علم سرامیک

   

تالک (Talc) این کانی از هیدرات منیزیم و سیلیکات تشکیل شده‌است، فرمول شیمیایی آن عبارت است از Mg3Si4O10(OH)2. طبق جدول سختی موس این کانی در پایین جدول قرار دارد و نرم‌ترین کانی است و می‌توان با ناخن روی آن خراش ایجاد کرد. ورقه‌های كوچك تالك قابل انعطاف ولی غیرقابل ارتجاع است، هادی خوبی برای حرارت نیست و هنگامی که آن را لمس می‌کنیم احساس می‌کنیم که چرب است. دارای لومینسانس اغلب سفید مایل به سبز، زرد، كرم، قهوه‌ای، سبز و آبی است. این کانی در آب حل نمی‌شود ولی بسیار کم در کانی‌های اسیدی حل می‌شود و در شعله ذوب نمی‌شود. كانی مشابه آن پیروفیلیت است كه از آن بوسیله آزمایش Mg (رنگ صورتی) قابل تشخیص است. گل سرشورکه خود سنگی دگرگون است کاملا از تالک تشکیل شده‌است.

تالک یک کانی دگرگون است که از دگرگونی کانی‌هایی مانند سرپانتین، اولیوین، پیروکسن و آمفیبول در حضور دی‌اکسید کربن و آب تشکیل می‌شود. که در این صورت آن را کربن‌گیری تالک یا تالک کربناتی[۲] می‌نامند. تالک در اثر واکنش آب‌پوشی یون‌ها و کربن‌گیری سرپانتین به شکل زیر تشکیل می‌شود:

        آب + منیزیت + تالک → دی‌اکسید کربن + سرپانتین
        2Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2 → Mg3Si4O10(OH)2 + 3 MgCO3 + 3 H2O

در اثر واکنش بین دولومیت و سیلیس نیز تالک تشکیل می‌شود این واکنش در فشار و دمای دگرگونی سنگها در اثر مجاورت دولومیت و سیلیس اتفاق می‌افتد و اصطلاحا به آن اسکرن کردن دولومیت می‌گویند.

        دی‌اکسید کربن + کلسیت + تالک → آب + سیلیس + دولومیت

    3CaMg(CO3)2 + 4 SiO2 + H2O → Mg3Si4O10:(OH)2 + 3 CaCO3 + 3 CO2

همچنین تالک از واکنش بین کانی‌های کلریت منیزیمی و کوارتز در شیست آبی و اکلوژیت طی واکنش‌های دگرگونی تشکیل می‌شود.

        آب + کیانیت + تالک → کلریت + کوارتز

در این حالت میزان تولید تالک و کیانیت بستگی به میزان آلومینیم دارد اگر آلومینیم بیشتر باشد کیانیت بیشتری خواهیم داشت.

ذخاير تالك در همه قاره ها به چشم خورده و زمين شناسي اين ذخاير تقريباً همانند يكديگر است. معمول ترين سنگهاي ميزبان براي تشكيل تالك، دولوميت ها و سنگهاي اولترامافيك هستند.
کاني تالک به ندرت در طبيعت به صورت خالص و عمدتاً در سنگهاي دگرگوني يافت مي شود که در شرايط مناسب در دگرگوني مجاورتي نوع متاسوماتيزم و دگرگوني ناحيه اي تشكيل مي شود و يا از دگرساني گرمابي سنگهاي آذرين اولترامافيك (تبلور و انجماد ماگما) و يا در اثر دگرگوني حرارتي درجه پائين شيست و دولوميت هاي سيليسي تشکيل مي گردند.
ميزان دگرساني و ويژگي سنگ مادر تالک، تعيين کننده خلوص اين کاني مي باشد. تالک هاي خالص عمدتاً از دولوميت، آهک هاي دولوميتي و منيزيت به وجود مي آيند در حالي که تالک هاي حاصل از سنگهاي آذرين اولترامافيك، خلوص کمتري دارند و به صورت عدسي شکل در طول گسل ها و زون هاي خرد شده به وجود مي آيند. سن اکثر تالک ها پرکامبرين مي باشد.
فراواني كانسارهاي تالك در پركامبرين بيشتر از سيستم‌هاي زمين شناسي جوانتر است. البته لازم به ذكر است با وجود آنكه اين مسئله در مورد سنگهاي اولترامافيك (كه گسترش فراواني در پركامبرين دارند) قابل توجيه است ولي در مورد سنگهاي دولوميتي اين موضوع قدري مشكل مي‌نمايد. چون دولوميت ها بيشتر در كامبرين و سيستم‌هاي جوانتر وجود دارند. به هر حال بنظر مي‌آيد كه هر دو عامل نهفتگي در ژرفاي زياد و شرايط مكرر دگرگوني ديناميكي جهت تشكيل ذخاير تالك مؤثر بوده است.
تالك در حقيقت يك كاني ثانويه است كه بطور مستقيم يا غير مستقيم از سنگهاي غني از منيزيم بوجود آمده است. سنگهاي غني از منيزيم گوناگون و داراي منشاءهاي مختلفي هستند كه عبارتند از:
•سنگهاي اولترامافيك وابسته به سكانس افيوليتي
•سنگهاي اولترامافيك تا مافيك خروجي مربوط به سربهاي كوماتوئيتي
سنگهاي دگرگوني، در حقيقت اين نوع تالك‌ها در نتيجه دگرگوني و متاسوماتيسم سنگهاي رسوبي غني از منيزيم مانند دولوميتها، مارنهاي دولوميتي و شيلهاي غني از منيزيم بوجود مي‌آيد كه به دو دسته قابل تقسيم هستند:
الف) دگرگوني ناحيه‌اي سنگهاي ياد شده:
كه در اين زمينه دو نوع تالك مي‌تواند تشكيل شود:
•اگر سنگ منشاء دولوميت باشد، تالك با كيفيت بالا بوجود مي‌آيد.
•اگر سنگ منشاء شيلهاي غني از منيزيم و يا مارن باشند تالك شيست بوجود مي‌آيد.

ب) دگرگوني همبري:
در اينجا نيز از سنگهاي غني از منيزيم در اثر عمل متاسوماتيسم، تالك تشكيل مي‌شود ولي اين نوع تالك درطبيعت كم مي‌باشند. در واقع تالك حاصل دگرگوني و يا دگرساني گرمابي سنگهاي اوليه‌اي است نظير: دونيت، پيروكسنيت، پريدوتيت و دولوميت كه حاوي منيزيم مي‌باشند.
كانيهاي عمده‌اي كه معمولا باتالك همراه هستند و در ذخاير اين ماده معدني به چشم مي‌خورند عبارتند از: توموليت، سرپانتين، آنتوفيليت، منيزيت، كلريت، ميكا، كلسيت و دولوميت.
ناخالصي هايي كه ممكن است همراه با تالك وجود داشته باشند غالباً شامل ناخالصي هاي آهن‌دار (نظير ليمونيت، منيتيت و پيريت)، كربن، كوارتز و اكسيد منگنز هستند. در جدول شماره 5 تركيب شيميايي تقريبي كاني‌هايي كه در كانسنگ تالك موجود مي‌باشند آورده شده است.


جدول 5: تركيب تقريبي كانيهاي موجود در كانسنگ تالك (برحسب درصد)


با توجه به داده‌هاي جدول مي‌توان نتيجه گرفت كه كانيهاي سيليكاته‌اي كه از نظر تركيب شيميايي و از نظر زايشي به تالك نزديك هستند، از لحاظ تركيب شيميايي اختلاف چنداني با هم ندارند.
بنابراين آنچه باعث خواص تالك مي‌شود در واقع ساختمان بلوري تالك مي‌باشد.
بطور كلي دو نوع خاستگاه براي تشكيل تالك در نظر گرفته شده است: يكي از طريق دگرساني سنگهاي بسيار غني از آهن و منيزيم و ديگري از طريق دگرگوني سنگهاي منيزيم‌دار.
الف) حالت اول:
سنگهاي مافيكي و اولترمافيكي خصوصا سنگهايي كه حاوي مقادير بسيار غني از آهن و منيزيم مي‌باشند، اگر بعد از پشت سرگذاشتن مراحل تبلور و انجماد ماگها، تحت تأثير دگرساني گرمابي (آلتراسيون هيدروترمال) واقع شوند بلورهاي اليوين، پيروكسن و آمفيبول آنها تجزيه گشته و كاني تالك را تشكيل مي‌دهند. اين كانيها حاوي مقادير قابل توجهي از منيزيم هستند كه وجود آن براي تشكيل تالك يكي از شرطهاي لازم مي‌باشد. در حقيقت سنگهاي اولترامافيكي در اثر نفوذ آب و دگرگوني و دگرساني ابتدا سرپانتينيزه شده و سپس سرپانتيتيت حاصل در اثر نفوذ آب حاوي دي‌اكسيد كربن تبديل به تالك، منيزيت و دولوميت مي‌شود. سرپانتيني شدن يك عمل متامورفيسم مي‌باشد و ممكن است در اواخر مرحله نفوذ سنگهاي اولترامافيك حاصل شود. عده‌اي معتقدند به هنگام ايجاد تالك، ترتيب تشكيل كانيها و بلور‌ها بصورت زير مي‌باشد:
اليوين يا پيروكسن (دو سنگ اصلي)،هورنبلند،اكتينوليت،سرپانتين يا كلريت،تالك و كربنات‌ها.
واقعيت اين است كه كانيهاي اكتينوليت و آمفيبول وقتي از كانيهاي اوليه مافيك بوجود بيابند، پايدار هستند، و به كانيهاي سرپانتين و تالك كمتر تبديل مي‌شوند. معمولا كانيهاي سازنده سنگهاي اولترامافيك (اليوين و پيركسن) در اثر عمل دگرساني يا تبديل به سرپانتين و تالك مي‌شوند و يا به كانيهاي كلريت يا آمفيبول يا آكتينوليت تبديل مي‌شوند. از طرف ديگر كربناتها معمولاً همزمان با تشكيل كانيهاي فوق تشكيل مي‌گردند.
فومول تشكيل تالك از سرپانتين بصورت زير مي‌باشد:




در چنين حالتي معمولا تالك بصورت توده‌اي يا رگه‌اي در توده‌هاي سرپانتيتي ديده مي‌شود. ذخاير تالك كه در اتباط با سنگهاي مافيك هستند غالبا در اثر تجزيه گرمابي سنگهاي گابرويي تشكيل شده‌اند. مقدار كاني تالك موجود در اين ذخاير نسبتا پايين است و منبعي براي استخراج تالك محسوب نمي‌شوند. به همين دليل اين نوع ذخاير از لحاظ اقتصادي چندان مورد توجه قرار نمي‌گيرند.

ب) حالت دوم:
در نتيجه دگرگوني سنگهاي منيزيم‌دار نيز تالك حاصل مي‌شود كه خود به خود صورت مي‌باشد:
1- دگرگوني ناحيه‌اي:
سنگهاي مافيكي، اولترامافيكي و دولوميت ها در دگرگوني ناحيه اي حرارتي پايين تا متوسط موجب تشكيل تالك شيست مي شود كه مهمترين منبع تالك به شمار مي روند. بيشتر تالك دنيا از تالك شيست و سنگهاي سرپانتيني شده به دست مي آيد.
دگرگوني اين قبيل سنگها علاوه بر درجات حرارات و فشار، به مقدار بخار آب، SiO2، گاز CO2 و ديگر مواد محلول بستگي دارد. معمولا اين گونه دگرگوني ها بين 250 تا 450 درجه سانتيگراد متغير است. دامنه تغييرات فشار در آنها وسيع مي‌باشد (از 1 تا 9 كيلو بار).
در محيط آبدار وجود SiO2 و CO2 حتي از درجات حرارت كم، موجب دگر شكلي بلورهاي اليوين، انستاتيت و پريدوتيت‌ها مي‌شود و محصول نهايي اين تغيير و تبديل ايجاد شيست هاي آنتي گوريت‌دار، شيستهاي اكتينوت- تالك‌دار، سنگ صابون و سنگ كربنات- تالك است.
در شکل ذيل محل بعضي از كانيهاي آبدار يا CO2 دار در دياگرام Mg-CaO-SiO2 مثلثي نشان داده شده است.
تالك شيستها ممكن است از دگرگوني سنگهاي منيزيم‌دار و يا دگرساني هيدروترمال حرارت پايين هم بوجود آيند، در اين حالت با ورود منيزيم به داخل سنگهايي كه تركيبات متفاوت داشته باشند (مثلا آمفيبوليت يا مويزونيت كوارتزدار) تالك شيست بوجود مي‌آيد.


شکل 2- موقعيت برخي از كانيهاي آبدار يا CO2 دار در دياگرام Mg-CaO-SiO2


تالك شيست ها مهمترين منابع تالك بشمار مي روند. در واقع اكثر تالك دنيا از تالك شيست و سنگهاي سرپانتينيزه بدست مي‌آيد.
كاني سرپانتين تمام شيستهاي منيزيم‌دار از نوع آنتي گوريت است كه ظاهري ورقه مانند (شبيه ميكا) دارد. آمفيبول شيست هاي منيزيم‌دار عمدتاً اكتينوت سبز كم رنگ و يا ترموليت بي رنگ است. در جدول زير مجموعه كانيهاي اصلي شيست هاي دگرگوني درجه ضعيف بر اساس نوع سنگ اوليه (بدون كانيهاي فرعي) نمايش داده شده است.


جدول 6- مجموعه كانيهاي اصلي شيست هاي دگرگوني درجه ضعيف بر اساس نوع سنگ اوليه


در بعضي موارد ممكن است محلول هاي گرمابي از توده اولترامافيك اوليه سرچشمه گرفته باشند سپس درجه حرارت پايين‌تر دگرگوني در رخساره شيستهاي سبز، در اثر متاسوماتيسم CO2 ترموليت و كلريت به تالك تبديل گردند.
در جدول 7 رده‌بندي سنگهاي دگرگوني منيزيم‌داربر اساس نوع سنگ مادر، كانيهاي اساسي سازنده واندازه دانه‌‌هاي متشكله نمايش داده شده است.


جدول 7: رده‌بندي سنگهاي دگرگوني منيزيم‌دار


گاهي نيز تالك در اثر دگرگوني حرارتي پايين دولوميت هاي سيليسي تشكيل مي‌شود. در اين مواقع واكنش انجام شده بين سيليس، آب و دولوميت بر اثر افزايش دماي محيط (يعني دگرگوني) در يك لايه از سنگ نخستين با تركيب شيميايي مناسب در يك سيستم بسته انجام مي‌گيرد. به عبارت ديگر يك لايه از سنگ دولوميتي ناخالص (براي مثال ماسه سنگ دولوميتي رس‌‌دار) كلا بر اثر دگرگوني و بدون عمل متاسوماتيسم يا بدون تغيير تركيب شيميايي، كاني شناختي پيدا كرده و تبديل به تالك شده است. وجود رس بصورت ناخالصي در سنگ نخستين باعث تشكيل كلريت بعنوان كاني همراه تالك مي‌شود.
در واقع ويژگي اين نوع ذخاير تالك، وجود كلريت بعنوان عمده كاني (پاراژنز) همانند تالك مي‌باشد.

•دگرگوني مجاورتي (همبري):
توده هاي نفوذي غني از محلول هاي ماگمايي ضمن نفوذ در سنگهاي كربناته غني از منيزيم (دولوميت) موجب تشكيل اسكارن منيزيم دار مي شوند. تالك از كانيهاي مهم اسكارنهاي منيزيم دار است.
به عبارت ديگر در اثر پديده دگرگوني همبري نوع متاسوماتيسم بين سنگهاي منيزيم‌دار(مثل دولوميت) با سنگهاي غني از سيليس (مثل كوارتزيت) درشرايط بخار آب و حرارت، عمل تالكي شدن دولوميت ها يا آهكهاي دولوميتي صورت مي‌گيرد. اين نوغ تالك‌ها غالبا درهمبري شكستگي‌هاي سنگ ميزبان تشكيل مي‌شوند و معمولا داراي خصوصيات رگه‌اي هستند. در چنين شرايطي محلولهاي گرمابي داراي SiO2 در روند دگرگوني درامتداد شكستگي‌هاي سنگ ميزبان غني از منيزيم جريان يافته و موجب تالکيتيزاسيون دولوميت ها مي‌شود. حاصل اين عمل تشكيل اسكارنهاي منيزيم‌دار مي‌باشد.
ساده‌ترين روش براي تشكيل تالك از دولوميتهاي سيليسي توسط وينكلر(1974) بشرح زير ارائه شده است:


.


بعضي مواقع تالك در نتيجه نفوذ گرانيتوئيدها در دولوميت حاصل مي‌شود. اين نوع تالك‌ها اغلب از نظر ذخيره، اقتصادي نمي‌باشند. هرچند كه گاهي ذخاير كوچك اقتصادي نيز در اين گونه تالك‌ها يافت مي‌شود.