خاک رس (3)

طبقه بندی رس ها که پیش از سال 1912 ارائه شده است، عمدتاً بر اساس موقعیت جغرافیایی، ترکیب شیمیایی و یا استفاده ها، انجام شده است. بعد از این سال، برخی تلاش های جدی در این زمینه انجام شده است که برخی از آنها در این مقاله ذکر شده است.

1. طبقه بندی سرل

در سال 1912، این سیستم طبقه بندی ارائه شد. در ابتدا ملاک طبقه بندی، منشأ و سنگ شناسی بود ولی بعدها، خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی به عنوان اساس طبقه بندی، مد نظر قرار گرفت. خواص در نظر گرفته شده در اینجا، قابلیت دیرگدازی، رنگ بعد از پخت و زجاجی شدن، بوده است. این سیستم طبقه بندی، به صورت زیر است:
1) رس های اولیه:
a) رس هایی ایجاد شده به دلیل هوازدگی سیلیکات ها (مانند برخی از کائولن ها)
b) رس های ایجاد شده به دلیل اقدامات لاتریتی: رس های غنی از آلومینا از جمله ی این رس ها، می باشند.
c) رس های هیپوژنیکال که به دلیل فعالیت های آب ایجاد شده اند (مانند برخی از خاک چینی های کورنیشی)
2) رس های ثانویه
a) رس های دیرگداز (مانند خاک نسوز زو برخی از رس های مورد استفاده در تولید لوله)
b) رس های غیر دیرگداز با رنگ پخت خاص ( مانند رس های کوزه گری، بال کلی و برخی از شیل ها)
c) رس های با قابلیت زجاجی شدن (مانند رس های سفال گری و رس های مورد استفاده در تولید آجرهای سنگ فرشی)
d) رس های غیر دیرگداز با رنگ بعد از پخت قرمز (مانند رس های تولید آجر، ترکوتا و یا شیل ها)
e) رس های آهکی یا مرمر که حاوی بیش از 5 % کلسیم کربنات هستند.
3) رس های باقیمانده: رس هایی که بوسیله ی فرایندهای خارجی تشکیل شده و به همراه مواد آهکی و سایر مواد رسوب می کند (مانند رس های سفید رنگ موجود در دره های داربیشر).
این طبقه بندی دارای برخی نقصان ها می باشد. این مواد عبارتند از:
i) در سطح اولیه، منشأ رس در نظر گرفته می شد اما این مسئله هنوز به طور کامل، فهمیده نشده است.
ii) در سطح ثانویه، یک اساس یکسان در نظر گرفته نشده است.
iii) واژه هایی که به طور متداول، مورد استفاده قرار می گیرند، با هم در ارتباط نیستند و به نوع رس بستگی ندارند. در واقع این نامگذاری ها معمولاً بوسیله ی سایر صنایع مصرف کننده، استفاده نمی شود.

2. طبقه بندی ریس

این طبقه بندی در سال 1917 ارائه شد و در آن، منشأ و حالت تشکیل رس به عنوان اساس در نظر گرفته می شود:
A. یک رس باقیماندده در محل هایی تشکیل می شود که محل سنگ اولیه، تغییر می کند. این مورد می تواند بوسیله ی عوامل مختلفی از جمله عوامل سطحی و زیر سطحی، انجام می شود.
1) آن دسته از رس هایی که به دلیل هوازدگی سطحی ایجاد می شوند. این رس ها، نتیجه ای از حل شدن یا از هم پاشیدگی سیلیکات ها، می باشند.
a) کائولن: این رس سفید رنگ است و معمولاً رنگ بعد از پخت آن، سفید است. سنگ مادر این رس، گارنت، سنگ خارای زبر، ریولیت، سنگ آهک، شیل، گنیس کوارتزیت فلدسپاتی، شیست متورق و ... می باشد. شکل: توده هایی از کائولن به صورت پتومانند، تپه ای، و توده های مدفون شده، یافت می شوند.
b) رس های آهن دار: این رس ها از انواع مختلفی سنگ، مشتق می شوند.
2) رس های باقیمانده ی سفید: این رس ها به دلیل حرکت های آب در سنگ های آذرین، تشکیل می شوند.
a) این رس ها، بواسطه ی آب های کربنات دار، تشکیل می شوند.
b) رس های آهن دار از انواع مختلفی سنگ، تشکیل می شوند.
3) رس های باقیمانده، بوسیله ی حرکت های آب سولفات دار، تشکیل می شوند.
4) رس های باقیمانده ی سفید رنگ: این رس ها از جایگزینی هایی تشکیل می شود که به دلیل حرکت آب ایجاد شده اند.
B. رس آبرفتی: این رس ها، رسوباتی هستند که بوسیله ی شستشوی خاک از دوردست ها و رسوب آنها در محل های دیگر، ایجاد می شوند. این رس ها دارای ویژگی های دیرگدازی و غیر دیرگدازی است.
C. رس های انتقال یافته:
1. رس های رسوب کرده در آب:
a) رس های دریایی یا شیل ها که اغلب به میزان قابل توجهی وجود دارند. رس های با رنگ پخت سفید (بال کلی ها، خاک نسوز و یا شیل ها)، رس های Buff-burning (رس های ناخالص یا شکل هایی که محتوی مواد آهکی و یا غیر آهکی هستند).
b) رس های دریاچه ای که در دریاچه ها و مرداب ها، رسوب می کنند. این نوع رس، از جمله خاک نسوز، شیل و یا رس های با رنگ پخت قرمز می باشند.
c) رس دشت سیلابی که معمولاً دارای ناخالصی و ماسه می باشد.
d) خاک رس دهانه ی رودخانه که در بخش ورودی به دریا رسوب کرده و اغلب ناخالصی بیشتری دارند و ساختار لایه ای دارند.
e) رس های دلتا
2. رس های یخبندان: این رس ها اغلب استحکام بیشتری دارند و در بخش های یخ گرفته مشاهده می شوند. این نوع رس، بعد از پخت قرمز یا خامه ای رنگ می باشند.
3. خاک رس تشکیل شده بوسیله ی باد
4. رسوبات شیمیایی مانند برخی از انواع رس های فلینتی
این طبقه بندی همچنین از نقطه نظر استفاده نیز، مفید است. علاوه بر این، تمام انواع رس مورد استفاده نیز در این طبقه بندی جای می گیرند. اگر چه برخی نام ها مانند بال کلی، خاک نسوز، رس فلینتی و ... نیز در این نامگذاری وارد شده است و کاربردهای خاص خود را دارد.

3. طبقه بندی پارمیل

این طبقه بندی در سال 1921 ارائه شد و احتمالاً بهترین طبقه بندی است که تاکنون ارائه شده است. در این طبقه بندی، از نوع خاک استفاده شده است. در واقع 4 سطح از طبقه بندی به صورت زیر وجود دارد:
I. رس های با رنگ پخت سفید و یا خامه ای رنگ بدون آهک
A. رس های با پخت باز (Open burning clays): دمای نرم شدن این رس، در گستره ی مخروط 15 می باشد. از این رو رس، در تولید سفال استفاده می شود زیرا رنگ و استحکام مناسبی دارد. این نوع رس ممکن است دارای درجه ی دیرگدازی بالایی داشته باشد و ارزش استفاده در صنعت دیرگداز را داشته باشد.
1. استحکام پایین یعنی کائولن های باقیمانده مانند آنهایی که در کارولینای شمالی، وجود دارد.
2. استحکام متوسط و بالا: مثلا کائولن های ثانویه مانند آنهایی که در فلوریدا و جرجیا، وجود دارد.
B. خاک رس با دانسیته ی بالا: به دلیل عدم تخلخل در این نوع رس، دمای نرم شدن آن در گستره ی مخروط 10 تا 15 می باشد.
a) رس های غیر دیرگداز
3. رنگ مناسب و استحکام متوسط تا بالا و شرینکیج متوسط، از جمله ویژگی این رس هاست. از آن در تولید سفال، پرسلان و ظروف سفالین با نمای سنگی، استفاده می شود.
4. رنگ نامنتاسب، استحکام متوسط تا بالا، شرینکیج متوسط. از این رس در تولید سفال های با نمای سنگی، ترکوتا، چرخ های ساینده، کوره ی روی، آجر نما و ساگار، استفاده می شود.
b) رس های دیرگداز
5. رنگ مناسب، استحکام متوسط تا بالا و شرینکیج متوسط. استفاده ها: دیرگدازها مخصوصاً دیرگدازهای صنعت شیشه.
C) خاک رس با دانسیته ی بالا
این خاک ها دارای دمای نرم شدگی بین مخروط 5 و 10 هستند و در دماهایی در گستره ی مخروط 5، نمی سوزند.
a) رس های غیر دیرگداز:
6. رنگ مناسب، استحکام متوسط تا بالا، شرینکیج متوسط. معمولاً این رس ها در دمایی بین مخروط 5 و 8، به حداقل تخلخل می رسد. این خاک معمولاً از نوع بال کلی می باشد. استفاده ها: سفال ها، بدنه های سفید، پرسلان و سفال های با نمای سنگ.
7. رنگ متوسط، استحکام متوسط و بالا، شرینکیج متوسط. استفاده ها: سفال های با نمای سنگ، ترکوتا، چرخ های ساینده، کوره های روی، آجر نما، ساگارها.
b) رس های دیرگداز
8. بدون تخلخل و یا با تخلخل جزئی بنابراین در دمایی در گستره ی مخروط 5، می تواند استحکام خود را حفظ کرده و دیرگدازی خوبی دارند. استحکام پیوند حداقل برابر با 325 پوند بر اینچ مربع است. استفاده ها: اجزای مورد استفاده در کوره های گرافیتی مورد استفاده در ذوب برنج.
9. در دمایی در حدود 1275 درجه ی سانتیگراد (مخروط 8)غیر متخلخل است و در دمای حدود 1400 و بالاتر، استحکام خود را از دست نمی دهد. استفاده ها: گلدان های شیشه ای.
10. در دمای 1275 درجه ی سانتیگراد (مخروط 8) نرم نمی شود و زیر دمای 1425 درجه، استحکام مینیمم آن 325 پوند بر اینچ مربع می باشد. نقطه ی نرم شوندگی در مخروط 29 و یا بالاتر قرار دارد. استفاده ها: گلدان های شیشه ای.
II. رس های Buff-burning
A. رس های دیرگداز
a) پخت باز یعنی تخلخل این رس ها در مخروط 15، برابر با 5 % می باشد. این رس ها سخت، غیر پلاستیک و یا اندکی پلاستیک هستند مگر آنکه دچار هوازدگی شده باشند. نوع: رس فلینتی.
11. به طور نرمال، میزان آلومینا و مواد آلومینایی در آنها کمتر از 40 % است. استفاده ها: صنعت دیرگداز.
12. درصد آلومینا و مواد آلومینایی در آنها، بیش از 40 % است. استفاده ها: صنعت دیرگداز و ساینده.
b) پخت باز یعنی تخلخل این رس ها در مخروط 15، برابر با 5 % می باشد.
13. به طور نرمال در آنها میزان سیلیس، کمتر از 65 % است. استفاده ها: آجرهای دیرگداز و سایر دیرگدازها، ترکوتا، چینی آلات بهداشتی، لعاب و آجر لعاب دار.
14. میزان مواد سیلیسی در آنها بیش از 65 % است. بسیاری از خاک رس موجود در نیوجرسی، از این نوع می باشد. استفاده ها: آجر دیرگداز و سایر دیرگدازها.
c) پخت با دانسیته ی بالا در بین مخروط های 10 و 15. یعنی یک میزان تخلخل حداقل 5 % یا کمتر را در این گستره بدست می آورد.
15. استحکام متوسط تا بالا. در حدود دمای مخروط 5، دمای مناسب برای پخت آنهاست و در این دما، حداقل میزان تخلخل را دارا می باشد. استفاده ها: گلدان های شیشه ای، آجر دیرگداز، ساگار، ترکوتای مورد استفاده در بخش معماری، چینی آلات بهداشتی، آجرهای نما و لعاب دار.
