کریولیت

کریولیت (Cryolite) سدیم هگزا فلئورو- آلومینات (〖Na〗_3 AlF_6) می باشد که یک مینرال کمیاب با توزیع طبیعی محدود و استفاده های صنعتی خاص می باشد. نام این مینرال معدنی، از واژه ی یونانی کریوس (kryos) بدست آمده است که به معنای شبنم منجمد، سنگ منجمد می باشد. ذخایری از این ماده ی معدنی، در گرینلند، کلورادوی آمریکا، کبک کانادا، روسیه، برزیل، چکسلواکی، نامبیا، نروژ، اسپانیا و اکراین، گزارش شده است. در کل، 20 معدن در میان تمام این ذخایر، از سال 1850 تاکنون، در حال کار می باشد. مهم ترین این معادن، در گرینلند وجود داشته است. این معدن در دوره ی زمانی بین سال های 1854 تا 1987 در حال کار بوده است. اوج تولید این ماده در حدود 70000 تن بوده است. به هر حال، بعد از این که این ذخیره در سال 1987، به اتمام رسید، هیچ معدن جدیدی، جای آن را نگرفت. اما امروزه، یک جایگزین برای این کریولیت شناخته شده است. این ماده، کریولیت مصنوعی نام دارد و از جنس فلوریت می باشد.

معیار استفاده

کریولیت به صورت کریستال های مونوکلینیک منشوری شکل با درخشش خاص، ایجاد می شوند. سختی این ماده در مقیاس موهس، برابر با 2.5 می باشد و وزن مخصوص آن بین 2.95 تا 3.00 می باشد. اما خواص زیر، از نقطه نظر صنعتی، مهم می باشند:

رنگ

کریولیت یک ماده شیشه ای شکل است و عموماً بی رنگ است و رنگی مشابه رنگ برف دارد. برخی اوقات، وجود ناخالصی موجب می شود تا رنگ این ماده، به سمت قرمز یا خاکستری و حتی قهوه ای تغییر کند.

خواص نوری

این ماده حالت ترانسلوسنت یا ترانسپارنت دارد و ضریب شکست آن در حدود 1.34 می باشد. مقادیر RI مربوط به این ماده، نزدیک به آب است و بنابراین، اگر در داخل آب شناور شود، از لحاظ نوری، قابل مشاهده نیست.

قابلیت ذوب شدن:

این ماده زود ذوب است. می توان این ماده را در یک شعله ی شمع، ذوب کرد. وقتی این ماده ذوب می شود، به صورت یک توده ی چسبنده در می آید. کریولیت، در دمایی در حدود 1012 درجه ی سانتیگراد، به طور کامل، ذوب می شود.

ترکیب شیمیایی:

این ماده از لحاظ تئوری، حاوی 54.4 % F، 12.8 % Al و 32.8 % Na می باشد. ناخالصی های متداول این ماده، سیلیس، اکسید آهن و اکسید کلسیم هستند. کریولیت مذاب، دارای قابلیت منحصربفردی در حل کردن آلومیناست.

استفاده ها

متالورژی آلومینیوم
این کاربرد، از جمله مهمترین کاربرد کریولیت می باشد. این ماده در فرایند الکترولیتی تبدیل آلومینا به آلومینیوم، مورد استفاده قرار می گیرد. این فرایند، فرایند Hall-Heroult نامیده می شود. مشکل مربوط به استخراج آلومینیوم، در واقع دمای بالای ذوب آلومیناست. این ماده در دمای 2000 درجه ی سانتیگراد، ذوب می شود. با استفاده از کریولیت، مشکل دمای ذوب بالای کریولیت، برطرف می شود. دمای ذوب این دو ترکیب، در حدود 900 درجه ی سانتیگراد می باشد. در این تکنولوژی، آلومینا، در حمام الکترولیت مذاب، حل می شود. این حمام، حاوی کریولیت و آلومینیوم فلورید است. حمام کریولیت در حدود 10 % از آلومینا را در دمای 920 تا 970 درجه ی سانتیگراد، در خود حل می کند. وقتی جریان با دانسیته ی بالا اعمال می شود، آلومینا به یون های آلومینیوم و یون های اکسیژن، تبدیل می شود. یون آلومینیوم بر روی کاتد و یون های اکسیژن بر روی آند، رسوب می کند. اکسیژن نیز با کربن موجود در آند واکنش می دهد و مونوکسید کربن و یا دی اکسید کربن، تشکیل می دهد. فلز مذاب جداسازی شده و به صورت شمش در می آید. کریولیت مورد استفاده شده، تا حدودی، بازیابی می شود. مصرف کریولیت 50 تا 90 کیلوگرم برای هر تن آلومینیوم است.
کریولیت با گرید بالا، حاوی حداقل، 98 % 〖Na〗_3 AlF_6، ماکزیمم 1.5 % سیلیس، ماکزیمم، 0.25 % اکسید آهن و کمتر از 1 % اکسید کلسیم می باشد. اکسید آهن، سیلیس و آهک، جزء ناخالصی های مضر تلقی می شود زیرا این مواد با آلومینا واکنش می دهند و سیلیکات شیشه ای تشکیل می دهند.

میله های جوشکاری

کریولیت به عنوان یکی از اجزای پوشش این میله ها، و به عنوان عامل فلاکس، مورد استفاده قرار می گیرد. در این کاربرد نیز از کریولیت با کیفیت بالایی استفاده می شود که حاوی حداقل، 98 % 〖Na〗_3 AlF_6، ماکزیمم 1.5 % سیلیس، ماکزیمم، 0.25 % اکسید آهن و کمتر از 1 % اکسید کلسیم می باشد.
سایر استفاده ها:
برخی از استفاده های این ماده، به صورت زیر می باشد:
لعاب: در این کاربرد، از این ماده، به عنوان یک ماده ی رنگ زای سفید، استفاده می شود.
شیشه: این ماده به عنوان عامل اپک کننده استفاده می شود که علت این استفاده، تراسلوسنتی و ضریب شکست پایین آن است.
چرخ های ساینده: به دلیل خاصیت چسبندگی کریولیت، از آن به عنوان عامل پیوند دهنده، استفاده می شود.
حشره کش: این ماده به عنوان عامل فعال استفاده می شود. در واقع فلورین آن برای حشرات سمی است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee