اجزای تشکیل دهنده سرامیک

اجزای تشکیل دهنده سرامیک

• در این مقاله می خوانیم:
• اجزای تشکیل دهنده سرامیک
• خاک رس، سیلیس یا کوارتز، کائولن، فلدسپار، دولومیت،
• جمع بندی

خاک رس (Clay)

 خاک رس یک نوع خاک با بافت نرم و خصوصیت‌های خاص است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.خاک رس دارای ویژگی هایی است که یکی از مهمترین آنها این است که این خاک حاوی ذرات رسی ریزی  است که اندازه آنها کوچکتر از 0.002 میلی‌متر است. این ذرات رس باعث می‌شود که خاک رس دارای خصوصیت‌های نفوذپذیری و حفظ رطوبت بالا باشد.

 خاک رس به دلیل خصوصیت‌های خاص خود، برای ساخت و سازهایی که نیاز به خاک با بافت نرم و لطیف دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در ساخت سفال و کاشی و چینی، خاک رس به عنوان مواد اولیه استفاده می‌شود.

ویژگی : خاک رس کوچکترین ذره در میان دو نوع خاک دیگر است. ذرات موجود در این خاک بسیار محکم در کنار یکدیگر قرار می گیرند و تخلخل آنها بسیار کم است یا فاقد آن است. این خاک از کیفیت ذخیره آب بسیار خوبی برخوردار است و نفوذ رطوبت و هوا را در آن سخت می کند. خاک رس خیس، بسیار چسبناک است، اما هنگام خشک بودن، نرم است. خاک رس متراکم ترین و سنگین ترین نوع خاک است که به خوبی زهکشی نمی کند.

زهکشی : گاهی ممکن است زمین به علت بارندگی، آبیاری و یا هر دلیل دیگری از آب بیش از حد پر شود. در این شرایط، برای خارج کردن آب باقی مانده از زمین از روشی به نام زهکشی استفاده می‌شود. معنی لغوی زهکشی، خشکاندن آب زمین است. زمین‌هایی که سطح ایستایی بالایی دارند، باید طی عملیات زهکشی، آب از آن خارج شود تا بعد از ساخت ساختمان و بنا، نفوذ آب و رطوبت منجر به آسیب به ساختمان نشود.

سیلیس یا (کوارتز)

 سیلیسSilica   به عنوان یک ترکیب شیمیایی از عنصر سیلیسیم و اکسیژن با فرمول شیمیایی SiO₂ شناخته می‌شود. سیلیس در طبیعت به صورت وسیعی یافت می‌شود و به عنوان یکی از مهمترین مواد معدنی در پوسته زمین شناخته می‌شود.

تعداد زیادی از دانه‌ها و سنگ‌ها در طبیعت حاوی سیلیس به صورت کوارتز هستند. بعلاوه، کوارتز به عنوان یک مینرال(ماده معدنی) جداگانه نیز شناخته می‌شود. ویژگی‌های کلیدی کوارتز عبارتند از:

دی اکسید سیلیکون به رنگ خاکستری ، کریستالی ، بی بو یا یک جامد بی شکل شفاف است. نقطه ذوب و جوش آن به ترتیب ۱۷۱۳ درجه سانتی گراد و ۲۹۵۰ درجه سانتی گراد است. چگالی آن حدود ۲.۶۴۸ گرم در سانتی متر مکعب است. این ترکیب هم در اسید و هم در آب نامحلول و در اسید هیدروفلوریک محلول است. وزن مولکولی آن حدود ۶۰.۰۸ گرم در مول است.

کاربرد سیلیس در ساخت کاشی و سرامیک برای شیشه ای شدن سطح کار می باشد و تاثیر بسیار زیادی بر کیفیت و مقاومت آن در برابر ضربه و فشار دارد. در مرحله تولید کاشی و سرامیک، سیلیس ذوب شده منجر به اتصال بسیار قوی سایر مواد اولیه شده و به همین دلیل مقاومت را افزایش می دهد. 

سختی : کوارتز یکی از مواد با سختی بالا است و در مقیاس موس، سختی آن به عنوان 7 از 10 درجه تعیین شده است.

 شفافیت: در شرایط خاص، کوارتز می‌تواند شفاف باشد و به عنوان یک سنگ قیمتی نیز استفاده شود.

همانطور که در بخش های قبل و در مقاله ماده چیست؟ اشاره کردیم و دسته بندی هایی از مواد ارائه دادیم . حال با توجه به دسته بندی اولیه مواد (خصوصیات فیزیکی) بگویید که کوارتز در کدام دسته بندی مواد قرار می گیرد؟

کائولن (Kaolin)

کائولن در واقع یک نوع خاک‌رس است که از خانواده مینرال‌های فیلوسیلیکاتی به شمار می‌رود. این ماده در واقع یک کائولینیتKaolinite  است که از نظر شیمیایی شامل سیلیسیم، آلومینیم، و اکسیژن می‌شود. کائولن به عنوان یک ماده نرم و سفید با ساختار کریستالی لایه‌ای شناخته می‌شود.

مهمترین منبع کائولن، سنگ‌ها و سنگ‌آهک‌های فعالیت‌های رسوبی است.

 این ماده به دلیل ویژگی‌های خاصی مانند چسبندگی کم، سفیدی، ساختار نسبتاً نرم، و مقاومت به حرارت، در صنایع مختلف استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای کائولن عبارتند از:  صنعت کاغذسازی، صنعت سرامیک، صنعت لعاب‌سازی،کاغذدیواری، صنعت پلاستیک.

کائولن به دلیل ویژگی‌های خود، یکی از مینرال‌های (مواد معدنی) مهم در صنایع مختلف است و در اقتصاد جهانی نقش مهمی ایفا می‌کند. حالا چگونه؟

همانطور که در بخش قبل نیز اشاره شد کائولن یک کانی سفید رنگ در طبیعت است که در موارد صنعتی بسیار زیاد و متعدد کارایی داشته کانی، یک ماده طبیعی، جامد و غیر آلی با ترکیب شیمیایی مشخص و ساختار اتمی منظم است. اغلب کانی‌ها، به صورت بلورین در طبیعت یافت می‌شوند. این مواد، از پرکاربردترین و ضروری‌ترین مواد مورد استفاده توسط انسان‌ها هستند. به عنوان مثال، کانی‌‌های حاوی عناصر فلزی، مواد اولیه مورد نیاز برای ساخت خودروها، هواپیماها، ساختمان‌ها و دیگر قطعات یا سازه‌های فلزی را تامین می‌کنند. علاوه بر این، مواد دارویی (داروهای شیمیایی)، کودهای کشاورزی و برخی از مواد غذایی نیز توسط کانی‌ها تولید می‌شوند. ناگفته نماند، نمکی که تقریبا هر روز در غذای خود استفاده می‌کنید، یک نوع کانی است. کائولن نیز نوعی کانی است و  با روند صعودی بالا در جهان در حال تولید بود اما در سالهای اخیر کاهش داشته و دلیل این کاهش این است که در کشورهایی همانند آمریکا و انگلیس برای این کانی جایگزینی به نام کربنات کلسیم قرار داده اند .همچنین چون در برزیل قیمت کائولین تولید شده پایین تر از آمریکا است باعث شده تولیدات برزیل در این زمینه به میزان چشمگیری کاهش یابد یکی دیگر از عوامل کاهش تولید این ماده این است که در کشورهای خاور میانه امکان تولید این محصول وجود داشته وهمچنین دسترسی به آن راحت تر و به همین جهت تقاضایی برای خرید از این کشورها نیست.

مواردی که در بالا ذکر شد از جمله علت های کاهش کائولن بود که در کنار آن مسائل اقتصادی و سیاسی کشورهای قدرتمند جهان نیز در عرضه و تقاضای این ماده معدنی بی تاثیر نیست اما در میان کشورهایی که کائولن توید می کنند آمریکا با 8998 هزار تن رتبه اول و انگلیس با  2327 هزار تن در مقام دوم و برزیل با تولید سالانه ای که دارد با حدود 1665 رتبه سوم را به خود جای داده اند. کشورهای دیگری نیز وجود دارند که در این زمینه فعالیت داشته و تولیداتی را انجام می دهند مانند چین،کره جنوبی،آلمان، چک و اسلواکی می باشند. استفاده ای که این کشورها از کائولن  میکنند اولا صادر به سایر کشورها و یا در بخش های مثل کاغذ سازی ، رنگ سازی، تولید پلاستیک و سرامیک سازی می باشد.

کشور عزیز ایران چون از معادن معدنی زیادی برخوردار است در زمینه تولید کائولن نیز فعالیت دارد. میانگین سالانه تولید ایران در این زمینه 500 هزار تن می باشد و در حال حاضر تعداد 65 معدن کائولن و خاک نسوز در ایران موجود است که همه فعال و در حال بهره برداری می باشند اگر به طور متوسط محاسبه کنیم حدود 2/1 تن از این مواد معدنی در ایران تولید می شود از این رقم به دست آمده حدود 1 میلیون تن فروخته می شود و خوشبختانه با رشد بالایی همراه است که البته در چند سال اخیر به دلیل نوسانات، کاهش داشته است.

فلدسپار (Feldspar)

 فلدسپار یک گروه از مواد معدنی متعلق به خانواده‌ای از سیلیکات‌هاست که به عنوان یکی از مهمترین مینرال‌های(مواد معدنی) خاکی در پوسته زمین شناخته می‌شود.

خانواده سیلیکات ها، گروهی از کانی‌ها هستند که از ترکیب شدن سیلیسیم، اکسیژن و یک یا چند فلز به دست می‌آیند. کانی‌های سیلیکاتی از کانی‌های مهم و فراوان در سیاره زمین هستند و حدود ۹۰ درصد پوسته زمین از آن‌ها تشکیل شده‌است. این کانی‌ها به دو دسته سیلیکات‌های تیره (دارای آهن و منیزیم) و سیلیکات‌های روشن (بدون آهن و منیزیم) تقسیم می‌شوند.فلدسپار نیز از همین خانواده سیلیکات هاست و نقش مهمی در ترکیب و ترکیبات سنگ‌ها، خاک‌ها، و سنگ‌های آذرین دارد.

فلدسپار به عنوان یک مینرال (ماده معدنی) سیلیکاتی با ترکیب شیمیایی پیچیده، از عناصری مانند سیلیسیم، آلومینیم، سدیم، پتاسیم، و کلسیم تشکیل شده است. میزان و نسبت این عناصر در ترکیب فلدسپار ممکن است متغیر باشد، که منجر به انواع مختلفی از این مینرال می‌شود. معدن فلدسپات آسن سنگ در همدان و معدن فلدسپار سیرجان دو نمونه از این معادن در کشور ما هستند.

ویژگی : فلدسپار به دلیل مقاومت، استحکام، و انعطاف‌پذیری خود در مقابل فشارها و دماهای مختلف، در صنایع مختلفی از جمله صنایع ساختمانی، سرامیک، شیشه‌سازی، و الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع مختلف فلدسپار شامل فلدسپار سدیمی، فلدسپار پتاسیمی، و فلدسپار کلسیمی هستند که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.

فلدسپار مهمترین ماده اصلی ،علاوه بر خاک رس در تولید سرامیک محسوب می شود. این ترکیبات دمای ذوب مشخصی ندارد ، زیرا در دماهای مختلف به آرامی ذوب می شود. این یکی از مزایای مهم  است زیرا ذوب خاک رس و کوارتز ها را تسریع می کند ، در حالی که به طور همزمان امکان تعدیل این مرحله مهم را در فرآیند تولید فراهم می کند. به طور کلی از آنها به عنوان کاتالیزور شار برای تولید پوشش شیشه ای در دمای پایین استفاده می شود. همچنین از آنها به عنوان منبع آلومینا و مواد قلیایی در لعاب استفاده می شود.

غالباً ، فلدسپار ها مقاومت ، دوام و مقاومت بدنه سرامیک را بهبود می بخشند. همچنین ، آنها سایر ترکیبات گروهی را ذوب ، نرم و مرطوب می کنند. فلدسپاتهای گرید سرامیکی معمولاً تا ۷۵ میکرومتر آسیاب می شوند.

دولومیت (Dolomite)

دولومیت یک نوع مینرال کربناتی است که شامل مخلوطی از کربنات کلسیم و منیزیم می‌شود. این مینرال از نظر شیمیایی به فرمول شیمیایی CaMg(CO₃)₂ معروف است. دولومیت معمولا به صورت سفید، خاکستری یا زرد رنگ است و مهمترین ویژگی آن حاوی منیزیم بیشتر در مقایسه با کلسیت (مینرال دیگری از خانواده کربنات‌ها که فرمول CaCO₃ دارد) است.

دولومیت به عنوان یک ماده سازنده سنگ‌ها و سنگ‌های آذرین شناخته می‌شود و معمولا در توده‌های کلسیمی موجود است. این مینرال به دلیل ویژگی‌های خود در صنایع مختلف به کار می‌رود.

دولومیت به دلیل ترکیب منیزیم و کلسیم در خود، در بسیاری از صنایع مختلف به عنوان یک منبع اصلی یا فرعی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نکته در کارخانه کاشی و سرامیک هر یک از این مواد با مقادیر و نسبت معین و خاصی که قبلا آزمایشگاه آن را ارایه داده است با آب ترکیب شده و فرآیند تولید کاشی و سرامیک آغاز می گردد.

جمع بندی : در این مقاله اجزای تشکیل دهنده سرامیک را نام بردیم و هر یک را به طور مجزا تشریح کردیم. این اجزا عبارتند از خاک رس، سیلیس یا کوارتز، فلدسپار، دولومیت و کائولن . این مواد معدنی هریک با مقادیر معینی و با توجه به شیت آزمایشگاهی هر کارخانه کاشی و سرامیک با مواد دیگری ترکیب شده و کاشی و سرامیک مطابق با یک فرآیندی خاص تولید می گردد. کل فرآیند تولید کاشی و سرامیک را به همراه جزییات می توانید در مقاله تولید کاشی و سرامیک در کارخانه مطالعه کنید. همراهی هر چه بیشتر شما انگیزه ای است برای نگارش مقالات بیشتر از سوی ما. با ما همراه باشید.