مواد معدنی

توضیحات کوتاه

به فلزات و یا کانی هایی که در شرایط طبیعی بوجود آمده و قابل استفاده در صنایع مختلف بشری باشد مواد معدنی گفته می شود

جزییات بیشتر

ویژگی های اصلی

  • الومینا
  • باریت
  • بنتونیت
  • و...
به فلزات و یا کانی هایی که در شرایط طبیعی بوجود آمده و قابل استفاده در صنایع مختلف بشری باشد مواد معدنی گفته می شود یا به عبارت دیگر به ترکیبات شیمیایی که منحصراً شامل عوامل شیمیایی آلی (مانند ترکیبات با پیوند کربن-هیدروژن) در  ساختار مولکولی خود نباشند. همچنین ترکیباتی نظیر الماس و گرافیت که از کربن خالص تشکیل شده‌اند نیز جز مواد معدنی محسوب می‌شوند.
برخی از خواص ترکیبات معدنی:
– دارای مقاومت حرارتی نسبتا بالا
– انجام واکنش های اغلب سریع و تند
– عدم وجود زنجیره های بلند مولکولی
– دارای ساختاری اغلب بر اساس تعدادی از چند وجهی‌های با نظم کمتر ، نظیر دو هرمی با قاعده مثلث ، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز چند وجهی‌های منتظم یا غیر منتظمغلب بر اساس تعدادی از چند وجهی‌های با نظم کمتر ، نظیر دو هرمی با قاعده مثلث ، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز چند وجهی‌های منتظم یا غیر منتظم و … می باشند.
از مهمترین عناصر و مواد معدنی می توان به برخی از عناصر مانند گوگرد، کلر، مس و …، اسیدها، بازها و نمک ها نام برد.

توضیحات اجمالی

انواع مواد معدنی :

آلومینا (اکسید آلومینیوم)

اکسید آلومینیوم از خانواده ترکیبات معدنی با فرمول شیمیاییAl2O3  است. این اکسید، یک اکسید آمفوتر مهم است و نام ­های تجاری متنوعی مانند آلومینا، کوراندوم و…. دارد. نام ­های تجاری متنوع اکسید آلومینیوم نشان دهنده­ ی گستره­ ی وسیع استفاده از این ماده در صنعت است. کوراندوم عمده­ ترین و پایدارترین فرم کریستالی اکسید آلومینیوم است که در طبیعت وجود دارد و به آن آلومینا گفته می شود.
یاقوت سرخ (Ruby) و یاقوت کبود (Sapphire) سنگ های گران بهایی هستند که از کوراندوم تشکیل شده اند. علت وجود رنگ های متنوع در این گونه کوراندوم به دلیل وجود ناخالصی­ ها است. یاقوت سرخ، رنگ قرمز خود را به دلیل وجود ناخالصی کروم بدست آورده است. یاقوت کبود به رنگ های مختلفی در می آید. که این تنوع رنگ به خاطر ناخالصی های مختلف مانند آهن و تیتانیم بوجود می آید.

 

ویژگی های کلیدی آلومینا:
1-    استحکام فشاری بالا
2-    سختی بالا
3-    مقاومت به سایش بالا
4-    مقاومت در برابر حملات شیمیایی حتی در دماهای بالا
5-    رسانایی گرمایی بالا
6-     مقاومت در برابر شک حرارتی
7-    دیرگدازی بالا
8-    مقاومت دی لکتریک بالا
9-    مقاومت الکتریکی بالا حتی در دماهای بالا
10-   شفافیت در برابر فرکانس­ های اشعه ­ی مایکروویو
11-   ماده ­ی اولیه ­ی آن بسهولت قابل دسترسی است و قیمت آن دارای نوسان شدید نیست

 

کاربردهای آلومینا:
1-  ديرگدازها (از آلومينا مي ­توان در ساخت نسوزهاي شکل دار و بي شکل استفاده کرد. انواع مختلفي از نسوزها که بر پايه آلومينا توليد
مي شوند عبارت اند از: آجرهاي آلومينايي، کامپوزيت هاي آلومينايي، ديرگدازهاي آلومينا- مولايت، ديرگدازهاي آلومينا-اسپينل، ديرگدازهاي آلومينا- گرافيت. در کنار آلومينا مي توان فازهاي ديگري مانند مولايت و اسپنيل را داشته باشيم. در واقع آلومينا مقاومت به خوردگي خوبي دارد اما در برابر مذاب و سرباره به سرعت خورده مي شود از اين رو براي افزايش مقاومت به خوردگي آن از مواد کربني استفاده مي شود. همچنین آلومينا شوک پذيري خوبي ندارد درواقع شوک پذيري آن در حد متوسط است. براي افزايش مقاومت در برابر شوک حرارتي مي توانيم از فازهاي ديگر (به شکل کامپوزيت) در آلومينا استفاده کنيم. مثلاً افزودن مولايت به آلومينا باعث بهبود خواص شوک پذيري آن مي شود. براي بهبود خاصيت مقاومتي آلومينا در برابر شوک پذيري ماده مکانيزم داريم. يکي آنکه ماده اي به آلومنيا اضافه کنيم که ضريب انبساط آن از ضريب انبساط حرارتي آلومينا پايين تر باشد در نتيجه کامپوزيت حاصل ضريب انبساط حرارتي پايين تر و در نتيجه مقاومت در برابر شوک حرارتي بهتري داشته باشد. مکانيزم ديگر اين است که ماده­ اي به آلومينا اضافه کنيم که رسانايي گرمايي کامپوزيت حاصله از رسانايي گرمايي آلومينا بيشتر باشد.)
2-  ساينده ها (آلومينا داراي سختي بالايي است. در مقياس موس عدد 9 به آلومينا تعلق دارد و در واقع پس از الماس که سختي آن 10 است، قرار دارد. به خاطر سختي بالاي اين ماده از آن در توليد ابزارهاي برنده و ساينده ها استفاده مي شود. همچنين گلوله هاي مورد استفاده در
بال ميل نيز گاهاً از جنس آلومينا هستند)
3-  کاربردهاي الکتريکي (آلومينا استحکام دي الکتريک بالايي دارد و مي تواند به عنوان پايه مدار، عايق شمع اتومبيل، پوشش لامپ هاي بخار سديم از آن استفاده کرد. کاربرد آلومينا در مدارات با فرکانس بالا اهميت پيدا مي کند. در واقع گرماي پديد آمده دراين مدارات مي تواند مواد متداول مانند پلاستيک را ذوب کرده و تنها مواد سراميکي هستند که مي توانند در اين شرايط تحمل داشته باشند)
4-  کاربردهاي بيومتريالي (لومينا از لحاظ شيميايي يک اکسيد آمفوتر و خنثي است. به خاطر وجود اين ويژگي، آلومينا مقاومت به خوردگي مناسبي دارد. محيط بدن موجودات زنده محيطي خورنده است و درصورت عدم تناسب ميان يک ایمپلنت و بدن، بدن آن را دفع مي کند. اين دفع کردن به همراه تحريک سيستم دفاعي بدن بر عليه ماده ­ي خارجي است از اين رو نوع ماده ­ي مورد استفاده در ساخت امپلنت و پروتز بسيار مهم مي باشد. آلومينا داراي دو ويژگي است که توانسته خود را به عنوان يک ماده­ ي زيست سازگار پذير مطرح کند. از دیگر کاربردها می توان به پوشش هاي آلومينايي براي بهبود خواص سطحي ایمپلنت ها و پروتزهاي فلزي استفاده مي شود. در واقع فلزات مواد زيست سازگاري نيستند که با افزوده شدن پوشش آلومينايي اين مشکل برطرف شود. به خاطر خواص سايشي مناسب آلومينا از آن در توليد مفاصل سراميکي بهره گرفته مي شود. امروزه بسياري از افرادي که تصادف کرده اند، راه رفتن دوباره خود را مديون اين مفاصل سراميکي هستند.)
5-  کاربردهای خاص صنعتی (علاوه بر کاربردهاي گسترده اي که در مورد آلومينا گفتيم، برخي از کاربردهاي آلومينا خاص هستند. مثلاً در سيستم هاي صنعتي که مايعات با دماي بالا در حال انتقال هستند ما نياز به واشرها و درزگيرهايي هستيم که نمي توان آن ها را از جنس لاستيک تهيه کرد. اين نوع واشرها از جنس آلومينايي هستند. همچنين کاشي ­هاي مورد استفاده در شاتل هاي فضايي از جنس آلومينا هستند.)

01

باریت

باريت متشكل شده از مواد معدني سولفات باريم ( BaSO4) . معمولاً بي رنگ يا  شيري رنگ هستند ولي در رنگ هاي قرمز-  قهوه اي- زرد – بنفش وجود دارد. رنگ باريت بستگي به ناخالصي هايش در زمان تشكيل كريستال آن دارد.  سختي باريت بين 3 تا 4.30 است . چگالي بالاي باريت باعث با ارزش و كاربردي شدن آن  شده است. باريت از نظر شيميايي خنثي و حل نشدني است .
منابع باريت :
 بيشتر باريت ها از لايه صخره هاي رسوبي كه تشكيل شده از باريت و در اعماق اقيانوس ها بوده استخراج مي شود. در بعضي از استخراج ها باريت به صورت رگه هاي سنگي ديده مي شود كه در اين حالت به مقدار كمي استخراج مي شود. سولفات باريم در اعماق زمين به وسيله
آب هاي گرم زيرزمين تشكيل مي شود. در برخي موارد نيز باريت محصول فرعي استخراج موادي مانند سرب، فلز روي ، نقره يا ساير فلزات است. در آمريكا 9 معدن بزرگ باريت وجود دارد. توليد باريت در چين حدود 10 برابر بيشتر از آمريكا مي باشد، هندوستان نيز از توليد بالايي برخوردار است و حدود 40 كشور ديگر جهان توليد كننده باريت هستند. بسياري از ذخيره هاي جهان جنبه اقتصادي دارند اما بعضي ها مقرون به صرفه نيستند ( غيره اقتصادي ) به دليل اينكه در چين بسيار ارزان استخراج مي شود.
کاربردهای باریت:
از مهمترین کاربرد باریت می توان به گل حفاری اشاره نمود. پس از آن این ماده عنوان منبع تهیه مواد شیمیایی باریم‌دار است که مصارف متعدد آن در صنایع مختلف گسترده می‌باشد. سولفات باریم رسوب شده به عنوان سیل کننده رنگ ، پوشش در صنعت کاغذ سازی ، لاستیک سازی و مواد لینولئوم بکار می‌رود کلرور باریم در صنعت چرم سازی ، پارچه بافی و کربنات باریم به عنوان لعاب و پرداخت سرامیک بکار می‌رود.از اکسیدهای باریم در صنعت شیشه سازی ، کوره‌های الکتریکی و متالوژی استفاده می‌گردد. هیدروکسید باریم معمولا در تصفیه و تهیه شکر از ملاس و نیترات آن یکی از اجزا گلوله‌های منور و چاشنیهای انفجاری است. باریت همچنین در موارد متعددی به صورت فرعی در ترکیبات شیمیایی بکار گرفته می‌شود. 10% از کل باریت تولید شده برای مصرف در تهیه مواد شیمیایی باریم‌دار استفاده می‌شود.
همچنین در صنایعی نظیر لنت سازی، شیشه، ریخته گری، داروسازی و پزشکی، لاستیک سازی، پلاستیک، رنگ سازی ،کاشی و سرامیک مورد استفاده قرار می گیرد. بعنوان نمونه، عمدتا از باریت با دانسیته 4 گرم بر میلی لیتر در صنایع لنت سازی استفاده می شود.

02

بنتونیت

بنتونیت ماده ای است معدنی از دسته رس ها یا شبه رس ها و از کانی های متورم شونده تشکیل شده است، که عموما حاوی مونتموریلونیت و به مقدار کم بیدلیت هستند. به همین دلیل، منظور از بنتونیت، رسی است که ۸۵-۹۰ درصد کانی مونتموریلونیت داشته باشد. این ماده عمدتاً بر دو نوع است :بنتونيت هاي متورم (Swelling bentonite يا بنتونيت هاي سديم دار) و بنتونيت هاي غيرمتورم (Non-swelling bentonite يا بنتونيت هاي کلسيم دار). خواص كانيهاي خانواده اسمكتيت به ترکيب شيميايي و ساختمان آنها بستگي دارد . در كاني بنتونيت سديم دار ميزان جذب يوني ، شكل پذيري ، انبساط و انقباض از نوع کلسيم دار آن بيشتر است . ابعاد شبکه بنتونيت سديم و کلسيم دار از ۶/۹ آنگستروم در حالت معمولي به ۲۰ آنگستروم در صورتي که رطوبت محيط صد درصد باشد ، افزايش خواهد يافت. بنتونيت هاي متورم يا بنتونيت هاي سديم دار مي توانند چندين برابر حجم معمولي خود آب جذب کند و منبسط شود ، به طوري که حالت ژله اي ، پلاستيکي و چسبندگي به خود بگيرد.
کاربردهای بنتونیت
از مهمترین کاربردهای بنتونیت می توان گل حفاری اشاره کرد، با آزاد شدن بنتونيت در آب، پوسته هاي نسبتاً بزرگ سديم بنتونيت به ذرات كلوئيدي تبديل شده و انرژي الكتريكي ذخيره شده در شبكه بلوري را آزاد ميكنند و در حدود 15 تا 30 برابر حجم اوليه متورم ميشوند. از اين خاصيت درحفاري براي پراكنده سازي مواد سنگين كننده و قطع حفاري استفاده ميشود، بدين صورت بنتونيت پوششي را روي ديواره چاه ايجاد كرده و از مهاجرت نفت و گاز ممانعت ميكند وديواره را پايدار و مته را نيز چرب مي كند. در ساختمان سازی و مهندسی عمران بدلیل داشتن پلاستيسيته و چرب كنندگي خوب، مقاومت برشي بالا، نفوذ ناپذيري و تراكم پذيري و تحكيم پذيري پايين است، کاربرد دارد. به عنوان مثال ملات با 3-5 % سديم بنتونيت براي پايدار سازي ديواره ها بكار مي رود. از مصارف درمانی این ماده معدنی نیز می توان به درمان اختلالات گوارشی نظیر رفلاکس معده، یبوست، نفخ و گاز معده،  کمک برای مشکلات پوستی و آلرژیک،  تامین مواد معدنی مورد نیاز بدن و … اشاره نمود.

03