ولاستونیت

ولاستونیت یک متاسیلیکات از کلسیم است که دارای فرمول CaSiO_3 می باشد. این ماده حاوی 48.3 % اکسید کلسیم و 51.7 % دی اکسید کلسیم می باشد. این ماده اغلب به صورت اگریگیت های حاوی کریستال های سوزنی شکل و پره ای است که ممکن است حاوی اهن، منیزیم و منگنز می باشد که به طور خاص، با کلسیم جایگزین شده اند. نام این ماده بر اساس نام شیمیدان انگلیسی به نام William Hyde Wollaston گرفته شده است. این ماده وقتی تشکیل می شود که سنگ آهک ناخالص یا دولومیت در دما و فشار بالا و در حضور سیال های حاوی سیلیس، قرار گیرند.
این ماده ی معدنی به دلیل وجود سنگ آهک در داخل بخش های فوران آتشفشانی، یافت می شود. سنگ های دگرگون جزء محل های متداولی است که اینگونه ماده ی معدنی، یافت می شود. مواد معدنی مربوطه، عبارتند از گارنت، وزوویانیت (vesuvianite)، دیوپسید (diopside)، ترمولیت، اپیدوت، فلدسپار پلاژیوکلاز و کلسیت.
ولاستونیت دارای 7 پلیمرف است که دارای ترکیب شیمایی یکسان و ساختار کریستالی متفاوت هستند. به هر حال، اغلب این پلیمرف ها، دارای تقارن تری کلینیک هستند و بعد از این ساختار، ساختار مونوکلینیک بیشتر، متداول است. از لحاظ تجاری، تمام این پلیمرف ها، ولاستونیت، نامیده می شوند.
مهم ترین ذخایر ولاستونیت، در نیویورک آمریکا، تگزاس، کالیفرنیا، نیوجرسی و ... وجود دارد. همچنین ذخایر مهمی از این ماده در ایتالیا، کانادا، فنلاند، رومانی، آلمان، مکزیک، یونان، چین و سوئیس وجود دارد. چین، نیز یکی از تولید کننده های عمده ی ولاستونیت در دنیاست و حدود 70 % از این ماده را تولید می کند.

معیار استفاده

ولاستونیت، یک ماده ی بی رنگ یا سفید رنگ است و می تواند این رنگ به سمت خاکستری نیز متمای باشد. سختی این ماده در حدود 5 است و از لحاظ مینرالی، این ماده دارای درخشش مرواریدگونه است که وزن مخصوصی در حدود 2.8 دارد. اما مهم ترین خواص این ماده، از نقطه نظر صنعتی، عبارتند از:
رنگ این ماده یکی از ویژگی های مهم این ماده محسوب می شود.
رنگ این ماده در حالت پخت شده، سفید کرم رنگ می باشد.
کریستال های ولاستونیت، دارای ساختار سوزنی با نسبت طول به عرضی بین 3:1 تا 20:1 می باشند. ساختار ولاستونیت که دارای نسبت طول به عرض بین 15:1 و 20:1 هستند را ساختار شبه فیبری، می نامند.
این ماده دارای مقاومت دمایی تا 1540 درجه می باشد و ضریب انبساط کوچکی نیز دارد. شرینکیج این ماده در هنگام سرد شدن نیز کم است.
این ماده دارای رطوبت پایین و جذب روغن پایینی است.
این ماده در آب حل نمی شود.
ضریب شکست این ماده در حدود 1.63 است.
از لحاظ شیمیایی، این ماده، یک ماده ی خنثی است.
این ماده دارای مقادیر اندکی مواد فرار می باشد.
استفاده ها و ویژگی ها
ولاستونیتی که در بیشتر کشورها فروخته می شود، محتوی 94 % CaSiO_3، 0.76 % آلومینا، 0.49 % اکسید آهن، 0.4 % اکسید منیزیم و 2.71 % مواد فرار می باشد. استفاده های اصلی از ولاستونیت، به صورت زیر می باشد:
صنعت سرامیک
محصولات ضد اصطکاک
الکترودها
پشم سنگ یا پشم مواد معدنی مختلف
چسب ها
پلاستیک ها و لاستیک
رنگ ها
در ادامه در مورد این کاربردها، صحبت خواهیم کرد.

صنعت سرامیک

ولاستونیت یکی از اجزای اصلی در تمام محصولات سرامیکی محسوب می شود. علت این استفاده، دمای ذوب 1540 درجه ی سانتیگراد این ماده می باشد، در حالی که رنگ سفید کرمی بعد از پخت این ماده و میزان مواد فرار اندک آن نیز از جمله مزیت های دیگر، محسوب می شود. در واقع وجود مواد فرار موجب می شود تا محصول سرامیکی، بعد از پخت، دچار جوش زدگی شود. در این کاربردها، ساختار سوزنی ولاستونیت، مد نظر نیست و از این رو می توان ذرات ولاستونیتی را مورد استفاده قرار داد که نسبت طول به عرض آنها 5:1 باشد. در ادامه در مورد کاربرد ولاستونیت در صنعت سرامیک، صحبت خواهیم کرد:
سرامیک های دیرگداز: این محصولات سرامیکی، در برابر حرارت مقاوم هستند و به شکل های مختلف، مانند کاشی، تولید می شوند.
دیرگدازها: نقطه ی ذوب ولاستونیت در واقع بالاتر از فولاد است و از این رو، ولاستونیت برای استفاده در آسترکاری آسیاب های فولادی، مناسب، می باشد.
کاشی های سفالی شکل: ولاستونیت به عنوان پرکننده و یک جزء با مقدار اندک در بدنه ی این کاشی ها، مورد استفاده قرار می گیرد. یک چنین کاشی هایی، در پوشش دهی دیوارها، کف و سواحل دریایی، کاربرد دارد.
لعاب ها: هدف لعاب کاری ایجاد یک پوشش یکنواخت بر روی سطح ایجاد شود که بتواند عیوبی همچون سوراخ، حباب و ... را بپوشاند. لعاب ها ممکن است به صورت خام یا فریت شده، مصرف شوند. لعاب های خام، حاوی مواد نامحلول در آب می باشد، در حالی که لعاب فریت شده، به دلیل ذوب شدن و سرد شدن متعاقب، تغییر شیمیایی داده اند. عمدتاً لعاب ها از مواد مختلفی ساخته می شوند، اما عمده ی مواد موجود در این لعاب ها، کوارتز و فلدسپار می باشند. این اجزا مخلوط شده و بعد از آسیاب کاری و مخلوط نمودن با آب، به صورت مخلوط لعاب در می آید. بدنه های خام قالب گیری شده، در داخل لعاب فروبرده می شوند و بدین صورت، یک لایه ی نازک از لعاب، بر روی سطح بدنه ایجاد می شود. این بدنه ها به همراه لعاب، در دمایی مناسب، پخت می شوند. ولاستونیت به عنوان یک ماده افزودنی به لعاب فریت شده اضافه می شود تا بدین صورت، موجب ایجاد حالت مات در محصول نهایی شود.

محصولات ضد اصطکاک

در این محصولات، مواد فیبری با استحکام و مقاومت حرارتی بالا، مناسب می باشند، زیرا موجب می شوند تا انعطاف پذیری ماده افزایش یابد. به طور ایده آل، کریزوتایل یک مینرال فیبری است که دارای نسبت طول به عرض، برابر با 1000:1 است. این ماده به صورت آستری های بافته شده، مورد استفاده قرار می گیرند.

الکترودها

ولاستونیت به عنوان پوشش و به منظور جلوگیری از اتلاف جریان، بر روی الکترود، اعمال می شود. استحکام دی الکتریک بالا به همراه مقاومت در برابر حرارت مربوط به ولاستونیت، موجب می شود تا این ماده در این کاربرد، استفاده شود.

پشم سنگ یا پشم مواد معدنی مختلف

پشم سنگ یک نام عمومی از الیافی است که مواد غیر آلی مانند مینرال های معدنی، سنگ ها و اکسیدهای فلزی تولید شده اند. وقتی ماده ی مورد استفاده در فرایند فیبر سازی، یک مینرال طبیعی باشد، اسم این ماده، پشم سنگ می باشد. این ماده فیبری شکل، با وزش جریان از هوا از میان توده ی مذاب از مینرال یا سنگ، تولید می شود. همچنین می توان توده ی مذاب را با سرعت بالا بر روی چرخ های متعدد، ریسید. نتیجه ی حاصله، یک فیبر با قطر 6 تا 10 نانومتری است. برخی اوقات، یک بایندر رزینی نیز به منظور استحکام بخشی به پشم اضافه می شود تا بدین صورت، از تشکیل گرد و خاک، جلوگیری شود. ولاستونیت، به دلیل داشتن ساختار سوزنی شکل و میزان مواد فرار اندک، منجر به تشکیل الیاف پشمی با کیفیت بالا، می شوند. علاوه بر این، ولاستونیت، استحکام دی الکتریک بالایی دارد. بنابرای، پشم ولاستونیت، یک ماده ی مناسب در کاربردهای عایق کاری، محسوب می شود. علاوه بر این، این ماده همچنین یک ماده ی عایق صدا نیز محسوب می شود. به دلیل خاصیت نگهداری آب، از این ماده در کشت هیدروپونیک، استفاده می شود. در این پشم، الیاف منفرد، دارای قطری بیش از 3.5 میکرون، نیستند. همچنین طول آنها نیز از 10 میکرون، بزرگتر نیست.

چسب ها

چسب ها، در واقع مواد آلی و غیر آلی هستند که قادرند دو قطعه را به هم وصل کنند. ولاستونیت، به عنوان افزودنی در برخی چسب ها، مصرف می شود. این ماده نقش های زیر را در چسب ها، ایفا می کند:
به دلیل رنگ سفید درخشان، این ماده به عنوان توسعه دهند در پیگمنت های با شدت رنگ بالا، عمل می کند.
ساختار سوزنی شکل، موجب می شود تا محیط تقویت شده و استحکام ضربه، افزایش یابد. علاوه بر این، استحکام کششی و فشاری نیز با استفاده از ولاستونیت، بهبود می یابد.
این ماده دارای پایداری ابعادی بالایی است که علت این مسئله، ضریب انبساط حرارتی و شرینکیج پایین می باشد.
با افزودن مقادیر زیاد از ولاستونیت، میزان ویسکوزینه ی مخلوط کاهش می یابد.
ولاستونیت، کاربردهای مختلفی را در صنعت چسب پیدا کرده است. این کاربردها، بعد از محدودیت هایی ایجاد شده است که بر روی مصرف آزبست، وضع شده است.

پلاستیک ها و لاستیک

ولاستونیت در واقع به عنوان عامل تقویت کننده در صنعت پلاستیک و لاستیک، مصرف می شود.

رنگ ها

معیار اصلی مربوط به استفاده از ولاستونیت در صنعت رنگ، در واقع اثر پرکنندگی این ماده، رنگ درخشان سفید، خنثی بودن شیمیایی و جذب رطوبت اندک آن، می باشد.
منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee