پیروفیلیت

حالت مینرالی پیروفیلیت هنوز هم در پرده ای از ابهام وجود دارد. برخی نویسندگان این حالت مینرالی را به عنوان عضوی از خانواده ی رس ها طبقه بندی می کنند که علت این مسئله، ترکیب شیمیایی این ماده می باشد اما با توجه به برخی دیگر از محققین، این ماده ی معدنی، به گروه مونت موری لونیت، تعلق دارد. این در حالی است که کتاب مینرالوژی Dana، این ماده را جزء کائولن ها، طبقه بندی کرده است. به عبارت دیگر، در برخی از مقالات، این ماده از لحاظ خواص فیزیکی و استفاده، مشابه با تالک در نظر گرفته شده است نه مواد رسی. در حقیقت، این دو ماده ی معدنی، مشابه هم هستند و تا اوایل دهه ی 1950، پیروفیلیت در بسیاری از کشورها، به عنوان تالک استخراج و به فروش می رسد. در این مقاله، این معنای تجاری، در نظر گرفته شده است و پیروفیلیت، به عنوان یک ماده ی معدنی مجزا، در نظر گرفته می شود و نه یک رس.
ترکیب شیمیایی پیروفیلیت، عبارتست از:. نامگذاری این ماده ی معدنی، بوسیله ی R.Hermann در سال 1829، انجام شده است. این نامگذاری، از واژه ی یونانی پیر (Pyr) به معنای آتش، و فیلو (phyllo) به معنای "ویفرهای نازک از بافت" گرفته شده است. این مسئله اشاره به خاصیت برخی از انواع پیروفیلت ها، به شکسته شدن به صورت صفحات برگ مانند بعد از حرارت دهی، بوده است. به هر حال، این ماده نام های محلی مختلفی دارد.
معیار استفاده
ویژگی های شیمیایی: پیروفیلیت () حاوی 66.7 % سیلیس، 28.3 % آلومینا و تنها 5 % آب است در حالی که در تالک، 65.5 % سیلیس، 31.7 % اکسید منیزیم و 4.8 % آب وجود دارد. بنابراین، از لحاظ سیلیس و آب، این دو ماده مشابه هستند. پیروفیلیت از لحاظ شیمیایی خنثی است.
ساختار کریستالی: کریستال پیروفیلیت ممکن است به صورت مسطح یا فیبری (آزبستی) باشد. وقتی این ماده آسیاب می شود، کریستال ها شکسته می شود و بخش های صفحه ای / فلسی شکل و یا فیبری ایجاد می شود. هر فلس یا فیبر، دارای ساختار شبه صفحه ای است که شامل دو لایه ی سیلیکاتی است که با لایه های ژیپسی، ساندویچی شده است.
سختی: پیروفیلیت بسیار نرم است و سختی آن در مقیاس موهس، بین 1-2 است. سطح این ماده نیز حالت صابونی و نرم دارد.
رنگ و خواص نوری: رنگ پیروفیلیت از سفید تا سبز یا سبز متمایل به قهوه ای، متغیر می باشد. این رنگ به میزان و نوع ناخالصی موجود در این ماده، وابسته است. گونه های صفحه ای این ماده دارای درخشش مروارید گونه ای است در حالی که گونه های توده ای، دارای درخشش معمولی هستند. ضریب شکست این ماده از 1.55 تا 1.60 متغیر می باشد.
وزن مخصوص: به دلیل نرمی، این ماده دارای وزن مخصوص بالایی است. میزان وزن مخصوص آن برابر با 2.85 می باشد.
خواص مکانیکی: فیلم های نازک از این ماده، که حاوی کریستال های پیروفیلیت هستند، اگر چه انعطاف پذیر می باشند، حالت الاستیک ندارند. در نتیجه، پیروفیلیت دارای استحکام مکانیکی مطلوبی می باشد و به همین دلیل، ساختار و حالت آن موجب می شود تا دوام بالایی داشته باشد.
خواص الکتریکی: این ماده رسانای ضعیفی الکتریسیته می باشد و دارای استحکام مکانیکی بالایی است.
پلاستیسیته: این ماده پلاستیک نیست و همچنین جاذب رطوبت است. از این رو، در هنگام مخلوط کردن آن با آب، توده ی غیر پلاستیک تشکیل می دهد. این طبیعت به دلیل لغزش سطح آب در زمان وجود آب می باشد.
جذب روغن: پیروفیلیت آسیاب شده، دارای قابلیت جذب روغن بالایی است. این قابلیت به کشش سطحی، شکل ذره، سطح ویژه و توزیع اندازه ی ذرات ماده، وابسته می باشد. کشش سطحی بالاتر، به معنای این است که ذرات آن تمایل دارند تا با همدیگر باشند و فضای کمتری برای جذب روغن فراهم می آورد. در این حالت، ماده جذب روغن کمتیر دارد. در حالی که کشش سطحی در تمام انواع پیروفیلیت مشابه است، این مسئله به سه فاکتور دیگر وابسته است. مساحت سطح کل، که بوسیله ی ذرات تعیین می شود. از این رو، هم کشش سطحی و هم وزن مخصوص مربوط به صفحات این ماده از الیاف، بیشتر است. در واقع ذرات با اندازه ی یکنواخت، به معنای فضای بین تخلخلی بزرگتر می باشد و از این رو، قابلیت جذب روغن در این مواد، بیشتر است. در کل، الیاف آسیاب شده ی با اندازه ی یکنواخت که در واقع به آن آزبست گفته می شود، دارای جذب روغن بیشتری نسبت به نوع دارای ساختار صفحه ای می باشد.
خواص گرمایی: در پیروفیلیت، هم ویژگی های فلزی و هم خاصیت آب، با هم ترکیب شده است. این ماده مانند آب، به طور طولانی در برابر حرارت مقاوم است. این ماده مشابه فلز، سریعا گرما را جذب می کند و سپس مشابه آب، به مدت طولانی این گرما را حفظ می کند. این رفتار غیر عادی، به دلیل وجود حرارت ویژه ی بالا و رسانایی گرمایی ضعیف این ماده می باشد. حرارت مخصوص بالا به معنای این است که یک توده از این ماده می تواند مقادیر قابل توجهی از گرما را جذب کند. این در حالی است که رسانایی گرمایی ضعیف، بدین معناست که حرارت جذب شده، به سرعت جاری نمی شود. رسانایی گرمایی حتی در زمان سوختن پیروفیلیت، بیشتر می شود.
خواص مربوط به آتشگیری: در دمای 400 درجه ی سانتیگراد، مولکول های آب موجود در این ماده، خارج می شود و در دمای 700-800 درجه، پیروفیلیت به طور کامل آب خود را از دست می دهد و به حالت صفحه ای تبدیل می شود. با افزایش دما به 1100 درجه، بخشی از سیلیس موجود در ساختار، شکسته شده و موجب تشکیل شیشه های پایدار یعنی کریستوبالیت می شود. در این حالت، پیروفیلیت، به مولایت تبدیل می شود. مولایت یک آلومینیوم سیلیکات است که دارای ترکیب 3〖Al〗_2 O_3.2SiO_2 است. این ماده حاوی 71.8 % آلومینا و 28.2 % سیلیس است. بخشی از سیلیس از پیروفیلیت آزاد می شود و با مولایت ترکیب شده و موجب تشکیل یک ماده ی شیشه ای می شود. این شیشه تا دمای 1810 درجه ی سانتیگراد، پایدار هستند. این ماده در برابر حملات شیمیایی بسیاری از مواد مانند گازها، سیلیکات ها، اکسید ها و سایر مواد، پایدار است. این ماده در برابر شوک های حرارتی مقاوم است و دارای مقاومت الکتریکی بالا، استحکام کششی، استحکام فشاری و استحکام ضربه ای بالاست. میزان آب پایین این پیروفیلیت، این اطمینان را ایجاد می کند که در هنگام آتش گرفتن، این ماده شرینکیج پایینی دارد.
استفاده ها
استفاده های مهم از این ماده، عبارتند از:
سرامیک ها
واژه ی سرامیک از واژه ی یونانی کراموس، مشتق شده است. این واژه به معنای رس پخته شده می باشد. این رس پخته شده دارای مقاومت در برابر حرارت و مواد شیمیایی است و ماده ای سخت محسوب می شود. امروزه، گستره ی محصولات سرامیکی از آجر و کوزه فراتر رفته است و محصولات سرامیکی مختلفی تولید شده است که نه تنها سخت و در برابر مواد شیمیایی و حرارت مقاوم است، بلکه میزان تخلخل آن نیز بسیار پایین است و استحکام آنها نیز بالاست. علاوه بر این، محصولات سرامیکی لعاب زده نیز امروزه به وفور یافت می شوند. برای تولید این محصولات، یک مخلوط از کوارتز یا سیلیس، به همراه یک نوع رس، فلدسپار و برخی مواد فلاکس، سایش می یابد. این سایش در محیط آبی انجام می شود و بعد از سایش، ماده ی حاصله فیلتر شده و کیک حاصله، به شکل مورد نظر، شکل دهی می شود. محصول خام شکل دهی شده، در دمایی در گستره ی 1200 تا 1500 درجه ی سانتیگراد، حرارت داده می شود و بسته به نوع محصول، سختی مورد نیاز، ایجاد می شود. محصولات سرامیکی مختلف می توانند با انواع مختلفی از رس تولید شود. البته میزان رس موجود در مخلوط و دمای پخت نیز قابل تغییر می باشد. پیروفیلیت، به دلیل قابلیت تبدیل به مولایت پیش از دمای پخت، یکی از مواد خاصی است که از آن می توان محصولات خوبی تولید کرد. محصولات سرامیکی حاوی پیروفیلیت عبارتند از بدنه های سفید، چینی آلات بهداشتی، کاشی و سرامیک های الکتریکی.
معیار کلی مربوط به این استفاده، در واقع رنگ سفید، انبساط حرارتی پایین، شرینکیج کم در زمان سرد شدن در حین پخت، مقاومت در برابر مواد شیمیایی، استحکام مکانیکی بالا، مقاومت به شوک حرارتی و استحکام دی الکتریک بالا می باشد. علاوه بر این، این ماده حاوی سیلیس نیز می باشد. علاوه بر این، قابلیت این ماده به گرم شدن سریع و تبدیل شدن به مولایت در دمای پایین (1100 درجه)، موجب می شود تا این ماده بتواند در برابر سیکل های حرارتی، مقاوم باشد.
مهم ترین مواد مضر موجود در این ماده ،کربنات کلسیم می باشد. در زمان پخته شدن، در حالی که دی اکسید کربن، خارج می شود، موجب می شود تا بدنه حالت متخلخل پیدا کند و از این رو، شانس خرد شدن این محصولات، افزایش می یابد. علاوه بر این، اکسید آهن، تیتانیم اکسید و مواد قلیایی، جزء مواد مضر محسوب می شود. اکسید آهن دارای اثرات رنگی بر روی محصولات است. همچنین دی اکسید تیتانیوم نیز موجب تشکیل شیشه های آهن تیتاناتی می شود که این شیشه ها نیز موجب ایجاد جوش در محصولات می شود. مواد قلیایی مواد مضری محسوب می شوند زیرا سدیم و پتاسیم موجود در کربنات ها، با سیلیس ترکیب شده و موجب تشکیل مواد سیلیکاتی می شود. این مواد سیلیکاتی در آب محلول هستند و حضور این سیلیکات ها در این محصولات، مضر می باشد. علاوه بر این، اکسید مواد قلیایی، از لحاظ الکتریکی، رسانا هستند.
مواد دیرگداز
مواد دیرگداز در واقع آن دسته از محصولات تعریف می شوند که در برابر حرارت مقاوم هستند. این مواد دارای دمای ذوبی کمتر از 1580 درجه ی سانتیگراد، نیستند. عملکرد آسترهای دیرگداز در کوره ها، نه تنها مقاومت در برابر دمای بالاست، بلکه همچنین مقاومت در برابر نوسانات حرارتی، مقاومت در برابر نفوذ، سایش و ایروژن بوسیله ی گازها و مواد مذاب، می باشد. این مواد از لحاظ شیمیایی، با مواد موجود در کوره، واکنش نمی دهد.
پیروفیلیت، یک ماده ی دیرگداز نسبتاً ارزان قیمت است که دارای قابلیت تبدیل شدن به مولایت می باشد. این ماده تا دمای 1810 درجه ی سانتیگراد، پایدار است و همچنین به دلیل اینکه مولایت موجود در ان، در برابر عوامل شیمیایی مقاوم هستند، این ماده، یک ماده ی مناسب برای کاربردهای دیرگداز، تلقی می شود. همچنین این ماده دارای مقاومت به شوک حرارتی، مقاومت به سایش می باشد و استحکام فشاری و کششی مناسبی نیز دارد. سه راه برای تولید دیرگدازهای بر پایه ی پیروفیلیت، وجود دارد:
قطعات پیروفیلیت سایش پیدا کرده و با استفاده از سیلیکات سدیم به شکل آجر در آمده و پخت می شوند.
مقادیر اندک از این ماده می تواند با بوکسیتف خاک نسوز یا زیرکنیا مخلوط می شود و دیرگدازهای با آلومینای بالا، تشکیل می شود. این مخلوط با آب مخلوط می شود و تحت فشار بالا اکسترود شده و به صورت آجر در می آید.
مواد مونولیتی با برش بلوک های پیروفیلیتی و پخت آنها، تولید می شود.
دیرگدازهای بر پایه ی پیروفیلیت، کاربردهایی را در ساخت کوره های آهن یا فولاد سازی دارد.
در مورد پیروفیلیت مورد استفاده برای تولید دیرگداز، مضرترین ماده ی ناخالصی، کلسیم کربنات می باشد که دارای اثر دیرگدازی قوی است. علاوه بر این، بعد از پخت، در جالی که دی اکسید کربن، خارج می شود، دیرگداز متخلخل می شود. علاوه بر این، اکسید کلسیم در صورت وجود در ماده، نم گیر است و از این رو، احتمال خورد شدن دیرگداز را افزایش می دهد. مواد قلیایی موجود در این ماده نیز مشکل آفرین می باشد. این مواد با سیلیس واکنش می دهند و موجب تشکیل سیلیکات هایی می شوند که در آب محلول هستند.
لاستیک
هدف از استفاده از این ماده در لاستیک سازی، ایجاد خاصیت روان سازی در قالب هاست. در واقع، استفاده از این ماده موجب می شود تا سطوح در حین تولید لاستیک، به هم نچسبند. خنثی بودن شیمیایی، ساختارهای لایه ای و سطح نرم، مهم ترین معیار استفاده از این ماده در این صنعت می باشد. به دلیل اینکه این ماده به صورت ذره ای استفاده می شود، ریز بودن ذرات، یک ویژگی مهم این ذرات محسوب می شود. ساختار لایه ای این ماده موجب ایجاد اثر نرم سطحی در لاستیک می شود.
رنگ ها
پیروفیلیت به عنوان یک پیگمنت اولیه در رنگ های روغنی و آبی، استفاده می شود. این ماده به دلیل جذب روغن بالا، در رنگ های روغنی، مناسب نمی باشد. در واقع این ماده در روغن نیز حالت اپک ایجاد می کند. در رنگ های آبی، این ماده دارای ماهیت نم گیر است و به همین دلیل، چسبندگی این رنگ با سطح، کم است. به هر حال، این ماده به عنوان توسعه دهنده و عامل ایجاد کننده ی سوسپانسیون، در رنگ های روغنی، استفاده می شود. از آنجایی که مقدار پیروفیلیت موجود در این رنگ ها، اندک است، جذب روغن این ماده بالا نیست. به عبارت دیگر، رنگ سفید و درخشش فلس های این ماده، مناسب می باشد. اکسید آهن نیز یک ماده ی دارای اثرات رنگی است و از این رو، وجود آن در این ماده مضر می باشد. مواد فرار و رطوبت نیز از جمله مواد زائد مورد استفاده در این ماده می باشد. در واقع رطوبت و مواد فرار موجب بروز ترک در این ماده می شود. اندازه ی ماکزیمم پودر مورد استفاده در این کاربرد، 53 میکرون می باشد اما برای رنگ های با کیفیت بالا، این حد اندازه، 2 میکرون می باشد. سولفات هی محلول در آب در صورت اینکه در این ماده وجود داشته باشند، مضر می باشند زیرا این مواد دارای اثر نامطلوب بر روی دوام پوشش هستند. در موقع برخورد این رنگ ها با آب، مواد سولفاتی، وارد محلول می شود و بعد از خشک شدن، اثرات رنگی بر روی رنگ ایجاد می شود. در مورد درخشش، صنایع ترجیح می دهند تا از پیروفیلیتی استفاده کند که دارای درخشش 87 % باشد.
یکی از کاربردهای این ماده در این رنگ ها، در واقع ایجاد خاصیت توسعه دهندگی است. یک توسعه دهنده در واقع یک محیط با خاصیت خشک شدن آهسته می باشد که مخلوط شدن آن با رنگ، موجب می شود، حجم رنگ افزایش یابد و بدین صورت، اعمال رنگ، تسهیل شود. ضریب شکست، ساختار صفحه ای، رنگ سفید، درخشش مرواریدی، دوام، نرمی و سطح نرم، از جمله معیارهای مهم استفاده از این ماده می باشد.
ضریب شکست این ماده، نشان دهنده ی این است که پیروفیلیت و روغن بذر کتان، دارای خاصیت مشابهی هستند و از این رو، افزودن پیروفیلیت میزان اپک بودن و یا توان پوششی رنگ کامپوزیتی را تغییر نمی دهد. به دلیل ساختار صفحه ای، پودر پیروفیلیت ضد ترک است و موجب می شود تا بخش های رنگ، یکپارچه باشند. این ویژگی ها، موجب می شود تا سطح رنگ، سفید شود. به دلیل این مزیت، پیروفیلیت یک ماده ی ارزان قیمت مانند تیتانیوم دی اکسید و برخی رزین های دیگر می باشد.
یکی دیگر از کارکردهای این ماده در رنگ ها، ایجاد سوسپانسیون های پایدار می باشد. در این کاربرد، از نوع کریستالی و فیبری پیروفیلیت استفاده می شود. این نوع ابتدا سایش می یابد و به صورت پودر، استفاده می شود. این ماده جایگزینی ارزان برای مواد گران قیمت تری مانند خاک چینی است. الیاف ریز پیروفیلیت، به دام می افتند و ذرات رنگ در داخل این ساختار، قرار می گیرند. این مسئله موجب می شود تا ذرات در داخل سوسپانسیون باقی بمانند. سطح نرم، درخشش مرواریدی و دوام پیروفیلیت، موجب می شود تا سطح رنگ اعمال شده، یکنواخت باشد و دوام رنگ نیز افزایش یابد.
حشره کش ها
این ماده به عنوان حامل در حشره کش ها، محسوب می شود. در واقع این ماده دارای میزان آب کم می باشد، خنثی است و دارای وزن مخصوص بالایی است. برای این کاربرد، پیروفیلیت با کیفیت بالا مورد نیاز نمی باشد و می توان از نوع ارزان قیمت، استفاده کرد. میزان آب پایین موجب می شود تا خشکی پودر حشره کش، حفظ شود.
مداد رنگی مومی
این کاربرد، یکی از کاربردهای سنتی پیروفیلیت است. در واقع این نوع مدادها، سنگ مداد نامیده می شود. این ماده بوسیله ی خیاط ها و به منظور خط کشیدن بر روی پارچه، استفاده می شود. قطعات پیروفیلیت ابتدا آسیاب شده و به صورت مداد در می آید. سفید رنگ بودن، نرمی، استحکام مکانیکی و ساختار لایه ای، از جمله معیارهای پیروفیلیت، برای استفاده در این کاربرد می باشد. علاوه بر این، رسانایی الکتریکی ضعیف، موجب می شد تا استفاده از آن برای خط کشیدن بر روی صفحات فلزی گرم را تسهیل کند. به دلیل ساختار لایه ای، وقتی این مدادها بر روی سطح کشیده می شوند، به سهولت بر روی سطح، علامت ایجاد می شود. در نتیجه، برخلاف گچ معمولی، این علامت زن ها، به سادگی از بین نمی روند و پاک نمی شوند.
پلاستیک ها
پلاستیک ها در اصل مواد الئو- رزینی هستند. پیروفیلیت به عنوان فیلر در تولید پلی پروپیلین، پلی اتیلن با دانسیته ی بالا، پلی اتیلن با دانسیته ی پایین، پلی وینیل کلرید و ... کاربرد دارد. در این کاربرد، خواص این ماده مانند وزن مخصوص بالا، مقاومت الکتریکی بالا، استحکام مکانیکی خوب، ایجاد حالت گریسی، ساختار لایه ای، خنثی بودن شیمیایی و جذب روغن بالا، مهم می باشد. این مواد پلاستیکی بهبود یافته، در تولید داشبورد ماشین و سپر ماشین کاربرد دارند. در تمام این کاربردها، نرمی و حالت ظاهری روغنی این ماده، سطحی زیبا و مستحکم ایجاد می کند. جذب روغن بالا موجب می شود تا اطمینان حاصل شود که این ماده به خوبی با پلیمر مخلوط شده است.
مواد آرایشی
پیروفیلیت با کیفیت بالا به عنوان پایه ای در تولید پودرها و کرم های صورت و بدن، استفاده می شود. این ماده همچنین یک عامل پولیش کننده نیز هست. رنگ طبیعی سفید، نرمی، خاصیت نم گیری و خنثی بودن شیمیایی، از جمله معیار استفاده از این ماده در این کاربرد می باشد.
مجسمه سازی و مصنوعات دکوراسیونی
رنگ زیبا و دل نشین، سطح نرم، دوام و نرمی سطحی موجب می شود تا این ماده در تولید قطعات دکوراسیونی، استفاده شود.
شیشه
در صنعت شیشه سازی، پیروفیلیت به جای فلدسپار و به عنوان منبعی از آلومینیوم، استفاده می شود. میزان آلومینای بالا، در واقع معیار استفاده از این ماده در این کاربرد می باشد.
منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee