نکاتی در خصوص سه ماده معدنی پرکاربرد در ایران تالک ، کربنات کلسیم ، باریت
در این نوشته تلاش شده است تا معرفی مختصری از سه ماده معدنی مهم یعنی تالک، کربنات کلسیم و باریت که دارای کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف ایران و جهان هستند صورت پذیرد.
معرفی مواد معدنی فوقالذکر و کاربردهای مربوطه
تالک
تالک یا هیدرات سیلیکات منیزیم یکی از مواد معدنی پرکاربرد در صنایع مختلف است. تالک از سیلیکات منیزیم هیدراته که یک ماده معدنی طبیعی است، تشکیل میشود. تالک یک ماده معدنی و صنعتی پایه یا اولیه است و استفاده از آن عمدتا به شکل پودر انجام میشود. پودر تالک یک جاذب رطوبت است و همچنین موجب کاهش اصطکاک بین دو شیء میشود. برخی از کاربردهای پودر تالک در زیر عنوان شده است:
- به‌عنوان جاذب رطوبت در محصولات آرایشی‌ـ‌بهداشتی، پودر بدن بچه؛
- به‌عنوان پرکننده در رنگسازی؛
- در ساخت لمینیت؛
- به‌عنوان روان‌کننده، ضدچسبندگی و انعقاد؛
- به‌عنوان حامل، تغلیظ‌کننده و تقویت‌کننده؛
استفاده از تالک در صنایع رنگسازی
تالک پرکننده‌ای ورقه‌ای شکل و آب‌گریز است که در بتونه، واش پرایمر، آستری‌های ضدخوردگی، پوشش‌های پودری، لایه‌های ایزوله‌کننده و آستری‌هایی که به روش غوطه‌وری مورد استفاده قرار می‌گیرند کاربرد دارد. (برگرفته از کتاب مفاهیم کاربردی در فناوری رنگ و پوشش، نوشته دکتر محمود کثیریها)
کربنات کلسیم
کربنات کلسیم یک ماده معدنی پرمصرف با فرمول CaCO3 است. این ماده معمولا در سنگهایی چون کلسیت و آراگونیت (که اغلب با عنوان سنگ آهک، که نوعی از سنگ رسوبی شامل عمدتا کلسیت است شناخته میشود) یافت میشود و عنصر اصلی مروارید و پوست موجودات دریایی، حلزونها و تخممرغها است. کربنات کلسیم عموما به صورت پودری سفید رنگ است که به آن سنگ آهک، گچ فرنگی و نام‌های دیگر نیز داده‌اند. این ماده از اجزا اصلی مرواریدها و پوسته موجودات دریایی، حلزون و پوسته روی تخم جانوران محسوب میشود. پایدارترین کربنات کلسیم، کلسیت است که به دو صورت شفاف و مات وجود دارد. یون‌های کلسیم در آب سخت با یون‌های کربنات واکنش می‌دهد و کربنات کلسیم تشکیل میشود.
کاربردهای کربنات کلسیم:
از میان استفاده‌های متعددی که این ماده در موارد و صنایع مختلف دارد به موارد زیر به عنوان مهم‌ترین‌ها می‌توان اشاره داشت:
- صنایع نفتی؛
- صنایع رنگ/پلیمر؛
- فولاد؛
- کشاورزی؛
- مواد بهداشتی؛
- سیمان؛
- شیشه؛
- کاغذ؛
- سیمان؛
استفاده از کربنات کلسیم در صنایع رنگسازی
کربنات کلسیم طبیعی بیشترین مصرف را در میان مواد پرکننده داشته و برای سال‌های آتی تا سال 2023 رشد مصرف سالیانه حدودا 2.7 درصدی را خواهد داشت. از این میزان مصرف، بیشترین مصرف به بخش مواد مصنوعی مربوط میشود و در مرحله بعدی صنایع رنگ و لاک است و در جایگاه سوم صنایع کاغذسازی قرار خواهد گرفت. کربنات کلسیم رسوبی از بسیاری از جهات مشابه نوع معدنی این ماده است با این تفاوت عمده که نوع رسوبی با دارابودن دانه‌بندی ریزتر ذرات، سطح خارجی بزرگ‌تری را پوشش می‌دهد. صنایع کاغذسازی بیشترین مصرف این نوع کربنات را دارند. (کتاب پیگمنت‌ها و مواد پرکننده، نوشته مهندس حمید رقمی)
باریت
سولفات باریم طبیعی که به آن باریت هم می‌گویند به‌عنوان یک رنگ‌دانه با چگالی 4.2 تا 4.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب و عدد روغنی پایین در رنگ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. باریت در میان پرکننده‌ها دارای بالاترین چگالی است. باریت ثبات شیمیایی زیاد و قابلیت دیسپرس‌شدن خوبی دارد. ضریب شکست آن 1.64 و عدد روغنی باریت 9 تا 12 گرم روغن در صد گرم رنگ‌دانه است. (برگرفته از کتاب مفاهیم کاربردی در فناوری رنگ و پوشش، نوشته دکتر محمود کثیریها) واژه باریت در زبان یونانی به معنای سنگین است و انتخاب این اسم به دلیل وزن مخصوص بالای آن است.
کاربردهای باریت:
- در گل حفاری برای جلوگیری از انفجار در چاه‌های حفاری؛
- به‌عنوان رنگ‌دانه در رنگسازی؛
- به‌عنوان پرکننده رنگ، کاغذ، پارچه و پلاستیک؛
- در پزشکی و آزمایش‌های تشخیصی (مثلا برای تصویربرداری از روده و مری)
استفاده از باریت در صنایع رنگسازی
باریت مهم‌ترین ماده پرکننده از گروه سولفات‌های فلزات قلیایی خاکی است. از مهم‌ترین ویژگی‌های آن، خنثی‌بودن یا تاثیرناپذیر بودن در مقابل اکثر مواد شیمیایی است که نقطه قوت بسیار مهمی برای استفاده در رنگ‌های صنعتی به خصوص در انواع مقاوم‌تر به مواد شیمیایی از جمله اسیدی محسوب میشود. از این ویژگی برای ساخت رنگ‌های نما به ویژه در مناطق آلوده به گازهای مخرب مانند گوگرد و ازت نیز بهره برده میشود. جذب روغن آن در مقایسه با تالک بسیار پایین‌تر است و براقیت رنگ را کمتر تغییر می‌دهد. نقطه ضعف اساسی باریت دانسیته نسبتا بالای آن است که استفاده زیاد از آن را ـ به دلیل گرایش به ته‌نشینی ـ محدود می‌کند.
سه ماده‌ای که در بالا مورد اشاره و توضیح قرار گرفتند به عنوان مهم‌ترین پرکننده‌های (fillers) مورد استفاده در صنایع رنگسازی و پلاستیک شناخته می‌شوند. با توجه به ذخایر قابل توجه موجود در کشور ما ایران، انجام تحقیقات بیشتر جهت استفاده بهینه از ذخائر مذکور امری اجتناب‌ناپذیر به نظر می‌رسد.
استخراج تالک، کربنات کلسیم و باریت
اولین گام جهت فرآوری مواد معدنی شناسایی و استخراج مواد معدنی است. استخراج از معادن با توجه به ترکیب مواد معدنی موجود در معدن و همچنین شکل معدن مربوطه متفاوت است. همچنین بر اساس این که معدن زیرزمینی یا روباز باشد روشهای استخراج متفاوت خواهد بود.
یکی از کشورهای مهم در زمینه تولید تالک و استاتیت ـ سنگ صابون ـ در جهان کشور چین است. این کشور با تولید حدودا 2.2 میلیون تن تالک در سال 2016، تقریبا 30 درصد تولید کل دنیا را بر عهده داشت. از مهم‌ترین تولیدکنندگان عمده دیگر به کشورهایی همچون برزیل (12%)، هند (11%)، ایالات متحده (9%)، فرانسه (6%)، ایتالیا، روسیه، کانادا، و اتریش (2%) می‌توان اشاره داشت.
یکی دیگر از مواد معدنی پر مصرف در جهان کربنات کلسیم است. مهم‌ترین ماده شامل کلسیم در جهان کربنات کلسیم است. با توجه به این که 4 درصد از پوسته زمین را کربنات‌کلسیم تشکیل می‌دهد، در بسیاری از کشورهای جهان از جمله ایران موجود است. در ایران با توجه به وجود معادن گسترده کربنات کلسیم استخراج معادن مربوطه در حجمهای بسیار زیاد در حال انجام است.
از دیگر مواد معدنی دارای مصارف فراوان، باریت است. باریت ماده معدنی شامل سولفات باریم (BaSO4) و به‌واسطه فرایندهای متعددی نظیر فرایندهای بیوژنیک، هیدروترمال، تبخیر و فرایندهای دیگر تهنشین میشود. باریت معمولا در رگههای سرب ـ روی موجود در سنگ آهک و با سنگ معدن هماتیت تشکیل میشود و اغلب با مواد معدنی نظیر انگلزیت و سلستین همراه است. این ماده در شهابسنگها نیز شناسایی شده است.
باریت در کشورهایی مانند برزیل، نیجریه، کانادا، چین، هند، پاکستان، لائوس، آلمان، یونان، گوآتمالا، ایران، ایرلند، لیبریا، مکزیک، مغرب، پرو، رومانی، ترکیه، روسیه، قزاقستان، آفریقای جنوبی، تایلند، انگلستان، و ایالات متحده شناسایی شده است.
مقدار تولید باریت در جهان در سال 2017 برابر با 8.65 میلیون تن بوده است. کشورهای اصلی تولیدکننده باریت در سال 2017 و با مقیاس هزار تن عبارتند از: چین (3600)، هند (1600)، مغرب (1000)، مکزیک (400)، ایالات متحده (330)، ایران (280)، ترکیه (250)، روسیه (210)، قزاقستان (160)، تایلند (130)، و لائوس (120).
فرایند میکرونیزه‌کردن
مواد معدنی فوقالذکر عموما به صورت پودر میکرونیزه مورد استفاده قرار می‌گیرند. پودرهای مورد نظر در اندازه‌های متنوع (مش‌های مختلف) تولید و به بازار عرضه می‌شوند. بسته به دانه‌بندی محصول مورد نظر (مش مربوطه) و نیز ظرفیت تولید موردنیاز ماده مورد نظر، از فناوری‌های متنوعی جهت میکرونیزه کردن سنگ‌های مواد معدنی مذکور استفاده میشود. کیفیت ماده تولیدی به آیتم‌های متنوعی از جمله میزان یکنواختی اندازه ذرات بستگی دارد.
