فصل اول
کلیات
1- 1 مقدمه :
کائولن یک اصطلاح اقتصادی است که برای کانسارهای رسی تقریباً سفید به کار می رود. این کانسارها اغلب شامل کانی کائولینیت و یا فرآورده های بدست آمده از آن می باشند. در گذشته اصطلاح خاک چینی به عنوان مترادف کائولن استفاده می شد. نام کائولن از کلمه کائولینگ چینی به معنای تپه سفید مشتق شده است که از آن خاک کائولن استخراج می شده است .
کائولن از مجموعه کانیهای رسی بوده و فرمول شیمیایی آن H4Al2Si2O9 می باشد .کانی های کائولن شامل کائولینیت، دیکیت، ناکریت و هالوزیت می باشد. فراوان ترین کانی این گروه کائولینیت می باشد. همه این کانی ها جزء کانی های آلومینو- سیلیکات می باشند که در سیستم مونوکلینیک و یا تری کلینیک متبلور می شوند. از مهم ترین خصوصیات کانی شناسی رس های کائولن نرمی و عدم سایندگی آنها می باشد. سختی کائولن در مقیاس موهر در حدود 2-5/2 می باشد. این نرمی در کاربردهای صنعتی آن یک مزیت محسوب می شود.
رس های کائولن اکثراً از آلتراسیون کانی های آلومینیوم سیلیکات در نواحی گرم و مرطوب بوجود می آیند. فلدسپات ها از جمله کانی های عمومی منشاء پیدایش آنها می باشد. پلاژیوکلاز فلدسپارها (سدیم یا پتاسیم) معمولاً در ابتدا کائولینه می شوند. فلدسپارهای پتاسیک به کندی آلتره شده و تولید کائولن های مخلوط با سریسیت دانه ریز، ایلیت یا هیدروموسکویت می کند.
کائولن یا خاک چینی به رنگ سفید بیشترین کاربرد را در تولید چینی و سرامیک دارد.
آمریکا، روسیه، جمهوری چک و برزیل بزرگ ترین تولید کنندگان کائولن می باشند.
ژئوشیمی:
کائولن از نظر صنعتی به مجموعه کانیهای رسی اطلاق می شود که دارای مقدار قابل توجهی کائولینیت باشد و فرمول شیمیایی آن H4Al2Si2O9 می باشد . کائولن از نظرکانی شناسی جزء کانی های سیلیکاته آلومینیوم آبدار است .
کانیهای این گروه عبارتند از : کائولینیت، دیکیت، ناکریت و هالوزیت. کائولینیت فراوانترین کانی این گروه است . ترکیب شیمیایی تمامی آنها یکسان و شامل 2SiO2.Al2O3.2H2O است .
کائولینیت فراوانترین کانی گروه کائولن است و در سیستم تری کلینیک متبلور می شود و دیکیت و ناکریت در سیستم مونوکلینیک متبلور می شوند .
سنگ کائولین برحسب نوع پیوندهایش به دو گروه پیوند نرم و سخت طبقه بندی می شود .
یکی از مهم ترین خصوصیات صنعتی کائولن ماهیت شیمیایی خنثی آن می باشد. کائولن تحت شرایط شیمیایی صنعتی و در محدوده PH بین 3 تا 9 پایدار می باشد. بنابراین می تواند به راحتی به عنوان رنگدانه، پوشش و پرکننده با سایر ترکیبات استفاده شود.
خصوصیات نوری کائولن بسیار حائز اهمیت هستند که از جمله آنها سفیدی، رنگ و اپسیتی می باشد. سفیدی مقداری از انعکاس دهندگی کائولن می باشد و 6 اسپیتی از خصوصیات مهم کانی های رنگدانه است و بر اساس توانایی پنهان سازی الگوها و مرزهای انعکاس دهنده پشت آن از دید تعریف می شود.
1 – 2 نام کامل طرح و محل اجرای آن :
معدن کائولن
محل اجرا :
1 – 3 – مشخصات متقاضیان :
1 – 4 – دلایل انتخاب طرح :
توجه به خودکفایی این صنعت و همجنین نیاز بازار داخلی به تولید این محصول با توجه به این که معدن کائولن می تواند به رشد و شکوفایی اقتصادی کشور کمکی هر چند کوچک نماید و با در نظر گرفتن علاقه خود به فعالیت های صنعتی و معدنی این طرح را برای اجرا انتخاب کرده ام.
1 – 5 میزان مفید بودن طرح برای جامعه :
این طرح از جهات گوناگون برای جامعه مفید است ، شکوفایی اقتصادی و خودکفایی در تولید یکی از محصولات ، سوددهی و بهبود وضعیت اقتصادی ، اشتغالزایی ، استفاده از نیروی انسانی متخصص در پرورش کالای داخلی و بهره گیری از سرمایه ها و داشته های انسانی در بالندگی کشور .
1 – 6 - وضعیت و میزان اشتغالزایی :
تعداد اشتغالزایی این طرح 9 نفر میباشد .
تاریخچه و سابقه مختصر طرح :
از جمله خصوصیات اقتصادی مهم کائولن اندازه ریز ذرات آن می باشد. اغلب دیگر موادی که به عنوان رنگدانه، پرکننده ، پوشش دهنده و روان ساز استفاده می شوند، باید به وسیله عملیات هزینه بر خردایش و آسیا کردن، کاهش اندازه داده و به پودر تبدیل شوند. علاوه بر هزینه بری، تقلیل اندازه آنها نیز تصادفی بوده و به طور غیرمنظم شکسته می شوند. کائولن از مجموعه های سستی از بلورهای ریز که بیشتر شکل و اندازه ثابتی دارند، تشکیل شده است و نیز اندازه مورد استفاده در صنعت کمتر از دو میکرون بوده و این یک مزیت اقتصادی برای آن محسوب می شود. بنابراین در صنعت نیز اندازه ذرات کائولن را بر حسب درصد وزنی ذرات کوچک تر از دو میکرون بیان می کند.
شکل ذرات نیز یکی دیگر از خصوصیات مهم کائولن بوده و تعیین کننده ویسکوزیته و اپسیتی آن می باشد.
صفحات بلوری نازک قدرت پوشش دهی خوبی را فراهم می آورد و برای پوشش روی کاغذ و رنگ بهتر است. کائولن اغلب در فرآینده های صنعتی به عنوان سوسپانسیون پلیمر مایع یا آب به کار می رود. ویسکوزیته یا گرانروی این اسلاری های مایع نکته ای مهم می باشد. اساساً ارزش کائولن به علت گرانروی خیلی کم آن در درصدهای جامد بالا می باشد. این خصوصیت بر خلاف ویژگی بنتونیت است.
به طور خلاصه خصوصیات مهم کائولن، که مصارف متعدد آن را سبب شده است می توان به صورت زیر نام برد :
از نظر شیمیایی در گستره وسیعی از تغییرات PH بدون تغییر می ماند.
داشتن رنگ سفید که آن را به صورت ماده رنگی قابل استفاده می سازد.
دارا بودن خاصیت پوششی بسیار خوب
نرمی و غیر سایشی بودن آن
قابلیت اندک هدایت جریان الکتریسیته و گرما
قیمت ارزان
کانی های مهم کائولن :
کائولینیت Kaolinit
کائولن با نام کانی شناسی کائولینیت با فرمول شیمیایی (OH)8 (Si4O10) Al4 در سیستم تری کلینیک و سختی حدود 5/2-1 ، دارای 5/39 درصد Al2O3 ،5/46 درصد SiO2 و 14 درصد آب بوده و وزن مخصوص 6/2 – 1/2 گرم بر سانتی مترمکعبو نقطه ذوب آن °C 1785 است. رنگ آن سفید مایل به زرد و گاهی هم کمی سبز یا آبی رنگ بوده وطعم خاک دارد و به صورت مرطوب ، بوی شدید خاک می دهد. این کانی اغلب دارای پلاستیسیته بوده و عملاً در آب ، اسیدهای سرد و رقیق ، اسید کلریدریک و اسید سولفوریک گرم و غلیظ و ئیدروکسیدهای قلیایی نامحلول حل می شود.
اغلب ذخایر کائولینی در اثر هوازدگی و تجزیه سنگهای ولکانیکی حاوی سیلکات آلومینیوم بوجود می آیند. سنگها گرانیتی، گنایس ها، کوارتز، پورفیری ها و همچنین رسوبات حاوی فلدسپاتها، میکا و زئولیت جهت ایجاد کائولینیت مناسب می باشند که در اثر هوازدگی و تجزیه شیمیائی مواد قلیائی و مقداری از SO2 خارج شده و کوارتز و سایر کانی های همراه بصورت ترکیب باقی می مانند.
کائولن ممکن است نتیجه آلتراسیون هیدروترمال باشد. در این صورت، محلول هیدروترمال سردتر از 300 درجه سانتی گراد در داخل سنگهای با فلدسپات بالا، سبب شستن یونهای Ca++,K+, Na+ و سایر کاتیون ها و رسوب آنها با H+ بیشتر می شود.
اغلب این گونه ذخایر در ارتباط با سیستم متئوریک هیدروترمال، که حرارت از سنگهای ولکانیکی مشتق می شود، می باشند.
ذخایر بزرگی از کائولینیت در منطقه CORNWALL انگلستان در خارجی ترین قسمتهای سیستم هیدروترمالی، مرتبط با باتولیت های گرانیتی وجود دارند که به عمق چندین کیلومتر تشکیل شده اند.
کائولینیت در مقایسه با ناکریت – دیکیت از نظم کمتری برخوردار است و به همین دلیل اندازه بلور و ذرات اندازه بلور و ذرات هالوزیت در مقایسه با بقیه کوچکتر است .
کائولینیت در زون های هوازده و آلتراسیون سنگ های آذرین و دگرگونی به ویژه فلدسپارها تشکیل می شود .
رس توپی:
رس توپی یک نوع سنگ رسوبی است که حاوی کائولینیت و مقدار جزئی ایلیت، کلریت، کوارتز و مونتموریونیت است. ذرات کائولینیت در رس توپی در مقایسه با سایر منابع رس دار کوچکتر است. مقدار کائولینیت رس توپی 20 تا 95 درصد، کوارتز آن 10 تا 70 درصد و ایلیت و کلریت آن 5 تا 45 درصد است. مواد آلی، مونتموریونیت، ترکیبات اهن، اکسید تیتان و نمکهای محلول از جمله ناخالصیهای رس توپی هستند. رس توپی بیشتر همراه با لایه های زغال دار است و از آن جا که ذرات ریز کانیهای رسی را به همراه دارد، خاصیت شکل پذیری آن بسیار خوب است. رنگ رس توپی قهوه ای مایل به سیاه است و مصارف آن عبارتند از : سرامیکهای بهداشتی، چینی های الکتریکی، انواع کاشیها، ظروف غذاخوری، صنایع دستی و دیرگدازها.
هالوزیت:
هالوزیت نوعی کائولین است که به دو حالت آب دار و بدون آب یافت می شود و ترکیب نوع آب دار آن مشابه بقیه است و تنها دو مولکول اضافی آب دارد 2SiO2.Al2O3.4H2O.
تشخیص هالوزیت به کمک پراش اشعه ایکس امکان پذیر است. هالوزیت بیشتر در زونهای آلتراسیون و بندرت در زونهای هوازده ساپرولیت یافت می گردد. عمده مصارف آن در تهیه سیمان پورتلند و تهیه نسوزها و سرامیک است.
دیکیت:
دیکیت نوعی کائولین است که در سیستم مونوکلینیک متبلور می شود و عمدتاً در زون های آلتراسیون تشکیل می شود .
ناکریت :
ناکریت نوعی کائولین است که در سیستم مونوکلینیک متبلور می شود . نحوه قرار گیری ورقه های کائولینیت در ناکریت منظم است و بر همین اساس بلورهای آنها بزرگترند و به سمت هالوزیت کاملاً بی نظم است (ناکریت - دیکیت - کائولینیت - هالوزیت ). ناکریت کمیاب بوده و در زون های آلتراسیون تشکیل می شود .
خاک رس آتشخوار :
بیشتر خاک رس آتشخوار از کائولینیت تشکیل گردیده، کائولین در آن به خوبی متبلور می شد و نظم مطلوبی در شبکه آن وجود دارد. خاک رس آتشخوار ، علاوه بر کائولین حاوی اکسید و هیدروکسیدهای آلومینیوم نیز هست. هر نوع خاکی که دمای بیش از 1500 درجه سانتی گراد را تحمل کند و میزان AL2O3 موجود در آن قابل توجه باشد، به خاک رس آتشخوار معروف است.
خاک رس آتشخوار به انواع شکل پذیر ، نیمه شکل پذیر و بی شکل تقسیم می گردد. خاک رس آتشخوار، بیشتر در افقهای پایین لایه های زغال دار پیدا می شود.
مصرف عمده این خاک در تهیه آجرهای آتشخوار است که به شاموت معروفند. دیگر مصارف آن در ساخت قطعات کوره ها، دیگهای گرمابی و کاشی های نسوز است .
ژنز کائولن :
کائولینیت در زون های هوازده و آلتراسیون سنگ های آذرین و دگرگونی به ویژه فلدسپارها تشکیل می شود .
ذخایر کائولین به انواع زیر تقسیم می شوند: ذخایر هوازده، ذخایر گرمابی، ذخایر حمل شده، ذخایر دیاژنزی .
ذخایر هوازده:
سنگهای غنی از آلومینیوم نظیر شیلها، آرکوزهای غنی از الکالی فلدسپات ، آذرین فلدسپاتوئید دار ( نفلین سینیت ) ، بازالت کالک آلکالن و آلکالن، گرانیتهای فوق آلومینیوم و . . . در شرایط آب و هوایی گرم و مرطوب در سطح زمین تحت تأثیر هوازدگی شیمیایی واقع شده و تغییرات زیادی در ترکیب شیمیایی و کانی شناختی آنها ایجاد می شود. آب کافی و دمای مناسب موجب رویش گیاهان شده و در نتیجه PH آب کاهش می یابد. پایداری کانیهای متشکله سنگها متفاوت بوده و نوع تغییرات آنها نیز یکسان نیست.
عوامل مهم و مؤثر در تشکیل ذخایر کائولین هوازده عبارتند از :
آب و هوای گرم و مرطوب، کاهش PH آب، سنگ مادر غنی از آلومینیوم ، بالا بودن خلل و فرج و درزه و شکستگی در سنگ، پایین بودن سطح آبهای زیرزمینی ، زمان کافی، بالابودن میزان آبی که در سنگ جریان داشته است و شست و شو و حمل کاتیونها.
در شرایط مناسب یاد شده اکثر کانیهای سنگ به استثنای کوارتز تحت تأثیر هوازدگی شیمیایی واقع شده و به ترکیبات دیگر تغییر می کنند. پتاسیم فلدسپات با کاهش PH به کائولینیت و یا ایلیت تبدیل می شود:
پتاسیم فلدسپات + کاهش PH آب کائولینیت + SiO2+KOHدر صورتی که تمامی KOH شسته شود ، کائولینیت تشکیل خواهد شد (پایین بودن سطح آبهای زیر زمینی موجب شست و شوی کامل بیشتر کاتیونها می شود) . اگر سطح آب زیرزمینی بالا باشد تمامی K، Na، Ca شسته نخواهد شد و در این حالت ایلیت و اسمکتیت تشکیل می شود.
ذخایر گرمابی:
از تأثیر محلولهای گرمابی( که PH آنها اسیدی است) بر سنگهای حاوی کانیهای آلومین سیلیکات (نظیر فلدسپاتها، فلدسپاتوئیدها، میکاها و . . . ) در شرایط مناسب کائولینیت تشکیل می شود.