بالکلی

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). بدنه‌هایی که بال‌کلی در ‌آنها موجود باشد نسبت به بدن

کتاب آزمایشگاه سرامیک

دانلود

کانیها و زیر مجموعه انها

اساس طبقه بندی کانیها



به طور کلی کانیها را بر اساس نوع آنها به سه گروه زیر تقسیم می کنند .



کانهای سیلیکاته

کانیهای غیر سیلیکاته

عناصر سنگین



کانیهای سیلیکاته



نزو سیلیکات ها ( سيليكاتهاي جزیره ای یا سیلیکاتهای تتراهدری مستقل )



گروه فناسیتها : فناسیت , ویلمیت

گروه الیوین ها : فرستریت , فایالیت , الیوین

گروه گارنت ها : گارنتهای آلمینیوم دار ( پیروپ , آلماندیت , اسپسارتین, گروسولار , هیدروگروسولار ) گارنت کروم دار ( اواروویت ) گارنت آهن دار (آندرادیت )



گروه زیرکن : زیرکن



گروه آلمینیوم سیلیکاتها : آندالوزیت , سلیمانیت , کیانیت

گروه سیلیکاتهای آبدار : توپاز , استارولیت یا اشتارولیت



گروه هیومیت یا هامیت ها : هومیت ( نوربرژیت , کندرودیت , هومیت یا هامیت , کلینو هومیت ) کندردیت , تیتانیت ( اسفن ) , کلوریتوئید , داتولیت



سورو سیلیکاتها ( سیلیکاتهای تتراهدری مضاعف )



همیمورفیت , لاوسنیت , ملیلیت



گروه اپیدوت ها : کلینوزوئزیت , اپیدوت ( اورتیت ) , آلانیت , وزوویانیت ( آیدوکراز) , زوئیزیت , پیه مونیت , پدید مونتیت





سیکلوسیلیکاتها ( سیلیکاتهای حلقوی )



اکسینیت , کردیریت , ترمالین



بریل و انواع آن : بریل , آکوامارین , موگانیت , زمرد ( یاقوت سبز یا سافیر ) , کروزوبریل ( بریل طلائی )



اینو سیلیکاتها ( سیلیکاتهای رشته ای یا زنجیری )



گروه پیروکسن ها : سری انستاتیت و فروسیلیت (انستاتیت , فروسریت , پیژونئید ) سری دیوپسید و هدنبرژیت ( دیوپسید , هدنبرژیت , اژیت ) سری سدیم پیرکسن ( ژادئیت , اژیرین , اسپادومین )



گروه پیروکسنوئیدها : ولاستونیت , رودنیت , پکتولیت , بوستامیت , پیرکسمانژیت یا پیروکسمانگیت



گروه آمفیبولها : آنتوفیلیت , سری کامینگتونیت ( کامینگتونیت , گرونریت ) سری ترمولیت ( ترمولیت , آکتینولیت ) هورنبلند , گروه آمفیبول سدیم ( گلوکوفان , ریبکیت ) آرفودزوئیت , هوام کویستیت , ژدریت



فیلو سیلیکاتها ( سیلیکاتهای ورقه ای )

گروه سرپانتین : آنتیگریت , کریزوتیل ( آزبست یا پنبه نسوز یا پنبه کوهی ) , لیزاردیت , شاموزیت , آمزیت , گریتالیت , کرنستدتیت

گروه کانیهای رسی : کائولینیت , دیکیت , ناکریت , هالوئیزیت , متاهالوئیزیت , ایلیت , فنژیت هیدرومیکا , برام مالیت , سلادونیت , تالک , پیروفیلیت , مونت موریونیت (اسمکتیت ) , بنتونیت , ساپونیت , نانترولیت , هکتوریت

گروه میکاها : مسکوویت , پاراگونیت , گلوکونیت , فلوگوپیت , بیوتیت , زینوالدیت , لپیدولیت , سارگاریت , گرانتوفیلیت ( کلینتونیت )

گروه کلریت ها : کلریتهای غنی از آهن ( کلینوکلریت , پنی نیت , ریپدولیت , شریدانیت , کروندوفیلیت , پروکلریت , شاموزیت [ جزء سرپانتین ها نیز طبقه بندی می شوند] , آپفیلیت ) کلریتهای غنی از منگنز ( کلمنتیت , دیایانیت , برونسوپژیت , تورینژیت , گونییریت ) کلریتهای غنی از کروم ( کوکوبیت , کامرریت ) , پرنیت , کریزوکولا



تکتوسیلیکاتها ( سیلیکاتهای داربستی )

گروه sio2 ( سیلیکات ) : کوارتز ( و انواع آن ) , تریدیمیت , کریستوبالیت , اپال ( و انواع آن )

گروه فلدسپارها : فلدسپارهای باریم ( کمیاب ) : سلسین , هیالوفان

گروه فلدسپارهای پتاسیم دار : میکروکلین , ارتوکلاز , سانیدین , آدولر یا آدولریا , آنورتوز , پری کلین

گروه فلدسپارهای پلاژیوکلاز : آلبیت , آنرتیت , الیگوکلاز , آندزین , لابرادوریت , بیتونیت

گروه فلدسپاتوئیدها : لوسیت , نفلین , سودالیت ( نسودالیت , نوزآن , هائوئین, لازوریت ), پتالیت , کانکرینیت

سری اسکاپولیتها : ماریالیت یا میونیت , آنالسیم

گروه زئولیت : ناترولیت , شابازیت , هیولندیت , استیلبیت , گوناردیت , ادینگونیت

زئولیتهای با اهمیت کمتر : فیلیپسیت , هارموتوم , گملیتیت , لومونتیت , اسکولسیت , تامسونیت .



غیر سیلیکات ها



سولفید : آکانتیت , کالکوسیت , برنیت , گالن , اسفالریت , کالکوپیریت , پیروتیت , میلریت , پنتلاندیت , کولیت , سینابر , استیبنیت , پیریت , مارکاسیت , مولیبدنیت , بیستوتیت , تنگستنیت , آلاباندیت , آرزانتینیت , دیژنید



سولفارسنیک : رآلگار , ارپیمان , کبالتیت , آرسنوپیریت , پروستیت

آرسناید : نیکلین , اسکاترادیت یا اسکوترودیت

سولفوسات : انارژیت , پیرارژیت , تتراهدریت , تنانتیت , پروستیت

اکسید :

اکسید : کوپریت , زینکیت یا زینسیت , یخ , پریکلاز , مانگانوسیت

گروه هماتیت ( X2O3 ) : کروندوم , هماتیت , ایلمنیت , پیریفانیت , ژایکیلیت

گروه روتیل ( XO2 ) : رتیل ( تیتانیا یا گوهر کنیا یا میریدیس ) , پیرولوزیت , کاسیتریت , اورانیت

گروه اسپینل ( XY2O4 ) : اسپینل , گانیت , مگنتیت , کرومیت , کریزوبریل , کلمبیت و تانتالیت , فرانکلینیت



هیدروکسیدها : برسیت , مانگانیت , رمانکیت , گوتیت , بوکسیت ( دیاسپور , گیپسیت , بهمیت )



هالیدها : هالید , سیلویت( نمکهای دیگر پتاسیم دار : کارنالیت ؛ کاینیت ؛ پلی هالیت ) , کریولیت , فلوئوریت یا فلوریت , آتا کامیت , کلر آرزیت



کربناتها :

کربنات

گروه کلسیت : کلسیت , مگنزیت , سیدریت , رداکرزیت , اسمیت زونیت

گروه آراگونیت : آراگونیت , ویزریت , استرونسانیت , سروزیت

گروه دولومیت : دولومیت , آنکریت

کربناتهای مونو کلینیک با ( OH ) : مالاکیت , آزوریت , هیدروزینکیت



نیترات ها : نیتراتیت , نیتر ( سالپیتر )

براتها : کرنیت , براکس , الکسیت , کلمانیت

سولفات ها و کروماتها :

کرمات , کرکوئید

سولفاتهای آبدار : گیپسام , آنتلریت , آلونیت , ژیپس

گروه باریت : باریت , سلستیت ( سلستین ) , آنگلزیت , انهیدریت , سروسیت



تنگستنات و مولیبدنات : ولف رامیت , ولفنیت

فسفات , آرسنات و وانادات :

تریفیلیت , لیتیوفیلیت , منازیت

گروه آپاتیت : آپاتیت , پیرمارفیت , وانادینیت , اریتریت , آمبلیگنیت , لازلیت یا اسکورزالیت , واولیت یا ویولیت , تورکوآز , اوتنیت , کارنتیت



عناصر فلزی :



1- فلزات :

گروه طلا : ( طلا Au , نقره Ag , مس Cu , سرب Pb )

گروه پلاتین : (پلاتین Pt , پالادیوم Pd , ایریدیوم Ir , اسمیوم Os , روتینیوم Rh )

گروه آهن : ( آهن Fe , نیکل Ni , کاماسیت [ Ni , Fe ] تائنیت [ Ni , Fe ] )



2- شبه فلرات :

گروه آرسنیک : ( آرسنیک As , آنتیموان Sb , بیسموت Bi , تلوریوم Te , سلنیوم Se , جیوه Hg )



3- غیر فلزات : ( گوگرد S , الماس C , گرافیت C , سولفور S , دیاموند C )

منیزیا یا اکسید منیزیم

اکسید منیزیم(Mgo، منیزیا) به صورت طبیعی و در حالت کانی پیریکلاس (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:

Click this bar to view the original image of 545x38px.

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 هیدروکسیدطبق 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.

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 .

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.

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.                         

کانی های رسی

کانی های رسی

کانی های رسی (Clay Minerals) مهم ترین، پر مصرف ترین و قدیمی ترین مواد اولیه در صنعت سرامیک هستند. اگر چه امروزه در تولید بعضی از فرآورده های خاص سرامیک، از رس استفاده نمی شود، ولی در حقیقت صنعت سرامیک نه تنها نام خود، بلکه حیات خود را مدیون رس است. به طور کلی، مواد اولیه سرامیک را می توان بر حسب نقش آن ها در بدنه ها به سه دسته تقسیم نمود که رس ها در دسته مواد پلاستیک قرار می گیرند:

1- مواد پلاستیک

2- پر کننده ها (فیلرها - fillers)

3- کمک ذوب ها یا گدازآور ها (فلاکس ها – Fluxes)



چگونگی تشکیل کانی های رسی
--------------------------------------------------------------------------------

به طور کلی کانی های رسی از تجزیه و هوازدگی سنگ های آذرین مثل گرانیت، گنیس، فلدسپات، پگماتیت و غیره به وجود آمده اند. گرانیت به عنوان مثال از سه کانی میکا 6SiO2.3Al2O3.K2O.2H2O ، کوارتز (SiO2) و فلدسپات 6SiO2.Al2O3.K2O با نسبت های تقریبا برابر تشکیل شده است. در بین این سه نوع کانی، فلدسپات در برابر آب و هوازدگی از همه ضعیف تر و ناپایدارتر است. به این ترتیب فلدسپات موجود در گرانیت چنانچه در برابر آب و هوا قرار گیرد، در دراز مدت تخریب و باعث تشکیل کانی های رسی می شود. این عمل اصطلاحا به کائولینیزه شدن (Kaolinisation) مشهور است. در نتیجه این عمل قلیایی های موجود در فلدسپات تبدیل به نمک های محلول شده و از محیط خارج می شوند. معادلات شیمیایی زیر به صورت کاملا ساده و کلی این فرآیند را نشان می دهند:

هیدرولیز
سیلیس زدایی
سیلیس زدایی
آب گیری

و یا به طور خلاصه:

Click this bar to view the original image of 1066x773px.

چنانچه عمل تجزیه هم چنان ادامه یابد، دیاسپور و ژیپسیت (گیبسیت) به وجود خواهند آمد:

دیاسپور
سیلیس زدایی
ژیپسیت
آب گیری
معادلات فوق تصویر کلی و ساده ای برای بیان کائولینیزه شدن فلدسپات هستند. در واقع هوازدگی فلدسپات که در اثر آب، باد، یخچال ها و حرکات زمین به همراه اثرات شیمیایی آب، دی اکسید کربن، اسیدهای هیومیک و در بعضی موارد گازهای گوگرد دار و فلوئور دار صورت می پذیرد بسیار پیچیده تر از موارد مذکور است. بنابراین کانی های رسی از نظر شیمیایی سیلیکات های آلومین آبدار هستند. بلور های این کانی ها به طور کلی به شکل شش وجهی های پهن و نازک هستند. همانطور که در تصویر مشخص است، اندازه این بلورها در جهات a و b در مقایسه با جهت c بسیار بزرگتر است.


هر یک از بلورهای شش وجهی در حقیقت خود از هزاران ورقه نازک کانی های رسی تشکیل شده اند. به عبارت دیگر این ورقه ها روی هم قرار گرفته و بدین وسیله بلورهای کانی های رسی را به وجود آورده اند، ولی با این همه اندازه بلور ها در نهایت بسیار کوچک است، به نحوی که بلور های کانی های رسی در ردیف ذرات کلوئیدی (0.001-1 میکرون) قرار می گیرند. اندازه بسیار کوچک و شکل پهن و نازک این بلورها عامل مهمی در بسیاری از خواص اصلی کانی های رسی است.


دسته بندی کانی های رسی
--------------------------------------------------------------------------------

دسته بندی کانی های رسی در طول سالیان دراز مورد بحث متخصصین بوده و اگر چه در سال های اخیر توافق هایی کسب شده ولی هنوز نیز اختلافاتی در این مورد وجود دارد. جدول زیر یکی از رایج ترین تقسیم بندی های کانی های رسی را نشان می دهد. در این تقسیم بندی ابتدا کانی های رسی به دو دسته آمورف و متبلور تقسیم شده و در وهله دوم گروه کانی های رسی متبلور، با توجه به ساختمان آن ها (لایه ای یا زنجیری) و نیز تعداد لایه ها به چهار دسته دیگر تقسیم شده اند. در مرحله سوم کانی های هر گروه با توجه به رفتارشان هنگام اختلاط با آب به دو گروه منبسط شونده و غیر قابل انبساط تجزیه و نهایتا نیز نحوه انبساط گروه های قابل انبساط به عنوان معیار تقسیم بندی مورد توجه قرار گرفته اند.

بنابراین به طور خلاصه با توجه به جدول مذکور ، کانی های رسی به هشت گروه مستقیم تقسیم می گردند که عبارتند از: گروه های آلوفان، کائولینیت، هالویزیت، مونت موریونیت و یا اسمکتیت، ورمیکولیت، ایلیت، کلریت و رس های زنجیری (آتاپولژیت، سپیبولیت و پالیگورسکیت). در صنعت سرامیک از بین گروه های مذکور گروه های کائولینیت، اسمکتیت و ایلیت بیشر از دیگر گروه ها مورد توجه هستند.

بی شکل
گروه آلوفان
متبلور ساختمان دو لایه ای (هر یک از ورقه های این کانی ها از وجهی آلومین تشکیل شده اند) کانی هایی که دارای انبساط یکسان در جهات مختلف می باشند. مانند گروه کائولینیت: کائولینیت، ناکریت و ...

کانی هایی که در اثر انبساط، طول آن ها افزایش می یابد. مانند گروه هالویزیت

ساختمان سه لایه ای (هر یک از ورقه های این کانی ها از دو لایه چهار وجهی سیلیس و یک لایه هشت وجهی آلومین تشکیل شده است. دارای شبکه منبسط شونده کانی هایی که دارای انبساط یکسان در جهات مختلف هستند. مانند گروه مونت موریونیت: مونت موریونیت، ساکونیت و غیره ورمیکولیت

کانی هایی که در اثر انبساط، طول آن ها افزایش می یابد. مانند گروه مونت موریونیت: نونترونیت، ساپونیت، هکتوریت.

دارای شبکه غیر قابل انبساط ایلیت
کانی هایی با ساختمان متشکل از لایه های مختلط منظم گروه کلریت
ساختمان زنجیری: زنجیره هایی مشابه زنجیره های هورنبلند، متشکل از چهاروجهی های سیلیس، که به وسیله گروه های هشت وجهی اکسیژن و هیدروکسیل که دارای اتم های Al و Mg نیز هستند، به یکدیگر متصل شده اند. آتاپولژیت، سپیولیت، پالیگورسکیت
آلوفان ((allophane یک اسم عام برای ژله های بی شکل (آمورف) آلومینو سیلیکات است و شامل یکی از چند گروه مواد بی شکل متداول در خاک می شود. ترکیب شیمیایی آلوفان تا حد زیادی متغیر است، اما بیشتر شامل Al2O3، SiO2 و Fe2O3 هیدراته است. معمولا مقادیر جزئی از Na+، K+ و Mg2+ نیز در آن وجود دارند. نسبتAl2O3/SiO2 در آلوفان اغلب بین 1 و 2 است. رس ها به شکل چند کانی و تک کانی دیده می شوند. واژه چند کانی در مورد رس هایی به کار می رود که هیچ کدام از کانی های رسی آن ها از 50 درصد تجاوز نکند. اگر یکی از ترکیبات کانی های رسی بیش از 50 درصد باشد، رس را تک کانیایی می نامند و معمولا آن را به نام همین کانی نیز نامگذاری می کنند. یکی از انواع رس های تک کانیایی (monomineralic)، کائولین است که بیش از 50 درصد از ترکیب آن را کانی کائولینیت تشکیل می دهد. اغلب سایر کانی های رسی مانند ناکریت، دیکیت، هالوزیت که از نظر ترکیب شیمیایی به کائولینیت نزدیک هستند، در آن یافت می شوند. رس هایی که 70 درصد آن ها از کانی های گروه مونت موریونیت تشکیل شده باشد، معمولا بنتونیت نامیده می شوند.بعضی از رس ها در اثر حرارت، دارای سختی، نفوذ ناپذیری و رنگ های زیبا می شوند که آنها را برای صنعت سرامیک ارزشمند می نماید. رس ها معمولا دارای رنگ سفید هستند، ولی وجود ناخالصی ها در آن ها باعث تغییر رنگ می شود، مثلا لیمونیت (FeOOH.aq) رس ها را به رنگ زرد متمایل به قهوه ای، هماتیت آن ها را به رنگ قرمز تیره، کلریت رس ها را به رنگ سبز، اکسید های گوناگون منگنز آن ها را به رنگ قهوه ای و مواد آلی رس ها را به رنگ سیاه در می آورند. مواد آلی به دو صورت در رس ها وجود دارند:

1- به شکل ذرات ریز ذغالی یا لجن نیمه ذغالسنگی که باعث ایجاد رنگ خاکستری در رس ها می شود. وجود اینگونه ناخالصی ها در رس ها، سبب ایجاد تخلخل زیاد و پایین آمدن کیفیت فنی و فیزیکی فرآورده های رسی خواهد شد.

2- به شکل ترکیبات کربنی و یا باکتری که به صورت دانه های بسیار ریز و نرم در رس ها پراکنده می باشد.                         

مونت موری لونیت

واژه مونت موریلونیت (Montmorillonite) از نام منطقه montmorillon فرانسه گرفته شده است. در این منطقه برای اولین بار کانی مونت موریلونیت مشاهده و
دسته بندی شد. اسمکتیت نام دیگر کانی مونت موریلونیت است. می توان فرمول این کانی را به شکل زیر در نظر گرفت:

Al1.67Mg0.33)[(OH)2Si4O10].Na0.33(H2O)4)

ترکیب شیمیایی مونت موریلونیت ثابت نبوده و به مقدار زیاد به میزان آب موجود در شبکه بلوری آن که متغییر می باشد، بستگی دارد. گاهی مقداری K2O و
Na2O نیز در مونت موریلونیت یافت می شود. مونت موریلونیت به علت قابلیت زیاد جانشینی یون ها در شبکه بلوری آن هرگز یک فرمول ایده آل ندارد. در لایه های چهار وجهی جایگزینی Al3+ به جای Si4+ تا حداکثر 15 درصد و در لایه های هشت وجهی این جانشینی از مقادیر کم تا 100 درصد می تواند انجام پذیرد. یون هایی مانند Mg2+ و Fe2+ و به ندرت Zn2+، Ni2+، Li+ و Cr3+ می توانند در ساختمان بلوری مونت موریلونیت جایگزین شوند، لذا ترکیب شیمیایی نزدیک به واقعیت برای این کانی را می توان به صورت زیر تصور کرد.

Al,Mg,Fe3+)4(Si,Al)8O20(OH)2.nH2O)

به دلیل تشابه ساختاری کانی های ایلیت و مونت موریلونیت، ترکیب ساختمانی این دو به صورت بین لایه ای نیز موجود بوده و بسیار معمول است. فرمول شیمیایی کلی مونت موریلونیت به صورت X2Y4O10(OH)2 بوده و در آن X و Y به صورت زیر تعریف می شوند:

X= کاتیون های سه ظرفیتی آلومینیم و هم چنین منیزیم های دو ظرفیتی جانشین شده (در لایه های هشت وجهی) به علاوه کاتیون های یک یا دو ظرفیتی که جهت کمبود بار حاصل از جابه جایی اضافه شده اند.

Y= کاتیون های چهارظرفیتی سیلیس و همچنین کاتیون های سه ظرفیتی آلومینیم جانشین شده (در لایه چهاروجهی) به علاوه کاتیون های یک یا دو ظرفیتی که جهت جبران کمبود با حاصل از جابجایی اضافه شده اند.

در حالت کلی، ترکیب نظری مونت موریلونیت صورت زیر است:

SiO2 %66.7
Al2O3 %28.3
H2O %5

بنتونیت یکی از کانی های اصلی گروه مونت موریلونیت بوده و مشخصه آن تورم قابل ملاحظه در هنگام تماس با آب است. این خاک رسی، عمدتا متشکل از مونت موریلونیت (بیش از 70 درصد) بوده و کانی های دیگر مانند کوارتز، فلدسپات، ژیپس (CaSO4.2H2O)، کلسیت (CaCo3) و سایر ناخالصی ها حدود 10 تا 15 درصد محتوای بنتونیت را تشکیل می دهند.


ساختار مونت موریلونیت
--------------------------------------------------------------------------------

ساختار کانی های گروه مونت موریلونیت به صورت سه هشت وجهی و متشکل از دو لایه چهار وجهی سیلیس و یک لایه هشت وجهی مرکزی آلومینا است. ساختار فوق متعلق به پیروفیلیت بوده و سایر اعضای گروه مونت موریلونیت با جایگزینی آلومینیم به جای سیلیس (در لایه های چهار وجهی) و آلومینیم با منیزیم و آهن دو ظرفیتی (در لایه هشت وجهی) حاصل می شوند.
به علت تفاوت ساختار لایه هشت وجهی و چهار وجهی، این دو لایه قابلیت انطباق بر یکدیگر را نداشته و بر خلاف کائولینیت که بین لایه هایش پیوند هیدروژنی برقرار است، در ساختار کریستالی مونت موریلونیت ها لایه هشت وجهی بین دو لایه چهار وجهی محبوس بوده و تنها نیروی موجود، نیرو های ضعیف واندوالس است. به این خاطر در هنگام تماس با آب، ساختار کریستالی مونت موریلونیت ها به راحتی مولکول های آب را جذب و تا شش برابر حجم اولیه خود متورم می شوند.
ز نقطه نظر فعالیت شیمیایی نیز گروه مونت موریلونیت به دلیل وجود لایه های درون ساختمانی خود و سهولت تفکیک پذیری این لایه ها، در مقایسه با گروه کائولینیت فعال تر هستند. از طرف دیگر وجود خاصیت جانشینی ایزومرفی در مونت موریونیت ها باعث می شود که در این گروه به راحتی یک کاتیون با کاتیونی دیگر و با باری متفاوت جایگزین گردد. به عنوان مثال اگر یک کاتیون سه ظرفیتی مانند یون آلومینیم جایگزین یون چهار ظرفیتی سیلیسیم در شبکه چهار وجهی شود کمبود بار مثبت ایجاد شده تنها با اضافه نمودن یک کاتیون خارجی یک یا دو ظرفیتی جبران و موازنه می شود. البته در حالتی که کاتیون خارجی دو ظرفیتی باشد تعداد کاتیون های جذب شده برابر با نصف تعداد بارهای منفی آزاد شده توسط جانشینی ایزومرفی خواهد شد.

یکی از مشخصه های بارز و مهم مونت موریلونیت ها کوچکی فوق العاده اندازه ذرات آن می باشد و این امر سبب ایجاد خواص زیادی در مونت موریلونیت ها می شود. علاوه بر آن بین مونت موریلونیت های سدیمی و کلسیمی نیز تفاوت زیادی وجود دارد. نوع سدیمی این کانی دارای خاصیت شکل پذیری بسیار بیشتر و همچنین توانایی بیشتر جهت تبادل یون، نسبت به مونت موریلونیت کلسیمی می باشد.

ورقه های کانی مونت موریونیت آسانتر از ورقه های کائولینیت از هم جدا می شوند، زیرا در کائولینیت یون O2- یک ورقه، روبروی (OH)- در ورقه مجاور قرار گرفته است، در حالیکه در مونت مریونیت یون O2- یک ورقه مجاور O2- ورقه دیگر قرار گرفته است، در حالیکه در مونت مریلونیت یون O2- یک ورقه مجاور O2- ورقه دیگر واقع شده است. این اختلاف ناشی از جاذبه بیشتر بین یون های O2- با -(OH) در مقایسه با O2- با O2- است، لذا کائولینیت دارای اسکلت نامتقارن و مونت موریلونیت حاوی اسکلت متقارن است. ساختار های متقارن آسان تر از ساختار های نامتقارن از هم جدا می شوند، لذا پلاستیسیته در کانی های گروه مونت موریلونیت قوی تر از پلاستیسته در کانی های گروه کائولینیت است.

از آنجا که در کانی های رسی سه لایه ای بین اتم های اکسیژن لایه سیلیکا در یک ورقه با اتم های اکسیژن ورقه زیرین، پیوند ضعیف واندوالس وجود دارد، لذا آب می تواند به راحتی بین ورقه های این گونه رس ها نفوذ نماید. تمایل شدید به جذب آب و تورم در رس های سه لایه ای، از مشخصات اصلی این گونه رس ها است. باید توجه داشت که در کانی های گروه مونت موریلونیت به دلیل همین تمایل زیاد به جذب آب، میزان آب خارج شده پس از شکل دهی و به هنگام خشک شدن، زیاد خواهد بود. خروج آب زیاد از بدنه سرامیکی سبب ایجاد نقاط ضعف، نظیر انقباض شدید و ترک خوردگی در بدنه می شود.



خواص فیزیکی مونت موریلونیت
--------------------------------------------------------------------------------

مونت موریلونیت به رنگ سفید، خاکستری، گاهی آبی، صورتی، قرمز صورتی، سبز و در حالت خشک مات است. سختی هر یک از پولک ها دقیقا معلوم نیست، ولی بسیار نرم بوده و دارای جلای چرب است، چگالی این کانی ثابت نیست و بین 1.7 تا 2.7 گرم بر سانتی متر مکعب نوسان می کند.

وجود مونت موریلونیت در خاک رس را می توان به دلیل تورم آن در اثر رطوبت و به این ترتیب حالت چربی که به دنبال آن احساس می شود حدس زد، تشخیص دقیق این کانی بدون آنالیز شیمیایی و یا پرتو ایکس غیر ممکن است. باید توجه داشت که بنتونیت های غنی از مونت موریونیت و بایدلیت Al2[AlSi3O9(OH)](OH)2.nH2O را می توان از روی برخی از خصوصیات ظاهری آن ها تشخیص داد:

- این خاک ها بعد از بارش باران به توده لغزنده و چسبناک تبدیل شده و پس از خشک شدن در آن ها درز و شکاف پدید می آید و همزمان تحت تاثیر تورم بخش های زیرین حالت گنبد مانند (برآمدگی) در آن ها ایجاد می گردد، در اثر ادامه خشکی هوا این خاک رس در بخش سطحی خرد و پودر می شود.

- قابلیت جذب آب توسط بنتونیت و تورم آن که بر روی خواص چسبندگی اثر می گذارد خود به خصوصیت دیگر این خاک رس بستگی دارد که به ظرفیت تبادل کاتیونی موسوم است. ویژگی ساختار کانی های رسی به گونه ای است که غالبا بارهای منفی موازنه نشده ای در آن ها وجود دارد که بایستی توسط یون های مثبت مناسب خنثی شوند. این یون ها که دارای قابلیت تعویض هستند، به کاتیون های قابل تعویض موسوم هستند و میزان آن ها از یک خاک رس تا خاک رسی دیگر تفاوت دارد و توسط ظرفیت تبادل کاتیونی اندازه گیری می شود. منشا و معادن مونت موریلونیت
--------------------------------------------------------------------------------

بخش قابل توجهی از رس های مونت موریلونیتی ماحصل فرسایش و تخریب سنگ های آتشفشانی و یا آتشفشانی آواری مانند ریبولیت ها، تراکیت ها، داسیت ها، آندسیت ها، بازالت ها و لیپاریت ها هستند. بنتونیت های ناحیه وایومینگ آمریکا نیز بر اثر تخریب و فرسایش در محل خاکستر های آتشفشانی و سپس تجمع آن ها در طی دوران کرتاسوس شکل گرفته اند. علاوه بر موارد فوق مونت موریلونیت ها ممکن است بر اثر پدیده های زایش رسوبی و یا گرمابی نیز پدید آیند. معادن مونت موریلونبت حاصل از پدیده زایش رسوبی در نقاط مختلف دنیا پراکنده بوده و در آن ها کانسار های رسوبی به صورت لایه هایی با ضخامت چندین متر هستند. کانسار های گرمابی مونت موریلونیت دارای شکل و ظاهری نامنظم و بی قاعده بوده و به دلیل استخراج آن ها بسیار مشکل و پیچیده است.

مهمترین معادن مونت موریلونبت اروپا در کشور های انگلستان، فرانسه، آلمان، مجارستان، ایتالیا، چکسلواکی، شوروی سابق، یونان و یوگسلاوی سابق واقع شده اند. در آمریکا نیز غیر از معادن شناخته شده بنتونیت در ناحیه وایومینگ، معادن عمده دیگری در نواحی آریزونا، اوکلاهما، تگزاس و نوادا قرار دارند. دیگر معادن مونت موریلونیت در کشور های کانادا، مکزیک، آرژانتین، آسیا و آفریقای جنوبی واقع هستند.

استخراج کانی های عمدتا مونت موریلونیتی از طریق استخراج باز معادن سطحی صورت می گیرد. در این حالت فرآیند بسیار ساده بوده و تنها شامل عملیات حمل و نقل و جابجایی توسط روش های معمول و متداول می باشد. البته نکته ای که در این حالت بایستی بدان توجه داشت همانا مسئله شکل پذیری یا پلاستیسیته بالا و همچنین رطوبت پذیری زیاد خاک است، به گونه ای که بعضا امکان وجود 15 تا 25 درصد رطوبت در خاک استخراجی می باشد. در این مواقع استفاده از بولدوزرها عملا غیر ممکن می شود، زیرا این ماشین آلات بر اساس جمع آوری خاک و انباشتن آن به صورت پشته های عظیم و سپس انتقال آن کار می کنند و وجود شکل پذیری بالای خاک این امر را غیر ممکن می سازد، لذا به منظور غلبه بر مشکل فوق در بعضی اوقات به جای بولدوزر از جرثقیل ها و یا چرخ های قوی هیدرولیکی (به منظور لایروبی) استفاده می شود. از مزایای این روش علاوه بر استخراج انتخابی، امکان بهره برداری و استخراج مطمئن از لایه ها و رگه های عریض ولی نازک را می توان برشمرد.


کاربرد مونت موریلونیت در صنایع سرامیک
--------------------------------------------------------------------------------

به دلیل خصوصیات نامطلوب مواد مونت موریلونیتی خالص نظیر اثرات منفی و قابل توجه بر روی خواص رئولوژی دوغاب و یا تورم قابل ملاحظه بنتونیت های هیدراته و تبدیل آن ها به فرم ژل کلوئیدی، از مونت موریلونیت های خالص کمتر در صنایع سرامیک استفاده شده و کاربرد آن ها تنها به عنوان یک ماده افزودنی شکل دهنده، با حداکثر 5 درصد فرمول می باشد. از طرف دیگر به دلیل مشخصات مطلوبی که مخلوط مواد مونت موریلونیتی و ایلیتی (به صورت لایه ای) دارند، از آن ها به نحو گسترده ای در صنایع سرامیک به خصوص در تولید کاشی، آجر و فاینس ها استفاده می شود.                         

بنتونیت

بنتونیت

به طور کلی بنتونیت ها بر دو نوعند: نوع سدیم دار و نوع کلسیم دار. در صنعت سرامیک بنتونیت های سدیم دار بیشتر مورد توجه هستند چرا که در بنتونیت های سدیم دار، ورقه های مونت موریلونیت می توانند در فاصله بیشتری از یکدیگر قرار گرفته و به عبارت دیگر بنتونیت های سدیم دار هنگام جذب آب دارای تورم بیشتری خواهند بود. بنتونیت های کلسیم دار را می توان به وسیله تعویض کاتیونی به بنتونیت های سدیم دار تبدیل نمود.بنتونیت ها عموما دارای نقطه ذوب پایینی بوده و معمولا شیشه های حاصل از ذوب آن ها دارای رنگ های تیره ای می باشند. در صنعت سرامیک این خاک ها را به دلیل پلاستیسیته بسیار زیاد آن ها نمی توان به تنهایی مصرف نمود. بنتونیت ها معمولا در مقادیر بسیار کم (به علت وجود ناخالصی های رنگی) در حدود 1 یا 2 درصد در بدنه جهت افزایش پلاستیسیته و به مقدار بسیار کمتر 0.5 درصد در سوسپانسیون لعاب جهت جلوگیری از ته نشینی مواد مورد استفاده قرار می گیرد. بدیهی است که استفاده از مقدار بیشتر بنتونیت، باعث تغییر رنگ فرآورده ها می شود.در سفالگری سنتی ایران و به خصوص در نواحی مثل مشهد و گناباد، بنتونیت و یا گل سر شوی در مقیاس وسیعی جهت ساخت نوعی بدنه سفید مشهور به بدنه جسمی مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به اینکه بدنه جسمی در حالت خام عمدتا از سیلیس که ماده ای غیر پلاستیک است تشکیل شده، بنابراین جهت ساخت این بدنه ها بنتونیت به مقدار بسیار زیادی (حدود 6 الی 10 درصد) مورد استفاده قرار می گیرد. مدارکی در دست است که نشان می دهد فرمول این بدنه ها در هفت قرن اخیر هیچ نوع تغییر محسوسی ننموده است. بنابراین می توان به قدمت استفاده از بنتونیت در صنعت سرامیک ایران پی برد.


نحوه تشکیل بنتونیت
بنتونیت ها به دو طریق گرمابی و رسوبی تشکیل می شوند:

ذخایر بنتونیت گرمابی: این ذخایر کوچک بوده در شرایط خاص ترکیب محلول گرمابی تشکیل می شوند. در نمودار های زیر محدوده پایداری و تشکیل اسمکتیت ترسیم شده است. خصوصیات محلول برای تشکیل اسمکتیت عبارتند از:

- سیلیس باید بیش از حد اشباع کوارتز باشد.

- دمای محلول بالا باشد.

نحوه تشکیل بنتونیت
بنتونیت ها به دو طریق گرمابی و رسوبی تشکیل می شوند:

ذخایر بنتونیت گرمابی: این ذخایر کوچک بوده در شرایط خاص ترکیب محلول گرمابی تشکیل می شوند. در نمودار های زیر محدوده پایداری و تشکیل اسمکتیت ترسیم شده است. خصوصیات محلول برای تشکیل اسمکتیت عبارتند از:

- سیلیس باید بیش از حد اشباع کوارتز باشد.

- دمای محلول بالا باشد.2- ذخایر بنتونیت رسوبی: مهمترین ذخایر بنتونیت دنیا از نوع رسوبی هستند. خاکستر آتشفشان ها هنگامی که در محیط های دریاچه ای قلیایی بر جای گذاشته می شوند، ضمن واکنش با آب اسمکتیت و دیگر کانی ها را می توانند تشکیل دهند. عمده بنتونیت های رسوبی متعلق به دوران سوم زمین شناسی هستند. اسمکتیت با افزایش دما و فشار به ایلیت تبدیل می شود. سنگ های رسوبی حاوی بنتونیت در شرایط افزایش عمق (افزایش دما) ابتدا به اسمکتیت – ایلیت تبدیل می شود. در عمق حدود 3700 متر حدود 80 درصد اسمکتیت به اسمکتیت – ایلیت تبدیل می شود. در عمق حدود 3700 متر حدود 80 درصد اسمکتیت را ایلیت تشکیل می دهد.


کاربرد بنتونیت
میزان بنتونیت مصرفی در آمریکا شامل 26 درصد ریخته گری، 23 درصد گندله آهن، 21 درصد جمع آوری فضولات گاو، 20 درصد حفاری، 8 درصد محیط زیست و 2 درصد مواد غذایی و .. است.

خاصیت رنگ بری و میزان جذب آب بنتونیت به نوع کانی یا کانی های گروه اسمکتیت بستگی دارد. میزان تورم و خاصیت رنگ بری بیشتر بنتونیت ها در حال طبیعی در پایه مطلوب نیست، از این رو لازم است تغییراتی در آن ایجاد گردد تا خواص آن ها افزایش یابد.

ریخته گری: از بنتونیت سدیم دار به دلیل خاصیت پلاستیکی و چسبندگی آن در تهیه قالب های ریخته گری استفاده می شود. در تهیه قالب های ریخته گری، بنتونیت به دلیل چسبندگی دانه های ماسه را به هم متصل نموده و خاصیت پلاستیکی آن موجب می شود تا بتوان زیر فشار آن را متراکم نموده و شکل قالب مناسب را تهیه نمود.

گل حفاری: در حفاری برای نفت و گاز از بنتونیت سدیم دار استفاده می شود. 20 درصد بنتونیت تولیدی در سال 1994 در گل حفاری استفاده شده است.

گندله آهن: از بنتونیت سدیم دار برای تهیه گندله آهن استفاده می شود.

محیط زیست: پساب های صنعتی و کشاورزی مهم ترین عامل آلوده کننده آب های سطحی و زیرزمینی اند. به منظور کنترل این پساب ها، محیط های نگهداری و انتقال را با استفاده از بنتونیت های سدیم دار باید ایزوله نمود.

تصفیه و رنگ بری: در صنعت تهیه روغن دانه های گیاهی و پتروشیمی از بنتونیت کلسیم دار به دلیل قابلیت مناسب جانشینی کاتیونی و خاصیت رنگ بری استفاده می شود.

فضولات گاوی: در گاوداری ها از بنتونیت سدیم دار به دلیل قابلیت جذب بالای آن برای جذب ادرار و جمع آوری دیگر فضولات استفاده می شود. در آمریکا 21 درصد بنتونیت در این بخش به مصرف می رسد.

مواد شوینده: در تهیه مواد شوینده از بنتونیت های سدیم و یا کلسیم دار به دو دلیل استفاده می شود. اول جلوگیری از راسب شدن مواد و دوم خاصیت نرمی آن.