علم سرامیک

سنگ معدن ، مکافی و زمین شناسی
 

سنگ های آذرین
 

سنگ های دگرگون
 

سنگ های رسوبی
 

فرآوری
 

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

پژوهشگر دانشگاه علم و صنعت ايران موفق به توليد لعاب صنعتي از باطله كائولن‌شويي شد.

مهدي حيات بخش- مجري اين طرح - در گفت‌وگو با خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا) خاطرنشان كرد: كائولن يك سري مواد معدني است كه از يك معدن در مرند در پروسه شستن كائولن توليد مي‌شود.

وي گفت: اين ماده‌ها، ماده‌هاي دورريزي هستند كه به مقدار زياد توليد مي‌شوند و به دليل ناخالصي و ريزدانگي زيادي كه دارند در صنعت از آن‌ها استفاده نمي‌شود و با انبار كردن موجب آلودگي زيست محيطي نيز مي‌شوند.

اين پژوهشگر تصريح كرد: كائولن همچنين منجر به ايجاد آلودگي تنفسي مي‌شود و از آنجايي كه بي ارزش و دور ريز است سعي كرديم به گونه مطلوب از آن استفاده كنيم كه در نهايت به توليد لعاب كاشي كف انجاميد.

حيات بخش خاطرنشان كرد: با استفاده از اين ماده در توليد لعاب كاشي كف توانستيم مقاومت شيميايي و استحكام را بالا ببريم كه كاشي توليد شده استفاده هاي متعددي دارد.

وي اظهار داشت: از اين محصول در صنعت ساختمان سازي، كارخانه‌هاي توليد لعاب و توليد كاشي كه بازار خوبي دارد استفاده مي‌شود به شرطي كه به مرحله صنعتي برسد.

‌اين محصول در نمونه آزمايشگاهي توليد شده و تقريبا يك نمونه توليد نيمه صنعتي را طي كرده اما هنوز به مرحله تجاري شدن نرسيده است.
 

واکنشهاي گرمائي کائولينيت و

محاسبة پرت حرارتي آن

دگرگونيهاي ساختاري کائولينيت

رس هاي از نوع کائولن مجموعه اي از دگرگوني هاي فازي را در هنگام عمليات حرارتي در هوا و در فشار اتمسفريک از خود نشان مي دهند.

دِهيدروکسيلاسيون گرماگير (Endothermic dehydroxylation) يا به بيان ديگر آب زدائي (dehydration) در گسترة دمائي ۶۰۰-۵۵۰ درجه سلسيوس آغاز مي شود تا متاکائولن نامنظم (Al₂Si₂O₇) را به وجود آورد. مشاهده شده است که از دست رفتنِ هيدروکسيل (-OH) تا دماي ۹۰۰˚C ادامه مي يابد و به اُگزولاسيون (oxolation) تدريجي متاکائولن نسبت داده مي شود (منبع شمارة 1 را ببينيد). به دليل عدم توافق تاريخي که در مورد طبيعتِ فاز متاکائولن وجود دارد، بررسي وسيع منجر به اين توافق عمومي شده است که متاکائولن آميختة ساده اي از سيليس بي ريخت (SiO₂ آمورف) و آلومينا (Al₂O₃) نيست؛ بلکه يک ساختار بي شکل پيچيده است که در نتيجة انباشتن لايه هاي شش گوش (هگزاگونال) خود، يک نظم با دامنة کمي بلندتر را برقرار مي دارد (منبع شمارة 1 را ببينيد).

2 Al₂Si₂O₅(OH)₄ → 2 Al₂Si₂O₇ + 4 H₂O

گرم کردن بـيـشتر تا ˚C ۹۵۰-۹۲۵متـاکـائولن را به يک اسپـينل آلـومينيوم-سيليسيوم ناقص (Si₃Al₄O₁₂) تبديل مي کند که گاهي اوقات نيز به عنوان يک ساختار نوع آلوميناي گاما به آن اشاره مي شود.

2 Al₂Si₂O₇ → Si₃Al₄O₁₂ + SiO₂

بر اثر تکليس (کلسيناسيون) تا حدود ˚C ۱۰۵۰ فاز اسپينل (Si₃Al₄O₁₂) جوانه مي زند و مطابق واکنش زير به مولايت (mullite, 3Al₂O₃·2SiO₂) و کريستوباليت بسيار بلوري (SiO₂) استحاله مي يابد:

3 Si₃Al₄O₁₂ → 2 Si₂Al₆O₁₃ + 5 SiO₂

پرت حرارتي کائولينيت خالص چه قدر است؟

ساختار کائولينيت را مي توان به صورت Al₂Si₂O₅(OH)₄ يا Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O با جرم مولي ۱۴/۲۱۰ gr/mol نشان داد. بر اثر گرما دادن تا ˚C ۶۰۰ آب شيميائي (پيوندي و نه آب فيزيکي يا آزاد که به آساني بر اثر تبخير خارج مي شود و در فرمول شيميائي در نظر گرفته نمي شود) به صورت دو مولکول آب (با جرمي حدود gr ۳۶) خارج مي شود و متاکائولن نامنظم تشکيل مي گردد. چون کائولينيت ترکيب ديگري در ساختار خود ندارد تا با از دست دادنِ آن کاهش وزن پيدا کند، پس پرت حرارتي (Loss of ignition, L.O.I.) کائولينيت خالص برابر خواهد بود با:

13/17 = 100 × (14/210 / (14/174 – 14/210) = L.O.I. _{Pure Kaolinite}

بنابراين، هر چه پرت حرارتيِ يک مادة معدني رسي بالاتر باشد و تا دماي حدود ˚C ۱۲۵۰پديدة انبساط (به جاي انقباض در اثر پخت) رخ دهد، محتواي کائولينيت آن مادة اوليه بالاتر است؛ به شرطي که کربناتها و سولفاتها در آن حضور نداشته باشند.

منابع:

1) Kaolinite

۲) Mullite

۳) Clay structures

بخش نخست – تعريف ها، انواع و مشخصه هاي خاکها

 منبع: هندبوک فشردن خاک

 ترجمه: « ابوالفضل گروئي »

 «خاک» به صورت درجا تشکيل مي شود يا توسط نيروهاي طبيعي مانند يخچالها، باد، درياچه ها و رودخانه ها به صورت رسوبي يا شيميائي رسوب داده مي شود.

 انواع خاک و شرايط

 در بيشتر موارد، انواع خاک بر اساس « اندازة دانه » دسته بندي مي شوند که با گذراندنِ خاک از ميانِ مجموعه اي از الکها براي غربال کردن يا جداسازي اندازه هاي مختلفِ دانه تعيين مي گردد. خاکها با سامانة (سيستمِ) AASHTO (جامعة رسمي راهها و حمل و نقل آمريکا) در 15 گروه طبقه بندي مي شوند. خاکهائي که در طبيعت يافت مي شوند، تقريباً هميشه ترکيبي از انواع خاکها هستند. خاکي که خوب درجه بندي شده باشد (well-graded)، از گسترة وسيعي از اندازة ذرات تشکيل شده است که ذرات کوچکتر حفره هاي ميانِ ذرات بزرگ تر را پر مي کنند و اين يک ساختارِ چگال ايجاد مي کند که به خوبي متراکم مي شود.

سه گروه خاک اصلي وجود دارد:

■ چسباننده

■ دانه دانه

■ آلي (اين خاک براي متراکم کردن مناسب نيست و در اينجا در موردي آن بحث نخواهد شد).

 آزمون الک

 خاک هاي چسباننده

 خاکهاي چسباننده کوچکترين ذرات را دارند. رس، يک گسترة اندازة ذره از 00004/0 اينچ تا 002/0 اينچ (يک تا 50 ميکرون) دارد. سيلت (silt) گستره اي از 0002/0 اينچ تا 003/0 اينچ (پنج تا 75 ميکرون) دارد. رس در پر کردن پشته (خاکريز)ها استفاده مي شود و بسترهاي حوضي شکل (تالابي) را نگه مي دارد.

مشخصه ها

خاکهاي چسباننده متراکم هستند و با جاذبة مولکولي به طور محکم به يکديگر مي چسبند. وقتي مرطوب شوند، پلاستيک (خميري) هستند و مي توانند قالبگيري شوند اما وقتي خشک شوند، بسيار سخت مي گردند. مقدار آب مناسب که به خوبي توزيع شده باشد براي تراکم مناسب بحراني است. خاکهاي چسباننده معمولاً به نيروئي مانند ضربه يا فشار احتياج دارند. سيلت (silt) به طور قابل ملاحظه چسبندگي کمتري نسبت به رس دارد. به هر حال، سيلت خيلي به محتواي آب متکي است.

Sand - Gravel

خاکهاي دانه دانه

خاک هاي دانه دانه گستره اي از اندازة ذره از 003/0 اينچ تا 08/0 اينچ (75 ميکرون تا دو ميليمتر) را که ماسه (sand) ناميده مي شوند و نيز از 08/0 اينچ تا 0/1 اينچ (دو تا 25 ميليمتر – ماسة ريز تا متوسط) را در بر مي گيرند. خاک هاي دانه دانه براي خواص زهکشي آب (water-draining) شان شناخته شده اند.

مشخصه ها

شن و گراول ( gravel- ماسه) دانسيتة بيشينه را هم در حالتِ کاملاَ خشک و هم در حالت اشباع شده به دست مي آورند. منحني هاي آزمايشي نسبتاً هموارند به طوري دانسيته مي تواند بدون توجه به محتواي آب به دست آيد

نام کائولن از شهر کوچک Kao-ling (به معنای تپه بلند) در چین آمده است، جائیکه اولین نمونه از این ماده استخراج شد. فرمول کائولینیت Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O است. کائولن توده ای متراکم از مواد خاکی و میکروکریستالی با سختی یک، وزن مخصوص 6/2 و جلای کمی مرواریدی. کائولن حاصل دگرگونی مواد آلومینیوم سیلیسی (فلداسپارها، پلاژیوکلاز، فلداسپاتوئید) سازنده سنگها در عمق محصول است.

به طور خیلی خلاصه منشأ این ذخایر، دگرگونی فلداسپارهای صخره ای بلوری است که منجر به خروج همزمان عنصرهای قلیائی (سدیم و پتاسیم) میشود. در موارد نادری که کائولن نزدیک به خالص تشکیل میگردد (معمولاً از رگه های فلداسپاتی)، سفید شیری است، پلاستیسیته پائین و سطحی چرب دارد که وقتی لمس شود لایه نازک سفید رنگ پایداری روی پوست بر جای میگذارد.

تصویری از کانی کائولینیت نسبتاْ خالص.

معمولاً ذخایر کائولینیتی مخلوطهایی از کائولینیت، کوارتز (مقاوم در برابر پدیده های دگرگونی و تغییر شکل) و فلداسپارها (اثرهایی از تجمع ناقص و عمل دگرگونی) هستند، اما اکسیدهای آهن (علت اصلی رنگدار شدن ماده) و میکاها نیز باید در نظر گرفته شوند.

عموماً ذخایر کائولن منشأ اولیه دارند. این بدان معناست که آنها در همان جایی هستند که صخره های منبع وجود دارند و بنابراین حمل نمیشوند. حال آنکه ذخایر ثانویه آنهایی هستند که جابجا شدن و ته نشینی دوباره در یک محیط آبی (معمولاً استخری) را از سر میگذرانند.

استفاده از کائولن در سرامیک به حدود ده درصد تولید جهانی محدود میشود، حال آنکه به عنوان ماده سفید کننده و پُر کننده به صورت گسترده در صنعت کاغذ سازی به مصرف میرسد.

صنعت سرامیک از مواد خالص استفاده نمیکند بلکه مخلوطی از کانیهائی را که دو خانواده بزرگ از فرآورده ها را میسازند، مصرف میکند:

بالکلی (ballclay) و خاک چینی (china clay).

تفاوت بالکلی و خاک چینی

بالکلی محتوای کائولن کمتر با حضور واضحتر کانیهای میکائی و کوارتز دارد. در مقابل، فرآورده های خاک چینی مقدار بالاتر کائولینیت (90-80 درصد) و مقدار اندکی از کانیهای میکائی دارند و در عمل به مواد کائولینیتی خالص نزدیک هستند.

2-1- کائولینیت در بدنه های سرامیکی

 در هنگام انجام مراحل پرس و پخت، واکنشهای فرآورده های بالکلی و خاک چینی با هم متفاوت است که میتوان آنها را به صورت زیر جمع بندی کرد:

بالکلی

در هنگام پرس کردن به صورت معمولی انبساط می یابند؛

در فرآورده ناپخته، هم خام و هم خشک مقادیر استحکام خمشی عالی دارند و بنابراین نشان دهنده میزان بالای پلاستیسیته است؛

نمونه های پخته شده در ۱۰۲۰ ˚C انقباض محدود 2-0 درصد و سطح تخلخل ظاهری 20-18 درصد دارند؛

با در نظر گرفتن میزان «ناخالصی»های حاضر که فرآیند زینترینگ را آسان میکند، نمونه های پخته شده در ۱۰۲۰ ˚C سظوح بالای مقاومت مکانیکی (از 50 تا ۱۵۰ Kg/cm² ) خواهند داشت.

ضریب انبساط گرمائی در ۱۰۲۰ ˚C در گستره ای از ۱۷۰-۱۲۰ ضرب در ده به توان منهای ۷ بر درجه سلسیوس قرار دارد.

خاک چینی

انبساط پس از پرس بالائی دارند؛

ماده ناپخته، هم خام و هم خشک مقاومت مکانیکی ضعیفی دارد؛

در هنگام خشک شدن انبساط زیادی دارد؛

هنگام پخت در ۱۰۲۰˚C  انقباض ابعادی مشاهده نمیشود و به جای آن انبساط اندک با مقادیر جذب آب بالا (30-25 درصد)، مقاومت مکانیکی پائین در محصولات پخته (Kg/cm² ۳۰-۶۰) و ضریب انبساط گرمائی کم  ۱۴۰-۱۱۰ ضرب در ده به توان منهای ۷ بر درجه سلسیوس خواهیم داشت.

بنابراین با ماده بسیار دیرگدازی سر و کار داریم که در خالصترین شکل خاک چینی میتواند در گستره 15-10 درصد در بدنه های استون ور پرسلانی به کار رود.

2-2- کائولینیت در بدنه های استون ور پرسلانی

قبلاً ذکر شد که کائولینیت یا خاک چینی در بدنه های استون ور پرسلانی با سطح محتوایی که از 10 تا 15 درصد تغییر میکند، استفاده میشود؛ اما نقش و کارکرد حقیقی آن در بدنه پرسلان چیست؟

علاوه بر ایجاد سفیدی معین در توده، کائولینیت حامل اصلی آلومینیوم اکسید یا آلومینا (Al₂O₃) است که در مرحله شیشه ای شدن بدنه تعادل واکنش را تنظیم میکند. در واقع، آلومینا میتواند همراه با عناصر قلیائی گدازآور سهمی در تشکیل فاز شیشه ای از نوع سیلیسی-آلومینائی داشته باشد. از سوی دیگر، در طول فرآیند پخت فاز مولایت (3Al₂O₃∙2SiO₂) را تشکیل میدهد که با ساختار سوزن مانندی که دارد، به عنوان «استخوان بندی» برای فرآورده های حاصل عمل میکند و بنابراین در افزایش استحکام مکانیکی سهیم میشود.

از نظر زمین شناسی، ارایه تعریف ساده و دقیق از کانیهای رسی مشکل است اما این نوع کانیها را به طور کلی میتوان سیلیکاتهایی با ساختار لایه ای دانست که منشأ ثانویه دارند. منظور از رسیهای ثانویه، رسهایی هستند که از تأثیر عوامل فرساینده محیطی یا هوازدگی سنگهای اولیه (یا آتشفشانی مانند گرانیتها و بازالتها) تشکیل شده اند. . .

* توجه داشته باشید که در این دسته بندی، کانیهایی چون میکا، تالک، کلریت و سرپنتین نیز قرار میگیرند که در اصل کانی رسی محسوب نمیشوند.

این تصویری از کوارتز است اما واحدهای تکرارشونده SiO₄)^-4) را هم نشان میدهد. واحدساختاری بار خالص ۴- دارد، اما کوارتز در نتیجه به اشتراک گذاشتن O بار خالص صفر است.

چهار وجهی SiO4)^-4)

واحد سازنده سیلیکاتهای لایه ای است. با اتصال سه اتم اکسیژن هر چهار وجهی به واحدهای مشابه، ساختمان پیوسته ورقه ای تشکیل میشود که میتواند به طور نامحدود در جهات مختلف صفحه امتداد یابد. یک اکسیژن باقیمانده از هر چهار وجهی نیز (که باردار یا سیر نشده است) باید برای رسیدن به حالت خنثائی الکتریکی در شبکه با کاتیونهای خارجی پیوند برقرار کند.

شمای چهار وجهی SiO4)^-4).

هشت وجهی آلومینیوم Al(OH)₆^-3.

در بیشتر چنین ساختمانهایی، واحدهای سیلیسی به شکل حلقه های شش ضلعی (هگزاگونال) به گونه ای آرایش پیدا میکنند که هر واحد SiO₄)^-4) در صفحه هگزاگونال از طریق یک اکسیژن با واحدهای دیگر اتصال یابد. زاویه پیوند Si-O-Si میتواند تغییر کند و شکلهای مختلفی از ساختمانهای حلقه ای را به وجود آورد، اما در بیشتر موارد زاویه پیوندی Si-O-Si در حدود '34˚141 باقی میماند.

ورقه چهار وجهی.

ورقه هشت وجهی.

مقایسه چهار وجهی سیلیسی و هشت وجهی آلومینیوم.

با توجه به وجود یک اکسیژن سیر نشده در هر چهار وجهی SiO₄)^-4) و برای خنثی شدن بارهای الکتریکی سیلیکاتهای لایه ای، یک لایه از ساختمان هیدراکسیدی با یک لایه از ساختمان تشکیل شده از چهار وجهیهای سیلیسی پیوند برقرار میکند. دو نوع ساختمانی که میتوانند با ساختمانی از یک لایه تشکیل شده از چهار وجهیهای SiO₄)^-4) پیوندهای شیمیایی برقرار کنند، هیدراکسیدهای عناصر دو و سه ظرفیتی (مانند منیزیم و آلومینیوم) هستند. در هر دو حالت، کاتیونها با واحدهای آنیونی عدد هم آرایی (عدد کوئوردیناسیون، coordination number) شش (6) دارند. این نوع کاتیونها، یونهای هیدراکسیدی مانند بروسیت و گیبسیت هستند.

چپ) ساختمان کانی رسی دو لایه ای ۱:۱ (یک لایه چهار وجهی و یک لایه هشت وجهی)؛

راست) ساختمان کانی رسی سه لایه ای ۲:۱ (تشکیل شده از دو لایه چهار وجهی که نسبت به هم وارونه اند و یک لایه هشت وجهی در بین آنها).

ساختمان سیلیکاتی لایه ای با ایجاد پیوندهای کووالانسی یا یونی میتواند به طور نامحدود در دو بعد گسترش یابد؛ اما رشد چنین ساختمانی در جهت عمود بر صفحه قاعده چهار وجهیهای سیلیسی امکانپذیر نیست. به جای آن، در بالای لایه هیدراکسیدی، لایه دیگری از واحدهای SiO₄)^-4) میتواند به صورت وارونه وجود داشته باشد. پیدایش این لایه های جدید ناشی از پیوندهای کووالانسی یا یونی نیست. با چنین آرایشی لایه ها میتوانند گسترش یابند و شکلهای متنوعی از کانیهای سیلیکاتی لایه های را ایجاد نمایند. دو گروه اصلی سیلیکاتهای لایه ای عبارتند از:

سیلیکاتهای دو لایه: یک لایه صفحه ای سیلیکاتی با یک لایه هیدراکسیدی اتصال یافته است.

ساختار لایه کائولینیت.

صفحات کریستالوگرافی در بلور کائولینیت. خط چین، صفحه محوری نوری را نشان میدهد.

سیلیکاتهای دولایه با کاتیون سه ظرفیتی. تنها کاتیون در این نوع کانیها، کاتیون آلومینیوم (Al⁺³) است. هر کاتیون آلومینیوم در یک لایه به سه واحد هیدراکسیدی و در لایه دیگر به دو اکسیژن و یک واحد هیدراکسیلی متصل شده اند. شبکه از طریق پیوند ضعیف هیدروژنی در امتداد محور c کریستالوگرافی گسترش می یابد و کریستالهای صفحه ای شکل (پولک مانند) تشکیل میشوند.

به دلیل وجود آرایشهای فضائی مختلف در شکل گیری سیلیکاتها، کانیهای کائولینیتی گوناگونی نیز وجود دارند که ترکیب شیمیائی تمام آنها Al₂Si₂O₅(OH)₄ است ولی خواص متفاوتی دارند. کانیهای کائولینیت، ناکریت، دیکیت، هالویزیت و لیوزیت واجد چنین ویژگی ساختمانی هستند.

کائولینیت به عنوان یک سیلیکات دو لایه.

سیلیکاتهای دولایه با کاتیون دو ظرفیتی. کاتیونهای منیزیم و آهن II (بیشتر یون منیزیم) میتوانند در ساختمانهای سیلیکاتی دو لایه ای شرکت کنند. عدد هم آرائی کاتیونها در این حالت هشت (8) است و برای رسیدن به خنثائی الکتریکی در شبکه، هر سه مکان هشت وجهی روی یک حلقه هگزاگونال سیلیسی قرار میگیرند. از چنین ساختمانهای منیزیمی میتوان «آنتی گوریت» با فرمول Mg₃Si₂O(OH)₄ را نام برد. تفاوتهای میان کانیهای دیگر این گروه به احتمال زیاد ناشی از جایگزینی یون دو ظرفیتی آهن با منیزیم و یا ناشی از ماهیت لایه قرار گرفته بر روی لایه سیلیسی باشد.

اثر ظرفیت کاتیون بر ساختار سیلیکاتهای دولایه. در سیلیکاتهای دو لایه با کاتیون دو ظرفیتی هر سه مکان هشت وجهی روی یک حلقه هگزاگونال قرار میگیرند و در نتیجه سریهای «تری اکتاهدرال» یا «سه هشت وجهی» را به وجود می آورند. اما در سیلیکاتهای دو لایه با کاتیون سه ظرفیتی آلومینیوم (مانند کائولینیت) هر دو هشت وجهی روی یک حلقه هگزاگونال سیلیسی قرار میگیرند و در نتیجه کانیهای سری «دی اکتاهدرال» یا «دو هشت وجهی» را میسازد.

سیلیکاتهای سه لایه ای: لایه سیلیسی دیگری به شکل وارونه بر روی لایه هیدراکسیدی ایجاد میشود. به عبارت دیگر، ساختاری از یک لایه واحدهای سیلیسی، یک لایه هیدراکسیدی و یک لایه دیگر سیلیسی تشکیل میگردد.

نمائی از ساختمان سه لایه تالک (Mg₃Si₄O₁₀.(OH)₂).

ساختار « مونت موریلونیت » که در آن کاتیونهای قابل تعویض با کره های قرمز رنگ مشخص شده اند.

ساختار "مونت موریلونیت" به عنوان یک کانی رسی سه لایه ای.

کلمه "اسمکتایت smectite" برای توصیف خانواده ای از کانیهای رسی فیلوسیلیکاتی (phyllosilicate) منبسط شونده که دو لایه چهار وجهی سیلیسی و یک لایه هشت وجهی آلومینیوم دارند به کار میرود. در اینجا، محل استقرار کاتیونهای قابل تعویض (کره های سبز) را در مکانهای هیدروکسیل به روشنی میتوان دید.

كلمه بال كلي روزانه توسط تعداد زيادي از مردم در اقصي نقاط دنيا مورد استفاده قرار ميگيرد بدون آنكه اغلب آنها بدانند كه دقيقاً از چه چيزي صحبت مي‌كنند، بال‌كلي يك كاني فوق‌العاده كم‌ياب است كه در نقاط معدودي از جهان يافت مي‌گردد. بال‌كلي بخش ضروري بيشتر بدنه‌هاي سفالي و سراميكي مي‌باشد. اين ماده به آساني غالب‌گيري شده و پس از پخت در حرارت بالا به رنگ سفيد يا نزديك به سفيد در مي‌آيد و از اين رو به درستي مي‌توان بال‌كلي‌ها را از جمله رس‌هاي مفيد در صنايع سراميك ناميد. تاريخچه نام‌گذاري بال‌كلي‌ها به روش‌هاي ابتدايي برداشت و استخراج آنها از معدن (اولين بار در انگلستان) باز مي‌گردد، به اين شكل كه در ابتدا از ابزارهاي دستي ويژه‌اي جهت استخراج اين مواد استفاده مي‌گرديد كه آنها را در اشكال مكعبي شكل ناهموار و با ابعادي حدود 30 سانتيمتر برداشت مي‌نمود، اما به علت انتقال، جابجايي و ذخيره‌سازي اين قطعات مكعب شكل، به تدريج گوشه‌ها و زواياي آنها ضربه خورده و گرد مي‌شدند و به شكل توپ در مي‌آمدند و از اين رو به نام بال‌كلي (رس توپي) شناخته مي‌شوند.
تصوير هوايي از رخنمون شرقي حوزه بووي (Bovey Basin)
تركيب شيميايي: بال‌كلي نوعي رس، همانند كائولن مي‌باشد و تفاوت آن با كائولن در داشتن پلاستيسيته بالا و مقاومت كمتر در برابر حرارت است. اما در تركيب شيميايي بال‌كلي و كائولن تفاوت چنداني ديده نمي‌شود و تنها در نسبت و ميزان سيليس شركت‌كننده در تركيب داراي اختلاف مي‌باشند. تركيب عمومي بال‌كلي‌ها غالباً شامل 20 تا 80 درصد كائولينيت، 10 تا 25 درصد ميكا و 6 تا 65 درصد سيليس (كوارتز) مي‌باشد. به‌علاوه كاني‌هاي فرعي ديگر و برخي مواد كربناته كه داراي منشاء گياهي مي‌باشند در تركيب آنها حضور دارند. البته در منابع مختلف تركيبات ديگري نيز براي آنها ذكر گرديده كه داراي تفاوت‌هاي اندك مي‌باشند مثلاً مقدار كائولينيت را بين 20 تا 95 درصد، كوارتز 10 تا 70 درصد، ايليت و كلريت 5 تا 45 درصد ذكر كرده و مواد آلي، مونت‌موريونيت‌ها، تركيبات آهني، اكسيد تيتان و نمك‌هاي محلول را از جمله ناخالصي‌هاي آن در نظر گرفته‌اند. بايد توجه داشت كه گستره دامنه تغيير در تركيب شيميايي و كاني‌شناسي و نيز در اندازه رس‌هاي سازنده تركيب، به مشخصات و ويژگي‌هاي متفاوت و منحصر به فرد رگه‌هاي رسي نازك شكل گرفته در داخل يك پهنه رسوبي بستگي دارد.
منشاء و نحوه شكل‌گيري: بال‌كلي يك رس رسوبي مي‌باشد كه داراي منشاء طبيعي بوده و نيز به عنوان يك رس ثانويه شناخته مي‌شود، اين بدان معناست كه عوامل هوازدگي طبيعي باعث انتقال آن از محل و منشاء اوليه خود كه از آن سرچشمه گرفته است گرديده‌اند، رنگ طبيعي آن مي‌تواند از زرد كم رنگ تا مشكي متغير باشد كه اين تغير رنگ به حضور ساير كاني‌هاي موجود در آن و ساير موادي كه با آن رسوب كرده‌اند، بستگي دارد. اين ماده عموماً با درصدي از ماسه و رسوبات كربن دار (ليگنيت) همراه مي‌باشد، به‌طور مثال برخي از لايه‌ها به‌طور عمده از ماسه‌هاي كوارتزي ساخته شده‌اند و برخي واحدها تقريباً به‌طور كامل ليگنيتي هستند، اما اكثر لايه‌هاي سازنده بال‌كلي‌ها مشتمل بر تركيبي از كاني‌هاي رسي ريز دانه (به ويژه كائولينيت) به همراه تركيب متغيري از رسوبات سيليس و كربن‌دار مي‌باشند. عاملي كه باعث تغير در نسبت عناصر تشكيل‌دهنده آن مي‌شود، به محتوي مواد ورودي به رودخانه و هر محيط رسوبگذاري كه رسوبات در آنجا ته‌نشست مي‌يابند بستگي دارد، در حقيقت محتوي رسوبات و كاني‌هاي رسي موجود در آنها به‌طور عمده به سنگ منشاءهايي كه از آنها ايجاد گرديده‌اند وابسته است. تحقيقات نشان مي‌دهد كه هوازدگي عميق و طولاني مدت سنگهاي منشاء، تقريباً تمام اكسيدهاي آهن موجود در آن را از بين مي‌برد، اين اكسيد‌ها در واقع عامل اصلي رنگ‌هاي زرد، قهوه‌اي و يا قرمز در نهشته‌هاي رسي شكل گرفته در حوضه رسوبي محسوب مي‌گردند. از رس‌هاي رنگي شكل گرفته حاصل از اين اكسيد‌ها عموماً براي ساخت آجرهاي ساختماني، لوله‌هاي فاضلاب و سفال‌هاي رنگي استفاده مي‌شود ولي در صنايع سراميك‌هاي سفيد كاربرد ندارند. در مناطقي كه زمين هاي بالادست و ارتفاعات يك حوضه رسوبي، از سنگهایی با منشاء گرانيتي هستند و منابع و ذخاير رسي از هوازدگي عميق آنها شكل گرفته است، بال‌كلي‌هاي حاصل از آنها خصوصياتي شبيه به كائولينيت‌ها خواهند داشت، يعني داراي ذرات درشت و نه چندان پلاستيك اما داراي رنگ پخت سفيد مي‌باشند، ولي چنانچه منشاء كاني‌هاي رسي، آلتراسيون سنگ‌هاي ديگري به غير از گرانيت‌ها باشد، رس‌هاي شكل گرفته اغلب داراي قطعات سازنده كوچكتري بوده و خصوصيات پلاستيسيته بالا دارند اما در عوض داراي رنگ پخت تيره‌تر (زرد تا كرم) مي‌باشند. به‌طور كلي براي تشكيل و نگهداري ذخيره‌هاي رسوبي بال‌كلي، به يك سري شرايط زمين‌شناسي كم‌ياب احتياج مي‌باشد: اين شرايط شامل: الف – سنگ منشاء‌هايي كه به لحاظ ميزان كائولينيت غني بوده و عمدتاً كم‌ترين ميزان انواع اكسيد آهن را دارا مي‌باشند. ب- فرسايش اين سنگ‌ها و حمل آنها به داخل مانداب‌ها و يا حوضه‌هاي آب شور يا شيرين و ادامه فرسايش تا قطعات سازنده بسيار ريز‌دانه گردند. ج- فرسايش محدود و كم دامنه بعدي و يا دفن عميق رسوبات حاصل از مرحله قبل در نهايت سبب ايجاد واحدهاي بال‌كلي مي‌گردد.
انواع خصوصيات بال‌كلي‌ها: بال‌كلي‌ها مي‌توانند داراي خصوصيات متفاوتي باشند، اين گروه از كاني‌هاي رسي را مي‌توان به دو بخش عمده تقسيم نمود: 1- رس‌هاي با رنگ پخت نسبتاً روشن كه اغلب شامل درصد قابل توجهي از عنصر كربن در تركيب خود مي‌باشند، به اين دسته از رس‌ها، رس‌هاي آبي (تيره يا روشن) گفته مي‌شود (بستگي به رنگ پس از پخت آن دارد) و بخش عمده بال كلي‌ها از اين گروه هستند. 2- رس‌هاي با رنگ پخت سفيدتر اما با خصوصيات پلاستيك كمتر كه به لحاظ محتوايي مقدار اندكي كربن داشته و يا فاقد آن هستند و در عوض داراي درصد قابل توجهي از ماسه‌هاي كوارتزي كوچك مي‌باشند. اين نوع رس‌ها اغلب به عنوان رس‌هاي شكسته شناخته مي‌شوند زيرا دانه‌هاي كوارتز با خصوصيات غيرچسبنده باعث ايجاد ترك و شكستگي سريع در آنها مي‌شوند. برخي از انواع بال‌كلي‌ها داراي خاصيت سياليت هستند كه اين ويژگي آنها را در غالب‌گيري قطعات سراميكي بزرگ نظير قطعات سرويس‌هاي بهداشتي ارزشمند مي‌نمايد (در واقع باعث افزایش سیالات دو غاب‌های ریخته‌گری مي‌شوند يعني اگر بخواهيم بدون اینکه آب اضافه کنیم دوغاب را سیال کنیم به اين ترکیب بال‌کلی اضافه می‌کنیم).

کائولن چیست؟
كائولن يك اصطلاح اقتصادي است كه براي كان‌سارهاي رسي تقريباً سفيد به كار مي‌رود. اين كانسارها اغلب شامل كاني كائولينيت و يا فرآورده‌هاي به‌دست آمده از آن مي‌باشند. در گذشته اصطلاح خاك‌چيني به عنوان مترادف كائولن استفاده مي‌شد. نام كائولن از كلمه كائولينگ چيني به معناي تپه سفيد مشتق شده است که از آن خاك كائولن استخراج مي‌شده است.

كائولن از مجموعه كاني‌هاي رسي بوده و فرمول شيميايي آن H4Al2Si2O9 است. كاني‌هاي كائولن شامل كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت مي‌باشند. فراوان‌ترين كاني اين گروه كائولينيت است. همه اين كاني‌ها جزء كاني‌هاي آلومينو -‌ سيليكات هستند كه در سيستم مونوكلينيك و يا تري‌‌كلينيك متبلور مي‌شوند. از مهم‌ترين خصوصيات كاني شناسي رس‌هاي كائولن نرمي و عدم سايندگي آنها مي‌باشد. سختي كائولن در مقياس موس در حدود 2-5/2 است. اين نرمي در كاربردهاي صنعتي آن يك مزيت محسوب مي‌شود.
رس‌هاي كائولن اكثراً از آلتراسيون كاني‌هاي آلومينيوم سيليكات در نواحي گرم و مرطوب به‌وجود مي‌آيند. فلدسپات‌ها از جمله كاني‌هاي عمومي منشاء پيدايش آنها مي‌باشند.
كائولن يا خاك چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد. آمريكا، انگلیس، روسيه، جمهوري چك و برزيل بزرگ‌ترين توليد‌كنندگان كائولن هستند.
رسوبات کائولینی Cornish که به‌وسیله IMERYS در ناحیه Cornwall و Devon استخراج می‌شوند در سال 1746 کشف شدند. اینها رسوبات اولیه هستند یعنی در همان مکانی که فرایند طبیعی دگرگونی هیدروترمال آنها را شکل داده است، یافت شده‌اند. این کائولن‌ها به‌خاطر کیفیت بسیار خوب، ثبات و میزان ذخایر بسیار زیادشان شهرت جهانی دارند.
به‌طور خلاصه خصوصيات مهم كائولن، كه مصارف متعدد آن را سبب شده است مي‌توان به‌صورت زير نام برد:
-1 از نظر شيميايي در گستره وسيعي از تغييرات PH بدون تغيير مي‌ماند.
2 - داشتن رنگ سفيد كه آن را به صورت ماده رنگي قابل استفاده مي‌سازد.
3 - دارا بودن خاصيت پوششي بسيار خوب
-4 نرمي و غير‌سايشي بودن آن
-5 قابليت اندك هدايت جريان الكتريسيته و گرما
-6 قيمت ارزان

مصارف کائولن:
بيشترين مصارف كائولن در كاغذسازي، سراميك، رنگسازي، ديرگداز، پلاستيك، لاستيك، دارويي، حشره‌كش، جذب‌كننده، مواد پاك‌كننده، مواد غذايي، تهيه داروها و تهيه كودهاي شيميايي است.
حدود 50 درصد از كائولن در كاغذسازي به عنوان پركننده و روكش، 20 درصد در صنايع سراميك و ديرگداز، 10 درصد در لاستيك‌سازي به عنوان پركننده و 20 درصد در رنگ‌سازي پلاستيك استفاده مي‌شود.
قيمت مناسب كائولن طي سال‌هاي اخير سبب شده است تا صنايع مصرف‌كننده اين محصول علاقه‌مند به استفاده از كائولن شوند.
كائولن يا خاك‌چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد. سنگ کائولين برحسب نوع پيوندهايش به دو گروه پيوند نرم و سخت طبقه‌بندي مي‌شود. مصارف سنگ کائولين با پيوند نرم عمدتاً در صنايع کاشي، چيني و سراميک‌سازي لستفاده مي‌شود و مصارف سنگ کائولين با پيوند سخت در صنايع لاستيک‌سازي و کاغذ‌سازي استفاده مي‌شود.

فرآوری کائولن
حتي بهترين کائولن‌هاي دنيا هم در حدود 20 % ناخالصي دارند. بنابراين بايستي آنها را تغليظ کرد و مواد قليايي آن را به کمتر از 5/1 % رساند.
کائولن مصرفي بايد داراي مشخصات ذيل باشد :
درصد Al2O3 بايد از 30 % بيشتر باشد.
1 - ميزان اکسيدهاي آهن Fe2O3 نبايد از 1 درصد بيشتر شود.
2 - ميزان اکسيد تيتانيوم TiO2 بايد به 2/0 درصد کاهش يابد.
3 - اکسيدهاي قليايي نبايد از 2 درصد بيشتر شود.
4 - حداکثر ميزان CaO ، 2/0 درصد و MgO ، 3/0 درصد باشد.
5 - افزايش ميزان کائولينيت نسبت به ساير کاني‌هاي موجود باعث مرغوبيت کائولن مي‌شود.
6 - ديرگدازي کائولن بايد در حدود 1700 درجه سانتيگراد باشد.
مدول گسيختگي آن بايد بيش از 10 کيلوگرم بر سانتي‌متر مربع باشد.
استخراج کائولن فرایندی پیچیده است که شامل سه عملیات مجزا است: باطله برداری، پالایش، خشک کردن
در مرحله روباز کردن معدن و باطله برداری، باطله به وسیله خاکبردارهای مکانیکی خارج می‌شود سپس آبپاش‌ها که به Monitors معروف هستند با فشار زیاد روشن شده و به سطح معدن روباز شده پاشیده می‌شود.کائولن به‌همراه ماسه و میکا از سطح سینه کار شسته شده و به پایین‌ترین قسمت‌های آن که به Sink معروف است به صورت دوغاب حرکت می‌کند. پمپ‌های سانتریفیوژ دوغاب را به کلاسیفایرهای ماسه حمل می‌کند تا ذرات درشت‌تر ماسه جداشوند.
کائولن به شکل دوغاب به‌وسیله خطوط لوله به مرحله دوم فرآیند یعنی پالایش (Refining ) حمل می‌شود. مرحله پالایش شامل یک‌سری تکنیک‌ها است که برجسته‌ترین آنها رسوب‌دهی است، برای خارج کردن ذرات ریزتر مواد ناخالصی (عمدتاً کوارتز، میکا و فلدسپار‌) از کائولن، طراحی شده‌اند. تکنیک‌های توسعه یافته و منحصر به فرد توسط IMERYS برای افزایش خلوص کائولن استفاده می‌شوند. مشخصات محصول نهایی حاصله به‌وسیله کامپیوتر و کنترل شده به‌صورت ‌تر مخلوط می‌شو د و برای اطمینان تحت آنالیز شیمیایی و آزمایش‌های کنترل کیفیت قرار می‌گیرد. مرحله آخر خشک کردن است، در این مرحله رطوبت دوغاب کائولن پالایش شده، کاهش می‌یابد، ابتدا آب به‌وسیله فیلتر پرس از دوغاب خارج می‌شود، سپس از خشک‌کن‌های حرارتی عبور داده شده تا محصول نهایی به‌دست آید.

نواحی تولید
نواحی Cornwall و Devon واقع در جنوب غرب انگلستان دارای بیشترین ذخایر جهانی رسوبات کائولن با بالاترین کیفیت هستند که اکثراً نزدیک St. Austell و رسوبات Lee Moor نزدیک Plymouth می‌باشند.
IMERYS در منطقه Cornwall و Devon،17 معدن کائولن فعال با خواص سرامیکی بسیار عالی دارد. کائولن‌های استخراج شده از ناحیهLee Moor درDevon خواصی دارد که در صنایع چینی‌مظروف از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
کائولن‌های ناحیه Cornish از تنوع استثنایی برخوردار هستند به‌طوری که تولید رنج وسیعی از کائولن‌های مناسب برای مصرف در صنایع مختلف سرامیک شامل چینی‌بهداشتی، چینی‌مظروف، فیبرهای شیشه‌ای و لعاب امکان پذیر می‌باشد. اگر چه خواص معادن مختلف متفاوت هستند اما با دقت و مراقبتی که در مرحله اختلاط‌تر صورت می‌گیرد محصول نهایی از مشخصات مورد نظر برخوردار است.

در صورتي كه تمامي KOH شسته شود، كائولينيت تشكيل خواهد شد (پايين بودن سطح آبهاي زير زميني موجب شست و شوي كامل بيشتر كاتيونها مي شود). اگر سطح آب زيرزميني بالا باشد تمامي K، Na، Ca شسته نخواهد شد و در اين حالت ايليت و اسمكتيت تشكيل مي شود.
اين كانسارها مستقيماً بر اثر فرآيندهاي هوازدگي شيميايي سنگهاي حاوي آلومينوسيليكات همزمان با دفع عناصر قليائي تشكيل مي‌شوند، و به همين دليل كانسارهاي باقيمانده يا بجا مانده به آنها گفته مي‌شود.
حاصل عمل هوازدگي در شرايط آب و هوائي استوائي قسمتي بصورت محلول از محيط خارج و قسمت ديگر بشكل مواد سخت ته‌نشين و در جا باقي مي‌ماند. اين مواد به اشكال زير مي‌توانند يافت شوند:
ـ خاكهاي معمولي بي‌ارزش از نظر اقتصادي
ـ محلولهاي بجا مانده كه مي‌تواند با نفوذ به درون زمين، كانسارهاي اكسيدي را تشكيل و با اينكه با مواد ديگر مخلوط و بصورت غني شده در آيد. كانسارهاي حاصل از اين فعل و انفعالات به نام كانسارهاي سولفيدي سوپرژن و اكسيداسيون معروفند.
ـ مواد باقيمانده بصورت مخلوطي از كاني‌هاي حاصل از هوازدگي با وزن مخصوص معمول و مواد سنگين مقاوم در برابر عوامل هوازدگي بوده كه امكان جدا شدن اين دو گونه مواد به وسيله عوامل محيطي (مانند هوا و آب) وجود دارد و در نتيجه آن نهشته‌هاي كانيهاي سنگين با ارزش به نام كانسارهاي كنستانتره مكانيكي تشكيل مي‌گردد.
ـ مواد بجا مانده داراي كاني‌هاي با ارزش و كنستانتره شده كه به نام كانسارهاي كنسانتره شده بجا مانده معروفند. ذخائر كائولن و بوكسيت معمولاً از اين نوعند. عمق نفوذ پديده هوازدگي و دگرساني از چند متر تا بيش از صد متر متغير است. عموماً‌ فرآيندهاي هوازدگي شيميايي كه نهشته‌‌هاي كائولن را بوجود مي‌آورند مشابه با تشكيل بوكسيت است و به همين دليل اغلب بوكسيت‌‌هاي لاتريتي اگر خالص باشند، يك افق كائولن در زير آن تشكيل مي‌گردد. بعبارت ديگر كائولينيتي شدن عالباً بعنوان يك مرحله حد واسط تشكيل بوكسيت‌هاي لاتريتي ظاهر مي‌شوند. وجود سولفيدهاي اكسيدي عمل كائولينيتي شدن را تسريع مي‌بخشد.
كانسارهاي كائولن در جا مانده معمولاً‌ داراي شكل نامنظم و كم و بيش در سنگ مادر بصورت زون دگرساني و هوازده ساپروليتي گسترش دارند. اين كانسارهاي داراي قلوه‌‌هاي مدور و نامنظم از سنگهاي دست نخورده و يا فقط بصورت جزئي دگرسان شده در مركز شكاف هاي بلوك‌ها مي‌باشد. برخي كانسارهاي كائولن كمربند جورجيا در آمريكا، چك و اسلواكي و برزيل اين نوع ذخاير مي‌باشند.

كانسارهاي گرمابي
از تأثير محلول هاي گرمابي( كه PH آنها اسيدي است) بر سنگهاي حاوي كانيهاي آلومين سيليكات (نظير فلدسپات ها، فلدسپاتوئيدها، ميكاها و...) در شرايط مناسب كائولينيت تشكيل مي شود. ذخاير كائولينيت گرمابي غالباً در زون هاي گسلي قرار دارند، مگر دركانسارهاي پورفيري (نوع قلع- موليبدن و تنگستن) كه منطقه گسترده اي را شامل مي شوند. كائولينيت بخشي از زونهاي آلتراسيون كانسارهاي گرمابي را تشكيل مي دهد.
در اكتشاف كانسارهاي گرمابيAu , Ag , Sb, As , Hg , F ، زون كائولينيت راهنماي مناسبي براي تعيين موقعيت اين ذخاير محسوب مي شود.
پديده دگرساني گرمابي حاصل دگرساني سنگها بوسيله آبهاي گرم است. اين عمل بسيار پيچيده و داراي مراحل متعددي مي‌باشد. منبع حرارت آبهاي گرم را مي‌توان توده‌هاي نفوذي بزرگ مانند گرانيت و يا از حرارت موجود در اعماق زياد حاصل از تجمع مواد راديواكتيو دانست. توده‌هاي گرانيتي بيشترين سنگ درونگيز كانسارهاي كائولن اوليه است. بخصوص گرانيت‌هايي كه بيوتيت و ميكاي آن كم و يا فاقد آنها باشند. در مدت دگرساني گرانيتها مقاديري از آهن خود را آزاد و موجب رنگ آميزي كائولن مي‌شوند. كانسارهايي از اين قبيل را مي‌توان كانسارهاي خاك چيني كورنوال در انگلستان، چك و اسلواكي و فرانسه را نام برد.
پديده كائولينيتي شدن در كانسار كورنوال طي چند مرحله صورت گرفته است. در مرحله اول اين فرآيند كاني سازي موجب ايجاد گرانيتي شدن، تورماليني شدن همراه با كاني‌هاي قلع، تنگستن و مس مي‌گردد.
بدنبال آن دو مرحله از دگرساني شامل آرژيلتي شده (حرارت پايين) و همچنين دوره طولاني از گردش آبهاي گرم تازه انجام مي‌گيرد. محصولات حاصله از تاثيرات مراحل مزبور عموماً مشابه نتايج هوازدگي مي‌باشد. بعبارت ديگر مي‌توان گفت طي اين مراحل، فلدسپات هاي موجود در گرانيت به كائولينيت همراه با ميكا ريزدانه تبديل مي‌شود كه در نواحي دگرساني شديد، ميكاي اوليه موجود در گرانيت، خود نيز به كائولينيت تبديل مي‌گردد.
توده‌هاي نفوذي و باتوليت هاي گرانيتي را مي‌توان منبع حرارت مراحل اوليه دگرساني (حرارت بالا) دانست، در حاليكه دماي حاصل از تشعشات راديواكتيو كه مقدار آن بالاتر از حد معمول اورانيوم و توريوم و گرانيت است. منشاء‌حرارت مراحل بعدي دگرساني آرژيلتي (حرارت كم) مي‌باشد.
اگر چه كانسارهاي هوازدگي (نظير كانسارههاي كائولن در بوهي‌ميا در چك و اسلواكي سابق) از اهميت بيشتري نسبت به كانسارهاي دگرساني گرمابي برخوردارند ولي كانسارهاي كوچك حاصل از گرانيت‌هاي كائولينيتي شده (در انگلستان، فرانسه، گاليا در شمال غرب اسپانيا) نيز از اهميت زيادي برخوردار مي‌باشند. اين كانسارها به نظر مي‌رسد عمدتاً حاصل از حرارت بالا نيستند. و عمل هوازدگي نقش بيشتري در تشكيل آنها داشته است.
برخي كانسارهاي كائولن مانند بوريلا (شمال اسپانيا) و سوزو نزديك شانگهاي چين حاصل از دگرساني گرمابي توده‌هاي نفوذي كوچك‌تر بوسيله مايعاتي كه احتمالاً‌ گرماي آنها از خود توده سرچشمه گرفته است، تشكيل يافته‌اند. بنابراين نهشته‌هاي كه بدين گونه بوجود مي‌آيند از نهشته حاصل از هوازدگي شيميايي سوپرژن واقع در كلاههاي هوازده محدودترند اما ممكن است در بخشهاي عميق‌تر توسعه يابد.

كانسارهاي سولفاتار Solfatara
اين كانسارها مربوط به دگرساني سنگها در شكافهاي آتشفشاني يا شكافهاي گوگردزا، مراحل پاياني فعاليت‌هاي آتشفشاني اسيدي است. بخارات يا آبهاي گرم كه سرشار از سولفور هستند و در سطح بصورت بخار از چشمه‌هاي آبگرم خارج مي‌شوند در عبور از اعماق سنگهاي آتشفشاني بطرف بالا موجب دگرساني آنها مي‌شوند. معمولاً‌با توجه به وجود سولفور آلونيت تشكيل مي‌شود.
كائولن‌هاي نوع سولفاتاز معمولاً‌ غني از سيليس هستند و به همين دليل سخت و خشن مي‌باشند. نمونه‌هاي بارز اين نوع كانسارها را مي‌توان در نواحي مديترانه نظير رم در ايتاليا،‌ جزيره ميلوز در يونان مشاهده نمود. اين نوع كانسارها عموماً‌ داراي شكل نامنظم و در يك جهت كشيده شده مانند لوله‌اي شكل يا دانه‌هاي لوبيا دراز مي‌باشند. اين شكل در ارتباط با امتداد و شكل شكاف ها و يا افق‌هاي باز كه حركت آبهاي گرم در آنها جريان دارد، مي‌باشد.
بعبارت ديگر شكل كانسارهاي سولفاتار بوسيله شكافها و افق‌هاي باز كه مجراي حركت آبهاي گرم هستند،‌ كنترل مي‌شود. برخي از اين نوع كانسارها در توف‌ها قرار دارند. و داراي لايه‌بندي مي‌باشند.
سن اين نوع كانسارها مانند كانسارهاي هوازدگي به سن سنگ مادر ارتباط ندارد ولي اغلب آنها قديمي‌تر از زمان ترشير نمي‌باشند. به همين دليل سنگهاي مادر خيلي قديمي‌تر از خود كائولن هستند. معدن فعال موجود در دره كوچك آنتي لوب كاليفرنيا در آمريكا تنها كانسار كائولن از اين نوع گزارش شده است.
{mospagebreak}
ذخاير کائولن ثانويه :
كانسارهاي ثانويه پس از حمل و نقل و رسوب كردن معمولاً در آبهاي دور از محل اصلي خود تشكيل مي‌شوند. كائولن‌هاي ثانويه نيز به سه گروه تقسيم مي‌شوند.
الف ـ‌ كائولن‌هاي رسوبي
ب ـ ماسه‌هاي كائولينيتي
ج ـ بال كلي، خاك نسوز و رس دير گداز
ارتباط گروههاي فوق بصورت تدريجي بوده و شبيه سه زنجير پيوسته به شرح زير است:
• كائولن‌هاي رسوبي - رسهاي كائولينيتي
• كائولن‌هاي رسوبي- بال كلي، خاك نسوز، رس دير گداز
• بال كلي، خاك نسوز و رس دير گداز

كائولن‌هاي رسوبي :
1. كائولن‌ها در سنگهاي رسوبي كه معمولاً‌داراي درجه خلوص بالا هستند به يكي از اشكال زير تشكيل مي‌گردند:
كائولن‌هاي اوليه كه بطور برجا تشكيل شده‌اند بر اثر فرآيندهاي هوازدگي از محل خود حمل شده و به صورت كاني آواري در حوضچه‌ها و گودالها رسوب مي‌كنند.
2. قطعات و اجزاء‌سنگها‌ (كه معمولاً‌بصورت خاك رس هستند) از منطقه اصلي خود حمل شده و در نقاط ديگر ته‌نشين مي‌گردند. قطعات مزبور چه در حين حمل و چه در بعد از ته‌نشيني تحت تاثير پديده دگرساني و تجزيه (بوسيله فرآيندهاي هوازدگي سطحي، دگرساني در محيط‌هاي آبي كم عمق مانند درياچه‌ها و تالاب‌ها و تغييرات دياژنيكي بعدي) قرار مي‌گيرند و به كائولن تبديل مي‌شوند. براي مثال هوازدگي در نواحي استوائي مي تواند رس‌ها با كيفيت پايين را به كانسارهاي كائولن قابل بهره‌برداري تبديل نمايد.
شرايط دگرساني و تغييرات ديانيكي بعدي كاني‌هاي رسي نسبت به ديگر فرآيندهاي مزبور پيچيدگي بيشتري دارد. تغييرات قابل توجه مجموعه كاني‌هاي رسي در جريان دياژنز وقتي قابل توجه است كه شرايط رسوبگذاري آن آرام و بطئي بوده و عناصر متشكله رسوبي كاملاً ناپايدار باشند و يا هنگامي كه غلظت يوني محيط دريائي و بين ذره‌اي در آن خيلي بالا باشد.
در محيط‌هاي رسوبي عادي كه سرعت رسوبگذاري آن بيش از 1 سانتيمتر در هر هزار سال است،‌تغييرات دياژنتيك زود هنگام رسوبهاي رسي فقط منجر به مبادله يوني در سطح و در فضاهاي بين لايه‌هاي ورقه‌ها مي‌شود. بخصوص يون 2+Ca كه روي رس تخريبي تثبيت شده است،‌غالباً استخلاف شده و به وسيله كاتيونهاي 2+Na+ , K+ , Mg گرفته شده از آب دريا جايگزين مي‌شود. از همين جابجايي يك نظام بندي جديد و بلورهاي مخفي نيز نتيجه مي‌گردد.
در بعضي از رسوبهاي احيا كننده مانند ساپروپل‌هاي دوران چهارم مديترانه شرقي، پديده اضمحلال و فساد رس‌ها نيز ظاهر مي‌شود. در اين محيط‌‌هاي اسيدي و آلي سبب تجزيه انتخابي كاني‌هايي نظير پلي گورسكيت كه بسيار ظريف ضربه‌پذير است. بيشتر از كائولينيت كه مقاوم‌ترين كانيهاي رسي است، در معرض تجزيه قرار مي‌گيرند. در مرحله دياژنز تاخيري فشردگي رسوبهاي رسي كه با پيدايش نظام جديدي در ساختمان آنها همراه است، سبب از دست رفتن تخلخل و جذب سريع سطحي و گسترده كاتيونهاي دو ظرفيتي در اولينمرحله دفن شدگي اين كاني‌ها مي‌شود. اين پديده در اعماق بيشتر دنبال شده و منجر به تشكيل آرژيلت از رس‌هاي اوليه مي‌گردد و سپس به تشكيل شيست‌هاي در هنگام ظهور عوارض ساختماني ختم مي‌گردد.
رسهاي برجا از نظر رايز (Ries) بشرح زير تقسيم بندي شده است.
كائولن: به رنگ سفيد با سوخت سفيد رنگ
• رگه‌اي (Vein) كه معمولاً از هوازدگي دايكها تشكيل شده است.
• بالشي (Blanket) كه معمولاً‌ در مناطق سنگهاي آذرين و دگرساني ديده مي‌شوند.
• جايگزيني (Replacement) نظير اينديانيت
• لايه‌اي كه از ماسه سنگهاي فلدسپات‌دار تشكيل شده‌اند.
3. تشكيل كائولن رسوبي نيز مي‌تواند بصورت تلفيق و تركيبي از روش‌هاي قبلي انجام مي‌شود.
‌در اين صورت كائولن‌هاي ثانويه داراي خاستگاه متعددي مي‌باشند. خاستگاه برخي كانسارهاي كائولن نيز مي‌تواند هم اوليه و ثانويه باشد. نظير رسوبهاي با كيفيت پائين كه در اثر هوازدگي در نواحي استوائي به كائولن‌هاي قابل بهره‌برداري تبديل مي‌شوند.
در ذخاير نوع رسوبي، فرآيندهاي جور شدگي رسوبي عاملاصلي و مهم تشكيل نهشته‌هاي كاملاً‌متمركز و با عيار بالا و در نتيجه با ارزش اقتصادي زيادي مي‌باشند. درجه خلوص كائولن به عوامل زير بستگي دارد:
• خلوص سنگ مادر
• ميزان تجزيه و تخريب
• مقدار ناخالصي‌هاي افزوده شده از ساير منابع
يكي از مهمترين خصوصيات كائولن‌هاي رسوبي داشتن حدود 60 درصد كاني كائولينيت بعد از شستشو و رنگ سفيد است. همچنين وجود هماهنگي و يكنواختي شكل و ابعاد آن در سطح نسبتاً گسترده، لايه‌اي مانند و همراه داشتن كاني‌هاي مانند موسكوويت، ‌بيوتيت، كوارتز، اكسيدهاي آهن و روتيل از خصوصيات بارز كائولن‌هاي رسوبي است. مهمترين ذخاير اين تيپ كائولن‌هاي رسوبي، كانسارهاي كمربند كائولن جورجيا در جنوب كارولينا در ايالات متحده امريكا است. اين نهشته‌ها در محيط جزر و مدي فلات درياها در زمان كرتاسه پسين و ترشيري آغازين تشكيل يافته‌اند كه از فرسايش سنگهاي متبلور كوهپايه‌هاي و حمل قطعات فرسايش يافته در شرايط محيطي و هوازدگي لاتريتي عميق حاصل مي‌شود. رس‌هاي ته‌نشين شده داراي محتويات آهني زيادي بوده كه در مراحل بعدي (هوازدگي و شستشو) مقدار آهن كاهش و مقدار تيتان افزايش مي‌يابد. تغييرات دياژنيكي بعدي روي اين رسوبات منجر به تشكيل كائولن گرديده است.
برخي بوكسيت‌هاي نيز بر اثر پديده سيليسي شدن دوباره به كائولن و رسهاي بوكسيتي تبديل شده‌اند. از ديگر كائولن‌هاي رسوبي مي‌توان كائولن‌هاي موجود در حوضه آمازون در برزيل را نام برد. اين نهشته‌هاي را كه متعلق به زمان ترشيري پسين گزارش نموده‌اند داراي يك افق بوكسيتي هوازده در قسمتهاي فوقاني مي‌باشد. اين افق بوكسيتي در بعضي نواحي ارزش اقتصادي خوبي دارند.

ماسه‌هاي كائولينيتي :
در برخي نواحي دنيا نيز كائولن از ماسه‌هاي حاوي كمتر از 20 درصد كائولن در حال استخراج مي‌باشد. اين ماسه‌هاي كائولينيتي از دگرساني فلدسپات موجود رد آركوز توسط آبهاي سطحي تشكيل شده‌اند. نمونه تيپيك اين نهشته‌ها در غرب آلمان غربي و اسپانيا، لهستان و چك و اسلواكي گزارش شده‌اند. متأسفانه بر روي اغلب معادن كائولن ايران عمليات علمي و سيستماتيك انجام نشده و به همين دليل در مورد ژنز كانه در ايران اطلاعات كافي و قابل اعتمادي وجود ندارد. ولي براساس گزارشات و مطالعات پراكنده‌ايي كه انجام گرفته است ژنز ذخاير كائولن ايران بصورت هر دو نوع اصلي اوليه و ثانويه گزارش شده است.
از جمله ذخاير اوليه كائولن مي‌توان به كاني سازي فراوان در باتوليت شيركوه در ناحيه يزد و همچنين معادن معروف زنوز، آبگرم هشترود و معادن كائولن بوئين زهرا،‌ ساوه، ‌كمربند آتشفشاني ناحيه البرز- آذربايجان، معادن ايسي سو قرآغاج در تبريز، كوشك نصرت در قم، گرانيت دوران در زنجان، ذخاير رباط ترك اصفهان و ناحيه گناباد،‌ اشاره نمود. عموماً‌معادن مزبور در سنگهاي آذرين قرار داشته و از نظر زماني از پركامبرين تا ائوسن و حتي جوانتر تعلق دارند.
ذخاير كائولن ثانويه در ايران نيز وجود دارد. از جمله مي‌توان به آبرفتهاي مربوط به گرانوديوريت هاي شيركوه ناحيه تفت در يزد، ذخاير رسوبي قابل توجه ناحيه آباده (در افق‌هاي دونين و كربونيفر- پرمين)، خاور ايران و البرز مركزي (در افق پرمو- ترياس) و ذخاير كرتاسه بالائي ناحيه زاگرس در ناحيه شهرضا، اشاره نمود.

