مترجم: حبیب الله علیخانی





 
دولومیت بوسیله ی معدن شناس فرانسوی به نام Dolomieru نامگذاری شد. این ماده، در واقع یک کربنات دوگانه از کلسیم و منیزیم است که دارای ترکیب شیمیایی CaCO_3.MgCO_3 است. از لحاظ تئوری، این ماده حاوی 54.35 % کلسیم کربنات (یا 30.4 % اکسید کلسیم) و 45.65 % منیزیم کربنات (یا 21.7 % اکسید منیزیم) می باشد و این دو جزء نمی توانند به صورت روش های فیزیکی، از هم جدا شوند. در طبیعت، یک تبدیل پیوسته از حالت سنگ آهک به دولومیت در سنگ های آهکی- دولومیتی رخ می دهد. به هر حال، دولومیت تجاری، حاوی مقادیری ناخالصی است و در سیکل صنعتی، یک مقدار مینیمم 18 % اکسید منیزیم، به منظور در نظر گرفتن یک ماده به عنوان دولومیت، ضروری است.
این ماده در طبیعت و بواسطه ی حل شدن منیزیم و ته نشینی آن تشکیل می شود. این فرایند، دولومیت سازی، می نامند. این Dolomieru بود که برخی از خواص متمایز این ماده را در سال 1791 مورد بررسی قرار داد. رنگ این ماده، از سفید تا قرمز رنگ یا سبز رنگ متغیر است. این رنگ به نوع و میزان ناخالصی، وابسته است. این مینرال، معمولاً به صورت ذخایر کم عمق تشکیل می شود. تولید این ماده در هند، از میزان 4000 تن در سال 1952 به میزان 4.43 میلیون تن در سال 2006 رسیده است.
معیار استفاده
متمایزترین ویژگی دولومیت، این است که این ماده یک ماده ی کربوناتی است که مشابه آهک نیست. این ماده در زمان اضافه کردن اسید در دماهای معمولی، جوش نمی خورد اما در دماهای بالا، جوش می خورد. دولومیت دارای خاصیتی بین سنگ آهک و منیزیت است. معیار اصلی استفاده برای کاربردهای صنعتی این ماده به صورت زیر است:
این ماده، یک ماده ی متخلخل است با وجود اینکه از کلسیت تشکیل شده است. محلول حاوی منیزیم، بر روی کلسیت اثر گذاشته و برخی از مولکول های کربنات کلسیم، متحمل تغییر یونی می شوند. این مسئله منجر به ایجاد دولومیت های متخلخل می شود.
به دلیل وجود مقادیری از اکسید منیزیم، دولومیت در برابر آتش، مقاوم می باشد.
دولومیت می تواند در دمای 1000 درجه ی سانتیگراد، کلسینه شود و وقتی دی اکسید کربن این ماده به طور کامل خارج شود، مخلوطی از اکسید کلسیم و اکسید منیزیم، باقی می ماند. این دولومیت کلسینه شده، در دمای 1700 تا 1800 درجه ی سانتیگراد، ذوب می شود. در این حالت، منیزیا به پریکلاژ تبدیل می شود و محصولی خنثی برجای می ماند که به دولومیت dead-burnt شناخته می شود. دولومیت dead-burnt مخلوطی از آهک آزاد و پریکلاژ است.
آهک آزاد که در دولومیت dead-burnt وجود دارد، مستعد هیدراته شدن و یا شکفتن می باشد و از این رو، عمر کوتاهی دارد.
از لحاظ شیمیایی، این ماده بازی است و pH برابر با 10 دارد. از این رو، این ماده در برابر سرباره های بازی، مقاوم می باشد.
این ماده قابلیت فلاکس دارد که علت اصلی این مسئله، وجود آهک در داخل آن می باشد.
این ماده در برابر هوازدگی، مقاوم می باشد.
سختی این ماده بین 3.5 تا 4.0 موهس می باشد.
ضریب شکست این ماده، از 1.50 تا 1.68 متغیر است.
اما مزیت اصلی استفاده از دولومیت، قیمت ارزان آن می باشد. در واقع این ماده ی معدنی، در طبیعت به وفور یافت می شود.
استفاده ها و ویژگی ها
استفاده های اصلی از دولومیت به صورت زیر می باشد:
متالورژی (تولید آهن اسفنجی، فرومنگنز، چدن و فولاد)
تولید دیرگدازهای بازی
شیشه
تولید فلز منیزیم
تولید منیزیا از آب دریا
تصحیح خاک
تولید سیمان های سورل (Sorel cement)
تولید سیمان های منیزیم اکسی سولفات
کاغذ
چرم
داروسازی
چسب ها
اگریگیت های ساختمانی
فیلترهای فاضلاب
در ادامه در مورد این کاربردها، صحبت خواهد شد.
متالورژی (تولید آهن اسفنجی، فرومنگنز، چدن و فولاد)
دولومیت به مخلوط مواد اولیه ی مورد استفاده در تولید چدن، آهن اسفنجی، فرومنگز و فولاد اضافه می شود تا بدین صورت، اهداف خاص مورد نظر، برطرف شود.
چدن و فرومنگنز:
نقش: در مورد چدن، شارژ کوره حاوی سنگ آهن، کک و سنگ آهک و دولومیت است در حالی که در مورد فرومنگنز، سنگ منگنز، به جای سنگ آهن استفاده می شود.
شارژ در کوره ی بلند ذوب می شود و چدن تولید می شود و برای تولید فرومنگنز، از کوره ی قوس الکتریکی (EAF) استفاده می شود. عمدتاً سنگ آهک به عنوان فلاکس عمل می کند اما دولومیت، علاوه بر کمک به عملکرد سنگ آهک، عملکرد های زیر را نیز انجام می دهد:
این ماده به عنوان فلاکس عمل می کند. عملکرد فلاکس به دلیل وجود اکسید کلسیم در این ماده می باشد. در واقع وجود اکسید کلسیم به همراه سیلیس، آلومینا و آهن، موجب تشکیل سرباره ی کلسیم آلومینو سیلیکات در زمان مشابه می شود. این ماده موجب کاهش دمای ذوب شارژ می شود.
به دلیل وجود MgO، میزان بازی بودن این ماده بالاست و از این رو، میزان سیالیت سرباره، افزایش می یابد. یک سرباره ی سیال برای حذف مؤثر گوگرد و مواد فسفری، مناسب می باشد. در واقع این کار موجب می شود تا خروج سرباره تسهیل شود.
به دلیل وجود خاصیت بازی MgO و سرباره، عمر مفید آسترکاری های دیرگداز کوره، بیشتر می شود. به همین دلیل، در حدود 8 % در سرباره ی کوره ی بلند، مطلوب می باشد.
b. ویژگی ها: تخلخل طبیعی دولومیت، مفید می باشد. علاوه بر این، در دمای کوره، دولومیت کلسینه می شود و گاز دی اکسید کربن، خارج می شود. این مسئله موجب ایجاد تخلخل باقیمانده می شود. به دلیل این تخلخل، مساحت سطح بیشتری برای واکنش، وجود دارد. استحکام دولومیت، مهم می باشد به نحوی که این ماده می تواند در برابر تنش های شکستی مقاوم باشد که در حین حمل و نقل مواد در کوره ی بلند، ایجاد می شود. خرد شدن، منجر به ایجاد گردوخاک می شود که این مسئله محل عبور هوا را مسدود می کند.
سیلیس و آلومینای موجود در این ماده، به سه دلیل، موادی مناسب نیستند:
هدف از افزودن دولومیت، حذف ناخالصی هایی است که در سنگ معدن، وجود دارد. وجود این مواد در دولومیت، موجب می شود تا ناخالصی وارد شارژ کوره شود. مقداری از آهک موجود، ضرف واکنش با ناخالصی می شود و از این رو، حجم سرباره افزایش خواهد یافت.
دولومیت در دمای کوره ی بلند، کلسینه می شود و توده ای متخلخل از جنس آهک و اکسید منیزیم، تولید می کند. به هر حال، اگر سیلیس و آلومینا در داخل این ماده، وجود داشته باشد، این ناخالصی ها فورا با آهک ترکیب شده و کلسیم- آومینو- سیلیکات تولید می شود. این ماده موجب بسته شدن تخلخل ها می شود. بنابراین، میزان واکنش پذیری آهک، کاهش می یابد.
از بین این دو ناخالصی، آلومینا، مضرتر است. زیرا این ماده دمای ذوب بالایی دارد و از انی رو، نیاز به حرارت بیشتری برای ذوب آن می باشد. ذوب ناقص آلومینا، موجب ایجاد سرباره ای با ویسکوزیته ی بالاتر می شود.
