* منيزيا
 

اکسيد منيزيم(Mgo، منيزيا) به صورت طبيعي و در حالت کاني پيريکاز (periclase) تشکيل مي شود. اين کاني يک کاني دگرگون است که از تخريب دولوميت و ديگر کاني هاي منيزيادار تشکيل مي شود. منابع پريکاز کمياب است و ارزش اقتصادي ندارد. منابع اصلي منيزيا ، منيزيت وهيدرو کسيد منيزيم است.
ذخاير بزرگ منيزيت در بسياري از کشورها مانند چين و ترکيه و روسيه وجود دارد. منيزيت داراي ناخالصي هاي مختلفي مانند سيليس، آهن، آلومينيوم ، منگنز، و کلسيم است که اين ناخالصي ها معمولا ً به شکل کاني هاي متنوعي وجود دارند. مثلا برخي از اين کاني ها عبارتند از: کوارتز، تالک، ميکا مگنتايت (Magnetite). پس از استخراج سنگ معدن، بايد عمليات فرآوري انجام شود. روش هاي فرآوري متنوع هستند مثلا خردايش ، دانه بندي، شستشو، جداسازي بوسيله ي آهنربا و ملوتاسيون برخي از اين روش ها ست . پس از خالص سازي کربنات منيزيم ، اين ماده کلسيناسيون مي شود. دماي کلسينا سيون بين است. فرآيند کلسيناسيون موجب توليد دانه هاي بسيار ريز Mgo با خواص واکنشي بالا مي شود. اين محصول منيزياي سوز آور(caustic magnesia) ناميده مي شود. نوع زينته شده يا پخته شده (dead- burned) منيزيا بوسيله ي کلسيناسيون منيزيم کربنات در دماي بالاتر از توليد مي شود. در طي اين فرآيند کريستال هاي واکنش پذير رشد کرده و از اين رو ميزان واکنش پذيري آنها کاسته مي شود.
منيزيا را همچنين مي توان از آب دريا يا آب هاي شور با درصد پايين منيزيم توليد کرد. تقريبا 60% توليد ترکيبات منيزيمي در آمريکا از اين منابع تامين مي شود. آب دريا داراي در کيلوگرم است.
مهمترين فرآيند توليد Mgo از آب دريا بدين صورت است که هيدروکسيد منيزيم از محلول نمک هاي مينزيم و بوسيله ي يک عامل بازي قوي رسوب مي کند.(طبق واکنش زير)

رسوبات شسته شده ، فيلتراسيون مي شود و بوسيله ي فرآيند کلسيناسيون آب گيري مي شود. روش ديگر توليد منيزيا بدست آوردن منيزيا از آب شور است. اين فرآيند بر پايه ي تجزيه يرسوبات در دمايرسوبات اتفاق مي افتد. (طبق واکنش زير )

ظرفيت توليد سالانه ي منيزيا تقريبا 10 مگاتن در سال است. تقريبا 9 مگاتن از منيزيا از منابع طبيعي و تقريباً 1.5 مگاتن آن از آب درياها و آب هاي شور بدست مي آيد. قيمت منيزيا در گسترده ي 150- 1200 دلار بر تن است. که اين قيمت گذاري بر اساس خلوص آن انجام مي شود.
کاربرد عمده ي منيزيا به عنوان ديرگدازهاي مورد استفاده در آسترکاري کوره هاست. مقادير بسيار کمي از منيزيا در توليد محلول خوراکي شيري رنگ (مخصوص درد معده) استفاده مي شود. همچنين از منيزيا در ساخت ساير سراميک ها مانند مواد اسپنيلي بدون کروم استفاده مي شود. اسپينل بدون کروم در طبيعت در مقادير قابل استفاده در صنعت وجود ندارد. اسپنيل را مي توان بوسيله ي ذوب الکتريکي آلومينا و مينزيا توليد کرد.

* زيرکونيا
 

اکسيد زيرکونيوم ، زيرکونيا) به طور عمده از زيرکن ) بدست مي آيد. زيرکن مينرالي است که در سنگ هاي آذرين مانند گرانيت ها و پگماتيت ها تشکيل مي شود.
در برزيل و ماداگاسکار براي توليد زيرکن ، سنگ هاي آدرين پگماتيتي (pegmatates) را تجريه مي کنند. همچنين زيرکن مي تواند به عنوان جزئي از سنگ هاي دگرگون تشکيل شده باشد. در سواحل استراليا، برزيل، هند و فلوريدا از زيرکن به صورت ذخاير موجود در ماسه هاي ساحلي وجود دارد که اين ذخاير از نوع ذخاير ثانويه هستند. در اين نوع از ذخاير که به صورت تجاري مورد استفاده قرار مي گيرد، زيرکن به همراه مينرال هاي ديگر مانند المنتايت (ilmentite) ، روتايل (rutile) و مونازيت (monazite) تشکيل شده است.
براي توليد زيرکونياي خالص از زيرکن چندين روش تجاري وجود دارد. زيرکن در دماي بالاتر از به زيرکونيا و سيليس تجزيه مي شود. تزريق ماسه هاي زيرکني به يک محيط پلاسما (در دماي بالاتر از 6000c° ) باعث تجزيه شدن زيرکن و ذوب شدن آن مي شود. در هنگام انجماد مذاب پلاسمايي ، زيرکونيا به صورت ساختار دندريتي انجماد پيدا مي کند. وبه صورت پوششي شيشه اي بر روي زيرکونيا تشکيل مي شود. سيليس موجود در اين ساختار مي تواند بوسيله ي شستشو با محلول سديم هيدروکسيد جوشان از بين برود. در اين فرآيند مواد زائد شسته مي شود و زيرکونيا بوسيله ي سانتريفيوژ جدا سازي مي شود.
روش اصلي در توليد اکسيد زيرکونيوم ذوب زيرکن در کوره ي قوس الکتريکي است. دماي اين ذوب بين 2100c°- 2300 است با آنکه دماي اين واکنش نسبت به پلاسما پايين تر است اما فرآيند تجزيه ي زيرکن اتفاق مي افتد. اما در اين حالت زيرکونياي جامد در سيليس مذاب توليد مي شود. خلوص توليدي در اين روش تقريبا 99% است.
يکي ديگر از منابع تأمين کننده ي زيرکونيا ، بادوليت (baddeleyite: مونوکلينک و ناخالص) است. البته اين کاني از لحاظ تجاري اهميت کمتري نسبت به زيرکن دارد . ذخاير بادوليت کم مي باشد. همچنين اين ذخاير به همراه آلودگي هايي مانند سيليس ، اکسيد آهن و تيتانيا وجود دارد. ذخاير با دوليت به صورت تجاري در برزيل و آفريقاي جنوبي استخراج مي شوند. همه ي منابع سنگ معدن زيرکونيوم داراي مقادير متنوعي از هافينوم ( به طور نمونه وار 3 – 1.5%) هستند . به دليل شبيه بودن ويژگي هاي شيميايي اين دو ماده ، فرآيند جداسازي آنها گران قيمت است. به همين دليل اکثر گريدهاي زيرکونيا بيش از %3wt هافينوم دارند.

* زينسيت
 

اکسيد روي (ZnO) به صورت طبيعي در مينرال زينسيت Zincite))وجود دارد. اکسيد روي خالص سفيد رنگ است. کاني زينسيت به دليل وجود منگنز( بيش از 10%) و مقادير ناچيزFeo  قرمز رنگ است. منابع طبيعي زينسيت از لحاظ تجاري اهميت ندارند. دو روش براي توليد اکسيد روي وجود دارد:
1)اکسيداسيون فلز روي (در حالت بخار) با هوا
2)کاهش اسفا لاريت ( Sphalerite:zns) با کربن و CO اسفالاريت يکي از کاني هاي طبيعي و بسيار مهم از روي است. منابع عظيمي از اين کاني در سنگ هاي آهکي دره ي ميسي سي پي ، حوالي جوپلين (Joplin) وجود دارد .همچنين منابع عظيمي از اين کاني در فرانسه ، مکزيک، اسپانيا ، سوئد و انگلستان وجود دارد.
مقادير زيادي از اکسيد روي توليد شده در صنعت توليد چسب و رابر استفاده مي شود. از اين اکسيد همچنين در رنگ هاي لاتکس ، کاشي ها ، لعاب ها و صنعت پرسلان استفاده مي شود.
اين ماده همچنين يکي از مواد پر کاربرد در ساخت وريستور (Varistors) است.

* روتايل و آناتار
 

روتايل ، تيتانيا) يکي از اجزاي تشکيل دهنده ي سنگ هاي آذرين مانند گرانيت و همچنين به عنوان يکي از مشتقات سنگ هاي دگرگون مانند گنيس (geneiss) است. اين کاني به صورت سوزن هاي ريزي در نمک ها، ميکاي بيوتايتي (biotitemica) ، کوارتز و فلدسپار يافت مي شود. از لحاظ اقتصادي ذخاير مهم اين ماده در سنگ هاي آذرين ويرجينيا (Virginia) ،کانادا (Canada) و نوروي (Norway) يافت مي شود. روتايل (rutile) همچنين يکي از اجزاي مهم سنگ هاي ساحلي است که از فرسايش سنگ هاي داراي روتايل بوجود آمده اند. اين سنگ هاي ساحلي در استراليا، فلوريدا و هند وجود دارند.
تيتانيا همچنين از واکنش المنيت با اسيد سولفوريک در دماي نيز توليد مي شود. اين واکنش به صورت زير انجام مي شود و تشکيل تيتانيل سولفات (Sulfate titanyl) مي دهد:

تيتانيل سولفات در آب قابليت حل شوندگي داشته و مي توان بدين وسيله از ناخالصي هاي نامحلول در آب جداسازي شود. (اين کار بوسيله ي فيلتراسيون انجام مي شود.) هيدروليز در دماي باعث تشکيل رسوبات هيدروکسيد طبق واکنش زير مي شود.:

هيدروکسيد تيتانيل بوسيله ي کلسيناسيون در دماي 1000c° به تيتانيا تبديل مي شود.

* غير اکسيدي ها
 

اکثر سراميک هاي غير اکسيدي مهم در طبيعت وجود ندارند و بنابراين بايد آنها را سنتز کرد. روش سنتز اين مواد معمولا يکي از روش هاي زير است:
1)ترکيب مستقيم فلز و نافلز در دماي بالا
2)کاهش اکسيد با کربن در دماي بالا (کاهش کربوترمال) و واکنش متعاقب با نافلز در اين بخش از مقاله نگاه مختصري به سراميک هاي غير اکسيدي مهم داريم. براي نشان دادن تنوع سراميک هاي غير اکسيدي ما مثال هايي از کاربيدها ، نيتريدها و بوريدها را آورده ايم. البته سراميک هاي غير اکسيدي ديگري نيز وجود دارند که آنها نيز مورد توجه هستند.
SiC: ساينده ، بخش هاي الکترونيکي با شرايط دشوار
TiC: يا تاقان ، ابزارهاي برش،
AIN:قطعات الکترونيکي، بوته ذوب فلز
: توربين هاي گازي آينده و اجزاي موتورهاي ديزل
Zr B_2: بوته ي ذوب فلز و تيوپ هاي ترموول (tubes Thermowell)
WC: ساينده، ابزارهاي برش
C (گرافيت): روانساز جامد
C(الماس) : ساينده

* سيليسيم کاربيد
 

سيليسيم کاربيد(SiC) بيشترين مصرف را در بين مواد سراميکي غير اکسيدي دارد. کاربرد عمده ي اين ماده در صنعت ساينده است. علت استفاده از آن در صنعت ساينده سختي بالا (تنها الماس، نيتريد بورکيوبيک و کاربيدبور سختي بالاتري از سيليسيم کاربيد دارند.) سيليسيم کاربيد در طبيعت تشکيل نمي شود و بنابراين بايد آن را به صورت مصنوعي ساخت. اين ماده به دو شکل کريستالي وجود دارد. فرم کيوبيک که به آن فاز B مي گويند (B-SiC) و فرم هگزا گونال که به آن فاز مي گويند.(-SiC). فرم در دماي بالاتر از تشکيل مي شود و فرم B در گستره ي دمايي تشکيل مي شود.
سيليسيم کاربيد به صورت تجاري بوسيله ي فرآيند آچسون (Acheson Process) توليد مي شود. در اين فرآيند مخلوطي از ماسه ي سيليسي (99.5%.)، کک (carbon) تهيه شده و در طول بزرگي دپو مي شود. سپس الکترودهاي کربني در داخل توده جا سازي مي گردد. هر توده معمولا از 3000 تن ماده تشکيل شده است. گرم کردن کک باعث آزاد شدن انرژي کک مي شود. که معمولا در دما در بخش هايي از توده به نيز مي رسد. انرژي الکتريکي کل که در طي راه اندازي استاندارد يک توده (کوره) مصرف مي شود حدود 2 ميليون کيلو وات ساعت (kwh) است که اين ميزان تقريبا برابر است با 7 تراژول (7TJ). ميانگين توان ورودي به کوره در طي راه اندازي کوره حدود 9000-10000KW است. در دماي بالا کک با واکنش مي دهد و Sic و CO(مونواکسيد کربن ) توليد مي کند:

عمليات حرارت دهي کوره ادامه مي يابد تا واکنش به طور کامل انجام شود. زمان حرارت دهي از2- 20 روز طول مي کشد .(بسته به بزرگي کوره و ترانسفورماتور). پس از سرد شدن کوره، توده شکسته مي شود و پس از خردايش دانه بندي مي شود. مرکز توده داراي کريستال هاي SiC هگزاگونال با خلوص بالاست که رنگ آنها سبز است. اين کريستال ها براي کاربردهاي الکتريکي مناسبند. خلوص SiC براساس رنگ کريستال ها قابل تشخيص است:
خلوص % 9908 : سبز کم رنگ
خلوص % 99: سبز پررنگ
خلوص % 98.5 : سياه رنگ

گرداگرد مرکز توده يک بخش با خلوص پايين (بيش تر از %97.5) وجود دارد که براي کاربردهاي ساينده مناسب است. لايه ي بيروني داراي مخلوطي از SiC و واکنش نداده و کربن است که اين لايه در فرآيند پخت بعدي استفاده مي شود. شکل 1 مثال هايي از کريستال هاي SiC توليد بوسيله ي فرآيند آچسون است.

بزرگترين توليد کننده ي SiC جهان چين است .اين کشور سالانه 450000 تن SiC توليد مي کند. شکل 2 يک کارخانه ي توليد SiC را نشان مي دهد. قيمت SiC توليدي به روش آچسون بين 10- 40 دلار بر کيلوگرم است.
منبع انگليسي مقاله : Ceramic Material /C. Barry Carter .M.Grant Norton

ادامه دارد...