کلسیت

کلسیت که همچنین به کالکسپار (calcspar) نیز معروف است، در واقع کربنات کلسیمی است که حاوی 56 % اکسید کلسیم و 44 % دی اکسید کربن می باشد. این ماده ی معدنی نام خود را از واژه ی یونانی "چلیکس" (chalix) به معنای آهک گرفته است. کلسیت به شکل کریستالی تریگونال وجود دارد و دو پلیمرف آن با نام های آرژنیت (ارتورومبیک) و واتریت (هگزاکونال) می باشد. در بین این مواد، کلسیت متداول ترین مینرال است که در بسیاری از شرایط دمایی و فشاری و همچنین در بسیاری از محیط ها، پایدار می باشد. اگر چه آرژنیت نیز یک مینرال متداول می باشد، این ماده در دمای 470 درجه به کلسیت تبدیل می شود و واتریت نیز یک ماده ی نادر و کمیاب است.
اگر چه این دو ماده از لحاظ شیمیایی مشابه هستند، کلسیت از سنگ آهک متفاوت می باشد تا آنجا که در واقع کلسیت یک مینرال کریستالی است، در حالی که سنگ آهک، یک سنگ است. کلسیت کربنات کلسیم است و در حدود 4 % از پوسته ی زمین را شامل می شود. این ماده جزء متداول از سنگ های رسوبی، مخصوصاً سنگ آهک است. این ماده همچنین یک مینرال اصلی در سنگ مرمر دگرگون شده است. این مینرال همچنین به صورت استالاگمیت و استالاکتیت در غارها مشاهده می شود. کلسیت اغلب جزء اصلی پوسته و بخش های سخت مربوط به میکرواگانیزم های دریایی مانند فورامینیفرا (foraminifera)، جلبک قرمز، اسفنج و صدف می باشد.
در هند، تولید کلسیت از 1728 تن در سال 1947 به میزان 73332 تن در سال 2005 افزایش یافته است. البته معدن کاری های انجام شده، تنها در ایالت های مادها پرادش و راجستان هند، انجام شده است.

انواع مختلف کلسیت

کلسیت دارای اشکال و رنگ های مختلفی است. در ادامه انواع مختلف این کریستال ها، بیان شده است.
a) تراورتن: این ماده یک نوع سنگ رسوبی است. تراورتن در واقع یک نوع رسوبات طبیعی است که از جنس مینرال های کربناتی است. به طور نمونه وار، ارژنیت به کلسیت تبدیل می شود و این ماده به صورت فنرمانند رسوب می کند. این ماده وقتی خالص باشد، دارای رنگی سفید است. در صورت ورود ناخالصی، این ماده به رنگ های قهوه ای تا زرد تغییر رنگ می کند. وقتی آب های غنی از دی اکسید کربن، از سنگ های آهکی عبور می کنند، آب این آهک ها را حل می کند و به حالت اشباع می رسد. در منابع آبی، افت ناگهانی فشار و تغییر در دما، موجب می شود تا آب گاز کربن دی اکسید رها کند. سپس کلسیم کربنات ری کریستاله می شود و سطحی رسوبی تشکیل می شود. سنگ حاصله به طور نمونه وار متخلخل می باشد.
b) توفای آهکی (Calcareous tufa): وقتی تراورتن به صورت قابل توجه متخلل باشد، این نوع از تراورتن، توفای آهکی نامیده می شود.
c) اسپار ایسلندی (کلسیت شفاف دارای خاصیت انکسار مضاعف): این ماده، یکی از گونه های کریستالی خالص و ترانسپارنت از کلسیت است. این ماده در اصل بخش های کلیواژی است که کاملاً بی رنگ است و مانند یخ می باشد. در اصل این ماده در اصل در Eskifjord ایسلند کشف شده است. این ماده اولین بار در حفرات بازالتی، کشف شده است. بیشتر اسپارهای ایسلندی امروزی، از مکزیک می آیند.
d) اسکالن هدرون (Scalenohedron) یا اسپار dogtooth: این گونه از کلسیت، یک هرم دوگانه یا دی پیرامید است اما در واقع یک نوع منحصربفرد از کلسیت می باشد. این ماده مانند دندانه های نیش سگ می باشد و از این رو، نامگذاری آن نیز با این اصل انجام شده است. این گونه از کلسیت بی رنگ یا نارنجی رنگ می باشد. این گونه اولین بار در تنسی آمریکا، کشف شده است. به هر حال، این ماده در سرتاسر جهان، وجود دارد.
e) کلسیت غاری: این کلسیت یک جزء مینرالی موجود در ساختار غارها می باشد. در واقع استالاگمیت و استالاکتیت و بخش های مختلف غار از این نوع می باشد. این مسئله به دلیل قابلیت کلسیت در حل شدن و تشکیل مجدد ساختار کلسیتی، می باشد. سنگ آهک پوشاننده و یا سنگ مرمر، در طی سال ها در آب حل می شود و به داخل حفرات قارها نفوذ می کند. در حقیقت، این حفرات به خودی خود می توانند نتیجه ای از حل شدن های سیکلی در طی سالیان باشد. وقتی آب غنی از کلسیت وارد حفرات می شود، این آب تبخیر می شود و بنابراین، کلسیت به اشکال مختلف خود رسوب می کند.
f) آنیکسن مکزیکی: آنیکسن مکزیکی یک نوع آنیکسن نرم است. این آنیکسن نسبت به سایر انواع انیکسن که سخت و حاوی کوارتز هستند، متفاوت است.

معیار استفاده

1. رنگ: کلسیت عموماٌ سفید رنگ است اما برخی اوقات، به دلیل وجود ناخالصی، رنگ آن تغییر می کند. رنگ هایی که بواسطه ی ناخالصی در کلسیت ایجاد می شود، عبارتند از زرد کم رنگ، نارنجی، آبی، صورتی، قرمز، قهوه ای، سبز، سیاه و قهوه ای. در واقع برخی اوقات کلسیت می تواند رنگوارنگ باشد.
2. درخشش و شفافیت: درخشش در واقع به دلیل درخشش کریستالی ایجاد می شود. کریستال ها می توانند شفاف یا ترانسلوسنت باشند. اسپار ایسلندی، بسیار شفاف است و مانند یخ است.
3. سیستم کریستالی و کلیواژ: کلسیت به شکل کریستالی تریگونال، کریستالی می شود اما رفتار آن متغیر می باشد. کریستال های متداول کلسیت، عبارتند از: اسکلاندرون، رومبوهدرون، هرمی هگزاگونال و پیناکوید. ترکیبی از این کریستال ها و سیصد کریستال دیگر می تواند موجب تشکیل جمع کثیری از اشکال کریستالی شود اما این کریستال ها هنوز هم تریگونال می باشند. دوقلویی شدن اغلب در این مواد مشاهده می شود و نتیجه ی آن، ایجاد اشکال بی همتا در این کریستال هاست. این مسئله موجب می شود تا این ماده، برای محققین جذاب باشد. کلیواژ در سه جهت مشاهد می شود و این مسئله موجب تشکیل ساختارهای رمبوهدرون می شود.
4. ضریب شکست: کلسیت شکست مضاعف خوبی را دارد و ضریب شکست آن نیز در گستره ی 1.49 تا 1.66 است. در طول موج حدود 590 نانومتر، کلسیت، دارای ضریب شکست عادی و غیر عادی به ترتیب 1.658 و 1.486 می باشد. اسپار ایسلندی، به طور خاص، به دلیل انکسار مضاعف، شاخص می باشد. انکسار مضاعف زمانی رخ می دهد که یک باریکه ی نور وارد کریستال شود و به دلیل ویژگی نوری خاص این کریستال، این باریکه، به دو باریکه تبدیل می شود. وقتی این دو باریکه از کریستال خارج می شوند، در دو جهت متفاوت حرکت می کنند. این زاویه ی به سرعت حرکت نور وابسته است.
5. پلاریزاسیون: وقتی موج های نور سفید در فضا منتشر می شوند، ویبراسیون در تمام جهت های ممکنه رخ می دهد. اما به دلیل فاکتورهای خاصی، این ویبراسیون اصلاح می شود به نحوی که این مسئله تنها در یک صفحه ی منفرد انجام می شود. این نور که در یک صفحه ی منفرد ویبراسیون می کند، نور پلاریزه شده، نامیده می شود. این پدیده، در واقع، پلاریزاسیون نامیده می شود. فاکتورهای پلاریزاسیون عبارتند از:
a) انکسار جزئی
b) انکسار دوگانه یا انکسار مضاعف
c) جذب
وقتی نور به یک شیئ برخورد می کند، برخی از اشعه ها، بازگشت می کنند و برخی دیگر، انعکاس می یابند. هم اشعه های انعکاس یافته و هم اشعه های انکسار یافته، پلاریزه می شوند. وقتی جسم متحمل انکسار مضاعف شود، هر یک از این دو اشعه ی انکسار یافته، پلاریزه می شوند. در مورد جذب، اشعه های نور در تمام جهات حرکت می کنند اما تنها یک صفحه در داخل شئی وجود دارد که اشعه ها وارد می شوند. نور پلاریزه شده در این حالت، موجب می شوند تا جسم زیر میکروسکوپ، دیده شود. به عبارت دیگر، در مورد نور پلاریزه نشده، جسم رنگی به نظر نمی رسد و تنها سیاه و سفید دیده می شود. کلسیت به طور کلی و اسپار ایسلندی به طور خاص، از جمله مواد پلاریزه کننده محسوب می شوند. در حقیقت، اسپار ایسلندی، به عنوان یک ماده ی پلاریزه کننده، محسوب می شوند.
6. لومینسانس: بسیاری از مواد به سهولت انرژی دریافت می کنند و نور را بدون اینکه زیاد گرم شوند، از خود ساتع می کنند. این فرایند را لومینسانس می گویند. اتم های برخی از مواد لومینسانس، تنها در زمانی نور از خود ساتع می کنند که تهییج شوند. به این مواد، فسفرسانس می گویند. اگر انرژی تهییج، حرارتی باشد، بنابراین به این پدیده، ترمولومینسانس می گویند. اتم برخی از مواد لومینسانس، برای زمان های قابل توجهی بعد از تهییج نیز در حالت تهییج خود باقی می مانند. این مواد در تاریکی از خود نور ساتع می کنند. به این مواد، فسفرسانس می گویند. تریبولومینسانس، خاصیتی است که در برخی از اجسام رخ می دهد. در واقع وقتی این مواد تحت فشار قرار گیرند، در اتاق تاریک از خود نور ساتع می کنند. فلئورسانس، ترمولومینسانس، فسفروسانس و تریبولومینسانس، بوسیله ی برخی از گونه های کلسیتم مشاهده شده است.
7. حلالیت در آب: کلسیت به طور عملی در آب حل نمی شود. در واقع حلالیت آن در آب بسیار پایین است.
8. سختی: سختی این ماده بین 2.5 تا 3 موهس می باشد.
9. چگالی: چگالی این ماده در حدود 2.7 می باشد.
10. خواص مکانیکی: دانه های کلسیت ددارای مدول پایینی هستند، استحکام کششی بالایی دارند و همچنین مقاومت خوبی در برابر فروریختن دارند.

استفاده ها

استفاده های مهم کلسیت به صورت زیر است:
1. ابزارهای نوری
2. شیشه
3. لعاب سرامیکی
4. دکوراسیون و تزئین
5. مرمر مصنوعی
6. تصفیه ی آب
7. چسب ها
در ادامه در مورد این استفاده ها، صحبت می کنیم.

ابزارهای نوری

اسپار ایسلندی، در ابزارهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد. علت این استفاده، شفافیت، انکسار مضاعف قوی و قابلیت پلاریزاسیون نوری مناسب می باشد.
a. میکروسکوپ: کریستال های شفاف از جنس اسپار ایسلندی، یک ماده ی ارزشمند در صنعت اپتیک می باشد. از این کریستال ها در تولید منشور نیکول استفاده می شود. این منشور در میکروسکوپ های با قابلیت پلاریزه، کاربرد دارد. اسپار ایسلندی مورد استفاده برای این کار، باید دارای درجه ی خلوص بالایی باشد، ساختار کریستالی کامل و همچنین شفافیت قابل توجه داشته باشد. قطعات مینرالی مناسب، قطعاتی هستند که حداقل، 2.54 سانتیمتر طول و 1.27 سانتیمتر ضخامت، داشته باشند. این کریستال ها همچنین باید بی رنگ باشند. این کریستال ها نباید دارای رنگ داخلی باشند. زیرا این مسئله نشاندهنده ی وجود دوقلویی ها، میکروترک و سایر عیوب کریستالی می باشد.
b. ابزارهای اندازه گیری مسافت: تصویر دوگانه ی یک شیئ از طریک یک کریستال از جنس اسپار ایسلندی، مشاهده می شود. این پدیده، اثر توازی یا پارالاکس، نامیده می شود. در واقع این اثر جابجایی ظاهری یک شیئی در زمانی است که از دو نقطه ی مختلف به آن نگاه می شود. با چرخش کریستال، این توازی یا پارالاکس، به صفر می رسد و در این موقعیت، کریستال دو تصویر از یک شیئی ایجاد می کند. با تنظیم فاصله با زاویه ی چرخش کریستال، موجب می شود تا بتوان فاصله ی جسم تا دوربین را اندازه گیری کرد. ابزارهایی بر اساس این اصل ساخته شده است. در طی زمان، اسپار ایسلندی به عنوان یک مینرال استراتژیک، مطرح بوده است.
c. صفحات موجی 4 تایی برای ابزارهای نوری: یک صفحه ی موجی یا یک کند کننده، یک وسیله ی نوری است که موجب تغییر پلاریزاسیون موج نوری می شود. یک صفحه ی موجی در واقع یک کریستال بیرفریجنت است که دارای ضخامت مناسبی است. یک صفحه ی موجی 4 تایی، می تواند نور پلاریزه را تغییر دهد و بدین صورت، نور را به شکل دایره ای درآورد و یا برعکس. وقتی فرایند پلاریزاسیون نور در این صفحه انجام می شود، این نور به دو جزء تبدیل می شود این کار موجب می شود که موج نوری در حالتی مارپیچ، گسترش یابد. بنابراین، نور پلاریزه ی دایره ای شکل، تولید می شود. بیرفریجنت کلسیتی، موجب می وشد تا این کاربرد، در میکروسکوپ های پلاریزه، ایجاد شود. در واقع این کار، مدل سازی توزیع تنش در سیستم را مقدور می سازد. برای این هدف، صفحاتی با قطر 10 تا 25 میلی متر و ضخامت 0.025 میلی متر، مورد استفاده قرار می گیرند. به هر حال، ضخامت دقیق این قطعات به طول موج نور انتخابی، وابسته می باشد. نور آبی نیازمند صفحه ی نازک تری نسبت به نور قرمز می باشد.

شیشه

ترکیب نمونه وار شیشه های سودالایم بی رنگ، سیلیکات سدیم و کلسیم می باشد. ضرورتاً فرایند تولید شیشه، شامل ذوب کردن یک مخلوط حاوی 47 % سیلیس، 14 % سدیم کربنات، 12 % دولومیت، 3.5 % کربنات کلسیم، 2.5 % کربن و بقیه نیز خرده شیشه، می باشد. این فرایند در دمای 1400 تا 1500 انجام می شود. کربنات کلسیم ضرورتاً به شکل سنگ آهک می باشد اما این ماده اغلب بوسیله ی کلسیت جایگزین می شود تا بدین صورت، از ماده ای با خلوص بالاتر استفاده شود. آهک مورد استفاده که از کلسیت، دولومیت و سنگ آهک آمده است، به عنوان فلاکس عمل می کند و موجب کاهش نقطه ی ذوب سیلیس از 1580 به 1400 درجه ی سانتیگراد می شود. کربنات سدیم موجب کاهش دمای ذوب می شود و موجب می شود تا سیلیس، ذوب شود. کلسیم سیلیکات سپس با کلسیم اکسید و منیزم اکسید واکنش می دهد و موجب تشکیل شیشه می شود. کلسیم سیلیکات موجب افزایش پایداری شیمیایی شیشه می شود و همچنین انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد.
اکسید آهن و اکسید تیتانیم موجب می شود تا شیشه های آهن- تیتانات با دمای ذوب پایین ایجاد شود. این ذوب دما پایین موجب ایجاد بلیستر یا تاول هایی در محصول نهایی و شیشه می شود. علاوه بر این، اکسید آهن موجب می شود تا محصول رنگی شود. اکسید تیتانیوم نیز دارای نقطه ذوب بالایی است. این مسئله موجب می شود تا دمای پخت نمونه افزایش یابد.
یک مقدار اندک از اکسید منیزیم، نیز ممکن است مشکل آفرین باشد چون این ماده موجب می شود تا یک جزء جدید تشکیل شود. آهک تمایل دارد تا کریستال تشکیل دهد و از این رو، افزودن منیزیا موجب می شود تا از تشکیل این جزء جلوگیری شود. دی اکسید کربن موجود در کربنات ها، آزاد شده و موجب تشکیل اکسید منیزیم و کلسیم می شود. اما کلسیت، در اصل به منظور ایجاد مقادیر قابل توجه از آهک و ایجاد تعادل با اکسید منیزیم، اضافه می شود. از این رو، ماده ی اضافه شده، باید دارای مقادیر CaO بالایی باشد. بنابراین، مقدار MgO موجود در کلسیت، باید حداقل باشد.
صنعت معمولاً کلسیتی را مورد استفاده قرار می دهد که حاوی حداقل 95 %کربنات کلسیم، حداکثر 0.15 % اکسید آهن و حداکثر 0.15 % اکسید تیتانیم و حداکثر 2 % منیزیم کربنات باشد و اندازه ی ذرات آن نیز باید بین 180 تا 850 میکرون باشد.

لعاب سرامیکی

هدف لعاب زنی، مهیا نمودن یک لایه ی یکنواخت و چسبنده بر روی سطح بدنه ی سرامیکی، می باشد. این پوشش موجب می شود تا عیوب موجود بر روی بدنه ی سرامیکی، از بین رود. لعاب ممکن است به صورت لعاب خام و یا لعاب فریتی باشد. لعاب خام حاوی مواد نامحلول می باشد که بر روی سطح اعمال می شوند و بعد پخت می شوند، در حالی که لعاب های فریت شده، پیش از اعمال بر روی بدنه، ابتدا ذوب، کوئنچ و آسیاب کاری می شود. لعاب ها عموماً از کوارتز و فلدسپار ساخته شده اند. بدنه های خام شکل دهی شده، در داخل لعاب وارد می شود و پوشش ایجاد شده بر روی بدنه ی خام، در دمایی در حدود 1400 درجه، پخت می شود. بعد از پخت، مواد موجود در لعاب، ترکیب شده و یک ماده ی شیشه ای بر روی سطح تشکیل می دهند. ماده ی تشکیل شده که در واقع کلسیم آلومینو- سیلیکات است، یک ماده ی شیشهای سخت است. این ماده سخت و در برابر نفوذ آب، مقاوم می باشد.
برای کاهش دمای ذوب مخلوط، سنگ آهک معمولاً اضافه می شود تا بتواند میزان آهک نمونه، بهبود یابد. کلسیت نیز برخی اوقات برای جبران کردن میزان آهک مورد نیاز، اضافه می شود.

دکوراسیون و تزئین

اگر چه کریستال های زیبا و با رنگ های جذابی از جنس کلسیت، موجود می باشد، این ماده به عنوان سنگ زینتی محسوب نمی شود. علت این مسئله نرمی این ماده می باشد. به هر حال، برخی اوقات از این ماده در جواهرسازی استفاده می شود. در واقع در جاهایی که به نمونه نیرو وارد نمی شود.

مرمر مصنوعی

مرمر مصنوعی یک محصول هموژن، دانس شفاف از جنس کلسیت است که می توان آن را در اشکال و اندازه های مختلف، قالب گیری کرد. این ماده ابتدا قالب گیری شده و سپس با حرارت، عمل اوری می شود. از این ماده در حمام و اجزای ساختاری استفاده می شود. یک مخلوط نرم از آلومینا به همراه رزین پلیمری و مواد پرکننده، ایجاد شده و سپس شکل دهی و عمل اوری می شود. این فیلرها شامل 50-85 % وزنی مخلوط را تشکیل می دهد و از جنس کلسیت، سیلیس، اکسیدهای آنتیموان، تیتانیم و تالک، می باشد. ضریب شکست این مخلوط نسبت به زمینه ی رزینی به گونه ای تنظیم می شود که شفافیت مناسبی در محصول ایجاد شود. کلسیت به صورت پودر و با اندازه ی زیر 250 میکرون، اضافه می شود.

تصفیه ی آب

در فرایند متداول تصفیه، کلسیت به آب افزوده می شود تا هیدروکسید کلسیم تشکیل دهد و بدین صورت pH افزایش یابد و بدین صورت، تبدیل به صورت آهسته انجام شود. از این رو، این فرایندد برای تصفیه ی حجم های کوچک از آب، مناسب می باشد. به هر حال، برای تصفیه ی مقادیر زیاد از آب جاری، امروزه از منیزیا استفاده می شود.

چسب ها

چسب یک ماده ی آلی یا غیر آلی است که قادر است مواد دیگر را به هم متصل کند. عموماً دولومیت با خلوص بالا به برخی از چسب ها افزوده می شود تا بدین صورت:
1) رنگ آن تنظیم شود.
2) میزان شرینکیج ایجاد شده و در نتیجه، تنش های داخلی کاهش یابد.
3) حفظ انعطاف پذیری
اما برای چسب های با کارایی بالا، که در آنها، که حتی یک شرینکیج اندک موجب ایجاد ترک می شود، دولومیت با پودر کلسیت نرم مخلوط می شود تا بدین صورت، قابلیت انعطاف پذیری آنها افزایش یابد. این چسب ها، برای دوغاب ریزی کاشی های سرامیکی، استفاده می شود. به دلیل جذب آب پایین کلسیت، یک چنین چسب هایی، در شرایط مرطوب، استفاده می شوند.
سایر استفاده ها:
1. قطعات رابری
2. صنعت پارچه
3. رنگ ها
4. مواد شیمیایی
5. مواد آرایشی و بهداشتی
6. الکترودهای مورد استفاده در کاربردهای خاص صنعتی
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.