سیلیکون و مینرال های آن (5)

دیرگدازها
مواد دیرگداز، در واقع موادی هستند که در برابر حرارت مقاوم می باشند و دمای ذوب آنها کمتر از 1580 درجه ی سانتیگراد، نمی باشد. عملکرد آسترکاری های دیرگداز نه تنها مقاومت در برابر دماهای بالا می باشند، بلکه همچنین در برابر نوسانات حرارتی، نفوذ مذاب و ایروژن گازهای داغ و مواد مذاب، مقاوم می باشند. طول عمر مفید آسترهای دیرگداز، به طور قابل توجهی بر روی بهره وری فرایند، اثر دارد. علت این مسئله، این است که در صورت خرابی این آسترها، خط تولید خاموش و آسترکاری ترمیم می شود. سیلس مورد استفاده در این کاربردها، به صورت زیر است:
1. قطعات کوارتزیت: کوارتزیت مورد استفاده در این کاربردها، باید دارای میزان سیلیس بالایی باشند (حداقل 95 %) و شکل کوارتزیت نیز باید به صورت تکه ای یا قطعه ای باشد. زیرا هزینه ی خردایش آنها زیاد نباشد. این قطعات سپس خردایش می یابد و دانه های تشکیل شده، در دمای 1500 درجه ی سانتیگراد، پخت می شوند. در این دما، دانه های کوارتزیت، ذوب می شوند و آجرهای دیرگداز متراکم، تولید می شوند. آجرهای دیرگداز کوارتزیتی، در آون های زغالی، کاربرد دارد زیرا مشابهت آجر با سیلیکون، موجب می شود تا کوره در برابر کربن مقاوم شود. از این رو، سیلیس با کربن واکنش نمی دهد. این آجرها، همچنین در کوره بلند نیز کاربرد دارد. علاوه بر این، دانه های کوارتز در کوارتزیت، به خوبی به هم پیوند می خورد و یک چنین آجرهایی بسیار متراکم هستند و در برابر نفوذ مایع و گازهای خورنده، مقاوم می باشند.
2. کوارتز فیوزد: کوارتز بسیار خالص با خلوص 99.9 % ذوب می شود و به صورت آجر در می آید و یا به پودر با اندازه ی زیر 45 میکرون، تبدیل می شود و آز آن در تعمیر آسترکاری، استفاده می شود. یک چنین دیرگدازهایی، کیفیت بالایی دارند و علاوه بر پایداری حرارتی بالا، متراکم و صلب هستند.
کوارتزیت دارای منشأ دگرگون است و حاوی دانه های سیلیس می باشد که در داخل زمینه ی کریستوبالیت و تریدیمیت قرار گرفته اند. کوارتزی فیوزد در طی ذوب، به فاز پایدار تبدیل می شوند و هیچ تغییر شکلی در طی کار در کوره، در آن ایجاد نمی شود.
دیرگدازی این ماده در صورت وجود ناخالصی هایی از جمله اکسید کلسیم، اکسید منیزیم و مواد قلیایی در آن، کاهش می یابد. از این رو، وجود این ناخالصی ها در ماده ی اولیه ی مورد استفاده در تولید آنها، بسیار مضر می باشد.
اکسید آهن نیز در دمای بسیار پایین ذوب می شود و به سهولت با کربن واکنش داده و احیا می شود. بنابراین، اکسید آهن نیز یکی از مواد مضر و ناخالصی نامطلوب در این ماده تلقی می شود. میزان مجاز اکسید آهن موجود در مواد اولیه، حداکثر 1 % است. علاوه بر این، اگر اکسید آهن و اکسید تیتانیوم در داخل مواد اولیه وجود داشته باشد، اکسید تیتانیوم در دمای بالا در کوره با اکسید آهن واکنش می دهد و موجب تشکیل آهن تیتانات با نقطه ی ذوب پایین می شود. این ماده در واقع موجب تاول زدن سطحی اجرها، می شود. میزان مجاز دی اکسید تیتانیوم موجود در این آجرها، 0.2 % می باشد.
به دلایل مختلف، آلومینا نیز یک ماده ی مضر تلقی می شود. در صنعت کوارتز یا کوارتزیتی ترجیح داده می شود که حاوی کمتر از 0.01 % آلومینا باشد.
تولید سیمان
در صنعت سیمان، ماسه های صنعتی به عنوان افزودنی با سیمان مخلوط می شود. این ماسه ها، نه تنها صلب هستند، بلکه همچنین ترکیب آنها نیز به گونه ای است که موجب می شود این ماسه ها به سیمان بچسبد. تنها ناخالصی نامطلوب در این ماده، منیزیا می باشد زیرا ترکیب شیمیایی آن با سیمان تلاقی دارد و از این رو، موجب می شود تا مخلوط حاصله، جذب آب داشته باشد. این جذب آب در نهایت موجب می شود تا توده ی حاصله، ترک بخورد.
اگریگیت های ساختمانی
ملات های ساختمانی
تنها سیمان، در صورتی که با آب مخلوط شود، موجب تشکیل یک محلول کلوئیدی می شود. این محلول به سرعت گیرش پیدا می کند و موجب تشکیل یک توده ی متراکم صلب می شود. در این کاربرد، تخلخل یک ویژگی کلیدی محسوب می شود. زیرا 1) ذرات سیمان موجب بسته شدن تخلخل های بین دانه ای موجود در ماسه ها، می شود. 2) مساحت سطح قابل توجهی که در تخلخل ها، وجود دارد، موجب تسهیل پیوند میان سیمان و ماسه می شود. 3) در طی خشک شدن ملات، آب از تخلخل ها خارج می شود بدون آنکه ملات تخریب شود. ویژگی های مربوط به ماسه، با تخلخل موجود در ساختار، اثر دارد. این مسئله همچنین به موارد زیر وابسته می باشد: 1) اندازه ی دانه ها، 2) توزیع اندازه ی دانه ها، 3) شکل دانه ها و 4) میزان رس. ماسه های با اندازه ی متوسط و ریز که دارای سطوحی صاف هستند، برای تولید ملات های سیمانی، مناسب نیستند. در مورد ماسه های با توزیع اندازه ی غیر یکنواخت، دانه های ریزتر، موجب پر شدن فاصله ی میان دانه های بزرگتر می شود. رس، در صورت وجود بین ذرات، موجب بسته شدن تخلخل ها می شود. البته میزان آن نباید بیشتر از 2 % باشد. ماسه های رودخانه ای، به دلیل سطوح مدور دانه ها، برای تولید ملات ها، ترجیح داده می شود.
آجرهای ماسه- آهکی
این آجرها، در واقع آجرهای کلسیم سیلیکاتی است که معمولا در مناطقی استفاده می شود که آجرهای رسی پخته شده، کمیاب هستند. آجرهای ماسه- آهکی، با جذب کمتر از 7.15 % آب بعد از 24 ساعت، متراکم می شوند. در اینجا، کلسیم هیدروکسید، به جای سیمان، با ماسه و آب مخلوط می شود تا خمیری تشکیل شود که با پرس در قالب، به صورت آجرهای توخالی تبدیل می شود. با استفاده از پیگمنت های رنگی، می توان آجرهای رنگی تولید کرد. معیار اصلی در انتخاب این ماده در این کاربرد، تخلخل ماسه می باشد (دقیقاً مشابه با کارکرد این ماده در ملات های سیمانی).
صفحات سیمانی آزبستی
پودر سیلیس که حاوی 97.5 % سیلیس، 0.8 % اکسید آهن و 1.5 % اکسید کلسیم است، به عنوان یکی از اجزا در تولید صفحات و لوله های سیمانی- آزبستی استفاده می شود. الیاف آزبستی به همراه خمیر حاوی ماسه، مخلوط می شود و شکل دهی می شود. معیار استفاده از این ماده، مشابه معیار استفاده از آن در تولید ملات های سیمانی است.
بتن سیمانی
افزودن میکروسیلیس تا 7.5 %، به بتن معمولی، موجب می شود تا خواص مکانیکی این بتن ها، بهبود یابد. نسبت استحکام به وزن این بتن ها، مانند بتن های HSC 2 تا 4 برابر بتن معمولی است. اما در صورتی که میزان میکروسیلیس به بیش از 10 % برسد، بتن زبر می شود و کار با ان مشکل می شود.
بلوک های توخالی بتنی
برای ساختمان سازی سریع، بلوک های بتنی توخالی پیش ساخته، مورد استفاده قرار می گیرد. این بلوک ها، حاوی سیمان و اگریگیت های سیلیسی می باشند.
فلاکس ها
متالورژی آهن
مسئله ی حجم سرباره ی بالا در کوره ی بلند، در صورتی چند برابر می شود که آلومینای موجود در مخلوط بالا باشد و این ماده به طور کامل ذوب نشده باشد. این مسئله موجب می شود تا ویسکوزیته ی بالایی در سرباره ایجاد شود. برای فایق آمدن بر این ویسکوزیه ی بالا، سیلیس به صورت قطعات کوارتزیتی به سرباره افزوده می شود. در این حالت، حجم سرباره افزوده می شود و میزان ویسکوزیته افت می کند.
پوشش الکترود جوشکاری
با توجه به تعریف انجمن جوشکاری آمریکا، "جوشکاری در واقع فرایند اتصال دو قطعه ی فلزی است که در طی آن، ایجاد یکپارچگی بوسیله ی حرارت دهی فلز تا دمایی مناسب انجام می شود (در این حالت، می توان از فشار نیز استفاده کرد). متداول ترین نوع جوشکاری، جوشکاری قوس الکتریکی است. مکانیزم مربوط به این جوشکاری، بر پایه ی انتشار الکترونی می باشد. در این مورد، تخلیه ی الکترونی، به شکل قوس الکتریکی انجام می شود. وقتی الکتریسیته از میان این دو الکترود که در تماس با هم هستند، عبور می کند، نقطه ی تماس فاصله گرفته و این دو الکترود از هم فاصله می گیرند، در نتیجه، مقاومت و پتانسیل افزایش می یابد. این افزایش تا جایی ادامه می یابد که نوک الکترودها، درخشان می شوند. دما در این سری ها، به سرعت افزایش می یابد و انتشار الکترونی رخ می دهد. الکترون های با انرژی بالا موجب می شود تا دمای قطعات فلزی افزایش یافته و دو فلز به هم متصل شوند.
چاه نفت
پروپانت (Proppant): اگر نواحی شکستی در سنگ های دیواره ی چاه نفت و یا گاز طبیعی، وجود داشته باشد، این مسئله بر روی بهره وری چاه، اثر نامطلوبی دارد. پروپانت ماده ای است که برای پر کردن شکستگی های این دیواره ها، استفاده می شود. این پروپانت بدون کاهش نفوذ پذیری گاز یا نفت انجام می شود. ماسه ی سیلیسی در چاه هایی با عمق 3000 متر، استفاده می شود. برای این هدف، ذرات با گوشه های تیز، مورد استفاده قرار می گیرد. این گوشه ها کمک می کند تا بین ذرات قفل ایجاد شود و یک جداره ی محکم در محل شکستگی، ایجاد شود.
سیمان های چاه نفت
میکروسیلیس ضایعاتی صنایع، دارای خاصیت پزولانی دارد. این ماده می تواند در حضور آب، با کلسیم هیدروکسید واکنش دهد و موجب تشکیل کلسیم- سیلیکو- آلومینیوم هیدرات (C-S-H) شود. این ماده دارای مقاومت به خوردگی بالایی در برابر سولفات هاست و همچنین در برابر نشت آب نیز مقاومت می باشند. با در نظر گرفتن این مزیت ها، میکروسیلیس با سیمان پرتلند معمولی ترکیب می شود و موجب تشکیل سیمان پزولانی می شود. از این سیمان ها، در ساخت دیواره ی چاه های نفت، استفاده می شود.
ریخته گری
کل سیستم قالب سازی، ذوب فلز، ریخته گری مذاب در قالب، انجماد فلز تولیدی و برس کاری و پرداخت نهایی محصول، ریخته گری نامیده می شود. قالب ها معمولا از دو نوع می توانند باشند:
1. قالب های فلزی (مانند قالب های تولیدی از فلز روی) که ریخته گری در آنها را دای کستینگ می گویند.
2. قالب های ماسه ای که عموماً با ماسه شکل دهی شده و بعد از ریخته گری، خراب می شوند و از ماسه ی آنها استفاده می شود. برای تولید قطعات ریخته گری شده ی توخالی، قسمت داخل قالب که توخالی است از جنس ماسه تولید می شود اما این ماسه ها، با روغن بذر کتان به هم متصل می شوند و سپس پخته می شوند تا استحکام مورد نیاز را داشته باشند. شرایط زیر باید در قالب های خوب، در نظر گرفته شوند:
• سطح داخلی دیواره های قالب و سطح خارجی قالب داخلی، باید صاف باشد تا بدین صورت، میزان برس کاری و پرداخت نهایی، حداقل شود.
• دیواره های قالب باید اندکی متخلخل باشد تا بدین صورت، گازهای موجود در مذاب، در طی فرایند ریخته گری و انجماد، خارج شود.
• این ماسه ها، باید به خوبی به هم متصل شده باشند.
• ماسه نباید با مذاب واکنش دهد.
• ماسه باید به خوبی با رس به هم متصل شود.
سیلیس به اشکال مختلف برای استفاده در قالب سازی، مصرف می شود. این ماسه با رس مخلوط می شود و بدین صورت، چسبندگی این ماسه ها، افزایش می یابد. ماسه های مناسب برای ریخته گری، ماسه های دریاچه ای، رودخانه ای و ماسه بادی می باشند.
اندازه و توزیع اندازه ی ماسه و شکل ماسه ها نیز در تعیین میزان نرمی سطحی نمونه، مهم می باشد. ذرات ریزتر و مدور، موجب می شوند تا سطح قالب، نرم تر باشد. بنابراین، ماسه های حاوی دانه های مدور و با توزیع اندازه ی یکنواخت تر، موجب می شود تا قالب مناسبی تولید شود.
میزان سیلیس و یا ماسه ی قالب سازی و یا میزان آرد سیلیس موجود، می تواند دمای ذوب این ماده را تعیین کند. سیلیس خالص در دمای 1700 درجه ی سانتیگراد، ذوب می شود. وجود ناخالصی موجب می شود تا دمای ذوب کاهش یابد.
در میان ناخالصی های نامطلوب، شن و میکا، از جمله ناخالصی های مخرب تر تلقی می شوند زیرا این مواد به هم نمی خورند و موجب می شوند تا بخشی از قالب ماسه ای فرو بریزد.
سنگ های زینتی
سختی مینرال های سیلیسی پایین است (در حدود 7) است. این سختی نسبت به سنگ های زینتی دیگر مانند الماس، یاقوت کبود و ... کمتر است. علاوه بر این، ضریب شکست کوارتز پایین است (در حدود 1.55) و میزان این ضریب برای اپال نیز در حدود 1.45 می باشد. البته به دلیل رنگ زیبا، درخشش و تلؤلؤ خاص، کوارتز نیز به منظور تولید زینت آلات، مصرف می شود.
ماسه های انقباضی
کامپوزیت های تولید شده از ماسه و میکروسیلیس، برای آسترکاری بستر ریل راه آهن، استفاده می شود. وقتی ترن از روی این ریل ها عبور می کند، به دلیل نیروی وزن، این بتن ها، متراکم می شوند. مولکول های هوای به دام افتاده بین ذرات، ابتدا فشرده و سپس به حالت اول باز می گردد.
فیلتراسیون آب
ماسه و شن معمولاً به عنوان محیط فیلتر در فیلتراسیون آب، استفاده می شود. ماسه موجب می شود تا آلودگی ها و ذرات در حال گذر از این فیلترها، به دام افتد. شکل و میزان یکنواختی ذرات و رس ها، مهم ترین معیار مربوط به انتخاب ماسه در این کاربرد، می باشد. در حقیقت، بسترهای ماسه ای باید تخلخل های مناسبی داشته باشند. ماسه های با دانه های مدور و با اندازه ی یکسان که حاوی رس نیستند.، برای این کار ایده آل هستند. کاهش اندازه ی متوسط ذرات ماسه موجب می شود تا تخلخل این بسترها کاهش یابد. ذرات زاویه دار با همدیگر تماس پیدا کرده و موجب می شود که بستر حالت متراکم پیدا کند. رس نیز موجب پر شدن تخلخل ها و بسته شدن حفرات می شود.
چسب ها
چسب ها در واقع مواد آلی و غیر آلی هستند که قادرند مواد دیگر را به هم متصل کنند. آرد سیلیس می تواند به عنوان چسب، مورد استفاده قرار گیرد. مهم ترین معیار مربوط به استفاده از این ماده در این کاربرد، اندازه ی ذرات کوچک و مساحت سطح بالا، جذب روغن پایین، خنثی بودن شیمیایی، توزیع آسان این ماده می باشد.
ترمومترهای گالیومی
ترکیب منحصربفرد دمای ذوب بالا و دمای جوش بالا، موجب شده است تا گالیوم در ترمومترهای دما بالا و دماسنج ها، کاربرد داشته باشند. این دماسنج ها معمولا در دماهایی در گستره ی 500 تا 1200 درجه کار می کنند. یکی از مشکلات مربوط به گالیوم، طبیعت خورندگی این ماده می باشد. به همین دلیل، این ترمومترها در داخل تیوب های کوارتز فیوزد، قرار داده می شوند.
سنگ مرمر مصنوعی
سنگ مرمر مصنوعی یک محصول با دانسیته ی بالا، هموژن و ترانسلوسنت است که می تواند به شکل ها و اندازه های مختلف، شکل دهی شود. این نوع سنگ ها، کاربردهایی را در سنگ فرش کردن حمام ها و اجزای ساختاری مربوطه، پیدا کرده اند. این نوع سنگ ها، ابتدا ریخته گری می شوند و سپس با حرارت، عمل آوری می شوند. مخلوط مورد استفاده در تولید این سنگ های مصنوعی، عبارتند از آلومینا، زمینه ی رزینی و برخی مواد پرکننده. برخی از پرکننده های مورد استفاده در این صنعت، عبارتند از کلسیت، سیلیس، اکسیدهای آنتیموان، تیتانیوم و تالک. ضریب شکست این مخلوط به گونه ای تنظیم می شود که درخشش خاصی در این نوع سنگ های مصنوعی، ایجاد شود. سیلیس به صورت آرد سیلیسی، آرد عقیق، آرد شیشه و فریت شیشه ای، برای تولید این محصولات، مصرف می شوند. علت استفاده، در واقع افزایش استحکام و ضریب شکست محصول نهایی می باشد.
سایر استفاده ها
پرکننده ها: در لاستیک سازی، کودها، حشره کش ها، پودر تالک، ماربل مصنوعی، مواد سیلیسی به عنوان پرکننده یا فیلر، مصرف می شوند.
فرایند سیلیکوترمیک: شباهت زیاد اکسیژن با سیلیکون موجب شد است تا از آن به عنوان عامل کاهنده، استفاده شود. این فرایند، سیلیکوترمیک، نامیده می شود. از این فرایند در تولید کربن فرومنگنز، استفاده می شود.
شستشوی زغال سنگ: این ماده برای تنظیم دانسیته ی محیط تغلیظ الماس و فرآوری آن، استفاده می شود. در این کار، از ماسه ی دارای دانسیته ی بیش از 2.64، استفاده می شود. دانه ها در این حالت، باید شکل مدور داشته باشند. میزان رس موجود در این سیلیس نیز نباید از 0.5 % بیشتر باشد. همچنین میزان مواد آلی موجود در این سیلیس نیز باید محدود باشد.
سندبلاست: در این فرایند، ماسه به سطح مواد دیگر پاشیده می شود تا بدین صورت، سطح نمونه پولیش کاری شود. برای این هدف، ترکیب شیمیایی ماسه، مهم نیست. البته بهتر از که میزان رس موجود در این ماسه ها، محدود باشد.
مواد میکرومغذی سیلیکونی: سیلکای خاک که بوسیله ی اسید فرآوری شود، منجر به تشکیل مواد مغذی برای گیاهان می شود.
پوشش های مونوکسید سیلیکون: SiO برخی اوقات به عنوان یک پوشش محافظتی نهایی بر روی سطوح فلزی اعمال می شود. ضخامت این پوشش ها زیر 100 میلی متر است
صنایع رنگ: کوارتز رنگی به صورت پودری در آورده شده و در صنعت رنگ، استفاده می شوند.
چرخ های ساینده: فلینت با اندازه ی 6 تا 15 سانتیمتر، برای تولید چرخ های ساینده، استفاده می شود.
منبع مقاله :
منبع:
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.