اگر فسفر در محصول نهایی یعنی فولاد وجود داشته باشد، این ماده موجب کاهش انعطاف پذیری ماده می شود و موجب می شود تا فولاد ترد شود و متحمل شوک شود. گوگرد، در زمانی که در فولاد وجود داشته باشد، موجب ایجاد ترک در لبه های فولادی می شود که تحت عملیات نورد قرار گرفته است. هر دوی این عناصر در دولومیت مضر می باشند. زیرا این مواد، بر روی سرباره اثر دارند و موجب جدایش سرباره از آهن می شود. با افزایش حجم و میزان بازی بودن سرباره، این سرباره تا حدی حذف می شود اما بخشی از سرباره، در داخل آهن باقی می ماند. بنابراین، دولومیت نباید حاوی این عناصر مضر باشد. مواد قلیایی با سیلیس ترکیب می شوند و موجب تشکیل سیلیکات های سبک و مذابی می شود که بر روی سرباره قرار می گیرند. این مسئله بر روی تشکیل سرباره ی مؤثر، اثر دارد.
آهن اسفنجی: در مورد تولید آهن اسفنجی، سنگ آهن در حالت جامد، کاهش می یابد و بنابراین، تشکیل سرباره، وجود ندارد. در فرایندهای بر پایه ی زغال سنگ، یک مخلوط از سنگ آهن، زغال سنگ و دولومیت، به داخل کوره ی دوار، شارژ می شود و این مخلوط تا دمای 1100 درجه ی سانتیگراد، حرارت داده می شود. سپس خروجی که مخلوطی از آهن اسفنجی، زغال نیم سوز و اکسید کلسیم و منیزیم است، تحت جدایش مغناطیسی قرار داده می شود و بدین صورت، آهن اسفنجی که ماده ای مغناطیسی است، بدین صورت، جداسازی می شود. نقش دولومیت، تنها کاهش دمای ذوب شارژ است. در واقع این مورد نیز به دلیل وجود جزء اکسید کلسیم در دولومیت می باشد.
فولاد:
نقش: برای فولاد سازی، آهن، کک و آهک در داخل کوره قرار داده می شود و در دمای 18000 درجه ی سانتیگراد، ذوب می شود. مواد فسفردار و گوگردی اکسید می شود و این اکسیدها، با سنگ آهک واکنش داده و سرباره تشکیل می شود. سرباره سبک تر است و از این رو، بر روی فولاد مذاب، جریان می یابد. بدین وسیله، می توان سرباره را جداسازی کرد. در مورد ذوب فولاد، نقش دولومیت، به صورت زیر است:
این ماده موجب ذوب شدن شارژ در کوره می شود. در این حالت، اکسید کلسیم باقی مانده و گاز دی اکسید کربن، خارج می شود.
این ماده موجب حذف فسفر و گوگرد می شود.
به دلیل وجود اکسید منیزیم در این ماده، این ماده اسیدها را خنثی می کند و بر روی ناخالصی های خاصی مانند سیلیس، آلومینا و ... اثر دارد. البته علاوه بر این، این ماده شرایط بازی ایجاد می کند که موجب حذف گوگرد و فسفر می شود.
اگر چه دمای عملیاتی در حدود 1800 درجه ی سانتیگراد است، دولومیت به پریکلاژ تبدیل نمی شود زیرا این ماده قبل از این مرحله، وارد واکنش با اجزای دیگر می شود.
مشخصات: برای استفاده از دولومیت در تولید فولاد با استفاده از کوره ی بستر باز ، سیلیس و آلومینا، جزء ناخالصی های مضر می باشند. علت این مسئله، افزایش میزان اسیدیته ی مخلوط می باشد. در اینجا، کوره باید کوچکتر از کوره ی بلند باشد و همچنین ناخالصی های سیلیس و آلومینا نیز باید حذف شوند. کربنات سدیم یک ماده ی بازی قوی است و باید به گونه ای میزان ان تعیین شود تا میزان بازی بودن حمام به حد مناسب باشد.
تولید دیرگدازهای بازی
مواد دیرگداز در واقع موادی هستند که در برابر حرارت مقاوم می باشند و دمای ذوب آنها معمولاً بالاتر از 1580 درجه ی سانتیگراد می باشد. عملکرد آستری دیرگداز در دیواره ی کوره ها، ه تنها مقاومت در برابر دماهای بالاست، بلکه همچنین مقاومت در برابر نوسانات دمایی، نفوذ، سایش و ایروژن گازهای گرم و مواد مذاب در کوره می باشد. این ماده نباید از لحاظ شیمیایی با مواد موجود در کوره، واکنش دهد.
برای استفاده از آنها به عنوان دیرگداز، دولومیت به دولومیت dead-burnt تبدیل می شود . این کار با زینترینگ این ماده در دمایی بین 1700 تا 1800 درجه ی سانتیگراد، انجام می شود. در این دما، اکسید منیزیم به صورت جزئی ذوب می شوند و پریکلاژ تشکیل می شود. این محصول، یک محصول دانس و پایدار می باشد. دولومیت dead-burnt مخلوطی از پریکلاژ و اکسید کلسیم است. برای آجرسازی، این ماده خردایش می شود و در داخل قالب ها، فشرده سازی می شود. علاوه بر این ماده، بایندر نیز استفاده می شود. به دلیل خواص پریکلاژ، دولومیت dead-burnt می توانند هم به عنوان آسترکاری داخلی و هم برای آسترکاری کف، استفاده شود. به عنوان یک دیرگداز، این ماده نسبت به دیرگدازهای بر پایه ی منیزیا، عملکرد بهتری دارند اما قیمت ارزان تری دارد. علاوه بر این، استفاده از یک دیرگداز منیزیایی به دلیل مسائل زیست محیطی، نسبت به دیرگدازهای بر پایه ی کروم- منیزیم، مزیت دارند. به هر حال، یک محدودیت اصلی دیرگدازهای دولومیتی، میزا اکسید کلسیم بالاتر ان است که موجب می شود دیرگداز هیدراته شود. برای فایق آمدن بر این مشکل، دیرگدازهای دولومیتی، با قیر پوشش داده می شوند. امروزه، دولومیت های بر پایه ی باند سرامیکی و دولومیت های غنی از منیزیا، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.
وقتی فرایند L-D مربوط به فولاد سازی در استرالیا و در اوایل دهه ی 1950، ابداع شد، دولومیت به عنوان آسترکاری نسوز برای جداره های L-D استفاده شد. استفاده از این ماده ادامه یافت تا جایی که در اوایل دهه ی 1970، وقتی دیرگدازهای منیزیا- کربن ابداع شد، ژاپن و برخی از کشورها از این دیرگدازها به عنوان جایگزینی برای دولومیت، استفاده کردند. اما در اواخر دهه ی 1970، با توسعه ی تکنولوژی ریخته گری پیوسته و تصفیه ی ثانویه در ملاقه های مخصوص ریختن مذاب، دیرگدازهای دولومیتی، یک شانس مناسب برای افزایش طول عمر و کاهش هزینه های مربوط به تولید فولاد شدند. به همین دلایل، یک چنین دیرگدازهایی، در بخش های دی کربوریزاسیون ارگون- اکسیژن (AOD) و فرایند دی کربوریزاسیون خلاء – اکسیژن مربوط به فولاد سازی، مورد استفاده قرار گرفتند. از این نوع از دیرگدازها، در کوره های سیمان نیز استفاده می شود. امروزه، دیرگدازهای دولومیی حاوی روکش قیری، برای آسترکاری دیواره های کوره های قوس الکتریکی (EAFs) مورد استفاده در کاهش مستقیم آهن، کاربرد دارند.
ویژگی ها:
کوارتز، در دمای 574 درجه ی سانتیگراد، به کوارتز بتا تبدیل می شود. سپس در دمای 870 درجه ی سانتیگراد، به بتا تریدیمیت تبدیل می شود و در نهایت، در دمای 1470 درجه ی سانتیگراد، به کریستوبالیت تبدیل می شوند. این تغییرات فازی، با تغییرات حجمی همراه است. هر یک از این اشکال از سیلیس، دارای اشکال دما پایین خاص خود نیز هستند و در هنگام سرد کردن، تغییرات به سمت تشکیل اشکال دما پایین به همراه تغییرات حجمی خاص، رخ می دهد. بنابراین، حرارت دهی و سرد کردن دیرگدازهای حاوی سیلیس، می تواند منجر به ترک خوردن آنها شود. علاوه بر این، در دمای کار کوره، سیلیس با اکسید کلسیم واکنش می دهد و بتا دی کلسیم سیلیکات تشکیل می شود. این ماده نیز سریعاً به شکل گامای خود تبدیل می شودو بدین صورت، سریعاً دیرگداز متلاشی می شود. علاوه بر این، اگر آلومینا دراین مخلوط وجود داشته باشد، بنابراین، کلسیم آلومینوسیلیکات، در دمای 1100 درجه ی سانتیگراد به خودی خود، تشکیل می شود. علاوه بر این، آلومینا، موجب تشکیل سیلیکات می شود و بدین صورت، میزان وزن مخصوص ماده افزایش می یابد. سپس مولایت در دمای 1200 تا 1600 درجه ی سانتیگراد تشکیل می شود و بدین شیوه، میزان استحکام دیرگداز، افت پیدا می کند. از این رو، هم سیلیس و هم آلومینا، مواد مضری در این نوع دیرگدازها و دیرگدازهای منیزیایی فیوزد، تلقی می شود.
تاکنون وجود اکسید اهن را به عنوان یک ماده ی نامناسب، در نظر می گرفتیم اما مقدار اندکی از این ماده، می تواند مفید باشد. در واقع این ماده با اکسید منیزیم ترکیب می شود و فریت منیزیم تشکیل می دهد. این ماده، به صورت بایندر عمل می کند.
شیشه
از لحاظ شیمیایی، شیشه مخلوطی از سیلیکات های سدیم، کلسیم و منیزیم است. ترکیب شیشه های خاص اولیه، برابر 18〖Na〗_2 O.2MgO.8CaO.7SiO_2 می باشد. شیشه های اولیه حاوی 4-5 % منیریم و برخی از شیشه های خاص، حاوی بیش از 15 % منیزیم می باشد. منیزیم بوسیله ی دولومیت، در شیشه ها، تأمین می شود.
فرایند تولید شیشه، ضرورتاً شامل ذوب شدن یک مخلوط از 47 % سیلیس، 14 % سدیم کربنات، 12 % دولومیت، 3.5 % سنگ آهک، 2.5 % کربن (کک) و بقیه خورده شیشه، در دمایی بین 1400 تا 1500 درجه ی سانتیگراد، می باشد. این مخلوط سپس سسرد شده و در دمای 900 تا 800 درجه، به صورت مایع با ویسکوزیته ی مناسب، تبدیل می شود. بعد از اولین عمل آوری، مواد رنگی مورد نیاز نیز که می تواند حاوی اکسید منگنز و 〖Sb〗_2 O_3 و ... می باشد، به مذاب افزوده می شود. سپس فرایند شکل دهی، بر روی این شیشه انجام می شود و اشکال مختلفی از این ماده، در رنگ ها و اندازه های مختلف، ایجاد می شود. دی اکسید کربن مربوط به کربنات کلسیم و منیزیم، در دمای ذوب خارج می شود و دولومیت به اکسید کلسیم و منیزیم تبدیل می شود. اما در این دما، اکسید منیزیم جزء خنثی نیست و وارد واکنش می شود.
نقش دولومیت به صورت زیر است:
عملکرد کربنات سدیم و آهک، شکستن ساختار شیشه و در واقع عملکرد فلاکس می باشد. در واقع این مواد، دمای ذوب را از 1580 به 1400 درجه ی سانتیگراد، کاهش می دهند. دولومیت، نیز موجب افزایش میزان اکسید کلسیم مورد استفاده به عنوان فلاکس می شود.
آهک نیز تمایل به تشکیل کریستال دارد و افزودن اکسید منیزیم نیز موجب کاهش نرخ گیرش می شود، بنابراین، کمک می کند تا از زجاجی شدن، از بین رود.
به دلیل کاش نرخ گیرش، تغییر در ویسکوزیته، به صورت تدریجی انجام می شود و این مسئله، موجب تسهیل پراکندگی مواد رنگی در کل مذاب می شود.
این ماده از حملات شیمیایی بوسیله ی گازهای اتمسفر و رطوبت، جلوگیری می کند.
دولومیت موجب ایجاد مقاومت در برابر شوک حرارتی می شود و همچنین منجر به شکافتن شیشه می شود.
دولومیت به سهولت بیشتری نسبت به اکسید کلسیم، مورد استفاده قرار می گیرد. علت این مسئله، این است که اکسید کلسیم و منیزیم، یک پیوند قوی ایجاد می کند و بنابراین، پایداری اکسید کلسیم منفرد، زیاد بالا نیست.
در این میان، اکسید آهن، یکی از اجزای مضر می باشد که اثر بدی بر روی رنگ شیشه دارد. میزان ماکزیمم این اکسید باید زیر 0.04 % باشد. سایر ناخالصی های نامطلوب، کروم، منگنز، وانادیوم و قلع می باشد.
منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee
 

/ج