1. پارس کائولن
  2. فلدسپات

فلدسپات : مینرالوژی، کانسارها، طبقه بندی، خواص و کاربردها

فلدسپات

فلدسپات

فلدسپات ها بزرگترین اجزاء سنگهای آذرین بوده و در تقسیم بندی آنها دخالت دارند. فلدسپات ها در واقع سیلیکاتهای آلومینیم -پتاسیم ،سدیم ، کلسیم و باریم می باشند که فرمول عمومی شیمیایی آنها به صورت زیر است:

  • ارتوکلاز:سیلیکات آلومینیم –پتاسیم KAlSi3O8
  • آلبیت : سیلیکات آلومینیم –سدیم NaAlsi3O8
  • آنورتیت : سیلیکات آلومینیوم –کلسیم CaAl2Si2O8
  • سلزین : سیلیکات الومینیوم –باریم BaAlSi208

مینرالوژی فلدسپات ها

ساختمان اتمی فلدسپات ها از نوع شبکه سه بعدی می باشد که جابجایی قابل توجه بخشی از سیلیسیم توسط آلومینیوم در تمام آن به وقوع می پیوندد به طوری که یونهای قلیایی K و Na در فضای شبکه جایگزین می شوند. جابجایی و جانشینی عناصر قلیایی با شعاع اتمی یکسان باعث تنوع فلدسپاتها شده است . رنگ آنها متمایل به سفید –خاکستری با سایه های قرمز رنگ پریده است. سختی حدود ۶ و وزن مخصوص ۲/۵ تا ۳ گرم بر سانتی متر مکعب را دارا هستند. سیستم تبلور ارتوکلاز و آلبیت تری کلینیک بوده و کلیواژ هردو کامل و نسبتا خوب می باشد. فلدسپاتهای قلیایی عموما بر اثر آلتراسیون به میکای سریسیتی و موسکویتی تغییر حالت داده و تحت شرایط خاص به کائولینیت تبدیل می شوند.

کانسارهای فلدسپات

فلدسپاتها ممکن است کانی اصلی تشکیل دهنده سنگهای آذرین (درونی و بیرونی )، دگرگونی و همچنین برخی از سنگهای رسوبی (ماسه سنگهای فلدسپات دار) باشند. ولی کانسارهای اصلی فلدسپاتها به گروه سنگهای ماگماتیک مخصوصا اپلیتها و پگماتیت های گرانیتی اختصاص دارد. زیرا فلدسپاتها، کانی سنگهای ماگماتیک بوده و در نتیجه تفریق ماگمای اسیدی حاصل می شوند.

طبقه بندی فلدسپات ها

فلدسپات ها سیلیکات های آلومین قلیایی و قلیایی خاکی می باشند. در صنعت سرامیک فلدسپات های قلیایی دارای ارزش بسیاری می باشند. نقطه ی ذوبشان بین ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد تا ۱۵۳۲ درجه سانتی گراد بوده و وزن مخصوص حدود ۲/۵۶ تا ۳ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و در مقیاس جدول موس، سختی حدود ۶ دارند.

قلیایی های موجود در فلدسپاتها به طور معمول در آب محلول نمی باشند. فلدسپات ها کانی های آذرین بوده و به طور معمول در سنگ های اولیه یا آذرین یافت می گردند. به همین دلیل دارای ناخالصی های میکا و بخصوص کوارتز می باشند. اکسید آهن نیز به عنوان ناخالصی در فلدسپات ها یافت می گردد. به طور کلی مقدار آهن موجود در فلدسپات ها جهت مصرف در بدنه های سفید نباید از حدود ۰/۲ درصد بیشتر باشد. فلدسپات های مورد مصرف در صنعت، بیشتر فلدسپات های سدیک و فلدسپات های پتاسیک یا فلدسپات های سدیک-پتاسیک می باشد. فلدسپات های پتاسیک Al2O3.6SiO2.K2O را ارتوکلاز یا فلدسپات صورتی می نامند و فلدسپات های سدیک Al2O3.6SiO2.Na2O را آلبیت یا فلدسپات سفید و فلدسپات های حاوی یون کلسیم Al2O3.6SiO2.Ca را آنورتیت گویند.

فلدسپات ها در حالت مذاب به علت وجود مقادیر زیادی آلومین در آنها دارای ویسکوزیته بالایی هستند، بنابراین چنانچه در لعابی مقدار بسیار زیاد فلدسپات وجود داشته باشد احتمال ایجاد پدیده لعاب نگرفتگی وجود دارد. ارتوکلاز هنگامی که نا خالص باشد در حدود ۱۵۰ درجه سانتی گراد شروع به ذوب نموده و معمولاً نقطه ی ذوب آن ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد در نظر گرفته می شود.

آلبیت در مقایسه با ارتوکلاز، گدازآور قوی تری بوده ودر ۱۱۷۰ درجه سانتی گراد ذوب می گردد ولی باید توجه داشت که ارتوکلازها اگرچه در مقایسه با آلبیت، گدازآور ضعیف تری هستند ولی دارای محدوده پخت وسیع تری می باشند . اکسید سدیم در۸۰۰ درجه سانتی گراد تأثیرات گدازآواری خود را آغاز و در محدود ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد عملاً شروع به تبخیر می نماید. در حالی که اکسید پتاسیم در ۷۵۰ درجه سانتی گراد به عنوان یک گدازآور آغاز به فعالیت نموده ودر درجه حرارت های بسیار بالاتری (حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد و یا بالاتر) تبخیر می گردد. از طرف دیگر مذاب حاصل از آلبیت دارای ویسکوزیته کمتری نسبت به مذاب ناشی از ارتوکلاز است .

خواص و کاربردهای عمومی فلدسپات های مصرفی در صنعت سرامیک

شناخت از ترکیب شیمیایی فلدسپات ها برای ارزیابی دقیق آن ها در ارتباط با زینترینگ و رفتار حرارتی کافی نیست، لذا باید اطلاعات بیشتری در مورد آن ها در دست باشد. فلدسپات های تجاری دارای حدوداً ۱۲ تا۱۳ درصد مواد قلیایی هستند از این مقدار، میزان K2O بین ۳/۳ تا ۱۳/۱ درصد و Na2O بین ۱/۹ تا ۱۲/۲۹ درصد نوسان دارد. اغلب فلدسپات های تجاری حاوی ۰/۰۲ تا ۲ درصد اکسید آهن می باشند. پایین بودن مقدار آهن و ترکیبات آن در فلدسپات برای سفیدی بدنه سرامیک وبی رنگ بودن لعاب و شیشه مؤثر است، زیرا وجود آهن به عنوان ماده رنگ دهنده باعث ایجاد رنگ در فرآورده های سرامیکی می گردد.

در فرآورده های تجاری معمولاً ناخالصی کوارتز حدود ۰/۴ تا ۴ درصد می باشد. وجود کوارتز در فلدسپات باعث کاهش قدرت کمک ذوبی آن می گردد. فلدسپات نیز مانند کوارتز سبب کاهش خاصیت پلاستیسیته در بدنه های سرامیکی می شود.

مخلوط فلدسپات و کوارتز نقطه اوتکتیک را در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد تشکیل می دهد. باید توجه داشت که مقدار ناخالصی هایی نظیر کانی های رسی و یا میکاها در فلدسپات کم باشد.، زیرا آب شبکه ای موجود در این کانی ها باعث افزایش L.O.I (مواد فرَار) می گردد. وجود مواد فرار در فلدسپات، ایجاد حباب در شیشه را سبب خواهد شد.

اگر چه فلدسپات های گوناگون در طبیعت وجود دارد، ولی عمده ترین فلدسپات های مصرفی در صنعت سرامیک، فلدسپات های سدیک و پتاسیک می باشند. هدف استفاده از این فلدسپات ها در آمیزه های سرامیکی، افزودن یک سری اکسید های قلیایی به منظور پایین آوردن دمای پخت بدنه می باشد. مواد قلیایی موجود در توده های دانه درشت فلدسپات به طور کامل در آب نامحلول هستند و فقط به صورت ذرات بسیار ریز می توانند به مقدار کم در آب حل شوند. به همین علت در مواردی که میزان دقیق قلیایی های فلدسپات در آمیزه سرامیکی مطرح باشد، عمل خردایش در محیطی دور از آب و به صورت خشک انجام می گیرد تا مقدار قلیایی ها در آمیزه ثابت بماند.

میزان گدازآوری فلدسپات ها و محدوده پخت آن ها، از عوامل مهم محسوب می شود، طوری که فلدسپات ها به عنوان کمک ذوب در صنعت سرامیک از اهمیت زیاد برخوردار هستند. همان طور که قبلا اشاره شد، آلبیت به عنوان فلدسپات سدیک دارای نقطه ذوب در حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد است، ولی اورتوکلاز در دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد ذوب می گردد، لذا چنانچه به گدازآوری بیشتری نیاز باشد، از آلبیت استفاده می شود. در موارد بسیاری برای ساخت بدنه های سرامیکی فلدسپات پتاسیک به کار می رود، زیرا یکی از خصوصیات این فلدسپات، دامنه پخت وسیع تر آن در مقایسه سدیک می باشد، لذا در صورت استفاده از فلدسپات پتاسیک به عنوان کمک ذوب می توان با اطمینان بیشتر فرآیند پخت فرآورده های سرامیکی را انجام داد.

باید توجه داشت که خطر ابتلا به بیماری های ریوی در اثر استنشاق گرد و غبار فلدسپات ها، به اندازه موادی چون آزبست و سیلیس نمی باشد، ولی با این وجود باید به هنگام کار با فلدسپات ها از ماسک های ویژه استفاده شود.

خواص و کاربرد فلدسپات پتاسیک در صنعت سرامیک

  • زینترینگ اورتوکلاز در حدود دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد شروع می شود.
  • تجزیه اورتوکلاز در محدوده ی حرارتی ۱۱۵۰ تا ۱۱۷۰ درجه سانتی گراد آغاز شده و در دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد ذوب آن شروع می شود. معمولاً ذوب فلدسپات پتاسیک تا دمای ۱۲۹۰ درجه سانتی گراد تکمیل نمی گردد. دمای کامل ذوب آن ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد است. مواد مذاب خنک شده اورتوکلاز تشکیل شیشه می دهد که وجود حباب های هوا در آن باعث ایجاد رنگ کدر و ابری شکل می گردد.
  • اورتوکلاز خالص به صورت نامتجانس در دمای حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد شروع به ذوب شدن می کند و به لوسیت با ترکیب شیمیایی KAlSi2O6 و مایع تجزیه و تبدیل می گردد. این پدیده را ذوب متناقض نیز می نامند. لوسیت تا دمای حدود ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد کاملاً ناپدید نمی شود، ولی در دمای ۱۵۳۰ درجه سانتی گراد به طور کامل حل شده و ناپدید می گردد.
  • بالا بودن میزان K2O در فلدسپات سبب کاهش نقطه ذوب می شود و ویسکوزیته مذاب افزایش می یابد که در نتیجه بدنه سرامیک به هنگام پخت کمتر در معرض پیچ و تاب قرار می گیرد.
  • قطعات دارای فلدسپات پتاسیک در مقایسه با قطعات حاوی فلدسپات سدیک از استحکام بیشتری برخوردار هستند.
  • مصرف فلدسپات پتاسیک در لعاب مطلوب می باشد، زیرا سیلیس را راحت تر و سریع تر حل می نماید و لعاب پایدار تر می سازد.

خواص و کاربرد فلدسپات سدیک در صنعت سرامیک

  • فلدسپات سدیک به عنوان یک کمک ذوب قوی تر از فلدسپات پتاسیک عمل می کند. اما باید توجه داشت که فعالیت های کمک ذوبی Na2O در ۸۰۰ درجه سانتی گراد شروع می شود ولی K2O در ۷۵۰ درجه سانتی گراد به عنوان کمک ذوب وارد عمل می گردد و حد بالایی ندارد.
  • نقطه ذوب فلدسپات سدیک خالص در دمای حدود ۱۱۶۰ درجه سانتی گراد است. وجود مقدار کمی فلدسپات سدیک در اورتوکلاز نقطه ذوب را به طور محسوس کاهش می دهد، طوری که مخلوطی از فلدسپات پتاسیک به مقدار ۶۵ درصد و فلدسپات سدیک به میزان ۳۵ درصد در دمای ۱۰۷۰ درجه سانتی گراد ذوب می گردد.
  • لعاب هایی که درصد آلبیت آن ها بالا باشد، در دمای بیش از ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد حباب در آن ها ظاهر می شود زیرا Na2O در این دما فرَار است.
  • فلدسپات هایی که Na2O بالا دارند در مقایسه با فلدسپات هایی که حاوی K2O بالا هستند، در دمای پایین تر شیشه ای می شوند. در این رابطه افزایش دما، ویسکوزیته شیشه حاصل از فلدسپات سدیک را بیشتر از شیشه حاصل از فلدسپات پتاسیک کاهش می دهد.
  • فلدسپات سدیک در دمای متوسط ۹۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد به عنوان ماده گدازآور عمل می نماید و برای بدنه های سرامیکی و لعاب مناسب می باشند. در ارتباط با استفاده از فلدسپات در لعاب، چنانچه حداقل دمای ذوب مورد نظر باشد، فلدسپات سدیک و یا حتی پلاژیوکلاز، مفید ارزیابی می شود.
  • ویسکوزیته شیشه تولید شده به وسیله فلدسپات سدیک کم تر از ویسکوزیته شیشه ایجاد شده توسط فلدسپات پتاسیک می باشد، زیرا دمای ذوب فلدسپات سدیک(حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد) پایین تر از دمای ذوب فلدسپات پتاسیک (حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد) است. در این ارتباط بدنه های تولید شده با فلدسپات سدیک به مراتب راحت تر تغییر شکل می یابند.
  • قطعات دارای فلدسپات سدیک در مقایسه با قطعات حاوی فلدسپات پتاسیک استحکام کمتری دارند، زیرا انبساط حرارتی در بدنه های سرامیکی حاوی مقدار زیادی فلدسپات سدیک، بیشتر از این انبساط در بدنه های متشکل از فلدسپات پتاسیک می باشد.
  • گدازآوری خوب فلدسپات سدیک و تشکیل فاز بیشتر، پس از سرد شدن مذاب، سبب می شود تا از این فلدسپات در مقادیر کنترل شده، برای ساخت لعاب استفاده گردد.

ناخالصی های فلدسپات

فلدسپات های خام که به عنوان ماده اولیه از معادن مختلف استخراج می شوند، معمولاً دارای ناخالصی های کواتز، میکا، ترکیبات آهن، اکسید تیتانیوم و غیره هستند. تأثیر هریک از ناخالصی های مزبور بر روی بدنه های سرامیکی متشکل از مواد اولیه فلدسپاتی همانند تأثیر این ناخالصی ها بر روی بدنه های تولید شده از خاک های رسی می باشد.

کاربرد فلدسپات ها

فلدسپات به علت پایین بودن بهای آن و به عنوان یکی از منابع نادر ترکیبات قلیایی از اهمیت زیادی در صنعت سرامیک برخوردار است و مدت هاست که به عنوان ترکیب اصلی بدنه کاشی، لعاب کاشی، افزودنی به شیشه و چینی بهداشتی به کار گرفته می شود.

مصرف عمده فلدسپات عبارت است از:

  • به عنوان کمک ذوب در بدنه ها و لعاب های سرامیکی به کار می رود.
  • در صنعت ساخت قطعات سرامیکی مانند چینی، کاشی، سفال، سرامیک های ساختمانی و غیره مصرف می شود.
  • در ساخت لعاب مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید لعاب باید از یک ماده چسبنده استفاده شود که در این رابطه رس ها به عنوان ماده چسبنده مطلوب می باشند زیرا علاوه بر خاصیت چسبندگی در تشکیل سوسپانسیون نیز ایفای نقش می کنند. فلدسپات در طی ذوب شدن، کشش سطحی بالا دارد، لذا وجود بیش از حد فلدسپات در یک لعاب سبب ایجاد عیب جزیره ای شدن در لعاب می گردد. باید توجه داشت که مشکل چسبیدن لعاب به بدنه قبل از پخت منجر به شقه شدن آن خواهد شد.
  • در صنعت ساخت شیشه مانند ظروف شیشه ای، لوله تصویر تلویزیون، شیشه های الیافی و غیره.
  • برای تولید رنگ ها، درزگیرها و پلاستیک ها…
  • به عنوان ساینده در ترکیب پاک کننده ها.
تحقیق و پژوهش توسط: مهندس محمود شجاع
منابع:

[۱] کریم پور ،محمدحسن. کانی ها و سنگهای صنعتی .انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد ۱۳۷۸
[۲] شیخی کاریزکی ، حسین. فلدسپات و فلدسپاتوییدها اکتشاف و بهره برداری خاک های صنعتی در منطقه ساوه ، سازمان صنایع و معادن استان مرکزی.
[۳] پایدار،ح. مواد اولیه مصرفی در صنعت سرامیک.اصفهان،چاپ اول، ۱۳۸۴
[۴] رحیمی،آ؛متین،م:تکنولوژی سرامیک های ظریف،تهران، چاپ دوم،۱۳۸۲
[۵] شاهیده پور، گ، مواد اولیه صنعت کاشی ، فصلنامه تخصصی سرامیک و ساختمان،سال چهارم،شماره شانزدهم، ۱۴-۸۵، ۱۳۹۱
[۶] شروه،اچ؛ انوشفر، دبلیو: لعاب، کاشی، سفال.ترجمه رضا منوچهری، تهران،چاپ دوم،۱۳۶۳

 

زین پس امضاء پارس کائولن را از فرآورده های با کیفیتش بشناسید.

تصاویر
تصاویر
فلدسپات
فلدسپات
فهرست
error: