فلوریت (فلئورسپار) (2)

اپتیک

فلوریت یک زمانی برای لنزهای اپتیکی، مورد استفاده قرار می گرفت اما این ماده با کریستال های کلسیم فلورید مصنوعی، جایگزین شد. این ماده به جای برخی شیشه های نوری با کارایی بالایی استفاده می شود که در لنزهای تلسکوپی و دوربین کاربرد دارد. همچنین از این ماده در ابزارهای پرتودهی مورد استفاده در صنعت نیمه رسانا، استفاده می شود. در واقع طول موج 175 نانومتر ایجاد شده، بوسیله ی گاز فلئور، ایجاد می شود. فلوریت در این طول موج، دارای شفافیت قابل توجهی است. فلوریت، دارای توان پراکنده شوندگی پایینی است و بنابراین، تفرق نور در این نوع از شیشه ها، کمتر رخ می دهد. در تلسکوپ های مجهز به لنز فلوریتی توان بالا، تصویر اشیای نجومی، بسیار واضح نشان داده می شوند.

سیمان ها

با توجه به تحقیقات انجام شده در انجمن ملی سیمان و مواد ساختمانی هند، فلئورسپار خردایش یافته می تواند به کلینکر سیمان افزوده شود. فلوریت برای ایجاد رنگ های خاص و ایجاد اثرهای فلئورسانسی در این سیمان ها، مورد استفاده قرار می گیرد. این فلوریت ها باید حاوی 20 تا 75 % CaF_2 باشند.
سنگ های زینتی: به دلیل سختی پایین (حدود 4 در مقیاس موهس)، تردی، ضریب شکست پایین، تفرق پایین و کلیواژ در این نوع از مواد مشاهده می شود، این ماده به عنوان سنگ زینتی کمیاب و قیمتی، محسوب نمی شود. با وجود این، رنگ های چندگانه ی آنها، موجب می شود تا از جمله سنگ های زینتی، مورد استفاده قرار گیرند. فلوریت سبز رنگ، برخی اوقات کوارتز سبز، نامیده می شود. کریستال های بزرگ از این ماده، برای دکوراسیون ظروف مورد استفاده قرار می گیرد.
یکی از مشهورترین مکان هایی که فلوریت از آن بدست می آمده است، در انگلیس قرار دارد. فلوریت های جذاب بدست آمده از این ناحیه، دارای اثرات گیاه شناسی هستند. این سنگ ها با نام Blue John معروف می باشند و امروزه، تنها سالیانه چند صد کیلوگرم از این نوع سنگ ها، معدن کاری می شود. اخیراً ذخیره هایی از فلوریت با رنگ ها و ویژگی های پیوند دهی جالب، در چین کشف شده است.
این اعتقادل وجود دارد که انواع سنگ های زینتی تولید شده از فلوریت، دارای توانایی درمان نیز می باشد و با استفاده از آنها، بسیاری از مشکلات فیزیولوژیکی، کم می شود.
اسید هیدروفلئوریک: این ماده، یکی از اسیدهای صنعتی معروف می باشد که به عنوان پیش ماده ی بسیاری از مواد شیمیایی دیگر، محسوب می شود. بالاترین گرید فلوریت به عنوان یک مواد اولیه در تولید این اسید، استفاده می شود. نرم مصرف فلوریت، 3 تن برای هر تن اسید HF می باشد.
این اسید بوسیله ی واکنش آبی اسید سولفوریک و فلوریت در دمای 300 تا 800 درجه ی سانتیگراد، تولید می شود. این واکنش به صورت زیر می باشد:

این اسید همچنین می تواند از طریق واکنش اسید سولفوریک با فلئورو-آپاتیت نیز تولید شود:

این فرایند با فرایندهای میعان و تقطیر، توأم می باشد. گریدهای تجاری از این اسید عموماً تا حدود 60 الی 70 درصد HF دارند.
این اسید منحصراً برای اچ کردن شیشه، مورد استفاده قرار می گیرد. HF با خلوص بالا برای اچ کردن قطعات نیمه رسانا، کاربرد دارد. علاوه بر این، برخی مواد شیمیایی مهم نیز وجود دارند که از این اسید تولید می شوند.
محصولات بر پایه ی اسید هیدروفلئوریک و استفاده های آنها

مواد شیمیایی

در میان محصولات تولیدی، کریولیت سنتزی ماده ای است که نیازمند اسید HF با خلوص بالا می باشد. اجزای نامناسب موجود در این ماده، عبارتند از گوگرد، سولفات باریم، کلسیم کربنات، اکسیدهای آهن و آلومینیوم، مواد فسفردار و آرسنیک. هم گوگرد و ه سولفات باریم در این ماده باقی مانده و با فلئور، واکنش می دهند. مواد فسفری مقادیری از کلسیم را از فلئورسپار خارج می کنند و موجب تشکیل کلسیم فسفات می شوند. این ماده با محصول فرعی این فرایند یعنی گچ، مخلوط می شود و در صنعت سیمان، استفاده می شود. در واقع این ماده، زمان گیرش سیمان را کوتاه می کند. از این رو، تمام این مواد، به عنوان ماده ی مخرب تلقی می شوند. آرسنیک نیز تبخیر شده و موجب خوردگی ماشین آلات می شود. HF تولیدی از مواد با عیار پایین تر، معمولاً با HF با عیار بالا، مخلوط می شود.
کریولیت سنتزی: HF ابتدا با سیلیس واکنش می دهد و اسید فلئوروسیلیکات تولید می شود. این واکنش به صورت زیر است:


این فلئورو سیلیسیت اسید برای تولید کریولیت مصنوعی، مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده با رس و بوکسیت، عمل آوری می شود. البته این ماده می تواند همچنین با اسید HF و سدیم کربنات و آلومینیوم هیدروکسید نیز واکنش دهد. عمده ی استفاده از کریولیت در متالورژی آلومینیوم است.
اسید فلئورو- سیلیسیت: این اسید با فرمول H_2 SiF_6 بر اساس فرمول بالا تولید می شود و به خودی خود، برای فلئورزنی آب، مورد استفاده قرار می گیرد. این اسید حاوی 80 % فلئور است.
آلومینیوم فلئورید: آلومینیوم فلئورید (AlF_3) بوسیله ی عمل آوری آلومینا به همراه اسید هیدروفلئوریک و یا اسید فلئوروسیلیسیت، تولید می شود. استفاده های اصلی از این ماده، در صنایع متالورژی می باشد. این ماده عملکرد فلاکس دارد و از آن برای افزایش سیالیت مذاب آلومینیوم و ریخته گری و حتی برای لحیم کاری و جوشکاری، این ماده ، استفاده می شود. همچنین از این ماده به عنوان عامل اپک کننده در تولید شیشه های خاص، لعاب فلزی، محصولات سرامیکی و حتی در تولید الیاف آلومینیوم سیلیکاتی، استفاده می شود.
کلرو-فلئوروکربن ها: در ابتدا، از دی اکسید گوگرد در ساخت یخچال های خانگی، استفاده می شده است. به هر حال، به دلیل آلودگی های محیط زیستی، این ماده بوسیله ی کلروفلئوروکربن ها (CFC)، جایگزین شد. این مواد، در واقع مواد غیر سمی و غیر آتش گیر هستند. یکی از این ترکیبات، دی کلرو دی فلئورو متان یا فرعون، نامیده می شود. از این ماده به طور گسترده در تولید یخچال ها، استفاده شده است. البته امروزه، فهمیده شده است که این ماده نیز برای محیط زیست، خطراتی دارد.
پتاسیم فلئوریت: پتاسیم فلوریت (KF) بوسیله ی واکنش هیدروکسید پتاسیم و اسید فلئوریک، تولید می شود. محصول این واکنش سپس خشک شده و برای تولید گاز فلئور، مورد استفاده قرار می گیرد.
فلئورو-بوریک اسید: این ماده در آبکاری، پرداخت فلزات و تصفیه ی قلع، مورد استفاده قرار می گیرد.
گاز فلئور: گاز فلئور یا فلئورین را می توان از طریق الکترولیز یک مخلوط از پتاسیم فلئورید و اسید هیدروفلئوریک، تولید کرد. البته هیدرولیز پتاسیم فلئورید در دمای 100 درجه نیز منجر به تولید این گاز می شود. این کار در یک محفظه ی مسی و با استفاده از الکترودهای گرافیتی، انجام می شود. فلئورین با عبور این گاز از داخل سدیم فلئورید، خالص سازی می شود. این گاز سپس در داخل سیلندرهایی و با فشار 400 psi فشرده سازی می شود.
فلورین بسیار سمی است. مقادیر اندک (در حد 1 ppm) از این ماده موجب می شود تا آب برای کاربردهای خانگی، فلئوردار شود. این ماده به منظور جلوگیری از پوسیدگی دندان ها، به آب افزوده می شود. این ماده موجب مردن باکتری های دندانی می شود. همچنین فلئوریت یک گاز فعال است و می تواند با انواع مواد آلی و معدنی واکنش دهد و موجب تشکیل ترکیبات مفید شود.

فرایندهای صنعتی

متالورژی آلومینیوم: آلومینیوم خالص: برای استخراج فلز آلومینیوم از آلومینا، از تکنولوژی Hall-Heroult کلاسیک، استفاده می شود. دو ماده ی بر پایه ی فلئور یعنی کریولیت مصنوعی و آلومینیوم فلورید (AlF_3) مخلوط می شوند و به عنوان الکترولیت در حمام الکترولیت مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه، کریولیت مصنوعی، به عنوان جایگزینی برای کریولیت طبیعی مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع تنها معدن کریولیت طبیعی که در گرینلند وجود داشت، اکنون به اتمام رسیده است. در این تکنولوژی، آلومینا در داخل حمام الکترولیت مذاب، حل می شود. این حمام از کریولیت و فلورید تشکیل شده است. حمام کریولیت حدود 10 % از آلومینا را در دمای 920 تا 970 درجه ی سانتیگراد، حل می کند. وقتی جریان با شدت بالا به این پیل اعمال می شود، آلومینا به یون های آلومینیوم و اکسیژن تفکیک می شود، آلومینا در کاتد و اکسیژن نیز با کربن موجود در آند واکنش می دهند و دی اکسید و یا مونوکسید کربن، تولید می کند. فلز مذاب به دام می افتد و به صورت شمش، قالب ریزی می شود. کریولیت مورد استفاده به صورت جزئی، بازیافت می شود. نقطه ی ذوب مربوط به کریولیت، در حدود 1000 درجه ی سانتیگراد می باشد و این نقطه ی ذوب برای آلومینا، در حدود 3700 درجه ی سانتیگراد است. AlF_6 به عنوان یک فلاکس عمل می کند و موجب کاهش دمای ذوب به حدود 2000 درجه ی سانتیگراد می شود. کریولیت در واقع موجب کاهش دمای ذوب آلومینا نمی شود، بلکه در واقع خودش ذوب شده و موجب حل شدن آلومینا در خود، می شود. میزان مصرف کریولیت مصنوعی و آلومینیوم فلئورید در هر تن آلومینیوم، برابر با 15.45 کیلوگرم می باشد.
بازیافت آلومینیوم: آلومینیوم، فلزی است که می توان آن را به دفعات نامحدود بازیافت کرد. برای بازیافت آلومینیوم، از کریولیت مصنوعی و آلومینیوم فلورید، استفاده می شود.
متالورژی نیوبیوم / تانتالیوم
نیوبیوم و تانتالیوم، به همراه همدیگر تشکیل می شوند. این دو ماده، ابتدا با هم استخراج می شوند. در استخراج این مواد، سنگ معدن با هیدروکسید سدیم فرآوری می شود و سپس به همراه هیدروکلئوریک اسید، ذوب می شود. در واقع، این اسید، ناخالصی ها را حل کرده و کریستال های تانتالو- نیوبیک، باقی می مانند. این اسید تانتالو- نیوبیک، در هیدروفلئوریک اسید حل می شود. پتاسیم فلئورید (KF) به این مخلوط اضافه می شود و به عنوان یک نتیجه، رسوب دهی انتخابی تانتالیوم- پتاسیم فلئورید و نیوبیوم پتاسیم اکسی فلئورید اتفاق می افتد. در هنگام سرد کردن، ماده ی اولی رسوب می کند و بوسیله ی فیلتراسیون، جداسازی می شود، ماده ی دوم نیز بوسیله ی فرایند ثانویه، جداسازی می شود. ترکیبات نیوبیوم، با مواد قلیایی عمل آوری می شوند تا بدین صورت، اکسید نیوبیوم، تولید شود، در حالی که فلز تانتالیوم خالص، با ذوب و الکترولیز تانتالیوم- پتاسیم فلورید، تولید می شوند.
مواد نفتی اکتان بالا: در کراکینگ نفت خام، مولکول ها در دماهای بالا شکسته می شوند و به واحدهای کوچک تر تبدیل می شوند. این نوع جدید از هیدروکربن ها، الفین نامیده می شوند. الفین ها به همراه ایزوبوتان و اسید هیدروفلئوریک در دمای 40 درجه ی سانتیگراد، برای تولید ایزوپارافین ها مانند هپتان و اکتان، استفاده می شود. آلکین زایی موجب بهبود عدد اکتان مواد نفتی می شود. این مسئله بر روی بهسوزی سوخت مورد استفاده، اثر دارد.
محصولات و فرایندهای بر پایه ی گاز فلئور یا فلورین و استفاده های آن
پتاسیم پرکلرات: گاز فلئور یک عامل اکسید کننده ی قوی است. وقتی این ماده به داخل محلول پتاسیم کلرات (KClO_3) دمیده شود، این ماده به پتاسیم پرکلرات (KClO_4) تبدیل می شود. این واکنش به صورت زیر می باشد:

انیدرید هیدروژن فلئورید (HF): گاز فلئور با هیدروژن به صورت انفجاری واکنش می دهد. این واکنش حتی در دماهای پایین نیز به صورت انفجاری است. در طی این واکنش، اکسیژنی که موجب آزاد سازی اکسیژن می شود، بوسیله ی ازون باردار می شود. گاز HF یک ماده ی شیمیایی قوی است.
سدیم سیلیکوفلورید: این ماده همچنین سدیم فلئورو سیلیکات نیز نامیده می شود. این ماده موجب تشدید ذوب شیشه می شود.
اورانیوم هگزا فلورید: این ماده برای تصفیه و غنی سازی اورانیوم، مورد استفاده قرار می گیرد.
فلئورو سیلیکات آمونیوم، منیزیم و روی: این ماده برای جلوگیری از پوسیدن پوست خام، چوب و مواد دیگر، کاربرد دارند.
فلئوروکربن: این ماده به عنوان غشاء فیلتر در صنعت تولید نیمه هادی ها، کاربرد دارد.
فیلترهای فلئورو پلیمر: این مواد نیز فلئوروکربن هستند و از جمله مواد خنثی طبقه بندی می شوند. یکی از این ترکیبات، پلی تترا فلئورو اتیلن یا PTFE نامیده می شود. این ماده یک ماده ی استثنایی مورد استفاده در غشاهای فیلتری است که در کارتریج های مورد استفاده در مقیاس نانو، مورد استفاده قرار می گیرند. تخلخل های زیر 0.1 میکرون، موجب می شود تا این مواد به عنوان موادی مناسب در فیلتراسیون مواد شیمیایی آبی با خلوص بالا، تلقی شوند.
سدیم فلئورید (NaF)، قلع فلئورید (SnF_2) و سدیم مونو فلئورو سولفات: این ماده به عنوان افزودنی در خمیردندان مورد استفاده قرار می گیرد. این مواد موجب می شوند تا از پوسیدگی دندان جلوگیری شود. در واقع فلئور برای باکتری ها، سمی است.
متالورژی اورانیوم: در این فرایند، هم HF و هم گاز فلئور مورد استفاده قرار می گیرند. سنگ معدن اورانیوم ابتدا تغلیظ می شود و سپس U_3 O_8 با خلوص 50 تا 90 %، برای استخراج فلز اوانیوم آماده سازی می شود. برای این هدف، کنسانتره در داخل اسید نیتریک، حل می شود. سپس یک محلول آبکی از ترکیبات اورانیوم با خلوص بالا، با استخراج حلال، بدست می آید. محصول بدست آمده محلول نیتران اورانیل خالص است. این اورانیل نیترات، به صورت گرمایی تجزیه می شود و UO_3 بدست می آید. این ماده سپس با استفاده از هیدروژن به UO_2 تبدیل می شود و این ماده، نیز در حضور HF حرارت داده می شود تا بدین صورت، UF_4 تشکیل شود. این ماده نیز با استفاده از واکنش با فلز کلسیم، به اورانیوم فلزی تبدیل می شود.
برخی اوقات، این ضروری است که کنسانتره ی اورانیوم 235 را به صورت اورانیوم فلزی یا ترکیباتش، غنی سازی کرد. برای این هدف، UF_4 ابتدا فلئوردار شده و به UF_6 تبدیل می شود و سپس این ماده از طریق فیلترهای با تخلخل میکرونی، تحت نفوذ گازهای مختلف قرار می گیرند. UF_6 حاوی اورانیوم 235 که نسبت به اورانیوم 238 سبک تر است، به صورت جزئی، تفکیک می شوند. در این روش، غلظت اورانیوم 235 ممکن است در حدود 0.7 % تا 3 % افزایش یابد. UF_6 غنی سازی شده، دوباره به UF_4 تبدیل می شود.
استفاده ها بر اساس مخلوطی از این مواد
شیشه: از لحاظ فیزیکی، شیشه ی استاندارد، یک ماده ی آمورف، سخت، ترد و شاف است. از لحاظ شیمیایی، این ماده، مخلوطی از سیلیکات های سدیم، کلسیم و منیزیم است. ترکیب نمونه وار یک شیشه ی معمولی [18Na_2 O.2MgO.8CaO.72SiO_2 ]. ضرورتاً فرایند تولید شیشه شامل ذوب شدن یک مخلوط از 47 % ماسه ی سیلیسی، 14 % سدیم کربنات، 12 % دولومیت، 3.5 % آهک، 2.5 % کربن (کک) و بقیه نیز خرده شیشه می باشد. این مخلوط در دمایی بین 1400 تا 1500 درجه ی سانتیگراد، ذوب می شود. با سرد شدن این مذاب، یک مایع ویسکوز در دمای 800 تا 900 درجه ایجاد می شود. این ماده سپس به سرعت به یک محصول سخت تبدیل می شود. سدیم کربنات با دمای ذوب پایین و شیشه ی شکسته، ابتدا به مایع تبدیل می شوند و سپس سیلیس در سدیم کربنات مذاب، حل می شود و موجب تشکیل سدیم سیلیکات مذاب می شود. این ماده با اکسید کلسیم و منیزیم واکنش می دهد و شیشه را تشکیل می دهد. استفاده ها از فلئوریت در شیشه به صورت زیر می باشد:
ترکیب سدیم هگزا فلئوروسیلیکات به منظور ایجاد خاصیت فلاکس، به شیشه اضافه می شود. این ماده، موجب افزایش سیالیت مذاب می شود.
در تولید شیشه ی فلوت و الیاف شیشه، فلوریت به صورت مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد. شیشه ی فلوت، یک نوع شیشه ی مسطح است که برای در و پنجره مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید این شیشه، شیشه ی مذاب در دمای 1100 درجه ی سانتیگراد، از کوره به سمت یک حوزچه ی قلع، خارج می شود. از این رو، خواص این شیشه ها، باید به خوبی مشخص باشد. در مورد الیاف شیشه نیز ایجاد یک مذاب بدون عیب، بسیار مهم می باشد. نقش فلوریت در تولید این شیشه ها، بسیار مهم می باشد زیرا این ماده موجب بهبود این پارامترها، می شود.
در تولید شیشه های اپال، فلوریت، موجب کاهش ضریب شکست شیشه می شود و موجب می شود تا شیشه ی اپک، ایجاد شود.

استفاده از ضایعات:

امروزه، پورد فلوریت با عیار پایین، قالب گیری می شوند و به صورت بریکت در می آیند. یک چنین بریکت هایی، در برخی کشورهای اروپایی، مورد استفاده قرار می گیرند. برای حمل و نقل آسان، اولوین و بوکسیت نیز به فلوریت اضافه می شوند.
توپاز: از لحاظ شیمیایی، توپاز، یک آلومینیوم فلوریت هیدروکسیل و سیلیکاتی است. این ماده منبعی برای فلوریت محسوب می شود، مخصوصاً نوع غیر زینتی آن. این ماده البته کاربردهای دیگری نیز دارد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee