انواع خاک ­های صنعتی

 

 

 

خاک­های صنعتی در اصل به خاک­هایی اطلاق می­شود که بواسطه داشتن ترکیب خاص همراه با ویژگی­ها و خواصی همچون رنگ سفید، سبک بودن، سختی بالا و … که بطور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می­گیرند. این خاکها بر خلاف خاک­های معمولی که حاصل فرسایش انواع سنگ­ها هستند، تحت شرایط خاص تشکیل و از معادن استخراج می­گردند. خاک‌های صنعتی وابسته به کاربردشان دسته­بندی می‌شوند و هر کدام در یک گروه قرار می‌گیرند که مناسب انجام یک کار خاص هستند.

تقسیم بندی خاک‌های صنعتی و رس‌ها در صنعت

هر کشوری با توجه به توسعه یافتگی محصولاتی که مواد اولیه آن‌ها وابسته به رس است و نگاهش به صنعت، برای خود یک دسته‌بندی برای رس‌های صنعتی دارد. ایالات متحده که سابقه طولانی در به کارگیری خاک‌های صنعتی دارد انواع خاک‌های صنعتی رسی را به شکل زیر دسته‌بندی می‌کند. این دسته‌بندی در برخی از کشورهای دیگر هم به‌کار گرفته می‌شود. خاک‌های صنعتی یا رس‌ها در این دسته‌بندی در شش گروه قرار می‌گیرند:

1. رس معمولی و شیل
2. بال‌کلی
3. خاک نسوز
4. بنتونیت
5. فولرارث یا گل سرشور
6. کائولن

در ایران با توجه به منابع خاک‌های صنعتی و رس‌ها و کاربری آن‌ها توصیه می‌شود که خاک‌های صنعتی به شکل زیر دسته‌بندی شوند: 1) رس‌های کائولینیتی و نسوز، 2) رس‌های بنتونیتی و 3) رس‌های معمولی یا نیمه صنعتی.

 

خاک رس

از واژه رس، بسته به کاربرد آن، چنین برداشت‌هایی می‌شود:

• از دیدگاه کانی‌شناسی به گروه خاصی از خانواده کانی‌های سیلیکاته ورقه‌ای که دارای یون OH- در ساختمان خود هستند، گفته می‌شود.
• در رسوب‌شناسی باتوجه به اندازه ذرات تعریف می‌شود.
• در سنگ شناسی رسوبی به سنگ‌هایی گفته می‌شوند که یکی از ویژگی‌های بالا یا هر دو را داشته باشند.
• در کشاورزی نیز به خاکی که جاذب خوب آب باشد و گیاهان در آن خوب رشد کنند خاک رس اطلاق می‌گردد.

تعریف رس به‌عنوان یک سنگ دشوار است، زیرا مواد گوناگون دیگری نیز در ترکیب این سنگ‌ها شرکت دارند و از اینرو تعریف می‌بایستی تا حدودی کلی باشد. مثلاً می‌توان گفت رس، خاکی است طبیعی، مواد آن ریزدانه و عموماً از گروهی کانی‌های متبلور مرسوم به کانی‌های رسی و کانی‌های بی­شکل به‌نام آلوفین تشکیل شده‌است. بسیاری از رس‌ها چنانچه رطوبت به خود گیرند، ویژگی شکل­پذیری نشان می‌دهند. رس به ‌عنوان واژه مشخص‌کننده اندازه، معرف ریزترین ذرات است. بیشترین اندازه دانه‌های رس در درجه بندی‌های گوناگون مقادیری ناهمسان دارد. از نظر اندازه، ذرات بیشتر از ۲ میکرون را بالاترین مرز اندازه ذرات رس می‌دانند در حالی که مقیاس دیگر رس را ماده‌ای با ذرات ریزتر از ۴ میکرون تعریف می‌کند. برخی از رس‌ها در اثر دما، ویژگی‌های سختی، نفوذپذیری و رنگ‌های زیبا به‌دست می‌آورند که سبب کاربرد آن‌ها در صنعت می‌گردد. خاک رس در ساخت ظروف چینی، ظروف سفالی و آجر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این خاک کاربردهای بسیاری دارد اما موارد گفته شده از مهمترین کاربردهای این خاک هستند.

خاک کائولن

به جرئت می‌توان گفت اصلی‌ترین ماده‌ای که در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد خاک کائولن است. واژه کائولن از نام یک کانی رسی به اسم کائولینیت گرفته شده است. کائولینیت (Kaolinite) با فرمول شیمیایی Al₂Si₂O₅(OH)4 یک کانی رسی است و در گروه کانی‌های صنعتی قرار دارد. به سنگ­هایی که غنی از کائولینیت باشند کائولن یا خاک چینی هم گفته می­شود. از مزیت­های خاک کائولن می­توان وزن کم و مقاومت بالا، رنگی زیبا و منحصر بفرد نام برد.

کانی‌های مشابه کائولینیت، شامل ایلیت، هالویزیت و دیکتیت، توسط اشعه X و پاسخ‌های شیمیایی، از آن قابل تفکیک می‌باشند. این کانی را می‌توان به فراوانی در آلمان، جمهوری چک و اسلواکی، انگلستان، فرانسه و چین یافت. این خاک اغلب به رنگ‌های زرد، کرمی و سفید مشاهده می‌شود. خاک کائولن کاربردهای بسیاری دارد که برخی از این کاربردها عبارتند از: ساخت پلاستیک، ساخت ظروف لعابی، رنگ سازی، ساخت چسب، کاغذسازی (برای افزایش نرمی درخشندگی و جذب جوهر) و …

بنتونیت (خاک فولراث یا گل سرشور)

بنتونیت (Bentonite) نوعی رس ریزدانه است که حداقل ۸۵ درصد مونت‌موریلونیت داشته باشد. بنتونیت یک ماده از دسته رس‌ها و از کانی‌های متورم شونده تشکیل شده ‌است که عمدتاً مونتموریلونیت و به مقدار کمی بیدلیت هستند. اکثر بنتونیت‌ها بر اثر هوازدگی و دگرسانی خاکسترهای آتشفشانی و اغلب در حضور آب تشکیل می‌شوند و سنگ منشأ آن‌ها بیشتر از نوع بازیک است. تجزیه خاکستر آتش­فشانی عمدتاً در محیط شور و باتلاقی انجام می‌شود و هر چه از آتش‌فشان دور شویم، ضخامت بنتونیت کاهش می‌یابد. کاربرد این خاک بیشتر در صنعت فولاد، چاه ارت و مصارف درمانی می­باشد. بنتونیت دارای ساختمان آلومینوسیلیکاتی است و در دسته سیلیکات‌های سه لایه قرار می‌گیرد. بنتونیت دارای دو لایه چهار وجهی و یک لایه هشت وجهی می‌باشد. فرمول عمومی بنتونیت به صورت ذیل می‌باشد:

(Na, CaO)(Al, Mg)(Si₄O₁₀)₃ (OH)₆ nH₂O

 

خاک نسوز

خاک نسوز اصطلاحی‌ست که برای برخی از خاکهای دیرگداز به کار می‌رود. این خاک­ها معمولاً در ساخت آجرهای نسوز کاربرد دارند. در علم سرامیک، به خاکی نسوز گفته می‌شود که دست‌کم دمای ۱۵۱۵ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند. این خاکها دارای حدود ۲۳ تا ۳۴ درصد وزنی اکسید آلومینیوم، ۵۰ تا ۶۰ درصد وزنی سیلیس و 10تا ۱۲ درصد وزنی مواد فرار (بیشترش آب) است که حین پخت از ماده خارج می‌شوند. این خاک­ها می‌توانند تا ۲۵ درصد وزنی اکسید آهن سه (Fe₂O₃) و مقادیری TiO₂ ،CaO، MgO، K₂O و Na₂O داشته‌باشند. خوشبختانه کشور ما ایران یکی از بزرگترین تولید کنندگان خاک صنعتی نسوز در دنیا به شمار می‌رود. از خاک نسوز در ساخت ظروف چینی و سرامیکی، مقره سازی، الکتروسرامیک، پلاستیک، چسب، لاستیک و… استفاده می‌شود.

خاک بالکلی

بال‌كلي همانند كائولن نوعي رس مي‌باشد و تفاوت آن با كائولن در داشتن پلاستيسيته بالا و مقاومت كمتر در برابر حرارت است. اما در تركيب شيميايي بال‌كلي و كائولن تفاوت چنداني ديده نمي‌شود و تنها در نسبت و ميزان سيليس شركت‌كننده در تركيب داراي اختلاف مي‌باشند. تركيب عمومي بال‌كلي‌ها غالباً شامل 20 تا 80 درصد كائولينيت، 10 تا 25 درصد ميكا و 6 تا 65 درصد سيليس (كوارتز) مي‌باشد. به‌علاوه كاني‌هاي فرعي ديگر و برخي مواد كربناته كه داراي منشاء گياهي مي‌باشند در تركيب آنها حضور دارند. البته در منابع مختلف تركيبات ديگري نيز براي آنها ذكر گرديده كه داراي تفاوت‌هاي اندك مي‌باشند مثلاً مقدار كائولينيت را بين 20 تا 95 درصد، كوارتز 10 تا 70 درصد، ايليت و كلريت 5 تا 45 درصد ذكر كرده و مواد آلي، مونت‌موريونيت‌ها، تركيبات آهني، اكسيد تيتان و نمك‌هاي محلول را از جمله ناخالصي‌هاي آن در نظر گرفته‌اند. بايد توجه داشت كه گستره دامنه تغيير در تركيب شيميايي و كاني‌شناسي و نيز در اندازه رس‌هاي سازنده تركيب، به مشخصات و ويژگي‌هاي متفاوت و منحصر به فرد رگه‌هاي رسي نازك شكل گرفته در داخل يك پهنه رسوبي بستگي دارد.

بال‌كلي يك رس رسوبي داراي منشاء طبيعي بوده و نيز به عنوان يك رس ثانويه شناخته مي‌شود، اين بدان معناست كه عوامل هوازدگي طبيعي باعث انتقال آن از محل و منشاء اوليه خود كه از آن سرچشمه گرفته است گرديده‌اند، رنگ طبيعي آن مي‌تواند از زرد كم رنگ تا مشكي متغير باشد كه اين تغير رنگ به حضور ساير كاني‌هاي موجود در آن و ساير موادي كه با آن رسوب كرده‌اند، بستگي دارد. ه‌طور كلي براي تشكيل و نگهداري ذخيره‌هاي رسوبي بال‌كلي، به يك سري شرايط زمين‌شناسي كم‌ياب احتياج مي‌باشد: اين شرايط شامل: الف – سنگ منشاء‌هايي كه به لحاظ ميزان كائولينيت غني بوده و عمدتاً كم‌ترين ميزان انواع اكسيد آهن را دارا مي‌باشند. ب- فرسايش اين سنگ‌ها و حمل آنها به داخل مانداب‌ها و يا حوضه‌هاي آب شور يا شيرين و ادامه فرسايش تا قطعات سازنده بسيار ريز‌دانه گردند. ج- فرسايش محدود و كم دامنه بعدي و يا دفن عميق رسوبات حاصل از مرحله قبل در نهايت سبب ايجاد واحدهاي بال‌كلي مي‌گردد.

خاک بالکلی به دلیل وجود مواد آلی رنگی تیره دارد. این خاک اغلب در سفالگری مورداستفاده قرار می‌گیرد. اين ماده به آساني غالب‌گيري شده و پس از پخت در حرارت بالا به رنگ سفيد يا نزديك به سفيد در مي‌آيد و از اين رو به درستي مي‌توان بال‌كلي‌ها را از جمله رس‌هاي مفيد در صنايع سراميك ناميد.