کیانیت- سیلیمانیت- آندالوزیت

نام کیانیت (kyanite) از واژه ی یونانی به معنای "آبی رنگ" گرفته شده است. سیلیمانیت نیز به خاطر نام شیمیدان آمریکایی Benjamin Silliman نامگذاری شده است و آندالوزیت به دلیل محل کشف این ماده که Andalusia است، نامگذاری شده است. این ماده ی سه آلوتروپی، دارای ترکیب شیمیایی مشابه است و بسیاری از خواص این سه ماده نیز مشابه است. از لحاظ شیمیایی، این سه ماده، همگی، سیلیکات آلومینیوم (〖Al〗_2 O_3.SiO_2) هستند که حاوی 63.2 % آلومینا و 36.8 % سیلیس می باشد. تفاوت قابل توجه میان این مواد، در واقع در شکل کریستالی است. کیانیت دارای کریستال های پره ای شکل است، سیلیمانیت، دارای کریستالی های فیبری یا ستونی شکل است و آندالوزیت، نیز دارای کریستال های منشوری است. علت این تفاوت، به دلیل تفاوت در حالت تشکیل می باشد. تمام این مواد معدنی، متامورف هستند، اما کیانیت سفید، بوسیله ی متامورفی های دینامیکی- گرمایی ایجاد می شود که با تابش ماگمایی همراست. سیلیمانیت نتیجه ای از متامورفی های دما بالاست و آندالوزیت نیز به دلیل متامورفی هایی تشکیل می شود که با عمل پنیوماتیکی سنگ های آذرین نفوذی، همراه است. از بین این سه شکل ماده، سیلیمانیت پایدارترین مینرال است.
با بررسی تولید کیانیت در هند، این ماده در سال 1947 به میزان 16220 تن تولید می شده است و میزان تولید در سال 1970، به پیک تولید خود (120923 تن) رسیده است. بعد از این زمان، تولید این ماده دارای نوساناتی بوده است. در سال 2007، این تولید 7341 تن بوده است. تولید سیلیمانیت در سال 1947، برابر با 240 تن بوده است و این میزان از تولید، در سال 2007، به 32278 تن رسیده است. البته اطلاعاتی در مورد میزان تولید آندالوزیت در هند وجود ندارد.
استفاده ها
دیرگدازهای مولایتی: این مواد معدنی، در دیرگدازهای با آلومینای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. مواد دیرگداز به عنوان موادی تعریف می شوند که در برابر حرارت مقاوم هستند و دارای دمای ذوب بالاتر از 1580 درجه ی سانتیگراد هستند. عملکرد آسترهای دیرگداز در دیواره ی کوره ها، در واقع نه تنها ایجاد مقاومت در برابر دماهای بالاست، بلکه همچنین مقاومت در برابر نوسانات دمایی، مقاومت در برابر نفوذ، ایروژن و سایش با گازهای خورنده و مواد مذاب موجود در کوره، می باشد. علاوه بر این مواد، مواد دیرگداز، نباید به صورت شیمیایی با مواد موجود در کوره، واکنش دهند. عمر مفید آسترهای دیرگداز به طور قابل توجهی بر روی عمر کوره و بهره وری آن، اثرگذار می باشد. علت این مسئله این است که هر بار تعویض این آسترها، علاوه بر هزینه، نیازمند متوقف شدن خط تولید، است.
کیانیت، سیلیمانیت و آندالوزی، در تولید آجرهای دیرگدازی استفاده می شوند که در آسترکاری کوره های قوس الکتریکی کاربرد دارند. این کوره ها برای ذوب کردن فلزات غیر آهنی و آلیاژها کاربرد دارند. از این آجرها، در آسترکاری کوره های ذوب شیشه، کوره های پالایش طلا و ... استفاده می شود. در تولید ساگارهای سرامیکی نیز این مواد، استفاده می شوند. به هر حال، هیچ کدام از این مواد معدنی به صورت تنها در این صنایع کاربرد ندارند. این مواد گاهی اوقات در دمای بالا، به صورت مخلوطی شیشه ای از مولایت و سیلیس تبدیل می شوند.
مولایت در واقع یک آلومینویم سیلیکات است اما درصد بالاتری از آلومینا در مقایسه با این سه مینرال، در خود جای داده است. ترکیب این ماده، 3〖Al〗_2 O_3.2SiO_2 می باشد که محتوی 71.8 % آلومینا و 28.2 % سیلیس می باشد. بخشی از سیلیس که از این مواد معدنی آزاد می شود، یک ماده ی شیشه ای پایدار تشکیل می دهد و بقیه با مولایت مخلوط می شوند و تشکیل یک ترکیب شیشه ای پایدار دیگر می دهند. مولایت به صورت توده هایی در داخل گدازه های دوره ی سوم زمین شناسی در بخش Mull در اسکاتلند، یافت شده اند و نامگذاری این ماده نیز بر اساس نام این بخش ها بوده است. مولایت تا دمای 1810 درجه ی سانتیگراد، پایدار است، مقاومت قابل قبولی در برابر عوامل شیمیایی و بسیاری از گازها دارد. مقاومت به شوک حرارتی آن، مناسب می باشد و همچنین در برابر سایش مقاوم است.
دخایر تجاری مولایت در طبیعت، یافت نمی شوند و ارزش موادی مانند کیانیت، سیلیمانیت و آندالوزیت نیز در همین مسئله نهفته است. در حقیقت، این مواد معدنی را مینرال های مولایت ساز، می نامند. کیانیت در دمای 1350 درجه ی سانتیگراد، به مولایت تبدیل می شود. این مورد برای سیلیمانیت در دمای بالاتر از 1650 درجه رخ می دهد و برای آندالوزیت نیز این دما، 1400 درجه ی سانتیگراد است. از لحاظ فنی، همه ی این مواد معدنی، می تواند در تولید مولایت، استفاده شوند. البته انتخاب نوع ماده، به قیمت آن و میزان فراوانی آن در منطقه ی مورد نظر، وابسته می باشد.
اگر چه کیانیت در دماهای پایین ترین به مولایت تبدیل می شود، تغییرات آن با برخی مشکلات همراه است. وقتی این ماده تا دمایی بین 1200 تا 1300 درجه ی سانتیگراد، حرارت داده می شود، انبساط حجمی در حدود 20 % رخ می دهد که این مسئله با شکسته شدن ساختار همراه است. این انبساط شدید و خرد شدن، موجب می شود تا آسترکاری های دیرگداز تولید شده از کیانیت، در موقع افزایش دما، تخریب شوند. در واقع، به همین دلیل است که کیانیت را پیش از استفاده در تولید آجرهای دیرگداز، کلسینه می کنند.
سیلیمانیت در دمای بالاتری به مولایت تبدیل می شود. اما در صورتی که این ماده در یک منطقه وجود داشته باشد، می توان از آن برای تولید مولایت استفاده کرد.
به هر حال، این سه مینرال، باید خردایش پیدا کنند و سپس به همراه سیمان و یا به صورت آجر، شکل دهی شوند. در تولید آجرها معمولاً موادی همچون سدیم هگزامتافسفات، رس، پلی وینیل الکل و ...، به عنوان بایندر، استفاده می شوند.
دیرگدازهای کامپوزیتی: یک مخلوط از کیانیت پیش کلسینه شده و سیلیمانیت، برای تولید محصولات سرامیکی استفاده می شوند. این محصولات، نتایج خوبی از خود نشان داده اند. کیانیت و سیلیمانیت همچنین به خاک نسوز افزوده می شود تا بدین صورت، کارایی آجرهای نسوز تولید شده از خاک نسوز، بهبود یابد.
شیشه: مقادیر کوچک از کیانیت کلسینه نشده، به عنوان یک افزودنی در شیشه سازی، مورد استفاده قرار می گیرد.
سنگ زینتی: سختی کیانیت، آندالوزیت و سیلیمانیت به ترتیب برابر با 5-7.25، 6-7 و 7.5 در مقیاس موهس است. ضریب شکست این ماده برابر با 1.72، 1.66 و 1.7 است. این مواد معمولاً رنگ های جالبی دارند. مرکز یک تکه کیانیت آبی رنگ است در حالی که کناره های آن، سفید رنگ است. سیلیمانیت دارای رنگ سبز زیتونی است و آندالوزیت دارای رنگ قرمز جگری، قرمز روشن، سبز زیتونی و سفید است. سختی، رنگ و خواص نوری، موجب می شود تا برخی از این مواد معدنی به عنوان سنگ های زینتی، مورد استفاده قرار گیرند.
جایگزین ها
محصولات مولایتی مصنوعی نسبت به مولایت طبیعی، مزیت دارند. این ماده با ذوب آلومینای خالص و مواد سیلیس دار، در داخل یک کوره ی قوس الکتریکی، تولید می شود. به طور مشابه، یک مخلوط از مواد آلومینایی مانند بوکسیت، آلومینا، کائولن، کیانیت و ... به همراه مقداری سیلیس می تواند در یک کوره ی مدور، زینتر شود. دمای زینتر معمولاً بالاتر از 1750 درجه ی سانتیگراد است. به هر حال، مولایت سنتزی گران تر از مولایتی است که بر پایه ی کیانیت/ سیلیمانیت یا آندالوزیت، تولید می شود.
منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee