+ و Mg2+باقي ميماند و اگر سنگ قليايي هوازده شود ، مونت موريلونيت Mg2+ و اگر سنگ اسيدي هوازده شود ، ايليت K تشکيل مي گردد .

انواع گل سنگ ها :
1-گل سنگ هاي بر جاي مانده (residual)
2-گل سنگ هاي تخريبي يا حمل شده (detrital)
3-گل سنگ هاي با منشأ آتشفشاني

گل سنگ هاي برجاي مانده در خاك هاي قديمي (paleosoils) روي ناپيوستگي ها تشكيل مي گردد. مثل كالكريت ها كه به همراه اين گل سنگ ها ديده مي شوند.
اين كالکريت ها حاوي پيزوئيد كاليچي هستند يا مثل گل سنگ هاي بالا و پائين لايه زغالي محيط هاي دلتايي كه اگر پائين لايه زغالي باشد بنام خاك نسوز يا خاك نشيمنگاهي (Seat earth) ناميده مي شوند و اگر بالاي آن باشد تونستين (tonstein) گفته مي شود كه داراي كائولينيت است.
ايليت در طول دياژنز با افزايش عمق و شدت دياژنز، فقط افزايش كريستالينيتي خواهد داشت. اسمكتيت با افزايش عمق به رس هاي با لايه مختلط (دياژنز دفن عميق) و سپس به ايليت و كلريت (دگرگوني ابتدايي) و در انتها به سريسيت و كلريت تبديل مي شود.
كائولينيت نيز ابتدا به ديكيت و ناكريت (دياژنز دفن عميق، درجه حرارت < ‍C ° 100( و سپس به ايليت و كلريت و نهايتاً به سريسيت و كلريت تبديل مي گردد.

•کائولين
•اسمکتيت
•ورميکوليت
•سپيوليت – پالي گورسکيت .

جدول 1- کاني هاي مهم رس

تأثير آب و هوا در تشکيل انواع کاني هاي رسي عبارتند از :
•آب و هواي خشک : اسمکتيت
•آب و هواي نيمه مرطوب : ايليت
•آب و هواي گرم و مرطوب : کائولينيت و ورميکوليت
•آب و هواي گرم و خيلي مرطوب : کائولينيت + گيبسيت
کاني هاي رسي از محل هوازده توسط آب شسته شده و به محيط هاي رسوبي حمل مي شوند . رسوبات اقيانوس اطلس در محدوده آب و هواي گرم و مرطوب عمدتاً شامل کائولينيت است .
در محيط هاي رسوبي رودخانه اي و درياچه اي غالباً کائولينيت پايدار است ، در صورتي که در محيط هاي دريايي کائولينيت و اسمکتيت گاهي به ايليت تبديل مي شوند .
اسمکتيت از ترياس تا عهد حاضر يافت مي شود و با افزايش عمق ابتدا به رس هاي بين لايه اي و سپس مي تواند به ايليت تبديل شود .
ذرات دانه ريز رس غالباً به صورت معلق توسط باد و آب حمل مي شوند و در طبيعت 3 مكانيزم باعث حركت ذرات دانه ريز به صورت معلق مي شود كه عبارتند از :
-رسوباتي كه در قسمت انتهايي يا دنباله جريان توربيدايتي هستند.
- حركت و رسوبگذاري ذرات دانه ريز معلق در آب دريا به نام لايه هاي نفلوئيدها موسوم است.
- رسوباتي كه در اثر ورود آب شيرين به داخل آب شور تشكيل مي شود.
- ذرات دانه ريز رس توسط باد به صورت معلق حمل مي شوند و با كاهش سرعت باد، رسوبگذاري مي كنند.

گل سنگ هاي تخريبي به 2 دسته غير دريايي و دريايي تقسيم مي شوند:
•گل سنگ هاي تخريبي غير دريايي مانند گل سنگهاي موجود در دشت سيلابي رودخانه ها يا درياچه ها (شاخ گاوي و يا يخچالي).
•گل سنگ هاي تخريبي دريايي مانند محيطهاي گلي ساحلي، لاگون ها (مرداب هاي كنار ساحل) مي باشد. از مشخصات اين نوع محدود بودن فسيل هاست.
اگر ماده آلي در سنگ ها زياد باشد به نام شيل هاي سياه و با افزايش ماده آلي به نام شيل هاي نفتي ناميده مي شوند.
گل سنگ هاي آتشفشاني از دگرساني مواد آتشفشاني ناشي مي شود مانند بنتونيت كه از اسمكتيت و يا مونت موريونيت تشكيل شده است. سنگ منشأ آنها اكثراً بازيك است. تونستين از كائولينيت تشكيل شده است و سنگ منشأ آن اكثراً اسيدي است. تجزيه خاكستر آتش فشاني در محيط شور و باتلاقي انجام مي شود و هر چه از آتش فشان دور شويم ، ضخامت بنتونيت کاهش مي يابد .

دياژنز گل سنگ ها:
دو عمل مهم دياژنز شامل فشار (تراكم) و حرارت است. رسوبات گلي مي توانند در حين تشكيل تا 90 درصد آب داشته باشند. با رسوبگذاري لايه هاي فوقاني ، فشار وزني طبقات باعث خروج آب بين ذره اي مي گردد. در يک کيلومتري عمق دفن درصد آب به %30 مي رسد. با ادامه دفن درجه حرارت افزايش مي يابد و آب درون شبكه اي كاني هاي رسي نيز خارج شده و در ادامه كاني هاي رسي جديد به وجود مي آيند به عنوان مثال مونت موريونيت و كائولينيت به مرور زمان به كلريت و ايليت تبديل مي شوند. اگر دگرگوني به حد شيست سبز (درجه پايين) برسد، كلريت و ايليت و در نهايت، محصول نهايي دياژنز گل سنگ ها سريسيت مي باشد.

مشخصات رس

کاني هاي رسي از خانواده سيليکات هاي صفحه اي هستند که از صفحات چهار وجهي ( تتراهدرال ) و هشت وجهي ( اکتاهدرال ) تشکيل شده اند .
کاني هاي رسي به چهار گروه کائولين ، اسمکتيت ، ورميکوليت و سپيوليت – پالي گورسکيت تقسيم شده اند .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

کاني هاي کائولن

•کائولينيت Kaolinit :
کائولن با نام کاني شناسي کائولينيت با فرمول شيميايي (OH)8 (Si4O10) Al4 در سيستم تري کلينيک و سختي حدود 5/2-1، داراي 5/39 درصد Al2O3،5/46 درصد SiO2 و 14 درصد آب بوده و وزن مخصوص 6/2 – 1/2 گرم بر سانتي مترمکعبو نقطه ذوب آن °C 1785 است. رنگ آن سفيد مايل به زرد و گاهي هم کمي سبز يا آبي رنگ بوده وطعم خاک دارد و به صورت مرطوب، بوي شديد خاک مي دهد. اين کاني اغلب داراي پلاستيسيته بوده و عملاً در آب، اسيدهاي سرد و رقيق، اسيد کلريدريک و اسيد سولفوريک گرم و غليظ و ئيدروکسيدهاي قليايي نامحلول حل مي شود.
اغلب ذخاير کائوليني در اثر هوازدگي و تجزيه سنگهاي ولکانيکي حاوي سيلکات آلومينيوم بوجود مي آيند. سنگهاي گرانيتي، گنايس ها، کوارتز، پورفيري ها و همچنين رسوبات حاوي فلدسپات ها، ميکا و زئوليت جهت ايجاد کائولينيت مناسب مي باشند که در اثر هوازدگي و تجزيه شيميائي مواد قليائي و مقداري از SO2 خارج شده و کوارتز و ساير کاني هاي همراه بصورت ترکيب باقي مي مانند.
کائولن ممکن است نتيجه آلتراسيون هيدروترمال باشد. در اين صورت، محلول هيدروترمال سردتر از 300 درجه سانتي گراد در داخل سنگهاي با فلدسپات بالا، سبب شستن يونهاي Ca++,K+, Na+ و ساير کاتيون ها و رسوب آنها با H+ بيشتر مي شود. اغلب اين گونه ذخاير در ارتباط با سيستم متئوريک هيدروترمال، که حرارت از سنگهاي ولکانيکي مشتق مي شود، مي باشند.
ذخاير بزرگي از کائولينيت در منطقه CORNWALL انگلستان در خارجي ترين قسمت هاي سيستم هيدروترمالي، مرتبط با باتوليت هاي گرانيتي وجود دارند که به عمق چندين کيلومتر تشکيل شده اند.
کائولينيت در مقايسه با ناكريت- ديكيت از نظم کمتري برخوردار است و به همين دليل اندازه بلور و ذرات اندازه بلور و ذرات هالوزيت در مقايسه با بقيه کوچکتر است. کائولينيت در زون هاي هوازده و آلتراسيون سنگ هاي آذرين و دگرگوني به ويژه فلدسپارها تشکيل مي شود.
•رس توپي:
رس توپي يك نوع سنگ رسوبي است كه حاوي كائولينيت و مقدار جزئي ايليت، كلريت، كوارتز و مونتموريونيت است. ذرات كائولينيت در رس توپي در مقايسه با ساير منابع رس دار كوچكتر است. مقدار كائولينيت رس توپي 20 تا 95 درصد، كوارتز آن 10 تا 70 درصد و ايليت و كلريت آن 5 تا 45 درصد است. مواد آلي، مونتموريونيت، تركيبات اهن، اكسيد تيتان و نمك هاي محلول از جمله ناخالصي هاي رس توپي هستند. رس توپي بيشتر همراه با لايه هاي زغال دار است و از آن جا كه ذرات ريز كاني هاي رسي را به همراه دارد، خاصيت شكل پذيري آن بسيار خوب است. رنگ رس توپي قهوه اي مايل به سياه است و مصارف آن عبارتند از : سراميكهاي بهداشتي، چيني هاي الكتريكي، انواع كاشي ها، ظروف غذاخوري، صنايع دستي و ديرگدازها.
•هالوزيت:
هالوزيت نوعي كائولين است که به دو حالت آب دار و بدون آب يافت مي شود و ترکيب نوع آب دار آن مشابه بقيه است و تنها دو مولکول اضافي آب دارد (2SiO2.Al2O3.4H2O ).
تشخيص هالوزيت به كمك پراش اشعه ايكس امكان پذير است. هالوزيت بيشتر در زون هاي آلتراسيون و بندرت در زون هاي هوازده ساپروليت يافت مي گردد. عمده مصارف آن در تهيه سيمان پورتلند و تهيه نسوزها و سراميك است.
•ديکيت:
ديكيت نوعي كائولين است که در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شود و عمدتاً در زون هاي آلتراسيون تشکيل مي شود.
•ناكريت :
ناکريت نوعي كائولين است که در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شود. نحوه قرار گيري ورقه هاي کائولينيت در ناکريت منظم است و بر همين اساس بلورهاي آنها بزرگترند و به سمت هالوزيت کاملاً بي نظم است (ناكريت- ديكيت- كائولينيت- هالوزيت). ناکريت کمياب بوده و در زون هاي آلتراسيون تشکيل مي شود.
•خاك رس آتشخوار :
بيشتر خاك رس آتشخوار از كائولينيت تشكيل گرديده، كائولين در آن به خوبي متبلور مي شد و نظم مطلوبي در شبكه آن وجود دارد. خاك رس آتشخوار، علاوه بر كائولين حاوي اكسيد و هيدروكسيدهاي آلومينيوم نيز هست. هر نوع خاكي كه دماي بيش از 1500 درجه سانتي گراد را تحمل کند و ميزان AL2O3 موجود در آن قابل توجه باشد، به خاك رس آتشخوار معروف است. خاك رس آتشخوار به انواع شكل پذير، نيمه شكل پذير و بي شكل تقسيم مي گردد. خاك رس آتشخوار، بيشتر در افقهاي پايين لايه هاي زغال دار پيدا مي شود.
مصرف عمده اين خاك در تهيه آجرهاي آتشخوار است كه به شاموت معروفند. ديگر مصارف آن در ساخت قطعات كوره ها، ديگهاي گرمابي و كاشي هاي نسوز است.

 

تاريخچه

نام فلدسپات از كلمه آلماني Feldspar اخذ شده كه معادل كلمه Field Stone در انگليسي است. “Spar” به معني كاني با رنگ روشن و داراي محصولات هوازدگي بسيار نرم است. به عبارت ديگر به دليل اين كه در نواحي اي كه اين كاني رخنمون داشته آثار دگرساني و كائوليني شدن گسترش داشته به نام فلدسپار نام گذاري شده است.
ميكروكلين از دو واژة يوناني به معني كم و شيبدار به دليل انحراف ناچيز زاويه رخ ها از 90 درجه، گرفته شده است. نام ارتوكلاز از رخ هاي با زاوية قائمه اين كاني گرفته شده است.
سانيدين از دو واژه يوناني، سانيس به معني صفحه اي و ايدوس به معني ظاهر، به دليل حالت صفحه اي مشخص بلورهاي آن گرفته شده است.
آلبيت از واژة يوناني آلبوس به معني سفيد، به دليل رنگ سفيد كاني گرفته شده است.
نـــام اليگوكلاز از دو واژة يوناني به معني كم و شكستگي، گرفته شده است، به دليل اينكه گمان مي شد كه رخ آن ناقص تر از آلبيت است.
نام آندزين از رشته كوه هاي آند گرفته شده است به دليل اينكه آندزين فلدسپات عمدة گدازه هاي آندزيتي است. نام لابرادوريت از ساحل لابرادور گرفته شده، به دليل اينكه در آنجا اين كاني به صورت توده هاي بزرگ رخ پذير وجود دارد. نام بيتونيت از بيتون كانادا (درحال حاضر شهر اُتاوا) گرفته شده است.
نام آنورتيت از واژه اي يوناني به معني كج، به دليل سيستم تبلور تري كلينيك كاني گرفته شده است.
نام پلاژيو كلاز از واژه اي يوناني به معني كج، به علت زاوية مايل ميان رخ هاي آن گرفته شده است.
استفاده از محصولات هوازدگي فلدسپات ها يعني كائولن سابقه بسيار طولاني داشته و اسنادي دراين مورد از قرن ششم قبل از ميلاد مسيح وجود دارد. همراه با كائولن، فلدسپات هاي هوازده و به تدريج خود فلدسپات نيز در صنايع سفال و سراميك و شيشه رايج گرديدند. اما استفاده صنعتي از فلدسپات به سال 180 ميلادي برمي گردد.
صنعتگران ايراني نيز با كاربرد فلدسپات و محصولات تجزيه آن به خوبي آشنا بوده و از آنها درتوليد سفال، سراميك، لعاب و شيشه استفاده كرده اند. اين صنعت كه تاريخ كهني در ايران دارد، عمدتاً درمناطقي كه فلدسپات رخنمون داشته گسترش يافته و در حفاري هاي انجام شده از شهرهاي هگمتانه و توس سفال ها و سراميك هايي به دست آمده است كه قطعاً مواد اوليه آن از نواحي مجاور تأمين شده است كه اين امر مؤيد آشنايي كامل صنعتگران ايراني با اين ماده معدني بوده است.

مشخصات ميکا

ميکا اصطلاحي عمومي است که به گروهي از کاني هاي آلومينوسيليکات گفته مي شود. اين کاني ها ساختار ورقه اي شکل دارند و از ترکيبات فيزيکي و شيميايي مختلف تشکيل شده اند. كانيهاي خانواده ميكا از سيليكات هاي صفحه اي هستند كه شامل موسكوويت، بيوتيت، فلوگوپيت، لپيدوليت و ناترونيت مي گردند. موسكوويت، مهمترين و فراوانترين كاني صفحه اي به شمار مي رود. موسكوويت ورقه اي در پگماتيت ها و نوع پولكي در گرانيت، پگماتيت ها و شيست ها پيدا مي شود. ليپدوليت در پگماتيت هاي غني از ليتيوم تشكيل مي شود. فلوگوپيت به صورت رگه اي و توده اي در پيروكسنيت ها و اسكارن هاي منيزيم دار گزارش شده است.
کاني هاي گروه ميکا که از نظر اقتصادي داراي اهميت هستند به صورت زير طبقه بندي مي گردند:
-موسكوويت، پتاسيم ميکا (به رنگ سبز يا ياقوتي) 3 H2KAl3(SiO4)
-بيوتيت، منيزيم آهن ميکا (به رنگ تيره)Mg,Fe)3 Al(SiO4)3 ) (H2K)
-فلوگوپيت منيزيم ميکا (زرد، قهوه اي تيره) H2K(Mg)3Al(SiO4)3
-ورميکوليت، بيوتيت آبدار (زرد پر رنگ)
-ليپيدوليت، ليتيوم ميکا (زرد کم رنگ) KLi Al(OH,F)2Al(SiO4)3
سيستم بلوري اين کاني ها منوکلينيک است. اين گروه از کاني ها داراي ترکيبات مختلفي از سيليکات آلومينيم آهن، منيزيم و ميکا هستند. حضور فلوئورين، باريم، منگنز، واناديم نيز در اين کاني ها گزارش شده است. از بين اين کاني ها، موسکوويت به خاطر خواص فيزيکي، شيميايي، حرارتي و مکانيکي استثنايي که دارد، در صنعت کاربرد فراوان دارد. ورميکوليت و فلوگوپيت هم مانند ميکا از اهميت برخوردار هستند. از بيوتيت به ندرت در مصارف صنعتي استفاده مي شود.
از نظر کاني شناسي کاني هاي گروه ميکا به سه گروه تقسيم مي شوند که عبارتند از:
گروه اصلي ميکا، گروه ميکاهاي شکننده و گروه کلريتي. همه کاني هاي اين گروه ها داراي ساختمان منوکلينيک هستند. ساختار ميکا ترکيبي از دو لايه تتراهدرال سيليکا و يک لايه اکتاهدرال مرکزي است.

مشخصات کائولن

كائولن يك اصطلاح اقتصادي است كه براي كانسارهاي رسي تقريباً سفيد به كار مي رود و از نظر صنعتي به رسي هايي كه داراي مقدار قابل توجهي كائولينيت باشند،اطلاق مي‌شود.
اين كانسارها اغلب شامل كاني كائولينيت و يا فرآورده هاي بدست آمده از آن مي باشند. در گذشته اصطلاح خاك چيني به عنوان مترادف كائولن استفاده مي شد. نام كائولن از كلمه كائولينگ چيني به معناي تپه سفيد مشتق شده است که از آن خاك كائولن استخراج مي شده است.
كائولن از مجموعة كانيهاي رسي بوده و فرمول شيميايي آن H4Al2Si2O9 مي باشد.كاني هاي كائولن شامل كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت مي باشد. فراوان ترين كاني اين گروه كائولينيت مي باشد. همه اين كاني ها جزء كاني هاي آلومينو- سيليكات مي باشند كه در سيستم مونوكلينيك و يا تري كلينيك متبلور مي شوند. از مهم ترين خصوصيات كاني شناسي رس هاي كائولن نرمي و عدم سايندگي آنها مي باشد. سختي كائولن در مقياس موهر در حدود 2-5/2 مي باشد. اين نرمي در كاربردهاي صنعتي آن يك مزيت محسوب مي شود.
رس هاي كائولن اكثراً از آلتراسيون كاني هاي آلومينيوم سيليكات در نواحي گرم و مرطوب بوجود مي آيند. فلدسپات ها از جمله كاني هاي عمومي منشاء پيدايش آنها مي باشد. پلاژيوكلاز فلدسپارها (سديم يا پتاسيم) معمولاً در ابتدا كائولينه مي شوند. فلدسپارهاي پتاسيك به كندي آلتره شده و توليد كائولن هاي مخلوط با سريسيت دانه ريز، ايليت يا هيدروموسكويت مي كند.
كائولن يا خاك چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد.
آمريكا، روسيه، جمهوري چك و برزيل بزرگ ترين توليد كنندگان كائولن مي باشند.
به طور خلاصه خصوصيات مهم كائولن، كه مصارف متعدد آن را سبب شده است مي توان به صورت زير نام برد :
1- از نظر شيميايي در گستره وسيعي از تغييرات PH بدون تغيير مي ماند.
2- داشتن رنگ سفيد كه آن را به صورت ماده رنگي قابل استفاده مي سازد.
3- دارا بودن خاصيت پوششي بسيار خوب
4- نرمي و غير سايشي بودن آن
5- قابليت اندك هدايت جريان الكتريسيته و گرما
6- قيمت ارزان

کاني هاي بنتونيت

 بنتونيت يک فيلوسيليکات آلومينيوم دار با فرمول (Na,Ca)0.33 (Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O که اساساً از مونت موريلونيت يا كانيهاي گروه اسمكتيت تشکيل شده است. كاني‌هاي گروه اسمكتيت شامل سريهاي دي اكتاهدرال و تري اكتاهدرال است.
•كانيهاي سري دي اكتاهدرال عبارتند از: مونتموريونيت، بيدليت و نانترونيت.
•انواع تري اكتاهدرال شامل كانيهاي هكتوريت و ساپونيت است.
از خواص مهم كانيهاي خانواده اسمكتيت ، جانشيني يوني، خاصيت شكل پذيري ، انبساط و انقباض يوني انها را مي توان نام برد. بر اثر هوازدگي در آب و هواي خشک اسمکتيت تشکيل مي شود. در محيط هاي رسوبي رودخانه اي و درياچه اي غالباً کائولينيت پايدار است ، در صورتي که در محيط هاي دريايي کائولينيت و اسمکتيت گاهي به ايليت تبديل مي شوند . اسمکتيت از ترياس تا عهد حاضر يافت مي شود و با افزايش عمق ابتدا به رس هاي بين لايه اي و سپس مي تواند به ايليت تبديل شود.
بنتونيت عمدتاً بر دو نوع است :
•بنتونيت هاي متورم Swelling bentonite يا بنتونيت هاي سديم دار
•بنتونيت هاي غيرمتورم Non-swelling bentonite يا بنتونيت هاي کلسيم دار
بنتونيت ها بر اثر هوازدگي و دگرساني خاکسترهاي آتش فشاني و اغلب در حضور آب تشکيل مي شوند و سنگ منشأ آنها اكثراً بازيك است. تجزيه خاكستر آتش فشاني عمدتاً در محيط شور و باتلاقي انجام مي شود و هر چه از آتش فشان دور شويم ، ضخامت بنتونيت کاهش مي يابد .
بنتونيت هاي متورم يا بنتونيت هاي سديم دار مي توانند چندين برابر حجم معمولي خود آب جذب کند و منبسط شود ، به طوري که حالت ژله اي ، پلاستيکي و چسبندگي به خود بگيرد . اين نوع بنتونيت معمولاً در سيالات حفاري و دوغاب ( گل آب ) ديواره ها استفاده مي شود.

انواع بنتونيت ها از ديدگاه صنعتي :
•بنتونيت هاي سديم دار
•بنتونيت هاي جانشيني توسط سديم
•بنتونيت هاي کلسيم دار
•بنتونيت هاي ارگانوفيل
•بنتونيت هاي فعال شده توسط اسيد

 

 

کاني هاي تالک

 با توجه به تركيب كاني شناسي، درجه خلوص، وجود ناخالصي مختلف و نوع ناخالصي ها و كاربرد، تالك انواع مختلفي دارد كه به شرح زير مي‌باشد:

•تالک Talc ( Steatite )
اين کاني سيليکات منيزيم آب دار با فرمولMg3Si4O10(OH)2 است که در سيستم مونوکلينيک و تري کلينيک متبلور مي شود و به رنگ سبز کم رنگ تا سبز تيره يا خاکستري متمايل به سبز و همچنين سفيد، سفيد- نقره اي، خاکستري، متمايل به قهوه اي و در حالت پودري معمولاً به رنگ سفيد است. تالک داراي جلاي مرواريدي و لمس چرب بوده و نيمه شفاف است و داراي سختي 1 و چگالي 83/2 – 58/2 مي باشد. اين کاني در رده سيليکات هاي ورقه اي قرار مي گيرد.
تالک کمتر در طبيعت به صورت خالص يافت مي شود. اين کاني اگر به صورت خالص باشد از 36/63% SiO2 =،98/31 % MgO = و 75/4 % H2O = تشکيل شده است.
کاني هاي : ترموليت Ca Mg3 (SiO3)4، سرپانتين 3MgO.2SiO2.2H2O، منيزيت MgCO3، کلسيت CaCO3، آنتوفيليتMg7(Si4O11)2(OH)2، ميکاK(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2، کلريت 5(Mg,Fe)O.Al2O3.3SiO2.4H2O، دولوميت )2 (Ca,Mg)(CO3به عنوان کاني همراه و در پيوند با تالک در ذخاير اين ماده معدني به چشم مي خورند.
ناخالصي هاي آهن مانند ليمونيت FeO(OH).nH2O، منيتيتFe2O3، پيريت FeS2، کربن، کوارتز و اکسيد منگنز MnO نيز ممکن است همراه تالک وجود داشته باشد.
تركيب شيميايي تالك و كانيهاي همراه در جدول ذيل گزارش شده است.

جدول 4- تركيب شيميايي تالك و كانيهاي همراه (رو و ديگران، 1983)

•استئاتيت (Steatite) يا سنگ صابون Soapstone
سنگ صابون (Soap Stone) اصطلاح اصطلاحي است براي سنگهاي توده‌اي که کاني تالک در آن از مقادير متفاوت در حد خالص تا کمتر از 50 % را در بر مي گيرند.
در واقع معمولاً واژه سنگ صابون براي سنگهاي توده‌اي تالكي و ناخالص و بسيار نرم بكار مي‌رود. حال آنكه تالک هاي توده اي با خلوص بالا را استئاتيت (Steatite)مي گويند. به سنگهاي صابون، طلق گدازه نيز اطلاق مي‌گردد.
از اين سنگ روي دستشوئي آزمايشگاههاي شيمي، سطح نيمكت‌ها، جعبه و تابلوهاي برق و سطح سنگها براي مصارف مخصوص كشيده مي‌شود.
رنگ آن سفيد يا خاكستري با سايه‌هاي مختلف، گاهي اوقات متمايل به سبز يا متمايل به قرمز با حالت چوبي يا صابوني است. استئاتيت غالبا بصورت متبلور است و كمتر از 5/1 درصد كلسيت، 5/1 اكسيدهاي آهن و 4 درصد آلومينا دارد. به آساني سوراخ شده، اره گرديده و به راحتي خرد مي‌شود. از اين نوع تالك عموماً در ساخت عايق‌هاي الكتريكي و الكترونيكي استفاده مي‌شود.
اخيراً استئاريت به نوعي تالک که براي ساخت عايق هاي الکترونيکي مناسب است، اطلاق مي شود.

•پات استون:
نمونه ناخالص توده‌اي تالك يا سنگ صابوني است. معمولا رنگ آن متمايل به خاكستري، سبز تيره، خاكستري آهني يا سياه متمايل به خاكستري مي‌باشد.

•رنسلائريت:
نمونه پذير و مورف (شكل كاذب) سنگ صابوني مي‌باشد. رنگ آن سفيد، سياه بوده و از تالك معمولي سخت‌تر است داراي حالت رشته‌اي بوده و جلاي زيادي دارد كه براي جا قلم و ادوات ونيز وسايل تزئيني بكار مي‌رود.

•گچ خياطي (گچ فرانسوي):
نوعي سنگ صابون نرم و توده‌اي است كه در خياطي براي نشان گذاشتن پارچه و لباس بكار مي‌رود. همچنين از گچ فرانسوي در توليد مواد شمعي و قلم ابرو استفاده مي‌گردد.

•پيروفيليت:
پيروفيليت يك سيليكات آلومينيوم آب دار(نمونه آلومينيوم‌دار تالك) به فرمول Al2Si4O10(OH)2 با ساختمان شبيه تالك ( به جاي منيزيم، آلومينيوم جانشين آن شده است) است.
پيروفيليت شباهت و تفاوت‌هاي زيادي با تالک دارد و به شكل‌هاي مختلف ظاهر مي‌شود، خواص آن به مواد همراه آن بستگي دارد.
پيروفيليت داراي خواص مشابهي با تالك نظير: عدم تاثير پذيري از لحاظ شيميايي، قدرت عايق‌پذيري بالا، نقطه ذوب بالا و قابليت هدايت الكتريكي پايين مي‌باشد و به همين جهت اغلب با تالك اشتباه مي‌شود. بيشترين كاربرد آن در صنايع سراميك و اجسام نسوز و مقاوم است. اين كاني با توجه به اينكه داراي خصوصيات مشابه با تالك است ولي از نظر ژنز متفاوت مي‌باشد و بيشتر در سنگهاي دگرگوني با تركيب اسيدي يافت مي‌شود.

كاني هاي مهم پيروفيليت :
پيروفيليت کلريتي
در اين نوع پيروفيليت مقدار 28-24 % , Al2O3 = 5/0-2/0 % , K2O = 2/0% Fe2O3 = مي باشد و به عنوان پرکننده در لاستيک، رنگ و پلاستيک استفاده مي شود.

پيروفيليت کلسدوني
در اين نوع پيروفيليت مقدار 15-13 % , Al2O3 = 5/0-2/0 % , K2O = 4/0% Fe2O3 = مي باشد و به عنوان نسوزهاي تماسي استفاده مي شود.

پيروفيليت کلسدوني
در اين نوع پيروفيليت مقدار 20-15 % , Al2O3 = 8/0-4/0 % , K2O = 5/0% Fe2O3 = مي باشد.

پيروفيليت سرسيتي
در اين نوع پيروفيليت مقدار 22-18 % , Al2O3 = 3-5/0 % , K2O = 5/0% Fe2O3 = مي باشد و به عنوان سفيد آلات، کاشي کف، چيني هاي الکتريکي استفاده مي شود.

ذخاير پيروفيليت به دو صورت گرمابي و دگرگوني يافت مي شوند. به هنگام آلتراسيون، در سنگهاي آذرين اسيدي و حد واسط به ويژه توفها و در شرايط مناسب در زونهاي مشخص، پيروفيليت تشكيل مي شود.
ذخاير پيروفيليت گرمابي بيشتر در زونهاي گسلي تشكيل مي شوند. در بيشتر ذخاير پيروفيليت، زون بندي منظم ديده مي شود. اين زون بندي از سطح به سوي عمق شامل: زون سيليسي، زون آلونيت، زون كائولينيت، زون پيروفيليت، زون سرسيت و سرانجام زون مونتموريونيت است. كاني هايي كه همراه با پيروفيليت پيدا مي شوند شامل: پيروفيليت، آلونيت، كلسدوني، كائولينيت، كلريت، دياسپور و سريسيت مي شوند. ذخاير پيروفيليت نوع دگرگوني از اهميت كمتري برخوردارند. توفهاي اسيدي در شرايط مناسب به پيروفيليت شيست دگرگون مي شوند.

•سرپانتين:
سيليكات منيزيم آبدار به فرمول Mg6(Si4O10)(OH)2 مي‌باشد. سرپانتين داراي شكستگي صدفي و لمس كمي صابوني است. ناخالصي‌هاي سرپانتين معمولا كلسيت و كوارتز مي‌باشد. موارد استفاده آن بطور عموم كارهاي زينتي و گاه بعنوان ساختماني است. نمونه‌هاي رشته‌اي آن كريزوتيل نام دارد كه به عنوان آزبست هاي تجارتي مورد استفاده واقع مي‌گردند.

•آنتوفيليت:
آنتوفيليت جزء دسته آمفيبولهاي ارتورومبيك است. تركيب شيميايي آن سيليكات آهن منيزيم است به فرمول (Mg,Fe)77Si8O22)(OH)2 شكل ظاهري آن معمولاً بصورت اجتماعي از سوزنهاي منشوري و يا رشته‌اي شعاعي است. آنتوفيليت يكي از انواع آزبست ها (پنبه نسوز) است و داراي خاصيت انعطاف‌پذيري اندك مي‌باشد و از مقاومت شيميايي بالايي در مقابل اسيدها و آلكالي‌ها برخوردار است. همچنين مقاومتش در مقابل افزايشي دما بسيار خوب مي‌باشد.

•ترموليت:
اين كاني جزو دسته آمفيبول هاي منوكلينيك است. تركيب شيميايي آن سيليكات منيزيم كلسيم‌دار به فرمول Ca2Mg5Si8O22(OH)2 مي‌باشد. ترموليت معمولي‌ترين و پايدارترين كاني گروه تالك است كه بصورت رشته‌اي يا لايه‌‌هاي بسيار نازك ديده مي‌شود. تالك ترموليتي كه گاهي تالك سخت خوانده مي‌شود، حاوي 6 تا 10 درصد كلسيت و مقداري دولوميت است و درصدهاي مختلفي از تالكهاي ورقه‌اي نرم، سرپانتين‌هاي گروه تالك و مواد آمفيبولي غير آزبستي را نيز دارد.

•لاوا:
اصطلاحي است كه دربازرگاني تجارتي براي بلوك‌هاي تالك يا فرآورده‌هاي تالك هاي بلوكي بكار برده مي‌شود.

•تالك مخلوط:
تالك مخلوط در واقع مخلوطي از تالك نرم، روشن شيستي، تالك نرم ورقه‌اي، سرپانتين، دولوميت، كلسيت و تعدادي كانيهاي فرعي مي‌باشد. تالك مخلوط با درجه خلوص پايين حاوي تالك، كلريت و دولوميت است.

•تالك رشته‌اي:
تالك رشته ای به تالك هايي اطلاق مي‌شود كه حاوي مقدار گسترده‌اي كانيهاي آزبستي باشد.

•تالك نرم - ورقه‌اي:
تالك نرم - ورقه‌اي حاصل متاسوماتيسم سنگهاي كربنات منيزيم‌دار رسوبي است كه غالبا حاوي كلريت مي‌باشد و بيشترين مورد استفاده را در بين ديگر انواع تالك دارد.

 

کاني هاي ميکا

ميکا اصطلاحي عمومي است که به گروهي از کاني هاي آلومينوسيليکات با ساختار سيليكاتهاي صفحه اي گفته مي شود که از ترکيبات فيزيکي و شيميايي مختلف تشکيل شده اند. كانيهاي خانواده ميكا شامل موسكوويت، بيوتيت، فلوگوپيت، لپيدوليت و ناترونيت مي گردند.
موسكوويت، مهمترين و فراوانترين كاني صفحه اي به شمار مي رود. موسكوويت ورقه اي در پگماتيت ها و نوع پولكي در گرانيت، پگماتيت ها و شيست ها پيدا مي شود. ليپدوليت در پگماتيتهاي غني از ليتيوم تشكيل مي شود. فلوگوپيت به صورت رگه اي و توده اي در پيروكسنيت ها و اسكارنهاي منيزيم دار گزارش شده است.
اين گروه از کاني ها داراي ترکيبات مختلفي از سيليکات آلومينيم آهن، منيزيم و ميکا هستند. حضور فلوئورين، باريم، منگنز و واناديم نيز در اين کاني ها گزارش شده است. از بين اين کاني ها، موسکوويت به خاطر خواص فيزيکي، شيميايي، حرارتي و مکانيکي استثنايي که دارد، در صنعت کاربرد فراوان دارد. ورميکوليت و فلوگوپيت هم مانند ميکا از اهميت برخوردار هستند. از بيوتيت به ندرت در مصارف صنعتي استفاده مي شود.
کاني هاي گروه ميکا که از نظر اقتصادي داراي اهميت هستند به صورت زير طبقه بندي مي گردند:
موسكوويت
موسکوويت ميکاي پتاسيم دار به رنگ سبز يا ياقوتي با فرمول شيمياي3H2KAl3(SiO4) نشان داده مي شود. وزن مخصوص اين کاني 88/2-77/2 گرم بر سانتي مترمکعب، سختي 2/3-8/2 در مقياس موس، سيستم تبلور منوکلينيک، گرماي ويژه (درc º25) 207/0، مدول الاستيسيته(Pa) 109 × 172، مقاومت فشاري (Pa) 106 × 221، دماي تجزيه (ºC) 500-400، ثابت دي الکتريک 9-5/6 و مقاومت کششي(Pa 106 ×)297-225 مي باشد.
بيوتيت
بيوتيت ميکاي منيزيم و آهن دار به رنگ قهوه اي تيره است که با فرمول شيميايي Mg,Fe)3Al(SiO4) ) (H2K) نشان داده مي شود. وزن مخصوص اين کاني 30/3-70/2 گرم بر سانتي مترمکعب، سيستم تبلور منوکلينيک و سختي 4-5/2 در مقياس موس مي باشد.
فلوگوپيت
فلوگوپيت ميکاي منيزيم دار به رنگ زرد يا قهوه اي تيره است که با فرمول شيميايي H2K(Mg)3Al(SiO4)3 نشان داده مي شود.
وزن مخصوص اين کاني90/2-76/2 گرم بر سانتي مترمکعب، سختي 3-5/2 در مقياس موس، سيستم تبلور منوکلينيک، گرماي ويژه (درc º25) 207/0، مدول الاستيسيته(Pa) 109×172، مقاومت فشاري (Pa)106×221، دماي تجزيه (ºC)1000-850، ثابت دي الکتريک 6-5 و مقاومت کششي (Pa 106×)297-255 مي باشد.
ورميکوليت
نام كاني ورميكوليت از واژه لاتينWorm or vermiculus (كرم يا كرم - حشره )، Vermiculita يا Vermiculit و Vermicular به معناي كرم مانند گرفته شده است، زيرا در اثر ضربه گرمايي (دماي بيش ازC ° 870) حجم آن تا 30-20 برابر حجم اوليه افزايش يافته (منبسط شده) و رشته هاي كرم مانندي به وجود مي آورد.
ورميكوليت، نام عمومي گروهي از آلومينوسيليكات هاي آبدار آهن و منيزيم است و يا بخشي از گروه كاني هاي فيلوسيليكاته (سيليكات هاي صفحه اي) است كه در ظاهر شبيه به ميكا مي باشد. گروه کاني هاي ميکا شامل کاني هاي بيوتيت، موسکوويت، ليپدوليت و فلوگوپيت مي باشد که ورميکوليت از دگرساني و يا هوازدگي كاني هاي بيوتيت و فلوگوپيت ايجاد مي شود.
ورميکوليت با فرمول عمومي ( Mg,Fe2+,Al,Ca,K)3(Al,Si,Fe3+)4O10(OH)2•4(H2O) در سيستم مونوکلينيک متبلور شده و داراي سختي 2- 5/1 مي باشد ( Mg ,Ca نمادي از کاتيون هاي تبادل پذير است).
تمامي کاني هاي گروه ميکا به صورت ورقه هاي بسيار نازکي مي شکنند که کاني شناسان آن را "کليواژميکا " مي نامند. مانند کاني تالک، ورميکوليت داراي آب فشرده در ميان لايه هاي سيليکاته مي باشد. در نتيجه هنگاميکه ميکا حرارت داده مي شود، آب خارج شده و کاني منبسط مي گردد. اين انبساط و سبکي ورميکوليت در صنايع، کشاورزي و ساختمان سازي مورد استفاده قرار مي گيرد.
ورميکوليت کاني است به رنگ قهوه اي روشن تا تيره که به صورت دانه هاي آکاردئوني شکل Accordion-shaped ديده مي شود. چگالي توده اي ورميكوليت خام يا كنسانتره بين 1120-640 كيلوگرم بر متر مكعب و براي نوع منبسط 160-64 كيلوگرم بر متر مكعب است و رطوبت آن در دماي کمتر از 110 درجه سانتيگراد، 10-4 % و pH آن در آب 9-6 مي باشد. ورميکوليت يک کاني غيرقابل احتراق است که در دماي 1150-1250 °C سخت شده و رسوب مي کند. دماي جوش ورميکوليت 1200-1320 °C و گرماي ويژه آن 08/1-84/0 kJ/kgK است.
لپيدوليت
لپيدوليت ميکاي ليتيوم دار به رنگ زرد کم رنگ و با فرمول شيميايي KLiAl(OH,F)2Al(SiO4)3 (H2K) نشان داده مي شود. وزن مخصوص اين کاني 30/3-70/2 گرم بر سانتي مترمکعب، سيستم تبلور منوکلينيک و سختي 4-5/2 در مقياس موس مي باشد.

جدول2- ترکيب و خواص فيزيکي و شيميايي انواع مختلف ميکا

 

جدول 3- نوع و درصد اکسيدهاي موجود در کاني هاي ميکا

از نظر کاني شناسي کاني هاي گروه ميکا به سه گروه تقسيم مي شوند که عبارتند از:
گروه اصلي ميکا، گروه ميکاهاي شکننده و گروه کلريتي. همه کاني هاي اين گروه ها داراي ساختمان منوکلينيک هستند. ساختار ميکا ترکيبي از دو لايه تتراهدرال سيليکا و يک لايه اکتاهدرال مرکزي است.
ميكاها را از نظر نوع آنها به دو گروه موسكوويت صفحه اي و پولكي، تقسيم مي نمايند :
•موسكوويت نوع صفحه اي
موسكوويت نوع صفحه اي در الكترونيك(خازنها و لامپها)، ساختن ورقه 84 و همچنين به دليل خاصيت دي الكتريك آن در ساخت لوازم عايق حرارتي و الکتريکي كاربرد دارد. به علت مقاومت بالاي حرارتي و شفاف بودن آن، در پنجره هاي كوره هاي الكتريكي از مسكويت بهره مي گيرند.
•موسكوويت نوع پولكي
موسكوويت نوع پولكي آن بيشتر براي ساختن صفحه هاي ميكايي به كار مي رود. مصارف بيشتر مسكويت پولكي عبارتند از : پركننده در سيمان، آسفالت و رنگ، تزيين بتن، جلوگيري از گيركردن مته ها به هنگام حفاري، و نوع بسيار دانه ريز مسكويت براي بالا بردن مقاومت رنگ در برابر رطوبت، چسبندگي و فرسايش به كار مي رود.

 

وضعيت توليد و فرآوري کائولن در ايران

 توليدكنندگان کائولن در ايران
تنها كارخانه كانه‌آرائي كائولن در ايران متعلق به شركت خاك چيني ايران است. اين كارخانه در بخش زنوز از شهرستان مرند آذربايجان شرقي واقع است.
در تاريخ 30/5/72 اين كارخانه شروع به فعاليت نموده است، ظرفيت توليد در سال 72 برابر با 75 هزار تن در سال بوده است كه از سال 74 به بعد به 150 هزار تن افزايش يافته است.
دراين كارخانه كائولن در دو خط توليد (روش خشك- روش مرطوب) تغليظ مي‌گردد. محصول خط توليد با روش مرطوب، كائولن رشته‌اي با مقدار 25 درصد 3O2Al و با روش خشك براساس سفارش مشتري توليد مي‌گردد كه در آن ميزان 3O2Al حدود 20 درصد است، اين كارخانه مي‌تواند انواع كائولن براي مصارف مختلف عمدتاً‌ نظير مصارف پوششي و پركننده و همچنين ظروف سراميك و چيني را توليد نمايد.
تجهيزات خط توليد كارخانه از شركتهاي آلماني خريداري شده است. طراحي و ساخت توسط شركت PSP از كشور چك صورت گرفته است. ميزان سرمايه‌گذاري ارزي اين كارخانه 12 ميليون دلار بوده كه در سال 1364 اولين گشايش آن انجام گرفته است. كل ميزان سرمايه‌گذاري (ريالي و ارزي) انجام شده 120000 ميليون ريال برآورد و ذكر شده است كه توسط سازمان صنايع ملي و شركتهاي تابعه،‌شركت سرمايه‌گذاري تامين اجتماعي و اهالي مرند تامين شده است.
براساس مطالعات صورت گرفته بر روي نمونه‌هاي مختلف كانسار، مشخص شده كه ناخالصي عمده‌اي كه خواص تكنولوژيكي اين كانسار را خدشه دار نموده، كوارتز مي‌باشد. گرچه كوارتز كانيه همراه اكثر كائولن هاي موجود در طبيعت مي‌باشد، اما بخاطر طبيعت سخت آن در مقايسه با رس‌ها، در بخش‌هاي دانه درشت كائولنها تجمع دارند و در بخشهاي ريز دانه يعني كمتر از 5 ميكرون بندرت يافت مي‌شود. بطور مثال نتايج كاني شناسي كائولن كورن وال در انگلستان نشان مي‌دهد كه كوارتز در ذرات درشت‌تر از 20 ميكرون يافت مي‌شود و در بخش ريزتر در قسمت عمده‌اي از آن وجود ندارد. بهمين جهت با يك جدايش فيزيكي در دانه‌بندي آن، كوارتز را از كائولن جدا مي‌نمايند. اين امر در خصوص كائولن زنوز صادق نيست و ذرات كوارتز تا دانه‌بنديهاي ريز حتي زير 20 ميكرون همراه كائولينيت يافت مي‌شوند.
براساس مطالعاتي كه بر روي كائولن زنوز ورت گرفته، ‌مشخص شده كه امكان جدايش كوارتز كه به علت خاصيت سايندگي سبب محدوديت مصرف آن در صنايع كاغذسازي مي‌گردد از طريق فلوكولاسيون انتخابي وجود دارد.
1)كارخانه كائولن شويي زنوز
عمليات اكتشافي معدن زنوز كه در شهريور ماه سال 1364 آغاز شده بود در خرداد ماه سال 1364 با 1606 متر حفاري اكتشافي بكار خود خاتمه داد. بنا به گزارش «شركت صنايع خاك چيني» عمق ماده معدني 220 متر و تعداد 7 پله باز شده اعلام شده است. شروع عمليات استخراج در اين مرحله و حمل به كارخانه در نيمه دوم 1369 صورت گرفته است.
ماشين‌آلات نصب شده براي احداث كارخانه 1676 تن وزن داشت كه 1312 تن آن ساخت چكسلواكي (PSP) و 116 تن آن ساخت آلمان غربي و 248 تن ساخت داخل است.
براي كارخانه سه خط توليد رد نظر گرفته شده است كه عبارت از خطوط تر و خشك و درجه كاشي مي‌باشد خطوط تر و خشك هر يك دو محصول تر و خشك دارند. ميزان توليد هر يك از سه خط توليد آنها در سال بشرح زير است:
خط‌تر درجه يك : 33000 تن، خط خشك درجه يك، 16000 تن
خط‌تر درجه دو ‌: 12000 تن، خط خشك درجه دو‌، 29000 تن
ميزان توليد كائولن درجه كاشي: 76000 تن
الف ـ فرآيند توليد
جهت شستشو و تغليظ كائولن، سنگهاي معدني بايد از مراحل مختلفي بگذرند تا خواص شيميايي و فيزيكي مورد نظر را پيدا كنند. اين مراحل بطور پيوسته انجام گرفته و هر مرحله مكمل مرحله قبلي مي‌باشد. مراحل گوناگون فرآيند تغليظ سنگ معدن زنوز عبارتند از:
1- استخراج مواد خام از معدن
2- ذخيره سازي مواد خام
3- خرد كردن سنگ توسط سنگ شكن‌هاي اوليه و ثانويه
4- همگن سازي
5- خرد كردن ثانويه توسط آسياها
6- تغليظ
ب ـ مراحل شستشو كائولن درخط توليد
شكل 19 فلوشيت خط توليد كارخانه كائولن شويي زنوز را نشان مي‌دهد.

شكل شماره 19: فلوشيت خط توليد كارخانه كائولن شوئي زنوز

ج ـ مراحل مختلف توليد كائولن تغليظ نشده معدن زنوز
مراحل مختلف توليد كائولن دركارخانه زنوز به صورت فهرست وار عبارتند از:
1- استخراج و محل از معدن
2- سنگ شكن فكي
3- سنگ شكن مخروطي
4- خط توليد كائولنهاي 2ZK – 1ZK – 1ZHK
5- گالري ارسال كائولن به بخش هموژنيزاسيون
6- بخش هموژنيزاسيون (دستگاههاي انباشد و برداشت).
7- سيلوي ذخيره خط خشك
8- آسيای غلطكي خط خشك
9- سيستم توليد هواي گرم براي آسيا غلطكي
10- سيكلون اوليه
11- فيلتر
12- سيكلون ثانويه
13- كلاسيفاير
14- فيلتر جدا كننده
15- سيلوي ذخيره كائولن زير 20 ميكرون خط خشك
16- سيلوي ذخيره كائولن زير 50 ميكرون خط خشك
17- سيلوي ذخيره كائولن زير 100 ميكرون خط خشك
18- سيلوی ذخيره خط تر
19- آسياي چكشي خط تر (دو عدد)
20- سرند
21- بلانجز استوانه‌اي
22- سرند حلزوني
23- محل جدايش اولين باطله
24- تانك ذخيره دو غالب كائولن
25- مرحله اول هيدروسيكلون ها به قطر 350 ميليمتر
26- مرحله دوم هيدروسيكلون ها به قطر 150 ميليمتر
27- مرحله سوم هيدروسيكلون ها به قطر 10/50 ميليمتر
28- مرحله چهارم هيدروسيكلون ها به قطر 5/50 ميليمتر
29- تانك جمع آوري ته ريز هيدروسيكلون ها
30- هيدروسيكلون هاي بازيافت به قطر 150 ميليمتر
31- مرحله دوم جدايش باطله‌ها (2ZS)
32- تانك لاملايري (lamlayers) بازيافت كائولن درجه دو
33- استخر ته‌نشيني و تزريق پلي الكتروليت و بازيافت آب
34- تانك همگن كننده (سه عدد)
35- فيلتر پرس (دو عدد)
36- توليد كيك از ته ريز هيدروسيكلون هاي مرحله اول
37- دستگاه رشته ساز
38- خشك كن مرحله اول
39- سيستم توليد هواي گرم براي خشك كن‌ها
40- خشك كن مرحله دوم
41- آسيا و جدا كننده براي كائولن ميكرونيزه تر
(Zonoz Wet Micronized Kaolin) (ZWMK)
42- تهيه كائولن رشته‌اي
43- سيلوي ذخيره كائولن
44- سيلوي ذخيره كائولن رشته‌اي
45- گالري و محل انبار كائولن كيك درجه دو
46-ارسال براي واحد توزيع و بسته بندي
47- خط بسته‌بندي در كيسه‌هاي يك تني
48- خط كيسه پركني 30 كيلوگرم ZWMK – 2ZMK – 1ZMK
49- خط بسته‌بندي پالت هاي يك تني
50- بارگيري به تريلر
51- بارگيري به بونگر
52- بارگيري فله به كمپرسي اتاق دار سر پوشيده
د- مصارف گوناگون كائولن فرآوري شده كارخانه زنوز
مصارف گوناگون كائولن فرآوري شده در جدول 41 درج گرديده است. همانطور كه ملاحظه مي‌گردد اين كارخانه 10 نوع كائولن توليد مي‌كند كه در كارخانجات بي‌شماري قابل مصرف مي‌باشد.

جدول شماره 41: موارد مصرف و كاربرد كائولنهاي توليدي شركت خاك چيني ايران

2- كارخانه كائولن شويي گناباد
جهت شستشوي كائولن گناباد شركت كائولينيت با شركت آلماني AKW قرار داد ساخت يك كارخانه كائولن شوئي را منعقد كرده است ظرفيت كارخانه براي محصول اصل و در جه يك 15000 تن در سال است كه جهت پركننده9 كاغذ درنظر گرفته شده است. كارخانه داراي دو خط تر و خشك مي‌باشد. مراحل خطوط توليد درنمودار شماره 20 آمده است. محصولات درجه دوم اين كارخانه براي بدنه و بيسكويت كاشي و نيز كاستهاي نسوز مناسب است.

شكل شماره 21: نمودار ساده شده فرآوري كائولن در كارخانه كائولن شوئي گناباد.

3- كارخانه معدن فرآور
كارخانه نسبتاً كوچكي در مشهد به فرآوري كائولن مشغول است كه در سال 1371 راه اندازي شده است. ظرفيت اسمي آن 20000 تن در سال است كه فعلاً‌ميزان توليد آن 10000 تن در سال است و محصول توليدي خود را با اختلاط با كائولن شركت WBB جهت لعاب به فروش مي‌رساند.

شكل شماره 22: نمودار ساده شده فرآوري كائولن در كارخانه معدن فرآور

 

 

 

 

مشخصات تالک

كاني تالك داراي تركيبات شيميايي سيليكات منيزيم آبدار به فرمول Mg3(Si4O10)(OH)2 مي‌باشد که در سيستم منوكلينيك متبلور شده است. اين كاني كمتر در طبيعت بصورت خالص يافت شده و به طور كلي در سنگهاي دگرگوني وجود دارد و در رده سيليكاتهاي ورقه اي قرار مي‌گيرد.
تركيب خالص اين كاني داراي 36/63 درصد سيليس و 98/31 درصد اكسيد منيزيم و 75/4 درصد آب مي‌باشد. رنگ آن معمولاً سفيد، سفيد نقره اي، سبز كمرنگ، خاكستري متمايل به سبز و سبز تيره مي‌باشد( بسته به نوع ناخالصي ودرجه خلوص آن). رنگ تالك درحالت كلوخه ممكن است خاكستري يا سبز باشد ولي به حالت پودري و خالص داراي رنگ سفيد درخشان مي‌باشد.
تالك داراي جلاي مرواريدي نيمه شفاف و لمس چرب دارد. وزن مخصوص نوع خالص آن بين 7/2 تا 8/2 متغير است. در صورت خالص بودن، تالك داراي سختي يك مي‌باشد ( نرمترين كاني در جدول موهس كه با ناخن خط برمي‌دارد).
از لحاظ شكل ظاهري تالك بندرت داراي بلورهاي مسطح مي‌باشد. اغلب توده‌اي با ساختمان داخلي ورقه‌اي، همچنين توده‌اي دانه‌اي، فشرده و مخفي بلورين (كريپتوكريستالين) است. كليواژ تالك كامل است. يعني باعث صفحات نازك قابل انحناء ولي بدون خاصيت ارتجاعي مي‌گردد.

تالكي كه در صنعت بكار مي‌رود از نظر كاني شناسي، فزون بر خود كاني تالك، طيف وسيعي از كانيها را شامل مي‌شود كه بهترين آنها عبارتند از:
تالك مورد استفاده در صنعت علاوه بر خود تالك طيف وسيعي از كاني ها را شامل مي‌گردد كه مهمترين آنها پيروفيليت، سرپانتين، آنتوفيليت، ترموليت و آكتينوليت مي‌باشند. اين كانيها در طبيعت معمولاً با تالك همراه هستند.
تالك يك كاني خنثي، غيرساينده و نرم است كه به راحتي پودر مي‌شود و به عنوان پركننده در رنگ، پلاستيك، كاغذ، لاستيك، چسب، داروسازي و گچ بكار مي‌رود.

کاني هاي فلدسپار

 

فلدسپارها از نظر شکل و خواص فيزيکي رابطه نزديکي با يکديگر دارند وليکن مي توان آنها را به 3 گروه تقسيم نمود که عبارتند از: كلسيت، پتاسيك و سديك.
فلدسپارهاي باريم کمياب بوده و داراي تقارن مونوکلينيک مي باشد و اهميتي به عنوان کاني هاي سنگ ساز ندارند.
فلدسپارهاي پتاسيم دار تقارن مونوکلينيک مي باشد. کاني هاي فلدسپار پتاسيم به چندين شکل مشخص تشکيل مي شوند و داراي خواص فيزيکي و نوري متفاوت اما پيوسته مي باشند.
فلدسپارهاي سديم و کلسيم دار (پلاژيوکلازها) که داراي تقارن تري کلينيک مي باشد.
فلدسپار آمونيم (بودينگ تونيت) با تقارن مونوکلينيک نيز در سال 1964 از رسوب يکي از چشمه هاي آب گرم در کاليفرنيا معرفي شده است.
در بررسي ها معمولاً‌ از عنوان"كانيهاي گروه فلدسپات" استفاده مي شود. اين گروه شامل كانيهاي آلومينو سيليكاته با كلاس تكتوسيليكات ها هستند كه حاوي پتاسيم، سديم و يا كلسيم و به ندرت باريم هستند. فلدسپارها با درنظر گرفتن نوع كاتيون، نحوه تشكيل (حرارت و محيط تشكيل)، منشاء و سنگ مادر در طبيعت مي توان آنها را به شرح زير تفكيك كرد:
‌ فلدسپاتهاي آلكالن يا اُرتوكلازها (ميكروكلين، ارتوز، سانيدين، آنورتوز) كه از آنها درمنابع مختلف به نام هاي پتاسيم فلدسپات و آلكالن فلدسپات نيز نام برده مي شود.
پلاژيوكلازها (ايزومورف هاي سري آلبيت، آنورتيت)
فلدسپاتهاي سنگين (سلسيان - هيالوفان) كه نادر بوده و فاقد ارزش اقتصادي هستند.
فلدسپات هاي پلاژيوكلاز، جزء فراوانترين كانيها درطبيعت بوده و توزيعي گسترده تر و فراوان تر از فلدسپات هاي پتاسيم دارند و در سنگهاي آذرين و دگرگوني و به ميزان خيلي كمتري در سنگهاي رسوبي قرار دارند.
در سري پلاژيوكلازها، عضو انتهايي An، نقطه ذوب بسيار بالاتري از عضو انتهايي آلبيت دارد. بنابراين در مراحل آغازين تبلور ماگما ودر دماهاي بالا فلدسپات هاي غني از كلسيم و دردماي پايين تر فلدسپات هاي غنــي از ســديم متبلور مي شوند. باتوجه به اين امر، گاهي پلاژيوكلازهايي به وجود مي آيد كه مركز بلور از كلسيم غني تر و حاشيه ها غني از سديم است.
آلبيت دماي پايين در سنگهاي آذرين دروني و آلبيت دماي بالا در سنگهاي آذرين بيروني و بيشتر در گدازه ها تشكيل مي شود در سنگهاي آذرين اغلب با ارتوز و ميكروكلين همراه است و در سنگهاي آذرين اسيدي مانند گرانيت ها، سينيت ها، ريوليت ها و تراكيت ها يافت مي شود. آلبيت در پگماتيت ها فراوان بوده و دراين سنگها ممكن است جايگزين ميكروكلين اوليه شده باشد اليگوكلاز كاني مشخص گرانوديوريت ها و مونزونيت ها است و آندزين در آندزيت ها و ديوريت ها يافت مي شود.
لابرادوريت در بازالت ها و گابروها وجود دارد و در آنورتوزيت تنها كاني مهم سازنده سنگ را تشكيل مي دهد.
بيتونيت در گابروها يافت شده و ندرتاً در ساير سنگها ديده مي شود و آنورتيت كمياب تر از پلاژيوكلازهاي سديم دار است و در سنگهاي سرشار از كانيهاي تيره و سنگهاي آهكي دانه اي در اثر دگرگوني مجاورتي به وجود مي آيد.
پلاژيوكلازها در سنگهاي دگرگوني نيز فراوان هستند و در سنگهاي رسوبي اغلب به صورت تخريبي ديده مي شوند. فلدسپاتهاي باريم دار يا فلدسپاتهاي سنگين مانند سلسيان و هيالوفان نسبت به ساير كانيهاي گروه فلدسپات كمياب هستند.
فلدسپارهاي سديم و کلسيم دار (پلاژيوکلازها):
•آنورتيت Anortite :
آنورتيت به فرمول شيميايي (CaAl2Si2O8) فلدسپات نوع كلسيت است.
•بيتونيت
•لابرادور
•آندزين
•اليگوكلاز
•آلبيت Albite :
آلبيت به فرمول شيميايي (NaAlSi3O8) فلدسپات نوع سديك است. آنورتيت و آلبيت به دليل آن كه مي توانند جانشين شوند، در ساختمان كاني پلاژيوكلاز شركت مي كنند.
فلدسپاتهاي پتاسيم دار :
چند ريختي هاي فلدسپات پتاسيم عبارتند از :
سانيدين، ارتوكلاز، ميكروكلين و آدولاريا.
•ميكروكلين
نوع دماي پايين فلدسپات هاي پتاسيم دار، ميكروكلين است. ميکروکلين به فرمول شيميايي (KAlSi3O8) فلدسپات نوع پتاسيك آن است. ميکروکلين در سيستم تري کلينيک متبلور شده و در طيف وسيعي از سنگ هاي آذرين و دگرگوني در دماهاي متوسط تا پائين مي باشد.
اين كاني از نظر تركيب مشابه سانيدين و ارتوز است اما از آنجايي كه درسيستم تري كلينيك متبلور مي شود فرم تقارن آن مانند سانيدين نبوده و بنابراين مشابه آلبيت است.ميكروكلين يك عضو سازنده مهم سنگهاي آذرين مانند گرانيت ها و سينيت ها است كه در عمق نسبتاً زياد به آرامي سرد شده اند. اين كاني فلدسپات پتاسيم دار متداول در پگماتيت ها است. در پگماتيت ها ممكن است ميكروكلين و كوارتز با هم رشد كنند و دراين حالت بافت گرافيك را بوجود مي آورند. اين كاني در ايران، بيشتر در سنگهاي آذرين دروني اسيدي مانند گرانيت ها و سينيت ها وجود دارد.
•ارتوز (ارتو کلاز)
پتاسيم فلدسپات به فرمول شيميايي (KAlSi3O8) فلدسپات نوع پتاسيك آن است. ارتوکلاز معمولي يکي از انواع مونوکلينيک در طيف وسيع سنگ هاي آذرين و دگرگوني در دماهاي متوسط تا پائين مي باشد.
ميان سديم فلدسپات (آلبيت) و پتاسيم فلدسپات، جانشيني محدودي وجود دارد و فلدسپات هاي اين سري به انواع آلكالي فلدسپات ها شهرت دارند.
ارتوكلاز يكي از كانيهاي سازنده مهم گرانيت ها، گرانوديوريت ها و سينيت هايي است كه در عمق متوسط و به صورت بسيار سريع رشد كرده اند. در ايران بيشتر در سنگهاي آذرين دروني اسيدي از جمله در پگماتيت هاي ارتوكلازدار مشهد ديده مي شود.
•سانيدين
سانيدين که پلي مورف دماي بالا و مونوکلينيک بوده و در سنگ هاي آتشفشاني رخ مي دهد. سانيدين درسنگهاي آذرين خروجي اسيدي، مانند ريوليت ها و تراكيت ها و توف هاي اسيدي ديده مي شود. اين كاني در سنگهايي ديده مي شود كه از سرد شدن سريع مواد مذاب آتشفشاني با دماي اوليه بالا به وجود آمده اند. در ايران، اين كاني در تراكيت هاي شيشه اي زئوليت دار علي آباد قم يافت مي شود (كاني شناسي سيليكاتها، 1375).
•آدولاريا
آدولاريا که مي تواند در سيستم مونوکلينيک يا تري کلينيک متبلور شود، فلدسپاري است که داراي شکل بلوري خاصي بوده و در رگه هاي هيدروترمال دماي پائين مي باشد.
ميکروکلين و سانيدين پلي مورف هايي با ارتباط نظم- بي نظم بوده و اتم هاي Al, Si به صورت تصادفي در مواضع شبکه اي خود در سانيدين توزيع شده اند اما در ميکروکلين اين توزيع داراي نظم مي باشد.
شکل بي نظم،پلي مورف پايدارتر در دماهاي بالاتر از 700 درجه سانتگراد است و ميکروکلين را مي توان در اين دما به صورت هيدروترمال تبديل به سانيدين کرد.عکس اين تبديل تا کنون در آزمايشگاه انجام نپذيرفته است که علت امر نيز ظاهراً انرژي اکتيواسيون بالايي است که براي نظم بخشيدن به اتم هاي Al, Si لازم است.
ارتوکلاز و آدولاريا از نظر ساختماني حدواسط بين سانيدين و ميکروکلين مي باشد. احتمالا ًبيشتر ارتوکلازها در آغاز به صورت سانيدين متبلور شده اند. آدولاريا ظاهراً شکل نيمه پايداري است که تحت شرايط تبلور سريع در حوزه پايداري ميکروکلين تشکيل مي شود، بدين ترتيب که تبلور سريع مانع از ايجاد يک آرايش منظم Al,Si مي گردد. در دماهاي بالا محلول جامد کامل بين KALSi3O8 و NaAlSi3O8 وجود دارد. اعضاي پتاسيم دارتر اين سري داراي تقارن مونوکلينيک بوده و ارتوکلاز سديم دار ناميده مي شوند که پتاسيم در آنها بيش از سديم است.
اعضاي سديم دارتر اين سري بيش از 63% آلبيت دارند، داراي تقارن تري کلينيک بوده و آنورتوکلاز ناميده مي شوند.
در دماهاي کمتر محلول هاي جامد بينابيني موجود در بين ارتوکلاز و آلبيت نيمه پايدار بوده و در شرايط سرد شدن تدريجي شکسته شده و به صورت رشد درهمي از تيغه هاي نيمه موازي جهت دار در مي آيند که ترکيب آنها به طور متناوب سديم دار و پتاسيم دار مي باشد. چنين رشد درهمي را پرتيت يا آنتي پرتيت مي نامند. در پرتيت ها، پلاژيوکلاز به صورت لايه هايي داراي جهت يکنواخت، رگه ها يا قطعات پراکنده اي در ارتوکلاز يا ميکروکلين ديده مي شود. در آنتي پرتيت ها اين رابطه برعکس مي باشد.
چهارچوب چهار وجهي هاي متصل به هم AlO4, SiO4 در ساختارهاي مونوکلينيک و تري کلينيک به شکل پيوسته و يک دست است. در دماهاي بالا، يون هاي Na, K به صورت تصادفي در اين چهارچوب ساختماني توزيع شده و بلوري همگن را بوجود آورده اند.
در دماهاي پائين تر بر اثر تشکيل لايه هاي غني در پتاسيم و لايه هاي غني در سديم نظم به وجود آمده و صفحات متناوبي با تقارن مونوکلينيک يا رشته هاي مونوکلينيک و تري کلينيک بوجود مي آيد.
طبقه بندي سنگهاي آذرين، به ميزان زيادي براساس نوع و مقدار فلدسپات موجود است. به عنوان يك اصل، هرچه درسنگي درصد SiO2 بالاترباشد،مقداركانيهاي تيره آن كمتر فلدسپاتهاي پتاسيم دار بيشتر و پلاژيوكلازهاي آن سديم دارتر خواهند بود و برعكس كاهش درص SiO2،موجب افزايش كانيهاي تيره و كلسيم دارتر شدن پلاژيوكلازها مي شود.
فلدسپارها را بسته به نوع کاتيون، نحوه تشکيل(حرارت و محيط تشکيل)، فشار و سنگ مادر مي توان تقسيم بندي نمود :
1-فلدسپارهاي آلکالن يا ارتوکلازها ( ميکروکلين، ارتوز، سانيدين و آنورتوز).
2-پلاژيوکلازها ( ايزومورف هاي سري آلبيت – آنورتيت ).
3-فلدسپارهاي سنگين ( سلسيان - هيالوفان ) که نادر بوده و فاقد ارزش اقتصادي است.

 

 

تاريخچه

واژه بنتونيت Bentonite را نخستين بار در سال 1898 دانشمندي به نام نايت Knight به كار برده است. اين واژه از اصطلاح محلي شيلهاي بنتون واقع در ايالات وايومينگ امريكا گرفته شده است.

 

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.

 

تاريخچه

واژه كائولن از سلسله جبال بلند كائولينگ به معني قله مرتفع در ناحيه جيان كسي در كشور چين گرفته شده است كه از خاك چيني سفيد رنگ تشكيل شده است.
در اواسط دوران تانگ، قبل از ميلاد مسيح، صنعتگران چيني قدمهاي نخستين را در تصفيه و پاك نمودن مواد اوليه جهت توليد كالاهايي برتر و عاري از نقص برداشته بودند. اين تحولات ابتدا منجر به ساخت برخي ظروف سفالين با سنگ‌نما به رنگ سفيد شد كه در تهيه آنها از خاك كائولن استفاده مي‌گرديد. آميختن فلاسپاتها با كائولن منجر به تهيه ظروف مزبور گرديد. كه نوع بدنه آنها از استحكام، سفيدي متمايل به زرد و شفافيت متوسطي برخوردار بوده است.
بعلت استقبال فراوان از اين ظروف، عرضه آنها در بازارهاي جهاني افزايش پيدا كرد. اولين كارخانجات صنعتي ظروف پرسيلن يا چيني در چينگ ـ ته ـ چن تأسيس شد كه صدها سال در اين زمينه فعاليت مي‌كردند. يكي از كشفيات قابل توجهي كه در آن زمان حاصل گرديد و بعدها مورد تقليد و دوباره سازي ساير صنعتگران قرار گرفت. استفاده از كبالت بخاطر رنگ آبي حاصل از آن در ترسيم نقوش بر روي ظروف مزبور بود. كبالت قبلاً بوسيله ايرانيان بر روي ظروف سفالين مورد استفاده قرار گرفته و از طريق آنها نيز به صنعتگران چين منتقل شده بود. بطور كلي تمام مراحل ساخت، اصول اوليه و فرمول چگونگي تهيه چيني آلات هميشه نزد چينيان مخفي نگهداشته مي‌شد و آنها همواره اين اسرار را بصورت گنجي پاسداري مي‌كردند.
كشور ژاپن را نيز از دير زمان مي‌توان جزء يكي از اولين و بزرگترين توليد كنندگان كالاهاي پرسيلن (چيني‌آلات) محسوب نمود. محصولات اين كشور هميشه به تعداد فراوان و با مرغوبيتي متوسط در سطح جهان عرضه مي‌شده است. فرآورده‌هاي ژاپن اغلب از نقوش و فرمهاي تقليدي برخوردار بودند و گرچه از جهات تكنيكي در سطح عالي قرار داشتند ولي به لحاظ عدم ابتكار توليدات نامحدود، محصولات چيني اين كشور به لحاظ اهميت در دوره دوم جهاني قرار دارد.
در چين سفرهاي ماركوپلوو ديگران قطعاتي از چيني‌هاي ساخت وارد اروپا گرديد. در آن زمان اروپائيان ظروفي خشن و ابتدائي توليد مي‌كردند كه پس از مشاهده قطعات چيني كوشش فراواني در ساختن ظروف چيني بكار بردند. صنعتگران اروپائي با اضافه كردن گرد شيشه به خاكهاي سفيد رنگ سعي نمودند كه محصولات چيني مشابه محصولات كشور چين را توليد نمايند ولي اين كشف تا سال 1709 كه مقارن با شروع تحولات صنعتي در اروپا مي‌باشد، بوقوع نپيوست.
در آن زمان يعني اواخر قرن 18 ميلادي سفالگران با تجربه پي مي‌بردند كه تمام رازها در تركيب كائولن، سيليس و فلدسپات نهفته است و گفته مي‌شود كه اين كشف براي اولين بار توسط بانگر كه شاگرد يك دوافروش آلماني بود انجام گرفته است، ولي امروزه اين كشف را به گرافونت شرينهاس نسبت مي‌دهند. در برخي نوشته‌ها به چگونگي روش ساخت چيني و ورود آن بصورت مخفيانه به اروپا توسط ميسيونرهاي مذهبي اروپائي اشاره شده است. اين كشف به سرعت در تمام اروپا اشاعه پيدا كرد و كارخانجات چيني سازي در سرتاسر اين قاره احداث گرديد.
در انگلستان خاك سفيدي كه از منطقه كورنوال استخراج مي‌شود پرسيلن ادت به معني خاك چيني مي‌نامند. در طي سالهاي اخير همراه با گسترش دانش و كشف خواص گوناگون كائولن، اين ماده جايگاه خاصي در صنعت كسب كرده و امروزه بعنوان ماده اوليه اصلي يا جنبي و كاتاليزور در بسياري از صنايع استفاده مي‌گردد.
كائولن در ايران نيز از دير باز مورد توجه بوده و آثار حفريات قديمي از قبيل تونل و گودالهاي متعدد، حكايت بر شناخت آن نزد پيشينيان ايران زمين دارد. تاريخ معدنكاري بر روي كائولن در ايران به درستي معلوم نيست. در قرن نهم اين اشياء در بين ايرانيان بسيار رايج بوده و سفالگران سلاجقه و صفويه سعي فراوان در بازسازي آنها كردند. در عصر صفويان تعدادي از صنعتگران چيني نيز جهت تعليم و آموزش به ايران آمدند ولي از اين آموزش نتايج مطلوبي حاصل نشد. بجز آنكه ايرانيان بشدت تحت تأثير نقوش و رنگهاي هنرمندان چيني قرار گرفتند. از آن به بعد بتدريج پي به اهميت و خواص كائولن بردند و در صنايع مختلف از آن استفاده كردند.

 
خاک رس
دید کلی

رسها به همراه کلوئیدها ، فعالترین بخش خاک محسوب می شوند و اکثر آنها دارای ساختمان بلوری هستند. قبل از مطالعه کانیها توسط اشعه ایکس تصور می‌شد که کانیهای رسی ذرات کوچک و ریز کانیهای اولیه نظیر ذرات کوارتز ، فلدسپار و میکاها باشند، در حالی که در حال حاضر کانیهای رسی ، ترکیب شناخته شده‌ای دارند که شبیه این کانیها نیست و تنها کانی میکا به آنها شبیه است. کانیهای رسی ، اغلب کانیهای جدید یا حاصل انحلال کانیهای اولیه یا کانیهای ثانویه هستند.

 

 

 
 

 

 
تاثیر آب و هوا بر خاک رس

خاکها در مناطق گرم و شرایط آب و هوایی مرطوب جایی که زهکشی مناسبی ندارد، دارای میزان بالایی از کانیهای اولیه حل شده می‌باشند که به کانیهای رسی تبدیل شده‌اند. خاکهای موجود در مناطق گرم و مرطوب ، میزان بالایی از رس حتی در اعماق 5 تا 20 متری دارند. در حالت زهکشی مناسب ، کانیهای رسی از درون سیستم خاک خارج می‌شوند. بعضی کانیهای رسی در اثر تجزیه و دگرسانی کانیهای اولیه نظیر میکاها تشکیل می‌شوند.
منشا تشکیل دهنده رسها

    * رسهای درجا که در حین تشکیل خاک شکل می‌گیرند.
    * رسهای تغییر مکان یافته که در اثر فرسایش بیشتر حرکت کرده و مجددا در محل جدید نهشته می‌شوند.
    * رسهای تبدیل شده که از رسهای به شدت هوازده و فرسایش یافته تجمع کرده و در رسوبات و خاکها رسوب گذاری می‌کنند.
    * رسهای تشکیل شده جدید که در اثر تبلور مجدد رسهای موجود در محلولها ، در خاک در حال تشکیل شکل می‌گیرند.

 

 

 

 
 

 

 
کانیهای رسی

این کانیها سیلیکاتهای آلومینیوم آبداری هستند که ساختمان ورقه‌ای داشته و مانند میکاها ، از فیلوسیلیکاتها می‌باشند.
ساختمان کانیهای رسی

    * لایه‌ای از چهار وجهی‌های (تتراهدرالهای) Si _ O. در این لایه ، هر چهار وجهی با چهار وجهی مجاورش ، سه اتم اکسیژن به اشتراک گذاشته‌اند. واحد پایه است، اما Al می‌تواند حداکثر جانشین نصف اتمهای Si شود.
    * لایه‌ای متشکل از Al در موقعیت اکتاهدرال با یونهای و بطوری که در عمل یونهای بین دو لایه از یونهای O/OH قرار می‌گیرند. عناصر Mg ، Fe و سایر یونها ، ممکن است جانشین Al شوند.
          o گیبسیت : لایه Al _ O/OH را لایه گیبسیت می‌گویند. چون ساختمان این کانی کلا از چنین لایه‌هایی تشکیل شده است.
          o بروسیت : لایه Mg _ O/OH را لایه بروسیت می‌گویند. چون ساختمان این کانی کلا از این لایه‌ها تشکیل شده است.

تقسیم بندی ساختمانی رسها

    * گروه کاندیت :
          o ساختمان دو لایه ای دارند یعنی لایه تتراهدرال بوسیله یونهای O/OH به لایه اکتاهدرال متصل است.
          o در آن جانشینی به جای Al و Si صورت نمی‌گیرد، لذا فرمول ساختمانی آن است.
          o اعضا این گروه کائولینت ، هالوئیزیت (کائولینیت آبدار) ، دیکیت ، ناکریت هستند.
          o فاصله بنیادی (فاصله بین یک لایه سیلیس با لایه سیلیس بعدی) 7 آنگستروم است.
    * گروه اسمکتیت :
          o ساختمان 3 لایه‌ای دارند. بطوری که یک لایه اکتاهدرال مانند ساندویچ بین دو لایه تتراهدرال سیلیس قرار دارد.
          o فاصله بنیادی 14 آنگستروم است و با جذب آب تا 21 آنگستروم می‌رسد.
          o اعضا این گروه شامل مونتموریلونیت ، ساپونیت ، نانترونیت (وقتی Fe جانشین Al می‌شود) و استونزیت (وقتی Mg جانشین Al شود) می‌باشند.
    * اعضای گروه اسمکتیت :
          o ورمیکولیت : ساختمانی مشابه اسکمتیت دارد، ولی در آن تمام موقعیتهای اکتاهدرال بوسیله و اشغال شده و جانشین شده است.
          o ایلیت : این کانی نیز ساختمانی مشابه اسکمتیت دارد، اما به علت جانشینی به جای در لایه‌های تتراهدرال ، کمبود بار بوجود می‌آید که بوسیله که در موقعیتهای بین لایه‌ای قرار می‌گیرد، جبران می‌شود. یونهای ، و نیز در آن دیده می‌شوند. فاصله بنیادی 10 آنگستروم است.
          o کلریت : ساختمان سه لایه‌ای (مثل ایلیت و اسکمتیت) دارد، ولی لایه‌های بروسیت (Mg _ O/OH) بین آنها قرار دارند. فاصله بنیادی 14 آنگستروم است.

منشا کانیهای رسی در رسوبات یا سنگهای رسوبی

    * رسهای موروثی یا وراثتی : این رسها از انواع آواری هستند.
    * رسهای تازه تشکیل شده (Neoformation) : این رسها به صورت برجا و در اثر ته‌نشینی مستقیم از محلول یا از مواد سیلیکاته آمورف و یا حاصل جانشینی هستند.
    * رسهای تبدیلی (Transformation) : رسهای موروثی از طریق تبادل یونی یا تغییر منظم کاتیونها ، به رسهای تبدیلی ، تبدیل می‌شوند.

فرایندهای تشکیل دهنده انواع رسها

    * محیط هوازدگی و تشکیل خاک : اصلی‌ترین محیط تشکیل رسها مخصوصا رسهای موروثی یا وراثتی است.
    * محیط رسوبگذاری : رسها از آب حوضه یا آبهای حفره‌ای ته‌نشین می‌شوند (مخصوصا رسهای تازه تشکیل شده).
    * دیاژنز و دگرگونی درجه پایین : در طول این فرآیند انواعی از رسها (مخصوصا رسهای تبدیلی) حاصل می‌گردند.

دیاژنز کانیهای رسی

کانیهای رسی در طول دیاژنز اولیه و دیاژنز نهایی و همچنین در طول دگرگونی تغییر یافته و حتی دگرسان می‌شود. اصلی‌ترین فرایند فیزیکی که رسها را تحت تاثیر قرار می‌دهد، فشردگی (Compaction) است که باعث خروج آب و کاهش ضخامت آنها تا 0،1 ضخامت اولیه می‌شود.

كاني‌هاي رسي گروه بزرگ و با اهميت از كاني‌ها هستند كه زير بخشي از مجموعه فيلوسيليكات‌ها (سيليكات‌هاي ورقه‌اي) مي‌باشند. كاربرد اين كاني‌ها به ويژه در مباحث عمراني (به عنوان مصالح مفيد و گاها مضر) و نيز در صنايع سراميك، گل حفاري چاه‌هاي نفت، توليد كاغذ، در ساخت مواد پلاستيكي و لاستيكي، صنايع نسوز، ايزولاسيون و چندين و چند كاربرد ديگر بر هيچكس پوشيده نيست. لذا با توجه به اهميت آنها در كنار تنوع اين كاني‌ها بر آن شديم تا شرح مختصري از ويژگي‌هاي كلي اين كاني‌ها را در زير دنبال كنيم.

 

منشاء كاني‌هاي رسي

كاني‌هاي رسي در طبيعت به صورت ثانويه و از هوازده يا دگرسان شدن كاني‌هاي اوليه ديگر نظير فلدسپارها، ميكاها، آمفيبول‌ها و ... تشكيل مي‌شوند و لذا به دليل منشاء ثانويه، اين كاني‌ها معمولا به صورت تنها ديده نمي‌شوند و غالباً مجموعه‌اي از كاني‌هاي رسي همراه با برخي از كاني‌هاي اوليه يا ثانويه ديگر نظير كربنات‌ها، فلدسپارها، ميكاها و كوارتز در محل كانسارهاي مربوطه، تواما ديده مي‌شوند. مبحث مربوط به چگونگي تشكيل اين دسته از كاني‌ها و جزئيات فرايندهاي درگير با آن بسيار مفصل بوده و شرح مفصل آن در اين نوشتار مقدور نيست.

 

گروه‌هاي اصلي كاني‌هاي رسي

با توجه به ساختار بلوري، تركيب شيميايي و فيزيكي، كاني‌هاي رسي را به سه گروه اصلي (كه در بعضي از متون گروه كلريت هم به آنها اضافه مي‌شود) به شرح ذيل تقسيم مي‌كنند:

 

1. گروه كائولينيت (Kaolinite)

اين گروه شامل سه كاني كائولينيت، ديكيت (Dickite) و ناكريت (Nacrite) با فرمول شيميايي يكسان Al₂Si₂O₅(OH)₄ مي‌باشد. اين سه كاني پلي مرف (به معني تركيب شيميايي يكسان و ساختار بلوري متفاوت) هم هستند.

ساختار عمومي گروه كائولينيت متشكل از ورقه هاي سيليكات (Si₂O₅) پيوند خورده با اكسيد يا هيدروكسيدهاي آلومينيوم (Al₂(OH)₄) كه لايه‌هاي گيبسيت ناميده مي‌شوند، مي‌باشد. لايه‌هاي گيبسيت و سيليكات پيوند شيميايي محكمي دارند و بين دو لايه مجاور پيوند ضعيفي از سيليكات – گيبسيت قرار مي‌گيرد كه در راستاي پيوندهاي ضعيف حالت ورقه‌اي در آنها ايجاد مي‌شود.

 

2. گروه مونت موريلونيت - اسمكتيت (Montmorillinite-smectite)

اين گروه شامل كاني‌هاي پيروفيليت(Pyrophyllite) ، تالك، ورميكوليت، ساكونيت، ساپونيت و نانترونيت و مونت موريلونيت با فرمول خيلي متفاوت و متغير  (½Ca,Na)(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O مي‌باشد. لايه‌هاي گيبسيتي ذكر شده در گروه كائولينيت در اين گروه توسط لايه مشابهي تحت عنوان بروسيت (Mg₂(OH)₄)، جانشين مي‌شود. ساختار اين گروه متشكل از دو لايه سيليكات كه يك لايه گيبسيت يا بروسيت در بين آن واقع شده است، مي‌باشد. در بين لايه‌ها مقادير متنابهي آب مي‌تواند نافذ گردد.

 

3. گروه ايليت (يا رس – ميكا)(Illite)

اين گروه فقط شامل ايليت است كه نوعي مسكويت (ميكاي سفيد) آبدار شده ميكروسكوپي مي‌باشد. اين كاني به فرمول شيميايي K₂Al₄(Si₆,Al₂)O₂₀(OH)₄ بوده و ساختار بلوري مشابه با مونت موريلونيت دارد كه در بين لايه‌هاي ايليت علاوه بر آب K⁺ نيز مي‌تواند رسوخ كند.

نوع و مشخصات مینرالهای مورد استفاده در صنعت کاشی


به طور كلي به كاشي كف كاشي و به كاشي ديواري سراميك گفته مي شود.

نوع و مشخصات مينرالهاي مورد استفاده در صنعت كاشي:



الف: ايليت



خاك سه لايه اي داراي پتاسيم كه منجر به جذب آب كم ميشود.هرچه رنگ آن سبز تر باشد مرغوب تراست زيرا كه داراي K بيشتري است.

خواص ايليت:

1 : سختي پايين

2: استحكام پخت بالا

3: پايداري در ابعاد

4: افزايش بازده بالميل و پرس

5: انبساط معمولي پس از پرس

6: نقطه ذوب پايين



ب: بنتونيت(مونت موري لونيت)





بنتونيت خالص را مونت موري لونيت گويند. مينرال اصلي آن مونت موري لونيت است. ساختار آن شبيه ايليت است.

خواص بنتونيت در بدنه:

انبساط معمولي پس از پرس

1: انبساط ضخامت پس از پرس

2: استحكام خام و خشك بالا ولي پخت پائين

3: انقباض زياد

4: جذب آب زياد

5: استحكام پس از پرس

استفاده آن در ديوار بيشتر از كف است.



ج: تالك



سيليكات آبدار منيزيم 3MgO,4SiO2,H2O



خواص تالك:



1: نرمترين ماده در جدول موهس؛ سختي 1

2: لمس چرب يا صابوني دارد.

3: ساختمان سه لايه اي:

4: انبساط پس از پخت و خشك زياد

5: مقاومت در برابر شوك حرارتي

6: ثبات ابعاد

7: بهتر كردن كيفيت سطح بدنه

8: كمك به خشك كردن لعاب

9: لعاب اعمال شده بر روي آن نيز پس از پخت سطح صافي را بوجود مي آورد.



د: پيروفيليت



رس سه لايه اي . بيشتر در كاشي كف استفاده ميشود.

خواص:

1: پلاستيسيته پائين

2: جذب آب كم

3: انبساط معمولي پس از پرس

4: استحكام خام و خشك پائين

5: انبساط پس از خشك شدن زياد است.

6: پس از پخت هم در دماي 1020 درجه انبساط بسيار بالايي از خود نشان مي دهد.



و: انواع كربناتها و كربناتهاي مضاعف



در دماي پائين تر از 900-800 درجه خارج ميشوند. اگر زمان براي خروج Co2 ندهيم عيوبي مثل بادكردگي و تيرگي لعاب در بدنه ايجاد مي شود. پس از اين مواد نبايست در تك پخت سريع استفاده كرد چون كه سريع خارج نمي شود.

مزاياي آن(Co2):

1: استحكام پخت بالا

2: جلوگيري از عيب ماه گرفتگي

3: جلوگيري از انبساط حرارتي

4: ثبات ابعاد

5: جذب آب بالا



ه: ولاستونيت



سيليكات كلسيم است.از آن مي توان به جاي كربنات استفاده كرد.

خواص :

1: استحكام پخت بالا: دليل اصلي آن داشتن كريستالهاي سوزني است.

2: ضريب انبساط حرارتي كم

3: استحكام خام و خشك كم ولي پخت بالا

4: انقباض خشك اصلاً ندارد؛ كه براي كاشي كف خوب است.

5: در دماي 1020 درجه انقباض پخت آن 0.3% است.

در ايران از اين ماده براي بدنه استفاده مي شود ولي براي لعاب مورد استفاده است زيرا كه در لعاب كاشي هاي ديوار و كف به دليل مات كنندگي نسبت به كربنات كلسيم ديگر جوش نمي زند.

فاکتورهای موثر بر انتخاب مواد اولیه در کارخانجات کاشی
فاكتورهاي مؤثر بر انتخاب مواد اوليه:

1-ميزان سولفاتها؛ سولفيتها؛ سولفيدها و سولفور آزاد در خاك:

اين مواد منجر به ويسكوز كردن و نيز تيكسوتروپ كردن دوغاب مي شوند.

با استفاده از كربنات باريم مي توان از طريق واكنش جانشيني دوگانه تاثير سولفات را از بين برده و از بروز عيب پينهول جلوگيري كنيم.

هرچه سولفور مصرفي كمتر باشد عمر مفيد كوره بيشتر خواهد بود زيرا در اثر تجزيه سولفور خوردگي نسوزهاي مصرفي در كوره را شاهد خواهيم بود.

بطور خلاصه اثرات مخرب سولفاتها:

1: روانسازي را دچار مشكل مي كند.

2: زمان سايش بالا ميرود.

3: پينهول و بليستر لعاب را زياد مي كند.

4: خوردگي نسوزهاي كوره.

2-ميزان پرت خاك:

در رس هاي سه لايه اي ميزان پرت 5% است و در كائولينيت(رس دو لايه اي ) 13.9% مي باشد.

3-رنگ پس از پخت:

تيتان رنگ پس از پخت را تيره نمي كند به شرطي كه اكسيد آهن در بدنه نباشد. امّا اگر باشد تيتان نگ ناشي از آهن را شدت مي بخشد.

حضور MgO و CaO در تركيب بدنه از شدت تيرگي ناشي از اكسيد آهن مي كاهد.

4- استحكام پخت:

استحكام پخت به فازهاي پس از پخت و ميزان تخلخل در بدنه بستگي دارد.

افزايش ميزان اكسيد آهن و فلدسپاتها تا جايي كه ميزان تخلخل بدنه را كاهش دهند مي توانند منجر به افزايش استحكام بدنه شوند.

5- ابعاد كاشي

6- محل مصرف كاشي

7- پلاستيسيته:

هرچه پلاستيسيته بالا باشد استحكام خام و خشك آن بيشتر خواهد شد.

قويترين عامل و ماده اوليه در تقويت استحكام خام و خشك بنتونيت است.

8- انقباض پخت:

ميزان انقباض متاثر از فاكتورهاي متنوعي از جمله دماي پخت، فشار پرس، دانه بندي(زبره پس از بالميل) و تركيب بدنه خواهد بود.

اصولاً خاكهاي فلدسپاتي انقباض حين پخت را افزايش مي دهند و خاك هاي رسي از انقباض نسبتاً جلوگيري مي كنند.

9-جذب آب:

كربناتها جذب آب را بالا مي برند.

10- سختي مواد اوليه

11-: سنگ سازي بالميل

12- ذخيره معدن

---

نویسنده: admin, محل سکونت: همدان تاریخ: دوشنبه 17 فروردین 1388 - 11:34    عنوان:  تشکیلات یک شرکت تولیدی کاشی

---

تشکیلات یک شرکت تولیدی کاشی
منبع: http://kavoshsazandmaybod.blogfa.com/
تشکیلات یک شرکت تولیدی کاشی در قسمت تولید کاشی و سرامیک به صورت زیر می باشد:



این تشکیلات به صورت کلی شامل بخشهای آماده سازی؛ فرمینگ؛ لعاب و دکورزنی؛ کوره و بسته بندی می باشد. ولی به صورت مجزا و عینی به واحدهای زیر تقسیم می گردد:

1- دپوی مواد اولیه:

شامل دپوهای ماهانه؛ هفتگی و روزانه می باشد.

در این واحد مواد اولیه برای تولید موجود است و پس از انجام فرایندهای مربوطه وارد بخش تولید می شود.

2- سنگ شکن:

خود این قسمت از سه سنگ شکن به اسم های چکشی، فکی و رینگ میل تشکیل شده است. مواد انبار شده در قسمت دپو بسته به مسائل فنی در این قسمت وارد سنگ شکن های چکشی؛ فکی و رینگ میل می شوند و بعد از خردایش آماده وارد شدن به بالمیل می گردند.

3- بالمیل:

منظور از بالمیل همان آسیاب است که مواد تشکیل دهنده کاشی یا سرامیک یا گرانیت به نسبت های مناسب داخل آن ریخته می شود و پس از خروج به اسم دوغاب در مخازنی ذخیره می شود.

4- لعاب سازی:

در این قسمت مواد مورد نیاز برای قسمت خط لعاب شامل انگوب آستر، لعاب؛ رنگ چاپ و انگوب زیر تولید می شود.

5- اسپری درایر:

در این واحد دوغاب تولید شده توسط بالمیل با استفاده از حرارت آب آن گرفته می شود و به خاک خشک که اصطلاحاً به آن گرانول می گویند تبدیل می شود.

6- پرس:

گرانول تولیدی در واحد اسپری درایر در این قسمت به کاشی خام یا بیسکوئیت تبدیل می گردد.

7- خط لعاب:

بیسکوئیت تولید شده در پرس در این واحد به ترتیب انگوب آستر می خورد و بعد از آن نیز لعاب بر روی آن اعمال می گردد و سپس بر حسب نیاز چاپ می خورد که ممکن است چند چاپ انجام شود و یا هیچ گونه چاپی انجام نشود.

8- کوره:

بسکوئیت تولید شده در خط لعاب بعد از استراحت وارد کوره می شود و پخته می گردد و به شکل کاشی و سرامیکی که می شناسیم از آن خارج می گردد.

9- بسته بندی:

کاشی پخته شده در کوره در این قسمت بر اساس یک سری پارامترهایی تائید شده توسط اداره استاندارد و خود شرکت جداسازی و کارتن و بسته بندی می گردد و به بازار ارائه می گردد.

---

نویسنده: admin, محل سکونت: همدان تاریخ: دوشنبه 17 فروردین 1388 - 11:36    عنوان:  نوع و مشخصات مینرالهای مورد استف

---

نوع و مشخصات مینرالهای مورد استفاده در صنعت کاشی
منبع: http://kavoshsazandmaybod.blogfa.com/post-2.aspx

به طور كلي به كاشي كف كاشي و به كاشي ديواري سراميك گفته مي شود.

نوع و مشخصات مينرالهاي مورد استفاده در صنعت كاشي:



الف: ايليت



خاك سه لايه اي داراي پتاسيم كه منجر به جذب آب كم ميشود.هرچه رنگ آن سبز تر باشد مرغوب تراست زيرا كه داراي K بيشتري است.

خواص ايليت:

1 : سختي پايين

2: استحكام پخت بالا

3: پايداري در ابعاد

4: افزايش بازده بالميل و پرس

5: انبساط معمولي پس از پرس

6: نقطه ذوب پايين



ب: بنتونيت(مونت موري لونيت)





بنتونيت خالص را مونت موري لونيت گويند. مينرال اصلي آن مونت موري لونيت است. ساختار آن شبيه ايليت است.

خواص بنتونيت در بدنه:

انبساط معمولي پس از پرس

1: انبساط ضخامت پس از پرس

2: استحكام خام و خشك بالا ولي پخت پائين

3: انقباض زياد

4: جذب آب زياد

5: استحكام پس از پرس

استفاده آن در ديوار بيشتر از كف است.



ج: تالك



سيليكات آبدار منيزيم 3MgO,4SiO2,H2O



خواص تالك:



1: نرمترين ماده در جدول موهس؛ سختي 1

2: لمس چرب يا صابوني دارد.

3: ساختمان سه لايه اي:

4: انبساط پس از پخت و خشك زياد

5: مقاومت در برابر شوك حرارتي

6: ثبات ابعاد

7: بهتر كردن كيفيت سطح بدنه

8: كمك به خشك كردن لعاب

9: لعاب اعمال شده بر روي آن نيز پس از پخت سطح صافي را بوجود مي آورد.



د: پيروفيليت



رس سه لايه اي . بيشتر در كاشي كف استفاده ميشود.

خواص:

1: پلاستيسيته پائين

2: جذب آب كم

3: انبساط معمولي پس از پرس

4: استحكام خام و خشك پائين

5: انبساط پس از خشك شدن زياد است.

6: پس از پخت هم در دماي 1020 درجه انبساط بسيار بالايي از خود نشان مي دهد.



و: انواع كربناتها و كربناتهاي مضاعف



در دماي پائين تر از 900-800 درجه خارج ميشوند. اگر زمان براي خروج Co2 ندهيم عيوبي مثل بادكردگي و تيرگي لعاب در بدنه ايجاد مي شود. پس از اين مواد نبايست در تك پخت سريع استفاده كرد چون كه سريع خارج نمي شود.

مزاياي آن(Co2):

1: استحكام پخت بالا

2: جلوگيري از عيب ماه گرفتگي

3: جلوگيري از انبساط حرارتي

4: ثبات ابعاد

5: جذب آب بالا



ه: ولاستونيت



سيليكات كلسيم است.از آن مي توان به جاي كربنات استفاده كرد.

خواص :

1: استحكام پخت بالا: دليل اصلي آن داشتن كريستالهاي سوزني است.

2: ضريب انبساط حرارتي كم

3: استحكام خام و خشك كم ولي پخت بالا

4: انقباض خشك اصلاً ندارد؛ كه براي كاشي كف خوب است.

5: در دماي 1020 درجه انقباض پخت آن 0.3% است.

در ايران از اين ماده براي بدنه استفاده مي شود ولي براي لعاب مورد استفاده است زيرا كه در لعاب كاشي هاي ديوار و كف به دليل مات كنندگي نسبت به كربنات كلسيم ديگر جوش نمي زند.



ی: كلريت



به دليل رنگ تيره پس از پخت بيشتر در بدنه هاي قرمز تك پخت استفاده مي گردد.

---

نویسنده: admin, محل سکونت: همدان تاریخ: دوشنبه 17 فروردین 1388 - 11:39    عنوان:  

---

آزمایشهایی کنترل کیفی بر روی محصولات کاشی
تستهای کنترل کیفی که بر روی محصولات شرکت های کاشی صورت می گیرد به قرار زیر است:

۱- آزمایش مقاومت در برابر یخ زدگی

۲- تست مقاومت به شوک حرارتی

۳- تست اتوکلاو

۴- تست استحکام خمشی

۵- تست مقاومت در برابر خراش

۶- تست مقاومت شیمیایی(مقاومت در برابر اسید و باز)


در آزمایش مقاومت در برابر یخ زدگی قطعه ای از کاشی را به مدت ۲۴ ساعت در آب قرار می دهند. آب وارد خلل و فرج و تخلخل های کاشی شده و بعد از آن از آب خارج می کنند و داخل فریزر قرار می دهند و تا ۳۰ درجه زیر صفر فریز کرده و سپس داخل آب ۳۰درجه می اندازند و این کار را ۳ مرتبه تکرار می کنند .

بعد از آن توسط محلول جوهر بر روی سطح کاشی رنگ می شود تا ترکها مشخص شود. البته نبایستی ترک بوجود بیاید تا قطعه و کاشی تایید شود.

ايران از واردات پيگمنت بي‌نياز مي‌شود

طرح تيتانيوم کهنوج در سال 82 با هدف توليد کنسانتره تيتانيوم و در نهايت توليد پيگمنت فعاليت خود را آغاز کرد. به گزارش روابط عمومي شرکت تهيه و توليد مواد معدني ايران، به نقل از روزنامه گسترش صنعت؛ ذخيره تيتانيوم در اين محدوده در دو بخش آبرفتي و سنگي معادل 570 ميليون تن با عيار متوسط 4/5 درصد برآورد شده که در مدت زمان آغاز طرح تاکنون بيش از پنج هزار تن کنسانتره ايلمنيت توليد شده و به فروش رسيده است. با احداث و راه‌اندازي کارخانه پيگمنت در کهنوج، کشور از واردات حدود 50 هزار تن پيگمنت در سال بي‌نياز مي‌شود.
  
   در روند فرآوري، عيار ايلمنيت تا 47 درصد افزايش مي‌يابد و پس از اين مرحله کنسانتره به کوره ذوب ارسال شده و عيار TiO2 تا مقدار 75-80 درصد در کوره ذوب افزايش مي‌يابد. در شرايط فعلي، از اين محصول در کوره تک قوس الکتريکي و در مقياس آزمايشي اقدام به توليد فروتيتان شده، محصول اين فرآيند فلز فروتيتان با عيار 55 تا 60 درصد (Ti) است که فرو آلياژي بسيار ارزشمند به شمار مي‌رود. علاوه بر اين، به منظور توليد محصول فرو واناديوم از کنسانتره تيتانومنيتيت با همکاري يکي از مراکز دانشگاهي اقداماتي در دست اجراست.
  
   ظرفيت توليد در کارخانه فرآوري در هر شيفت معادل سه تن کنسانتره ايلمنيت و 2/5 تن تيتانومنيتيت است و در حال حاضر تعداد 74 نفر به طور مستقيم در آن طرح مشغول به کار هستند.
  
   طي سال‌هاي اخير درخصوص بومي‌سازي و نوآوري اقدامات مختلفي، شامل طراحي و ساخت کوره تک‌قوس ذوب فروتيتان و غبارگير آن، اجراي کابل‌کشي و نصب تجهيزات ايمني کوره تک قوس الکتريکي فروتيتان و جايگزيني سرند دوار ايراني به جاي نوع روسي آن در اين کارخانه انجام شده است.

كائولن:
   شرایط مختلف زمین شناسی باعث ایجاد گل هائی با خواص فیزیكی و شیمیائی مختلفی شده است. سفال سازان فقط آنهائی را مورد استفاده قرار می دهند كه برای كار آنها مناسب باشد.
    یكی از انواع مهم گل سرامیك كه مورد استفاده زیادی دارد كائولن است . این گل تا اوایل قرن 18 در اروپا مورد توجه نبود و بعداً در سرامیك سازی طرف توجه قرار گرفت.
   ولی در چین ظروف چینی سفید در اوایل 200 پیش از میلاد و یا جلوتر ازآن ساخته می شد. ایجاد كوره هائی كه درجه حرارت آنها 1200 درجه باشد به همراه ساختن ظروف چینی ظریف و شفاف در چین در حدود 600 سال بعد از میلاد اتفاق افتاد . از این نظر چینی ها هزار سال جلوتر از اروپائیها   بوده اند. كائولن در چین بیشتر از هر جای دیگری یافت می شود . چسبندگی كائولن چینی نیز نسبتاً زیاد است وبرای كار بسیار مناسب می باشد . سرامیك سازان چینی در ابتدا ظروف سفید ولی كم دوامی از كائولن می ساختند ولی پس از چندین صدسال تجربه توانستند كوره هائی با درجه حرارت بالا به وجود بیاورند و یا چیزهائی به كائولن اضافه كنند تا بتوانند چینی واقعی را كه سخت و نسبتاً شفاف است بسازند . كائولن از گلهای نوع اول است و خود از تجزیه فلاسپات در مجاورت رطوبت هوا و آب به وجود می آید ، ذرات آن نسبتاً درشت و در مقایسه با گلهای نوع دوم چسبندگی آن بسیار كم است . كائولن كلی نسبتاً خالص است و موادی نظیر آهن در آن یافت نمی شود .كائولن در 1800 درجه ذوب می شود و چسبندگی آن نیز كم است . برای اصلاح آن مواد دیگری به آن اضافه می كنند .

بال كلی:
    بال كلی بر خلاف كائولن دارای دانه های بسیار ریز و آهن زیاد بوده و خاصیت چسبندگی آن خیلی بیشتر است . نقطه ذوب بال كلی پایین تر از نقطه ذوب كائولن است . بال كلی و كائولن هر دو ممكل هم هستند و به همین جهت آنها را با هم مخلوط می كنند . بال كلی از گلهای نوع دوم است و در 1300 درجه متراكم و محكم می شود. درصد انقباض بال كلی 20% است و آن را برای اصلاح گلهایی كه چسبندگی كمتری دارند مصرف می كنند ولی مقدار آن نباید بیشتر از 15 % باشد . رنگ بال كلی خاكستری است زیرا كربن آن زیاد است ولی این كربن در موقع پختن می سوزد و تأثیری روی پخته آن ندارد . بعضی از انواع بال كلی فاقد كربن است و به همین جهت رنگ آنها سفید می باشد .

(KNo3)نیترات پتاسیم

محصولات

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 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.




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.

مواد ديرگداز (Refractories Material)

مواد ديرگداز مواد داراي مقاومت حرارتي هستند که در دماهاي بالا پايدار هستند و خواص فيزيکي و شيميايي شان در اين دماها حفظ مي گردد.
مواد ديرگداز گران بها هستند و هرگونه خرابي در اين مواد باعث افزايش زمان توليد،از بين رفتن ادوات و در برخي مواقع باعث از بين رفتن محصول مي گردد. نوع ديرگداز مصرفي بر روي ميزان مصرف انرژي و کيفيت محصول تأثير مي گذارد. بنابراين انتخاب نوع ديرگداز براي کاربردهاي معين بسيار مهم مي باشد. ديرگدازها همچنين براي فرآيند ايمن در توليد مواد ضروري است. نبايد براي پرسنل خط توليد و کساني که آنها را نصب مي کنند،شرايط خطرناک ايجاد کنند. ضمناً ديرگدازها نبايد در شرايط استفاده شدن و هم پس از اينکه به صورت زباله صنعتي در مي آيند،موجب آلودگي زيست محيطي شوند.
در اين مقاله نوع و خواص ديرگدازها را مورد بررسي قرار مي دهيم.

ديرگداز چيست ؟

ديرگدازها مواد غيرآلي، غير فلزي و مقاوم در برابر حرارت هستند که اين مواد مي توانند در مقابل عوامل ساينده و يا خورنده در دماهاي بالا مقاومت کنند. اين عوامل خورنده و يا ساينده مي توانند در حالت جامد، مايع و يا گاز باشند. به خاطر وجود شرايط متنوع محيطي، انواع متنوعي از ديرگدازها با خواص متفاوت ساخته شده اند. ديرگدازها از مواد پخته شده، مواد شيميايي و انواع چسب هاي کربني(بايندرهاي کربني) تشکيل شده اند. اين مواد داراي گستره شيميايي متنوع هستند و داراي اشکال مختلفي نيز هستند. (ترکيب شيميايي و اشکال استفاده از ديرگدازها بر اساس کاربردهاي گوناگون آنها تعيين مي شود)

ساختار فازي مواد ديرگداز

ديرگدازها از مواد ناهمگون ، چند ترکيبي و داراي تخلخلي هستند. در ساختار اين مواد ، سنگ دانه هاي پايدار در برابر حرارت بوسيله ي فازهاي چسبنده و افزودني ها در کنار هم قرار گرفته اند.
مواد ديرگداز در دماهاي پايين شبه تردند و هنگامي که دما بالا مي رود از خود رفتار ويسکوز نشان مي دهند. بخاطر تغييرات نقطه به نقطه در ريزساختار ديرگدازها و انعطاف پذير نبودن آنها، استحکام در محل هاي مختلف ديرگداز متفاوت است. اين مواد به خاطر خزش در دماي بالا يا تغيير شکل پلاستيکشان شاخص هستند. تردي و مدول الاستيک بالاي اين مواد باعث شده است تا در برابر تنش هاي حرارتي و شک ها حساس بوده و در تحت اين شک ها بشکنند.

ديرگدازها براي چه کاربردهايي مصرف مي شوند؟

ديرگدازها ابتدائاً بوسيله صنعت متالوژي مورد استفاده قرار مي گرفت. در اين صنعت کوره هاي ذوب فلزات و خطوط نقل و انتقالات مذاب و سرباره بوسيله ي مواد نسوز پوشش داده مي شد.همچنين جداره هاي دودکش ها و مجاري عبور گاز نيز بوسيله مواد ديرگداز پوشش دهي مي شود. با توجه به کاربردها، ديرگدازها بايد تأثيرات مخربي همچون مواد سايش، فشار، عوامل شيميايي، شک حرارتي، ضربات فيزيکي، تجزيه هاي حرارتي، و... تحمل کند. اين عوامل مخرب معمولاً در دماي بالا اتفاق مي افتد.
از آنجايي که فرآيندهاي متالوژي نيازمند دماهاي عملياتي بالاست، مواد ديرگداز مورد استفاده در اين صنعت بايد در دماهاي بالا و پايين تر از دماي عملياتي پايدار باشند. در جدول يک دماي ذوب برخي از عناصر که در متالوژي از آنها استفاده مي شود، آورده شده است.

لازمه هاي ديرگدازي

لازمه هاي عمومي يک ماده ي ديرگداز را مي توان به صورت زير بيان کرد:
1) قابليت تحمل در دماهاي بالا
2) قابليت تحمل در برابر تغيرات ناگهاني دما
3) قابليت تحمل برخورد با فلزات مذاب، گازهاي گرم و خوردگي سايشي(erosion)و...
4) قابليت تحمل فشار در شرايط کارکرد
5) قابليت تحمل در مقابل بارگذاري و نيروهاي سايشي
6) ضريب انبساط حرارتي پايين
7) قابليت نگهداري حرارت
8) نداشتن قابليت ترشوندگي و جلوگيري از نفوذ مواد در تماس با آنها (مانند سرباره و مذاب فلزي)

ديرگدازها از چه موادي ساخته مي شوند؟

مواد خامي که عمدتاً در توليد ديرگدازهاي اساسي استفاده مي شوند عبارتند از:
منيزيم کربنات (magnesites) ، دولوميت، کاني هاي کروم دار (chrome ore)، اسپينل و کربن
آجرهاي ديرگداز اساسي مانند آجرهاي منيزيا-کروميتي و منيزيا- اسپنلي از کلينکر مصنوعي اکسيد منيزيم (synthetic magnesia clinker) يا منيزياي طبيعي پخته شده به همراه سنگ معدن کروم دار و پيش واکنش دهنده اسپنيل و يا مواد پوشش دهنده ي آلومينيايي ساخته مي شوند. اسپينل که يک ساختار مقاوم در برابر شک هاي حرارتي است. يا در آجر اوليه وجود دارد و يا در طي حرارت ديدن آجر در محيط کار توليد مي شود.

توسعه ي ديرگدازها با گذر زمان

سال 1950، تکامل و استفاده از ديرگدازهاي منيزيايي به همراه کربن. اين ديرگدازها با ديرگدازهاي دولوميتي و به صورت ترکيبي استفاده مي شوند. اين ديرگدازها در ابتدا براي کوره هاي اوليه اکسيژني (furnace basic oxygen) توسعه يافتند. تقريباً در همان سال ها خلوص منيزيا به عنوان يک فاکتور مهم مورد توجه قرار گرفت و دانه هاي منيزيايي با خلوص بالا و با درصد بورکم ( % 96 ) به صورت وسيع مورد استفاده قرار گرفت.در اين نوع ديرگدازها نسبت آهک به سيليس 1-3-2است.سال 1980 ، دير گدازهاي منيزيا گرافيتي توسعه يافتند .در ابتدا اين ديرگدازها با درصد کربن بيشتر و سپس با اضافه کردن افزودني هاي آنتي اکسيدان ميزان کربن باقي مانده در اين نوع ديرگدازها افزايش يافت. در سال هاي اخير، تمايلات به سمت استفاده از ديرگدازهاي مهندسي (engineered refractories) افزايش يافته است. اين نوع ديرگدازها داراي مکانيزم هاي سايش خاص هستند. در اين نوع ديرگدازها، افزودني هايي از جمله اکسيدآهن خالص و کربنات منيزيم فيوزد (fused magnesite) در مقادير کم اضافه مي شود تا ويژگي هاي خالص در آجرها بوجود آيد. اين افزودني ها عمدتاً کمتر از 6% کل مخلوط را تشکيل مي دهند. هنگامي که دانه هاي منيزيايي زنيته شده درشت تر شوند، ديرگدازها مقاومت خوردگي بهتري پيدا مي کند.

نقطه ذوب مواد ديرگداز در حالتي که خالص باشند در گستره 1815-3315 درجه سانتيگراد است. در جداول 2و3 نقطه ذوب چندين ترکيب ديرگداز آورده شده است. ديرگدازها در شرايط کاري تنها مي توانند مقدار کمي فاز مذاب(حدود 5-1 درصد) را در ساختارشان تحمل کنند و خواص ساختاري شان را حفظ کنند. البته بحث هاي بعدي نشان مي دهد که به هر حال استفاده از بسياري از اين مواد به دليل عواملي همچون قيمت يا ناپايداريشان در اتمسفرهاي خاص محدود شده است. همچنين وجود ناخالصي هاي ابتدايي و يا ناخالصي هايي که در محيط کاربرد به نسوز وارد مي شوند، باعث کاهش چشم گير نقطه ذوب آنها مي شود.

ويژگي هاي ديرگدازها

خواص مهم ديرگدازها که بيشتر مورد بررسي قرار مي گيرد عبارتند از : ترکيب شيميايي، دانسيته بالک (density bulk)، تخلخل ظاهري(apparent porosity)، گرانش ويژه ي نسبي (specific gravity apparent) و استحکام در دماهاي معمولي.
اين خواص اغلب از جمله خواصي است که براي کنترل توليد و فرآيند کنترل کيفيت استفاده مي شود. ترکيب شيميايي به عنوان پايداري براي طبقه بندي ديرگدازها استفاده مي شود. دانسيته، تخلخل و استحکام محصولات پخته شده از فاکتورهاي زيادي تأثير مي پذيرد. از ميان اين فاکتورهاي زياد مي توان به نوع و کيفيت مواد اوليه، اندازه و شکل ذرات، درصد رطوبت مواد در طي فرآيند پرس کردن، فشار پرس، دما و مدت پخت، اتمسفر کوره و سرعت سرد کردن اشاره کرد.
تعدادي از خواص مهم ديرگدازها در زير آورده شده است:

1) دماي ذوب (melting point)

مواد خالص در دماي معيني و در يک آن ذوب مي شوند. اکثر مواد ديرگداز داراي ذرات ديرگدازي هستند که به هم چسبيده اند. در دماي بالا، فاز شيشه اي مذاب مي شود و هنگامي که دما بالاتر رود، محلولي از اجزاي ديرگداز پديد مي آيد. اين محلول مانند يک دوغاب مي ماند. دمايي که در آن مخروط زگر به علت وزن خودش تغيير شکل دهد، دماي ذوب ديرگداز ناميده مي شود. جدول بالا نشان دهنده ي چند ترکيب خالص است که به عنوان ديرگداز از آنها استفاده مي شود.

2) اندازه (size)

اندازه و شکل ديرگداز يکي از خصوصيات طراحي است. اين مسأله يکي از مباحث مهم در طراحي بشمار مي آيد زيرا اين مسأله بر روي پايداري ساختار تأثير مي گذارد. دقت و اندازه براي جاهايي که قطعات ديرگدازها مي خواهند با هم جفت شوند، بسيار مهم مي باشد. دقت و اندازه مناسب باعث کمينه شدن ضخامت و جفت شدن بهتر ساختار مي شود.

3) دانسيته ي بالک (Bulk Density)

يک خصوصيت مفيد براي ديرگدازها دانسيته بالک است. اين خاصيت نشان دهنده ي ميزان ماده موجود در حجم معين است. افزايش دانسيته بالک يک ديرگداز باعث افزايش پايداري حجم و ظرفيت گرمايي ديرگداز مي شود. و نفوذ مذاب را در ديرگداز کاهش مي دهد.

4) تخلخل (Porosity)

تخلخل ظاهري (apparent porosity)، اندازه گيري حجم تخلخل هاي باز است. (اين تخلخل هاي باز مي توانند بوسيله ي يک مايع پر شوند)
تخلخل ظاهري بر حسب درصد نسبت به حجم نشان داده مي شود. اين خصوصيت يکي از خصوصيات مهم ديرگدازهايي است که در تماس مستقيم با مذاب و سرباره هستند. تخلخل ظاهري پايين مطلوب است. زيرا اين مسأله از نفوذ مواد ناخواسته به داخل ديرگداز جلوگيري مي کند. همچنين به هم پيوسته بودن تخلخل ها، تأثيرات مهمي بر رفتار ديرگدازها دارد. عموماً در شرايطي که تعداد تخلخل ها برابر باشد، تخلخل ها با ابعاد کوچک تر مطلوب ترند. به هر حال، اندازه گيري واقعي تخلخل واقعي که در آن حجم تخلخل هاي بسته نيز محاسبه مي شود،ايده مناسبي براي آگاهي از خصوصيات مواد مانند خواص زنيته شدن است.درحقيقت، تخلخل، دانسيته بالک و دانسيته ظاهري جامد از ويژگي هاي حياتي اشکال ديرگداز است.

5) استحکام فشاري سرد (cold Crushing Strength)

استحکام فشاري سرد نيز يکي از خواص خوبي است که به همراه ديگر خواص مورد بررسي قرار مي گيرد. اين خاصيت نشان دهنده ي قابليت تحمل بار اعمالي بر جسم است. و مي تواند به همراه ساير خواص مانند دانسيته بالک و تخلخل به عنوان نشانه اي براي ميزان پخت قطعه و يا مقاومت به سايش قطعه است.

6) نقطه نرمي (Pyrometric cone Equivalent)

دمايي که در آن يک ديرگداز بواسطه وزن خودش تغيير شکل مي دهد دماي نرم شدگي (Softening tempreture) ناميده مي شود. اين دما بوسيله ي مخروط هاي آذر سنجي اندازه گيري مي شود. ديرگدازها به خاطر داشتن ترکيب شيميايي پيچيده، به طور تدريجي ذوب مي شوند. در واقع اين مواد در يک گستره ي دمايي ذوب مي شوند. از اين رو ديرگدازي يا نقطه ي گداز اين مواد به روش مخروط هاي استاندارد تعيين مي شود. مخروط هاي استاندارد آذرسنجي براي تعيين دما، تنها دماي نرم شدگي را به ما نشان مي دهند. اما در شرايط کاري ديرگدازها، علاوه بر دما، بار نيز ديرگداز وارد مي شود که مي تواند باعث تغيير فرم ديرگداز در دماهاي بسيار پايين تر از نقطه نرم شدگي بشود. با تغيير در شرايط محيطي مانند اتمسفر کاهنده، اعداد به دست آمده از اين روش دماسنجي تغيير بسياري مي کند.

7) ديرگدازي تحت بارگذاري (refractoriness under load)

تست ديرگدازي تحت بارگذاري (the refractoriness under load) که به آن تست RUL نيز مي گويند، به ما دماي متلاشي شدن آجرها در شرايط کاري را مي دهد.
به هرحال، در شرايط کاري واقعي که تنها يک سمت آجر حرارت مي بيند،بخش سردتر آجر که حالت سبک تري دارد، مقدار بيشتري از نيروي اعمالي بر آن را تحمل مي کند. از اين رو، تست RUL نشان دهنده شاخصي از ميزان ديرگدازي است. و مي توان از آن در طراحي استفاده کرد. در شرايط کاري که ديرگداز از همه ي جهات تحت حرارت دهي است مانند شبکه ها (checkers)، تيغه ها (Partion walls) و...، داده هاي مربوط به تست RUL، کاملاً معنادارند.

8) خزش در دماي بالا (Creep at high tempreture)

خزش يک خاصيت وابسته به زمان است. که معين کننده تغيير شکل ماده ي تحت بارگذاري در زمان معين و در دماي معين است. ملاک مورد پذيرش براي مواد ديرگداز عموماً اين است که مقدار خزش فشاري در دما و بارگذاري مورد نظر بيش از 0.3 درصد در 50 ساعت اول بارگذاري نشود. اين مقدار بدين علت تعيين شده است که سرعت خزش در انتهاي منحني خزش به مقدار ناچيزي کاهش مي يابد. در صورتي که مقدار خزش فشاري ديرگدازي بيش از 0.3 درصد نرسد، اين ديرگداز مناسب است و مي توان آن را با ايمني بالا استفاده کرد.

9) پايداري حجمي (Volume Stability)، انبساط (expansion) و شرنيکيج (shrinkage)در دماي بالا

انقباض يا انبساط ديرگدازها مي تواند در طي شرايط کاري اتفاق افتد.اين تغييرات دائمي در ابعاد ممکن است به دلايل زير رخ دهد:
الف) تغيير در فرم هاي آلوتروپيک که باعث تغيير در وزن مخصوص مي شود.
ب) وقوع يک واکنش شيميايي در ديرگدازها. که باعث بوجود آمدن يک ماده ي جديد با وزن مخصوص جديد مي شود.
ج) ايجاد فاز مايع
د) واکنش هاي زينترينگ
ه) اين مسئله ممکن است اتفاق افتد که بر روي ديرگداز واکنش خاصي رخ دهد و سيليکات آلوميناي - قليايي بوجود آيد. اين ماده انبساط زيادي دارد و باعث شکستن قطعه مي شود. تشکيل سيليکات آلوميناي قليايي مثالي از تخريب و تغيير شکل ديرگدازها است که عموماً در کوره بلند رخ مي دهد.
در حالي که اين مسأله روشن شده است که تمام اين تغييرات در طي فرآيند ساخت رخ مي دهد ولي به خاطر مسائل اقتصادي برطرف کردن آن ها ممکن نيست زيرا فرآيندهاي توليد تصحيح شده زمان بر هستند. تغيير خطي دائمي (PLC) بر روي پيش گرم کردن و سرد کردن آجرها دلالتي بر پايداري حجمي محصول است. اين مسأله به طور خاص در هنگام اندازه گيري درجه ي تبديل در توليد آجرهاي سيليسي، اهميت پيدا مي کند.

10) انبساط گرمايي بازگشت پذير

هر ماده اي در هنگام حرارت ديدن، منبسط مي شود و در هنگام سرد شدن منقبض مي شود. انبساط گرمايي بازگشت پذير بازتابي است از تغييرات فازي که در هنگام گرم وسرد کردن رخ مي دهد. تغيير خطي دائمي (PLC) و انبساط گرمايي برگشت پذير براي ساخت نسوزها در نظر گرفته مي شود. تا قطعات به هم متصل دچار مشکل نشوند. به عنوان نمونه يک قانون کلي،احتمال خرد شدن و از هم پاشيدن آن دسته از موادي که ضريب انبساط حرارتي کمتري دارند، کمتر است.

11) رسانش گرمايي (Thermal Conductivity)

رسانش گرمايي به ترکيب شيميايي و مينرالي ماده، دماي کاربرد و فاز شيشه اي موجود در ديرگداز وابسته است. اگرچه اين خاصيت يکي از خاصيت هاي کم اهميت در بررسي ديرگدازهاست ولي اين خاصيت مشخص کننده ضخامت آجر کاري است. رسانش معمولاً با افزايش دما تغيير مي کند. در مواردي که نياز به انتقال حرارت از بين ديواره باشد براي مثال در تقويت کننده ها و بخش هاي بازيافت انرژي، ديرگداز بايد رسانش گرمايي بالايي داشته باشد. رسانش گرمايي پايين براي صرفه جويي در مصرف انرژي مناسب مي باشند. در اين حالت ديرگداز مانند يک عايق عمل مي کند. براي بدست آوردن خاصيت عايق کاري بايد از هدر رفت گرما جلوگيري کند اما اين خاصيت موجب افزايش دماي سطح مي گردد و از اين دو بايد از ديرگداز با کيفيت بالايي استفاده کنيم. با توجه به اين مسأله، معمولاً عايق کاري در سقف کوره ي فولادسازي دهانه باز (Open- hearth furnaces) انجام نمي شود. به عبارت ديگر اين مسأله باعث مي گردد که عايق به دليل ايجاد چکه هايي برروي سطحش ، بشکند. بسته به خواص ديرگداز از مصرفي در بخش ارتباط با حرارت مانند ظرفيت تحمل بار در دماي بالا (Capacity high temperature load bearing)، اين مسئله ممکن است نياز باشد که کيفيت آجر مصرفي را بالا ببريم که علت آن بالا رفتن دما به خاطر خاصيت عايق کاري آنهاست.
ديرگدازهاي سبک با رسانش گرمايي پايين در کوره هايي کاربرد دارند که در آنها با استفاده از دماهاي نسبتاً پايين کار عمل آوري گرمايي صورت مي گيرد. در اين کاربردها، عملکرد ثانويه ي ديرگداز معمولاً صرفه جويي در مصرف انرژي است. مصرف اين نوع ديرگدازها در کوره هاي نوع منقطع (furnaces batch type) بيشتر است. در اين کوره ها ظرفيت گرمايي پايين ساختار ديرگداز باعث مي شود تا گرماي ذخيره شده در طي فرآيند سردو گرم کردن سيکلي کمينه شود

ديرگدازها چگونه دسته بندي مي شوند؟

ديرگدازها را مي توان براساس ترکيب شيميايي وروش توليد يا شکل فيزيکيشان دسته بندي کرد.علاوه براين تقسيم بندي ها، ديرگدازها را براساس کاربرد نيز مي توان طبقه بندي کرد مثلاً ديرگدازهاي کوره بلند (blast furnace refractories) . اين ديرگدازها به طور مداوم مورد تجديد نظر قرار مي گيرند وتغيير مي کنند.
درزير برخي از طبقه بندي هاي ديرگداز آورده شده است :

طبقه بندي ديرگدازها براساس ترکيب شيميايي

از نقطه نظر شيميايي ، مواد ديرگداز به سه دسته تقسيم بندي مي شوند که عباتنداز:
1)ديرگدازهاي اسيدي
2)ديرگدازهاي بازي
3)ديرگدازهاي خنثي
ديرگدازهاي اسيدي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره اسيدي هستند.اين ديرگدازها دربرابر اسيدي ها مقاوم اند ولي دربرابر حمله ي مواد قليايي ضعيف هستند.ماده ي اوليّه ي عمده ي اين گروه از ديرگدازها برگروه RO2 (مانند سيليس) (Sio2)، زير کونيا (Zro) و رس آلومينا سيليکاتي (Al2o3. 2zio2.2H2o) متعلق هستند.
ديرگدازهاي خنثي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که سرباره و اتمسفر وضعيت معيني ندارند و گاهاً بازي يا اسيدي است. اين ديرگدازها در مقابل عوامل اسيدي و بازي پايدارند. مواد اوليّه ي عمده ي اين ديرگدازها به گروه R2O3 تعلق دارد. البته ترکيب شيميايي ديرگدازهاي خنثي تنها به گروه R2O3 محدود نمي شود ، مثال هاي معمولي از اين مواد عبارتند از : آلومينا (Al2o3) اکسيد کروم (cr2o3) و کربن (c)
ديرگدازهاي بازي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره هستند. اين ديرگدازها در برابر بازها مقاومند ولي با اسيد واکنش مي دهند. مواد اوليّه ي عمده دراين گروه از ديرگدازها به گروه RO متعلق هستند. اکسيد منيزيم (Mgo) متداولترين مثال از اين ديرگدازهاست. مثال هاي ديگر از اين ديرگدازها عبارتند از : ديرگدازهاي دولوميتي و ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي (chrome - magnesite) .
ديرگدازهاي بازي بسيار مشهورند زيرا اين ديرگدازها مقاومت به خوردگي خوبي دربرابر سرباره هاي بازي وگرد وغبار شيميايي در دماهاي بالا دارند.برخي از گروه هاي ديرگدازهاي بازي توسعه يافته اند که داراي مقاومت عالي دربرابر سرباره هاي اسيدي نيز هستند.
الف) اکسيد منيزيم (mgo) يک اکسيد فلزي دوتايي از منيزيم است .اين اکسيد درهنگامي که خلوص بالايي داشته باشد داراي دماي ديرگدازي بالايي است .مينرال اکسيد منيزيم پريکلاژ (periclase) ناميده مي شود.ناخالصي هايي که در اکسيد منيزيم طبيعي وسنگ معدن کرم دار وجود دارد موجب مي شود تا ترکيبي با دماي ذوب پايين ايجاد شود،که ديرگدازي را بسيار کاهش مي دهد.
ب) ترکيبات منيزيا-کروميت داراي استحکام مکانيکي خوبي است ودر دماي بسيار بالا، پايداري ابعادي خوبي نيز دارد. ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي مقاومت به خوردگي خوبي در برابر سرباره هاي بازي دارند وبراي صنايع فولاد ومس مناسب مي باشند.
ترکيبات منيزيا-کروميت داراي انبساط حرارتي پايين تري نسبت به ترکيبات داراي مقادير بالاي اکسيد منيزيم هستند.
ج) ترکيبات با خلوص بالا و بدون کروم از اکسيد منيزيم که از آب درياها وآب شور بدست مي آيند داراي بيشترين ديرگدازي هستند ودر مقابل اکسيد آهن نيز از خود مقاومت نشان مي دهند
د) ترکيبات کربن -منيزيا داراي 5-35% کربن هستند.کربن افزوده شده به اين ديرگدازها از افزودن گرافيت ورقه اي طبيعي حاصل مي شود ديرگدازهاي کربن -منيزيايي مقاومت بسيار بالايي دربرابر سرباره هاي فولاد سازي دارند.
از لحاظ تئوري ، ديرگدازهاي اسيدي نبايد درتماس مستقيم با سرباره هاي بازي، گازها ويا گرد وغبار بازي قرارگيرد.درحالي که ديرگدازهاي بازي بهترين گزينه براي استفاده شدن درمحيط هاي بازي هستند.در واقع به خاطر دلايل مختلف، اين قوانين تئوريک اغلباً شکسته مي شوند .از اين رو، طبقه بندي شيميايي ديرگدازها عمدتاً تقسيم بندي آکادميک است وتنها به ما کمک مي کند تا کاربردهاي واقعي ديرگدازها را بفهميم.همچنين وجود ديرگدازي که واقعاً خنثي باشد، ممکن است شک برانگيز باشد.
طبقه بندي براساس روش توليد
ديرگدازها مي توانند به يکي از روش هاي زير توليد شوند.
1) روش پرس خشک (Dry Dress Process)
2) ريخته گري مذاب (fused Cast)
3) قالبگيري دستي (hand Moldes)
4) شکل دهي پخته شده ، خام و يا بايندر شيميايي
5) بي شکل(مونوليتيک -پلاستيک-جرم هاي کوبيدني -تزريقي - قابل قالب گيري و اسپري شونده)

طبقه بندي براساس شکل فيزيکي

ديرگدازها را بر اساس شکل فيزيکشان نيز مي توان طبقه بندي کرد.اين مواد مي توانند ديرگدازهاي شکل داده شده و يا بي شکل باشند.ديرگدازهاي شکل داده شده عموماً به عنوان آجرهاي ديرگدازه وديرگدازهاي بي شکل به عنوان ديرگدازهاي مونوليتيک معروفند. ديرگدازهاي شکل داده شده (Shaped refractones)
ديرگدازهاي شکل داده شده آنهايي هستند که در هنگام تحويل به مصرف کننده داراي شکل معيني هستند ما اين ديرگدازها را آجر مي ناميم
شکل آجرها ممکن است به دو حالت تقسيم بندي شوند.يکي از آنها اشکال استاندارد است وديگري اشکال خاص.اشکال استاندارد داراي ابعادي هستند که بوسيله ي اکثر توليد کنندگان ديرگدازها مورد قبول است.واين توليد کننده ها از اين ابعاد پيروي مي کنند.اين ديرگدازها عموماًٌ در کوره هاي همسان قابل کاربرد هستند.
ديرگدازهاي شکل داده شده عمدتاً بوسيله ي ماشين پرس توليد مي شود .بنابراين انتظار مي رود که خواص آنها هموژن باشد.البته برخي از ديرگدازهاي شکل داده شده که بوسيله ي قالب گيري دستي توليد مي شوند داراي خواص غير هموژني هستند.

ديرگدازهاي بي شکل (unshped Refractones)

ديرگدازهاي بي شکل داراي هندسي معيني نيستند و در حين کاربرد شکل داده مي شود.اين دير گدازها بيشتر با نام ديرگدازها مونوليتيک شناخته مي شود.اين ديرگدازها به صورت زيرطبقه بندي مي شود.

الف) ديرگدازهاي پلاستيک (pbstic refractories)

ديرگدازهاي پلاستيک، مخلوط هايي هستند که در حالت پلاستيک وسفت آماده مي شوند.واين نوع ديرگدازها به صورت توده هايي که در لفاف پلي اتيلن پيچيده شده اند،به مصرف کننده تحويل داده مي شوند .درحين استفاده توده ي بزرگ از اين نوع ديرگداز به قطعات کوچک تر بريده مي شود وبدون هيچ عمل ديگر برروي آن، درمکان مورد نظر پاشيده ويا کوبيده مي شود.اين کار بوسيله ي يک کوبنده ي بادي انجام مي شود.اين ماده ي پلاستيک به راحتي به هر شکل وفرم مورد نظر تبديل مي شود.

ب) مخلوط هاي کوبيدني (Ramming Mixes)

مواد ديرگداز کوبيدني آنهايي هستند که از اندازه ي ذرات شان به دقت درجه بندي شده است تا بتوان آنها را راحت تر اعمال کرد.اين مواد عموما به صورت خشک به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. مصرف کننده درهنگام نياز اين ديرگدازها را با مقدارکمي آب مخلوط مي کند وسپس از آنها استفاده مي کند.مخلوط هاي کوبيدني نيز وجود دارند که به صورت مرطوب به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. ودرهمان زمان قابل استفاده هستند.استفاده از آنها بوسيله ي کوبنده هاي بادي انجام مي شود.

ج) مخلوط هاي قابل ريختن (Castable)

قابل ريختن براين مسئله دلالت دارد که اين مواد به طور طبيعي قابليت گيرش هيدورليک دارند.اين ديرگدازها موادي هستند که داراي درصدي با يندر سيماني(معمولا سيمان آلوميناتي)هستند.اين ديرگدازها وقتي با آب مخلوط شوند قابليت گيرش هيدروليک دارند. مواد چسبنده ي کلسيم آلوميناتي بايد به خوبي دراين ديرگدازها پيوند ايجاد کنند تا از جذب رطوبت به داخل ديرگدازها جلوگيري شود. علاوه براين مسئله استحکام اين بايندر پس از 6 تا 12 ماه شروع به کاهش مي کند اين مواد به صورت ريختگي اعمال مي شوند.وهمچنين به نام بتن هاي ديرگدازها معروفند.

د) مخلوط هاي پاشيدني (Gunning Mixes)

مخلوط هاي پاشيدني مواد ديرگدازي هستند که به صورت گرانول تهيه مي شوند .اين گرانول ها بر روي سطح مورد نظر اسپري مي شوند .براي پاشيدن اين مواد از تفنگ هاي پاشنه ي بادي (Guns air plocement)متنوعي استفاده مي شود.اين ديرگدازها بوسيله ي حرارت استحکام مي يابند وبراي کارهاي ترميمي و اصلاحي درکوره ها و پاتيل ها استفاده مي شوند.

ه) مخلوط هاي محافظ (Fettling Mixes)

مخلوط هاي محافظ مواد ديرگدازي به شکل گرانول هستند که عملکرد آنها شبيه به مخلوط هاي پاشيدني است.امّا اين مخلوط هاي بوسيله ي پارو به داخل کوره ريخته مي شوند تا نواحي آسيب ديده ي کوره ترميم شوند.

و) ملات ها (Mortars)

ملات ها گروهي از ديرگدازها هستندکه نه جزء گروه آجرهاي ديرگداز هستند نه جزء گروه ديرگدازهاي مونوليتيک .اين ديرگدازها مواد نسوز نرمي هستند که به خاطر ترکيبشان درحين مخلوط شدن با آب خاصيت پلاستيک پيدا مي کنند.اين مواد براي ايجاد پيوند بين آجرها در فرآيند آجر کاري استفاده مي شوند ودر بين آجرها ايجاد مي کنند تا سطوح نامنظم آجرها به هم متصل گردند.همچنين لايه ي بوجود آمده دربين آجرها فضاهاي بوجود آمده دربين آجرها را نپذير مي کنند.واز نفوذ سرباره وعوامل خورنده به داخل ساختار ديرگداز جلوگيري مي کنند.

ديرگدازهاي خاص دراستفاده هاي صنعتي

ديرگدازهاي خاک نسوز (Fireclay refractories)
ديرگدازهاي تشکيل شده از خاک نسوز مانند آجرهاي نسوز، خاک نسوز سيليسي (Fireclay siliceous) وديرگدازهاي متشکل از رس آلومينايي (aluminous clay refractories)از سيليکات آلوميناي با مقادير متنوع از سيليس(که درصد اين مقادير درکل بيش از 78 درصد نمي شود)تشکيل شده اند.اين ديرگدازها داراي مقادير کمتر از 44 درصد آلومينا هستند.در اصل ديرگدازهاي خاک نسوز داراي سيليکات آلوميناي هيدراته با مقادير بسيار ناچيز از ديگر مينرال ها هستند.
به خاطر قيمت نسبتاً پايين اين ديرگدازها ، اين مواد کاربرد فراواني در کوره ها ، پاتيل ها و گرم کن ها پيدا کرده اند.آجر نسوز معمولي ترين شکل از اين مواد ديرگداز است.اين آجرها به طور گسترده درصنعت فولاد وآهن، متالورژي فلزات غير آهني، صنعت شيشه، کوره هاي پخت سفال ( pottery kilns)، صنعت سيمان و...کار برد دارند.
براي آجرهاي نسوز چندين استاندارد وجود دارند که عبارتند از :
1) با کارايي عالي (Suoer duty)
2) با کارايي بالا (high - duty)
3) با کارايي متوسط (Medium duty)
4) با کارايي پايين (Low - duty)

5) شبه سيليسي (Semi - Silica)

1) با کارايي عالي (Suoer duty)

اين آجرها داراي استحکام و پايداري حجمي خوبي در دماي بالا هستند.و داراي 40- 44 درصد آلومينا هستند.برخي از انواع آجرهاي با کارايي آلي هنگامي که با تغييرات سريع دما مواجه شوند، مقاومت بسيار خوب دربرابر ترک خوردن وخرد شدن دارند.

2) با کارايي بالا (high - duty)

اين نوع آجرها به مقدار زيادي مصرف مي شوند و داراي کاربرد زيادي در صنعت هستند.به خاطر مقاومت به شک حرارتي بالا اين نوع آجرها مصرف آنها درکوره هايي با دماي متوسط نسبت به نوع با کارايي متوسط، اقتصادي تر است.همچنين اين آجرها براي کوره هايي مناسب است که به طور مداوم خاموش وروشن مي شوند.

3) با کارايي متوسط (Medium duty)

اين آجرها براي کاربردهايي مناسب هستند که با شرايط متعادل محيطي روبرو هستند.آجرهاي با کارايي متوسط درگستره ي دماي مخصوص به خود مي توانند بهتر از بسياري از آجرهاي گروه با کارايي بالا دربرابرسايش مقاومت کنند.

4) با کارايي پايين (Low - duty)

اين آجرها به عنوان پشتيبان براي ديگر آجرهاي نسوز استفاده مي شوند.درمحل هايي که اين آجرها وظيفه ي پشتيباني از آجرهاي ديرگداز ديگر را برعهده دارند عمدتاً دما در گستره ي دماهاي پايين است.

جدول يک : نشاندهنده ي رابطه ي ميان خلوص مواد اوليّه و افزايش مقدار آلومينا (Al2o3) و نقطه ذوب آجرهاي توليدي از خاک نسوز است.

ديرگدازهاي پرآلومينا (high Alumina Refractories)

واژه ي آجرهاي پرآلومينا به آجرهاي ديرگدازي گفته مي شود که درآن ها درصد آلومينا47.5%يا بيشتر باشد.گسترده ي درصد آلومينا دراين آجرهاي بين 54-100 درصد است.خاصيت ديرگدازي اين ديرگدازهاي پرآلومينا با افزايش درصد آلومينا افزايش مي يابد.درصد آلومينا ي موجود در ديرگدازهاي پر آلومينا معمولا 5 .2% + -از مقدار اسمي خود انحراف دارند مثلا ديرگدازي که به صورت تجاري داراي 70% آلوميناست معمولا مقدار آلومينا 5 .2%از مقدار گزارش شده کم يا زيادتر است .ديرگدازهاي پرآلومينا معمولا براساس درصد آلومينا يشان طبقه بندي مي شوند اين طبقه بندي که براساس استاندارد ASTM است به صورت زير مي باشد.

a. آجر مولايتي ( Mullite Brick)

اين آجر معمولا داراي درصد بسيار بالايي فاز مولايت هستند.

b. آجرهاي با بايندر شيميايي (chemically - bonded Bricks)

اين نوع آجرها معمولا داراي بايندر فسفاتي است و معمولا داراي 75 - 85 در صد آلومينا ست

c. آجر آلومينا -کروميتي (alumina - chrom brick)

اين آجر به طور نمونه وار از مواد داراي درصد بالاي آلومينا و اکسيد کروم (با خلوص بالا) تشکيل شده اند. در دماهاي بالا، آلومينا واکسيد کروم يک محلول جامد تشکيل مي دهند که اين محلول جامد ديرگدازي خوب است.

d. آجر کربن –آلومينايي (Alumina - Carbon Brick)

آجرهاي پرآلومينا معمولا داراي بايندر رزيني است اين رزين ها داراي ترکيبات کربن دار مانند گرافيت هستند.
کاربردهاي ديرگدازهاي پرآلومينا شامل مواد زيرمي شوند.
بخش هاي خاصي از کوره ي بلند، کوره هاي سراميکي (Ceramic kilns) ، محفظه هاي نگهداري شيشه مذاب (glass tonks) و بوته هاي ذوب بسياري از فلزات

آجر سيليسي (Silica brick)

آجر سيليسي (يا ديناز (Dinas)) جرم هاي ديرگدازي هستند که حداقل داراي 93% سيليس (Sio2) هستند. مواد اوليّه براي ساخت اين ديرگدازها سنگ هاي با کيفيت بالاست.گريدهاي متنوعي از آجرهاي سيليسي،استفاده ي وسيعي درصنعت ساخت کوره هاي ذوب آهن وفولاد دارند. علاوه برنقطه ي گداز (fusion point) بالا، اين آجرها داراي خصوصيات مهم ديگري مانند مقاومت بالا دربرابر شک حرارتي (خردشدن) و خاصيت ديرگدازي بالا هستند. اين مسئله باعث شده است تا از اين آجرها در صنعت شيشه و فولاد استفاده شود.
خاصيّت برجسته ي آجرهاي سيليسي اين است که اين آجرها (در زير بارگدازي) تا هنگامي که به نقطه ي گداز خود نرسند، نرم نمي شوند. اين رفتار آجر سيليسي دربسياري از انواع ديگر ديرگدازها ديده نمي شود. براي مثال ، مواد آلومينو سيليکاتي (alumino Silicate M aterials) که در دماهاي بسيار پايين نسبت به نقطه ي گدازشان شروع به روان شدن مي کنند وخزش آنها در دماهاي پاييني اتفاق مي افتد.
ديرگدازهاي سيليسي با شرايط دما بالا سازگاري دارند زيرا اين ديرگدازها ، ديرگدازي بالا، استحکام مکانيکي بالا وسختي بالا دردماهاي نزديک به نقطه ذوب شدن ،دارند.علاوه براين خصوصيات اين ديرگدازها دربرار گرد وغبار و دودهاي اسيدي و سرباره هاي اسيدي نيز مقاومت مي کنند.آجرسيليسي براساس فاکتور سياليت آجر(flux factor bricks)به دو نوع A و B طبقه بندي مي شوند.پيشرفت هاي انجام شده منجر به توليد آجرهاي سيليسي مقاوم دربرابر سرباره وفلاکس، با ثبات ابعادي خوب ومقاوم دربرابر خرد شدن شده است.

کربنات منيزيم (Magnesite)

ديرگدازهاي کربنات منيزيمي از لحاظ شيميايي موادي هستند که داراي حداقل 85%اکسيد منيزيم هستند.واين ديرگدازها از کربنات منيزيم ايجاد شده در طبيعت، ساخته شده اند .خواص دير گدازهاي کربنات منيزيمي به غلظت پيوند سيليکات در دماي کاربرد، بستگي دارد. کربنات منيزيم مناسب معمولا هنگامي حاصل مي شود که نسبت کلسيم اکسيد (Cao) به سيليس (Sio2) کمتر از 2 باشد . همچنين بايد درصد فريت آن درحد مينيمم باشد. اين ديرگداز مخصوصا درشرايط محيطي اکسايش ، کاهش بسيار خوب عمل مي کنند . مقاومت به سه باره ي اين ديرگدازها مخصوصا براي سرباره هايي که در صد آهن وآهک کمي دارند، بسيار بالاست. اين ديرگدازها مهم ترين گروه از ديرگدازها براي فراينده هاي توليد فولاد است.
کربنات منيزيم خام (Mgco3) عموماً به صورت کلسينه شده يا شکل هاي پخته شده (for ms dead burned) مصرف مي شود.کربنات منيزيم کلسينه شده ي سوز آور (Magnesite coustic Calcined) به عنوان دارو، کود شيميايي وماده ي خام براي صنايع شيميايي مورد مصرف قرار مي گيرد.شکل هاي پخته ي اين ماده حالت خام است که به طور گسترده درصنعت هنوز مورد استفاده قرار مي گيرد . اخيراً دانه هاي کربنات منيزيم گداخته براي بهبود مقاومت به خوردگي مورد مصرف قرار گرفته است.اين دانه ها از منيز پاي زنيتر شده با اندازه ي کريستال هاي بزرگ وخلوص بالا تشکيل شده است.

جدول مقايسه اي يک : نشان دهنده ي تفاوت کربنات منيزيم مختلف است .

اکسيد منيزيم چگونه توليد مي شود؟

اکسيد منيزيم با خلوص بالا بوسيله ي فرآيند هاي کنترل شده بدست مي آيد .منبع ماده ي اوليّه در توليد اکسيد منيزيم آب شور (غالباً از چاه هاي عميق) و آب درياهاست. و هيدرو کسيد منيزيم ( 2(OH) Mg) موجود در اين منابع بوسيله ي واکنش دادن آن با دولوميت کلسينه شده ويا آهک رسوب مي کند. دوغاب هيدورکسيد منيزيم حاصل فيلتر مي شود تا درصد اجزاي جامد موجود در داخل آن افزايش يابد.
ماده ي بيرون آمده از دستگاه فيلتر، کيک فيلتر (Filter Coke) ناميده مي شود. اين کيک را مي توان به صورت مستقيم به داخل کوره ي دوار شارژ کرد تا منيزياي گويد ديرگداز توليد شود امّا عمدتاً اين کيک در دماي 900-1000 درجه سانتيگراد در داخل کوره ي دهانه چند گانه (multiple- hearth furnace) کلسينه مي شود .در طي فرآيند کلسيناسيون کيک فيلتر هيدورکسيد منيزيم به اکسيد منيزيم اکتيو تبديل مي شود. اکسيد مينزياي کلسينه شده سپس دريک کوره ي شافت (Shaft kiln) حرارت داده مي شود تا دانسيته ي اکسيد منيزيم بالا رود. دماي زينتر ينگ در اين مرحله تا 2000 درجه سانتيگراد نيز مي رسد . محصول نهايي اين فرآيند اکسيد منيزيم زينتر شده ( Sintered Magnesite) است.
منيزياي فيوزد (اکسيد منيزيم گداخته) بوسيله ي ذوب منيزياي ديرگداز يا ديگر انواع منيزيا در يک کوره ي قوس الکتريکي توليد مي شود .پس از توليد مذاب منيزيا در داخل اين کوره، مذاب از داخل کوره خارج شده وسرد مي شود .کوره ي سرد شده ي حاصل به اندازه ي مورد نظر خرد مي شود وبراي مصارف ديرگداز مصرف مي شود.
ناخالصي هاي بوجود آمده در منيزيا بوسيله ي کنترل ترکيب منبع اصلي منيزيا (آب شور ويا آب دريا) ترکيب دولوميت کلسينه شده يا آهک وفرآيند توليد، کنترل مي شود.مخصوصاً مقدار ونسبت اکسيد کلسيم (cao) و سيليس (Sio2) به طور مداوم کنترل مي شود. با کنترل ناخالصي ها وکنترل فرايند توليد، منيزيايي توليد مي شود که براي توليد محصولات دير گداز مناسب است.
خصوصيات عمومي در مورد ترکيب ديرگداز هاي منيزيايي نپخته (dead Burned Magnesite) و منيزياي فيوزد در جدول دو آمده است. اين اعداد بوسيله ي توليد کنندگان اين ديرگداز ها ارائه شده است.

ديرگدازهاي پايه منيزيايي مهمترين گروه از ديرگداز هاي مورد مصرف براي توليد فولاد است.ديرگدازهاي منيزيايي ممکن است بوسيله ي بايندرهاي قيري، رزيني و ...به صورت آجر درآيند. به علاوه سه نوع آجر کربن -منيزيايي درسطح بازار وجود دارند. اين سه نوع عبارتند از:
1)اولين نوع از اين آجر ها از منيزياي زينتر شده ي منظم (regular Sintered Magnesia) با خلوص 97% Mgo تشکيل شده اند.گرافيت مورد استفاده در اين آجر ها داراي کيفيتي متوسط (95%C) است.
2)نوع دوّم اين آجرها از منيزياي زينتر شده ي با خلوص بالا (Mgo 99%) تشکيل شده است.همچنين گرافيت مورد استفاده در اين نوع نيز خلوص بالايي (c%99)دارند.
3)نوع سوّم اين آجرها از منيزياي زينتر شده وگرافيت با خلوص بالا تشکيل شده اند.وعلاوه براين مواد افزودني هاي آنتي اکسيدان نيز وجود دارند.
آجرهاي منيزيا -گرافيتي در ابتدا براي ساخت کوره هاي الکتريکي سرد شونده بوسيله ي آب استفاده مي شدند امّا بعدها مصرف آنها گسترش يافت واز اين آجرها براي عايق کاري پاروهاي سرباره ( laddle slag lines)، گاز زداها ( degassers) و ... استفاده مي شود.

دولوميت (Dolomite)

کربنات طبيعي دوگانه از منيزيم وکلسيم (CaCo3 0 MgCo3)که به آن دولوميت گفته مي شود را مي توان بوسيله ي پخت در دماي بالا به ديرگداز دو لوميتي (refractory dolomite)تبديل کرد .تعداد محدودي از دولوميت ها در جهان وجود دارند که داراي يکنواختي مناسب،خلوص ورفتار کلسيناسيون در دماي بالا مناسب هستند ومي توان از آنها ديرگدازهاي دولوميتي باقيمت مناسب تهيه کرد.دولوميت با خلوص بالا داراي بيش از 97 درصد Mgo و CaO هستند. ديرگدازهاي دولوميتي سازگار ترين مواد براي استفاده جهت پوشش دهي کوره هاي دوارسيمان هستند واين مواد بدليل خواصّشان باعث بوجود آمدن کوتينگ پايدار در کوره هاي دوار سيمان مي شوند. همچنين مقاومت به شک حرارتي بسيار خوبي داشته ودر شرايط مختلف کار کوره در مقابل عوامل قليايي مقاومت مي کنند.اين ديرگدازها از زير کونياي فرآوري شده استفاده مي شوند وتا از رشد ترک در آنها جلوگيري شود.
ديرگدازهاي کروميتي (Chromite Refrac tories)
در اينجا بايد بايد تفاوتي ميان ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي ( magnesite Refravtories chrome) ودير گدازهاي کروميتي -منيزيايي (magnesite - chrome Refractories) قائل شويم. مواد منيزيا - کروميتي معمولا داراي 15- 35 درصد اکسيدکروم (Cr2O3 ) و 50-42 درصد اکسيد منيزيم (Mgo) هستند.در حالي که ديرگدازهاي کروميتي -منيزيايي حداقل 60درصد اکسيد منيزيم (Mgo) و 8-18 درصد اکسيد کروم (cr2 o3) دارند. ديرگدازهاي منيزيا -کروميتي داراي گستره ي وسيعي از ويژگي هاي ثابت است. اين ديرگدازها براي ساخت مجاري عبوري درکوره هاي دما بالا استفاده مي شود. اين مواد را مي توانند در برابر گازها وسرباره هاي خورنده مقاومت کنند. محصولات ديرگداز توليدي از مواد کروميتي -منيزيايي نيز براي استفاده در مکان هاي با دماي بسيار بالا و در تماس با سرباره هاي خورنده ي بازي بوجود آمده در فرآيند ذوب فولاد، مناسب هستند. ديرگدازهاي کروميتي -منيزيايي معمولا مقاومت در برابر خردشدنشان از ديرگدازهاي منيزيا - کروميتي بهتر است.
ديرگدازه هاي زيرکونيا (Zirconia Refractories)
اکسيد زيرکونيم (Zro2) يک ماده ي پلي مورف (Polymorphic material). است از اين رو استفاده از اين ماده به عنوان ديرگداز داراي مشکلاتي است. و اين مسئله ضروري است که قبل از بکار بردن آن به عنوان ديرگداز، آن را پايدار کرد. پايدار نمودن اکسيد زيرکونيوم با افزودن مقادير کم از کلسيم، منيزيم و سزيم اکسيد و... انجام مي شود. خواص زير کونياي پايدار شده به طور عمده به درجه ي تثبيت و کيفيت ماده ي تثبيت کننده و کيفيت مواد اوليّه (اکسيد زيرکونيا) بستگي دارد. ديرگدازهاي زيرکونيا دارا استحکام بسيار بالايي در دماي اتاق هستند . و اين استحکام را تا بالاتر از 1500C حفظ مي کنند بنابراين اين ديرگدازها براي استفاده شدن در کوره ها و پاتيل ها مناسب هستند.رسانايي گرمايي اکسيد زيرکونيا نسبت به اغلب ديرگدازها بسيار کمتر است. از اين رو اين ماده به عنوان ديرگداز عايق براي دماهاي بالا مورد استفاده قرار مي گيرد. بدليل اينکه اتلاف گرمايي اکسيد زير کونيا بسيار پايين است و همچنين اين ماده به آساني با فلزات مذاب واکنش نمي دهد. بنابراين اين ديرگداز به طور خاص مي تواند در بوته هاي ذوب فلزات استفاده شوند. زير کونيا ماده ي ديرگداز مناسب براي کوره هاي ذوب شيشه است. زيرا اين ماده به آسماني با شيشه مذاب تر نمي شود و از اين رو به آساني با شيشه واکنش نمي دهد.

ديرگدازهاي اکسيدي

غالباًٌ مواد ديرگداز آلومينايي که داراي اکسيد آلومينيم و مقادير ناچيز از ناخالصي هستند، به عنوان آلوميناي خالص شناخته مي شوند.
آلومينا يکي از پايدارترين اکسيد هاي شناخته شده است.اين ماده استحکام مکانيکي بسيار خوبي دارد. اين اکسيد در آب، بخار آب، بسياري از اسيدهاي غير آلي ومواد قليايي حل نمي شود. اين خواص باعث شده است تا آلومينا ماده ي مناسب براي ساخت بوته هاي ذوب سديم کربنات، سديم هيدروکسيد وسديم پراکسيدباشد.
اين ماده مقاومت بسيار خوبي در برابر اتمسفرهاي اکسيدي واحياي دارد. آلومينا به طور فراوان فرآيندهاي حرارت دهي صنعتي استفاده مي شود. آلوميناي بسيار متخلخل نيز براي عايق بندي کوره هاي استفاده مي شوند که در دماهاي بالا تر از 1850C کار مي کنند.

ديرگدازهاي مونو ليتيک (Monolitic Refractories)

ديرگدازهاي مونوليتيک مخلوط هايي از گرانول هاي خشک يا مواد پلاستيک هستند که براي عايق کاري به بخش هاي مورد نظر متصل مي شوند. ديرگدازهاي مونوليتيک شامل ديرگدازهاي پلاستيک (plastic nefractories) ، مخلوط هاي کوبيدني (ramning Mixes) ، مخلوط هاي پاشيدني (gunning Mixes) ، وريختي ها ( Castable) مي شوند.
درگدازهاي مونوليتيک با سرعت بالايي درحال جايگزيني با ديرگدازهاي نپختني هستند.اين جايگزيني بيشتر در پاتيل هاي صنعتي اتفاق مي افتد.ويژگي هاي مهم اين ديرگدازها عبارتند از:
1)کم شدن محل اتصال دوقطعه ديرگداز.در واقع اين شکاف ها ، نقاط ضعيف ذاتي در محصولات ديرگداز هستند.
2)نصب واجراي اين ديرگدازها سريعتر است و نياز به مهارت کمتري دارد.
3)خواص اين ديرگدازها از آجرهاي پرسي بهتر است.
4)حمل ونقل اين نوع دير گدازها آسان تر است.
5)زمان تعميرات براي دستگاه هايي که بوسيله ي اين نوع ديرگدازها آستر کاري مي شوند،کوتاهتر است.
6)اين نوع ديرگدازها محدوديت شکلي ديرگدازهاي ديگر را ندارند.
7)اين ديرگدازهاي مقاومت بهتري در برابر تخريب شدن دارند.
8)اين ديرگدازها ثبات ابعادي بهتري دارند.
9)روش هاي نصب واجراي اين ديرگدازها قابل بهبود هستند.
10)اين ديرگدازها را حتي زماني که کوره ي خاموش گرم است نيز مي توان تعمير نمود.
11)کاربردهاي اين نوع ديرگدازها متعدد است.

مواد عايق کننده (Insulating materials)

مواد عايق کننده اتلاف گرمايي زيادي را که از ميان ديوارها اتفاق مي افتد،کاهش مي دهد.عايق کاري هنگامي مؤثر است که يک لايه از مواد داراي رسانش گرمايي پايين بين محل گرم وسرد،ايجاد گردد. وجود اين لايه باعث مي شود تا دماي سطح سرد کاهش يابد.
رسانايي گرمايي پايين مواد عايق بخاطر وجود تخلخل دراين مواد ايجاد مي شود.اين درحالي است که ظرفيت گرمايي اين مواد به دانسيته ي بالک وگرماي ويژه (Specific heat) بستگي دارد. ساختار اين گونه مواد عايق بدين صورت است که در آنها تخلخل هاي بسيار ريز وجود دارد. و در داخل اين تخلخل ها پر از هواست. در واقع خود هوا نيز داراي رسانايي گرمايي بسيار اندک است. گرماي زياد بر روي مواد عايق اثرات مضر دارد. امّا دمايي که در آن دما مواد عايق مختلف اين اثرات نامطلوب را نشان مي دهند، متفاوت است. از اين رو انتخاب يک عايق مناسب بايد با توجه به دماي کاربري و خصوصيات رسانشي آن انجام شود.

يکي از پرمصرف ترين مواد عايق دياتوميت (diatomite) است . اين عايق با نام kieselguhr نيز معروف است .ساختار دياتوميت بدين صورت است که در آن توده اي اسکلت مانند از گياهان آبزي بسيار ريز وجود دارد.اين گياهان هزاران سال پيش در کف درياها ودرياچه ها دفن شده اند.از لحاظ شيميايي اين ماده از سيليس مخلوط شده با رس ومواد آلي تشکيل شده است.امروزه گستره ي وسيعي از ديرگدازهاي عايق وجود دارند که اين ديرگدازهاي عايق داراي خواص متنوعي هستند. خواص فيزيکي مهم برخي از ديرگدازهاي عايق در جدول سه آورده شده است.
چيدمان عايق ها (attaching Insulation)
روش چيدمان آجرهاي عايق در شکل يک آورده شده است. درشکل يک ، يک آجر 115 ميلي متري در بخش بيروني جداره ي داخلي قرار دارد. همچنين فضاي خالي به اندازه ي 76 ميلي متر بين ديواره هاي قديمي وجديد رها مي شود که ممکن است اين فضا با آجرهاي عايق پر شود .براي اينکه صلبيت جداره حفظ گردد اين مسئله ضروري است که ديواره بوسيله ي يک تير T شکل 600 ميلي متري مهارگردد.

الياف سراميکي (Ceramic Fibers)

الياف سراميکي نيز يکي از گروه هاي مواد عايق هستند.الياف سراميکي بوسيله ي وزش يک گاز با سرعت بالا به باريکه اي از مذاب ماده اي آلومينو سيليکاتي توليد مي گردد .مذاب داراي ترکيب شيميايي مشخص است و بنابراين سرعت وزش باد وترکيبش معين مي گردد.پس از سرد شدن سريع مذاب، موادي کرک مانند حاصل مي گردد.اين مواد که شبيه به الياف پنبه هستند را مي توان با استفاده از فرآيندهاي ريسندگي به پارچه،پتو، بلوک و... تبديل کرد.
اين محصولات داراي خصوصيات زير هستند.
1) رسانايي گرمايي پاييني دارند.
2) حجم حرارتي (heat Storage)بسيار پاييني دارند.
3) بسيار سبک هستند.
4) در مقابل شک هاي حرارتي ايمن هستند.
5) از لحاظ شيميايي پايدار هستند.
6) مقاومت به ترشدن در برابر فلزات غير آهني مانند آلومينيوم - روي وآلياژهايشان را دارند.

 

انتخاب ديرگدازها (Selection of refractories)

فاکتورهاي اساسي که بر روي عملکرد ديرگدازها اثر مي گذارد عبارتند از:
دما، ترکيب شيميايي، ترکيب شيميايي گاز يا سرباره، سرعت حرکت سرباره (حالت آرام يا توربلانت)، تنش هاي ترمومکانيکي. علاوه براين، انتخاب نوع ديرگداز به نوع کوره و يا واحد حرارتي و شرايط غالب در حين کاربرد بستگي دارد. شرايط غالب در حين کاربرد عبارت است از:
اتمسفر گازي ، حضور سرباره ، نوع فلز شارژ شده به کوره و ... .
دماي کاربرد ممکن است مهمترين عامل باشد اما قطعً تنها عامل قطعي براي انتخاب ديرگدازها نيست. انتخاب صحيح ديرگدازها براي کاربردي خاص باعث مي گردد تا عملکرد آن فرآيند به خاطر خواص آن ديرگداز تحت تأثير قرار گيرد. و بهبود يابد. هر طراح کوره بايد اطلاعات کافي در مورد وضعيتي که ديرگدازهاي يک کوره با آنها روبرو مي شوند، داشته باشد. سازندگان و استفاده کنندگان از ديرگدازها بايد قبل از انتخاب ديرگداز به نکات زير توجه کنند.
1) ناحيه ي مورد استفاده
2) دماي کارکرد
3) ميزان سايش و ضربات اعمالي
4) نيروهاي ساختاري وارد بر کوره
5) استرسهاي اعمالي به خاطر گراديان دما در ساختار و نوسان دمايي
6) سازگاري شيميايي با محيط کوره
7) انتقال حرارت و صرفه جويي در مصرف انرژي
8) صرفه جويي اقتصادي
از ميان فاکتورهاي بالا بايد ارزيابي هدفمند صورت گيرد. تخمين مناسب از ويژگي هاي مورد نياز بايد به عنوان خطوط راهنما براي انتخاب مواد ديرگداز در نظر گرفته شود.
مسئله ي حفاظت از انرژي مسئله ي بسيار مهمي است که مورد توجه توليد کنندگان و مصرف کنندگان کوره ها است. مصرف سوخت را مي توان به دو روش کاهش داد. يکي با عايق کاري و دومي با افزايش سرعت فرآيند توليد. هر دو روش گفته شده باعث کاهش مصرف انرژي براي هر تن محصول توليدي مي شوند.
- واقعيات در مورد ديرگدازهاي انتخابي
1) واکنش ها و سايش به صورت اکسپنانسيلي با افزايش دما، افزايش مي يابد.
2) سيکل هاي گرمايي باعث پديد آمدن ترک، کاهش استحکام و خردشدن مواد مي شود.
3) فعل و انفعالات در ديرگدازها عادي است.
4) محکم تر همواره بهتر نيست.
) عمر مفيد آستر ديرگداز بوسيله ي ضعيف ترين بخش آن تعيين مي شود.
6) عمر مفيد کوتاه تر مي تواند ارزش افزوده ي بيشتري داشته باشد.
7) ساخت ديرگدازها بايد با استفاده از مواد خالص تر و بسيار ظريف توليد شود.
8) طراحي ريزساختار-کنترل شکل دانه ها
اجزاي تشکيل دهنده ي آستر هاي دير گداز
جداره هاي پوشش داده شده با ديرگداز از يک غشاء فولادي در بيرون و چندين غشاء ديرگداز در داخل تشکيل شده است.
آسترهاي ديرگداز ممکن است از مواد مونوليتيک ريختني يا آجرچيني (با ملات يا بدون ملات) تشکيل شده باشد.
در اکثر موارد، آستري ها از چندين لايه ديرگداز با خواص متفاوت تشکيل شده اند:
- لايه ي داخلي آستر ديرگداز که با فرآيند (مذاب فلز، سرباره و گازهاي خورنده) در تماس است.
- لايه هاي بين پوسته و لايه ي داخلي که در اغلب موارد براي ايجاد ايمني و عايق کاري استفاده مي شوند. لايه هاي عايق براي جلوگيري از هدررفتن انرژي و نگه داشتن دماي پوسته در سطح مناسب، استفاده مي شود.
ديرگدازها در هنگام حرارت ديدن داراي انبساط معناداري هستند. در شرايط کاري، تحت شرايط محدود کننده ي مکانيکي و گرمايي، آسترهاي ديرگداز بواسطه ي گراديان دمايي و نيروهاي گرمايي تغيير ضخامت پيدا مي کنند.
انبساط گرمايي آزاد آستر نسوز بوسيله ي ساختار فولادي بيروني (پوسته) کنترل مي شود. در اکثر موارد،تنش هاي گرمايي بوجود آمده به دليل وجود موانع حرارتي بسيار بيشتر از تنش هاي بوجود آمده بوسيله ي وزن کوره است. (تنش هاي حاصل از وزن به عنوان مثال در گستره ي 0.2 تا 1 مگاپاسکال است در حالي که تنش هاي حاصل از انبساط گرمايي مي تواند در گستره ي 15-100 مگاپاسکال باشد.) از ميان تمام شکل هاي مورد استفاده در ساخت ديواره هاي صنعتي، به نظر مي رسد که ساختارهاي ديرگداز مسطح و استوانه اي بهترين هندسه را داشته باشند. ديواره هاي عايق کاري شده با نسوزها عموماً به دو صورت ساخته مي شوند: يکي به صورت استوانه اي و يکي مسطح.
- آسترهاي استوانه اي که به خاطر انبساط حرارتي و فشار هيدرواستاتيک (حاصل از مذاب فلزي) در تماس کامل با پوسته ي فولادي است. بنابراين هر دو نيروي وارده بر بدنه ي ديرگداز به صورت يکنواخت بر بدنه ي استوانه اي وارد مي شود.
-رفتار آسترهاي ديرگداز مسطح به طور قابل ملاحظه اي از آسترهاي استوانه اي متفاوت است. آسترهاي مسطح ديرگداز در معرض جابجايي به سمت بيرون و داخل است. اين جابجايي ها ممکن است موجب پيچش آستر ديرگداز شوند. اين پيچش ها که در هنگام ايجاد فشارهاي سيکلي و نيروهاي انبساطي ايجاد مي شوند ممکن است به آستر آسيب برساند.
براي جلوگيري از ايجاد شکست هاي قابل توجه و آسيب ديدن آستر ديرگداز بوسيله ي نيروهاي حرارتي در مرحله ي ساخت اين آسترها بايد به مسائل زير توجه کرد:
1) انتخاب مواد ديرگداز سازگار براي ساخت آسترهاي ديرگداز
2) آناليز ترمومکانيکي منطقي و طراحي درست جهت توزيع مناسب تنش-کرنش
3) محاسبه ي شرايط عملياتي بهينه (مخصوصا دياگرام حرارت دهي)

ديرگدازها در کوره ها و پاتيل ها

کوره ها و پاتيل ها به طور خاص به عمليات حرارتي و کاربردهاي ذوب کردن مربوط مي شوند. که معمولاً اين فرآيندها در دماهاي بسيار بالا انجام مي شود. آجرهاي ديرگداز براي آسترکاري داخلي کوره ها مورد استفاده قرار مي گيرد. هنگامي که يک کوره از دماي پايين حرارت مي بيند و گرم مي شود، در مرحله ي اوليه اين حرارت صرف مي شود تا دماي آستر به دماي بالا برسد. انرژي حرارتي مورد نياز براي افزايش دماي کوره به زمان سيکل کاري کوره بستگي دارد. مصرف انرژي در مورد کوره هاي با سيکل هفتگي زياد است زيرا اين کوره ها معمولاً در آخر هفته مورد استفاده قرار نمي گيرند. در مورد کوره هاي با سيکل روزانه نيز مصرف انرژي بالاست. در واقع اين کوره ها در طي شب خاموش هستند. در نهايت در کوره هايي که در هر بار استفاده (در هنگام شارژ بدنه) روشن و در پايان عمليات خاموش مي شوند، مصرف انرژي بوسيله ي آستر آجرکاري شده مناسب است.
حرارت ذخيره شده در داخل کوره به وزن، ظرفيت حرارتي و دماي اجزاي کوره بستگي دارد.
بدون توجه به دو نوع کوره ي مورد استفاده اتلاف گرمايي نتيجه اي از:
1) اتلاف گرما از ديواره هاي کوره بوسيله ي فرآيند رسانش، تابش و همرفت
2) اتلاف گرمايي که حاصل از ذخيره شدن گرما در بخش هاي غيرضروري است.
به هرحال تفاوت هايي در مقادير اين اتلاف وجود دارد. در کوره هايي که به صورت مداوم در دماي کارشان، کار مي کنند، مقدار اتلاف انرژي از ديواره ها بسيار بيشتر از مقدار اتلاف گرمايي است که در بدنه ي کوره ذخيره مي شود. در کوره هايي که به طور متناوب روشن و خاموش مي شوند، ممکن است مقدار اتلاف حاصل از ذخيره ي گرما در بدنه ي کوره بيشتر باشد (در واقع در هر بار گرم شدن و سرد شدن کوره اين اتلاف اتفاق مي افتد).
برخي اوقات عايق هاي خارجي براي کاهش اتلاف گرمايي استفاده مي شود. در کوره هاي مداوم و يا آنهايي که داراي سيکل گرمايي طولاني مدت هستند، عايق کاري از اتلاف گرما از ديواره ها و سقف جلوگيري مي کند. در کوره هاي با سيکل گرمايي کوتاه مدت (کوره هاي متناوب)، عايق کاري سبب کاهش اتلاف گرمايي مي شود ولي با اين حال اين مسئله هنوز هم مورد توجه قرار نگرفته است.
مزيت هاي برجسته ي استفاده از عايق کاري در کوره ها را مي توان بوسيله ي مثال زير بيان کرد:
يک کوره ي آجرکاري شده ي ديرگداز با ضخامت عايق کاري 4 اينچ و دماي جداره ي داخلي 2000F، داراي اتلاف گرمايي برابر BTU 145 (واحد بريتانيايي گرما) بر فوت مربع است. هنگامي که ضخامت به 8 اينچ برسد، اتلاف گرما کاهش مي يابد و به BTU 32 بر فوت مربع مي رسد. و هنگامي که ضخامت به 9 اينچ برسد، اين اتلاف دوباره کاهش يافته و به BTU 18 بر فوت مربع مي رسد.
اتلاف گرمايي را همچنين مي توان با افزايش صخامت آجر ديرگداز به مقدار قابل قبولي کاهش دهيم اما اين روش، روش مؤثري نيست، زيرا باعث افزايش هزينه ي ساخت کوره مي شود. البته اين روش از روش عايق کاري بهتر است.

اثرعايق کاري بر روي دماي ديرگدازها

هنگامي که ديواره ي خارجي يک کوره عايق کاري شود، اتلاف گرمايي بايستي کاهش يابد و يا گرماي توليدي در داخل کوره بهتر نگهداري مي شود. اين بدين معناست که در عمل، دماي ميانگين ديواره هاي ديرگداز حتي هنگامي که مصرف سوخت کاسته مي شود، همچنان افزايش يافته و اين مسئله مي تواند باعث گردد که ديرگداز و يا عايق گداخته شود بنابراين:
1) ديرگداز ممکن است ذوب شود و کوره متلاشي شود.
2) عايق ممکن است آسيب ببيند و غيرفعال شود.
اتلاف گرمايي از ديواره هاي کوره
اتلاف گرمايي از جداره هاي پاتيل و کوره مي تواند به طور اساسي بر مقدار مصرف سوخت و هزينه ي صرف شده براي توليد محصولات اثر بگذارد. مقدار اتلاف گرمايي از ديواره ها به موارد زير وابسته است:
1) قابليت نشر (emissivity) ديواره
2) رسانش ديرگداز
3) صخامت ديواره
4) مداوم بودن يا متناوب بودن کوره
مواد مختلف قابليت نشر متفاوتي دارند مثلاً قابليت نشر ديواره هاي پوشش داده شده با دوغاب آلومينيومي کمتر از آجرهاست.

شکل يک نشان دهنده ي ضريب اتلاف گرمايي براي شرايط زير است :

1) سطح معمولي
2) سطح پوشش داده شده با دوغاب آلومينيومي
نمودار رسانش گرمايي مواد ديرگداز متنوعي مانند آجر سيليس، آجر ساخته شده از رس نسوز و آجر عايق (Insulation) نسبت به دما در شکل دو آورده شده است.

بنابراين در دماي 600 درجه سانتيگراد که دمايي متوسط محسوب مي شود، رسانش آجر عايق تنها 20% آجر ساخته شده با رس نسوز است.
اتلاف گرمايي را مي توان با افزايش ضخامت جداره و يا استفاده از آجرهاي عايق کاهش دهيم. دماي جداره ي بيروني و اتلاف گرمايي براي يک ديواره ي مرکب از آجر عايق و آجر ساخته شده بارس نسوز بسيار پايين تر است زيرا رسانايي آجر عايق در مقايسه با آجرهاي ديرگداز کمتر است.
اگر ضخامت ديواره ي کوره کم باشد و همچنين در ساخت آن از آجر عايق استفاده نشده باشد، اتلاف گرمايي در اين ديواره افزايش مي يابد. اين مسأله بوسيله ي شکل سه نشان داده شده است.

بنابراين اتلاف گرمايي براي ديواره ي کوره اي با ضخامت 115 ميلي متر در دماي 650 درجه سانتيگراد، 2650 کيلوکالري بر متر مربع بر ساعت [kcol/m2.hr] است که در صورتي که از عايق استفاده شود اين مقدار به 850 کيلوکالري بر مترمربع بر ساعت کاهش مي يابد.

اتلاف گرمايي از جداره ي کوره به عوامل زير بستگي دارد :

1) دماي داخل کوره
2) دماي هواي بيرون
3) سرعت جريان هواي بيرون
4) پيکربندي ديواره هاي کوره
5) قابليت نشر ديواره ها
6) ضخامت ديواره ها
7) رسانايي گرمايي ديواره ها
دو مورد آخر که در بالا اشاره شد به راحتي بوسيله ي توليدکنندگان کوره قابل کنترل است. از بحث انجام شده مي توان موارد زير را نتيجه گرفت :
1) هنگامي که ضخامت ديواره افزايش يابد،اتلاف گرما کاهش مي يابد.
2) هنگامي که ضخامت عايق افزايش يابد، اتلاف گرما کاهش مي يابد.
3) تأثير عايق کاري در کاهش اتلاف گرما از افزايش ضخامت ديرگداز بيشتر است (تقريباً يک سانتيمتر از يک آجر عايق تأثيري برابر با 5-8سانتيمتر آجر ساخته شده از رس را دارد.)
4) در کوره هاي غيرمداوم، جداره ي عايق کاري شده ي نازک نسبت به جداره هاي ضخيم تر ترجيح داده مي شود زيرا در جداره هاي نازک تر انرژي کمتري ذخيره مي گردد.
5) يکي از روش هايي که مي تواند استفاده گردد تا گرماي ذخيره شده را کاهش دهيم اين است که ديرگدازهاي بخش داخلي آستر نسوز را از نوع مواد عايق استفاده کنيم.

ديرگدازهاي مناسب با استحکام خوب و مقاوم در برابر خردشدن را مي توان در گستره ي دمايي 1300 درجه سانتيگرد استفاده کرد. اين ديرگدازها که از جمله مواد عايق محسوب مي شوند را عايق هاي هات فيس (hot face insulation) ناميده مي شوند.
6) آجرهاي ساخته شده از عايق هاي هات فيس از ديرگدازهاي معمولي سبک ترند. اين آجرها معمولاً وزني معادل يک سوم يا يک دوم آجرهاي ديرگداز معمولي دارند. بنابراين گرماي ذخيره شده در داخل اين آجرها بسيار کم است.

کاربرد مواد ديرگداز

مواد ديرگداز به عنوان محافظ براي پوسته ي کوره و پاتيل استفاده مي شوند.اين مواد بدنه ي کوره و پاتيل را در برابر دماهاي بسيار بالا محافظت مي کنند.در واقع ديرگدازها براي آسترکاري کوره هاي دما بالا، رآکتورها و ديگر واحدهاي توليد استفاده مي شوند.
ديرگدازها به دليل برخورد با مواد شيميايي و تحمّل فشارهاي مکانيکي، سايش پيدا مي کند و تخريب مي شوند.اين فشارهاي مکانيکي باعث پديد آمدن ترک هاي زيادي در ديرگداز مي شود که در نهايت ديرگداز تخريب مي شود.اين ترک ها معمولا به دلايل زير رخ مي دهد:
1)بوجود آمدن و رشد ترک
2)تخريب ماده
3)خزش
4)و...
وسايل مورد استفاده در متالوژي بايد توانايي مقاومت در برابر حملات سرباره، ايروژن حاصل از اجزاي مايع، شک حرارتي و ديگر نيروهاي تخريبي را داشته باشند.انتخاب ديرگداز براي آسترکاري اين وسايل همواره از ميان ترکيب هاي متنوعي از مواد با کيفيت بالا انجام مي شود.همچنين توجه به ابعاد اين آسترها نيز مهم است زيرا ابعاد بزرگ باعث کاهش کارايي وسيله مي شود.
به دليل افزايش رقابت هاي صنعتي، توسعه ي ديرگدازها با سرعت زياد در حال انجام است.اين سرعت در توسعه به خاطر فشارهاي وارده براي بهبود خواص ديرگدازها پديد آمده است.نتايج حاصل از تحقيقات در اين زمينه باعث مي شود فرآيندهاي متالوژي عالي عملي گردد.اين تحقيقات عمدتا بر روي دو مسئله تأکيد دارد؛ يکي افزايش طول عمر ديرگدازها و ديگري افزايش قابليت اطمينان به اين مواد.

فولاد و آهن

صنعت فولاد و ذوب آهن مصرف کننده ي عمده ي مواد ديرگداز است.تقريبا 70 درصد ديرگداز توليدي در اين صنعت مصرف مي شوند.
در بخش هاي مختلف پروسه ي توليد فولاد شرايط متفاوتي از لحاظ دما،وجود يا عدم وجود سرباره و گازهاي سولفوردار وجود دارد. به دليل اينکه هر بخشي از اين صنايع داراي شرايط کاري خاصي است بنابراين ديرگدازهايي با گريدهاي مختلف براي اين بخش ها تهيه شده است.
انتخاب ديرگدازها براي آسترکاري يک کوره همواره براساس ترکيبي معين از ماده ي ديرگداز انجام مي شود.در واقع علاوه بر ترکيب ديرگداز، اندازه ي آجرهاي توليدي از اين ديرگدازها نيز به گونه اي است که ماکزيمم کاربري از آنها گرفته شود.
سايش گزينشي در مواضع خاص رخ مي دهد.اين سايش در آسترهاي در تماس با سرباره اتفاق مي افتد که براي جلوگيري از اين نوع خوردگي انتخاب مواد با دقت فراواني انجام مي شود.همچنين علاوه بر انتخاب صحيح نوع ديرگداز نحوه ي اعمال آن نيز مهم مي باشد.
صنعت فولاد ديرگدازها را براي کاربردهاي متنوعي استفاده مي کند.که اين کاربردها عبارتند از:
1)کوره بلند (blast furnace)
2)کوره ي ذغالي (Coke owen)
3)پاروهاي تورپدو (Tor pedo ladles)
4)کوره ي اکسيژن دهي فولاد (Basic oxygen Furnace)
5)کوره ي قوس الکتريکي (electric arc Furnace)
6)کوره ي دوقلوي فولاد سازي (Twin Hearth Furnace)
7)کوره ي بهينه سازي انرژي (onergy Optimizing Furnace)
8)پاروهاي تصفيه ي ثانويه (Secon dory Rifining Ladles)
9)جدارهاي ساخته شده از فولاد زنگ نزن (Stanless Steel Vessles)
10)دريچه هاي تنظيمي ساخته شده از ديرگدازها (Slide gate Refractories)
11)ديرگدازهاي بکارفته در تانديش ها (Tandish Refractories)
12)کوره ي القايي (Induction Rurnace)
گستره ي وسيعي از ديرگدازها مورد استفاده در کوره ي اکسيژن دهي فولاد از جنس منيزيا- گرافيتي هستند.ديرگدازهاي منيزيا- گرافيتي از منيزياي زنيتر شده يا فيوزد ساخته مي شوند.که در آن از بايندرهاي قيري يا زرين استفاده مي شود.
يک محصول ديرگداز با کيفيت بالا هنگامي که به همراه ساپورت فلزي مناسب استفاده شود مي تواند محصولاتي با کارايي بالا پديد آورد. به طور نمونه وار، عناصر عمده اي که به همراهي ديرگدازها در خطوط توليد فولاد کاربرد دارند را در زير بيان مي کنيم.

1) زير اجاقي (Sub bearth)

زيراجاقي کوره داراي عمري طولاني در مقايسه با ديگر اجزاي خط توليد فولاد است.اين قطعه تنها در مواقعي عوض مي شود که نشت آب از آن زياد باشد.و يا آستر آن بشدّت آسيب ديده باشد.آستر زيراجاقي معمولا از آجرهاي منيزيايي با کيفيت بالا ساخته مي شود.

2) بخش اصلي کوره (Working hearth)

بخش اصلي کوره را بايد به گونه اي آسترکاري کرد که بتواند در مقابل دماهاي بالا، سيکل هاي دمايي و برخورد قطعات بزرگ شارژ کوره، مقاومت کند.کوره هاي امروزي از انواع ديرگدازهاي مونوليتيک ساخته مي شوند.در اين نوع ديرگدازها، پودر مواد ديرگداز (معمولا ديرگدازها بر پايه ي MgD)به صورت يک مخلوط درآورده مي شود.و بر روي جداره ي ديوار اعمال مي شود.البته در برخي از کوره ها ترجيح داده مي شود که از آجرهاي عايق استفاده شود.اين نوع آجرها عمدتا از نوع منيزياي پخته شده و اشباع شده با قير است.

ديواره هاي کناري

در ناحيه ي ديوار کناري 3 نقطه ي مهم وجود دارد.اين سه نقطه عبارتند از:
1) خط سرباره
2) نقاط داغ
3) مکان قرارگيري و فرود آمدن مواد شارژ شده به کوره
خوردگي متعادل و متوازن آستر نسوز يکي از معيارهاي انتخاب نوع ديرگداز مصرفي براي يک نقطه ي معني است از اين رو براي حفظ اين عمل ما نيازمند اين هستيم که نوع ديرگداز و ضخامت آن را با توجه به مکان قرارگيري آن در کوره انتخاب کنيم.در اکثر کوره هاي از محصولات منيزيا-گرافيتي براي آسترکاري ديواره ها استفاده مي شود.همچنين عملکرد اين کوره ها تحت تأثير ميزان بازي بودن مواد اوليّه و درصد گرافيت است.عملکرد اين کوره ها به طور محسوس با افزايش اندازه ي کريستال هاي منيزيا افزايش مي يابد.و حد نهايي آن استفاده از منيزياي فيوزد است.افزايش درصد گرافيت نيز همين اثر را دارد.اگر چه فقط کربن در ساختار بسيار مهم مي باشد.

ديواره ي کناري اصلي

اين مکان ها در ميان نقاط داغ واقع شده است.دماي اين مکان هاي بسيار بالاست.
فاکتورهاي عمده ي تأثيرگذار بر روي کاربرد ديرگدازها عبارتند از: دما، نفوذ سرباره است.
در کوره هايي که با آب سرد و خنک سازي مي شوند، ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با حداقل مقدار کربن 10 درصد مناسب است.

نقاط داغ

سايش اتفاق افتاده در نقاط داغ مانند سايشي است که در ديواره ي کناري اصلي اتفاق مي افتد.امّا به خاطر دماي بالاي بوجود آمده بوسيله ي شعله ي مستقيم،اين سايش تشديد مي شود.در اين مکان ها ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با کيفيت بالا و درصد گرافيت 20 درصد ترجيح داده مي شوند.در اين ديرگدازها هم از کريستال هاي با سايز بزرگ و هم از منيزياي فيوزد استفاده مي شود.در مکان هاي قرارگيري مشعل هاي سوخت -اکسيژن (oxy-fuel Burners)،اکسيداسيون کربن اين نوع ديرگدازها رخ مي دهد (محيط هاي اکسايشي)و اين مسئله ممکن است با استفاده از پودر نرم فلزات کاهش يابد.

خط سرباره

طبيعت خورنده ي گداز آورهايي چون فلئوريت داراي اثر نامطلوبي در بخش خط سرباره دارد.در اين مکان ها، ديرگدازهاي با منيزياي با کيفيت استفاده مي شود که اين ديرگدازها معمولا داراي کريستال هاي درشت هستند يا از منيزياي فيوزد در آنها استفاده شده است. در مکان هايي که سرباره داراي مقادير بالايي اکسيد آهن باشد، منيزيا-گرافيتي را با استفاده از افزودن، افزودني هاي فلزي محافظت مي کنند.

دريچه هاي مشعل و خروجي سرباره

در اين مناطق از کوره سايش بوسيله ي اکسيداسيون و برخورد سرباره اتفاق مي افتد.در اين مناطق نيز ار ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با افزودني هاي فلزي استفاده مي شود.

سقف

سقف کوره ي قوس الکتريکي داراي سيستم آب گرد است.و از اين رو در اين مکان ها نياز به استفاده از ديرگدازهاي با کيفيت بالا نيست.فاصله ي ميان الکترودها در اين کوره بوسيله ي مواد مونوليتيک يا اشکال پيش ساخته پر مي شود براي ساختن ورودي الکترودها معمولا از آجرهاي نسوز استفاده مي شود.مواد مورد استفاده در اين مکان ها نيازمند تحمل شک حرارتي بالا هستند.و همچنين بايد مقاومت به سايش خوبي داشته باشند.ديده شده است که ديرگدازهاي آلومينايي در اين مکان ها داراي عملکرد خوبي هستند.
در جاهايي که سقف کوره آجرچيني مي شود، بار گرمايي بالايي بر آن وارد مي شود و همچنين نفوذ سرباره و مواد مذاب در آن بيشتر است.مواد عمليات حرارتي شده ي با بايندر فسفاتي به خاطر مقاومت خوب در برابر تکّه تکّه شدن و نفوذ سرباره و مواد مذاب، براي سقف مناسب مي باشند.

نازل ها

گستره ي وسيعي از نازل هاي بر پايه ي زيرکون (سيليکات زيرکونيوم)و زيرکونيايي پايدار شده وجود د ارد.اين نازل ها در اندازه و شکل هاي متنوع ساخته شده اند.

صنعت مس

در صنعت مس آجرهاي کروميتي-منيزيايي با پيوند مستقيم (Chrom Brick Direct Bonded) متداولترين نوع ديرگدازي است که رد سراسر دنيا استفاده مي شود.
توده ي مذاب مس با استفاده از ذوب کننده هاي تابشي (Flash Smelters) و کوره ي انعکاسي (reverberatory Furnaces: کوره هايي که گرما را از سقف به سوي مواد در حال گداختن منعکس مي کند)
کوره هاي تابشي (Flash Furnace) داراي مزاياي بيشتري نسبت به کوره هاي انعکاسي است.مخصوصاً اين کوره ها مصرف سوخت کمتري دارند و محصول بيشتري توليد مي کنند.
انواع ديگر از ذوب کننده ها و ادوات مورد استفاده در صنعت مس عبارتند از:
1)کوره ي ايسا (Isa Furnace)
2)کنورتورهاي اسميت پير (Pieree smith Convertors)
3)کوره هاي پالايش آنودي (Anode refining Furnaces)
4)کوره هاي دوّار نگهدارنده (Rotary Holding Furnace)
5)کوره هاي قوس الکتريکي تميز کننده ي سرباره (Cleaning electric Arc Furnace Slag)
6)و...
فرآيند تولدي مس يا به صورت سنتّي و يا به صورت پيشرفته انجام مي شود که در هر دو نوع از اين فرآيندها ديرگدازهاي کروميتي-منيزيايي استفاده مي شوند.اين مواد به همراه مواد آلومينوسيليکاتي براي آسترکاري خطوط توليد استفاده مي شوند.همچنين براي استرکاري اين بخش هاي گستره ي وسيعي از ملات ها (mortars)و مواد مونوليتيک وجود دارد.

فرآيند ذوب (Smelting Proces)

جداره هاي اوليّه که براي ذوب کردن از آنها استفاده مي شود، کوره هاي تابشي، کوره هاي انعکاسي و يا کوره هاي قوس الکتريکي هستند.آستر اين کوره ها عمدتاً تحت حمله ي سرباره و گازهاي گوگرد دار قرار مي گيرند.سرباره ي موجود در اين فرآيند مقادير بالايي اکسيد آهن و سيليس دارد که هر دوي اين مواد با ديرگدازهاي منيزيايي واکنش مي دهند و منيزيوفريت (Magnesio-Ferrite)و فورستريت تشکيل مي شود.همچنين سولفور موجود در اتمسفر گازي نيز با منيزيا واکنش مي دهد و سولفات منيزيم تشکيل مي شود.همه ي واکنش هاي اتفاق اتفاده در اين نوع ديرگدازها با انبساط حجمي همراه است و همين امر موجب ترک خوردن بخش پشتي سطح در حال برخورد با سرباره مي شود. ترک هاي بوجود آمده نهايتاً موجب آسيب ديدن آستر ديرگداز مي شوند.
ديرگداز از کروميت-منيزيايي با پيوند مستقيم (Magnesite chrome refractories direct bonded)براي استفاده در مکان هايي که در برخورد با سرباره ي مس است، ترجيح داده مي شود.اين نوع ديرگداز تحمل بيشتري در برابر سرباره هاي اسيدي دارد.

کنورتور:

کنورتور مورد استفاده در صنعت مس نيز مانند کوره ي فرآيند ذوب بايد توانايي استقامت در برابر سرباره و گازهاي سولفوردار را داشته باشد.بنابراين شرايط محيطي ديرگدازهاي مورد استفاده در اين صنعت نيز مانند ديرگدازهاي مورد استفاده در کوره است.در اين محل نيز بايد از ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي با استحکام، در دماهاي بالا و مقاوم در برابر شک هاي حرارتي، استفاده شود.
کوره ي آندي (Anode Furnace)
سرباره ي کمي در کوره ي آندي وجود دارد.امّا آستر ديرگداز موجود در اين کوره در تماس با مذاب مس و اکسيد مس است.(مس مذاب نفوذپذيري بالايي دارد).نفوذ مذاب مس در ديرگدازهاي اين بخش موجب پديد آمدن ترک هايي مي شود که در نهايت اين ترک ها باعث تخريب ديرگداز مي شوند.
کوره پالايش سرباره (Slag cleaning Furnace)
اين کوره به خاطر کار با سرباره، نيازمند داشتن ويژگي هاي خاصّي است.ديرگدازهاي مورد استفاده در اين بخش بايد رسانايي گرمايي مناسبي داشته باشند (رسانايي گرمايي بالا).مواد کروميتي-منيزيايي با بايندر مستقيم ديرگدازي است که براي آسترکاري اين بخش مصرف مي شود.در واقع اين ديرگدازها به خاطر نفوذپذيري کم سرباره در آنها و مقاومت خوب در برابر سرباره استفاده مي شوند.

صنعت آلومينيوم

ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت آلومينيوم عموماً در چندين وسيله مورد استفاده قرار مي گيرند اين وسايل عبارتند از:
1)کوره هاي پخت آنودي (Anode Beking Furnace)
2)کوره هاي نگهدارنده/ذوب (Melting/Holding Furnace)
3)کوره هاي القايي (Induction Furnace)
4)پاروها (ladles)و مجاري پالايش (launders)
معمولي ترين ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت آلومينيوم عبارتند از:
1)خاک نسوز با کارايي بالا (Super duty Fire cly)و آجرهاي پرآلومينا
2)آجرهاي پرآلوميناي با بايندر فسفاتي
ويژگي هاي خاص مورد نياز براي ديرگدازهاي صنعت آلومينيوم عبارتند از:
1)مقاومت در برابر نفوذ آلومينيوم
2)استحکام بالا
3)مقاومت به خوردگي بالا
گستره ي وسيعي از محصولات ديرگداز براي برطرف شدن نيازهاي مختلف صنعت آلومينيوم به خدمت گرفته مي شود.ديرگدازهايي که در تماس با آلومينيوم هستند از نوع ديرگدازهاي ريختني با سيمان کم و يا بسيار کم هستند.اين ديرگدازها داراي خاصيت عايق کاري هستند.و به صورت محصولاتي با دانسيته ي بالا توليد مي شوند. اين محصولات نه تنها با آلومينا واکنش نمي دهند بلکه با مذاب آلومينا ترشوندگي ندارند.

صنعت سيمان

سيمان توليدي از مجموعه اي از کوره ها و خشک کن ها عبور مي کند.اين ادوات از کوره ي پخت کلينکر گرفته تا کوره هاي کلسينه کننده نيازمند به آسترکاري هستند.ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت سيمان در قسمت هاي زير مصرف مي شوند:
1)پيش کلسينه کننده ها (Per Calciners)
2)کوره ي دوار (rotary kiln)
3)سرد کننده ها (Coolers)
4)مجراها (Ducts)
کوره ي دوّار موجود در يک کارخانه ي سيمان به عنوان قلب آن کارخانه تلقّي مي شود.اين بخش به صورت مستقيم بر روي توليد کارخانه تأثير دارد.با توجه به محل احداث کارخانه و کيفيت مواد اوليّه، نوع ديرگدازهاي مصرفي در صنعت سيمان تغيير مي کند.
ديرگدازهايي که عموما در اين صنعت مصرف دارند عبارتند از:
1)دولوميت
2)اسپينل کروميت-منيزيايي (Magnesia-chrome Spinel)
3)اسپينل آلومينا-منيزيايي (Magnasia-Alumina Spinel)
4)خاک نسوز
5)پرآلومين
نواحي از کوره ي پخت که با کلينکر سروکار دارد را معمولا از ديرگدازهايي دولوميتي آسترکاري مي کنند.که در واقع مزاياي ديرگدازهاي دولوميتي در سراسر جهان مورد تأييد قرار گرفته است.اين مسئله آشکار شده است که سازگارترين ماده براي کوره ي کلينکر، دولوميت است.و همچنين اين ماده کوتينگ مناسبي ايجاد مي کند.اين ديرگدازها را با افزودن مقادير زياد از زيرکونيا در مقابل رشد ترک محافظت مي کنند.
بخش هاي مختلف کوره ي دوار از آجرهاي اسپينلي منيزيا-آلومينايي و آجرهاي پرآلومينا (45%-80Al2O3)آسترکاري مي شوند.آجرهاي اسپنلي منيزيا-آلومينايي داراي خواص ترمومکانيکي و ترموالاستيکي بالا هستند و آجرهاي پرآلومين نيز استحکام بالايي دارند.

صنعت شيشه

کوره هاي صنعت شيشه داراي شرايط کاري زير هستند:
1)دماي کاري بالا
2)نياز به عايق بودن
3)سرعت کشش بالا و سرعت ذوب پايين
4)بخارات خورنده و غبارت مواد اوليّه
ديرگدازهاي مورد مصرف در کوره هاي ذوب شيشه معمولا در نواحي زير مصرف مي شوند:
1)ذوب کننده (melter)
2)پالايش دهنده (refiner)
3)داگ هوس (Dog house)
4)خروجي هاي کوره
مواد ديرگداز زيرکونيايي براي استفاده شدن در کوره هاي ذوب شيشه مناسب هستند.زيرا اين ديرگدازها به آساني با شيشه مذاب ترشوندگي ندارند و همچنين واکنش کمي با مذاب شيشه دارند.
ذوب کننده / پالايش دهنده
ديرگدازهاي مورد نياز براي ساخت اين بخش ها بايد خواصي از جمله ي خواص زير داشته باشند:
1)مقاومت بالا در برابر بخارات قليايي
2)استحکام بالا در دماهاي بالا
3)مقاومت بالا در برابر خوردگي

سقف :

سقف کوره هاي ذوب شيشه از مواد ديرگداز عايق ساخته مي شوند تا ميزان اتلاف گرمايي کاهش يابد.
خواص مهم ديرگدازهاي مورد استفاده در اين بخش عبارتست از:
1)فاکتور سيلان (Flux Factor)بسيار پايين در دماهاي بالا(0.5>)
2)کوارتز باقيمانده ي بسيار پايين (0.5%>).اين مسئله باعث مي شود تا پايداري حجمي در دماي کاربري بالا رود.
3)مقاومت بالا در برابر بخارت قليايي

ريژنراتورها (Regenerators)

ريژنراتورها گذرگاه هاي تکي يا چندگانه اي است که براي بازيابي انرژي از آنها استفاده مي شود.
احتياج اساسي توليد کننده ي شيشه از يک ريژنراتور، ماکزيمم کردن گرماي بازيابي از گازهاي خروجي کوره و پيش گرم کردن هواي ورودي به کوره است.
براي اپتيم کردن بازيافت انرژي و افزايش طول عمر ديرگدازهاي مصرفي در اين ناحيه بايد ديرگدازهايي را انتخاب کنيم که خواص زيرا را دارند:
1)مقاومت بالا در برابر شک حرارتي
2)استحکام بالا در دماهاي بالا
3)مقاومت در برابر خزش در دماي کاربرد
4)انتقال گرماي بالا

اکسید آلومینیوم (Al2O3) یک خانواده از ترکیبات غیرآلی با فرمول شیمیایی Al2O3 است. این اکسید یک اکسید آمفوتر مهم است. اکسید آلومینیوم نام های تجاری متنوعی مانند آلومینا، کوراندوم (corundum و.... دارد. نام های تجاری متنوع اکسید آلومینیوم نشان دهنده ی گستره ی وسیع استفاده از این ماده در صنعت است. استفاده ی عمده از اکسید آلومینیوم برای تولید فلز آلومینیوم است. اگر چه این ماده همچنین به عنوان ساینده (به خاطر سختی بالا) و به عنوان یک ماده ی دیرگداز (به خاطر دمای ذوب بالا) استفاده می شود.
کوراندوم عمده ترین فرم کریستالی اکسید آلومینیوم است که در طبیعت وجود دارد. یاقوت سرخ (Ruby) و یاقوت کبود (Sapphire) سنگ های گران بهایی هستند که از کوراندوم تشکیل شده اند. علت وجود رنگ های متنوع در اینگونه آلومینا (کوراندوم) در اثر وجود ناخالصی هاست. یاقوت سرخ، رنگ قرمز خود را به دلیل وجود ناخالصی کروم بدست آورده است. یاقوت کبود به رنگ های مختلفی در می آید. که این تنوع رنگ به خاطر ناخالصی های مختلف مانند آهن و تیتانیم بوجود می آید.

خواص
 

اکسید آلومینیوم یک عایق الکتریکی است. اما دارای رسانایی گرمایی به نسبت بالا (30wm-1k-1) است. البته این رسانایی گرمایی با دما تغییر می کند و عدد گزارش شده به طور میانگین بیان شده است. همچنین رسانایی گرمایی آلومینا در بین سرامیک ها بالاست. به دلیل بالا بودن نقطه ی ذوب آلومینا این ماده مقاومت و ثبات حرارتی بالایی دارد.
سختی بالای کوراندوم (فراوان ترین فرم کریستالی موجود از آن) که به آن α- آلومینا گفته می شود، باعث شده تا از این ماده به عنوان یک جزء مناسب برای کاربردهای ساینده (abrasive) و ابزار برش (cutting tools) باشد.
بوجود آمدن اکسید آلومینیوم بر روی سطح فلز آلومینیوم عامل حفاظتی در برابر هوازدگی (weathering) است. آلومینیوم فلزی یک ماده ی بسیار واکنش پذیر با اکسیژن اتمسفر است. و یک لایه ی محافظت کننده از آلومینا (به ضخامت 4 نانومتر) در مدت 100 پیکوثانیه بر روی بخش های در معرض هوا ایجاد می گردد. این لایه ی اکسیدی از اکسید شدن تمام آلومینیوم جلوگیری می کند. ضخامت و خواص این لایه ی اکسیدی را می توان بوسیله ی فرآیند آنودایزینگ (anodizing) تغییر داد. برخی از آلیاژها مانند برنزهای آلومینیومی از ویژگی آنودایزینگ استفاده می کنند تا خاصیت مقاومت به خوردگی آنها بهبود یابد. آلومینای بوجود آمده بوسیله ی فرآیند آنودایزینگ حالت آمورف دارد اما می توان بوسیله ی فرایندهایی مانند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (Plasma electrolytic oxidation)، لایه ی کریستالی از آلومینا بوجود آورد و سختی آلومینا را بالا برد.
آلومینا استحکام دی الکتریک خوبی دارد. این ماده الکترولیت جامد نیست و از این رو مانند اکسید زیرکونیوم (zro2) عمل نمی کند و خواص دی الکتریک آن به فشار اکسیژن بستگی ندارد.
سختی آلومینا در مقیاس موس 9 است. در این طبقه بندی پس از الماس، آلومینا در رتبه ی دوم قرار دارد.

ساختار
 

عمده ترین فرم کریستالی آلومینا، کوراندوم است. یون های اکسیژن و آلومینیوم در ساختار کوراندوم به صورت هگزاگونال متراکم (HCP) درآمده اند. در واقع یون های اکسیژن د رحال هگزاگونال متراکم (HCP) هستند و یون های Al3+ دو سوم فضاهای خالی 8 وجهی را اشغال کرده اند. هر مرکز Al3+ به صورت یک 8 وجهی است که از لحاظ کریستالوگرافی، کوراندوم با توجه به یون های Al3+ دارای شبکه ی تریگونال است. در واقع هر سلول واحد HCP، از 2 واحد فرمولی اکسید آلومینیوم تشکیل شده است.
آلومینا همچنین به صورت فازهای دیگر وجود دارد. این فازها را براساس حروف یونانی نامگذاری می کنند. این فازها عبارتند از: θ, δ,ð, χ, η هر کدام از این فازها دارای ساختار کریستالی و ویژگی خاص خود است. البته تمام این فازها، فازهایی میانی و غیرپایدار هستند. پس از حرارت دهی آلومینا و تشکیل این فازها در نهایت فاز α تشکیل می شود.
فاز ð می تواند مقداری در آب حل شود. که حلالیت این فاز نشان دهنده ی نامناسب بودن آن در کاربرد است.
همچنین می توان از ناپایداری برخی از فازهای آلومینا استفاده کرد و از فعالیت های شیمیایی آنها در کاربردهای خاص بهره برد. مثلا می توان از آنها به عنوان پایه کاتالیست و یا حتی کاتالیزور استفاده کرد.

تولید
 

کانی های هیدروکسید آلومینیوم جزء عمده ی بوکسیت است. بوکسیت فراوان ترین سنگ معدن آلومیناست. مخلوطی از کانی های مختلف در سنگ بوکسیت وجود دارند. این کانی ها عبارتند از:
1)گیبسیت (Al(OH)3)
2)بوهمیت (ð -Alo(OH))
3)دیاسپور (α-Alo(OH))
4)هیدروکسید و اکسید آهن
5)کوارتز
6)کانی های رسی
بوکسیت در خاک های سرخ (Laterites) وجود دارد. بوکسیت بوسیله ی فرآیند بایر خالص سازی می شود.

روش بایر برای تولید پودر آلومینا
 

ماده ی اولیه ی مورد استفاده در روش بایر بوکسیت است. این بوکسیت باید خلوصی بیش از 55 درصد داشته باشد تا فرآیند بایر صرفه ی اقتصادی داشته باشد. ماده ی اولیه ی بدست آمده از معدن (بوکسیت) خردایش شده و در مخازن بزرگ و سربسته ی آب در سود حل می گردد. با حل شدن بوکسیت در آب و بوسیله ی سودسوزآور، در محلول آلومینات سدیم به صورت محلول در آب تشکیل می شود. در مرحله ی بعد ناخالصی های نامحلول مانند آهن، سیلیس وتیتان بوسیله ی فیلتراسیون جدا می گردند. این ناخالصی ها به لجن قرمز (redmad) معروفند. در مرحله ی بعد برای عکس کردن واکنس انحلال هیدروکسید، گاز دی اکسید کربن به داخل محلول دمیده می شود. و رسوب Al(OH)3 تشکیل می شود. رسوب حاصله جداسازی، خشک و کلسیناسیون می شود. آلومینای حاصله خردایش و دانه بندی می گردد.
به آلومینای بدست آمده از روش بایر، آلومینای کلسینه شده می گویند. عمل کلسیناسیون در روش بایر در کوره ی دوار صورت می پذیرد. در ابتدای کوره دما پایین است و عمل خشک شدن انجام می شود. و در ادامه عمل تجزیه صورت می پذیرد. ترکیباتی همچون کلرین ها، فلرین ها، بور می توانند دمای تجزیه ی هیدروکسید را کاهش دهند. همچنین این عوامل، عامل جوانه زا برای تشکیل α- آلومینا هستند. وعلاوه بر دمای تجزیه ی هیدروکسید، بر روی شکل ذرات نهایی اثرگذار هستند. هر چه دمای کوره (دمای تجزیه) بالاتر رود، تبدیل می تواند کامل تر صورت گیرد. در دمای 1400 درجه سانتیگراد در حدود 99-90درصد از هیدروکسید به α-آلومینا تبدیل می شود و علاوه بر α آلومینا فاز میانی ð نیز وجود دارد. از این رو برحسب دمای کوره و افزودنی های مختلف، درصد α-آلومینا متفاوت است. در روش بایر حتی می توان آلومینایی با خلوص 99.99 درصد تولید نمود.

مشکلات روش بایر
 

1)هزینه ی بالای روش بایر
2)روش بایر به مخازن بزرگ آب نیازمند است.
3)مصرف آب در روش بایر بالاست.
4)روش بایر انرژی بر است، (برای گرم کردن مخازن آب نیاز به انرژی زیادی داریم).
5)ضایعات، و باطله های روش بایر زیاد است.
6)ورود ناخالصی هایی همچون اکسید سدیم موجب تخریب خواص الکتریکی آلومینا شده و ما را مجبور می کند تا با اعمال فرآیندهای جانبی درصد این گونه ناخالصی ها را کاهش دهیم.
در کاربردهای الکتریکی میزان یون سدیم بسیار مهم است. یون سدیم وارد ساختار آلومینا می شود و به صورت فاز θ درمی آید. این فاز محلولی جامد از اکسید سدیم و آلومیناست که باعث تغییر خواص الکتریکی آلومینا می شود و آلومینا را به یک الکترولیت جامد تبدیل می کند. الکترولیت های جامد با افزایش دما خاصیت رسانایی پیدا می کنند. اکسید سدیم همچنین بر روی نقطه ی ذوب آلومینا تأثیر گذاشته و آن را پایین می آورد. پایین آمدن دمای ذوب آلومینا موجب این مسئله می شود که در دماهای نسبتا پایین بخش هایی از آلومینا ذوب گشته و پس از سردشدن تشکیل فاز شیشه ای می دهد. وجود فاز شیشه ای در برخی بدنه ها مانند بدنه های دیرگداز مضر بوده و باعث کاهش استحکام آنها می شود. پس توجه به خلوص آلومینا در برخی صنایع مانند صنعت دیرگداز و الکترونیک و... ضروری به نظر می رسد.

ویژگی های کلیدی آلومینا
 

ویژگی هایی که آلومینا دارد و باعث شده است تا بتوان از آن در کاربردهای بسیار استفاده بشود عبارتند از:
1)استحکام فشاری بالا
2)سختی بالا
3)مقاومت به سایش بالا
4)مقاومت در برابر حملات شیمیایی بوسیله ی گستره ی وسیعی از مواد شیمیایی حتی در دماهای بالا
5)رسانایی گرمایی بالا
6)مقاومت در برابر شک حرارتی
7)دیرگدازی بالا
8)مقاومت دی الکتریک بالا
9)مقاومت الکتریکی بالا حتی در دماهای بالا
10)شفافیت در برابر فرکانس های اشعه ی میکروویو
11)ماده ی اولیه ی آن بسهولت قابل دسترسی است و قیمت آن دارای نوسان شدید نیست.

هیدروکسیدهای آلومینیوم
 

آلومینیوم گستره ی وسیعی از هیدروکسیدها را تولید می کند. برخی از این هیدروکسیدها، ترکیباتی کریستالی و با خصوصیات شناخته شده اند. در حالی که برخی دیگر از آنها ترکیباتی آمورف و ناشناخته اند.
عمومی ترین تری هیدرات های آلومینیوم گیبسیت (gibbsite)، بایریت (bayerite) و نوردستراندیت (nordstrandite) هستند. این در حالی است که اکسید متداولتر آلومینیوم (هیدروکسید آن) بوهمیت (boehmite) و دیاسپور (diaspore) هستند.

از لحاظ تجاری مهمترین شکل هیدروکسیدهای آلومینیوم، گیبسیت است اگر چه بایریت و بوهمیت نیز در مقیاس صنعتی تولید می شوند. هیدروکسیدهای آلومینیوم دارای گستره ی کاربرد فراوانی است مثلا از آنها به عنوان افزودنی های ضد شعله در پلاستیک ها و رابرها، پرکننده های کاغذ و درزگیرها، فیلر خمیر دندان، ضد اسید، پوشش های تیتانیا و به عنوان ماده ی اولیه جهت تولید محصولات شیمیایی آلومینوم دار مانند سولفات آلومینیوم، کلریدهای الومینیوم، پلی آلومینیوم کلراید، و آلومینیوم نیترات کاربرد دارد

گریدهای تجاری آلومینا
 

از لحاظ تجاری گریدهای مختلفی از آلومینا وجود دار که هر تولید کننده ی شاغل در بخش سرامیک با توجه به نیازهایی که از آلومینا دارد، یکی یا چند گرید آن را استفاد می کند. در ادامه به معرفی کاملی از گریدهای مختلف آلومینا می پردازیم.

آلومینای گرید اسملتر (Smelter grade alumina)
 

گرید اسملتر یا گرید متالورژیکی آلومینا نامی است که به آلومینای مصرفی در تولید فلز آلومینیوم داده شده است. از لحاظ تاریخی این نوع آلومینا از هیدروکسید آلومینیوم و با استفاده از کوره های دوار تولید می شده است. اما امروزه عموما بوسیله ی کلساینرهای فلوید فلش (Fluid flash calciner) یا بستر مایع (Fluid bed) تولید می شوند. در فرآیندهای فلوید فلش آلومینیوم هیدروکسید به داخل یک جریان متقابل از هوای داغ تغذیه می شود. (این هوای داغ از سوختن نفت یا گاز به دست می آید). اولین اثری که اتفاق می افتد این است که آب آزاد ماده خارج می گردد و سپس آب ساختاری که به صورت شیمیایی در ترکیب وجود دارد، از دست می رود. این فرآیندها در گستره ی دمایی بین 180 تا 600 درجه سانتیگراد رخ می دهد. آلومینای بدون آب (dehydrated alumina) اساسا به فرم آلومینای اکتیو است و مساحت سطح آن بتدریج با افزایش دما به سمت 1000 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. کلسیناسیون اضافی در دماهای بالاتر از 100 درجه باعث می شود تا آلومینای α تشکیل شود که از لحاظ پایداری، پایدارترین شکل آلومیناست.
به طور نمونه وار تبدیل به فرم آلومینای α می تواند در حدود 25% باشد و مساحت سطح ویژه ی آن نسبتا بالا (بالاتر از 50 متر مربع بر گرم) است. که علت این مسئله تغییرات فازی آلومیناست.

آلومینای کلسینه شده (Calcined alumina)
 

اگر آلومینیوم هیدروکسید در دمای بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد حرارت داده شود و سپس تغییرات فازی آلومینا که در بالا اشاره شد، انجام شود، محصولی باقی می ماند که از آلومینای α تشکیل شده است. (البته این در شرایطی اتفاق می افتد که دما به حد کافی بالا باشد. به صورت تجاری فرآیند گفته شده در کوره های دوار اتفاق می افتد. مینرالایزرها خیلی اوقات با افزودن کاتالیزور دمای واکنش را کاهش می دهند. نمک های فلئور عمده ترین نمکی است که برای کاهش دمای تشکیل آلومینای α استفاده می شود.
آلومینای کلسینه شده در گستره ی وسیعی از کاربردهای دیرگداز و محصولات سرامیکی استفاده می شود. ناخالصی اصلی موجود در این نوع آلومینا، اکسید سدیم است. گریدهای متنوعی از این نوع آلومینا تولید می شود که از لحاظ اندازه ی کریستال ها، مورفولوژی و ناخالصی های شیمیایی متفاوت اند.
گریدهای آلومینای کلسینه شده عمدتا براساس میزان اکسید سدیم به سه گروه: دارای اکسید سدیم معمولی، دارای اکسید سدیم متوسط (میزان اکسید سدیم 0.15-0.25 درصد وزنی است) و دارای اکسید سدیم کم تقسیم بندی می شوند.

آلومینای با اکسید سدیم کم (low soda alumina)
 

در بسیاری از کاربردها مخصوصا کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی نیاز است تا میزان اکسید سدیم موجود در آلومینا بسیار کم باشد. یک آلومینای با اکسید سدیم کم عموما آلومینایی است که درصد اکسید سدیم آن زیر 0.1% وزنی باشد. این نوع آلومینا را می توان به روش های مختلفی مانند شستشو با اسید، افزودن کلر (chlorine addition)، افزودن بور (boron addition) و استفاده از ترکیبات جاذب سدیم، تولید کرد.

آلومینای راکتیو (reactive alumina)
 

«آلومینای راکتیو» واژه ای است که معمولا به آلومینای با خلوص نسبتا بالا و اندازه ی کریستالی کوچک (1mm>) اتلاق می شود. این آلومینا پس از زنیتر شدن بدنه ای با دانسیته ی بالا و در دمای پایین تشکیل می دهد.
بنابر یک تعریف دیگر آلومینای راکتیو آلومینایی است که بتواند بدنه ای را تشکیل بدهد که دانسیته ی پس از پخت آن بالا و در دمای پخت نسبتا پایین (حدود 1550-1650 درجه سانتیگراد) داشته باشد.
این بدنه ها معمولا 99.5% آلومینا دارند. این نوع آلومینا معمولا پس از پروسه ی خردایش و آسیاب کردن آلومینای کلسینه شده بدست می آید. البته کلسیناسیون این نوع آلومینا در دماهای بالاتر (1600درجه سانتیگراد و یا بالاتر) اتفاق می افتد. که در این حالت دانه ها به طور کامل به فاز α تبدیل می شوند. ضمنا درصد اکسیدسدیم موجود در این نوع آلومینا به دقت کنترل می شود و سعی می شود تا حد ممکن کم باشد.
این نوع آلومینا در جاهایی استفاده می شود که ما نیازمند: استحکام استثنایی، مقاومت به سایش، مقاومت دمایی، سطح پایانی و پایداری شیمیایی هستیم. در واقع در جاهایی که رفتار مکانیکی بدنه ی تولیدی در دمای بالا برای ما اهمیت دارد از این نوع آلومینا استفاده می کنیم. آلومینای راکتیو به خاطر ناخالصی کمتر دارای رفتار زنیترینگ مشخصی است و به خاطر کم بودن فاز شیشه ای در بدنه های استفاده کننده از آلومینای راکتیو، خزش و دفورمگی در دماهای بالا کمتر اتفاق می افتد.
علاوه بر این از این نوع آلومینا در کامپوزیت ها و دیرگدازها و... استفاده می شود.

آلومینای تابولار (Tabular alumina)
 

آلومینای تابولار، آلومینای α است که زنتیر شده یا تبلور مجدد یافته است. و به خاطر این تابولار نامیده می شود که مرفولوژی آن شامل کریستال های بزرگ (50-500mm)، پهن و ورقه ای شکل از کوراندوم است. این نوع آلومینا بوسیله ی رسوب دادن، اکسترود کردن و یا پرس کردن آلومینای کلسینه شده و سپس حرارت دادن اشکال بدست آمده در دمای زیر نقطه ی ذوب (1850-1700 درجه سانتیگراد) آلومینا در کوره ای محوری (Shaft kilns) تولید می شود.
پس از کلسیناسیون، اشکال کروی از آلومینای زنیتر شده را می توان در برخی کاربردها مانند بستر کاتالیزوری استفاده نمود و یا این اشکال کروی را خردایش و دانه بندی کرد. به خاطر اینکه این مواد زنیتر می شوند، در نتیجه تخلخل آنها پایین است. همچنین این نوع آلومینا داری پایداری شیمیایی خوب، دیرگدازی بالا است. با توجه به ویژگی های آن از آن در تولید انواع دیرگداز استفاده می شود. در واقع مهمترین کاربرد این نوع آلومینا در ساخت دیرگدازهای ریختنی و شکل دار است.
ذرات تابولار معمولا به صورت ذرات کشیده و دارای گوشه های تیز است. این مسأله به خاطر رشد هگزاگونال آلومیناست که باعث می شود ذرات تابولار به جای کروی بودن، سوزنی شکل بشوند.
تخلخل ذرات تابولار نزدیک به صفر است. این نوع آلومینا به افزایش استحکام بدنه کمک می کند. دلیل دیگر استفاده از این نوع آلومینا اندازه های مختلف ذرات آن است. در واقع از آلومینای تابولار مش بندی های متنوع وجود دارد. و این مسأله یکی از ویژ گی های این نوع آلومینا است.
علاوه بر کاربردهای بیان شده از آلومینای تابولار برای ساخت کامپوزیت های کربن –آلومینا استفاده می شود. این نوع کامپوزیت ها در ساخت دریچه های کشوئی تخلیه ی تاندیش کاربرد دارند.

آلومینای فیوزد (Fused alumina)
 

فیوزد آلومینا در کوره ی قوص الکتریکی تولید می شود. نحوه ی کار این کوره بدین صورت است که جریان بزرگی از الکتریسیته از میان الکترودهای کربنی آن عبور می کند. گرمای تولیدی در این پروسه، سبب ذوب شدن آلومینا می گردد. این نوع کوره دارای پوسته ی فولادی آبگرد است و در هر دفعه می تواند 20-3 تن ماده را در خود جای دهد. آلومینای فیوزد دارای دانسیته ی بالا، تخلخل پایین، نفوذپذیری پایین و دیرگدازی بالاست. به خاطر این خواص از این نوع آلومینا در تولید ساینده ها و دیرگدازها استفاده می شود.

آلومینای حباب دار (bubble alumina)
 

این نوع آلومینا دارای تخلخل زیادی است. تخلخل های این نوع آلومینا به سطح دانه ها راه ندارد. این نوع آلومینا دارای دانسیته ی پایینی است و به خاطر خاصیت سبکی و عایق بودن در ساخت بدنه های عایق مانند جرم های ریختنی عایق استفاده می شوند.
این نوع آلومینا بوسیله ی دمش هوا به داخل کوره ی قوس الکتریکی تولید می شود.

آلومینای اکتیو (active alumina)
 

آلومینای کلسینه شده در دمای پایین را آلومینای اکتیو می گویند. به خاطر دمای پایین کلسیناسیون درصد فازهای غیر α در آن زیاد است. به خاطر بالا بودن فعالیت شیمیایی فازهای غیر α در آلومینا، این نوع آلومینا فعالیت شیمیایی بالایی دارد و از این رو از آن در ساخت کاتالیزورها و پایه کاتالیزور استفاده می شود.

آلومینای با خلوص بالا (high purity alumina)
 

آلومینای با خلوص بالا عموما آن نوع آلومینایی است که خلوص آن بیش از 99.99% وزنی باشد. این نوع آلومینا را می توان بدین صورت تولید کرد که آلومینیوم هیدراته ی تولیدی در فرآیند بایر به صورت پی در پی خالص سازی و شستشو می کنیم و یا آن را در یک محیط کلردار قرار می دهیم تا به درجه ی خلوص مورد نیاز برسیم.
آلومینای با خلوص بیشتر نیز بوسیله ی کلسیناسیون آمونیوم آلومینیوم سولفات یا از آلومینیوم فلزی تولید می شود. در مورد روش کلسیناسیون آمونیوم آلومینیوم سولفات، درجه ی خلوص مورد نیاز بوسیله ی تبلور مجدد (پی در پی) به دست می آید.
آلومینای با خلوص ویژه را می توان از آلومینیوم فلزی تولید کرد. در این روش آلومینیوم با الکل واکنش می دهد سپس آلومینیوم آلکوکسید تولیدی بوسیله ی تقطیر، هیدرولیز و کلسیناسیون خالص سازی می شود. یک راه ساده تر برای تولید این است که گلوله های آلومینیومی با خلوص بالا را در زیر آب مقطر در معرض تخلیه ی الکتریکی قرار داده تا آلومینای با خلوص بالا تولید شود.
کاربرد این نوع آلومینا در تولید سنگ های زینتی مانند یاقوت سرخ و گارنت آلومینیوم – ایتریا برای لیزرها و یاقوت کبود برای کاربردهای لیزری و پنجره های ویژه است

آلومينا در زمينه هاي مختلف صنعتي کاربرد دارد. در ادامه اشاره اي به برخي از کاربردهاي آن در صنعت داريم:

1) ديرگدازها
 

صنعت ديرگداز وظيفه ي ساخت قطعات يا مواد ديرگداز مصرفي در ساير صنايع را بر عهده دارد. معمولاً کاربرد ديرگدازها از دماي بالاتر از 400-500 مطرح هستند. و از اين دما به بالا کم کم شرايط سخت مي شود. در شرايط کاري سخت مانند صنعت فولادسازي، توليد محصول در شرايطي همچون فرآيند کربن زدائي، کوره بلند، تانديش هاي مختلف انجام مي شود. در اين صنايع کوره هاي مختلف و پاستيل هاي فراواني استفاده مي شوند. از اين رو تنوع مواد ديرگداز مصرفي در اين بخش ها زياد است. مذاب هاي عبوري از اين ديرگدازها داراي دمايي در محدوده ي 1550-1600 درجه سانتي گراد هستند که در اين شرايط خوردگي به علت تلاطمات مذاب بالاست. بنابراين نسوزهاي مورد استفاده در اين بخش ها بسيار خاص و حساس هستند. اين ديرگدازها بايد مقاومت به خوردگي، شوک پذيري، مقاومت حرارتي و دوام مناسبي داشته باشند. اگرچه مواد ديرگداز مصرفي در برخي صنايع مانند صنعت فولاد و شيشه سازي موادي با دوام هستند ولي به خاطر شرايط سخت کاري سريعاً فرسوده مي شوند و نياز به تعمير و جايگزيني دارند.
از آلومينا مي توان در ساخت نسوزهاي شکل دار و بي شکل استفاده کرد. انواع مختلفي از نسوزها بر پايه ي آلومينا توليد مي شوند براي نمونه برخي از آنها را نام مي بريم: آجرهاي آلومينايي، کامپوزيت هاي آلومينايي، ديرگدازهاي آلومينا-مولايت، ديرگدازهاي آلومينا-اسپينل، ديرگدازهاي آلومينا- گرافيت در کنار آلومينا مي توان فازهاي ديگري مانند مولايت و اسپنيل را داشته باشيم. در واقع آلومينا مقاومت به خوردگي خوبي دارد اما در برابر مذاب و سرباره به سرعت خورده مي شود از اين رو براي افزايش مقاومت به خوردگي آن از مواد کربني استفاده مي شود. مواد کربني مانند کک، قير و گرانيت به صورت کامپوزيت با آلومينا استفاده مي شوند. نسوزهاي آلومينا-گرانيت به خاطر پديد آمدن خاصيت عدم تر شوندگي خواص مقاومتي در برابر خوردگي خوبي دارند. آلومينا شک پذيري خوبي ندارد درواقع شک پذيري آن در حد متوسط است. براي افزايش مقاومت در برابر شک حرارتي مي توانيم از فازهاي ديگر (به شکل کامپوزيت) در آلومينا استفاده کنيم. مثلاً افزودن مولايت به آلومينا باعث بهبود خواص شوک پذيري آن مي شود. براي بهبود خاصيت مقاومتي آلومينا در برابر شک پذيري ماده مکانيزم داريم. يکي آنکه ماده اي به آلومنيا اضافه کنيم که ضريب انبساط آن از ضريب انبساط حرارتي آلومينا پايين تر باشد در نتيجه کامپوزيت حاصل ضريب انبساط حرارتي پايين تر و در نتيجه مقاومت در برابر شک حرارتي بهتري داشته باشد. مکانيزم ديگر اين است که ماده اي به آلومينا اضافه کنيم که رسانايي گرمايي کامپوزيت حاصله از رسانايي گرمايي آلومينا بيشتر باشد. در نتيجه اين مسئله باعث بهبود مقاومت به شک پذيري مي شود. مثلاً افزودن کربن باعث افزايش رسانايي گرمايي کامپوزيت آلومينا- گرافيت مي شود. البته توليد کامپوزيت هاي آلومينا-گرافيت نيز مشکلات خاص خود رادارد. زيرا پخت آن ها بايد در اتمسفر خنثي انجام شود. و ازاين رو هزينه ي توليد بالا مي رود. ضمناً اين بدنه ها نيازمند بايندرهاي خاصي دارند که بتوانند اتصالي مناسب ميان آلومينا و کربن برقرار کند. از اين رو قيمت اين گونه کامپوزيت ها بالا است و براي همين مسأله در کاربردهاي ويژه از آنها استفاده مي شود. مثلاً از کامپوزيت هاي گرانيت-آلومينا در ساخت دريچه هاي کشويي پاتيل ها استفاده مي شود.

2) ساينده ها
 

آلومينا داراي سختي بالايي است. در مقياس موس عدد 9 به آلومينا تعلق دارد. در واقع در اين پس از الماس که سختي آن 10 است قرار دارد. به خاطر سختي بالاي اين ماده از آن در توليد ابزارهاي برنده و ساينده ها استفاده مي شود. همچنين گلوله هاي مورد استفاده در بال ميل نيز گاهاً از جنس آلومينا هستند.

3) کاربردهاي الکتريکي
 

آلومينا استحکام دي الکتريک بالايي دارد. و مي تواند به عنوان پايه مدار، عايق شمع اتومبيل، پوشش لامپ هاي بخار سديم از ان استفاده کرد. کاربرد آلومينا در مدارات با فرکانس بالا اهميت پيدا مي کند. در واقع گرماي پديد آمده دراين مدارات مي تواند مواد متداول مانند پلاستيک را ذوب کرده و تنها مواد سراميکي هستند که مي توانند در اين شرايط تحمل داشته باشند.

4) کاربردهاي بيومتريالي
 

آلومينا از لحاظ شيميايي يک اکسيد آمفوتر و خنثي است. به خاطر وجود اين ويژگي، آلومينا مقاومت به خوردگي مناسبي دارد. محيط بدن موجودات زنده محيطي خورنده است. و درصورت عدم تناسب ميان يک امپلنت و بدن، بدن آن را دفع مي کند. اين دفع کردن به همراه تحريک سيستم دفاعي بدن بر عليه ماده ي خارجي است از اين رو نوع ماده ي مورد استفاده در ساخت امپلنت و پروتز بسيار مهم مي باشد. آلومينا داراي دو ويژگي است که توانسته خود را به عنوان يک ماده ي زيست سازگار پذير مطرح کند. اين دو ويژگي عبارتند از:
1)آلومينا از لحاظ شيميايي خنثي است.
2)آلومينا با محيط بدن سازگاري دارد.
از اين رو آلومينا مي تواند کاربردهاي بيومتريالي خوبي داشته باشد. البته آلومينا نيز مانند ساير سراميک ها ماده اي ترد است. و استحکام کششي آن پايين است. از اين رو در هنگام استفاده از سراميک ها (آلومينا) در ساخت پروتزها با مشکل ابعادي روبرو هستيم. در واقع نمي توانيم هر قطعه اي با هر ابعادي را از جنس سراميکي تهيه کنيم. به صورت کلي اگر قطعه ي ما کوچک باشد مانند دندان و يا استخوان هاي کوچک ما مي توانيم از سراميک استفاده کنيم اما اگر استخوان ما برزگ
باشد استخوان ران يا ساق پا ديگر نمي توانيم از سراميک در ساخت آن استفاده کنيم.
از پوشش هاي آلومينايي براي بهبود خواص سطحي امپلنت ها و پروتزهاي فلزي استفاده مي شود. در واقع فلزات مواد زيست سازگاري نيستند که با افزوده شدن پوشش آلومينايي اين مشکل برطرف شود. به خاطر خواص سايشي مناسب آلومينا از آن در توليد مفاصل سراميکي بهره گرفته مي شود.
امروزه بسياري از افرادي که تصادف کرده اند، راه رفتن دوباره ي خود را مديون اين مفاصل سراميکي هستند.

5) کاربردهاي ويژه
 

علاوه بر کاربردهاي گسترده اي که در مورد آلومينا گفتيم، برخي از کاربردهاي آلومينا خاص هستند. مثلاً در سيستم هاي صنعتي که مايعات با دماي بالا در حال انتقال هستند ما نياز به واشرها و درزگيرهايي هستيم که نمي توان آنها را از جنس لاستيک تهيه کرد. اين نوع واشرها از جنس آلومينايي هستند. همچنين کاشي هاي مورد استفاده در شاتل هاي فضايي از جنس آلومينا هستند. در واقع آلومينا به خاطر خواص زير براي ساخت کاشي هاي شاتل فضايي مناسبند:
1) آلومينا نقطه ي ذوب بالايي دارد.
2) آلومينا مقاومت به سايش خوبي دارد.
3) آلومينا استحکام مناسبي دارد.
شاتل هاي فضايي در هنگام گذر از جو زمين بايد بر اصطکاک جو غلبه کنند در اين ميان علاوه بر اصطکاک، دما نيز بالاست. از اين رو نياز است تا سطح شاتل فضايي به طور مناسبي عايق کاري گردد.آلومينا گزينه ي مناسبي براي اين کاربرد است. در يک شاتل فضايي حدود 30000 کاشي استفاده شده است.

نتيجه گيري
 

همانگونه که قبلاً بيان شد آلومينا يکي از پرمصرف ترين مواد سراميکي است. توليد ساليانه ي آلومينا حدود 45 ميليون تن است. که 90درصد از اين ميزان براي توليد فلز آلومينا (به روش الکتروليز) مصرف مي شود. اين مسئله اهميت اين ماده ي استراتژيک را براي ما مشخص مي کند. از اين رو توجه به فرآيند توليد،کاربردها و نحوه ي فراوري آن بسيار مهم مي باشد

مقدمه
 

مواد سراميکي با دانسیته ي پايين، کامپوزيت هاي سراميکي و الياف به طور گسترده اي درکاربردهاي دما بالا استفاده مي شوند. اين مواد به خاطر خواص ديرگدازيشان شناخته مي شوند. همچنين اين مواد رسانايي گرمايي پاييني داشته و مقاومت بالايي دربرابر حملات شميايي دارند. نقطه ذوب بالا و خواص شيميايي استثنايي زيرکونيا نشاندهنده ي کاربردآن به عنوان دير گداز است. به هر حال استعاله فازي تتراگونال - مونوکلينيک و تغيير ناشي از آن مانع از استفاده از زيرکونياي پايدار نشده به صورت بالک است. (شکل 1)

- زيرکونيا به عنوان يک افزودني ديرگداز و افزايش مقاومت به شک حرارتي
 

اين مسئله متداول است که پودر نرم زيرکونيا را براي افزايش مقاومت به شک حرارتي به ساير سراميک ها اضافه کنيم. اين ماده به آلومينا اضافه مي شود و از آن والوهاي لغزنده ي تنظيم کننده ساخته مي شود که اين والوها در بخش اصلي فرآيند ريخته گري مدام فولاد استفاده مي شوند. همچنين از اين ترکيبات کامپوزيتي در ساخت نازل ها و استاپرهاي انتقال دهنده و نگهدارنده ي قطعات فولادي گرم استفاده مي شود. اين قطعات هم تحت تأثير شک حرارتي و هم ايروژن قرار مي گيرند و استفاده از ساير مواد در اين مکان ها امکان پذير نيست زيرا امکان شکست آنها بالاست.

- نحوه ي عملکرد ديرگدازهاي تافنس يافته بوسيله ي زيرکونيا
 

اين تصور وجود دارد که ويژگي هاي فوق العاده ي ديرگدازهاي تافنس يافته بوسيله ي زيرکونيا به خاطر بوجود آمدن ميکروترک ها در نزديک ذرات زيرکونيا بوجود مي آيد. اين ميکروترک ها باعث جلوگيري از گسترش ترک هاي بوجود آمده از تنش هاي گرمايي مي شوند. بنابراين اين ديرگدازها اگر چه استحکام بسيار بالايي ندارند ولي قابليت جلوگيري از گسترش ترک را دارا مي باشند. و از اين رو کاربردهاي فراواني در بخش هاي مهم صنعتي يافته اند.

- محصولات ديرگداز زيرکونيايي
 

زيرکونياي مورد استفاده در صنعت ديرگداز بوسيله ي دو روش توليد مي شود. يک اکسيد پايدار کننده مثلا Mog به ميزان مطلوب (مثلا 6% مولي) به زيرکونيا افزوده مي شود. نمونه به صورت خشت د رآمده و در دماي بالاتر از1600درجه سانتیگراد سوزانده مي شود. اين عمل باعث مي شود بخش عمده اي از زيرکونيا به فاز کيوبيک تبديل شود.
خشت سوزانده شده سپس در يک بال ميل خردايش يافته تا اندازه ي ذرات آن به زير 10 ميلي متر برسد. (محيط خردايش از جنس فولاد است). پودر حاصله سپس بوسيله ي محلول آبي اسيد کلريدريک (HCI) شسته مي شود تا ناخالصي هاي آن جداسازي گردد. پودر حاصله بوسيله ي فرآيند ريخته گري استفاده مي شود. محصول خشک شده به اندازه ي 2-4 درصد سرينکيج پيدا مي کند همچنين فرآيند پخت آن که به طور نمونه وار در دماي 1900C°انجام مي شود باعث انقباضي 15% در نمونه مي شود.

- زيرکونياي پايدار شده ي فيوزد
 

زيرکونياي پايدار شده ي فيوزد مي تواند با استفاده از فرآيند قوس الکتريکي توليد شود. محصول حاصله بيش از 90% فاز کيوبيک دارد بنابراين اين محصول مي تواند در برابر سيکل هاي حرارتي تکرار شونده مقاومت کند. ودماي 2400درجه سانتیگراد را تحت اتمسفر اکسيدي تحمل کند. گرانول هايي از جنس اين ماده را مي توان به عنوان ديرگدازهاي عايق حرارتي (درکوره هاي با دماي بسيار بالا) استفاده کرد. اين گرانول ها را همچنين مي توان آسياب کرد و به صورت ديرگدازهاي بالک زينتر نمود.

- ناپايدار شدن ديرگدازهاي پايدار شده
 

زيرکونياي پايدار شده در دماهاي بالا خاصيت آمفوتري خود را حفظ کرده ودر برابر سرباره هاي بازي و اسيدي و شيشه هاي مذاب مقاوم است ولي اين ماده در تماس طولاني مدت با ديرگدازهاي سيليسي و آلومينا سيليکاتي ناپايدار مي گردد.(در دماهاي بالاي 1400C° درجه)
بهترين ماده ي پخته شده ي ديرگداز براي کاربردهاي با دماي بسيار بالا و ديواره هاي ديرگداز ، آجرهاي زير کونيا پايدار شده هستند که به صورت موادي متخلخل به مصرف مي رسند.

- الياف ديرگداز زيرکونيايي
 

اخيرا ً مواد عايقی در دسترس است که اين مواد عايق داراي دانسيته ي پايين، رسانايي گرمايي پايين هستند و در اشکال مختلفي مانند فيبر، کاغذ ، نمد (felt) ، مقوا (board) و... توليد مي شوند. زيرکونياي مورد استفاده در اين کاربردهاي محلول جامد زيرکونياي کيوبيک به همراه افزودني اکسيد ايتريا است. نمونه ي با خلوص بالا از اين نوع زيرکونيا را مي توان تا دماي بالاتراز 2100C° استفاده کرد.
مواد ديگري مانند زيرکونيا با بايندر زيرکن نيز در اين کاربردها استفاده مي شوند. اما اين مواد دماي کاربري بين 1650C° -1700دارند.

- توليد الياف زيرکونيايي
 

فرآيند توليد الياف زيرکونيايي فرآيندي انحصاري است. اگر چه جزئياتي از آن انتشار داده شده است که اين جزئيات حالتي کلي از فرآيند توليد است.
تکنيک هاي ابداعي توليد از يک ماده ي اوليه ي آلي و در حالت فيبر (مانند نايلون) شروع مي شود. فيبر آلي با يک محلول از زيرکونيوم کلرايد و ايتريم کلرايد تلقيح مي شود. (اين ماده در يک شابلن (نخ) قرار مي گيرد). پس از خشک شدن نمک هاي فلزي در داخل فيبر آلي رسوب کرده که مي توان بخش آلي را سوزاند. فيبر جديد پس از اين فرآيند در دماي مناسب ( C°1300 800-) درجه پخت مي گردد.
در طي فرآيند پخت عمل کريستا ليزاسيون انجام مي شود و در نهايت ذرات سراميکي زنیتر گشته و پيوند سراميکي پديد مي آيد.

- خواص و شکل هاي موجود از ديرگدازهاي فيبري زيرکونيا
 

اين مواد را مي توان به صورت اشکال مرسوم توليد نمود در واقع مي توان اين مواد را به صورت فيلامنت هاي تکي يا به صورت صفحات صلب و يا اشکال تهيه نمود. اين مواد داراي ويژگي هاي برجسته اي مانند پايداري بالا در دماهاي نزيک به نقطه ي ذوب آن (c∘ 2600 ≃)، مقاومت به خوردگی در برابر قلیایی ها و بسیاری از مواد شیمیایی و تر نشدن در برابر طیف گسترده ای از فلزات مذاب هستند.

- کاربردهای دیرگدازهای فیبری زیرکونیا و عایق کاری
 

کاربران این نوع از زیرکونیا بسیار متنوع و گسترده است. این مواد در عایق های گرمایی با راندمان بالا گرفته تا در جدا کننده های باطری هواپیما، فیلترهای گاز داغ و دیافراگم های الکترولیز کاربرد دارند. یک کاربرد خاص از این مواد که هنوز در مرحله ی آزمایشی است، استفاده از آنها در بخش تحتانی رآکتور اتمی است. این فرم از زیرکونیا در رآکتور اتمی مانند یک پوشش حرارتی شیمیایی عمل می کند.

اکسید زیر کونیوم((zrO_2 که گاهی مواقع به آن زیر کونیا گفته می شود اکسیدی سفید رنگ از فلز زیرکونیوم است. زیر کونیا به صورت اکسید خالص در طبیعت وجود ندارد. این ماده در کافی های با دولیت (baddelyite) وزیر کن (zircon) (Zrsio_4 ) وجود دارد. این دوکانی طبیعی منابع عمده ی تأمین کننده ی زیرکونیا هستند. گستردگی منابع زیر کن بسیار زیاد است اما این کانی خلوص کمتری داشته وازاین رواستفاده از آن نیاز به فرایندهای آماده سازی زیادی است.
فراوری زیر کونیا نیازمند جدا سازی مواد ناخاسته وخالص سازی آن است. ناخالصی های مختلفی به همراه کانی های زیرکونیا دار وجود دارد. مثلاً یکی از ناخالصی های زیرکن سیلیس است.اکسید ها فنیوم نیز یکی از ناخالصی های زیر کونیا محسوب می شود. کانی با دولیت نیز دارای ناخالصی هایی همچون آهن واکسید تیتانیم می باشد. رسوبات زیرکونیا در برزیل و آفریقای جنوبی بیشتر است. ولی مقدار آن خیلی ناچیز است وارزش استخراج آن پایین است. به همین علت برای تولید اکسید زیرکونیوم باید به سراغ ترکیباتی که حاوی این اکسید است برویم. درواقع زیرکن به عنوان منبع تأمین کننده ی زیرکونیا است.زیرکن درکشورهایی مثل استرالیا، آمریکا ، هند ، سریلانکلا وجود دارد. البته زیر کن علاوه بر استفاده در تولید زیرکونیا درلعاب و... نیز کاربرد دارد. برای فراوری واستخراج زیرکونیا از زیرکن چندین روش وجود دارد که عبارتند از :
1) کلریناسیون
2) تجزیه به کمک هیدوکسیدهای قلیایی
3) ذوب قلیایی
4) تجزیه ی پلاسمایی
5) روش هم رسوبی شیمیایی
6) سایر روش ها (CVDو ...)

فازهای زیر کونیا
 

زیرکونیا دارای سه فاز مونوکلینیک ، تتراگونال وکیوبیک است.فازمونو کلینیک در درمای 1170C° به فاز تتراگونال و فاز تتراگونال در دمای 2370C° به فاز کیوبیک تبدیل می شود. (شکل 1)

عمده ترین فرم این ماده که در طبیعت وجود دارد مونو کلینیک است. فرم دما بالای آن (کیوبیک) به ندرت در طبیعت وجود دارد .منیرال تاز هرانیت (tazheranite) با فرمول Zr,Ti,Ca)o_2 ) یکی از مینرال هایی است که به صورت فاز کیوبیک است. از زیر کونیای کیوبیک که به صورت مصنوعی سنتز می شود به طور گسترده ای درساخت سنگ های تزئینی استفاده می شود. زیرکونیای کیوبیک شبیه ترین ماده به الماس است (شکل 2)

همانگونه که گفتیم زیرکونیا در دمای 1170C° از فاز مونوکلینک به تتراگونال تغییر فاز می دهد. این تغییر فاز با تغییر زیادی در پارامتر شبکه همراه است.یکی از پیامدهای این تغییر فاز، انبساط حجمی بزرگی است که درهنگام سرد کردن رخ می دهد وباعث می شود تولید قطعات زیرکونیای خالص امکان پذیر نباشد. (سرد کردن زیرکونیا در دمای1170C° باعث انبساط 5-3% می شود.)
برای تولید اجزای زیرکونیایی، این مسئله ضروری است که همه یا بخشی از زیرکونیا را به صورت کیوبیک یا تتراگونال تثبیت کنیم. این فرآیند تثبیت کردن بوسیله ی افزودن عوامل تثبیت کننده ایجاد می شود. افزودن مقادیر متنوعی از تثبیت کننده های فاز کیوبیک مانندMgo,CaO،O_3 Y_2 موجب تشکیل زیرکونیای تاحدی تثبیت شده (partially Stanlized Zirconia) می شود.
دربین سه فاز زیر کونیا فاز کیوبیک به لحاظ داشتن خواص ویژه از همه ی فازها شرایط بهتری دارد.
ونسبت به فازهای دیگر ترجیح داده می شود ازاین روتلاش می شود تا این فاز در بدنه حفظ گردد. بعد از فاز کیوبیک فازتتراگونال شرایط بهتری نسبت به فاز مونو کلینیک دارد.استفاده از اکسیدهای تثبیت کننده باعث باقی ماندن فازهای دما بالا دردمای اتاق وتولید قطعات با خواص ممتاز می شود.
اگردر دمای پایین ما تنها فاز کیوبیک یا تتراگونال داشته باشیم به آن زیرکونیای به طور کامل پایدار شده (Fully Stablized zirconia) می گوییم.
با استفاده از زیرکونیلی به طور کامل پایدار شده (FSZ) یا زیر کونیای تا حدی پایدار شده ( PSZ ) را می توان بدنه های پایدار تهیه کرد. این بدنه ها خواص ممتازی دارند که در ادامه به آنها می پردازیم.
افزوده شدن اکسیدهای تثبیت کننده سبب تشکیل محلول جامد می شود که در این حالت توجه به حد حلالیت اکسید در زیر کونیا یکی از مسائل مهم می باشد. لازم به ذکر است که افزایش Ca و Co می تواند سختی زیرکونیا را به طور قابل توجهی افزایش دهد. همچنین Mg می تواند چقرمگی را افزایش دهد ( KIC را افزایش می دهد)

ویژگی های کلیدی
 

ویژگی های خاص زیرکونیا که موجب استفاده از آن درکاربردهای متنوعی می شود عبارتند از:
1) استحکام بالا
2) تافنس شکست بالا
3) مقاومت سایشی استثنائی
4) سختی بالا
5) مقاومت شیمیایی استثنایی
6) تافنس بالا
7) دیرگدازی بالا
8) رسانایی یونی (یون اکسیژن)خوب
ویژگی های مهم سرامیک های زیرکونیایی به درجه تثبیت شدن ونوع تثبیت کننده وفرآیند تولید آن بستگی دارد.در جدول 1 ویژگی های چند نمونه از زیر کونیا آورده شده است.

علاوه برخصوصیات بیان شده در بالا برخی از ویژگی های زیرکونیا وجود دارد که باعث شده است این ماده یکی از مواد مهندسی پرکاربرد باشد. این ویژگی ها عبارتند از :
1) رفتار اصطلاکی مناسب
2) نداشتن خاصیت مغناطیسی
3) عایق الکتریکی بودن
4) رسانایی گرمایی پایین

انواع زیرکونیا
 

انواع مختلفی از زیر کونیا وجود دارد. این نوع های مختلف از زیر کونیا بوسیله ی محققین وتولید کنندگان ارائه گشته است.در واقع محققین برای بدست آوردن خواص مختلف، انواع مختلفی از زیر کونیا با فازهای مختلف تولید کرده اند. برخی از این فازها تنها در دماهای بالا پایدارند وبایدبه نحوه ای آنها را سرد کرد که بتوان این فازها را در دمای اتاق داشته باشیم. برخی از انواع زیر کونیا بوسیله ی مکانیزم های تافنینگ زیر کونیا تولید می گردند . برخی از آنها درجدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. اکسید های پایدار کننده مورد استفاده دراین مواد معمولاً به صورت پیشوند به حروف اختصاری جدول 2 افزوده می شود. برخی اوقات درصد ماده ی تثبیت کننده نیز ذکر می شود. مثال هایی از حروف اختصاری که به همراه انواع مختلف زیر کونیا استفاده می شوند عبارتند از A,Mg,Ce,Y که به ترتیب بدین معنا هستند . (Y_2 O_3،MgO,〖CeO〗_2، 〖AI〗_2 O_3 )
عبارت زیر 3Y-TZP بدین معنا ست که این محصول زیرکونیای تتراگونال و پلی کریستالی است که 3 درصد مولی (Y_2 O_3 ) دارد.

مقایسه ی خواص
درجدول 3 خواص گریدهای مختلف زیر کونیا آورده شده است.که این اطلاعات از منابع مختلفی گرد آوری وترکیب شده اند.

به هر حال همانند اکثر سرامیک ها، خواص مواد زیرکونیای نیزتابع فاکتورهای بسیاری مانند پودر اولیه و روش تولید و... است اکثر روش های تولید سرامیک ها برای زیرکونیا استفاده می شود مثلاً این روش ها عبارتند از : پرس خشک، پرس ایزو استاتیک، قالب گیری تزریقی، اکستروژن وریخته گری نواری در طی فرآیند تولید ممکن است ناخالصی هایی به بدنه افزوده شود که این ناخالصی ها خواص بدنه را کاهش می دهند.

کاربردها
 

همانگونه که پیش از این گفته شد زیرکونیای خالص به خاطر استحکام پایین کاربرد ندارد. ولی افزوده شدن برخی ازاکسیدها باعث بهبود خواص مکانیکی آن می گردد.
دربرخی موارد، فاز تتراگونال می تواند فازی نیمه پایدار باشد. اگر میزان کافی از فاز تتراگونال نیمه پایدار در بدنه وجود داشته باشد وتنشی برآن اعمال شود، با افزایش میزان تنش درنوک ترک تبدیل فازی تتراگونال به مونوکلینیک رخ می دهد وافزایش حجم اتفاق می افتد. این افزایش حجم موجب می شود ترک تحت فشار قرار گرفته شود واز رشد آن جلوگیری شود. این مسئله موجب افزایش تافنس شکست می شود. این مکانیزم، مکانیزم افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیر کونیا نامیده می شود. و می تواند موجب افزایش قابلیت اطمینان وعمر مفید محصولات تولیدی بوسیله ی زیر کونیای پایدار شده بشود.
یک نمونه ی خاص از زیر کونیا، زیر کونیای تتراگونال و پلی کریستال (zirconia polycrystalline tetragonal) نامیده می شود که به اختصارTZP نامیده می شود همانگونه که از اسم این نوع زیر کونیا معلوم است TZP ، زیر کونیایی است که به صورت پلی کریستال بوده وتنها از فاز نیمه پایدار تتراگونال تشکیل شده است.
فاز کپوبیک زیرکونیا همچنین دارای رسانایی گرمایی بسیار پایینی است. این مسئله منجر می شود تا از این ماده به عنوان پوشش مانع در برابر حرارت (TBC) در جت وموتورهای دیزل استفاه شود.استفاده از زیرکونیای کیوبیک دراین کاربردها اجازه می دهد تا دمای کاربری این وسایل را افزایش دهیم و بازده موتور را بالا ببریم (این مسأله از لحاظ ترمودینامیکی ثابت گشته است) در سال 2004 ، یک گروه تحقیقاتی بزرگ مشغول بهبود کیفیت و دوام این پوشش ها شدند. این نوع پوشش ها به عنوان ماده دیرگداز ، عایق، ساینده وبه عنوان لعاب فلزی وسرامیکی مصرف می شود. زیرکونیای پایدار شده در سنسورهای اکسیژن وغشاء های سلول سوختی استفاده می شوند. علت استفاده از آن دراین کاربردها این است که این ماده اجازه ی عبور آسان یون های اکسیژن را از میان ساختارش ( در دمای بالا) می دهد. این رسانایی یونی بالا (و رسانایی الکتریکی پایین) باعث می شود تا این ماده به عنوان یک الکتروسرامیک مهم مطرح گردد.
گاف انرژی زیرکونیا به نوع فاز (کیوبیک ، تتراگونال ، مونوکلینیک یا آمورف) و روش تولید بستگی دارد. مقدار این گا فسا بین7-5ev است.
این ماده همچنین درتولید زیر ساختارهای مورد استفاده درساخت و ترمیم دندان ها مانند تاج دندان واتصالات دندانی مصرف می شود. این زیرساختارها معمولاً بوسیله ی پرسلان های فلرسپاتی مرسوم پوشش دهی می شوند.
دی اکسید زیرکونیوم می تواند به صورت یک پودر سفید رنگ باشد که دارای خواص آمفوتری است. با توجه به نقطه ذوب بالا وخاصیت درخشان بودن، این ماده در تولید اجزای چراغ استفاده می شود. زیرکونیا یک ماده ی مهم دی الکتریک مهم می باشد. در واقع زیرکونیا یک دی الکتریک بالای بالاست .
(high-k-dielectric). این پیش بینی می شود که بتوان از آن به عنوان عایق ترانسیستور در وسایل نانوالکتریکی استفاده کرد.
درادامه به بیان برخی از کاربردهای زیرکونیا می پردازیم.

چاقو و قیچی ها
 

یکی از مشکلات عمده چاقو ها و قیچی های فلزی هنگامی ایجاد می شود که بخواهیم با یک چاقوی فلزی یک ماده ی با تافنس بالا مانند یک تکه پارچه ی کولار را ببریم. ویا بخواهیم تعداد زیادی برگه ی کاغذی را ببریم. دراین موارد معمولاً وسیله ی برش به سرعت کند می شود وکارایی خود را از دست می دهد.
چاقوها وقیچی های زیرکونیایی یک ماده ی مناسب برای این کاربردها هستند. این وسایل دیرتر کند می شوند. وزمان زیادتری تند باقی می مانند.
ویژگی های کلیدی که باعث می شود که زیرکونیا یک ماده ی مناسب برای این کاربردها باشد عبارتند از :
1) استحکام وتافنس شکست بالا به همراه سختی بالا (این سختی معمولاً بیشتر از موادی است که می خواهیم آنها را ببریم.)
2) اندازه ی دانه های ریز(ریزساختار مناسب) که باعث می شود بتوانیم گوشه های تیز بوجود آوریم
3) اثر افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا در لبه های ماشین کاری شده ی وسایل که موجب افزایش تافنس می شود.
کاربر دهای مشابه برای زیر کونیا عبارتند از تیغه های برنده ی فیلم های پلاستیکی ونوارهای مغناطیسی وسایر مواد ساینده
زیرکونیا همچنین در ساخت وسایل برنده ی کامپوزیتی وچرخ ها ساینده کاربرد دارد.

درزگیر و قطعات پمپ و واشرها
 

انتقال دوغاب ومواد شیمیایی خورنده یکی از مشکلاتی است که صنایع با آن روبرو هستند. دما وفشار بالای این محلول ها موجب پدید آمدن شرایط بسیار خورنده وفعال می شود. ویژگی های کلیدی که باعث می شود زیرکونیا یک ماده ی مناسب برای این کاربردها باشد عبارتند از:
1) مقاومت شیمیایی بالا
2) سختی بالا و مقاومت به سایش
3) سطح پایانی مناسب ومقاوم در برابر ایجاد رسوب که باعث می شود اصطکاک محلول با بدنه به حداقل برسد.
4) تافنس بالا که موجب جلوگیری از خسارت در هنگام برخورد قطعات جامد درحین کارمی شود.
5) ایمپلنت های ارتوپدی
زیرکونیا د رمفصل گوی و کاسه ای ران وبه عنوان گوی استفاده می شود. استحکام بالا وتافنس بالا اجازه می دهد تا اندازه ی امپلنت مفصل ران کوچکتر شود.این کوچکترشدن نیز باعث افزایش کارایی مفصل می شود . قابلیت پولیش خوردن این نوع امپلنت ها باعث می شود تا اصطکاک ناخواسته ی بوجود آمده در بخش های مختلف امپلنت کاهش یابد.
خنثی بودن شیمیایی این ماده دربرابر محیط های فیزیولوژیکی احتمال پدید آمدن عفونت ها را در این امپلنت ها کاهش می دهد.به خاطر همین مسئله تنها از ماده ی اولیه ی با رادیو اکتیوتیدی پایین می توان در تولید این گونه امپلنت ها استفاده کرد.

کاربردهای دیرگداز
 

پودر زیر کونیا (مونوکلینیک و نسبتاً پایدار شده ) درکامپوزیت های دیرگداز استفاده می شود. تا مقاومت به شک حرارتی ومقاومت به سایش افزایش یابد. این مواد درکاربردهای ویژه مانند صفحات لغزشی خروجی فولاد مذاب، قطعات غوطه ور در فولاد مذاب مانند میله ی مسدود کننده و به عنوان اجزای فازهای غوطه وری کاربرد دارند.

کاربردهای الکتریکی
 

کاربردهای الکتریکی والکترونیکی زیرکونیا بر پایه ی رسانایی الکتریکی نسبتاً پایین آن و رسانایی یونی بالای (رسانایی یون اکسیژن) زیرکونیای کاملاً پایدار شده قرار دارد. این ویژگی ها باعث می شوند که از زیر کونیا برای کاربردهای زیر استفاده شود:
1) المنت های حرارتی که می توانند در اتمسفر هوا و در رنج گسترده ای از دما کار کند.
2) سنسورهای اکسیژن که براساس قانون سلول نرنست کار می کنند.
3) الکترولیت در سلولهای سوختنی اکسید جامد.

سنگ های تزئینی مصنوعی
 

با ذوب زیرکونیا و پالایش و کریستالیزاسیون مجدد آن ، سنگ جواهر پدید می آید. این نوع سنگ جواهر به الماس ، یاقوت سرخ و زرد و زمرد سبز شبیه است. از این نوع زیرکونیا درساخت مشعل های پلاسما استفاده می شود. کاربرد دیگر این زیرکونیا استفاده از آن به عنوان عوامل جوانه زا درشیشه سرامیک هاست.

زیر کونیا جایگزین فولاد
 

جایگزینی زیرکونیا به جای فولاد سبب بهبود وسایل برش، مفاصل و وسایل پزشکی می شود. زیرکونیا سرامیکی است که استحکامی شبیه به فولاد دارد وسختی و مقاومت بالایی به خوردگی دارد . با توجه به ویژگی های گفته شده زیر کونیا پتانسیل بسیار خوبی برای استفاده شدن در صنعت و پزشکی را دارد. پره های توربین آبی که از زیر کونیا ساخته شده اند مثالی از این کاربردهاست. این نوع پره ها را می توان تر وبهتر شکل دهی کرد. همچنین آنها سطحی صاف تر از نوع فولادی دارند.
تاکنون استفاده های زیر کونیا به خاطر استحکام پایین آن و پدید آمدن ترک در هنگام قراگیری آن در دمای ( 600c° -100) ودر حضور آب، محدود بوده است. در واقع زیرکونیا به خاطر پدید آمدن فرایند تخریب هیدروترمال کاربرد کمی داشته است. با ترکیب شدن تکنیک های هندی وکار در مقیاس نانو، از پدیدآمدن این فرایند جلوگیری گشته است. در واقع با افزودن درصد کمی از موادی همچون آلومینا به زیر کونیا از پدید آمدن تخریب هیدروترمال جلوگیری می شود.
در ادامه به بیان روش های افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا می پردازیم

 

افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا
 

در ابتدای این مقاله توضیحات کاملی در مورد تغییرات فازی زیرکونیا با دما صحبت کردیم. در ادامه به بیان روش های استفاده از این مکانیزم ها در افزایش تافنس می پردازیم.
برای افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا روش هایی وجود دارد که سه روش از آنها عبارتست از
1) ایجاد ترک های مویی (Micro cracking)
2) القاء و ایجاد تنش (Stress induced)
3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی (Compressive Surface Layers)

1) ایجاد ترک های مویی
 

دراین روش از ذرات زیرکونیای تثبیت نشده درفازی سرامیکی استفاده می کنیم. در واقع ذرات تثبیت نشده در زمینه ای از یک سرامیک پایدار مانند آلومینا قرار می گیرد. ذرات زیرکونیای مورد استفاده قابلیت تغییر فاز دارند. که در هنگام سرد شدن بدنه ی اصلی، تغیر فاز تتراگونال به مونو کلینیک رخ می دهد. این تغییر فاز باعث پدید آمدن انبساطی می شود که این انبساط ترک های بسیار ریزی در زمینه بوجودمی آورد. البته اندازه ی این ترک ها درحدی نیست که قطعه بشکند. عوامل مؤثر در هنگام پدیدآمدن این ترک های ریز عبارتند از :
الف) درصد زیرکونیای پودری
ب) اندازه ی ذرات زیرکونیایی
و.....
استحکام قطعه ی تولیدی به روش بالا افزایش می یابد. در واقع اگر در بدنه ی دارای ترک های مویی ایجاد ترکی بزرگ شود، با پخش شدن نیروی ترک درهنگام برخورد با ترک های مویی، استحکام بالا می رود.
برای آنکه بدنه ی تولیدی با این استحکام مناسب را داشته باشد باید توزیع ذرات نیز درست انجام شود. توزیع نامناسب باعث رسیدن میکروترک ها به همدیگر وشکسته شدن قطعه می شوند.
همچنین اندازه ی ذرات نیز باید در حدی معین باشند. اگر ذرات ما از یک حدی بزرگتر باشند. تنش های بیشتری ایجاد می شود. وترک ها دیگر ریز نخواهند بود. که این ترک ها بسیار خطرناک هستند. اگرذرات ما از یک حدی کوچکتر باشند نیروی وارده از طرف زمینه برذرات بیشتر بوده وتغییر فاز اتفاق نمی افتد.

2) القا وایجاد تنش
 

این روش نیز شباهت بسیار زیادی به روش بالا دارد. در واقع روش القا و ایجاد تنش حالتی خاص از روش ایجاد تنش های مویی است. ذرات به کار برده در روش القاوایجاد تنش از حد بحرانی کوچکترند وازاین رو درحین سردکردن قطعه نمی توانند تغییر فاز دهند. ساختار بدنه ی تولیدی به روش القا و ایجاد تنش از زمینه ای سرامیکی به همراه ذرات زیر کونیایی هستند که در فاز تتراگونال قرار دارند.علت عدم تبدیلی شدن آنها به فاز مونوکلینیک این است که این ذرات نتوانسته اند. بر نیروی وارد برآنها از طرف زمینه غلبه کرده وزمینه را ترک دهند. اما هر لحظه که نیروی وارده برآنها برداشته شود فرایند تغییر فازی اتفاق می افتد. درهنگام پدید آمدن یک ترک توسط نیروی خارجی نیز همین مسئله اتفاق می افتد وتغییر فازی اتفاق می افتد . ذره با تغییر فازی انبساط یافته ونوک ترک را می بندد ورشد ترک متوقف می شود. استحاله ی اتفاق افتاده دراین فرایند از نوع استحاله های مارتنزیتی است.

3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی
 

این روش نیز شبیه به فرآیند القا وایجاد تنش است. با این تفاوت که با انجام عملیاتی تغییر فاز تتراگونال به مونوکلینک تنها در سطح قطعه اتفاق می افتد. یعنی ذرات زیرکونیا در بدنه وارد می شوند. ودرتمام بدنه توزیع می شوند. وپس از شکل دهی بدنه عملیات زینترینگ انجام می شود. وبه خاطر اینکه اندازه ی ذرات زیر کونیا ازحد بحرانی کوچکتر است. درحالت سردکردن تبدیل تتراگونال به مونوکلینیک اتفاق نمی افتد. پس از این مرحله با انجام فرآیندی مانند پولیش کردن این تغییر فاز در لایه های سطحی انجام می شود. عمق این لایه ها می تواند از 10 الی 100 میکرون باشد.دراین حالت ریز ساختار بدین صورت است . که یک زمینه ی سرامیکی پایدار داریم که توزیعی از ذرات زیرکونیای تتراگونال درعمق قرار دارند. ودرسطح نیز به خاطر پدید آمدن استحاله ی تتراگونال به مونوکلینیک ترک هایی مویی پدید آمده است. این مکانیزم ترک های بوجود آمده در سطح را کنترل کرده و از گسترش سریع ترک در ساختار جلوگیری می کنند (بیشتر ترک ها در بدنه ی سرامیکی که باعث شکستن قطعه می شود از سطح شروع می شوند.
از روش های اشاره شده در بالا ، روش ایجاد ترک های مویی روشی ساده وعملی است. در واقع دو روش بعدی روش هایی ساده نیستند ودستیابی به آنها به فاکتورهای متنوعی بستگی دارد.

در این مقاله برخی از مواد اولیه ی مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک را معرفی می کنیم. بدست آوردن مواد اولیه ی مناسب، اولین مرحله از تولید اجزای سرامیکی است. دو منبع عمده برای مواد خام وجود دارد. این دو منبع عبارتند از :
کانی های طبیعی (Naturally occurring Minerals)
کانی های مصنوعی (Synthetic Minerals)
در مورد مینرال های طبیعی ما توضیحاتی درمورد منشع، محل تمرکز منابع و مکان هایی که احتمال وجود آنها هست را توضیح می دهیم. همچنین فراوانی نسبی آنها را نیز بیان می کنیم. برای آنکه بتوان از منیرال های طبیعی استفاده کرد باید آنها را تغلیظ کرد. در اغلب موارد صنایع تغلیظ کننده در کنار منابع این مینرال ها پدید می آیند.
بیشتر این مینرال ها پیش از استفاده شدن باید تغییر حالت فیزیکی – شیمیایی دهند تا برای استفاده شدن مناسب شوند. به مجموعه ی این فرآیندها فرآوری می گویند . افراد شاغل در زمینه ی فرآوری با مطالعه ی مستمر می دانند که یک اکسید چگونه تشکیل گشته و چه ناخالصی هایی به همراه آن وجود دارد. البته آگاهی دقیق از ترکیب شیمیایی یک مینرال طبیعی بوسیله ی آزمایشات آنالیز انجام می شود. موادی که در طبیعت بوجود نمی آیند یا در طبیعت به میزان بسیار کمی وجود دارند را باید به صورت مصنوعی تهیه کرد. (ازاین رو اتلاق واژه ی مینرال به آنها صحیح نمی باشد). در ادامه ما به بیان فرآیندهای سنتز این مواد می پردازیم. کاربیدها، نیتریدها و بریدها مواد مصنوعی متداول مورد استفاده در صنعت سرامیک هستند. البته برخلاف متدوال بودن آنها، این مواد، موادی گران بها هستند و تولید شان بوسیله ی فرآیندهای خاص انجام می شود. برای اکثر مواد غیر اکسیدی، ناخالصی عمده ی مواد اولیه در تولید آنها هستند که به طور کامل واکنش نداده اند مانند آلومینیوم در نیترید آلومینیوم (AIN) یا سیلیسیم در نیترید سیلیسیم   در صنعت ساخت سرامیک های ویژه ، مواد خام مختلفی استفاده می شوند که اگر بخواهیم به آنها بپردازیم ، هر کدام یک مقاله را به خود اختصاص می دهند. در این مقاله ما سعی می کنیم گروه های اصلی مواد خام طبیعی و مصنوعی را معرف کنیم.

سنگ معدن ، مکافی و زمین شناسی
 

شکل 1 یک برش عرضی است که زمین را به صورت شماتیک نشان می دهد. زمین دارای شعاع متوسط 6370 کیلومتر است که این شعاع از سه لایه ی مجزا تشکیل شده است. لایه ی بیرونی زمین پوسته نامیده می شود.این لایه نسبت به دو لایه ی دیگر نازک تر است. صخامت آن از 20-60 کیلومتر متغیر است.

(به طور متوسط پوسته 30 کیلومتر صخامت دارد.) این پوسته ی زمین است که کانی های مفید برای بشر را در خود جای داده است.
پوسته ی قاره ای اصولا از سیلیکات های منیزیم ، آهن، آلومینیوم و کلسیم تشکیل شده است که به همراه این مواد، فلزات قلیایی، آلومینیوم وسیلیس آزاد وجود دارد. جدول 1 فراوانی عناصر عمده ی پوسته ی قاره ای را نشان می دهد. اگر به جدول توجه کنید متوجه می شوید که اکسیژن ، سیلیسیم و آلومینیوم با هم تقریبا %90 وزنی عناصر پوسته را تشکیل می دهند.

لایه ی زیر پوسته جبه نامیده می شود. این تصور وجود دارد که لایه ی ضخیم جبه از سیلیکات های منیزیم، سیلیکات آهن، آهن آزاد و سولفیدهای آهن تشکیل شده است. مینرال های موجود در جبه و هسته هم اکنون قابل دسترسی نیستند برای همین در مورد آنها بیشتر توضیح نمی دهیم. به هر حال زمین شناسان می توانند به توصیف سنگهایی بپردازند که از جبه و به صورت فرآیندهای طبیعی به سطح آمده اند. معدن منبعی از یک ماده ی معدنی است که ارزش استخراج داشته باشد. مثال هایی از معدن ها عبارتند از: هماتیت (سنگ معدن اصلی آهن)، ایلمنیت (سنگ معدن اصلی تیتانیم .البته علاوه بر تیتانیم این ماده آهن نیز دارد.) ، پیروفانیت نیز یکی از مواد معدنی تیتانیم دار است اما این ماده ی معدنی ماده ای بسیار کمیاب است.
تشکیل کانی ها
کانی ها جزء اصلی سنگ ها هستند که از بخش جامد و غیر آلی زمین بدست آمده اند. سنگ ها معمولا از یک کانی تشکیل نشده اند. در واقع آنها از تجمع دو یا چند کانی تشکیل شده اند. عموما زمین شناسان سنگ ها را به سه نوع تقسیم می کنند . که این سه نوع عبارتند از :
1)سنگ های آذرین (igneous)
2)سنگ های دگرگون (metamorphic)
3)سنگ های رسوبی (Sedimentry)

سنگ های آذرین
 

این مواد وقتی تشکیل می شوند که ماگما در نزدیکی پوسته و یا در خارج از پوسته و در سطح زمین سرد و جامد می شود. واژه ی آذرین (igneous) از واژه ی ignis که یک واژه ی لاتین است ، گرفته شده است. ignis به معنای آتش است. وسنگ های آذرین به معنای سنگ های بوجود آمده از آتش است. ماگما از عناصری چون سیلیس، آلومینیوم، اکسیژن، سدیم ، پتاسیم، کلسیم ، آهن و منیزیم غنی است. جدول 2 گستره ی ترکیب عناصر عمده ی موجود در سنگ های آذرین را نشان می دهد.

اینها عناصری هستند که وقتی با سیلیس ترکیب شوند، تشکیل سیلیکات می دهند. سیلیکات ها به تنهایی 90 درصد از سنگ های آذرین را تشکیل می دهند. تمام کانی های سیلیکاتی از گروه های سیلیکات تشکیل شده اند.طبقه بندی کانی های سیلیکاتی بر اساس نحوه ی ترکیب این گروه ها انجام می شود. ویژگی مینرال های بوجود آمده ازماگما به ترکیب شیمیایی و دمای ماگما بستگی دارد. نحوه ی کرستالیزاسیون کانی های سیلیکاتی اصلی بوسیله ی واکنش های زنجیره ای Bowen توصیف می گردد که در شکل 2 این واکنش ها را می ببیند. اولوین (Olivine) و فلوسپار کلسیم دار در دمای بالا تشکیل می شوند. و این امکان وجود دارد که در همان ابتدای تشکیل از مذاب جدا شوند. همین طور که دما کاهش می یابد، سایر کانی ها نیز از مذاب به جامد تبدیل می شوند. آخرین کانی هایی که کریستالین می شوند عبارتند از : فلدسپار پتاسیک، میکای موسکویتی (mic muscovite) و کوارتز. این مواد جزء اصلی گرانیت (granite) را تشکیل می دهند.

در پایان آب موجود در ماگما فلزات و گوگرد موجود در ماگما را در خود حل کرده و با نفوذش در ترک ها سبب تشکیل رگه هایی از سولفید در سنگ ها می شود.

سنگ های دگرگون
 

سنگ های دگرگون دارای ساختار دگرگون هستند که در آنها استحاله های شیمیایی رخ داده است. این تغییر دگردیسی یا دگرگونی نامیده می شود (metamorphism or metamorphosis) استحاله ی رخ داده در این سنگ ها به دلیل اعمال دما و فشار بالا بر سنگ بستر اولیه است. این فشار و دمای بالا در اعماق لایه های زمین پدید آمده است. این دگرگونی در حالت جامد رخ می دهد بدون آنکه ماده ی اولیه ذوب شود و نتیجه آن تشکیل کانی های جدید مانند کیانیت (kyanite)، استارولیت (Staurolite) ، سیلیمانیت (Sillimanite)، آندالوزیت (andalusite)، و گارنت (garnets) می شود . سایر کانی ها مانند درصد ناچیزی از سنگ های آذرین ممکن است در سنگ های دگرگون وجود داشته باشند. البته این نوع کانی ها لزوما به خاطر فشار و دمای بالای صفحات تشکیل نشده اند. و در نمونه ی سنگ اولیه وجود داشته اند. واژه ی دگرگون (metamorphic) واژه ای است که در اصل یونانی است و از دو واژه ی متا (mata) به معنای تغییر و مورفی (morphe) به معنای شکل تشکیل شده است.

سنگ های رسوبی
 

این نوع از سنگ ها هنگامی تشکیل می شوند که ذرات کوچک و یا کریستال های با خاصیت ته نشین شوندگی به همدیگر بچسبند . سنگ های رسوبی به سنگ های شیمایی(chemical) یا کلاسیک (clasic : جدا شونده) طبقه بندی شوند. سنگ های رسوبی کلاسیک هنگامی تشکیل می شوند که ذرات سنگ ریزه ی تولید شده بوسیله ی هوازدگی شیمیایی و فیزیکی بوسیله ی آب، یخ و باد به مکان های جدید منتقل شوند و به همدیگر بچسبند.
سنگ های رسوبی شیمیایی هنگامی تشکیل می شوند که یون هایی با قابلیت حل شوندگی بالا مانند یون های سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، کلر، سولفات، کربنات و فسفات از سنگ های اولیه در آب حل شوند و رسوب دهی ثانویه در آنها اتفاق افتد. این مواد تشکیل لایه هایی در کف اقیانوس ها و دریاچه ها می دهند و در همان مکان به همدیگر می چسبند. ترکیب سنگ های رسوبی به موارد زیر بستگی دارد:
1)ترکیب شیمیایی منبع سنگ اولیه
2) مقاومت شیمیایی و مکانیکی هر جزء کانی
3)مسافت پیموده شده بوسیله ی مواد تشکیل دهنده سنگ رسوبی
کانی های پایدار مانند کوارتز معمولا جزء اصلی سنگ های رسوبی هستند و همچنین کانی های کمیاب (مانند گارنت، روتایل (rutile) و زیرکن) نیز در این سنگ ها دیده می شود.
اگر چه فلدسپار کانی با مقاومت پایین است اما این ماده به عنوان یکی از اجزای اصلی سنگ های رسوبی است. کانی های رسوبی شامل کربنات (مانند کلسیت ( Calcite) و دولومیت (Dolomite)، سولفات ها (مانند گیبسیت (gypsum) و آنهیدرایت (anhydrite) )، کلریدها، سیلیس کلسدونیک (Silica chalcedonic) هستند.

سه نوع سنگ توضیح داده شده در بالا در شکل 3 نشان داده شده اند. این شکل نشان دهنده چرخه ی سنگ هاست.

فرآوری
 

فرآوری فرآیندی است که اکثر مینرال ها پیش از استفاده شدن در تولید سرامیک ها از آن عبور می کنند. فرآوری فیزیکی شامل خردایش و آسیاب سنگ های درشت می شود. اندازه ی ذره ی ماده ی خام ممکن است بر روی مراحل بعد فرآیند تولید تاثیر بگذارد. یکی از مثال ها در این زمینه فرآوری آلومینا از بوکسیت است. این فرآیند شامل مراحل مختلف و فرآیند های شیمیایی است.
فرآوری شیمیایی شامل فرآیندهایی است که در آنها کانی های با ارزش از مواد باطله جدا می شوند. برای مثال در این فرآیندها بواسطه ی انحلال مواد در محلول های خاص و فیلتراسیون عمل فرآوری انجام می شود. فرآیند بایر که بوسیله ی آن آلومینا فرآوری می شود مثالی خوب از فرآوری شیمیایی است . در این فرآیند بوکسیت که شامل مواد ناخالصی فراوانی است تغلیظ و فرآوری می شود.
میزان خلوص مواد خام بر روی ترکیب محصول پایانی اثر می گذارد. برای بسیاری از بدنه های سرامیکی کنترل دقیق میزان ناخالصی ها ضروری می باشد . در این کاربردها مواد اولیه به صورت مصنوعی تهیه می شوند. علاوه بر این برخی از مواد سرامیکی به صورت طبیعی وجود ندارند و از این رو باید آنها را با روشهای شیمیایی بسازیم. سنتز مصنوعی پودر سرامیک ها نه تنها دارای مزیت خالص بودن است بلکه اجازه می دهد تا پودر های بسیار ریز با مرفولوژی بسیار خوب تولید شود.

وزن و مقیاس
 

درسیستم جهانی SI جرم دارای واحد کیلوگرم است. این واحد به خاطر برخی مسائل مورد توجه است. واحد کیلوگرم از پیشوند کیلو بعلاوه گرم پدید آمده است. کیلوگرم بوسیله ی وزن مرجع یک استوانه ی پلاتین – ایریدیم تعریف می شود. این رفرنس در مرکزی در فرانسه نگهداری می شود. برای بیان جرم موادی که در فرآیندهای تغلیظ و معدن کاری با آنها روبرو هستیم معمولا از واحد تن (metricton) استفاده می شود. هر تن هزار کیلوگرم یا یک مگاگرم است . مسئله گیج کننده در زمینه واحد تن وجود واحدهای خاص آمریکایی و انگلیسی برای تن است. که امروزه هنوز در این کشورها در حال استفاده شدن هستند. یک تن برابر o.984 تن انگلیسی است. همچنین یک تن برابر 1.103 تن آمریکایی است.
مسأله ی گیج کننده ی دیگری که وجود دارد این است که در انگلستان واحد آمریکایی تن در معادن سنگ های فلز دار (فلزی) استفاده می شود و این در حالی است که واحد انگلیسی تن در معادن ذغال سنگ استفاده می شود. ما از واحد معمولی تن (metric ton) استفاده می کنیم. البته این مسأله باید مورد توجه قرار گیرد که این واحدها در کارهای تقریبی زیاد متفاوت نیستند و به هم نزدیک اند. محاسبه ی میزان تمام کانی های تجاری دنیا آسان است. سازمان نظارت کننده ایالات متحده ی آمریکا (VSMS) در زمینه ی مواد معدنی هر ساله اطلاعات خود در زمینه ی مواد معدنی انتشار می دهد. این اطلاعات به صورت کتاب سال منتشر می شود. این سازمان تغییرات حاصل در زمینه ی تولید، ذخایر و... را در هر سال گزارش می دهد.

درادامه به بیان مواد معدنی مورد استفاده در صنعت سرامیک می پردازیم .سعی شده است تا منابع و ذخایر اصلی این مواد نیز ذکر شود.
سیلیس
سیلیس یک ماده ی معدنی مهم در صنعت سرامیک است. استفاده ی عمده از این ماده در صنعت شیشه سازی است (حدود 38% از تولید ایالات متحده ی آمریکا در صنعت شیشه سازی مصرف می شود. ) برای مثال حباب های لامپ های با نور سفید (bulbs incandescent lamp) از شیشه های سودالایم تولید می شود که تقریبا 70% از آنها سیلیس است. درصد سیلیس موجود در لامپ های رشته ای می تواند تا حدود %99.8 وزنی نیز برسد.
یکی از منابع عمده ی سیلیس ، ماسه سنگ است . ماسه سنگ صنعتی و ماسه ی سیلیسی دو واژه هستند که در صنعت سرامیک زیاد استفاده می شوند. این دو واژه به معنای ماسه سنگی است که در صد سیلیس موجود در آن ها بالا باشد. در برخی موارد درصد سیلیس برخی از این ماسه ها بیش از 99.5% است.
برطبق تعریف ASTM، ماسه سنگ ذرات سنگ است که به صورت گرانول هستند. این ذرات می توانند از میان الک مش 4 بگذارند.(4.75mm) و بر روی الک مش 200 (75mm) باقی می مانند. و باید از خردایش طبیعی یا مصنوعی سنگ پدید آمده باشند. (ماسه سنگ همچنین از فرآوری فیزیکی سنگ ها (بوسیله ی سنگ شکن) تولید می شوند.)
ماسه سنگ های تولیدی معمولا دارای ترکیب شیمیایی متنوعی هستند که این ترکیب به نوع سنگ مورد استفاده بستگی دارد. ایالات متحده ی آمریکا بزرگترین تولید کننده ی ماسه ی صنعتی در جهان است. ایالت های ویرجینیای غربی، کالیفرنیا، الینویز، پنسیلوانیا ، اوهایو و نیوجرسی 80% ماسه ی سیلیسی با کیفیت بالای مورد استفاده در ایالات متحده ی آمریکا را فراهم می کنند. در الینویز و میسوری عملا تمام سیلیکای مورد استفاده در ساخت شیشه از ماسه سنگ های st.peter بدست می آید. سایر ذخیره های با کیفیت ماسه سنگ نیز وجود دارد. مثلا یکی از این ذخایر oriskany است که در ویرجینیای غربی و پنسیلونیا وجود دارد. این ذخیره ها عموما به صورت تپه های شنی ساحلی یا به شکل لایه هایی 20-30 متری زیر لایه هایی از لجن، خاک رس و سنگ رست (shales) وجود دارند.
عموما استخراج سیلیس صنعتی یک شغل با فروش منطقه ای است . در واقع مراکز تولید عمدتا در کنار مراکز خرید واقع اند مگر آنکه کیفیت محصول تولیدی استثنائی باشد مثلا خواص اندازه ی ذرات یا شکل ذرات ویژه باشد. منطقه ی جغرافیایی فروش این محصول معمولا از 200 مایل فراتر نمی رود. این مسئله به دلیل هزینه ی بالای حمل و نقل این ماده و فراوانی معادن آن در سرتاسر دنیا است.
در سال های اخیر، مقررات محیط زیستی بر روی استخراج سنگ سیلیس بسته شده که علت آن مشکلات سلامتی است که بوسیله ی این محصول بوجود می آید.
کواتز مینرال عمده ی سیلیس ، جزء اصلی سنگ های آتشفشانی مانند گرانیت است. این ماده همچنین در بیشتر سنگ های دگرگون یافت می شود. بخش اصلی سنگ های دگرگون را ماسه سنگ تشکیل می دهد. همچنین رگه هایی با خلوص بالا از کوارتز نیز در این سنگ ها یافت می شود. کریستال های کوارتز با کیفیت نوری بالا واقعا کم یابند . اما روش هایی مناسب وجود دارد که می توان کریستال های کوارتز را رشد داد و آنها را به صورت تجاری تولید کرد. تولید سالانه ی سیلیس در ایالات متحده ی آمریکا تقریبا 30 مگاتن است که این مقدار 700 میلیون دلار ارزش دارد.
سیلیکات ها
فلدسپار
فلدسپارها یک گروه مینرالی بزرگ هستند واین تخمین زده شده است که بیش از 60 درصد پوسته ی زمین را تشکیل می دهند. (همانگونه که در جدول 1 دیده می شود) این گروه مینرالی در بسیاری از سنگ های رسوبی و تقریبا در تمام سنگ های آذرین و دگرگون یافت می شوند.

صنعت شیشه سازی بیشتر فلدسپارهای تولیدی را مصرف می کند. فلدسپار منبع اکسید آلومینوم است. این ماده خواص مکانیکی شیشه مانند مقاومت در برابر خراش و قابلیت مقاومت در برابر شک حرارتی آن را افزایش می دهد. فلدسپار همچنین در بدنه های سرامیک وایت ویر (whiteware) به عنوان فلاکس استفاده می شود. این ماده باعث ایجاد فاز شیشه ای در هنگام پخت بدنه می شود و استحکلام و حالت زجاجی (translucency) بدنه را افزایش می دهد.
کره ی جنوبی بزرگترین تولید کننده ی فلدسپار در جهان است. تولید سالانه ی فلدسپار در ایالات متحده ی آمریکا 800000 تن است که این میزان ارزشی برابر 45 میلیون دلار دارد. ایالات کالیفورنیا، کارولینای شمالی و کانوکتیکات بزرگترین تولید کنندگان فلدسپار هستند.
رویه ی اصلی در فرآیند استخراج و استفاده از فلدسپار شامل موارد زیر است:
1)سوراخ کاری و انفجار توده ی معدنی
2)انتقال سنگ معدن به آسیاب و خردایش آن (فرآوری فیزیکی)
3)جدا سازی مینرال ها به روش فلوتاسیون (این فرآیند بر اساس قابلیت ترشوندگی متفاوت مواد در محلول آبی اتفاق می افتد).
4)خشک کردن
5)آسیاب کردن تا رسیدن به اندازه ی ذره ی زیرمش 200 (75Mm) برای کاربردهای صنتعت سرامیک
درفرآیند فلوتاسیون هوا به داخل سوسپانسیونی از مینرال های خردایش یافته دمیده می شود. در این حالت در محلول کف تشکیل می شود. ذرات تر شده (ذرات آب دوست) در سوسپانسیون باقی می مانند در حالی که ذرات آب گریز جذب حباب های هوا شده که با جدا سازی کف ها می توان مینرال های مورد نظر را جدا سازی نمود. عوامل متنوعی مانند آمینو اسیدها (این مواد دارای وزن ملکولی بالایی هستند) را می توان برای افزایش قابلیت تر شوندگی نسبی مواد جامد در مخلوط ، استفاده کرد. این عوامل به طور گزینشی بر روی سطح مواد خاص مخلوط ، جذب می شوند. این فرآیند در مراحل زیر انجام می شود:
1)جدایش میکا
2)جدایش مینرال های آهن دار مخصوصا گارنت
3)جداسازی فلدسپار از مواد ته نشست شده مانند کوارتز
رس ها و کائولن
رس جزء عمده ی سرامیک های سنتی است. این مواد عموما سیلیکات های لایه ای با اندازه ی دانه ی زیر 2 میکرون هستند. هر لایه ی سیلیکاتی را می توان به عنوان یک کانی رسی تعریف کرد. شش نوع تجاری از رس ها وجود دارند. این انواع در جدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. این رس ها از لحاظ ترکیب، پلاستیسیته، رنگ و خواص پخت متفاوت اند.

هوازدگی مکانیکی و شیمیایی فلدسپارها در سنگ های آذرین و دگرگون شده باعث تشکیل کائولن می شود.(کائولن یک جزء کلیدی در خاک چینی است) . کائولن تشکیل شده می تواند در همان محل متلاشی گردد و یا ابتدا بوسیله ی آب یا باد به محل دیگری منتقل شود و در آنجا متلاشی گردد. ذخایر کائولن اولیه در محل سنگ اولیه وجود دارند. این نوع کائولن دارای مقادیر زیادی کوارتز و میکا است که در حین فرآیند هوا زدگی تشکیل گشته اند. ذخایر بزرگی از کائولن اولیه در جنوب شرقی انگلستان ، اکراین و چین یافت می شود.
کائولن های ثانویه، کائولن هایی هستند که به طور طبیعی از سنگ های اصلی شسته شده اند. و سپس در مکان های دیگر رسوب کرده اند. این مواد به طور طبیعی فرآوری گشته اند و دارای خلوص بیشتری هستند. ذخایر تجاری و اصلی کائولن ثانویه در ایالات متحده آمریکا 50 میلیون سال پیش تشکیل شده اند. این ذخایر به صورت کمربندی در خط ساحلی قدیمی ازشمال آلاباما تا کارولینای شمالی کشیده شده است

میکا
 

گروه میکا شامل 37 کانی می باشد . این کانی ها با نام فیلو سیلیکات ها (phyllosilicates) هستند که دارای ساختاری صفحه ای یا لایه ای هستند. واژه ی یونانی فیلون (phyllon) به معنای برگ است. برخی از کانی های میکا در جدول 1 آورده شده است. همچنین علاوه بر اسم آنها مکان های وجود منابع عمده ی آنها نیز آورده شده است. میکا ها همچنین بر اساس میکاهای واقعی (truemica) و ترد (brittle) نیز طبقه بندی می شوند. میکاهای واقعی که دارای کاتیون های تک ظرفیتی (مانند k^+ و〖Na〗^+ ) در میان لایه هایشان هستند، از خود خواص ورقه ورقه شده نشان می دهند. این مواد به آسانی به صفحات نازک تبدیل می شوند. در میکاهای ترد، بین لایه ها کاتیون های دو ظرفیتی (مانند 〖Ca〗^(2+) ) وجود دارد. پیوند این کاتیون ها و لایه ها قوی است. اگر چه این مواد نیز خاصیت ورقه شدن دارند اما نسبت به نوع واقعی ترد ترند. میکاهای ترد کانی های کمیابی هستند و استفاده از آنها زیاد نیست.

موسکویت (Muscovite) ، یک نوع میکا است که کاربرد عمده ای دارد. این میکا به خاطر خواص الکتریکی فوق العاده و فراوانی ، کاربردهای فراوانی یافته است.
فلوگوپیت (phlogopite) نوعی کانی است که در دمای بالا پایدار است؛ از این رو از آن در کاربردهایی استفاده می شود که در آنها نیاز به پایداری در دمای بالا و خواص الکتریکی مورد نیاز باشد. هردوی این کانی ها (موسکویت وفلوگوپیت) به صورت صفحه ای و آسیاب شده استفاده می شوند.

میکاها در سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگون تشکیل می شوند.( این کانی ها در محیط های مختلف زمین شناسی تشکیل می شوند) . علت تشکیل این مواد در گسترده ی وسیعی از محیط های زمین شناسی پایداری گرمایی این مواد است. شکل 1 دیاگرام فشار – دما برای میکای موسکویتی است. در دمای بسیار بالا (بیشتر از)، این نوع میکا ناپایدار می شود و در حضور کوارتز تجزبه گشته و به فلدسپار پتاسیک و سیلیمانیت (sillimanite) تبدیل می شود.(طبق فرمول زیر):

سیلیمانیت فلدسپارتپاسیک کوارتز موسکوویت
موسکوویت در سنگ های دگرگون کم ارزش تشکیل می شود. در این مکان ها موسکوویت از پیروفیلیت تشکیل می شود. این فرآیند در کریستالیزاسیون اولیه ی کانی های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها (Pegmatites) نیز رخ می دهد.
در سنگ های رسوبی مخصوصا آرنیت (arenites) نیز فرآیند تشکیل موسکویت اتفاق می افتد. موسکوویت در بسیاری از بخش های ایالات متحده ی آمریکا به صورت محدود وجود دارد.
بزرگترین تولید کننده ی میکا، روسیه است. این کشور یک سوم نیاز سالانه ی این ماده را تولید می کند. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 75000 تن میکای ورقه ای و ذره ای تولید می کند. اگر چه ایالات متحده ی آمریکا از لحاظ تاریخی تولید کننده ی صفحات میکایی است ولی منابع داخلی این ماده به پایان رسیده و از این رو این کشور تنها به تولید میکای ورقه ای و ذره ای می پردازد.
مصرف عمده ی میکای آسیاب شده به عنوان پرکننده در اجزای اتصال دهنده ی دیواره های گچی (ژیپسی) است . استفاده از پر کننده های میکایی موجب تولید سطوح صاف می شود، کارایی را بهبود داده و از گسترش ترک جلوگیری می کند. از این مواد همچنین در رنگ ها، محصولات رابری قالب گیری مانند تایرها و خمیر دندان کاربرد دارند. از میکای فلس مانند به عنوان جایگزینی در لقمه ترمزها و صفحه کلاچ استفاده می شود.
هند بزرگترین تولید کننده ی میکای مورد استفاده در ساخت صفحات موسکوریتی (muscovite sheet meca) است. ماداگاسکار نیز بخش عمده ای از میکای مورد استفاده در ساخت صفحات فلوگوپیت را مهیا می کند. قیمت میکای صفحه ای از کمتر از یک دلار بر کیلوگرم برای کیفیت پایین تا 2000 دلار بر کیلوگرم برای نوع با کیفیت متغیر است. از نوع با کیفیت بالای میکای موسکویتی در ساخت دی الکتریک مورد استفاده در خازن ها استفاده می شود.

مولایت
 

مولایت در طبیعت به میزان فراوان وجود ندارد و باید به صورت مصنوعی ساخته شود. این ماده دارای خواص زیادی است که موجب شده تا این ماده برای کاربردهای دما بالا مناسب باشد. مولایت دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کوچکی است.(این مسأله باعث می شود که مولایت مقاومت به شک حرارتی خوبی داشته باشد). این ماده همچنین در دمای بالا مقاومت به خزش خوبی دارد و از همه مهمتر، مولایت به آسانی با شیشه ی مذاب یا سر باره ی فلزات مذاب واکنش نمی دهد و در اتمسفر های کوره ای خورنده پایدار است.
از این رو از این ماده در آستر کاری کوره و سایر کاربردهای دیرگداز در صنعت فولاد سازی و ذوب آهن و صنعت شیشه استفاده می شود.
از لحاظ تجاری مولایت به دو روش ساخته می شود:
1)زینته ینگ
2)فیوزینگ
مولایت زنیته شده ممکن است بوسیله ی حرارت دادن مخلوطی از کیانیت : ، بوکسیت و کائولن تولید شود. (کیانیت مینرالی است که به صورت طبیعی در سنگ های دگرگون یافت می شود.) این مخلوط (درنسبت های معین) در دماهای بالاتر از 1600c° زینته می شود. ماده ی زینته شده به این روش دارای 90-85% مولایت است . علاوه بر مولایت درصدی شیشه و کریستو بالیت (یکی از پلی فرم های وجود دارد . آفریقای جنوبی تولید کننده ی عمده ی کیانیت دنیاست این کشور سالانه 165000 تن کیانیت تولید می کند.
ایالات متحده ی آمرکیا دارای بزرگترین منابع کیانیت دنیاست. این منابع در منطقه ی کوه های آپلاچین (Applochian Mountains) و آیداهو (Idaho) قرار گرفته اند. آندالوزیت (Andalusite) وسیلیمانیت سایر مینرال های آلومینو سیلیکاتی هستند که مانند کیانیت می توان از آنها به عنوان ماده ی اولیه در تولید مولایت استفاده کرد.
در روش فیوزینگ مقداری آلومینا و کائولن به داخل کوره ی قوس الکتریکی ریخته می شود. پس از روشن شدن این کوره دما به بالاتر از 1750c° می رسد و از این رو می توان با این روش مولایت با خلوص بالاتر تولید کرد. مولایت تولیدی به روش فیوزینگ دارای بیش از 95% مولایت است که به همراه آن مخلوطی از آلومینا و شیشه وجود دارد.

اکسیدها
 

موادخام مورد استفاده در ساخت سرامیک های اکسیدی تقریبا همگی به وسیله ی فرآیندهای شیمیایی تولید می شوند. علت استفاده از فرآیندهای شیمیایی بدست آوردن خلوص شیمیایی بالا و تهیه ی پودرهای مناسب جهت ساخت اجزای سرامیکی است. اکسیدهای مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک در جدول 2 آمده است.

آلومینا
 

اکسید آلومینیوم ( ، آلومینا ، کوراندوم) بیشترین ماده ی شیمیایی غیر آلی است که در صنعت سرامیک استفاده می شود. این اکسید از کانی بوکسیت (bauxite) و بوسیله ی فرآیند بایر (bayer Process) تولید می شود. بوکسیت مخلوطی از اکسید آلومینیوم هیدراته با اکسید آهن، سیلیس ، تیتا نیا (به عنوان ناخالصی) تشکیل شده است. این کانی از هوا زدگی و متلاشی شدن سنگ های آلومینیوم دار بوجود می آید که در اغلب موارد جنس سنگ ها از نوع آذرین است. این کانی در مناطق گرمسیری تشکیل می شود. مانند کائولن، بوکسیت نیز می تواند به صورت ذخایر اولیه و ثانویه باشد.
فرآیند بایر آلومینایی با خلوص اسمی 99.5% تولید می کند. آلومینا بر اساس کابردهایش در گریدهای مختلف تولید می شود. این گریدها از لحاظ اندازه و شکل کریستال ها و میزان ناخالصی متفاوت اند. ناخالصی اصلی آلومینا اکسید سدیم است. کریستال های آلومینا می توانند اندازه ی بین o.1 – 25 میکرون داشته باشد. شکل 2 کارخانه ی تولید آلومینا به روش بایر را نشان می دهد.

مراحل فرآیند بایر عبارتند از :

1) فرآوری فیزیکی
 

بوکسیت بدست آمده از معدن ابتدا آسیاب می شود. البته اندازه ی ذرات در این خردایش بسیار درشت است. (اندازه ی ذرات زیر یک میلیمتر است). فرآیند آسیاب کاری باعث افزایش مساحت سطح کل ذرات می شود که این مسأله موجب کاهش زمان فرآیند می شود. (کاهش زمان واکنش های شیمیایی درمراحل بعدی )

2) مرحله هضم
 

ذرات درشت بوکسیت بوسیله ی افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) به آب حل می شود. این فرآیند در دمای و در فشار کل O.5MPa اتفاق می افتد. همه ی آلومینای هیدراته ی موجود در بوکسیت حل می گردد و به صورت سدیم آلومینات در می آید.طبق فرمول زیر:

3) فیلتراسیون
 

ناخالصی های جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سیلیس ، تیتانیا و اکسید آهن هستند بوسیله ی فیلتراسیون جدا سازی می شوند.

4) رسوب دهی
 

پس از سرد کردن ، دانه های گیبسیت (آلومینای هیدراته ی طبیعی - به محلول سدیم آلومینات اضافه می شود. این مسأله موجب تشکیل فاز پایدار از هیدروکسید آلومینیوم در دمای پایین می شود. با دمش گاز به داخل محلول بوجود آمده ،فرآیند ایجاد رسوب تسریع می شود و عمل رسوب زایی ایجاد می شود.

5) شستشو
 

رسوبات بدست آمده سپس از فیلترعبور داده شده و شستشو می شوند تا میزان سدیم آن کاهش یابد.

6) کلسیناسیون
 

پودر حاصله در دمای بین 1100C∘ - 1200 کلسیناسیون می شود. در این فرآیند هیدروکسید به اکسید تبدیل می شود. واکنش در این مرحله به صورت زیر است:

در این مرحله آلومینای بدست آمده به شکل کلوخه ای است. این کلوخه ها از دانه های ریز با قطر 10-5 میکرون تشکیل شده اند.

7) آسیاب کردن
 

پودر حاصله در مرحله ی قبل آسیاب می شود تا اندازه ی ذرات و توزیع ذرات معین بدست آید. آلومینای تولیدی به این روش دارای بیش از 99.5% است. و همانگونه که قبلا گفتیم، ناخالصی عمده ی موجود در این ماده است. پودر حاصله ممکن است به میزان بسیار کم در حدود % 0.001 داشته باشد. این میزان از خلوص برای آلومینا برای بسیاری از کاربردها مناسب است. کنترل دقیق شرایط ته نشست شدن، شستشوی رسوبات و کنترل شرایط کلیناسیون و آسیا ب کردن می تواند موجب تشکیل آلومینایی با خلوص 99.99% شود. قیمت آلومینای کلسینه شده ی معمولی 0.60 دلار بر کیلوگرم است و این قیمت می تواند برای آلومینای کلسینه شده ی با خلوص بالاتر به 2.00 دلار بر کیلوگرم برسد. قیمت گرید متالورژیکی (مناسب برای تولید آلومینوم ) تقریبا ً 150 دلار برتن است.

جدول 3 ترکیب نمونه وار فرم های اصلی آلومینای کلسینه شده آورده شده است. حضور در برخی موارد غیر قابل قبول است. برای مثال ، یون سدیم در میدان الکتریکی تحرک پیدا می کند و باعث اتلاف خاصیت عایق کاری الکتریکی می شود. همچنین سدیم ، آلومینا تشکیل فاز می دهند. تشکیل این فاز باعث کاهش دانستیه، استحکام ، مقاومت به شک حرارتی و مقاومت به خوردگی محصول نهایی می شود. جدول 4 درصد مناسب برای کاربردهای مختلف آلومینای کلسینه شده (تولیدی به روش بایر ) را نشان می دهد.

استرالیا بزرگترین تولید کننده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 60 مگا تن از این ماده تولید می کند.
منابع عمده ی بوکسیت در ایالات متحده ی آمریکا در آرکانزاس (Arkansas) وجود دارد. البته ذخایر کوچکتری نیز در جرجیا (Georgia) ، آلاباما (Alabama) و میسی سی پی(Missisippi) وجود دارد . معادن داخلی کمتر از 1% بوکسیت مورد نیاز ایالات متحده ی آمریکا را مهیا می کنند. از این رو ایالات متحده ی آمریکا یکی از واردکنندگان عمده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 10 مگاتن بوکسیت وارد می کند.
تقریباً 95% از آلومینای استخراج شده در فرآیند تولید آلومینیوم استفاده می شود. بقیه ی آلومینای تولیدی در کاربردهای غیر فلزی مانند تولید آلومینای ویژه مصرف می شوند. و در واقع همین درصد کم برای ما مهم می باشد. زیرا بیشتر آن در صنایع سرامیک کاربرد دارد.

فرم با خلوص بالای آلومینا را می توان به طور مستقیم از فلز آلومینیوم تولید کرد. برای این کار چندین روش وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است

* منیزیا
 

اکسید منیزیم(Mgo، منیزیا) به صورت طبیعی و در حالت کانی پیریکاز (periclase) تشکیل می شود. این کانی یک کانی دگرگون است که از تخریب دولومیت و دیگر کانی های منیزیادار تشکیل می شود. منابع پریکاز کمیاب است و ارزش اقتصادی ندارد. منابع اصلی منیزیا ، منیزیت وهیدرو کسید منیزیم است.
ذخایر بزرگ منیزیت در بسیاری از کشورها مانند چین و ترکیه و روسیه وجود دارد. منیزیت دارای ناخالصی های مختلفی مانند سیلیس، آهن، آلومینیوم ، منگنز، و کلسیم است که این ناخالصی ها معمولا ً به شکل کانی های متنوعی وجود دارند. مثلا برخی از این کانی ها عبارتند از: کوارتز، تالک، میکا مگنتایت (Magnetite). پس از استخراج سنگ معدن، باید عملیات فرآوری انجام شود. روش های فرآوری متنوع هستند مثلا خردایش ، دانه بندی، شستشو، جداسازی بوسیله ی آهنربا و ملوتاسیون برخی از این روش ها ست . پس از خالص سازی کربنات منیزیم ، این ماده کلسیناسیون می شود. دمای کلسینا سیون بین است. فرآیند کلسیناسیون موجب تولید دانه های بسیار ریز Mgo با خواص واکنشی بالا می شود. این محصول منیزیای سوز آور(caustic magnesia) نامیده می شود. نوع زینته شده یا پخته شده (dead- burned) منیزیا بوسیله ی کلسیناسیون منیزیم کربنات در دمای بالاتر از تولید می شود. در طی این فرآیند کریستال های واکنش پذیر رشد کرده و از این رو میزان واکنش پذیری آنها کاسته می شود.
منیزیا را همچنین می توان از آب دریا یا آب های شور با درصد پایین منیزیم تولید کرد. تقریبا 60% تولید ترکیبات منیزیمی در آمریکا از این منابع تامین می شود. آب دریا دارای در کیلوگرم است.
مهمترین فرآیند تولید Mgo از آب دریا بدین صورت است که هیدروکسید منیزیم از محلول نمک های مینزیم و بوسیله ی یک عامل بازی قوی رسوب می کند.(طبق واکنش زیر)

رسوبات شسته شده ، فیلتراسیون می شود و بوسیله ی فرآیند کلسیناسیون آب گیری می شود. روش دیگر تولید منیزیا بدست آوردن منیزیا از آب شور است. این فرآیند بر پایه ی تجزیه یرسوبات در دمایرسوبات اتفاق می افتد. (طبق واکنش زیر )

ظرفیت تولید سالانه ی منیزیا تقریبا 10 مگاتن در سال است. تقریبا 9 مگاتن از منیزیا از منابع طبیعی و تقریباً 1.5 مگاتن آن از آب دریاها و آب های شور بدست می آید. قیمت منیزیا در گسترده ی 150- 1200 دلار بر تن است. که این قیمت گذاری بر اساس خلوص آن انجام می شود.
کاربرد عمده ی منیزیا به عنوان دیرگدازهای مورد استفاده در آسترکاری کوره هاست. مقادیر بسیار کمی از منیزیا در تولید محلول خوراکی شیری رنگ (مخصوص درد معده) استفاده می شود. همچنین از منیزیا در ساخت سایر سرامیک ها مانند مواد اسپنیلی بدون کروم استفاده می شود. اسپینل بدون کروم در طبیعت در مقادیر قابل استفاده در صنعت وجود ندارد. اسپنیل را می توان بوسیله ی ذوب الکتریکی آلومینا و مینزیا تولید کرد.

* زیرکونیا
 

اکسید زیرکونیوم ، زیرکونیا) به طور عمده از زیرکن ) بدست می آید. زیرکن مینرالی است که در سنگ های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها تشکیل می شود.
در برزیل و ماداگاسکار برای تولید زیرکن ، سنگ های آدرین پگماتیتی (pegmatates) را تجریه می کنند. همچنین زیرکن می تواند به عنوان جزئی از سنگ های دگرگون تشکیل شده باشد. در سواحل استرالیا، برزیل، هند و فلوریدا از زیرکن به صورت ذخایر موجود در ماسه های ساحلی وجود دارد که این ذخایر از نوع ذخایر ثانویه هستند. در این نوع از ذخایر که به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد، زیرکن به همراه مینرال های دیگر مانند المنتایت (ilmentite) ، روتایل (rutile) و مونازیت (monazite) تشکیل شده است.
برای تولید زیرکونیای خالص از زیرکن چندین روش تجاری وجود دارد. زیرکن در دمای بالاتر از به زیرکونیا و سیلیس تجزیه می شود. تزریق ماسه های زیرکنی به یک محیط پلاسما (در دمای بالاتر از 6000c° ) باعث تجزیه شدن زیرکن و ذوب شدن آن می شود. در هنگام انجماد مذاب پلاسمایی ، زیرکونیا به صورت ساختار دندریتی انجماد پیدا می کند. وبه صورت پوششی شیشه ای بر روی زیرکونیا تشکیل می شود. سیلیس موجود در این ساختار می تواند بوسیله ی شستشو با محلول سدیم هیدروکسید جوشان از بین برود. در این فرآیند مواد زائد شسته می شود و زیرکونیا بوسیله ی سانتریفیوژ جدا سازی می شود.
روش اصلی در تولید اکسید زیرکونیوم ذوب زیرکن در کوره ی قوس الکتریکی است. دمای این ذوب بین 2100c°- 2300 است با آنکه دمای این واکنش نسبت به پلاسما پایین تر است اما فرآیند تجزیه ی زیرکن اتفاق می افتد. اما در این حالت زیرکونیای جامد در سیلیس مذاب تولید می شود. خلوص تولیدی در این روش تقریبا 99% است.
یکی دیگر از منابع تأمین کننده ی زیرکونیا ، بادولیت (baddeleyite: مونوکلینک و ناخالص) است. البته این کانی از لحاظ تجاری اهمیت کمتری نسبت به زیرکن دارد . ذخایر بادولیت کم می باشد. همچنین این ذخایر به همراه آلودگی هایی مانند سیلیس ، اکسید آهن و تیتانیا وجود دارد. ذخایر با دولیت به صورت تجاری در برزیل و آفریقای جنوبی استخراج می شوند. همه ی منابع سنگ معدن زیرکونیوم دارای مقادیر متنوعی از هافینوم ( به طور نمونه وار 3 – 1.5%) هستند . به دلیل شبیه بودن ویژگی های شیمیایی این دو ماده ، فرآیند جداسازی آنها گران قیمت است. به همین دلیل اکثر گریدهای زیرکونیا بیش از %3wt هافینوم دارند.

* زینسیت
 

اکسید روی (ZnO) به صورت طبیعی در مینرال زینسیت Zincite))وجود دارد. اکسید روی خالص سفید رنگ است. کانی زینسیت به دلیل وجود منگنز( بیش از 10%) و مقادیر ناچیزFeo  قرمز رنگ است. منابع طبیعی زینسیت از لحاظ تجاری اهمیت ندارند. دو روش برای تولید اکسید روی وجود دارد:
1)اکسیداسیون فلز روی (در حالت بخار) با هوا
2)کاهش اسفا لاریت ( Sphalerite:zns) با کربن و CO اسفالاریت یکی از کانی های طبیعی و بسیار مهم از روی است. منابع عظیمی از این کانی در سنگ های آهکی دره ی میسی سی پی ، حوالی جوپلین (Joplin) وجود دارد .همچنین منابع عظیمی از این کانی در فرانسه ، مکزیک، اسپانیا ، سوئد و انگلستان وجود دارد.
مقادیر زیادی از اکسید روی تولید شده در صنعت تولید چسب و رابر استفاده می شود. از این اکسید همچنین در رنگ های لاتکس ، کاشی ها ، لعاب ها و صنعت پرسلان استفاده می شود.
این ماده همچنین یکی از مواد پر کاربرد در ساخت وریستور (Varistors) است.

* روتایل و آناتار
 

روتایل ، تیتانیا) یکی از اجزای تشکیل دهنده ی سنگ های آذرین مانند گرانیت و همچنین به عنوان یکی از مشتقات سنگ های دگرگون مانند گنیس (geneiss) است. این کانی به صورت سوزن های ریزی در نمک ها، میکای بیوتایتی (biotitemica) ، کوارتز و فلدسپار یافت می شود. از لحاظ اقتصادی ذخایر مهم این ماده در سنگ های آذرین ویرجینیا (Virginia) ،کانادا (Canada) و نوروی (Norway) یافت می شود. روتایل (rutile) همچنین یکی از اجزای مهم سنگ های ساحلی است که از فرسایش سنگ های دارای روتایل بوجود آمده اند. این سنگ های ساحلی در استرالیا، فلوریدا و هند وجود دارند.
تیتانیا همچنین از واکنش المنیت با اسید سولفوریک در دمای نیز تولید می شود. این واکنش به صورت زیر انجام می شود و تشکیل تیتانیل سولفات (Sulfate titanyl) می دهد:

تیتانیل سولفات در آب قابلیت حل شوندگی داشته و می توان بدین وسیله از ناخالصی های نامحلول در آب جداسازی شود. (این کار بوسیله ی فیلتراسیون انجام می شود.) هیدرولیز در دمای باعث تشکیل رسوبات هیدروکسید طبق واکنش زیر می شود.:

هیدروکسید تیتانیل بوسیله ی کلسیناسیون در دمای 1000c° به تیتانیا تبدیل می شود.

* غیر اکسیدی ها
 

اکثر سرامیک های غیر اکسیدی مهم در طبیعت وجود ندارند و بنابراین باید آنها را سنتز کرد. روش سنتز این مواد معمولا یکی از روش های زیر است:
1)ترکیب مستقیم فلز و نافلز در دمای بالا
2)کاهش اکسید با کربن در دمای بالا (کاهش کربوترمال) و واکنش متعاقب با نافلز در این بخش از مقاله نگاه مختصری به سرامیک های غیر اکسیدی مهم داریم. برای نشان دادن تنوع سرامیک های غیر اکسیدی ما مثال هایی از کاربیدها ، نیتریدها و بوریدها را آورده ایم. البته سرامیک های غیر اکسیدی دیگری نیز وجود دارند که آنها نیز مورد توجه هستند.
SiC: ساینده ، بخش های الکترونیکی با شرایط دشوار
TiC: یا تاقان ، ابزارهای برش،
AIN:قطعات الکترونیکی، بوته ذوب فلز
: توربین های گازی آینده و اجزای موتورهای دیزل
Zr B_2: بوته ی ذوب فلز و تیوپ های ترموول (tubes Thermowell)
WC: ساینده، ابزارهای برش
C (گرافیت): روانساز جامد
C(الماس) : ساینده

* سیلیسیم کاربید
 

سیلیسیم کاربید(SiC) بیشترین مصرف را در بین مواد سرامیکی غیر اکسیدی دارد. کاربرد عمده ی این ماده در صنعت ساینده است. علت استفاده از آن در صنعت ساینده سختی بالا (تنها الماس، نیترید بورکیوبیک و کاربیدبور سختی بالاتری از سیلیسیم کاربید دارند.) سیلیسیم کاربید در طبیعت تشکیل نمی شود و بنابراین باید آن را به صورت مصنوعی ساخت. این ماده به دو شکل کریستالی وجود دارد. فرم کیوبیک که به آن فاز B می گویند (B-SiC) و فرم هگزا گونال که به آن فاز می گویند.(-SiC). فرم در دمای بالاتر از تشکیل می شود و فرم B در گستره ی دمایی تشکیل می شود.
سیلیسیم کاربید به صورت تجاری بوسیله ی فرآیند آچسون (Acheson Process) تولید می شود. در این فرآیند مخلوطی از ماسه ی سیلیسی (99.5%.)، کک (carbon) تهیه شده و در طول بزرگی دپو می شود. سپس الکترودهای کربنی در داخل توده جا سازی می گردد. هر توده معمولا از 3000 تن ماده تشکیل شده است. گرم کردن کک باعث آزاد شدن انرژی کک می شود. که معمولا در دما در بخش هایی از توده به نیز می رسد. انرژی الکتریکی کل که در طی راه اندازی استاندارد یک توده (کوره) مصرف می شود حدود 2 میلیون کیلو وات ساعت (kwh) است که این میزان تقریبا برابر است با 7 تراژول (7TJ). میانگین توان ورودی به کوره در طی راه اندازی کوره حدود 9000-10000KW است. در دمای بالا کک با واکنش می دهد و Sic و CO(مونواکسید کربن ) تولید می کند:

عملیات حرارت دهی کوره ادامه می یابد تا واکنش به طور کامل انجام شود. زمان حرارت دهی از2- 20 روز طول می کشد .(بسته به بزرگی کوره و ترانسفورماتور). پس از سرد شدن کوره، توده شکسته می شود و پس از خردایش دانه بندی می شود. مرکز توده دارای کریستال های SiC هگزاگونال با خلوص بالاست که رنگ آنها سبز است. این کریستال ها برای کاربردهای الکتریکی مناسبند. خلوص SiC براساس رنگ کریستال ها قابل تشخیص است:
خلوص % 9908 : سبز کم رنگ
خلوص % 99: سبز پررنگ
خلوص % 98.5 : سیاه رنگ

گرداگرد مرکز توده یک بخش با خلوص پایین (بیش تر از %97.5) وجود دارد که برای کاربردهای ساینده مناسب است. لایه ی بیرونی دارای مخلوطی از SiC و واکنش نداده و کربن است که این لایه در فرآیند پخت بعدی استفاده می شود. شکل 1 مثال هایی از کریستال های SiC تولید بوسیله ی فرآیند آچسون است.

بزرگترین تولید کننده ی SiC جهان چین است .این کشور سالانه 450000 تن SiC تولید می کند. شکل 2 یک کارخانه ی تولید SiC را نشان می دهد. قیمت SiC تولیدی به روش آچسون بین 10- 40 دلار بر کیلوگرم است

تیتانیوم کاربید
 

تیتانیم کاربید (TiC) یکی دیگر از مواد سرامیکی غیر اکسیدی است که در طبیعت تشکیل نمی شود. این ماده نیز بوسیله ی کاهش کربوترمال یا بوسیله ی واکنش مستقیم بین عناصر تیتانیم و کربن تولید می شود. فرآیند تولید TiC نیز نیازمند دمای بالای تولید می باشد. دمای کربوراسیون بین است.

آلومینیوم نیترید
 

چندین روش صنعتی برای تولید AIN وجود دارد. درحال حاضر دو تا از این روش ها به صورتی صنعتی کار برد دارند. یکی از آنها نیتریداسیون مستقیم آلومینیوم است. که در زیر واکنش آن نشان داده شده است.

در دمای بالاتر از نقطه ذوب فلز تمام پودر به صورت مستقیم به نیترید تبدیل می شود. کنترل دقیق فرآیند بوسیله ی جلوگیری از انعقاد فلز در طی فرآیند نیتریداسیون انجام می شود.
کاهش آلومینا با استفاده از نیتروژن و یا آمونیاک درحضور کربن یکی دیگر از روش های تولید AIN است. (طبق واکنش زیر)

مخلوط آلومینا و کربن با اتمسفر دارای نیتروژن و در دمای بالاتر از واکنش می دهد. برای تبدیل کامل مواد به AIN فاکتورهایی مانند اندازه ی ذرات پودر و مخلوط نمودن مناسب مواد مهم می باشند. در دو روش تولید AIN، ناخالصی های اصلی اکسیژن (1.O% وزنی) و کربن (زیر O.O7%wt) هستند. سایر ناخالصی هایی که در این ماده وجود دارد عبارتند از: سیلیسیم، آهن، کلسیم. این ناخالصی ها به طور نمونه وار هر کدام در غلظت هایی زیر 50ppm وجود دارند. فروش جهانی AIN در حدود 200 تن در سال است. قیمت این ماده در گسترده 20- 180 دلار بر کیلوگرم است. این تفاوت قیمت به خاطر کیفیت و ویژگی های پودری AIN است.
در بسیاری از کاربردهایAIN نیاز است تا این ماده به صورت زیر لایه یا دیواره ی بوته باشد. این ماده یک عایق الکتریکی خوب است و رسانایی گرمایی بسیار بالایی دارد. (بهتر از آهن) این مسئله باعث شده تا از آن در بخش های الکترونیکی استفاده شود. بوته های آلومینیوم نیتریدی برای نگهداری مذاب فلزات استفاده می شود.

سیلیسیم نیترید
 

سیلیسیم نیترید () یکی دیگر از کانی های مصنوعی است. این ماده دارای دو فرم کریستالی است .فرم دما پایین آن است که این فرم از آن نسبت به فرم β بیشتر ترجیح داده می شود. (به عنوان ماده ی اولیه ) زیرا تغییرات فازی فرم βدر طی فرآیند زینترینگ موجب پدید آمدن تغییرات طولی در ساختار کریستالی می شود. چندین روش برای سنتز پودر وجود دارد که این روش ها شبیه به روش های تولید AIN است. این روش ها عبارتند از :
1)نیتریداسیون پودر سیلیسیم
2)کاهش کربوترمال سیلیس در گاز نیتروژن
3)واکنش در فاز گاز یا سیلان () با آمونیاک
بیشتر پودرهایی که به صورت تجاری در دسترس هستند از واکنش پودر سیلیسیم با نیتروژن در دمای تولید شده اند. (طبق واکنش زیر)

این پودر عموما مخلوطی از فاز و β است (که نسبت به β برابر 90 به 10 است.) در اغلب موارد برای تسریع واکنش و جلوگیری از تشکیل فاز β از پودر به عنوان جوانه زا استفاده می شود. پودر نیترید شده شامل ناخالصی هایی مانند آهن ، کلسیم و آلومینیوم است. که این ناخالصی ها از ابتدا در پودر سیلیسیم وجود داشته اند و یا در طی فرآیند آسیاب کردن ثانویه پدید آمده اند. پودر با خلوص بالا را می توان بوسیله ی کاهش کربوترمال در دمای بین تولید کرد.( طبق واکنش زیر)

اگر چه این فرآیند باعث تولید پودرهایی می شود که در آنها کربن و اکسیژن باقی مانده وجود دارد ولی پودر تولیدی دارای مساحت سطح بالایی است و درصد فاز نیز در این پودر بالاست.
پودرهای با خلوص بالا همچنین بوسیله ی واکنش در فاز بخار تولید می شود. که در زیر این واکنش ها آورده شده است:
〖
پودر تولیدی به روش بالا آمورف است. اما محصولاتی که تا دمای حرارت داده شوند.
تقریباً به طور کامل به فرم تبدیل می شود.
تولید جهانی، 500 تن در سال است. قیمت پودر این ماده از 30 – 150 دلار بر کیلوگرم قیمت دارد. که این قیمت به اندازه ی ذرات و کیفیت آن بستگی دارد.
سیلیسیم نیترید در دماهای بالا دارای استحکام بالایی است. این ماده دارای مقاومت به شک حرارتی ، مقاومت به خزش و مقاومت به اکسیداسیون بسیار خوبی در شرایط سخت است. از این رو این ماده برای ساخت قطعات توربین و موتورهای دیزل مناسب است.

زیرکونیوم دی بوراید
 

زیرکونیوم دی بوراید یک ماده ی مناسب برای ساخت بوته ی ذوب فلزات است. علت این مسئله مقاومت به خوردگی استثنائی این ماده است. این ماده همچنین در سلولهای هال – هرولت (Hall- Heroultcells) (فرآیند تولید آلومینیوم ) به عنوان کاتد و در فرآیند تصفیه ی فولاد به عنوان تیوپ های ترموول استفاده می شود.
فرآیندهای مختلفی برای تولید استفاده می شود. این فرآیند ها شبیه به روش های تولید کاربیدها و نیتریدهاست. به صورت صنعتی این ماده به روش واکنش مستقیم زیرکونیوم و بور تولید می شود.

همچنین از واکنش کربوترمال نیز می توان برای تولید استفاده کرد. که واکنش آن به شکل زیر است.

همه ی این واکنش ها باید در دمای بالا و تحت اتمسفر خنثی یا خلاء انجام شود. قیمت پودر بین 60- 100 دلار بر کیلوگرم است.

تنگستن کاربید
 

تنگستن کاربید یک ماده ی مقاوم در برابر سایش است. این ماده در فلز کاری، استخراج معدن و صنعت ساخت قطعات ماشین آلات و ساخت قالب کاربرد دارد. این ماده بوسیله ی کربوره کردن پودر تنگستن تولید می شود. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 5500 تن WC مصرف می کند.

کربن
 

گرافیت یکی از فرم های سه گانه ی کربن است. فرم های کریستالی دیگر کربن عبارتند از : الماس و فولرن ها ، گرافیت به طور طبیعی در سنگ های دگرگون مانند مرمر (marble) وجود دارد. البته این ماده شباهت زیادی با سایر سرامیک های غیر اکسیدی ندارد.
گرافیت مورد استفاده در صنعت از منابع طبیعی استخراج می شوند. بزرگترین تولید کنندگان گرافیت دنیا، چین و هند هستند. تولید جهانی این ماده یک مگاتن در سال است. هم اکنون گرافیت در ایالات متحده ی آمریکا استخراح نمی شود. اگر چه این کشور سالانه 300000 تن گرافیت به شکل مصنوعی تولید می کند. که ارزش این تولید یک میلیارد دلار است.
چندین روش برای تولید گرافیت به صورت مصنوعی وجود دارد. بسیاری از این روش ها بدین گونه هستند که کربن های غیر گرافیتی در دمای بالاتر از گرما داده می شوند تا گرافیت تشکیل شود. برای مثال فرم بسیار خالص از این ماده بوسیله ی حرارت دادن مخلوط کلسینه شده ی کک نفتی و ذغال سنگ در دمای تولید می شود. دمای بالای این فرآیند باعث می شود تا اتم های کربن به صورت آرایش ورقه ای (ساختار گرافیتی) در آیند. گرافیت مصنوعی را همچنین می توان بوسیله ی رسوب از حالت فاز بخار هیدرو کربن ها در دماهای پایین (حدود ) تولید کرد.
بیشتر گرافیت مصنوعی که در ایالات متحده ی آمریکا تولید می شود، برای ساخت الکترودهای بسیار بزرگ استفاده می شود. این الکترودهای بزرگ در کوره های قوس الکتریکی استفاده می شوند. همچنین الکترودهای باطری نیز از این گرافیت ساخته می شود. کاربردهای عمده ی دیگر این ماده در روانسازی و فولاد سازی است.
استفاده های عمده از گرافیت طبیعی در صنعت دیرگداز (45%) ، لقمه ترمز (%20) است.
گرافیت طبیعی حدود 500 دلار بر تن قیمت دارد. در حالی که نوع مصنوعی آن قیمتی بالاتر از 2000 دلار بر تن دارد.
میزان الماس صنعتی تولید شده در ایالات متحده ی آمریکا بسیار کمتر از میزان تولید گرافیت مصنوعی است. تقریبا 300 میلیون قیراط الماس مصنوعی به صورت سالانه تولید می شود که کاربرد آن در ابزار آلات برش سنگ و مرمت آزاد راه ها و ساختمان هاست.
فولرن ها در سال 1985 کشف شدند. این در حالی است که نانو تیوپ های کربنی در سال 1991 کشف شدند. هر دو ماده ی اشاره شده هم اکنون به صورت تجاری در دسترس اند. البته این مواد هم اکنون گران قیمت هستند و کاربرد آنها به محصولات خاصی (مثلا افزودنی های مورد استفاده در پوشش های پلیمری ) محدود می شود

گریدهای تجاری آلومینا
 

از لحاظ تجاری گریدهای مختلفی از آلومینا وجود دار که هر تولید کننده ی شاغل در بخش سرامیک با توجه به نیازهایی که از آلومینا دارد، یکی یا چند گرید آن را استفاد می کند. در ادامه به معرفی کاملی از گریدهای مختلف آلومینا می پردازیم.

آلومینای گرید اسملتر (Smelter grade alumina)
 

گرید اسملتر یا گرید متالورژیکی آلومینا نامی است که به آلومینای مصرفی در تولید فلز آلومینیوم داده شده است. از لحاظ تاریخی این نوع آلومینا از هیدروکسید آلومینیوم و با استفاده از کوره های دوار تولید می شده است. اما امروزه عموما بوسیله ی کلساینرهای فلوید فلش (Fluid flash calciner) یا بستر مایع (Fluid bed) تولید می شوند. در فرآیندهای فلوید فلش آلومینیوم هیدروکسید به داخل یک جریان متقابل از هوای داغ تغذیه می شود. (این هوای داغ از سوختن نفت یا گاز به دست می آید). اولین اثری که اتفاق می افتد این است که آب آزاد ماده خارج می گردد و سپس آب ساختاری که به صورت شیمیایی در ترکیب وجود دارد، از دست می رود. این فرآیندها در گستره ی دمایی بین 180 تا 600 درجه سانتیگراد رخ می دهد. آلومینای بدون آب (dehydrated alumina) اساسا به فرم آلومینای اکتیو است و مساحت سطح آن بتدریج با افزایش دما به سمت 1000 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. کلسیناسیون اضافی در دماهای بالاتر از 100 درجه باعث می شود تا آلومینای α تشکیل شود که از لحاظ پایداری، پایدارترین شکل آلومیناست.
به طور نمونه وار تبدیل به فرم آلومینای α می تواند در حدود 25% باشد و مساحت سطح ویژه ی آن نسبتا بالا (بالاتر از 50 متر مربع بر گرم) است. که علت این مسئله تغییرات فازی آلومیناست.

آلومینای کلسینه شده (Calcined alumina)
 

اگر آلومینیوم هیدروکسید در دمای بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد حرارت داده شود و سپس تغییرات فازی آلومینا که در بالا اشاره شد، انجام شود، محصولی باقی می ماند که از آلومینای α تشکیل شده است. (البته این در شرایطی اتفاق می افتد که دما به حد کافی بالا باشد. به صورت تجاری فرآیند گفته شده در کوره های دوار اتفاق می افتد. مینرالایزرها خیلی اوقات با افزودن کاتالیزور دمای واکنش را کاهش می دهند. نمک های فلئور عمده ترین نمکی است که برای کاهش دمای تشکیل آلومینای α استفاده می شود.
آلومینای کلسینه شده در گستره ی وسیعی از کاربردهای دیرگداز و محصولات سرامیکی استفاده می شود. ناخالصی اصلی موجود در این نوع آلومینا، اکسید سدیم است. گریدهای متنوعی از این نوع آلومینا تولید می شود که از لحاظ اندازه ی کریستال ها، مورفولوژی و ناخالصی های شیمیایی متفاوت اند.
گریدهای آلومینای کلسینه شده عمدتا براساس میزان اکسید سدیم به سه گروه: دارای اکسید سدیم معمولی، دارای اکسید سدیم متوسط (میزان اکسید سدیم 0.15-0.25 درصد وزنی است) و دارای اکسید سدیم کم تقسیم بندی می شوند.

آلومینای با اکسید سدیم کم (low soda alumina)
 

در بسیاری از کاربردها مخصوصا کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی نیاز است تا میزان اکسید سدیم موجود در آلومینا بسیار کم باشد. یک آلومینای با اکسید سدیم کم عموما آلومینایی است که درصد اکسید سدیم آن زیر 0.1% وزنی باشد. این نوع آلومینا را می توان به روش های مختلفی مانند شستشو با اسید، افزودن کلر (chlorine addition)، افزودن بور (boron addition) و استفاده از ترکیبات جاذب سدیم، تولید کرد.

آلومینای راکتیو (reactive alumina)
 

«آلومینای راکتیو» واژه ای است که معمولا به آلومینای با خلوص نسبتا بالا و اندازه ی کریستالی کوچک (1mm>) اتلاق می شود. این آلومینا پس از زنیتر شدن بدنه ای با دانسیته ی بالا و در دمای پایین تشکیل می دهد.
بنابر یک تعریف دیگر آلومینای راکتیو آلومینایی است که بتواند بدنه ای را تشکیل بدهد که دانسیته ی پس از پخت آن بالا و در دمای پخت نسبتا پایین (حدود 1550-1650 درجه سانتیگراد) داشته باشد.
این بدنه ها معمولا 99.5% آلومینا دارند. این نوع آلومینا معمولا پس از پروسه ی خردایش و آسیاب کردن آلومینای کلسینه شده بدست می آید. البته کلسیناسیون این نوع آلومینا در دماهای بالاتر (1600درجه سانتیگراد و یا بالاتر) اتفاق می افتد. که در این حالت دانه ها به طور کامل به فاز α تبدیل می شوند. ضمنا درصد اکسیدسدیم موجود در این نوع آلومینا به دقت کنترل می شود و سعی می شود تا حد ممکن کم باشد.
این نوع آلومینا در جاهایی استفاده می شود که ما نیازمند: استحکام استثنایی، مقاومت به سایش، مقاومت دمایی، سطح پایانی و پایداری شیمیایی هستیم. در واقع در جاهایی که رفتار مکانیکی بدنه ی تولیدی در دمای بالا برای ما اهمیت دارد از این نوع آلومینا استفاده می کنیم. آلومینای راکتیو به خاطر ناخالصی کمتر دارای رفتار زنیترینگ مشخصی است و به خاطر کم بودن فاز شیشه ای در بدنه های استفاده کننده از آلومینای راکتیو، خزش و دفورمگی در دماهای بالا کمتر اتفاق می افتد.
علاوه بر این از این نوع آلومینا در کامپوزیت ها و دیرگدازها و... استفاده می شود.

آلومینای تابولار (Tabular alumina)
 

آلومینای تابولار، آلومینای α است که زنتیر شده یا تبلور مجدد یافته است. و به خاطر این تابولار نامیده می شود که مرفولوژی آن شامل کریستال های بزرگ (50-500mm)، پهن و ورقه ای شکل از کوراندوم است. این نوع آلومینا بوسیله ی رسوب دادن، اکسترود کردن و یا پرس کردن آلومینای کلسینه شده و سپس حرارت دادن اشکال بدست آمده در دمای زیر نقطه ی ذوب (1850-1700 درجه سانتیگراد) آلومینا در کوره ای محوری (Shaft kilns) تولید می شود.
پس از کلسیناسیون، اشکال کروی از آلومینای زنیتر شده را می توان در برخی کاربردها مانند بستر کاتالیزوری استفاده نمود و یا این اشکال کروی را خردایش و دانه بندی کرد. به خاطر اینکه این مواد زنیتر می شوند، در نتیجه تخلخل آنها پایین است. همچنین این نوع آلومینا داری پایداری شیمیایی خوب، دیرگدازی بالا است. با توجه به ویژگی های آن از آن در تولید انواع دیرگداز استفاده می شود. در واقع مهمترین کاربرد این نوع آلومینا در ساخت دیرگدازهای ریختنی و شکل دار است.
ذرات تابولار معمولا به صورت ذرات کشیده و دارای گوشه های تیز است. این مسأله به خاطر رشد هگزاگونال آلومیناست که باعث می شود ذرات تابولار به جای کروی بودن، سوزنی شکل بشوند.
تخلخل ذرات تابولار نزدیک به صفر است. این نوع آلومینا به افزایش استحکام بدنه کمک می کند. دلیل دیگر استفاده از این نوع آلومینا اندازه های مختلف ذرات آن است. در واقع از آلومینای تابولار مش بندی های متنوع وجود دارد. و این مسأله یکی از ویژ گی های این نوع آلومینا است.
علاوه بر کاربردهای بیان شده از آلومینای تابولار برای ساخت کامپوزیت های کربن –آلومینا استفاده می شود. این نوع کامپوزیت ها در ساخت دریچه های کشوئی تخلیه ی تاندیش کاربرد دارند.

آلومینای فیوزد (Fused alumina)
 

فیوزد آلومینا در کوره ی قوص الکتریکی تولید می شود. نحوه ی کار این کوره بدین صورت است که جریان بزرگی از الکتریسیته از میان الکترودهای کربنی آن عبور می کند. گرمای تولیدی در این پروسه، سبب ذوب شدن آلومینا می گردد. این نوع کوره دارای پوسته ی فولادی آبگرد است و در هر دفعه می تواند 20-3 تن ماده را در خود جای دهد. آلومینای فیوزد دارای دانسیته ی بالا، تخلخل پایین، نفوذپذیری پایین و دیرگدازی بالاست. به خاطر این خواص از این نوع آلومینا در تولید ساینده ها و دیرگدازها استفاده می شود.

آلومینای حباب دار (bubble alumina)
 

این نوع آلومینا دارای تخلخل زیادی است. تخلخل های این نوع آلومینا به سطح دانه ها راه ندارد. این نوع آلومینا دارای دانسیته ی پایینی است و به خاطر خاصیت سبکی و عایق بودن در ساخت بدنه های عایق مانند جرم های ریختنی عایق استفاده می شوند.
این نوع آلومینا بوسیله ی دمش هوا به داخل کوره ی قوس الکتریکی تولید می شود.

آلومینای اکتیو (active alumina)
 

آلومینای کلسینه شده در دمای پایین را آلومینای اکتیو می گویند. به خاطر دمای پایین کلسیناسیون درصد فازهای غیر α در آن زیاد است. به خاطر بالا بودن فعالیت شیمیایی فازهای غیر α در آلومینا، این نوع آلومینا فعالیت شیمیایی بالایی دارد و از این رو از آن در ساخت کاتالیزورها و پایه کاتالیزور استفاده می شود.

آلومینای با خلوص بالا (high purity alumina)
 

آلومینای با خلوص بالا عموما آن نوع آلومینایی است که خلوص آن بیش از 99.99% وزنی باشد. این نوع آلومینا را می توان بدین صورت تولید کرد که آلومینیوم هیدراته ی تولیدی در فرآیند بایر به صورت پی در پی خالص سازی و شستشو می کنیم و یا آن را در یک محیط کلردار قرار می دهیم تا به درجه ی خلوص مورد نیاز برسیم.
آلومینای با خلوص بیشتر نیز بوسیله ی کلسیناسیون آمونیوم آلومینیوم سولفات یا از آلومینیوم فلزی تولید می شود. در مورد روش کلسیناسیون آمونیوم آلومینیوم سولفات، درجه ی خلوص مورد نیاز بوسیله ی تبلور مجدد (پی در پی) به دست می آید.
آلومینای با خلوص ویژه را می توان از آلومینیوم فلزی تولید کرد. در این روش آلومینیوم با الکل واکنش می دهد سپس آلومینیوم آلکوکسید تولیدی بوسیله ی تقطیر، هیدرولیز و کلسیناسیون خالص سازی می شود. یک راه ساده تر برای تولید این است که گلوله های آلومینیومی با خلوص بالا را در زیر آب مقطر در معرض تخلیه ی الکتریکی قرار داده تا آلومینای با خلوص بالا تولید شود.
کاربرد این نوع آلومینا در تولید سنگ های زینتی مانند یاقوت سرخ و گارنت آلومینیوم – ایتریا برای لیزرها و یاقوت کبود برای کاربردهای لیزری و پنجره های ویژه است

افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا
 

در ابتدای این مقاله توضیحات کاملی در مورد تغییرات فازی زیرکونیا با دما صحبت کردیم. در ادامه به بیان روش های استفاده از این مکانیزم ها در افزایش تافنس می پردازیم.
برای افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا روش هایی وجود دارد که سه روش از آنها عبارتست از
1) ایجاد ترک های مویی (Micro cracking)
2) القاء و ایجاد تنش (Stress induced)
3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی (Compressive Surface Layers)

1) ایجاد ترک های مویی
 

دراین روش از ذرات زیرکونیای تثبیت نشده درفازی سرامیکی استفاده می کنیم. در واقع ذرات تثبیت نشده در زمینه ای از یک سرامیک پایدار مانند آلومینا قرار می گیرد. ذرات زیرکونیای مورد استفاده قابلیت تغییر فاز دارند. که در هنگام سرد شدن بدنه ی اصلی، تغیر فاز تتراگونال به مونو کلینیک رخ می دهد. این تغییر فاز باعث پدید آمدن انبساطی می شود که این انبساط ترک های بسیار ریزی در زمینه بوجودمی آورد. البته اندازه ی این ترک ها درحدی نیست که قطعه بشکند. عوامل مؤثر در هنگام پدیدآمدن این ترک های ریز عبارتند از :
الف) درصد زیرکونیای پودری
ب) اندازه ی ذرات زیرکونیایی
و.....
استحکام قطعه ی تولیدی به روش بالا افزایش می یابد. در واقع اگر در بدنه ی دارای ترک های مویی ایجاد ترکی بزرگ شود، با پخش شدن نیروی ترک درهنگام برخورد با ترک های مویی، استحکام بالا می رود.
برای آنکه بدنه ی تولیدی با این استحکام مناسب را داشته باشد باید توزیع ذرات نیز درست انجام شود. توزیع نامناسب باعث رسیدن میکروترک ها به همدیگر وشکسته شدن قطعه می شوند.
همچنین اندازه ی ذرات نیز باید در حدی معین باشند. اگر ذرات ما از یک حدی بزرگتر باشند. تنش های بیشتری ایجاد می شود. وترک ها دیگر ریز نخواهند بود. که این ترک ها بسیار خطرناک هستند. اگرذرات ما از یک حدی کوچکتر باشند نیروی وارده از طرف زمینه برذرات بیشتر بوده وتغییر فاز اتفاق نمی افتد.

2) القا وایجاد تنش
 

این روش نیز شباهت بسیار زیادی به روش بالا دارد. در واقع روش القا و ایجاد تنش حالتی خاص از روش ایجاد تنش های مویی است. ذرات به کار برده در روش القاوایجاد تنش از حد بحرانی کوچکترند وازاین رو درحین سردکردن قطعه نمی توانند تغییر فاز دهند. ساختار بدنه ی تولیدی به روش القا و ایجاد تنش از زمینه ای سرامیکی به همراه ذرات زیر کونیایی هستند که در فاز تتراگونال قرار دارند.علت عدم تبدیلی شدن آنها به فاز مونوکلینیک این است که این ذرات نتوانسته اند. بر نیروی وارد برآنها از طرف زمینه غلبه کرده وزمینه را ترک دهند. اما هر لحظه که نیروی وارده برآنها برداشته شود فرایند تغییر فازی اتفاق می افتد. درهنگام پدید آمدن یک ترک توسط نیروی خارجی نیز همین مسئله اتفاق می افتد وتغییر فازی اتفاق می افتد . ذره با تغییر فازی انبساط یافته ونوک ترک را می بندد ورشد ترک متوقف می شود. استحاله ی اتفاق افتاده دراین فرایند از نوع استحاله های مارتنزیتی است.

3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی
 

این روش نیز شبیه به فرآیند القا وایجاد تنش است. با این تفاوت که با انجام عملیاتی تغییر فاز تتراگونال به مونوکلینک تنها در سطح قطعه اتفاق می افتد. یعنی ذرات زیرکونیا در بدنه وارد می شوند. ودرتمام بدنه توزیع می شوند. وپس از شکل دهی بدنه عملیات زینترینگ انجام می شود. وبه خاطر اینکه اندازه ی ذرات زیر کونیا ازحد بحرانی کوچکتر است. درحالت سردکردن تبدیل تتراگونال به مونوکلینیک اتفاق نمی افتد. پس از این مرحله با انجام فرآیندی مانند پولیش کردن این تغییر فاز در لایه های سطحی انجام می شود. عمق این لایه ها می تواند از 10 الی 100 میکرون باشد.دراین حالت ریز ساختار بدین صورت است . که یک زمینه ی سرامیکی پایدار داریم که توزیعی از ذرات زیرکونیای تتراگونال درعمق قرار دارند. ودرسطح نیز به خاطر پدید آمدن استحاله ی تتراگونال به مونوکلینیک ترک هایی مویی پدید آمده است. این مکانیزم ترک های بوجود آمده در سطح را کنترل کرده و از گسترش سریع ترک در ساختار جلوگیری می کنند (بیشتر ترک ها در بدنه ی سرامیکی که باعث شکستن قطعه می شود از سطح شروع می شوند.
از روش های اشاره شده در بالا ، روش ایجاد ترک های مویی روشی ساده وعملی است. در واقع دو روش بعدی روش هایی ساده نیستند ودستیابی به آنها به فاکتورهای متنوعی بستگی دارد.
منبع:ترجمه شده از تعدادي از منابع لاتين مانند : AZOM.COM

اکسید زیر کونیوم((zrO_2 که گاهی مواقع به آن زیر کونیا گفته می شود اکسیدی سفید رنگ از فلز زیرکونیوم است. زیر کونیا به صورت اکسید خالص در طبیعت وجود ندارد. این ماده در کافی های با دولیت (baddelyite) وزیر کن (zircon) (Zrsio_4 ) وجود دارد. این دوکانی طبیعی منابع عمده ی تأمین کننده ی زیرکونیا هستند. گستردگی منابع زیر کن بسیار زیاد است اما این کانی خلوص کمتری داشته وازاین رواستفاده از آن نیاز به فرایندهای آماده سازی زیادی است.
فراوری زیر کونیا نیازمند جدا سازی مواد ناخاسته وخالص سازی آن است. ناخالصی های مختلفی به همراه کانی های زیرکونیا دار وجود دارد. مثلاً یکی از ناخالصی های زیرکن سیلیس است.اکسید ها فنیوم نیز یکی از ناخالصی های زیر کونیا محسوب می شود. کانی با دولیت نیز دارای ناخالصی هایی همچون آهن واکسید تیتانیم می باشد. رسوبات زیرکونیا در برزیل و آفریقای جنوبی بیشتر است. ولی مقدار آن خیلی ناچیز است وارزش استخراج آن پایین است. به همین علت برای تولید اکسید زیرکونیوم باید به سراغ ترکیباتی که حاوی این اکسید است برویم. درواقع زیرکن به عنوان منبع تأمین کننده ی زیرکونیا است.زیرکن درکشورهایی مثل استرالیا، آمریکا ، هند ، سریلانکلا وجود دارد. البته زیر کن علاوه بر استفاده در تولید زیرکونیا درلعاب و... نیز کاربرد دارد. برای فراوری واستخراج زیرکونیا از زیرکن چندین روش وجود دارد که عبارتند از :
1) کلریناسیون
2) تجزیه به کمک هیدوکسیدهای قلیایی
3) ذوب قلیایی
4) تجزیه ی پلاسمایی
5) روش هم رسوبی شیمیایی
6) سایر روش ها (CVDو ...)

فازهای زیر کونیا
 

زیرکونیا دارای سه فاز مونوکلینیک ، تتراگونال وکیوبیک است.فازمونو کلینیک در درمای 1170C° به فاز تتراگونال و فاز تتراگونال در دمای 2370C° به فاز کیوبیک تبدیل می شود. (شکل 1)

عمده ترین فرم این ماده که در طبیعت وجود دارد مونو کلینیک است. فرم دما بالای آن (کیوبیک) به ندرت در طبیعت وجود دارد .منیرال تاز هرانیت (tazheranite) با فرمول Zr,Ti,Ca)o_2 ) یکی از مینرال هایی است که به صورت فاز کیوبیک است. از زیر کونیای کیوبیک که به صورت مصنوعی سنتز می شود به طور گسترده ای درساخت سنگ های تزئینی استفاده می شود. زیرکونیای کیوبیک شبیه ترین ماده به الماس است (شکل 2)

همانگونه که گفتیم زیرکونیا در دمای 1170C° از فاز مونوکلینک به تتراگونال تغییر فاز می دهد. این تغییر فاز با تغییر زیادی در پارامتر شبکه همراه است.یکی از پیامدهای این تغییر فاز، انبساط حجمی بزرگی است که درهنگام سرد کردن رخ می دهد وباعث می شود تولید قطعات زیرکونیای خالص امکان پذیر نباشد. (سرد کردن زیرکونیا در دمای1170C° باعث انبساط 5-3% می شود.)
برای تولید اجزای زیرکونیایی، این مسئله ضروری است که همه یا بخشی از زیرکونیا را به صورت کیوبیک یا تتراگونال تثبیت کنیم. این فرآیند تثبیت کردن بوسیله ی افزودن عوامل تثبیت کننده ایجاد می شود. افزودن مقادیر متنوعی از تثبیت کننده های فاز کیوبیک مانندMgo,CaO،O_3 Y_2 موجب تشکیل زیرکونیای تاحدی تثبیت شده (partially Stanlized Zirconia) می شود.
دربین سه فاز زیر کونیا فاز کیوبیک به لحاظ داشتن خواص ویژه از همه ی فازها شرایط بهتری دارد.
ونسبت به فازهای دیگر ترجیح داده می شود ازاین روتلاش می شود تا این فاز در بدنه حفظ گردد. بعد از فاز کیوبیک فازتتراگونال شرایط بهتری نسبت به فاز مونو کلینیک دارد.استفاده از اکسیدهای تثبیت کننده باعث باقی ماندن فازهای دما بالا دردمای اتاق وتولید قطعات با خواص ممتاز می شود.
اگردر دمای پایین ما تنها فاز کیوبیک یا تتراگونال داشته باشیم به آن زیرکونیای به طور کامل پایدار شده (Fully Stablized zirconia) می گوییم.
با استفاده از زیرکونیلی به طور کامل پایدار شده (FSZ) یا زیر کونیای تا حدی پایدار شده ( PSZ ) را می توان بدنه های پایدار تهیه کرد. این بدنه ها خواص ممتازی دارند که در ادامه به آنها می پردازیم.
افزوده شدن اکسیدهای تثبیت کننده سبب تشکیل محلول جامد می شود که در این حالت توجه به حد حلالیت اکسید در زیر کونیا یکی از مسائل مهم می باشد. لازم به ذکر است که افزایش Ca و Co می تواند سختی زیرکونیا را به طور قابل توجهی افزایش دهد. همچنین Mg می تواند چقرمگی را افزایش دهد ( KIC را افزایش می دهد)

ویژگی های کلیدی
 

ویژگی های خاص زیرکونیا که موجب استفاده از آن درکاربردهای متنوعی می شود عبارتند از:
1) استحکام بالا
2) تافنس شکست بالا
3) مقاومت سایشی استثنائی
4) سختی بالا
5) مقاومت شیمیایی استثنایی
6) تافنس بالا
7) دیرگدازی بالا
8) رسانایی یونی (یون اکسیژن)خوب
ویژگی های مهم سرامیک های زیرکونیایی به درجه تثبیت شدن ونوع تثبیت کننده وفرآیند تولید آن بستگی دارد.در جدول 1 ویژگی های چند نمونه از زیر کونیا آورده شده است.

علاوه برخصوصیات بیان شده در بالا برخی از ویژگی های زیرکونیا وجود دارد که باعث شده است این ماده یکی از مواد مهندسی پرکاربرد باشد. این ویژگی ها عبارتند از :
1) رفتار اصطلاکی مناسب
2) نداشتن خاصیت مغناطیسی
3) عایق الکتریکی بودن
4) رسانایی گرمایی پایین

انواع زیرکونیا
 

انواع مختلفی از زیر کونیا وجود دارد. این نوع های مختلف از زیر کونیا بوسیله ی محققین وتولید کنندگان ارائه گشته است.در واقع محققین برای بدست آوردن خواص مختلف، انواع مختلفی از زیر کونیا با فازهای مختلف تولید کرده اند. برخی از این فازها تنها در دماهای بالا پایدارند وبایدبه نحوه ای آنها را سرد کرد که بتوان این فازها را در دمای اتاق داشته باشیم. برخی از انواع زیر کونیا بوسیله ی مکانیزم های تافنینگ زیر کونیا تولید می گردند . برخی از آنها درجدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. اکسید های پایدار کننده مورد استفاده دراین مواد معمولاً به صورت پیشوند به حروف اختصاری جدول 2 افزوده می شود. برخی اوقات درصد ماده ی تثبیت کننده نیز ذکر می شود. مثال هایی از حروف اختصاری که به همراه انواع مختلف زیر کونیا استفاده می شوند عبارتند از A,Mg,Ce,Y که به ترتیب بدین معنا هستند . (Y_2 O_3،MgO,〖CeO〗_2، 〖AI〗_2 O_3 )
عبارت زیر 3Y-TZP بدین معنا ست که این محصول زیرکونیای تتراگونال و پلی کریستالی است که 3 درصد مولی (Y_2 O_3 ) دارد.

مقایسه ی خواص
درجدول 3 خواص گریدهای مختلف زیر کونیا آورده شده است.که این اطلاعات از منابع مختلفی گرد آوری وترکیب شده اند.

به هر حال همانند اکثر سرامیک ها، خواص مواد زیرکونیای نیزتابع فاکتورهای بسیاری مانند پودر اولیه و روش تولید و... است اکثر روش های تولید سرامیک ها برای زیرکونیا استفاده می شود مثلاً این روش ها عبارتند از : پرس خشک، پرس ایزو استاتیک، قالب گیری تزریقی، اکستروژن وریخته گری نواری در طی فرآیند تولید ممکن است ناخالصی هایی به بدنه افزوده شود که این ناخالصی ها خواص بدنه را کاهش می دهند.
منبع:ترجمه شده از تعدادی از منابع لاتین مانند : AZOM.COM

میکا
 

گروه میکا شامل 37 کانی می باشد . این کانی ها با نام فیلو سیلیکات ها (phyllosilicates) هستند که دارای ساختاری صفحه ای یا لایه ای هستند. واژه ی یونانی فیلون (phyllon) به معنای برگ است. برخی از کانی های میکا در جدول 1 آورده شده است. همچنین علاوه بر اسم آنها مکان های وجود منابع عمده ی آنها نیز آورده شده است. میکا ها همچنین بر اساس میکاهای واقعی (truemica) و ترد (brittle) نیز طبقه بندی می شوند. میکاهای واقعی که دارای کاتیون های تک ظرفیتی (مانند k^+ و〖Na〗^+ ) در میان لایه هایشان هستند، از خود خواص ورقه ورقه شده نشان می دهند. این مواد به آسانی به صفحات نازک تبدیل می شوند. در میکاهای ترد، بین لایه ها کاتیون های دو ظرفیتی (مانند 〖Ca〗^(2+) ) وجود دارد. پیوند این کاتیون ها و لایه ها قوی است. اگر چه این مواد نیز خاصیت ورقه شدن دارند اما نسبت به نوع واقعی ترد ترند. میکاهای ترد کانی های کمیابی هستند و استفاده از آنها زیاد نیست.

موسکویت (Muscovite) ، یک نوع میکا است که کاربرد عمده ای دارد. این میکا به خاطر خواص الکتریکی فوق العاده و فراوانی ، کاربردهای فراوانی یافته است.
فلوگوپیت (phlogopite) نوعی کانی است که در دمای بالا پایدار است؛ از این رو از آن در کاربردهایی استفاده می شود که در آنها نیاز به پایداری در دمای بالا و خواص الکتریکی مورد نیاز باشد. هردوی این کانی ها (موسکویت وفلوگوپیت) به صورت صفحه ای و آسیاب شده استفاده می شوند.

میکاها در سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگون تشکیل می شوند.( این کانی ها در محیط های مختلف زمین شناسی تشکیل می شوند) . علت تشکیل این مواد در گسترده ی وسیعی از محیط های زمین شناسی پایداری گرمایی این مواد است. شکل 1 دیاگرام فشار – دما برای میکای موسکویتی است. در دمای بسیار بالا (بیشتر از)، این نوع میکا ناپایدار می شود و در حضور کوارتز تجزبه گشته و به فلدسپار پتاسیک و سیلیمانیت (sillimanite) تبدیل می شود.(طبق فرمول زیر):

سیلیمانیت فلدسپارتپاسیک کوارتز موسکوویت
موسکوویت در سنگ های دگرگون کم ارزش تشکیل می شود. در این مکان ها موسکوویت از پیروفیلیت تشکیل می شود. این فرآیند در کریستالیزاسیون اولیه ی کانی های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها (Pegmatites) نیز رخ می دهد.
در سنگ های رسوبی مخصوصا آرنیت (arenites) نیز فرآیند تشکیل موسکویت اتفاق می افتد. موسکوویت در بسیاری از بخش های ایالات متحده ی آمریکا به صورت محدود وجود دارد.
بزرگترین تولید کننده ی میکا، روسیه است. این کشور یک سوم نیاز سالانه ی این ماده را تولید می کند. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 75000 تن میکای ورقه ای و ذره ای تولید می کند. اگر چه ایالات متحده ی آمریکا از لحاظ تاریخی تولید کننده ی صفحات میکایی است ولی منابع داخلی این ماده به پایان رسیده و از این رو این کشور تنها به تولید میکای ورقه ای و ذره ای می پردازد.
مصرف عمده ی میکای آسیاب شده به عنوان پرکننده در اجزای اتصال دهنده ی دیواره های گچی (ژیپسی) است . استفاده از پر کننده های میکایی موجب تولید سطوح صاف می شود، کارایی را بهبود داده و از گسترش ترک جلوگیری می کند. از این مواد همچنین در رنگ ها، محصولات رابری قالب گیری مانند تایرها و خمیر دندان کاربرد دارند. از میکای فلس مانند به عنوان جایگزینی در لقمه ترمزها و صفحه کلاچ استفاده می شود.
هند بزرگترین تولید کننده ی میکای مورد استفاده در ساخت صفحات موسکوریتی (muscovite sheet meca) است. ماداگاسکار نیز بخش عمده ای از میکای مورد استفاده در ساخت صفحات فلوگوپیت را مهیا می کند. قیمت میکای صفحه ای از کمتر از یک دلار بر کیلوگرم برای کیفیت پایین تا 2000 دلار بر کیلوگرم برای نوع با کیفیت متغیر است. از نوع با کیفیت بالای میکای موسکویتی در ساخت دی الکتریک مورد استفاده در خازن ها استفاده می شود.

مولایت
 

مولایت در طبیعت به میزان فراوان وجود ندارد و باید به صورت مصنوعی ساخته شود. این ماده دارای خواص زیادی است که موجب شده تا این ماده برای کاربردهای دما بالا مناسب باشد. مولایت دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کوچکی است.(این مسأله باعث می شود که مولایت مقاومت به شک حرارتی خوبی داشته باشد). این ماده همچنین در دمای بالا مقاومت به خزش خوبی دارد و از همه مهمتر، مولایت به آسانی با شیشه ی مذاب یا سر باره ی فلزات مذاب واکنش نمی دهد و در اتمسفر های کوره ای خورنده پایدار است.
از این رو از این ماده در آستر کاری کوره و سایر کاربردهای دیرگداز در صنعت فولاد سازی و ذوب آهن و صنعت شیشه استفاده می شود.
از لحاظ تجاری مولایت به دو روش ساخته می شود:
1)زینته ینگ
2)فیوزینگ
مولایت زنیته شده ممکن است بوسیله ی حرارت دادن مخلوطی از کیانیت : ، بوکسیت و کائولن تولید شود. (کیانیت مینرالی است که به صورت طبیعی در سنگ های دگرگون یافت می شود.) این مخلوط (درنسبت های معین) در دماهای بالاتر از 1600c° زینته می شود. ماده ی زینته شده به این روش دارای 90-85% مولایت است . علاوه بر مولایت درصدی شیشه و کریستو بالیت (یکی از پلی فرم های وجود دارد . آفریقای جنوبی تولید کننده ی عمده ی کیانیت دنیاست این کشور سالانه 165000 تن کیانیت تولید می کند.
ایالات متحده ی آمرکیا دارای بزرگترین منابع کیانیت دنیاست. این منابع در منطقه ی کوه های آپلاچین (Applochian Mountains) و آیداهو (Idaho) قرار گرفته اند. آندالوزیت (Andalusite) وسیلیمانیت سایر مینرال های آلومینو سیلیکاتی هستند که مانند کیانیت می توان از آنها به عنوان ماده ی اولیه در تولید مولایت استفاده کرد.
در روش فیوزینگ مقداری آلومینا و کائولن به داخل کوره ی قوس الکتریکی ریخته می شود. پس از روشن شدن این کوره دما به بالاتر از 1750c° می رسد و از این رو می توان با این روش مولایت با خلوص بالاتر تولید کرد. مولایت تولیدی به روش فیوزینگ دارای بیش از 95% مولایت است که به همراه آن مخلوطی از آلومینا و شیشه وجود دارد.

اکسیدها
 

موادخام مورد استفاده در ساخت سرامیک های اکسیدی تقریبا همگی به وسیله ی فرآیندهای شیمیایی تولید می شوند. علت استفاده از فرآیندهای شیمیایی بدست آوردن خلوص شیمیایی بالا و تهیه ی پودرهای مناسب جهت ساخت اجزای سرامیکی است. اکسیدهای مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک در جدول 2 آمده است.

آلومینا
 

اکسید آلومینیوم ( ، آلومینا ، کوراندوم) بیشترین ماده ی شیمیایی غیر آلی است که در صنعت سرامیک استفاده می شود. این اکسید از کانی بوکسیت (bauxite) و بوسیله ی فرآیند بایر (bayer Process) تولید می شود. بوکسیت مخلوطی از اکسید آلومینیوم هیدراته با اکسید آهن، سیلیس ، تیتا نیا (به عنوان ناخالصی) تشکیل شده است. این کانی از هوا زدگی و متلاشی شدن سنگ های آلومینیوم دار بوجود می آید که در اغلب موارد جنس سنگ ها از نوع آذرین است. این کانی در مناطق گرمسیری تشکیل می شود. مانند کائولن، بوکسیت نیز می تواند به صورت ذخایر اولیه و ثانویه باشد.
فرآیند بایر آلومینایی با خلوص اسمی 99.5% تولید می کند. آلومینا بر اساس کابردهایش در گریدهای مختلف تولید می شود. این گریدها از لحاظ اندازه و شکل کریستال ها و میزان ناخالصی متفاوت اند. ناخالصی اصلی آلومینا اکسید سدیم است. کریستال های آلومینا می توانند اندازه ی بین o.1 – 25 میکرون داشته باشد. شکل 2 کارخانه ی تولید آلومینا به روش بایر را نشان می دهد.

مراحل فرآیند بایر عبارتند از :

1) فرآوری فیزیکی
 

بوکسیت بدست آمده از معدن ابتدا آسیاب می شود. البته اندازه ی ذرات در این خردایش بسیار درشت است. (اندازه ی ذرات زیر یک میلیمتر است). فرآیند آسیاب کاری باعث افزایش مساحت سطح کل ذرات می شود که این مسأله موجب کاهش زمان فرآیند می شود. (کاهش زمان واکنش های شیمیایی درمراحل بعدی )

2) مرحله هضم
 

ذرات درشت بوکسیت بوسیله ی افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) به آب حل می شود. این فرآیند در دمای و در فشار کل O.5MPa اتفاق می افتد. همه ی آلومینای هیدراته ی موجود در بوکسیت حل می گردد و به صورت سدیم آلومینات در می آید.طبق فرمول زیر:

3) فیلتراسیون
 

ناخالصی های جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سیلیس ، تیتانیا و اکسید آهن هستند بوسیله ی فیلتراسیون جدا سازی می شوند.

4) رسوب دهی
 

پس از سرد کردن ، دانه های گیبسیت (آلومینای هیدراته ی طبیعی - به محلول سدیم آلومینات اضافه می شود. این مسأله موجب تشکیل فاز پایدار از هیدروکسید آلومینیوم در دمای پایین می شود. با دمش گاز به داخل محلول بوجود آمده ،فرآیند ایجاد رسوب تسریع می شود و عمل رسوب زایی ایجاد می شود.

5) شستشو
 

رسوبات بدست آمده سپس از فیلترعبور داده شده و شستشو می شوند تا میزان سدیم آن کاهش یابد.

6) کلسیناسیون
 

پودر حاصله در دمای بین 1100C∘ - 1200 کلسیناسیون می شود. در این فرآیند هیدروکسید به اکسید تبدیل می شود. واکنش در این مرحله به صورت زیر است:

در این مرحله آلومینای بدست آمده به شکل کلوخه ای است. این کلوخه ها از دانه های ریز با قطر 10-5 میکرون تشکیل شده اند.

7) آسیاب کردن
 

پودر حاصله در مرحله ی قبل آسیاب می شود تا اندازه ی ذرات و توزیع ذرات معین بدست آید. آلومینای تولیدی به این روش دارای بیش از 99.5% است. و همانگونه که قبلا گفتیم، ناخالصی عمده ی موجود در این ماده است. پودر حاصله ممکن است به میزان بسیار کم در حدود % 0.001 داشته باشد. این میزان از خلوص برای آلومینا برای بسیاری از کاربردها مناسب است. کنترل دقیق شرایط ته نشست شدن، شستشوی رسوبات و کنترل شرایط کلیناسیون و آسیا ب کردن می تواند موجب تشکیل آلومینایی با خلوص 99.99% شود. قیمت آلومینای کلسینه شده ی معمولی 0.60 دلار بر کیلوگرم است و این قیمت می تواند برای آلومینای کلسینه شده ی با خلوص بالاتر به 2.00 دلار بر کیلوگرم برسد. قیمت گرید متالورژیکی (مناسب برای تولید آلومینوم ) تقریبا ً 150 دلار برتن است.

جدول 3 ترکیب نمونه وار فرم های اصلی آلومینای کلسینه شده آورده شده است. حضور در برخی موارد غیر قابل قبول است. برای مثال ، یون سدیم در میدان الکتریکی تحرک پیدا می کند و باعث اتلاف خاصیت عایق کاری الکتریکی می شود. همچنین سدیم ، آلومینا تشکیل فاز می دهند. تشکیل این فاز باعث کاهش دانستیه، استحکام ، مقاومت به شک حرارتی و مقاومت به خوردگی محصول نهایی می شود. جدول 4 درصد مناسب برای کاربردهای مختلف آلومینای کلسینه شده (تولیدی به روش بایر ) را نشان می دهد.

استرالیا بزرگترین تولید کننده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 60 مگا تن از این ماده تولید می کند.
منابع عمده ی بوکسیت در ایالات متحده ی آمریکا در آرکانزاس (Arkansas) وجود دارد. البته ذخایر کوچکتری نیز در جرجیا (Georgia) ، آلاباما (Alabama) و میسی سی پی(Missisippi) وجود دارد . معادن داخلی کمتر از 1% بوکسیت مورد نیاز ایالات متحده ی آمریکا را مهیا می کنند. از این رو ایالات متحده ی آمریکا یکی از واردکنندگان عمده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 10 مگاتن بوکسیت وارد می کند.
تقریباً 95% از آلومینای استخراج شده در فرآیند تولید آلومینیوم استفاده می شود. بقیه ی آلومینای تولیدی در کاربردهای غیر فلزی مانند تولید آلومینای ویژه مصرف می شوند. و در واقع همین درصد کم برای ما مهم می باشد. زیرا بیشتر آن در صنایع سرامیک کاربرد دارد.

فرم با خلوص بالای آلومینا را می توان به طور مستقیم از فلز آلومینیوم تولید کرد. برای این کار چندین روش وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است .
منبع انگلیسی مقاله : Ceramic Material /C.Barry Carter .M. Grant Norton

* منیزیا
 

اکسید منیزیم(Mgo، منیزیا) به صورت طبیعی و در حالت کانی پیریکاز (periclase) تشکیل می شود. این کانی یک کانی دگرگون است که از تخریب دولومیت و دیگر کانی های منیزیادار تشکیل می شود. منابع پریکاز کمیاب است و ارزش اقتصادی ندارد. منابع اصلی منیزیا ، منیزیت وهیدرو کسید منیزیم است.
ذخایر بزرگ منیزیت در بسیاری از کشورها مانند چین و ترکیه و روسیه وجود دارد. منیزیت دارای ناخالصی های مختلفی مانند سیلیس، آهن، آلومینیوم ، منگنز، و کلسیم است که این ناخالصی ها معمولا ً به شکل کانی های متنوعی وجود دارند. مثلا برخی از این کانی ها عبارتند از: کوارتز، تالک، میکا مگنتایت (Magnetite). پس از استخراج سنگ معدن، باید عملیات فرآوری انجام شود. روش های فرآوری متنوع هستند مثلا خردایش ، دانه بندی، شستشو، جداسازی بوسیله ی آهنربا و ملوتاسیون برخی از این روش ها ست . پس از خالص سازی کربنات منیزیم ، این ماده کلسیناسیون می شود. دمای کلسینا سیون بین است. فرآیند کلسیناسیون موجب تولید دانه های بسیار ریز Mgo با خواص واکنشی بالا می شود. این محصول منیزیای سوز آور(caustic magnesia) نامیده می شود. نوع زینته شده یا پخته شده (dead- burned) منیزیا بوسیله ی کلسیناسیون منیزیم کربنات در دمای بالاتر از تولید می شود. در طی این فرآیند کریستال های واکنش پذیر رشد کرده و از این رو میزان واکنش پذیری آنها کاسته می شود.
منیزیا را همچنین می توان از آب دریا یا آب های شور با درصد پایین منیزیم تولید کرد. تقریبا 60% تولید ترکیبات منیزیمی در آمریکا از این منابع تامین می شود. آب دریا دارای در کیلوگرم است.
مهمترین فرآیند تولید Mgo از آب دریا بدین صورت است که هیدروکسید منیزیم از محلول نمک های مینزیم و بوسیله ی یک عامل بازی قوی رسوب می کند.(طبق واکنش زیر)

رسوبات شسته شده ، فیلتراسیون می شود و بوسیله ی فرآیند کلسیناسیون آب گیری می شود. روش دیگر تولید منیزیا بدست آوردن منیزیا از آب شور است. این فرآیند بر پایه ی تجزیه یرسوبات در دمایرسوبات اتفاق می افتد. (طبق واکنش زیر )

ظرفیت تولید سالانه ی منیزیا تقریبا 10 مگاتن در سال است. تقریبا 9 مگاتن از منیزیا از منابع طبیعی و تقریباً 1.5 مگاتن آن از آب دریاها و آب های شور بدست می آید. قیمت منیزیا در گسترده ی 150- 1200 دلار بر تن است. که این قیمت گذاری بر اساس خلوص آن انجام می شود.
کاربرد عمده ی منیزیا به عنوان دیرگدازهای مورد استفاده در آسترکاری کوره هاست. مقادیر بسیار کمی از منیزیا در تولید محلول خوراکی شیری رنگ (مخصوص درد معده) استفاده می شود. همچنین از منیزیا در ساخت سایر سرامیک ها مانند مواد اسپنیلی بدون کروم استفاده می شود. اسپینل بدون کروم در طبیعت در مقادیر قابل استفاده در صنعت وجود ندارد. اسپنیل را می توان بوسیله ی ذوب الکتریکی آلومینا و مینزیا تولید کرد.

* زیرکونیا
 

اکسید زیرکونیوم ، زیرکونیا) به طور عمده از زیرکن ) بدست می آید. زیرکن مینرالی است که در سنگ های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها تشکیل می شود.
در برزیل و ماداگاسکار برای تولید زیرکن ، سنگ های آدرین پگماتیتی (pegmatates) را تجریه می کنند. همچنین زیرکن می تواند به عنوان جزئی از سنگ های دگرگون تشکیل شده باشد. در سواحل استرالیا، برزیل، هند و فلوریدا از زیرکن به صورت ذخایر موجود در ماسه های ساحلی وجود دارد که این ذخایر از نوع ذخایر ثانویه هستند. در این نوع از ذخایر که به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد، زیرکن به همراه مینرال های دیگر مانند المنتایت (ilmentite) ، روتایل (rutile) و مونازیت (monazite) تشکیل شده است.
برای تولید زیرکونیای خالص از زیرکن چندین روش تجاری وجود دارد. زیرکن در دمای بالاتر از به زیرکونیا و سیلیس تجزیه می شود. تزریق ماسه های زیرکنی به یک محیط پلاسما (در دمای بالاتر از 6000c° ) باعث تجزیه شدن زیرکن و ذوب شدن آن می شود. در هنگام انجماد مذاب پلاسمایی ، زیرکونیا به صورت ساختار دندریتی انجماد پیدا می کند. وبه صورت پوششی شیشه ای بر روی زیرکونیا تشکیل می شود. سیلیس موجود در این ساختار می تواند بوسیله ی شستشو با محلول سدیم هیدروکسید جوشان از بین برود. در این فرآیند مواد زائد شسته می شود و زیرکونیا بوسیله ی سانتریفیوژ جدا سازی می شود.
روش اصلی در تولید اکسید زیرکونیوم ذوب زیرکن در کوره ی قوس الکتریکی است. دمای این ذوب بین 2100c°- 2300 است با آنکه دمای این واکنش نسبت به پلاسما پایین تر است اما فرآیند تجزیه ی زیرکن اتفاق می افتد. اما در این حالت زیرکونیای جامد در سیلیس مذاب تولید می شود. خلوص تولیدی در این روش تقریبا 99% است.
یکی دیگر از منابع تأمین کننده ی زیرکونیا ، بادولیت (baddeleyite: مونوکلینک و ناخالص) است. البته این کانی از لحاظ تجاری اهمیت کمتری نسبت به زیرکن دارد . ذخایر بادولیت کم می باشد. همچنین این ذخایر به همراه آلودگی هایی مانند سیلیس ، اکسید آهن و تیتانیا وجود دارد. ذخایر با دولیت به صورت تجاری در برزیل و آفریقای جنوبی استخراج می شوند. همه ی منابع سنگ معدن زیرکونیوم دارای مقادیر متنوعی از هافینوم ( به طور نمونه وار 3 – 1.5%) هستند . به دلیل شبیه بودن ویژگی های شیمیایی این دو ماده ، فرآیند جداسازی آنها گران قیمت است. به همین دلیل اکثر گریدهای زیرکونیا بیش از %3wt هافینوم دارند.

* زینسیت
 

اکسید روی (ZnO) به صورت طبیعی در مینرال زینسیت Zincite))وجود دارد. اکسید روی خالص سفید رنگ است. کانی زینسیت به دلیل وجود منگنز( بیش از 10%) و مقادیر ناچیزFeo  قرمز رنگ است. منابع طبیعی زینسیت از لحاظ تجاری اهمیت ندارند. دو روش برای تولید اکسید روی وجود دارد:
1)اکسیداسیون فلز روی (در حالت بخار) با هوا
2)کاهش اسفا لاریت ( Sphalerite:zns) با کربن و CO اسفالاریت یکی از کانی های طبیعی و بسیار مهم از روی است. منابع عظیمی از این کانی در سنگ های آهکی دره ی میسی سی پی ، حوالی جوپلین (Joplin) وجود دارد .همچنین منابع عظیمی از این کانی در فرانسه ، مکزیک، اسپانیا ، سوئد و انگلستان وجود دارد.
مقادیر زیادی از اکسید روی تولید شده در صنعت تولید چسب و رابر استفاده می شود. از این اکسید همچنین در رنگ های لاتکس ، کاشی ها ، لعاب ها و صنعت پرسلان استفاده می شود.
این ماده همچنین یکی از مواد پر کاربرد در ساخت وریستور (Varistors) است.

* روتایل و آناتار
 

روتایل ، تیتانیا) یکی از اجزای تشکیل دهنده ی سنگ های آذرین مانند گرانیت و همچنین به عنوان یکی از مشتقات سنگ های دگرگون مانند گنیس (geneiss) است. این کانی به صورت سوزن های ریزی در نمک ها، میکای بیوتایتی (biotitemica) ، کوارتز و فلدسپار یافت می شود. از لحاظ اقتصادی ذخایر مهم این ماده در سنگ های آذرین ویرجینیا (Virginia) ،کانادا (Canada) و نوروی (Norway) یافت می شود. روتایل (rutile) همچنین یکی از اجزای مهم سنگ های ساحلی است که از فرسایش سنگ های دارای روتایل بوجود آمده اند. این سنگ های ساحلی در استرالیا، فلوریدا و هند وجود دارند.
تیتانیا همچنین از واکنش المنیت با اسید سولفوریک در دمای نیز تولید می شود. این واکنش به صورت زیر انجام می شود و تشکیل تیتانیل سولفات (Sulfate titanyl) می دهد:

تیتانیل سولفات در آب قابلیت حل شوندگی داشته و می توان بدین وسیله از ناخالصی های نامحلول در آب جداسازی شود. (این کار بوسیله ی فیلتراسیون انجام می شود.) هیدرولیز در دمای باعث تشکیل رسوبات هیدروکسید طبق واکنش زیر می شود.:

هیدروکسید تیتانیل بوسیله ی کلسیناسیون در دمای 1000c° به تیتانیا تبدیل می شود.

* غیر اکسیدی ها
 

اکثر سرامیک های غیر اکسیدی مهم در طبیعت وجود ندارند و بنابراین باید آنها را سنتز کرد. روش سنتز این مواد معمولا یکی از روش های زیر است:
1)ترکیب مستقیم فلز و نافلز در دمای بالا
2)کاهش اکسید با کربن در دمای بالا (کاهش کربوترمال) و واکنش متعاقب با نافلز در این بخش از مقاله نگاه مختصری به سرامیک های غیر اکسیدی مهم داریم. برای نشان دادن تنوع سرامیک های غیر اکسیدی ما مثال هایی از کاربیدها ، نیتریدها و بوریدها را آورده ایم. البته سرامیک های غیر اکسیدی دیگری نیز وجود دارند که آنها نیز مورد توجه هستند.
SiC: ساینده ، بخش های الکترونیکی با شرایط دشوار
TiC: یا تاقان ، ابزارهای برش،
AIN:قطعات الکترونیکی، بوته ذوب فلز
: توربین های گازی آینده و اجزای موتورهای دیزل
Zr B_2: بوته ی ذوب فلز و تیوپ های ترموول (tubes Thermowell)
WC: ساینده، ابزارهای برش
C (گرافیت): روانساز جامد
C(الماس) : ساینده

* سیلیسیم کاربید
 

سیلیسیم کاربید(SiC) بیشترین مصرف را در بین مواد سرامیکی غیر اکسیدی دارد. کاربرد عمده ی این ماده در صنعت ساینده است. علت استفاده از آن در صنعت ساینده سختی بالا (تنها الماس، نیترید بورکیوبیک و کاربیدبور سختی بالاتری از سیلیسیم کاربید دارند.) سیلیسیم کاربید در طبیعت تشکیل نمی شود و بنابراین باید آن را به صورت مصنوعی ساخت. این ماده به دو شکل کریستالی وجود دارد. فرم کیوبیک که به آن فاز B می گویند (B-SiC) و فرم هگزا گونال که به آن فاز می گویند.(-SiC). فرم در دمای بالاتر از تشکیل می شود و فرم B در گستره ی دمایی تشکیل می شود.
سیلیسیم کاربید به صورت تجاری بوسیله ی فرآیند آچسون (Acheson Process) تولید می شود. در این فرآیند مخلوطی از ماسه ی سیلیسی (99.5%.)، کک (carbon) تهیه شده و در طول بزرگی دپو می شود. سپس الکترودهای کربنی در داخل توده جا سازی می گردد. هر توده معمولا از 3000 تن ماده تشکیل شده است. گرم کردن کک باعث آزاد شدن انرژی کک می شود. که معمولا در دما در بخش هایی از توده به نیز می رسد. انرژی الکتریکی کل که در طی راه اندازی استاندارد یک توده (کوره) مصرف می شود حدود 2 میلیون کیلو وات ساعت (kwh) است که این میزان تقریبا برابر است با 7 تراژول (7TJ). میانگین توان ورودی به کوره در طی راه اندازی کوره حدود 9000-10000KW است. در دمای بالا کک با واکنش می دهد و Sic و CO(مونواکسید کربن ) تولید می کند:

عملیات حرارت دهی کوره ادامه می یابد تا واکنش به طور کامل انجام شود. زمان حرارت دهی از2- 20 روز طول می کشد .(بسته به بزرگی کوره و ترانسفورماتور). پس از سرد شدن کوره، توده شکسته می شود و پس از خردایش دانه بندی می شود. مرکز توده دارای کریستال های SiC هگزاگونال با خلوص بالاست که رنگ آنها سبز است. این کریستال ها برای کاربردهای الکتریکی مناسبند. خلوص SiC براساس رنگ کریستال ها قابل تشخیص است:
خلوص % 9908 : سبز کم رنگ
خلوص % 99: سبز پررنگ
خلوص % 98.5 : سیاه رنگ

گرداگرد مرکز توده یک بخش با خلوص پایین (بیش تر از %97.5) وجود دارد که برای کاربردهای ساینده مناسب است. لایه ی بیرونی دارای مخلوطی از SiC و واکنش نداده و کربن است که این لایه در فرآیند پخت بعدی استفاده می شود. شکل 1 مثال هایی از کریستال های SiC تولید بوسیله ی فرآیند آچسون است.

بزرگترین تولید کننده ی SiC جهان چین است .این کشور سالانه 450000 تن SiC تولید می کند. شکل 2 یک کارخانه ی تولید SiC را نشان می دهد. قیمت SiC تولیدی به روش آچسون بین 10- 40 دلار بر کیلوگرم است.
منبع انگلیسی مقاله : Ceramic Material /C. Barry Carter .M.Grant Norton

درادامه به بیان مواد معدنی مورد استفاده در صنعت سرامیک می پردازیم .سعی شده است تا منابع و ذخایر اصلی این مواد نیز ذکر شود.
سیلیس
سیلیس یک ماده ی معدنی مهم در صنعت سرامیک است. استفاده ی عمده از این ماده در صنعت شیشه سازی است (حدود 38% از تولید ایالات متحده ی آمریکا در صنعت شیشه سازی مصرف می شود. ) برای مثال حباب های لامپ های با نور سفید (bulbs incandescent lamp) از شیشه های سودالایم تولید می شود که تقریبا 70% از آنها سیلیس است. درصد سیلیس موجود در لامپ های رشته ای می تواند تا حدود %99.8 وزنی نیز برسد.
یکی از منابع عمده ی سیلیس ، ماسه سنگ است . ماسه سنگ صنعتی و ماسه ی سیلیسی دو واژه هستند که در صنعت سرامیک زیاد استفاده می شوند. این دو واژه به معنای ماسه سنگی است که در صد سیلیس موجود در آن ها بالا باشد. در برخی موارد درصد سیلیس برخی از این ماسه ها بیش از 99.5% است.
برطبق تعریف ASTM، ماسه سنگ ذرات سنگ است که به صورت گرانول هستند. این ذرات می توانند از میان الک مش 4 بگذارند.(4.75mm) و بر روی الک مش 200 (75mm) باقی می مانند. و باید از خردایش طبیعی یا مصنوعی سنگ پدید آمده باشند. (ماسه سنگ همچنین از فرآوری فیزیکی سنگ ها (بوسیله ی سنگ شکن) تولید می شوند.)
ماسه سنگ های تولیدی معمولا دارای ترکیب شیمیایی متنوعی هستند که این ترکیب به نوع سنگ مورد استفاده بستگی دارد. ایالات متحده ی آمریکا بزرگترین تولید کننده ی ماسه ی صنعتی در جهان است. ایالت های ویرجینیای غربی، کالیفرنیا، الینویز، پنسیلوانیا ، اوهایو و نیوجرسی 80% ماسه ی سیلیسی با کیفیت بالای مورد استفاده در ایالات متحده ی آمریکا را فراهم می کنند. در الینویز و میسوری عملا تمام سیلیکای مورد استفاده در ساخت شیشه از ماسه سنگ های st.peter بدست می آید. سایر ذخیره های با کیفیت ماسه سنگ نیز وجود دارد. مثلا یکی از این ذخایر oriskany است که در ویرجینیای غربی و پنسیلونیا وجود دارد. این ذخیره ها عموما به صورت تپه های شنی ساحلی یا به شکل لایه هایی 20-30 متری زیر لایه هایی از لجن، خاک رس و سنگ رست (shales) وجود دارند.
عموما استخراج سیلیس صنعتی یک شغل با فروش منطقه ای است . در واقع مراکز تولید عمدتا در کنار مراکز خرید واقع اند مگر آنکه کیفیت محصول تولیدی استثنائی باشد مثلا خواص اندازه ی ذرات یا شکل ذرات ویژه باشد. منطقه ی جغرافیایی فروش این محصول معمولا از 200 مایل فراتر نمی رود. این مسئله به دلیل هزینه ی بالای حمل و نقل این ماده و فراوانی معادن آن در سرتاسر دنیا است.
در سال های اخیر، مقررات محیط زیستی بر روی استخراج سنگ سیلیس بسته شده که علت آن مشکلات سلامتی است که بوسیله ی این محصول بوجود می آید.
کواتز مینرال عمده ی سیلیس ، جزء اصلی سنگ های آتشفشانی مانند گرانیت است. این ماده همچنین در بیشتر سنگ های دگرگون یافت می شود. بخش اصلی سنگ های دگرگون را ماسه سنگ تشکیل می دهد. همچنین رگه هایی با خلوص بالا از کوارتز نیز در این سنگ ها یافت می شود. کریستال های کوارتز با کیفیت نوری بالا واقعا کم یابند . اما روش هایی مناسب وجود دارد که می توان کریستال های کوارتز را رشد داد و آنها را به صورت تجاری تولید کرد. تولید سالانه ی سیلیس در ایالات متحده ی آمریکا تقریبا 30 مگاتن است که این مقدار 700 میلیون دلار ارزش دارد.
سیلیکات ها
فلدسپار
فلدسپارها یک گروه مینرالی بزرگ هستند واین تخمین زده شده است که بیش از 60 درصد پوسته ی زمین را تشکیل می دهند. (همانگونه که در جدول 1 دیده می شود) این گروه مینرالی در بسیاری از سنگ های رسوبی و تقریبا در تمام سنگ های آذرین و دگرگون یافت می شوند.

صنعت شیشه سازی بیشتر فلدسپارهای تولیدی را مصرف می کند. فلدسپار منبع اکسید آلومینوم است. این ماده خواص مکانیکی شیشه مانند مقاومت در برابر خراش و قابلیت مقاومت در برابر شک حرارتی آن را افزایش می دهد. فلدسپار همچنین در بدنه های سرامیک وایت ویر (whiteware) به عنوان فلاکس استفاده می شود. این ماده باعث ایجاد فاز شیشه ای در هنگام پخت بدنه می شود و استحکلام و حالت زجاجی (translucency) بدنه را افزایش می دهد.
کره ی جنوبی بزرگترین تولید کننده ی فلدسپار در جهان است. تولید سالانه ی فلدسپار در ایالات متحده ی آمریکا 800000 تن است که این میزان ارزشی برابر 45 میلیون دلار دارد. ایالات کالیفورنیا، کارولینای شمالی و کانوکتیکات بزرگترین تولید کنندگان فلدسپار هستند.
رویه ی اصلی در فرآیند استخراج و استفاده از فلدسپار شامل موارد زیر است:
1)سوراخ کاری و انفجار توده ی معدنی
2)انتقال سنگ معدن به آسیاب و خردایش آن (فرآوری فیزیکی)
3)جدا سازی مینرال ها به روش فلوتاسیون (این فرآیند بر اساس قابلیت ترشوندگی متفاوت مواد در محلول آبی اتفاق می افتد).
4)خشک کردن
5)آسیاب کردن تا رسیدن به اندازه ی ذره ی زیرمش 200 (75Mm) برای کاربردهای صنتعت سرامیک
درفرآیند فلوتاسیون هوا به داخل سوسپانسیونی از مینرال های خردایش یافته دمیده می شود. در این حالت در محلول کف تشکیل می شود. ذرات تر شده (ذرات آب دوست) در سوسپانسیون باقی می مانند در حالی که ذرات آب گریز جذب حباب های هوا شده که با جدا سازی کف ها می توان مینرال های مورد نظر را جدا سازی نمود. عوامل متنوعی مانند آمینو اسیدها (این مواد دارای وزن ملکولی بالایی هستند) را می توان برای افزایش قابلیت تر شوندگی نسبی مواد جامد در مخلوط ، استفاده کرد. این عوامل به طور گزینشی بر روی سطح مواد خاص مخلوط ، جذب می شوند. این فرآیند در مراحل زیر انجام می شود:
1)جدایش میکا
2)جدایش مینرال های آهن دار مخصوصا گارنت
3)جداسازی فلدسپار از مواد ته نشست شده مانند کوارتز
رس ها و کائولن
رس جزء عمده ی سرامیک های سنتی است. این مواد عموما سیلیکات های لایه ای با اندازه ی دانه ی زیر 2 میکرون هستند. هر لایه ی سیلیکاتی را می توان به عنوان یک کانی رسی تعریف کرد. شش نوع تجاری از رس ها وجود دارند. این انواع در جدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. این رس ها از لحاظ ترکیب، پلاستیسیته، رنگ و خواص پخت متفاوت اند.

هوازدگی مکانیکی و شیمیایی فلدسپارها در سنگ های آذرین و دگرگون شده باعث تشکیل کائولن می شود.(کائولن یک جزء کلیدی در خاک چینی است) . کائولن تشکیل شده می تواند در همان محل متلاشی گردد و یا ابتدا بوسیله ی آب یا باد به محل دیگری منتقل شود و در آنجا متلاشی گردد. ذخایر کائولن اولیه در محل سنگ اولیه وجود دارند. این نوع کائولن دارای مقادیر زیادی کوارتز و میکا است که در حین فرآیند هوا زدگی تشکیل گشته اند. ذخایر بزرگی از کائولن اولیه در جنوب شرقی انگلستان ، اکراین و چین یافت می شود.
کائولن های ثانویه، کائولن هایی هستند که به طور طبیعی از سنگ های اصلی شسته شده اند. و سپس در مکان های دیگر رسوب کرده اند. این مواد به طور طبیعی فرآوری گشته اند و دارای خلوص بیشتری هستند. ذخایر تجاری و اصلی کائولن ثانویه در ایالات متحده آمریکا 50 میلیون سال پیش تشکیل شده اند. این ذخایر به صورت کمربندی در خط ساحلی قدیمی ازشمال آلاباما تا کارولینای شمالی کشیده شده است.
منبع:منبع انگلیسی مقاله : Ceramic Marterial /C.Barry Carter .M.Grant Norton

ديرگدازها در صنايع فولادسازي
1- مقدمه
كليه صنايع و كارخانجاتي كه داراي راكتورهاي گرمائي بوده و به طرق مختلف در مرحله ايي از فرآيند توليد در تماس مواد با درجه حرارت بالا مي باشند لازم است كه ديواره كوره ها ، مخازن ، بونكرها ، لوله ها ، راهگاهها و ظروف حمل و نقل كه حاوي مواد داغ و گداخته مي باشند با مواد ديرگداز پوشانده شوند ديرگدازها يا مواد نسوز به اكسيد هاي فلزي و شبه فلزي گفته مي شود كه داراي نقطه ذوب بالابوده و به صورت آجر ، ملات ، پودر و قطعات شكل داده شده مصرف مي شوند اين مواد بستگي به اجزاء تشكيل دهنده داراي خصوصيات فيزيكي و شيميائي و كاربردهاي متفاوتي مي باشند بطور ميانگين 70 درصد مواد ديرگداز در جهان در صنايع فولادسازي 7 درصد در صنايع سيمان و آهك ، 7 درصد در صنايع سراميك ، 40 درصد در صنايع شيشه سازي ، 3 درصد در صنايع غير آهني و 9 درصد به طور متفرقه مصرف مي شود و به اين دليل است كه مواد ديرگداز در صنايع فوق از اهميت ويژه اي برخورد دار است و بدون آن ادامه روند در اين صنايع غير ممكن مي باشد .

2- تقسيم بندي مواد ديرگداز :
مواد دير گداز از جنبه هاي مختلف دسته بندي مي گردند چنانچه براساس تركيب شيميائي باشد به مواد اسيدي ، خنثي و بازي تقسيم مي شوند و از نظر روش توليد به مواد ديرگداز پرس خشك ، اكستروژن ، ريخته گري و از جنبه درجه حرارت به ديرگدازهاي معمولي ( 0C 1770- 1550 ) ديرگدازهاي درجه حرارت بالا ( 2000-1770 ) و ديرگدازهاي خيلي بالا ( بالاي 2000 درجه سانتيگراد ) تقسيم بندي مي گردند .
آنچه متداول تر است تقسيم بندي شيميائي مي باشد .
2-1- مواد ديرگداز اسيدي
متداول ترين مواد ديرگداز اسيدي سيليس ( Sio2 ) مي باشد اين ماده به صورت طبيعي و به اشكال گوناگون و با فراواني مختلف مانند كوارتز در طبيعت يافت مي شود . از جمله مواد دير گداز اسيدي آلومينوسيليكاتها را مي توان نام برد .
2-2- مواد ديرگداز بازي ( قليائي )
دولوميت ( Cao- mgo ) ، منيزيت ( Mgo ) و كرم منيزيت از متداول ترين مواد ديرگداز بازي مي باشند كه كاربرد زيادي خصوصاً در صنايع فولادسازي دارا مي باشند
2-3- مواد ديرگداز خنثي :
مواد ديرگداز خنثي براي جدا نمودن مواد ديرگداز اسيدي و بازي استفاده مي شود كروميت از متداول ترين مواد ديرگداز خنثي مي باشد كه براي مجزا نمودن آستربازي و آستر اسيدي استفاده مي شود .
3- دير گدازهاي مصرفي در فولادسازي

مصرف مواد دير گداز در صنايع فولادسازي بستگي به محل مصرف و شرايط
بهره برداري از لحاظ تركيب شيميائي و شكل ماده متفاوت مي باشند . اين مواد به صورت آجر و مواد بي شكل در آستر كوره ها ، پاتيل ها ، تانديش ها و راهگاههاي تخليه استفاده مي گردند انواع مواد ديرگداز مصرفي در صنايع فولادسازي شامل مواد نسوز عايق ، مواد نسوز دولوميتي ، منيزيتي ، كرم – منيزيت ، مواد بي شكل ، مواد گانينگ
مي باشند .

3-1- مواد ديرگداز عايق :
بطور كلي خاصيت اصلي اين مواد اين است كه قابليت هدايت حرارتي آنها كم
و اين خاصيت ناشي از تخلخل زياد آن مي باشد كه دراين مواد وجود دارد .
اين مواد عمدتاً به خاطر جلوگيري از افت حرارتي كوره ها و پاتيل ها كاربرد دارند .
3-2- مواد ديرگداز آلومينوسيليكاتي
خاك رس تشكيل دهنده اين نوع ديرگداز مي باشد كه مقدار آلومين آن 35 الي 75 درصد متغير است ديرگدازهاي شاموتي با 25 الي 45 درصد آلومين به عنوان مقاوم در مقابل انتقال حرارت كه در برابر شوك حرارتي حساس هستند در سلولهاي كوره هاي كك و ديواره بيروني پاتيل ها استفاده مي شود با افزايش ميزان AL2o3 دراين نوع ديرگدازها نقطه ذوب آن افزايش و كاربرد وسيعي در كوره بلند و فولادسازي
دارا مي باشند .
3-3- نسوزها منيزيتي :
منيزي در طبيعت به صورت كربنات مينزيم و هيدرات منيزيم مي باشد كه از حرارت دادن اين مواد Mgo توليد مي شود .
در حال حاضر اكثر منيزي دنيا از آب دريا بدست مي آيد ديرگدازهاي منيزيتي كاربرد فراواني در كوره هاي فولادسازي ، ميكسرها ، كنورتورهاي سرب ، مس و نيكل دارد . منيزي به عنوان يك ديرگداز بازي داراي نقطه ذوب بالائي مي باشد .
3-4- مواد ديرگداز دولوميتي :
كربنات مختلط منيزيم و كلسيم دراثر تكليس تبديل به اكسيد منيزيم و آهك مي گردد مخلوط اين دو اكسيد خاصيت ديرگدازي و بطور كلي داراي نقطه ذوب بالا مي باشد عيب اين نوع ديرگداز جاذب رطوبت بودن آنها است .
4- توليد و مصرف ديرگدازها در ايران و جهان

صنعت توليد مواد ديرگداز در ايران همزمان با صنعت سيمان ايجاد گرديد و براي اولين بار در سال 1318 كارخانه نسوز امين آباد در تهران با ظرفيت روزانه 5 تن مواد ديرگداز آغاز به كار و با تأسيس كارخانه ذوب آهن اصفهان نخستين كارخانه بزرگ مكانيزه توليد مواد دير گداز در اين كارخانه با توليد اوليه 24 هزار تن آجر شاموتي و 15 هزار تن محصولات قليائي و انواع جرم احداث و در سال 1352 راه اندازي گرديد تاسال 1357 در ايران حدود 60 هزار تن مواد نسوز توليد مي گرديد . پس از انقلاب با توسعه صنعت ديرگداز و احداث كارخانجات جديد ظرفيت توليد مواد ديرگداز درايران افزايش يافت و جمع ظرفيت اسمي تاپايان سال 1383 مقدار 330000 تن بوده است . درسال 82 251000 تن مواد ديرگداز در ايران توليد شده و پيش بيني مي شود كه طي سال 83 به مقدار 295000 تن افزايش يابد. ايران با در اختيار داشتن سهمي بيش از يك درصد توليد جهاني مواد ديرگداز ، رتبه اول را در ميان كشورهاي خاورميانه به خود اختصاص داده است و پس از ايران مصر و عربستان در رتبه هاي بعدي منطقه مي باشند مصرف مواد ديرگداز درجهان داراي يك روند نزولي مي باشد كه اين كاهش مصرف در كشورهاي صنعتي سرعت كمتري نسبت به كشورهاي در حال توسعه دارد . عوامل مؤثر بركاهش مصرف مواد نسوز را بشرح زير مي توان نام برد .
- استفاده هر چه بيشتر از فنون تعميرات موضعي در جداره كوره و پاتيل ها مانند روشهاي تعمير با كاربرد جرمهاي پاشيدني
- كاربرد هر چه بيشتر مواد اوليه بازيابي شده از مواد ديرگداز مستعمل براي توليد محصولات جديد .
- تغيير طراحي دستگاهها و راكتورها و تغييرات در تكنولوژي و فرآيندهاي فولادسازي براي كاهش هزينه ها
- جايگزيني محصولات ديرگداز سنتي با محصولات پر كيفيت مانند كامپوزيتها و سراميكهاي غير اكسيدي
- استفاده روز افزون از مواد نسوز بي شكل به جاي محصولات شكل داده
مانند آجرها
- توليد روز افزون محصولات تخصصي براي مصارف خاص و جايگزيني محصولات عمومي
مصرف مواد ديرگداز در صنايع فولادسازي در كشورها و كارخانجات مختلف بستگي به فرآيند توليد فولاد متفاوت مي باشد و بطور ميانگين در سالهاي اخير براي توليد يك تن فولاد حدود 15 كيلوگرم نسوز مصرف مي شود كه اين مقدار در كشورهاي در حال توسعه مانند هند 11 كيلوگرم در آمريكا حدود 8 كيلوگرم مي باشد در كشورهاي روسيه و چين كه از فرآيندهاي سنتي در توليد فولاد استفاده مي گردد اين مقدار بالاتر است در كارخانجات فولادسازي ايران نيز مصرف مواد دير گداز با ميانگين جهاني فاصله چنداني ندارد به عنوان نمونه مصرف مواد ديرگداز در مجتمع فولاد مباركه از 71/20 كيلوگرم در سال 1380 به 67/15 كيلوگرم در سال 1382 كاهش يافته است سهم واردات درمصرف مواد ديرگداز در ايران طي سال 1381 مقدار 5/5 درصد ، شركت فرآورده هاي نسوز آذر 38 درصد ، نسوز ايران 7/18 درصد ، نسوز پارس 12 درصد ، نسوز تبريز
1/8 درصد ، ديرگداز ايران 7/6 درصد و ساير توليد كنندگان 11 درصد بوده اند .
براساس اطلاعات موجود 65 درصد مواد ديرگداز در ايران در صنايع فولادسازي
8 درصد در صنايع سيمان ، 7 درصد در صنايع پتروشيمي ، 6 درصد در صنايع
غير آهني ، 5 درصد در صنايع سراميك و 10 درصد در ساير صنايع مصرف مي شوند با احتساب ميانگين جهاني در مصرف ديرگداز در برنامه توليد 20 ميليون تن فولاد نياز به 300 هزار تن مواد ديرگداز مي باشد و اگر ساير صنايع نيز مطابق رشد فولاد افزايش ظرفيت داشته باشند درسال 2009 كشور نياز به 500 هزار تن مواد ديرگداز
خواهد داشت .
نتيجه گيري :
مصرف مواد ديرگداز در صنايع فولادسازي از لحاظ وزني كاهش يافته كه به علت پيشرفت هاي كيفي در توليد مواد ديرگداز و تغييرات تكنولوژي در توليد فولاد مي باشد در ايران با توجه به ظرفيت هاي موجود در توليد مواد ديرگداز و معادن منيزيت ، كروميت و دولوميت و منايع انرژي ارزان توان به القوه در توليد مواد ديرگداز براساس نياز صنايع مختلف وجود دارد و با توجه به وجود بازار مصرف در كشورهاي منطقه لزوم دستيابي به بازارهاي صادرات را مي طلبد

مواد ديرگداز (Refractories Material)


مواد ديرگداز مواد داراي مقاومت حرارتي هستند که در دماهاي بالا پايدار هستند و خواص فيزيکي و شيميايي شان در اين دماها حفظ مي گردد.
مواد ديرگداز گران بها هستند و هرگونه خرابي در اين مواد باعث افزايش زمان توليد،از بين رفتن ادوات و در برخي مواقع باعث از بين رفتن محصول مي گردد. نوع ديرگداز مصرفي بر روي ميزان مصرف انرژي و کيفيت محصول تأثير مي گذارد. بنابراين انتخاب نوع ديرگداز براي کاربردهاي معين بسيار مهم مي باشد. ديرگدازها همچنين براي فرآيند ايمن در توليد مواد ضروري است. نبايد براي پرسنل خط توليد و کساني که آنها را نصب مي کنند،شرايط خطرناک ايجاد کنند. ضمناً ديرگدازها نبايد در شرايط استفاده شدن و هم پس از اينکه به صورت زباله صنعتي در مي آيند،موجب آلودگي زيست محيطي شوند.
در اين مقاله نوع و خواص ديرگدازها را مورد بررسي قرار مي دهيم.

ديرگداز چيست ؟


ديرگدازها مواد غيرآلي، غير فلزي و مقاوم در برابر حرارت هستند که اين مواد مي توانند در مقابل عوامل ساينده و يا خورنده در دماهاي بالا مقاومت کنند. اين عوامل خورنده و يا ساينده مي توانند در حالت جامد، مايع و يا گاز باشند. به خاطر وجود شرايط متنوع محيطي، انواع متنوعي از ديرگدازها با خواص متفاوت ساخته شده اند. ديرگدازها از مواد پخته شده، مواد شيميايي و انواع چسب هاي کربني(بايندرهاي کربني) تشکيل شده اند. اين مواد داراي گستره شيميايي متنوع هستند و داراي اشکال مختلفي نيز هستند. (ترکيب شيميايي و اشکال استفاده از ديرگدازها بر اساس کاربردهاي گوناگون آنها تعيين مي شود)

ساختار فازي مواد ديرگداز


ديرگدازها از مواد ناهمگون ، چند ترکيبي و داراي تخلخلي هستند. در ساختار اين مواد ، سنگ دانه هاي پايدار در برابر حرارت بوسيله ي فازهاي چسبنده و افزودني ها در کنار هم قرار گرفته اند.
مواد ديرگداز در دماهاي پايين شبه تردند و هنگامي که دما بالا مي رود از خود رفتار ويسکوز نشان مي دهند. بخاطر تغييرات نقطه به نقطه در ريزساختار ديرگدازها و انعطاف پذير نبودن آنها، استحکام در محل هاي مختلف ديرگداز متفاوت است. اين مواد به خاطر خزش در دماي بالا يا تغيير شکل پلاستيکشان شاخص هستند. تردي و مدول الاستيک بالاي اين مواد باعث شده است تا در برابر تنش هاي حرارتي و شک ها حساس بوده و در تحت اين شک ها بشکنند.
ديرگدازها براي چه کاربردهايي مصرف مي شوند؟

ديرگدازها ابتدائاً بوسيله صنعت متالوژي مورد استفاده قرار مي گرفت. در اين صنعت کوره هاي ذوب فلزات و خطوط نقل و انتقالات مذاب و سرباره بوسيله ي مواد نسوز پوشش داده مي شد.همچنين جداره هاي دودکش ها و مجاري عبور گاز نيز بوسيله مواد ديرگداز پوشش دهي مي شود. با توجه به کاربردها، ديرگدازها بايد تأثيرات مخربي همچون مواد سايش، فشار، عوامل شيميايي، شک حرارتي، ضربات فيزيکي، تجزيه هاي حرارتي، و... تحمل کند. اين عوامل مخرب معمولاً در دماي بالا اتفاق مي افتد.
از آنجايي که فرآيندهاي متالوژي نيازمند دماهاي عملياتي بالاست، مواد ديرگداز مورد استفاده در اين صنعت بايد در دماهاي بالا و پايين تر از دماي عملياتي پايدار باشند. در جدول يک دماي ذوب برخي از عناصر که در متالوژي از آنها استفاده مي شود، آورده شده است.

لازمه هاي ديرگدازي


لازمه هاي عمومي يک ماده ي ديرگداز را مي توان به صورت زير بيان کرد:
1) قابليت تحمل در دماهاي بالا
2) قابليت تحمل در برابر تغيرات ناگهاني دما
3) قابليت تحمل برخورد با فلزات مذاب، گازهاي گرم و خوردگي سايشي(erosion)و...
4) قابليت تحمل فشار در شرايط کارکرد
5) قابليت تحمل در مقابل بارگذاري و نيروهاي سايشي
6) ضريب انبساط حرارتي پايين
7) قابليت نگهداري حرارت
8) نداشتن قابليت ترشوندگي و جلوگيري از نفوذ مواد در تماس با آنها (مانند سرباره و مذاب فلزي)

ديرگدازها از چه موادي ساخته مي شوند؟


مواد خامي که عمدتاً در توليد ديرگدازهاي اساسي استفاده مي شوند عبارتند از:
منيزيم کربنات (magnesites) ، دولوميت، کاني هاي کروم دار (chrome ore)، اسپينل و کربن
آجرهاي ديرگداز اساسي مانند آجرهاي منيزيا-کروميتي و منيزيا- اسپنلي از کلينکر مصنوعي اکسيد منيزيم (synthetic magnesia clinker) يا منيزياي طبيعي پخته شده به همراه سنگ معدن کروم دار و پيش واکنش دهنده اسپنيل و يا مواد پوشش دهنده ي آلومينيايي ساخته مي شوند. اسپينل که يک ساختار مقاوم در برابر شک هاي حرارتي است. يا در آجر اوليه وجود دارد و يا در طي حرارت ديدن آجر در محيط کار توليد مي شود.

توسعه ي ديرگدازها با گذر زمان


سال 1950، تکامل و استفاده از ديرگدازهاي منيزيايي به همراه کربن. اين ديرگدازها با ديرگدازهاي دولوميتي و به صورت ترکيبي استفاده مي شوند. اين ديرگدازها در ابتدا براي کوره هاي اوليه اکسيژني (furnace basic oxygen) توسعه يافتند. تقريباً در همان سال ها خلوص منيزيا به عنوان يک فاکتور مهم مورد توجه قرار گرفت و دانه هاي منيزيايي با خلوص بالا و با درصد بورکم ( % 96 ) به صورت وسيع مورد استفاده قرار گرفت.در اين نوع ديرگدازها نسبت آهک به سيليس 1-3-2است.سال 1980 ، دير گدازهاي منيزيا گرافيتي توسعه يافتند .در ابتدا اين ديرگدازها با درصد کربن بيشتر و سپس با اضافه کردن افزودني هاي آنتي اکسيدان ميزان کربن باقي مانده در اين نوع ديرگدازها افزايش يافت. در سال هاي اخير، تمايلات به سمت استفاده از ديرگدازهاي مهندسي (engineered refractories) افزايش يافته است. اين نوع ديرگدازها داراي مکانيزم هاي سايش خاص هستند. در اين نوع ديرگدازها، افزودني هايي از جمله اکسيدآهن خالص و کربنات منيزيم فيوزد (fused magnesite) در مقادير کم اضافه مي شود تا ويژگي هاي خالص در آجرها بوجود آيد. اين افزودني ها عمدتاً کمتر از 6% کل مخلوط را تشکيل مي دهند. هنگامي که دانه هاي منيزيايي زنيته شده درشت تر شوند، ديرگدازها مقاومت خوردگي بهتري پيدا مي کند.

نقطه ذوب مواد ديرگداز در حالتي که خالص باشند در گستره 1815-3315 درجه سانتيگراد است. در جداول 2و3 نقطه ذوب چندين ترکيب ديرگداز آورده شده است. ديرگدازها در شرايط کاري تنها مي توانند مقدار کمي فاز مذاب(حدود 5-1 درصد) را در ساختارشان تحمل کنند و خواص ساختاري شان را حفظ کنند. البته بحث هاي بعدي نشان مي دهد که به هر حال استفاده از بسياري از اين مواد به دليل عواملي همچون قيمت يا ناپايداريشان در اتمسفرهاي خاص محدود شده است. همچنين وجود ناخالصي هاي ابتدايي و يا ناخالصي هايي که در محيط کاربرد به نسوز وارد مي شوند، باعث کاهش چشم گير نقطه ذوب آنها مي شود.

 

ويژگي هاي ديرگدازها


خواص مهم ديرگدازها که بيشتر مورد بررسي قرار مي گيرد عبارتند از : ترکيب شيميايي، دانسيته بالک (density bulk)، تخلخل ظاهري(apparent porosity)، گرانش ويژه ي نسبي (specific gravity apparent) و استحکام در دماهاي معمولي.
اين خواص اغلب از جمله خواصي است که براي کنترل توليد و فرآيند کنترل کيفيت استفاده مي شود. ترکيب شيميايي به عنوان پايداري براي طبقه بندي ديرگدازها استفاده مي شود. دانسيته، تخلخل و استحکام محصولات پخته شده از فاکتورهاي زيادي تأثير مي پذيرد. از ميان اين فاکتورهاي زياد مي توان به نوع و کيفيت مواد اوليه، اندازه و شکل ذرات، درصد رطوبت مواد در طي فرآيند پرس کردن، فشار پرس، دما و مدت پخت، اتمسفر کوره و سرعت سرد کردن اشاره کرد.
تعدادي از خواص مهم ديرگدازها در زير آورده شده است:

1) دماي ذوب (melting point)


مواد خالص در دماي معيني و در يک آن ذوب مي شوند. اکثر مواد ديرگداز داراي ذرات ديرگدازي هستند که به هم چسبيده اند. در دماي بالا، فاز شيشه اي مذاب مي شود و هنگامي که دما بالاتر رود، محلولي از اجزاي ديرگداز پديد مي آيد. اين محلول مانند يک دوغاب مي ماند. دمايي که در آن مخروط زگر به علت وزن خودش تغيير شکل دهد، دماي ذوب ديرگداز ناميده مي شود. جدول بالا نشان دهنده ي چند ترکيب خالص است که به عنوان ديرگداز از آنها استفاده مي شود.

2) اندازه (size)


اندازه و شکل ديرگداز يکي از خصوصيات طراحي است. اين مسأله يکي از مباحث مهم در طراحي بشمار مي آيد زيرا اين مسأله بر روي پايداري ساختار تأثير مي گذارد. دقت و اندازه براي جاهايي که قطعات ديرگدازها مي خواهند با هم جفت شوند، بسيار مهم مي باشد. دقت و اندازه مناسب باعث کمينه شدن ضخامت و جفت شدن بهتر ساختار مي شود.

3) دانسيته ي بالک (Bulk Density)


يک خصوصيت مفيد براي ديرگدازها دانسيته بالک است. اين خاصيت نشان دهنده ي ميزان ماده موجود در حجم معين است. افزايش دانسيته بالک يک ديرگداز باعث افزايش پايداري حجم و ظرفيت گرمايي ديرگداز مي شود. و نفوذ مذاب را در ديرگداز کاهش مي دهد.

4) تخلخل (Porosity)


تخلخل ظاهري (apparent porosity)، اندازه گيري حجم تخلخل هاي باز است. (اين تخلخل هاي باز مي توانند بوسيله ي يک مايع پر شوند)
تخلخل ظاهري بر حسب درصد نسبت به حجم نشان داده مي شود. اين خصوصيت يکي از خصوصيات مهم ديرگدازهايي است که در تماس مستقيم با مذاب و سرباره هستند. تخلخل ظاهري پايين مطلوب است. زيرا اين مسأله از نفوذ مواد ناخواسته به داخل ديرگداز جلوگيري مي کند. همچنين به هم پيوسته بودن تخلخل ها، تأثيرات مهمي بر رفتار ديرگدازها دارد. عموماً در شرايطي که تعداد تخلخل ها برابر باشد، تخلخل ها با ابعاد کوچک تر مطلوب ترند. به هر حال، اندازه گيري واقعي تخلخل واقعي که در آن حجم تخلخل هاي بسته نيز محاسبه مي شود،ايده مناسبي براي آگاهي از خصوصيات مواد مانند خواص زنيته شدن است.درحقيقت، تخلخل، دانسيته بالک و دانسيته ظاهري جامد از ويژگي هاي حياتي اشکال ديرگداز است.

5) استحکام فشاري سرد (cold Crushing Strength)


استحکام فشاري سرد نيز يکي از خواص خوبي است که به همراه ديگر خواص مورد بررسي قرار مي گيرد. اين خاصيت نشان دهنده ي قابليت تحمل بار اعمالي بر جسم است. و مي تواند به همراه ساير خواص مانند دانسيته بالک و تخلخل به عنوان نشانه اي براي ميزان پخت قطعه و يا مقاومت به سايش قطعه است

 

6) نقطه نرمي (Pyrometric cone Equivalent)


دمايي که در آن يک ديرگداز بواسطه وزن خودش تغيير شکل مي دهد دماي نرم شدگي (Softening tempreture) ناميده مي شود. اين دما بوسيله ي مخروط هاي آذر سنجي اندازه گيري مي شود. ديرگدازها به خاطر داشتن ترکيب شيميايي پيچيده، به طور تدريجي ذوب مي شوند. در واقع اين مواد در يک گستره ي دمايي ذوب مي شوند. از اين رو ديرگدازي يا نقطه ي گداز اين مواد به روش مخروط هاي استاندارد تعيين مي شود. مخروط هاي استاندارد آذرسنجي براي تعيين دما، تنها دماي نرم شدگي را به ما نشان مي دهند. اما در شرايط کاري ديرگدازها، علاوه بر دما، بار نيز ديرگداز وارد مي شود که مي تواند باعث تغيير فرم ديرگداز در دماهاي بسيار پايين تر از نقطه نرم شدگي بشود. با تغيير در شرايط محيطي مانند اتمسفر کاهنده، اعداد به دست آمده از اين روش دماسنجي تغيير بسياري مي کند.

7) ديرگدازي تحت بارگذاري (refractoriness under load)


تست ديرگدازي تحت بارگذاري (the refractoriness under load) که به آن تست RUL نيز مي گويند، به ما دماي متلاشي شدن آجرها در شرايط کاري را مي دهد.
به هرحال، در شرايط کاري واقعي که تنها يک سمت آجر حرارت مي بيند،بخش سردتر آجر که حالت سبک تري دارد، مقدار بيشتري از نيروي اعمالي بر آن را تحمل مي کند. از اين رو، تست RUL نشان دهنده شاخصي از ميزان ديرگدازي است. و مي توان از آن در طراحي استفاده کرد. در شرايط کاري که ديرگداز از همه ي جهات تحت حرارت دهي است مانند شبکه ها (checkers)، تيغه ها (Partion walls) و...، داده هاي مربوط به تست RUL، کاملاً معنادارند.

8) خزش در دماي بالا (Creep at high tempreture)


خزش يک خاصيت وابسته به زمان است. که معين کننده تغيير شکل ماده ي تحت بارگذاري در زمان معين و در دماي معين است. ملاک مورد پذيرش براي مواد ديرگداز عموماً اين است که مقدار خزش فشاري در دما و بارگذاري مورد نظر بيش از 0.3 درصد در 50 ساعت اول بارگذاري نشود. اين مقدار بدين علت تعيين شده است که سرعت خزش در انتهاي منحني خزش به مقدار ناچيزي کاهش مي يابد. در صورتي که مقدار خزش فشاري ديرگدازي بيش از 0.3 درصد نرسد، اين ديرگداز مناسب است و مي توان آن را با ايمني بالا استفاده کرد.

9) پايداري حجمي (Volume Stability)، انبساط (expansion) و شرنيکيج (shrinkage)در دماي بالا


انقباض يا انبساط ديرگدازها مي تواند در طي شرايط کاري اتفاق افتد.اين تغييرات دائمي در ابعاد ممکن است به دلايل زير رخ دهد:
الف) تغيير در فرم هاي آلوتروپيک که باعث تغيير در وزن مخصوص مي شود.
ب) وقوع يک واکنش شيميايي در ديرگدازها. که باعث بوجود آمدن يک ماده ي جديد با وزن مخصوص جديد مي شود.
ج) ايجاد فاز مايع
د) واکنش هاي زينترينگ
ه) اين مسئله ممکن است اتفاق افتد که بر روي ديرگداز واکنش خاصي رخ دهد و سيليکات آلوميناي - قليايي بوجود آيد. اين ماده انبساط زيادي دارد و باعث شکستن قطعه مي شود. تشکيل سيليکات آلوميناي قليايي مثالي از تخريب و تغيير شکل ديرگدازها است که عموماً در کوره بلند رخ مي دهد.
در حالي که اين مسأله روشن شده است که تمام اين تغييرات در طي فرآيند ساخت رخ مي دهد ولي به خاطر مسائل اقتصادي برطرف کردن آن ها ممکن نيست زيرا فرآيندهاي توليد تصحيح شده زمان بر هستند. تغيير خطي دائمي (PLC) بر روي پيش گرم کردن و سرد کردن آجرها دلالتي بر پايداري حجمي محصول است. اين مسأله به طور خاص در هنگام اندازه گيري درجه ي تبديل در توليد آجرهاي سيليسي، اهميت پيدا مي کند.

10) انبساط گرمايي بازگشت پذير


هر ماده اي در هنگام حرارت ديدن، منبسط مي شود و در هنگام سرد شدن منقبض مي شود. انبساط گرمايي بازگشت پذير بازتابي است از تغييرات فازي که در هنگام گرم وسرد کردن رخ مي دهد. تغيير خطي دائمي (PLC) و انبساط گرمايي برگشت پذير براي ساخت نسوزها در نظر گرفته مي شود. تا قطعات به هم متصل دچار مشکل نشوند. به عنوان نمونه يک قانون کلي،احتمال خرد شدن و از هم پاشيدن آن دسته از موادي که ضريب انبساط حرارتي کمتري دارند، کمتر است.

11) رسانش گرمايي (Thermal Conductivity)


رسانش گرمايي به ترکيب شيميايي و مينرالي ماده، دماي کاربرد و فاز شيشه اي موجود در ديرگداز وابسته است. اگرچه اين خاصيت يکي از خاصيت هاي کم اهميت در بررسي ديرگدازهاست ولي اين خاصيت مشخص کننده ضخامت آجر کاري است. رسانش معمولاً با افزايش دما تغيير مي کند. در مواردي که نياز به انتقال حرارت از بين ديواره باشد براي مثال در تقويت کننده ها و بخش هاي بازيافت انرژي، ديرگداز بايد رسانش گرمايي بالايي داشته باشد. رسانش گرمايي پايين براي صرفه جويي در مصرف انرژي مناسب مي باشند. در اين حالت ديرگداز مانند يک عايق عمل مي کند. براي بدست آوردن خاصيت عايق کاري بايد از هدر رفت گرما جلوگيري کند اما اين خاصيت موجب افزايش دماي سطح مي گردد و از اين دو بايد از ديرگداز با کيفيت بالايي استفاده کنيم. با توجه به اين مسأله، معمولاً عايق کاري در سقف کوره ي فولادسازي دهانه باز (Open- hearth furnaces) انجام نمي شود. به عبارت ديگر اين مسأله باعث مي گردد که عايق به دليل ايجاد چکه هايي برروي سطحش ، بشکند. بسته به خواص ديرگداز از مصرفي در بخش ارتباط با حرارت مانند ظرفيت تحمل بار در دماي بالا (Capacity high temperature load bearing)، اين مسئله ممکن است نياز باشد که کيفيت آجر مصرفي را بالا ببريم که علت آن بالا رفتن دما به خاطر خاصيت عايق کاري آنهاست.
ديرگدازهاي سبک با رسانش گرمايي پايين در کوره هايي کاربرد دارند که در آنها با استفاده از دماهاي نسبتاً پايين کار عمل آوري گرمايي صورت مي گيرد. در اين کاربردها، عملکرد ثانويه ي ديرگداز معمولاً صرفه جويي در مصرف انرژي است. مصرف اين نوع ديرگدازها در کوره هاي نوع منقطع (furnaces batch type) بيشتر است. در اين کوره ها ظرفيت گرمايي پايين ساختار ديرگداز باعث مي شود تا گرماي ذخيره شده در طي فرآيند سردو گرم کردن سيکلي کمينه شود.

 

ديرگدازهاي خاص دراستفاده هاي صنعتي


ديرگدازهاي خاک نسوز (Fireclay refractories)

ديرگدازهاي تشکيل شده از خاک نسوز مانند آجرهاي نسوز، خاک نسوز سيليسي (Fireclay siliceous) وديرگدازهاي متشکل از رس آلومينايي (aluminous clay refractories)از سيليکات آلوميناي با مقادير متنوع از سيليس(که درصد اين مقادير درکل بيش از 78 درصد نمي شود)تشکيل شده اند.اين ديرگدازها داراي مقادير کمتر از 44 درصد آلومينا هستند.در اصل ديرگدازهاي خاک نسوز داراي سيليکات آلوميناي هيدراته با مقادير بسيار ناچيز از ديگر مينرال ها هستند.
به خاطر قيمت نسبتاً پايين اين ديرگدازها ، اين مواد کاربرد فراواني در کوره ها ، پاتيل ها و گرم کن ها پيدا کرده اند.آجر نسوز معمولي ترين شکل از اين مواد ديرگداز است.اين آجرها به طور گسترده درصنعت فولاد وآهن، متالورژي فلزات غير آهني، صنعت شيشه، کوره هاي پخت سفال ( pottery kilns)، صنعت سيمان و...کار برد دارند.
براي آجرهاي نسوز چندين استاندارد وجود دارند که عبارتند از :
1) با کارايي عالي (Suoer duty)
2) با کارايي بالا (high - duty)
3) با کارايي متوسط (Medium duty)
4) با کارايي پايين (Low - duty)
5) شبه سيليسي (Semi - Silica)

1) با کارايي عالي (Suoer duty)

اين آجرها داراي استحکام و پايداري حجمي خوبي در دماي بالا هستند.و داراي 40- 44 درصد آلومينا هستند.برخي از انواع آجرهاي با کارايي آلي هنگامي که با تغييرات سريع دما مواجه شوند، مقاومت بسيار خوب دربرابر ترک خوردن وخرد شدن دارند.
2) با کارايي بالا (high - duty)

اين نوع آجرها به مقدار زيادي مصرف مي شوند و داراي کاربرد زيادي در صنعت هستند.به خاطر مقاومت به شک حرارتي بالا اين نوع آجرها مصرف آنها درکوره هايي با دماي متوسط نسبت به نوع با کارايي متوسط، اقتصادي تر است.همچنين اين آجرها براي کوره هايي مناسب است که به طور مداوم خاموش وروشن مي شوند.
3) با کارايي متوسط (Medium duty)

اين آجرها براي کاربردهايي مناسب هستند که با شرايط متعادل محيطي روبرو هستند.آجرهاي با کارايي متوسط درگستره ي دماي مخصوص به خود مي توانند بهتر از بسياري از آجرهاي گروه با کارايي بالا دربرابرسايش مقاومت کنند.
4) با کارايي پايين (Low - duty)

اين آجرها به عنوان پشتيبان براي ديگر آجرهاي نسوز استفاده مي شوند.درمحل هايي که اين آجرها وظيفه ي پشتيباني از آجرهاي ديرگداز ديگر را برعهده دارند عمدتاً دما در گستره ي دماهاي پايين است.

جدول يک : نشاندهنده ي رابطه ي ميان خلوص مواد اوليّه و افزايش مقدار آلومينا (Al2o3) و نقطه ذوب آجرهاي توليدي از خاک نسوز است.

ديرگدازهاي پرآلومينا (high Alumina Refractories)


واژه ي آجرهاي پرآلومينا به آجرهاي ديرگدازي گفته مي شود که درآن ها درصد آلومينا47.5%يا بيشتر باشد.گسترده ي درصد آلومينا دراين آجرهاي بين 54-100 درصد است.خاصيت ديرگدازي اين ديرگدازهاي پرآلومينا با افزايش درصد آلومينا افزايش مي يابد.درصد آلومينا ي موجود در ديرگدازهاي پر آلومينا معمولا 5 .2% + -از مقدار اسمي خود انحراف دارند مثلا ديرگدازي که به صورت تجاري داراي 70% آلوميناست معمولا مقدار آلومينا 5 .2%از مقدار گزارش شده کم يا زيادتر است .ديرگدازهاي پرآلومينا معمولا براساس درصد آلومينا يشان طبقه بندي مي شوند اين طبقه بندي که براساس استاندارد ASTM است به صورت زير مي باشد.
a. آجر مولايتي ( Mullite Brick)

اين آجر معمولا داراي درصد بسيار بالايي فاز مولايت هستند.
b. آجرهاي با بايندر شيميايي (chemically - bonded Bricks)

اين نوع آجرها معمولا داراي بايندر فسفاتي است و معمولا داراي 75 - 85 در صد آلومينا ست
c. آجر آلومينا -کروميتي (alumina - chrom brick)

اين آجر به طور نمونه وار از مواد داراي درصد بالاي آلومينا و اکسيد کروم (با خلوص بالا) تشکيل شده اند. در دماهاي بالا، آلومينا واکسيد کروم يک محلول جامد تشکيل مي دهند که اين محلول جامد ديرگدازي خوب است.
d. آجر کربن –آلومينايي (Alumina - Carbon Brick)

آجرهاي پرآلومينا معمولا داراي بايندر رزيني است اين رزين ها داراي ترکيبات کربن دار مانند گرافيت هستند.
کاربردهاي ديرگدازهاي پرآلومينا شامل مواد زيرمي شوند.
بخش هاي خاصي از کوره ي بلند، کوره هاي سراميکي (Ceramic kilns) ، محفظه هاي نگهداري شيشه مذاب (glass tonks) و بوته هاي ذوب بسياري از فلزات
آجر سيليسي (Silica brick)

آجر سيليسي (يا ديناز (Dinas)) جرم هاي ديرگدازي هستند که حداقل داراي 93% سيليس (Sio2) هستند. مواد اوليّه براي ساخت اين ديرگدازها سنگ هاي با کيفيت بالاست.گريدهاي متنوعي از آجرهاي سيليسي،استفاده ي وسيعي درصنعت ساخت کوره هاي ذوب آهن وفولاد دارند. علاوه برنقطه ي گداز (fusion point) بالا، اين آجرها داراي خصوصيات مهم ديگري مانند مقاومت بالا دربرابر شک حرارتي (خردشدن) و خاصيت ديرگدازي بالا هستند. اين مسئله باعث شده است تا از اين آجرها در صنعت شيشه و فولاد استفاده شود.
خاصيّت برجسته ي آجرهاي سيليسي اين است که اين آجرها (در زير بارگدازي) تا هنگامي که به نقطه ي گداز خود نرسند، نرم نمي شوند. اين رفتار آجر سيليسي دربسياري از انواع ديگر ديرگدازها ديده نمي شود. براي مثال ، مواد آلومينو سيليکاتي (alumino Silicate M aterials) که در دماهاي بسيار پايين نسبت به نقطه ي گدازشان شروع به روان شدن مي کنند وخزش آنها در دماهاي پاييني اتفاق مي افتد.
ديرگدازهاي سيليسي با شرايط دما بالا سازگاري دارند زيرا اين ديرگدازها ، ديرگدازي بالا، استحکام مکانيکي بالا وسختي بالا دردماهاي نزديک به نقطه ذوب شدن ،دارند.علاوه براين خصوصيات اين ديرگدازها دربرار گرد وغبار و دودهاي اسيدي و سرباره هاي اسيدي نيز مقاومت مي کنند.آجرسيليسي براساس فاکتور سياليت آجر(flux factor bricks)به دو نوع A و B طبقه بندي مي شوند.پيشرفت هاي انجام شده منجر به توليد آجرهاي سيليسي مقاوم دربرابر سرباره وفلاکس، با ثبات ابعادي خوب ومقاوم دربرابر خرد شدن شده است.

ديرگدازها چگونه دسته بندي مي شوند؟


ديرگدازها را مي توان براساس ترکيب شيميايي وروش توليد يا شکل فيزيکيشان دسته بندي کرد.علاوه براين تقسيم بندي ها، ديرگدازها را براساس کاربرد نيز مي توان طبقه بندي کرد مثلاً ديرگدازهاي کوره بلند (blast furnace refractories) . اين ديرگدازها به طور مداوم مورد تجديد نظر قرار مي گيرند وتغيير مي کنند.
درزير برخي از طبقه بندي هاي ديرگداز آورده شده است :
طبقه بندي ديرگدازها براساس ترکيب شيميايي

از نقطه نظر شيميايي ، مواد ديرگداز به سه دسته تقسيم بندي مي شوند که عباتنداز:
1)ديرگدازهاي اسيدي
2)ديرگدازهاي بازي
3)ديرگدازهاي خنثي
ديرگدازهاي اسيدي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره اسيدي هستند.اين ديرگدازها دربرابر اسيدي ها مقاوم اند ولي دربرابر حمله ي مواد قليايي ضعيف هستند.ماده ي اوليّه ي عمده ي اين گروه از ديرگدازها برگروه RO2 (مانند سيليس) (Sio2)، زير کونيا (Zro) و رس آلومينا سيليکاتي (Al2o3. 2zio2.2H2o) متعلق هستند.

ديرگدازهاي خنثي :

اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که سرباره و اتمسفر وضعيت معيني ندارند و گاهاً بازي يا اسيدي است. اين ديرگدازها در مقابل عوامل اسيدي و بازي پايدارند. مواد اوليّه ي عمده ي اين ديرگدازها به گروه R2O3 تعلق دارد. البته ترکيب شيميايي ديرگدازهاي خنثي تنها به گروه R2O3 محدود نمي شود ، مثال هاي معمولي از اين مواد عبارتند از : آلومينا (Al2o3) اکسيد کروم (cr2o3) و کربن (c)

ديرگدازهاي بازي :

اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره هستند. اين ديرگدازها در برابر بازها مقاومند ولي با اسيد واکنش مي دهند. مواد اوليّه ي عمده دراين گروه از ديرگدازها به گروه RO متعلق هستند. اکسيد منيزيم (Mgo) متداولترين مثال از اين ديرگدازهاست. مثال هاي ديگر از اين ديرگدازها عبارتند از : ديرگدازهاي دولوميتي و ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي (chrome - magnesite) .
ديرگدازهاي بازي بسيار مشهورند زيرا اين ديرگدازها مقاومت به خوردگي خوبي دربرابر سرباره هاي بازي وگرد وغبار شيميايي در دماهاي بالا دارند.برخي از گروه هاي ديرگدازهاي بازي توسعه يافته اند که داراي مقاومت عالي دربرابر سرباره هاي اسيدي نيز هستند.
الف) اکسيد منيزيم (mgo) يک اکسيد فلزي دوتايي از منيزيم است .اين اکسيد درهنگامي که خلوص بالايي داشته باشد داراي دماي ديرگدازي بالايي است .مينرال اکسيد منيزيم پريکلاژ (periclase) ناميده مي شود.ناخالصي هايي که در اکسيد منيزيم طبيعي وسنگ معدن کرم دار وجود دارد موجب مي شود تا ترکيبي با دماي ذوب پايين ايجاد شود،که ديرگدازي را بسيار کاهش مي دهد.
ب) ترکيبات منيزيا-کروميت داراي استحکام مکانيکي خوبي است ودر دماي بسيار بالا، پايداري ابعادي خوبي نيز دارد. ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي مقاومت به خوردگي خوبي در برابر سرباره هاي بازي دارند وبراي صنايع فولاد ومس مناسب مي باشند.
ترکيبات منيزيا-کروميت داراي انبساط حرارتي پايين تري نسبت به ترکيبات داراي مقادير بالاي اکسيد منيزيم هستند.
ج) ترکيبات با خلوص بالا و بدون کروم از اکسيد منيزيم که از آب درياها وآب شور بدست مي آيند داراي بيشترين ديرگدازي هستند ودر مقابل اکسيد آهن نيز از خود مقاومت نشان مي دهند
د) ترکيبات کربن -منيزيا داراي 5-35% کربن هستند.کربن افزوده شده به اين ديرگدازها از افزودن گرافيت ورقه اي طبيعي حاصل مي شود ديرگدازهاي کربن -منيزيايي مقاومت بسيار بالايي دربرابر سرباره هاي فولاد سازي دارند.
از لحاظ تئوري ، ديرگدازهاي اسيدي نبايد درتماس مستقيم با سرباره هاي بازي، گازها ويا گرد وغبار بازي قرارگيرد.درحالي که ديرگدازهاي بازي بهترين گزينه براي استفاده شدن درمحيط هاي بازي هستند.در واقع به خاطر دلايل مختلف، اين قوانين تئوريک اغلباً شکسته مي شوند .از اين رو، طبقه بندي شيميايي ديرگدازها عمدتاً تقسيم بندي آکادميک است وتنها به ما کمک مي کند تا کاربردهاي واقعي ديرگدازها را بفهميم.همچنين وجود ديرگدازي که واقعاً خنثي باشد، ممکن است شک برانگيز باشد.
طبقه بندي براساس روش توليد
ديرگدازها مي توانند به يکي از روش هاي زير توليد شوند.
1) روش پرس خشک (Dry Dress Process)
2) ريخته گري مذاب (fused Cast)
3) قالبگيري دستي (hand Moldes)
4) شکل دهي پخته شده ، خام و يا بايندر شيميايي
5) بي شکل(مونوليتيک -پلاستيک-جرم هاي کوبيدني -تزريقي - قابل قالب گيري و اسپري شونده)

طبقه بندي براساس شکل فيزيکي


ديرگدازها را بر اساس شکل فيزيکشان نيز مي توان طبقه بندي کرد.اين مواد مي توانند ديرگدازهاي شکل داده شده و يا بي شکل باشند.ديرگدازهاي شکل داده شده عموماً به عنوان آجرهاي ديرگدازه وديرگدازهاي بي شکل به عنوان ديرگدازهاي مونوليتيک معروفند. ديرگدازهاي شکل داده شده (Shaped refractones)
ديرگدازهاي شکل داده شده آنهايي هستند که در هنگام تحويل به مصرف کننده داراي شکل معيني هستند ما اين ديرگدازها را آجر مي ناميم
شکل آجرها ممکن است به دو حالت تقسيم بندي شوند.يکي از آنها اشکال استاندارد است وديگري اشکال خاص.اشکال استاندارد داراي ابعادي هستند که بوسيله ي اکثر توليد کنندگان ديرگدازها مورد قبول است.واين توليد کننده ها از اين ابعاد پيروي مي کنند.اين ديرگدازها عموماًٌ در کوره هاي همسان قابل کاربرد هستند.
ديرگدازهاي شکل داده شده عمدتاً بوسيله ي ماشين پرس توليد مي شود .بنابراين انتظار مي رود که خواص آنها هموژن باشد.البته برخي از ديرگدازهاي شکل داده شده که بوسيله ي قالب گيري دستي توليد مي شوند داراي خواص غير هموژني هستند.

ديرگدازهاي بي شکل (unshped Refractones)


ديرگدازهاي بي شکل داراي هندسي معيني نيستند و در حين کاربرد شکل داده مي شود.اين دير گدازها بيشتر با نام ديرگدازها مونوليتيک شناخته مي شود.اين ديرگدازها به صورت زيرطبقه بندي مي شود.
الف) ديرگدازهاي پلاستيک (pbstic refractories)

ديرگدازهاي پلاستيک، مخلوط هايي هستند که در حالت پلاستيک وسفت آماده مي شوند.واين نوع ديرگدازها به صورت توده هايي که در لفاف پلي اتيلن پيچيده شده اند،به مصرف کننده تحويل داده مي شوند .درحين استفاده توده ي بزرگ از اين نوع ديرگداز به قطعات کوچک تر بريده مي شود وبدون هيچ عمل ديگر برروي آن، درمکان مورد نظر پاشيده ويا کوبيده مي شود.اين کار بوسيله ي يک کوبنده ي بادي انجام مي شود.اين ماده ي پلاستيک به راحتي به هر شکل وفرم مورد نظر تبديل مي شود.
ب) مخلوط هاي کوبيدني (Ramming Mixes)

مواد ديرگداز کوبيدني آنهايي هستند که از اندازه ي ذرات شان به دقت درجه بندي شده است تا بتوان آنها را راحت تر اعمال کرد.اين مواد عموما به صورت خشک به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. مصرف کننده درهنگام نياز اين ديرگدازها را با مقدارکمي آب مخلوط مي کند وسپس از آنها استفاده مي کند.مخلوط هاي کوبيدني نيز وجود دارند که به صورت مرطوب به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. ودرهمان زمان قابل استفاده هستند.استفاده از آنها بوسيله ي کوبنده هاي بادي انجام مي شود.
ج) مخلوط هاي قابل ريختن (Castable)

قابل ريختن براين مسئله دلالت دارد که اين مواد به طور طبيعي قابليت گيرش هيدورليک دارند.اين ديرگدازها موادي هستند که داراي درصدي با يندر سيماني(معمولا سيمان آلوميناتي)هستند.اين ديرگدازها وقتي با آب مخلوط شوند قابليت گيرش هيدروليک دارند. مواد چسبنده ي کلسيم آلوميناتي بايد به خوبي دراين ديرگدازها پيوند ايجاد کنند تا از جذب رطوبت به داخل ديرگدازها جلوگيري شود. علاوه براين مسئله استحکام اين بايندر پس از 6 تا 12 ماه شروع به کاهش مي کند اين مواد به صورت ريختگي اعمال مي شوند.وهمچنين به نام بتن هاي ديرگدازها معروفند.
د) مخلوط هاي پاشيدني (Gunning Mixes)

مخلوط هاي پاشيدني مواد ديرگدازي هستند که به صورت گرانول تهيه مي شوند .اين گرانول ها بر روي سطح مورد نظر اسپري مي شوند .براي پاشيدن اين مواد از تفنگ هاي پاشنه ي بادي (Guns air plocement)متنوعي استفاده مي شود.اين ديرگدازها بوسيله ي حرارت استحکام مي يابند وبراي کارهاي ترميمي و اصلاحي درکوره ها و پاتيل ها استفاده مي شوند.
ه) مخلوط هاي محافظ (Fettling Mixes)

مخلوط هاي محافظ مواد ديرگدازي به شکل گرانول هستند که عملکرد آنها شبيه به مخلوط هاي پاشيدني است.امّا اين مخلوط هاي بوسيله ي پارو به داخل کوره ريخته مي شوند تا نواحي آسيب ديده ي کوره ترميم شوند.
و) ملات ها (Mortars)

ملات ها گروهي از ديرگدازها هستندکه نه جزء گروه آجرهاي ديرگداز هستند نه جزء گروه ديرگدازهاي مونوليتيک .اين ديرگدازها مواد نسوز نرمي هستند که به خاطر ترکيبشان درحين مخلوط شدن با آب خاصيت پلاستيک پيدا مي کنند.اين مواد براي ايجاد پيوند بين آجرها در فرآيند آجر کاري استفاده مي شوند ودر بين آجرها ايجاد مي کنند تا سطوح نامنظم آجرها به هم متصل گردند.همچنين لايه ي بوجود آمده دربين آجرها فضاهاي بوجود آمده دربين آجرها را نپذير مي کنند.واز نفوذ سرباره وعوامل خورنده به داخل ساختار ديرگداز جلوگيري مي کنند.

مواد معدني استفاده شده در سراميك‌هاي تخصصي

مواد معدني استفاده شده در سراميك‌هاي تخصصي از نظر توليد بسيار پرهزينه هستند، اما اين موضوع در مقابل درآمد حاصل از تقليل هزينه و خصوصيات بسيار كارامد ارائه شده توسط مواد تشكيل‌دهنده اين سراميك‌ها بي اهميت است.

اين مواد عبارتند از:

• اكسيد آلومينيوم با خلوص بالا

• اكسيد زيركونيوم با خلوص بالا

• كاربيد سيليسيوم

• كاربيد بور و نيتريد كربن


آلومينا

اكسيدهاي آلومينيوم بالاتر يكي از مهمترين ويژگي‌هاي سراميك‌هاي تخصصي صنعتي است و توليدكنندگان آلومينا در جست‌وجوي توسعه سريع بازار مصرف توليدات خود هستند به نحوي كه محصولات به‌طور مستمر گسترش مي‌يابند تا پاسخگوي نياز مشتريان باشند.

سراميك‌هاي با اكسيد آلومينيوم بالا خواصي از قبيل استحكام بالا، مقاومت در برابر ضربه و سختي را از خود به نمايش مي‌گذارند و همچنين اين مواد داراي مقاومت حرارتي بسيار بالايي نيز هستند.

يكي از بزرگترين بازارهاي آلومينا، سراميك‌هاي مقاوم در برابر سايش و ابزار برشي هستند كه بالغ بر حدود 35 تا 40 درصد از مقدار كل مصرف را به خود اختصاص مي‌دهند. اين بازار در حدود 60 تا 70 هزار تن در سال در ايالات متحده و همان مقدار در اروپا برآورد مي‌شود.

پيش‌بيني مي‌شود كه اين روند رو به رشد با نرخ 3 تا 4 درصد در هر سال ادامه يابد. قطعات سراميكي سايشي داراي كاربرد وسيعي در بازار شامل ورق‌هاي سايشي، ورق‌هاي تخليه، نازل‌ها، قطعات سوپاپ‌ها يا دريچه‌ها، قطعات پمپ‌ها و ديگر اقلام مقاوم در برابر سايش است.

بازار سراميك‌هاي الكتريكي (عايق‌ها و شمع‌ها) از ديگر بازارهاي مهم براي اين مواد هستند. در حقيقت سراميك‌هاي عايق موجود در شمع‌ها محتوي 85 تا 90 درصد آلومينا هستند و از اين رو يك بازار بزرگ براي اكسيد آلومينيوم تصفيه شده در سراميك‌هاي تخصصي به‌شمار مي‌آيند. البته بازار براي شمع‌هاي سراميكي نيز با سرمايه‌هاي صنايع خودروسازي پيوند خورده است.

از ديگر كاربردهاي الكتريكي سنتي براي مصرف آلوميناي تصفيه شده، عايق‌هاي مقاوم در برابر ولتاژهاي بسيار بالا براي خطوط انتقال برق و نيروگاه‌ها است. اين كاربردها ناشي از خواص دي الكتريك عالي آلوميناي با كربنات كلسيم پايين و واكنش پذيري بالا است.

اما بازار براي اكسيد آلومينيوم در عايق‌هاي سراميكي رو به كاهش است. نه تنها آلومينا مي‌تواند جايگزين ديگر مواد در عايق‌هاي سراميكي شود، بلكه به‌طور كلي عايق‌هاي سراميكي منسوخ شده‌اند و به‌تدريج جاي خود را به كامپوزيت‌هاي مواد پليمري بخشيده‌اند. يكي از دلايل بالا اين است كه آلومينا توانسته است زمينه را براي جايگزيني كوارتز در عايق‌هاي رزيني كه داراي وزن كمتري در مقايسه با عايق‌هاي سراميكي سنتي هستند، فراهم نمايد.

همچنين نظر به اين كه زير لايه‌هاي اكسيد آلومينيوم داراي مقاومت حرارتي بالاتري نسبت به لايه‌هاي پلاستيكي هستند از اين رو آلومينا در كاربردهاي الكترونيكي به‌عنوان يك زير لايه سراميكي براي قطعات استفاده مي‌شود. هرچند افزايش كوچك سازي محصولات الكترونيكي منتج به كاهش سطح مورد نياز مي‌شود.

كاربر آلوميناي در حدود 20 تا 30 درصد بيش از ديگر كاربردها از قبيل جايگزيني مفاصل، كاتاليزورهاي خودرو، *****ها، تسليحات نظامي و ابزار برش است.


زيركونيا

اكسيد زيركونيوم در بسياري از كاربردهاي سراميك‌هاي تخصصي استفاده مي‌شود و بازار مصرف كلي آن سالانه در حدود 12 تا 15 هزار تن برآورد مي‌شود. بزرگترين بازار آن براي پوشش‌هاي سراميكي است كه كل مصرف اروپا و ايالات متحده تا اواخر سال 2008 ميلادي در حدود 3 تا 4 هزار تن در سال بود. اين امر نشان‌دهنده رشد قابل توجه مصرف اين ماده در طي دهه گذشته است.

همچنين در حال حاضر كاتاليزورهاي خودرو يكي از بازارهاي مصرف مهم براي زيركونيا محسوب مي‌شوند، به‌طوري كه طراحي موتور و نيازهاي محيطي كاربرد كاتاليزورها را افزايش داده‌اند.

در زمينه پيزو الكتريك، محصولات با قيمتي كمتر در كشورهاي چين، هند و جنوب شرقي آسيا توليد مي‌شوند كه به رشد مصرف زيركونيا در منطقه كمك كرده‌اند. رشد جديد بازار مصرف زيركونيا شامل پيل‌هاي سوختي و كاربردهاي جديد براي pzt، الكترونيك و پزشكي است.

به‌طور تاريخي، كشور ژاپن همواره يكي از مهمترين بازارهاي مصرف براي اكسيد زيركونيوم با خلوص بالا براي توليد مواد الكترونيكي و حسگرها است، به‌طوري كه در سال 2000 سراميك‌هاي خالص 50 درصد از بازار مصرف زيركونيا را به خود اختصاص دادند. امروزه تقاضا براي پودرهاي اكسيد زيركونيوم با خلوص بالا به‌منظور استفاده در حسگرهاي اكسيژن براي موتور خودروها و كوره‌ها، پودرهاي دي الكتريك/pzt و همچنين سراميك‌هاي ساختماني دما بالا و استحكام بالا ،در سراسر آسيا و در واقع كل دنيا افزايش پيدا كرده است.

مصرف زيركونيا در ايمپلنت‌هاي دندانپزشكي به‌طور فزاينده‌اي در حال افزايش است. در برخي موارد به دليل مقاومت بيشتر در برابر شكست و استحكام بالاي آلومينا، اكسيد آلومينيوم ترجيح داده مي‌شود. به‌طور كلي بازار مصرف زيركونيا در اروپا و آمريكا در ايمپلنت‌هاي دندانپزشكي در حدود كمتر از 100 تن در سال برآورد مي‌شود. تاكنون بازار بسيار كمي براي مصرف زيركونيا در ايمپلنت‌هاي مفاصل وجود داشته اما، مصرف در اين زمينه منحصر به كشور ژاپن است و انتظار رشد اندكي مي‌رود.


كاربيد سيليسيوم

كاربيد سيليسيوم با ارزش بالا، به‌طور فزاينده‌اي در سراميك‌هاي تخصصي استفاده مي‌شود و به مانند آلومينا، مقدار بسيار زيادي از توليد اين ماده در قطعات سايشي سراميكي و درزگير‌ها مصرف مي‌شود. بازارهاي مصرف جديد و در حال رشد اين ماده معدني شامل *****هاي داراي ذرات ريز در موتورهاي ديزلي و باطري قدرت زاي نوري هستند.

در حقيقت رشد جالب توجه بازار كاربيد سيليسيوم مصرف آن در *****هاي موتورهاي ديزلي است كه در سال 2007 در اروپا يك بازار مصرف 2 هزار تني در سال را به خود اختصاص داد و تا اواخر سال 2008 با نرخي برابر با 15 درصد در هر سال به رشد خود ادامه مي‌داد. در كشور ايالات متحده آمريكا، بازار مصرف بسيار كوچكتر است و احتمالا در حدود 500 تن در هر سال است، اما اين‌گونه به نظر مي‌آيد كه رشد آن سرعت بيشتري به خود بگيرد، چون مقررات محيطي محكمتري نيز وضع شده‌اند. در سال در 2009 استفاده از *****هاي ذره‌اي ديزلي در تمام خودروهاي ديزلي موجود در كشورهاي عضو اتحاديه اروپا الزامي خواهد شد.

همچنين ميزان فروش كاربيد سيليسيوم در بازار ديرگدازها در كوره‌هاي كيلن با افزايش روبه‌رو خواهد شد. در حال حاضر اندكي از 4000 تن در سال كاربيد سيليسيوم در كشورهاي اروپايي و آمريكا در صنايع ديرگداز مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

ميزان فروش كاربيد سيليسيوم در تسليحات نظامي در ايالات متحده بزرگترين بازار براي سراميك‌هاي نظامي در حدود 1000 تن در سال برآورد مي‌شود . در طي 4 سال گذشته رشد مصرف سريع تر شده، اما انتظار مي‌رود در حال حاضر با عرضه آن برابر شود.


كاربيد برم

پودر كاربيد برم يكي از عناصر سازنده كليدي در توليد تسليحات نظامي سراميكي سبك است و از اين رو اين مهمترين كاربرد اين ماده در صنعت سراميك‌هاي تخصصي است.

اگرچه در سه يا چهار سال گذشته فروش اين ماده با افزايش چشمگيري همراه بوده است، رشد آتي سريع اين ماده احتمالا بي‌صداتر خواهد بود. بازار مصرف كلي براي كاربيد برم در سراميك‌هاي نظامي در اروپا و آمريكا در حدود 1000 تن در سال تخمين زده مي‌شود.

نيتريد برم مكعبي (cbn) به‌عنوان يك ماده ساينده گرانقيمت مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مقدار كلي مصرف در اواخر سال 2008 در اروپا تنها بين 5 تا 10 تن در سال بود. پتانسيل رشد براي توليد cbn در صنايع اتومبيل‌سازي و كاربردهاي مهندسي مكانيك، براي استفاده در ماشين‌هاي آسياب با سرعت بالا در فولاد و سوپر آلياژها است.

ديرگدازهاي خاص دراستفاده هاي صنعتي

ديرگدازهاي خاص دراستفاده هاي صنعتي


ديرگدازهاي خاک نسوز (Fireclay refractories)

ديرگدازهاي تشکيل شده از خاک نسوز مانند آجرهاي نسوز، خاک نسوز سيليسي (Fireclay siliceous) وديرگدازهاي متشکل از رس آلومينايي (aluminous clay refractories)از سيليکات آلوميناي با مقادير متنوع از سيليس(که درصد اين مقادير درکل بيش از 78 درصد نمي شود)تشکيل شده اند.اين ديرگدازها داراي مقادير کمتر از 44 درصد آلومينا هستند.در اصل ديرگدازهاي خاک نسوز داراي سيليکات آلوميناي هيدراته با مقادير بسيار ناچيز از ديگر مينرال ها هستند.
به خاطر قيمت نسبتاً پايين اين ديرگدازها ، اين مواد کاربرد فراواني در کوره ها ، پاتيل ها و گرم کن ها پيدا کرده اند.آجر نسوز معمولي ترين شکل از اين مواد ديرگداز است.اين آجرها به طور گسترده درصنعت فولاد وآهن، متالورژي فلزات غير آهني، صنعت شيشه، کوره هاي پخت سفال ( pottery kilns)، صنعت سيمان و...کار برد دارند.
براي آجرهاي نسوز چندين استاندارد وجود دارند که عبارتند از :
1) با کارايي عالي (Suoer duty)
2) با کارايي بالا (high - duty)
3) با کارايي متوسط (Medium duty)
4) با کارايي پايين (Low - duty)
5) شبه سيليسي (Semi - Silica)

1) با کارايي عالي (Suoer duty)

اين آجرها داراي استحکام و پايداري حجمي خوبي در دماي بالا هستند.و داراي 40- 44 درصد آلومينا هستند.برخي از انواع آجرهاي با کارايي آلي هنگامي که با تغييرات سريع دما مواجه شوند، مقاومت بسيار خوب دربرابر ترک خوردن وخرد شدن دارند.
2) با کارايي بالا (high - duty)

اين نوع آجرها به مقدار زيادي مصرف مي شوند و داراي کاربرد زيادي در صنعت هستند.به خاطر مقاومت به شک حرارتي بالا اين نوع آجرها مصرف آنها درکوره هايي با دماي متوسط نسبت به نوع با کارايي متوسط، اقتصادي تر است.همچنين اين آجرها براي کوره هايي مناسب است که به طور مداوم خاموش وروشن مي شوند.
3) با کارايي متوسط (Medium duty)

اين آجرها براي کاربردهايي مناسب هستند که با شرايط متعادل محيطي روبرو هستند.آجرهاي با کارايي متوسط درگستره ي دماي مخصوص به خود مي توانند بهتر از بسياري از آجرهاي گروه با کارايي بالا دربرابرسايش مقاومت کنند.
4) با کارايي پايين (Low - duty)

اين آجرها به عنوان پشتيبان براي ديگر آجرهاي نسوز استفاده مي شوند.درمحل هايي که اين آجرها وظيفه ي پشتيباني از آجرهاي ديرگداز ديگر را برعهده دارند عمدتاً دما در گستره ي دماهاي پايين است.

جدول يک : نشاندهنده ي رابطه ي ميان خلوص مواد اوليّه و افزايش مقدار آلومينا (Al2o3) و نقطه ذوب آجرهاي توليدي از خاک نسوز است.

ديرگدازهاي پرآلومينا (high Alumina Refractories)


واژه ي آجرهاي پرآلومينا به آجرهاي ديرگدازي گفته مي شود که درآن ها درصد آلومينا47.5%يا بيشتر باشد.گسترده ي درصد آلومينا دراين آجرهاي بين 54-100 درصد است.خاصيت ديرگدازي اين ديرگدازهاي پرآلومينا با افزايش درصد آلومينا افزايش مي يابد.درصد آلومينا ي موجود در ديرگدازهاي پر آلومينا معمولا 5 .2% + -از مقدار اسمي خود انحراف دارند مثلا ديرگدازي که به صورت تجاري داراي 70% آلوميناست معمولا مقدار آلومينا 5 .2%از مقدار گزارش شده کم يا زيادتر است .ديرگدازهاي پرآلومينا معمولا براساس درصد آلومينا يشان طبقه بندي مي شوند اين طبقه بندي که براساس استاندارد ASTM است به صورت زير مي باشد.
a. آجر مولايتي ( Mullite Brick)

اين آجر معمولا داراي درصد بسيار بالايي فاز مولايت هستند.
b. آجرهاي با بايندر شيميايي (chemically - bonded Bricks)

اين نوع آجرها معمولا داراي بايندر فسفاتي است و معمولا داراي 75 - 85 در صد آلومينا ست
c. آجر آلومينا -کروميتي (alumina - chrom brick)

اين آجر به طور نمونه وار از مواد داراي درصد بالاي آلومينا و اکسيد کروم (با خلوص بالا) تشکيل شده اند. در دماهاي بالا، آلومينا واکسيد کروم يک محلول جامد تشکيل مي دهند که اين محلول جامد ديرگدازي خوب است.
d. آجر کربن –آلومينايي (Alumina - Carbon Brick)

آجرهاي پرآلومينا معمولا داراي بايندر رزيني است اين رزين ها داراي ترکيبات کربن دار مانند گرافيت هستند.
کاربردهاي ديرگدازهاي پرآلومينا شامل مواد زيرمي شوند.
بخش هاي خاصي از کوره ي بلند، کوره هاي سراميکي (Ceramic kilns) ، محفظه هاي نگهداري شيشه مذاب (glass tonks) و بوته هاي ذوب بسياري از فلزات
آجر سيليسي (Silica brick)

آجر سيليسي (يا ديناز (Dinas)) جرم هاي ديرگدازي هستند که حداقل داراي 93% سيليس (Sio2) هستند. مواد اوليّه براي ساخت اين ديرگدازها سنگ هاي با کيفيت بالاست.گريدهاي متنوعي از آجرهاي سيليسي،استفاده ي وسيعي درصنعت ساخت کوره هاي ذوب آهن وفولاد دارند. علاوه برنقطه ي گداز (fusion point) بالا، اين آجرها داراي خصوصيات مهم ديگري مانند مقاومت بالا دربرابر شک حرارتي (خردشدن) و خاصيت ديرگدازي بالا هستند. اين مسئله باعث شده است تا از اين آجرها در صنعت شيشه و فولاد استفاده شود.
خاصيّت برجسته ي آجرهاي سيليسي اين است که اين آجرها (در زير بارگدازي) تا هنگامي که به نقطه ي گداز خود نرسند، نرم نمي شوند. اين رفتار آجر سيليسي دربسياري از انواع ديگر ديرگدازها ديده نمي شود. براي مثال ، مواد آلومينو سيليکاتي (alumino Silicate M aterials) که در دماهاي بسيار پايين نسبت به نقطه ي گدازشان شروع به روان شدن مي کنند وخزش آنها در دماهاي پاييني اتفاق مي افتد.
ديرگدازهاي سيليسي با شرايط دما بالا سازگاري دارند زيرا اين ديرگدازها ، ديرگدازي بالا، استحکام مکانيکي بالا وسختي بالا دردماهاي نزديک به نقطه ذوب شدن ،دارند.علاوه براين خصوصيات اين ديرگدازها دربرار گرد وغبار و دودهاي اسيدي و سرباره هاي اسيدي نيز مقاومت مي کنند.آجرسيليسي براساس فاکتور سياليت آجر(flux factor bricks)به دو نوع A و B طبقه بندي مي شوند.پيشرفت هاي انجام شده منجر به توليد آجرهاي سيليسي مقاوم دربرابر سرباره وفلاکس، با ثبات ابعادي خوب ومقاوم دربرابر خرد شدن شده است

ديرگدازها چگونه دسته بندي مي شوند؟


ديرگدازها را مي توان براساس ترکيب شيميايي وروش توليد يا شکل فيزيکيشان دسته بندي کرد.علاوه براين تقسيم بندي ها، ديرگدازها را براساس کاربرد نيز مي توان طبقه بندي کرد مثلاً ديرگدازهاي کوره بلند (blast furnace refractories) . اين ديرگدازها به طور مداوم مورد تجديد نظر قرار مي گيرند وتغيير مي کنند.
درزير برخي از طبقه بندي هاي ديرگداز آورده شده است :
طبقه بندي ديرگدازها براساس ترکيب شيميايي

از نقطه نظر شيميايي ، مواد ديرگداز به سه دسته تقسيم بندي مي شوند که عباتنداز:
1)ديرگدازهاي اسيدي
2)ديرگدازهاي بازي
3)ديرگدازهاي خنثي
ديرگدازهاي اسيدي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره اسيدي هستند.اين ديرگدازها دربرابر اسيدي ها مقاوم اند ولي دربرابر حمله ي مواد قليايي ضعيف هستند.ماده ي اوليّه ي عمده ي اين گروه از ديرگدازها برگروه RO2 (مانند سيليس) (Sio2)، زير کونيا (Zro) و رس آلومينا سيليکاتي (Al2o3. 2zio2.2H2o) متعلق هستند.

ديرگدازهاي خنثي :

اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که سرباره و اتمسفر وضعيت معيني ندارند و گاهاً بازي يا اسيدي است. اين ديرگدازها در مقابل عوامل اسيدي و بازي پايدارند. مواد اوليّه ي عمده ي اين ديرگدازها به گروه R2O3 تعلق دارد. البته ترکيب شيميايي ديرگدازهاي خنثي تنها به گروه R2O3 محدود نمي شود ، مثال هاي معمولي از اين مواد عبارتند از : آلومينا (Al2o3) اکسيد کروم (cr2o3) و کربن (c)

ديرگدازهاي بازي :

اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره هستند. اين ديرگدازها در برابر بازها مقاومند ولي با اسيد واکنش مي دهند. مواد اوليّه ي عمده دراين گروه از ديرگدازها به گروه RO متعلق هستند. اکسيد منيزيم (Mgo) متداولترين مثال از اين ديرگدازهاست. مثال هاي ديگر از اين ديرگدازها عبارتند از : ديرگدازهاي دولوميتي و ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي (chrome - magnesite) .
ديرگدازهاي بازي بسيار مشهورند زيرا اين ديرگدازها مقاومت به خوردگي خوبي دربرابر سرباره هاي بازي وگرد وغبار شيميايي در دماهاي بالا دارند.برخي از گروه هاي ديرگدازهاي بازي توسعه يافته اند که داراي مقاومت عالي دربرابر سرباره هاي اسيدي نيز هستند.
الف) اکسيد منيزيم (mgo) يک اکسيد فلزي دوتايي از منيزيم است .اين اکسيد درهنگامي که خلوص بالايي داشته باشد داراي دماي ديرگدازي بالايي است .مينرال اکسيد منيزيم پريکلاژ (periclase) ناميده مي شود.ناخالصي هايي که در اکسيد منيزيم طبيعي وسنگ معدن کرم دار وجود دارد موجب مي شود تا ترکيبي با دماي ذوب پايين ايجاد شود،که ديرگدازي را بسيار کاهش مي دهد.
ب) ترکيبات منيزيا-کروميت داراي استحکام مکانيکي خوبي است ودر دماي بسيار بالا، پايداري ابعادي خوبي نيز دارد. ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي مقاومت به خوردگي خوبي در برابر سرباره هاي بازي دارند وبراي صنايع فولاد ومس مناسب مي باشند.
ترکيبات منيزيا-کروميت داراي انبساط حرارتي پايين تري نسبت به ترکيبات داراي مقادير بالاي اکسيد منيزيم هستند.
ج) ترکيبات با خلوص بالا و بدون کروم از اکسيد منيزيم که از آب درياها وآب شور بدست مي آيند داراي بيشترين ديرگدازي هستند ودر مقابل اکسيد آهن نيز از خود مقاومت نشان مي دهند
د) ترکيبات کربن -منيزيا داراي 5-35% کربن هستند.کربن افزوده شده به اين ديرگدازها از افزودن گرافيت ورقه اي طبيعي حاصل مي شود ديرگدازهاي کربن -منيزيايي مقاومت بسيار بالايي دربرابر سرباره هاي فولاد سازي دارند.
از لحاظ تئوري ، ديرگدازهاي اسيدي نبايد درتماس مستقيم با سرباره هاي بازي، گازها ويا گرد وغبار بازي قرارگيرد.درحالي که ديرگدازهاي بازي بهترين گزينه براي استفاده شدن درمحيط هاي بازي هستند.در واقع به خاطر دلايل مختلف، اين قوانين تئوريک اغلباً شکسته مي شوند .از اين رو، طبقه بندي شيميايي ديرگدازها عمدتاً تقسيم بندي آکادميک است وتنها به ما کمک مي کند تا کاربردهاي واقعي ديرگدازها را بفهميم.همچنين وجود ديرگدازي که واقعاً خنثي باشد، ممکن است شک برانگيز باشد.
طبقه بندي براساس روش توليد
ديرگدازها مي توانند به يکي از روش هاي زير توليد شوند.
1) روش پرس خشک (Dry Dress Process)
2) ريخته گري مذاب (fused Cast)
3) قالبگيري دستي (hand Moldes)
4) شکل دهي پخته شده ، خام و يا بايندر شيميايي
5) بي شکل(مونوليتيک -پلاستيک-جرم هاي کوبيدني -تزريقي - قابل قالب گيري و اسپري شونده)

طبقه بندي براساس شکل فيزيکي


ديرگدازها را بر اساس شکل فيزيکشان نيز مي توان طبقه بندي کرد.اين مواد مي توانند ديرگدازهاي شکل داده شده و يا بي شکل باشند.ديرگدازهاي شکل داده شده عموماً به عنوان آجرهاي ديرگدازه وديرگدازهاي بي شکل به عنوان ديرگدازهاي مونوليتيک معروفند. ديرگدازهاي شکل داده شده (Shaped refractones)
ديرگدازهاي شکل داده شده آنهايي هستند که در هنگام تحويل به مصرف کننده داراي شکل معيني هستند ما اين ديرگدازها را آجر مي ناميم
شکل آجرها ممکن است به دو حالت تقسيم بندي شوند.يکي از آنها اشکال استاندارد است وديگري اشکال خاص.اشکال استاندارد داراي ابعادي هستند که بوسيله ي اکثر توليد کنندگان ديرگدازها مورد قبول است.واين توليد کننده ها از اين ابعاد پيروي مي کنند.اين ديرگدازها عموماًٌ در کوره هاي همسان قابل کاربرد هستند.
ديرگدازهاي شکل داده شده عمدتاً بوسيله ي ماشين پرس توليد مي شود .بنابراين انتظار مي رود که خواص آنها هموژن باشد.البته برخي از ديرگدازهاي شکل داده شده که بوسيله ي قالب گيري دستي توليد مي شوند داراي خواص غير هموژني هستند.

ديرگدازهاي بي شکل (unshped Refractones)


ديرگدازهاي بي شکل داراي هندسي معيني نيستند و در حين کاربرد شکل داده مي شود.اين دير گدازها بيشتر با نام ديرگدازها مونوليتيک شناخته مي شود.اين ديرگدازها به صورت زيرطبقه بندي مي شود.
الف) ديرگدازهاي پلاستيک (pbstic refractories)

ديرگدازهاي پلاستيک، مخلوط هايي هستند که در حالت پلاستيک وسفت آماده مي شوند.واين نوع ديرگدازها به صورت توده هايي که در لفاف پلي اتيلن پيچيده شده اند،به مصرف کننده تحويل داده مي شوند .درحين استفاده توده ي بزرگ از اين نوع ديرگداز به قطعات کوچک تر بريده مي شود وبدون هيچ عمل ديگر برروي آن، درمکان مورد نظر پاشيده ويا کوبيده مي شود.اين کار بوسيله ي يک کوبنده ي بادي انجام مي شود.اين ماده ي پلاستيک به راحتي به هر شکل وفرم مورد نظر تبديل مي شود.
ب) مخلوط هاي کوبيدني (Ramming Mixes)

مواد ديرگداز کوبيدني آنهايي هستند که از اندازه ي ذرات شان به دقت درجه بندي شده است تا بتوان آنها را راحت تر اعمال کرد.اين مواد عموما به صورت خشک به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. مصرف کننده درهنگام نياز اين ديرگدازها را با مقدارکمي آب مخلوط مي کند وسپس از آنها استفاده مي کند.مخلوط هاي کوبيدني نيز وجود دارند که به صورت مرطوب به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. ودرهمان زمان قابل استفاده هستند.استفاده از آنها بوسيله ي کوبنده هاي بادي انجام مي شود.
ج) مخلوط هاي قابل ريختن (Castable)

قابل ريختن براين مسئله دلالت دارد که اين مواد به طور طبيعي قابليت گيرش هيدورليک دارند.اين ديرگدازها موادي هستند که داراي درصدي با يندر سيماني(معمولا سيمان آلوميناتي)هستند.اين ديرگدازها وقتي با آب مخلوط شوند قابليت گيرش هيدروليک دارند. مواد چسبنده ي کلسيم آلوميناتي بايد به خوبي دراين ديرگدازها پيوند ايجاد کنند تا از جذب رطوبت به داخل ديرگدازها جلوگيري شود. علاوه براين مسئله استحکام اين بايندر پس از 6 تا 12 ماه شروع به کاهش مي کند اين مواد به صورت ريختگي اعمال مي شوند.وهمچنين به نام بتن هاي ديرگدازها معروفند.
د) مخلوط هاي پاشيدني (Gunning Mixes)

مخلوط هاي پاشيدني مواد ديرگدازي هستند که به صورت گرانول تهيه مي شوند .اين گرانول ها بر روي سطح مورد نظر اسپري مي شوند .براي پاشيدن اين مواد از تفنگ هاي پاشنه ي بادي (Guns air plocement)متنوعي استفاده مي شود.اين ديرگدازها بوسيله ي حرارت استحکام مي يابند وبراي کارهاي ترميمي و اصلاحي درکوره ها و پاتيل ها استفاده مي شوند.
ه) مخلوط هاي محافظ (Fettling Mixes)

مخلوط هاي محافظ مواد ديرگدازي به شکل گرانول هستند که عملکرد آنها شبيه به مخلوط هاي پاشيدني است.امّا اين مخلوط هاي بوسيله ي پارو به داخل کوره ريخته مي شوند تا نواحي آسيب ديده ي کوره ترميم شوند.
و) ملات ها (Mortars)

ملات ها گروهي از ديرگدازها هستندکه نه جزء گروه آجرهاي ديرگداز هستند نه جزء گروه ديرگدازهاي مونوليتيک .اين ديرگدازها مواد نسوز نرمي هستند که به خاطر ترکيبشان درحين مخلوط شدن با آب خاصيت پلاستيک پيدا مي کنند.اين مواد براي ايجاد پيوند بين آجرها در فرآيند آجر کاري استفاده مي شوند ودر بين آجرها ايجاد مي کنند تا سطوح نامنظم آجرها به هم متصل گردند.همچنين لايه ي بوجود آمده دربين آجرها فضاهاي بوجود آمده دربين آجرها را نپذير مي کنند.واز نفوذ سرباره وعوامل خورنده به داخل ساختار ديرگداز جلوگيري مي کنند.