{mospagebreak}
شرایط تشکیل و ژنز کانسار:چنانچه در طبقه‌بندي كانسارهاي كائولن خاستگاه آنها منظور باشد، مي‌توان آنها را به سه گروه برجاي مانده، رسوبي و گرمابي تقسيم كرد. كانسارهاي اقتصادي كائولن را از زاويه ويژگيهاي كاني‌شناسي، تركيب شيميايي و چگونگي زايش مي‌توان به دو گروه دسته‌بندي كرد:
1. كانسارهاي نوع رسوبي در پيوند با فرآيندهاي فرسايشي و رسوب‌گذاري
2. كانسارهاي نوع گرمابي در پيوند با فرآيندهاي ولکانيسم ترسير
عوامل مؤثر و شرايط تشكيل انواع مختلف كاني كائولينيت بشرح زير است:
1. تركيب شيميايي سنگ مادر:
معمولاً سنگهاي آذرين اسيدي كه عمدتاً‌ از كاني‌هاي آلومينوسيليكات تشكيل شده‌اند در اثر تجزيه و دگر ساني به كائولن تبديل مي‌شوند. در اين ميان كاني‌هاي فيلوسيليكات ها و فلدسپات ها بويژه پلاژيوكلازها بدليل داشتن انرژي پيوندي ضعيف در بوجود آوردن چنين ذخايري بسيار مناسب هستند. در اثر تجزيه، شبكه‌هاي كانيهاي فلدسپات توسط محلول هاي يوني، هيدراسيون و هيدروليز شكسته شده و يونهاي , Na+, K+ +2Ca آزاد شده وAl واكنش Si با OH باعث تشكيل كائولينيت مي‌گردد.
2. درجهPH :
عامل PH در تحرك و توان مهاجرت يونها در محيط‌هايي كه تحت تاثير واكنشهاي دگرساني سوپرژن قرار مي‌گيرند نقش مهمي دارند. عناصر قليائي خاكي بيش از عناصر قليايي توانائي تحرك دارند، در حاليكه آهن و آلومينيوم از توانائي كمتري برخوردارند. از اين رو يونهاي قليايي از محيط‌هاي اسيدي به آساني بيرون مي‌روند و يونهاي آهن و آلومينيوم در محيط بصورت تركيبات سيليكاتي و اكسيدي بر جا مي‌مانند و تشكيل كاني‌هاي كائولينيت وبوكسيت را همراه كانيهايي از اكسيد آهن را مي‌دهد.
در پديده كائولن زائي يونهاي نظير كلسيم، منيزيم،‌ سديم و بخش اعظم پتاسيم موجود در سنگهاي اصلي بايد از محيط خارج گردند و تنها به مقدار بسيار كمي يون پتاسيم نياز دارد.
در محيط اسيدي با 7/5-5/3 = PH به شكل هالوئيزيت و در PH بالاتر از آن به شكل مونتموريونيت ظاهر مي‌شود.
سيليس نيز داراي تحرك كمي است و در محيط داراي خاصيت قليائي و مقدار كم 2CO،‌ انحلال بيشتر مي‌شود. لذا در محيط‌هاي گرم انحلال آن بعلت وجود محلولهاي قليايي بيشتر است.
بنابراين زمان تشكيل كائولينيت هنگامي تسريع مي‌گردد كه سيليس به ميزان قابل توجهي بصورت محلول از محيط خارج و موجب افزايش آلومينيوم در مواد باقيمانده شود.
3. درجه حرارت:
از ديگر عوامل كنترل كننده و مؤثر در تشكيل كائولينيت دما مي‌باشد. براساس مطالعاتي كه مك‌لاگين (1995) در بعضي از نواحي زلاندنو انجام داده‌، مشاهده نمود كه با بالا رفتن دما، مقدار كائولينيت افزايش مي‌يابد و برعكس در نواحي ديگر، كاهش دما موجب گسترش هيدروميكاها مي‌شود.
محلولهاي گرمابي يكي از مهمترين عوامل افزايش دما بوده و باعث ايجاد تغييرات شيميايي و كاني‌شناسي مي‌شوند. با توجه به نوع سنگهاي در برگيرنده و درجه حرارت محلولهاي گرمابي زون‌هاي مختلفي كه هر يك با كاني‌هاي شاخص شناخته مي‌شوند، تشكيل مي‌گردد.
پديدة كائولينيت‌زائي معمولاً بين آلتراسيونهاي نوع سريسيتيك نظير سنگهاي آذرين سرشار از آلومينيم و آرژيليتيك نظير شيل‌ها و مارن‌ها مي‌باشد. كاني‌هاي مهم آلتراسيون سريسيتيك عبارت است از سريسيت، كوارتز، پيريت، پيروفيلت، ديکيت، آندالوزيت و كائولينيت كه در آنها مقدار درصد سريسيت از بقيه بيشتر است.
4. عوامل ساختماني (بستر مناسب):
شرايط ژئومورفولوژي، لايه‌بندي، ‌ضخامت واحدهاي سنگي، شكستگي،خلل و فرج، كارست و موارد ديگر مشابه از مهمترين عوامل كنترل كننده در تشكيل و گسترش كائولن بويژه نوع هوازده آن مي‌باشند.
5. رايط اقليمي:
بهترين شرايط اقليمي براي تشكيل كانسارهاي پس مانده نظير كانسارهاي رسي و كانسارهاي بوكسيت، مناطق استوائي (كه با دماي زياد و پيوسته در طول سال و دوره‌‌هاي دراز مدت بارندگي مشخص مي‌گردند) مي‌باشد.
در اين مناطق بعلت بارندگي‌هاي مداوم عمل شستشو بخوبي انجام گرفته و يونهاي قليائي بوسيله عمل هيدروليز و با جريان آب از محيط خارج سبب ايجاد 3O2Al و 2SiO به مقدار لازم جهت تشكيل كائولينيت مي‌شود.
در مناطق مردابي نيز به دليل تاثير اسيدهاي آلي عمل شستشو تسريع گشته و مي‌توان باعث تشكيل كائولينيت گردد.
6. زمان:
طول مدت تاثير عوامل بيروني و دروني تشكيل دهنده كانسار، عامل مهمي در نوع،حجم و مرغوبيت كائولينيت خواهد بود. براي مثال مقدار متوسط دامنه گسترش كائولينيتي شدن بر اثر عوامل بيروني در يك محيط مناسب براي كانسارهاي رسوبي بين 01/0 تا 1/0 ميليمتر در سال، يعني حدود 10 تا 100 متر در يك ميليون سال است.
اگر چه فرآيندهاي كائولينيتي شدن به علت كاهش PH با افزايش عمق كاهش مي‌يابد، اما ضخامت افق‌هاي دگرساني شده عموماً‌ ارتباط مستقيم بطول زمان دارد.کائولينيت در زون هاي هوازده و آلتراسيون سنگ هاي آذرين و دگرگوني به ويژه فلدسپارها تشکيل مي شود.
براساس تقسيم بندي ديگري ذخاير كائولين به انواع زير تقسيم مي شوند: ذخاير هوازده، ذخاير گرمابي، ذخاير حمل شده، ذخاير دياژنزي.
از كانسارهاي برجا مانده كائولن مي‌توان به كانسارهاي كاروليناي شمالي (آمريكا) كه از هوازدگي شيميايي نامنظم استوك پگماتيتي بوجود آمده و همچنين كانسار غرب استراليا در ناحيه Coabbin محدود به يك توده بزرگ گرانيتي اشاره كرد. در ايران نيز كانسار كائولن شابلاق در جنوب زنجان در پيوند با دگرساني سطحي گرانيت شابلاق مشابه كانسار غرب استراليا نمونه بارزي از كانسارهاي نوع بر جا مانده مي‌باشد.
كانسارهاي رسوبي كائولن فراواني بيشتر و كيفيت بهتري نسبت به نوع در جازا دارند. چنين كانسارهايي در ايران بيشتر در منطقه آباده و طبس تمركز دارند، يك نمونه از اين كانسار، كانسار كائولن كاروليناي جنوبي و جورجيا (آمريكا) مي‌باشد