ميکا
 

گروه ميکا شامل 37 کاني مي باشد . اين کاني ها با نام فيلو سيليکات ها (phyllosilicates) هستند که داراي ساختاري صفحه اي يا لايه اي هستند. واژه ي يوناني فيلون (phyllon) به معناي برگ است. برخي از کاني هاي ميکا در جدول 1 آورده شده است. همچنين علاوه بر اسم آنها مکان هاي وجود منابع عمده ي آنها نيز آورده شده است. ميکا ها همچنين بر اساس ميکاهاي واقعي (truemica) و ترد (brittle) نيز طبقه بندي مي شوند. ميکاهاي واقعي که داراي کاتيون هاي تک ظرفيتي (مانند k^+ و?Na?^+ ) در ميان لايه هايشان هستند، از خود خواص ورقه ورقه شده نشان مي دهند. اين مواد به آساني به صفحات نازک تبديل مي شوند. در ميکاهاي ترد، بين لايه ها کاتيون هاي دو ظرفيتي (مانند ?Ca?^(2+) ) وجود دارد. پيوند اين کاتيون ها و لايه ها قوي است. اگر چه اين مواد نيز خاصيت ورقه شدن دارند اما نسبت به نوع واقعي ترد ترند. ميکاهاي ترد کاني هاي کميابي هستند و استفاده از آنها زياد نيست.

موسکويت (Muscovite) ، يک نوع ميکا است که کاربرد عمده اي دارد. اين ميکا به خاطر خواص الکتريکي فوق العاده و فراواني ، کاربردهاي فراواني يافته است.
فلوگوپيت (phlogopite) نوعي کاني است که در دماي بالا پايدار است؛ از اين رو از آن در کاربردهايي استفاده مي شود که در آنها نياز به پايداري در دماي بالا و خواص الکتريکي مورد نياز باشد. هردوي اين کاني ها (موسکويت وفلوگوپيت) به صورت صفحه اي و آسياب شده استفاده مي شوند.

ميکاها در سنگ هاي آذرين، رسوبي و دگرگون تشکيل مي شوند.( اين کاني ها در محيط هاي مختلف زمين شناسي تشکيل مي شوند) . علت تشکيل اين مواد در گسترده ي وسيعي از محيط هاي زمين شناسي پايداري گرمايي اين مواد است. شکل 1 دياگرام فشار – دما براي ميکاي موسکويتي است. در دماي بسيار بالا (بيشتر از)، اين نوع ميکا ناپايدار مي شود و در حضور کوارتز تجزبه گشته و به فلدسپار پتاسيک و سيليمانيت (sillimanite) تبديل مي شود.(طبق فرمول زير):

سيليمانيت فلدسپارتپاسيک کوارتز موسکوويت
موسکوويت در سنگ هاي دگرگون کم ارزش تشکيل مي شود. در اين مکان ها موسکوويت از پيروفيليت تشکيل مي شود. اين فرآيند در کريستاليزاسيون اوليه ي کاني هاي آذرين مانند گرانيت ها و پگماتيت ها (Pegmatites) نيز رخ مي دهد.
در سنگ هاي رسوبي مخصوصا آرنيت (arenites) نيز فرآيند تشکيل موسکويت اتفاق مي افتد. موسکوويت در بسياري از بخش هاي ايالات متحده ي آمريکا به صورت محدود وجود دارد.
بزرگترين توليد کننده ي ميکا، روسيه است. اين کشور يک سوم نياز سالانه ي اين ماده را توليد مي کند. ايالات متحده ي آمريکا سالانه 75000 تن ميکاي ورقه اي و ذره اي توليد مي کند. اگر چه ايالات متحده ي آمريکا از لحاظ تاريخي توليد کننده ي صفحات ميکايي است ولي منابع داخلي اين ماده به پايان رسيده و از اين رو اين کشور تنها به توليد ميکاي ورقه اي و ذره اي مي پردازد.
مصرف عمده ي ميکاي آسياب شده به عنوان پرکننده در اجزاي اتصال دهنده ي ديواره هاي گچي (ژيپسي) است . استفاده از پر کننده هاي ميکايي موجب توليد سطوح صاف مي شود، کارايي را بهبود داده و از گسترش ترک جلوگيري مي کند. از اين مواد همچنين در رنگ ها، محصولات رابري قالب گيري مانند تايرها و خمير دندان کاربرد دارند. از ميکاي فلس مانند به عنوان جايگزيني در لقمه ترمزها و صفحه کلاچ استفاده مي شود.
هند بزرگترين توليد کننده ي ميکاي مورد استفاده در ساخت صفحات موسکوريتي (muscovite sheet meca) است. ماداگاسکار نيز بخش عمده اي از ميکاي مورد استفاده در ساخت صفحات فلوگوپيت را مهيا مي کند. قيمت ميکاي صفحه اي از کمتر از يک دلار بر کيلوگرم براي کيفيت پايين تا 2000 دلار بر کيلوگرم براي نوع با کيفيت متغير است. از نوع با کيفيت بالاي ميکاي موسکويتي در ساخت دي الکتريک مورد استفاده در خازن ها استفاده مي شود.