d) پخت با دانسیته موجب ایجاد 5 % تخلخل یا میزان کمتری تخلخل در مخروط 10 و کمتر می شود.
16. بدون تخلخل و یا تخلخل بسیار جزئی، بنابراین، در مخروط 5، به طور مناسب پخت می شود و در مخروط های 12 و بالاتر نیز، خاصیت دیرگدازی خود را حفظ می کند. استحکام پیوند این نوع از رس، 325 پوند بر اینچ می باشد. استفاده ها: اجزای مورد استفاده در بوته های گرافیتی مورد استفاده در ذوب برنج، ترکوتای معماری، چینی آلات بهداشتی و آجرهای لعاب دار و آجر نما.
17. در دمای 1275 درجه ی سانتیگراد (مخروط 8)، تخلخلی در آن وجود ندارد. همچنین تا دمای 1400 درجه و بالاتر، نرم نمی شود و استحکام خود را حفظ می کند. استفاده ها: گلدان چینی، ترکوتای معماری، چینی آلات بهداشتی، آجرهای لعاب دار و نما.
18. در دمای 1275 درجه ی سانتیگراد (مخروط 8)، دانسیته می گیرد و در دمای زیر 1425 درجه، نرم نمی شود. این نرم شدگی در مخروط 29 و بالاتر رخ می دهد. استفاده ها: گلدان های شیشه ای، ترکوتای معماری، چینی آلات بهداشتی، آجر لعاب دار و آجر نما.
B. رس های غیر دیرگداز
a) پخت باز موجب ایجاد 5 % تخلخل یا میزانی کمتر از 5 % تخلخل در دمای مخروط 10 و کمتر می شود.
19. استحکام متوسط و بالا. استفاده ها: ترکوتای معماری، بدنه های با نمای سنگ، بدنه های زرد رنگ، آجر نما، چینی آلات بهداشتی.
20. استحکام پایین. استفاده ها: چینی آلات بهداشتی.
b) پخت با دانسیته ی بالا: این حالت موجب تشکیل تخلخل کمتر از 5 % در مخروط 10 و دماهای پایین تر می شود.
21. استحکام متوسط و بالا: استفاده ها: ترکوتای معماری، بدنه های با نمای سنگ، چرخ های ساینده، آجر نما، آجر کف.
III. رس های با رنگ پخت قرمز، قهوه ای و تیره
A. رس های با پخت باز: یعنی آن دسته از رس ها که در هر دما و در هر زمان پختی، تخلخل پایین ایجاد نمی کنند.
22. استحکام متوسط و بالا. استفاده ها: آجر، کاشی های مورد استفاده در کف کانال ها، بلوک های توخالی، گلدان، رس های مدادی و تولید بلست ها.
23. استحکام پایین: استفاده: آجر
B.پخت با دانسیته
a) دارای گستره ی زجاجی شدن طولانی
24. استحکام متوسط و بالا. استفاده ها: خط لوله، لوله های فاضلاب، آجرهای کف، کاشی کف، پرسلان های الکتریکی، مظروف سرامیکی، کاشی های مورد استفاده در سیلوها، آجر های نمای خاص، ترکوتای معماری، کاشی سقف.
25. استحکام پایین. استفاده ها: به عنوان پرکننده در تولید پرسلان های الکتریکی. کاشی کف و بلوک های ساختمانی.
b) داشتن گستره ی زجاجی کوچک:
26. استحکام متوسط و بالا. استفادها: بلوک های ساختمانی، آجر نما، بلوک های توخالی، گلدان.
C) ذوب در دمای پایین: این ذوب در مخروط 5 رخ می دهد و شیشه تشکیل می شود.
27. رس های دوغابی
IV. رس های دارای رنگ پخت سفید، سفید خامه ای و سفید زرد رنگ.
28. شامل کلسیم و منیزم کربنات و یا هر دو ماده که هیچگاه تخلخل پایینی پیدا نمی کند و دارای گستره ی حرارتی بسیار کوتاهی است. استفاده ها: آجر معمولی.
یک تجزیه و تحلیل دقیق بر روی سیستم طبقه بندی موجب می شود تا معایب زیر در این زمینه، مطرح گردد:
i) طبقه بندی برای هر کاربرد عملی، بسیار پیچیده می باشد.
ii) سطوح مشابه فراوانی یافت می شود که در آنها آزمون های متعددی به منظور تعریف موقعیت رس های نامعلوم، وجود دارد.
iii) روابط داخلی بین پارامترهای مختلف هنوز در نظر گرفته نشده است.
iv) در برخی جاها، رنگ و پلاستیسیته ی مربوط به رس خام، بعد از طبقه بندی کنونی، در نظر گرفته شده است. در واقع این مسئله منطقی است که رنگ و پلاستیسیته پیش از پخت نیز ارزیابی گردد.
v) طبقه بندی تنها برای رس هایی است که پخت می شوند، در حالی که برخی رس ها، بدون پخته شدن، مورد استفاده قرار می گیرند.
vi) برخی از نواع متداول رس ها، مانند شیل، بنتونیت، fuller’s earth و ... نمی توانند با این سیستم تطبیق یابند.
vii) روابط میان انواع مختلف از رس ها، مانند خاک چینی، بال کلی، خاک مورد استفاده در تولید آجر و ... در نظر گرفته نشده است.
viii) موقعیت برخی از رس ها منحصربفرد نیست و آنها در بیش از یک موقعیت این سیستم، قرار دارند.

طبقه بندی بت من

در سال 1942 این طبفع بندی بوسیله ی Allan M Batman ارائه شد. این طبقه بندی به صورت زیر است:

در این سیستم، تمام عبارت های مورد استفاده در کاربردهای کنونی، وجود ندارد. علاوه بر این، هیچ اساسی عینی و قابل درک نیست.

طبقه بندی روزنتال

در سال 1949 اولین واحد از این سیستم، بر اساس حالت تشکیل رس ها، بوجود آمد. این سیستم طبقه بندی می تواند به صورت شماتیک و به صورت زیر بیان شود:

رس ها:

1) رس های اولیه
2) رس های ثانویه
a) رس های دیرگداز
b) رس های با قابلیت زجاجی شدن
c) رس های زود گداز
این طبقه بندی در واقع یک ساده سازی به منظور تسهیل در فهم این ماده و استفاده های از آن می باشد. تنها سه خاصیت در نظر گرفته شده است و هیچ رابطه ی میان عبارت های مورد استفاده در اینجا، با آنهایی که هم اکنون در صنعت، مورد استفاده قرار می گیرد، وجود ندارد.

طبقه بندی USBM

اداره ی معادن آمریکا، در سال 1970، سیستمی برای طبقه بندی رس ها ارائه داده است که به صورت شماتیک در زیر آورده شده است:

رس ها

1) خاک چینی (کائولن)
2) بال کلی
3) خاک نسوز ( شامل رس های مورد استفاده در تولید سفال های با نمای سنگ)
a) پلاستیک
b) شبه پلاتسیک
c) شبه فلینتی
d) فلینتی
4) بنتونیت
a) باد کننده
b) غیر باد کننده
5) Fuller’s earth
6) رس های متفرقه
این گروه بندی ضرورتاً یک لیست از نام هاست که برخی افراد به طور متداول برای رس های صنعتی استفاده می کنند، بدون آنکه اساسی در مورد آنها در نظر گرفته شده باشد. علاوه بر این، خاک نسوز، رس مورد استفاده در تولید بدنه های با نمای سنگی و رس فلینتی، از لحاظ استفاده و همچنین عملکرد ترکیب شوندگی با سایر مواد، متفاوت عمل می کنند. گروه رس های متفرقه، نیز یک گروه با عمومیت زیاد می باشد.

طبقه بندی چاترجی

K. K. Chatterjee در سال 1978 این طبقه بندی را ارائه کرده است. در واقع این طبقه بندی بعد از مطالعه ی مراحل انجام آزمون بر روی مواد رسی که در انستیتتوی تحقیقاتی هند (CSIR) انجام شد، ارائه گردید. برای انجام آزمون بر روی نمونه های رس، آنها ابتدا این رس ها را خرد کرده و سپس آسیاب می کنند. سپس پلاستیته ی آنها ارزیابی می شود و در نهایت، به منظور بررسی خواص پخت آنها مانند دیرگدازی، رنگ پخت، زجاجی شدن و ...، این رس ها، پخته می شوند. از آنجایی که سختی به صورت مستقیم با قابلیت آسیاب شوندگی و اقتصاد سایش در ارتباط است، این عامل به عنوان یک فاکتور اساسی در طبقه بندی رس ها تلقی می شود. معیار بعدی، خواصی است که می تواند به صورت مستقیم بعد از آسیاب کاری مورد بررسی قرار گیرد (یعنی پیش از پخت). این خواص عبارتند از قدرت تبادل بازی، پلاستیسیته و ویژگی های مربوط به باد کنندگی یا تورم. وقتی این خواص تعیین شد، حال نوبت به مطالعه ی خواص بعد از پخت می باشد. این خواص برای کامل کردن طبقه بندی، نیاز می باشد. یک مورد مهم این است که موقعیت هیچکدام از این رس ها، قابل تغییر نمی باشد و با یک نگاه، می توان تفاوت در نوع آنها را فهمید. در سیستم های اصلی، 15 تا از 16 نوع رس، تکراری می باشد. رس پزولانی در آن زمان متداول نبوده است. امروزه، از این رس نیز در برخی کاربردها، استفاده می شود. سیستم اصلی بر اساس اضافه شدن این نوع، بسط داده شده است. این طبقه بندی در زیر آورده شده است:

رس ها:

I. سخت
A. پلاستیک

1) رنگ پخت یکنواخت و مطلوب (رس شیلی مورد استفاده در تولید ترکوتا)
2) رنگ پخت غیر (رس مورد استفاده در تولید آجر و شیل رسی)
B. غیر پلاستیک
1) فعالیت ضعیف با آهک
2) فعالیت خوب با آهک در دمای معمولی
II. نرم
A. رس های با توان تبادل بازی خوب
1. پلاستیک
1) متورم شونده (سدیم بنتونیت)
2) متورم نشونده (کلسیم بنتونیت یا پاسکلیت)
2. غیر پلاستیک
B. رس های با تبادل بازی ضعیف
1) دیرگداز
a) قابلیت زجاجی ضعیف
b) قابلیت زجاجی قوی
2) غیردیرگداز
a) رنگ سفید بعد از پخت (بال کلی)
b) رنگ قرمز، قهوه ای و تیره ی بعد از پخت
i) رنگ مناسب و یکنواخت (رس مورد استفاده در تولید ترکوتا)
ii) رنگ پخت نامناسب
- قابلیت زجاجی شوندگی بالا
- قابلیت زجاجی شوندگی پایین
3. غیر پلاستیک (خاک چینی یا کائولن)
در ایالات متحده، تنها سدیم بنتونیت به عنوان یک بنتونیت مناسب برای کاغذ، در نظر گرفته می شود در حالی که کلسیم بنتونیت یا پاسکلیت دو نوع از رس های fuller’s earth در نظر گرفته می شود. در برزیل، نامگذاری مشابه هند است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.