مولايت
 

مولايت در طبيعت به ميزان فراوان وجود ندارد و بايد به صورت مصنوعي ساخته شود. اين ماده داراي خواص زيادي است که موجب شده تا اين ماده براي کاربردهاي دما بالا مناسب باشد. مولايت داراي ضريب انبساط حرارتي بسيار کوچکي است.(اين مسأله باعث مي شود که مولايت مقاومت به شک حرارتي خوبي داشته باشد). اين ماده همچنين در دماي بالا مقاومت به خزش خوبي دارد و از همه مهمتر، مولايت به آساني با شيشه ي مذاب يا سر باره ي فلزات مذاب واکنش نمي دهد و در اتمسفر هاي کوره اي خورنده پايدار است.
از اين رو از اين ماده در آستر کاري کوره و ساير کاربردهاي ديرگداز در صنعت فولاد سازي و ذوب آهن و صنعت شيشه استفاده مي شود.
از لحاظ تجاري مولايت به دو روش ساخته مي شود:
1)زينته ينگ
2)فيوزينگ
مولايت زنيته شده ممکن است بوسيله ي حرارت دادن مخلوطي از کيانيت : ، بوکسيت و کائولن توليد شود. (کيانيت مينرالي است که به صورت طبيعي در سنگ هاي دگرگون يافت مي شود.) اين مخلوط (درنسبت هاي معين) در دماهاي بالاتر از 1600c° زينته مي شود. ماده ي زينته شده به اين روش داراي 90-85% مولايت است . علاوه بر مولايت درصدي شيشه و کريستو باليت (يکي از پلي فرم هاي وجود دارد . آفريقاي جنوبي توليد کننده ي عمده ي کيانيت دنياست اين کشور سالانه 165000 تن کيانيت توليد مي کند.
ايالات متحده ي آمرکيا داراي بزرگترين منابع کيانيت دنياست. اين منابع در منطقه ي کوه هاي آپلاچين (Applochian Mountains) و آيداهو (Idaho) قرار گرفته اند. آندالوزيت (Andalusite) وسيليمانيت ساير مينرال هاي آلومينو سيليکاتي هستند که مانند کيانيت مي توان از آنها به عنوان ماده ي اوليه در توليد مولايت استفاده کرد.
در روش فيوزينگ مقداري آلومينا و کائولن به داخل کوره ي قوس الکتريکي ريخته مي شود. پس از روشن شدن اين کوره دما به بالاتر از 1750c° مي رسد و از اين رو مي توان با اين روش مولايت با خلوص بالاتر توليد کرد. مولايت توليدي به روش فيوزينگ داراي بيش از 95% مولايت است که به همراه آن مخلوطي از آلومينا و شيشه وجود دارد.

اکسيدها
 

موادخام مورد استفاده در ساخت سراميک هاي اکسيدي تقريبا همگي به وسيله ي فرآيندهاي شيميايي توليد مي شوند. علت استفاده از فرآيندهاي شيميايي بدست آوردن خلوص شيميايي بالا و تهيه ي پودرهاي مناسب جهت ساخت اجزاي سراميکي است. اکسيدهاي مهم مورد استفاده در صنعت سراميک در جدول 2 آمده است.

آلومينا
 

اکسيد آلومينيوم ( ، آلومينا ، کوراندوم) بيشترين ماده ي شيميايي غير آلي است که در صنعت سراميک استفاده مي شود. اين اکسيد از کاني بوکسيت (bauxite) و بوسيله ي فرآيند باير (bayer Process) توليد مي شود. بوکسيت مخلوطي از اکسيد آلومينيوم هيدراته با اکسيد آهن، سيليس ، تيتا نيا (به عنوان ناخالصي) تشکيل شده است. اين کاني از هوا زدگي و متلاشي شدن سنگ هاي آلومينيوم دار بوجود مي آيد که در اغلب موارد جنس سنگ ها از نوع آذرين است. اين کاني در مناطق گرمسيري تشکيل مي شود. مانند کائولن، بوکسيت نيز مي تواند به صورت ذخاير اوليه و ثانويه باشد.
فرآيند باير آلومينايي با خلوص اسمي 99.5% توليد مي کند. آلومينا بر اساس کابردهايش در گريدهاي مختلف توليد مي شود. اين گريدها از لحاظ اندازه و شکل کريستال ها و ميزان ناخالصي متفاوت اند. ناخالصي اصلي آلومينا اکسيد سديم است. کريستال هاي آلومينا مي توانند اندازه ي بين o.1 – 25 ميکرون داشته باشد. شکل 2 کارخانه ي توليد آلومينا به روش باير را نشان مي دهد.

مراحل فرآيند باير عبارتند از :

1) فرآوري فيزيکي
 

بوکسيت بدست آمده از معدن ابتدا آسياب مي شود. البته اندازه ي ذرات در اين خردايش بسيار درشت است. (اندازه ي ذرات زير يک ميليمتر است). فرآيند آسياب کاري باعث افزايش مساحت سطح کل ذرات مي شود که اين مسأله موجب کاهش زمان فرآيند مي شود. (کاهش زمان واکنش هاي شيميايي درمراحل بعدي )

2) مرحله هضم
 

ذرات درشت بوکسيت بوسيله ي افزودن هيدروکسيد سديم (NaOH) به آب حل مي شود. اين فرآيند در دماي و در فشار کل O.5MPa اتفاق مي افتد. همه ي آلوميناي هيدراته ي موجود در بوکسيت حل مي گردد و به صورت سديم آلومينات در مي آيد.طبق فرمول زير:

3) فيلتراسيون
 

ناخالصي هاي جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سيليس ، تيتانيا و اکسيد آهن هستند بوسيله ي فيلتراسيون جدا سازي مي شوند.

4) رسوب دهي
 

پس از سرد کردن ، دانه هاي گيبسيت (آلوميناي هيدراته ي طبيعي - به محلول سديم آلومينات اضافه مي شود. اين مسأله موجب تشکيل فاز پايدار از هيدروکسيد آلومينيوم در دماي پايين مي شود. با دمش گاز به داخل محلول بوجود آمده ،فرآيند ايجاد رسوب تسريع مي شود و عمل رسوب زايي ايجاد مي شود.

5) شستشو
 

رسوبات بدست آمده سپس از فيلترعبور داده شده و شستشو مي شوند تا ميزان سديم آن کاهش يابد.

6) کلسيناسيون
 

پودر حاصله در دماي بين 1100C? - 1200 کلسيناسيون مي شود. در اين فرآيند هيدروکسيد به اکسيد تبديل مي شود. واکنش در اين مرحله به صورت زير است:

در اين مرحله آلوميناي بدست آمده به شکل کلوخه اي است. اين کلوخه ها از دانه هاي ريز با قطر 10-5 ميکرون تشکيل شده اند.

7) آسياب کردن
 

پودر حاصله در مرحله ي قبل آسياب مي شود تا اندازه ي ذرات و توزيع ذرات معين بدست آيد. آلوميناي توليدي به اين روش داراي بيش از 99.5% است. و همانگونه که قبلا گفتيم، ناخالصي عمده ي موجود در اين ماده است. پودر حاصله ممکن است به ميزان بسيار کم در حدود % 0.001 داشته باشد. اين ميزان از خلوص براي آلومينا براي بسياري از کاربردها مناسب است. کنترل دقيق شرايط ته نشست شدن، شستشوي رسوبات و کنترل شرايط کليناسيون و آسيا ب کردن مي تواند موجب تشکيل آلومينايي با خلوص 99.99% شود. قيمت آلوميناي کلسينه شده ي معمولي 0.60 دلار بر کيلوگرم است و اين قيمت مي تواند براي آلوميناي کلسينه شده ي با خلوص بالاتر به 2.00 دلار بر کيلوگرم برسد. قيمت گريد متالورژيکي (مناسب براي توليد آلومينوم ) تقريبا ً 150 دلار برتن است.

جدول 3 ترکيب نمونه وار فرم هاي اصلي آلوميناي کلسينه شده آورده شده است. حضور در برخي موارد غير قابل قبول است. براي مثال ، يون سديم در ميدان الکتريکي تحرک پيدا مي کند و باعث اتلاف خاصيت عايق کاري الکتريکي مي شود. همچنين سديم ، آلومينا تشکيل فاز مي دهند. تشکيل اين فاز باعث کاهش دانستيه، استحکام ، مقاومت به شک حرارتي و مقاومت به خوردگي محصول نهايي مي شود. جدول 4 درصد مناسب براي کاربردهاي مختلف آلوميناي کلسينه شده (توليدي به روش باير ) را نشان مي دهد.

استراليا بزرگترين توليد کننده ي بوکسيت دنياست. اين کشور سالانه 60 مگا تن از اين ماده توليد مي کند.
منابع عمده ي بوکسيت در ايالات متحده ي آمريکا در آرکانزاس (Arkansas) وجود دارد. البته ذخاير کوچکتري نيز در جرجيا (Georgia) ، آلاباما (Alabama) و ميسي سي پي(Missisippi) وجود دارد . معادن داخلي کمتر از 1% بوکسيت مورد نياز ايالات متحده ي آمريکا را مهيا مي کنند. از اين رو ايالات متحده ي آمريکا يکي از واردکنندگان عمده ي بوکسيت دنياست. اين کشور سالانه 10 مگاتن بوکسيت وارد مي کند.
تقريباً 95% از آلوميناي استخراج شده در فرآيند توليد آلومينيوم استفاده مي شود. بقيه ي آلوميناي توليدي در کاربردهاي غير فلزي مانند توليد آلوميناي ويژه مصرف مي شوند. و در واقع همين درصد کم براي ما مهم مي باشد. زيرا بيشتر آن در صنايع سراميک کاربرد دارد.

فرم با خلوص بالاي آلومينا را مي توان به طور مستقيم از فلز آلومينيوم توليد کرد. براي اين کار چندين روش وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است .
منبع انگليسي مقاله : Ceramic Material /C.Barry Carter .M. Grant Norton
ادامه دارد...