فلدسپات چیست و چه کاربردهایی در صنایع دارد؟

فلدسپات (Feldspar) دسته ای از مواد معدنی تکتوسیلیکات سنگ ساز است که حاوی کلسیم ، پتاسیم یا سدیم است و بیش از نیمی از هسته زمین را از نظر وزنی تشکیل می دهد. مواد معدنی آن تا حد زیادی در سنگ های آذرین ، رسوبی و دگرگونی نقاط مختلف جهان یافت می شود. این مواد معدنی اجزای اساسی از این سنگ ها هستند که طبقه بندی تعدادی از آنها براساس محتوای فلدسپات می باشد.

در بیشتر موارد ، این مواد معدنی به طور طبیعی در سایه های مات سفید تا خاکستری و صورتی تا خاکستری بسیار تیره دیده می شوند و دارای شکل شیشه ای هستند. از آنجا که فلدسپات ها از دو صفحه تقسیم شده در ۹۰ درجه متقاطع تشکیل شده اند ، قسمت هایی از بلورهای خالص این مواد تمایل زیادی به تشکیل بلوک های مستطیلی با انتهای متفاوت دارند. توجه به این نکته مهم است که این سنگ ها را می توان به دو گروه اصلی فلدسپات های پتاسیم و پلاژیوکلازها تقسیم کرد.

هر دو شکل این مواد معدنی دارای دو بریدگی قابل رویت و انبوهی از رنگ ها هستند که با هم تداخل دارند. پلاژیوکلاز ، به طور خاص ، در یکی از شکاف های خود شیارهای کوچکی دارد که معمولاً مخطط یا خط خطی (striations) نامیده می شوند. قیمت فلدسپات بسته به گرید آن متفاوت است و خرید فلدسپات بازار گسترده ای دارد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

ویژگی های فلدسپات

ترکیب معدنی بیشتر فلدسپات ها را می توان به صورت سه تایی شامل آلبیت ، ارتوکلاز و آنورتیت بیان کرد. مواد معدنی که ترکیبات آنها اساساً بر اساس محدوده محلول جامد بین آلبوریت و آنورتیت استوار است همان چیزی است که به عنوان فلدسپات پلاژیوکلاز شناخته می شود در حالی که مواد معدنی بین آلبریت و ارتوکلاز  ، مواردی است که در مجموع به عنوان فلدسپات قلیایی شناخته می شوند. البته به دلیل وجود مواد معدنی پتاسیم و سدیم از آنها به عنوان فلدسپات قلیایی یاد می شود.

این مواد معدنی قلیایی ، به ویژه فلدسپات های قلیایی با منشا پتاسیم  کاربردهای گسترده ای در صنایع دارند. آنها نقش محوری در تولید مواد پرکننده در صنایع رنگ ، لاستیک ، چسب و پلاستیک دارند. همچنین از آنها به عنوان عامل شار در کاربردهای شیشه و سرامیک استفاده می شود.

به طور کلی ، بیشتر محصولاتی که روزانه استفاده می کنیم از این ترکیبات ساخته شده اند. این محصولات شامل کاشی کف و کاشی حمام  ، لیوان های سرامیکی و شیشه ای، فایبرگلاس مورد استفاده برای عایق بندی و انواع ظروف مورد استفاده برای وعده های غذایی می باشد. همچنین ، تعدادی از سنگ های قیمتی معروف مانند سنگ خورشید ، سنگ ماه ، لابرادوریت ، اسپکترولیت و آمازونیت از مواد معدنی فلدسپات هستند.

چگونگی استخراج و تولید فلدسپات

فلدسپات از اجسام گرانیتی بزرگ که توسط زمین شناسان پلوتون گفته می شود، استخراج می شود. از آنجا که فلدسپات یکی از اجزای بزرگ پوسته زمین می باشند ، فرض بر این است که تامین فلدسپات برای تأمین تقاضا برای مدت زمان طولانی مناسب است. معادن کنونی در سراسر جهان به میزان کافی نیاز به فلدسپات خام را برآورده می کنند.

استخراج فلدسپات ها با روشهای روباز  یا توسط مالک معدن فلدسپات یا توسط پیمانکاران انجام می شود. پس از حفر و انفجار سنگ فلدسپات ، شکست ثانویه با یک گلوله افتادگی معمولی انجام می شود. این سنگ معدن سپس با بیل هیدرولیکی بر روی کامیون ها بارگیری می شود و به کارخانه خرد کن ، که در مجاورت کارخانه شناور سازی است ، منتقل می شود.

خصوصیات فیزیکی مواد معدنی فلدسپات

مواد معدنی فلدسپات دارای یک طیف شگفت آور از خواص فیزیکی مشترک می باشند. اکثر مواد معدنی موجود در فلدسپات دارای دو جهت شکاف کامل هستند که تقریباً از زاویه های راست قطع می شوند. آنها نه تنها دارای زاویه شیب تقریباً یکسانی برای برش های خود هستند ، بلکه دارای سختی موهس و وزن مخصوص  یکسانی نیز هستند.

اکثر مواد معدنی فلدسپات دارای وزن مخصوص در محدوده ۲.۵-۲.۸ هستند در حالی که سختی موهس آنها حدود ۶ تا ۶.۵ است. علاوه بر تمام این شباهت ها در خصوصیات فیزیکی ، تمام مواد معدنی فلدسپات دارای براقیت زجاجیه ای هستند که بیشتر روی صورت های خوشه ای مرواریدی قرار دارد. این خصوصیات یک روش عالی برای شناسایی این  مواد معدنی می باشد.

شناسایی این مواد معدنی در سنگ های آذرین برای افرادی که با شکاف فلدسپات آشنا هستند بسیار آسان می باشد. هرچقدر بلورهای این ماده معدنی کوچک تر باشند ، هنگام بررسی سنگ آذرین با استفاده از لنز دستی ، به راحتی می توان آنها را جدا از سایر مواد معدنی دانست ، زیرا ویژگی های آن به راحتی قابل شناسایی است.

بسیاری از کاربردهای فلدسپات از رفتار منحصر به فرد آن تحت تاثیر حرارت ناشی می شود. این مواد معدنی تمایل دارند که در محدوده ۷۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد یک حالت انتقالی شکننده به شکل پذیری داشته باشند – بسیار کمتر از بسیاری از موادی که با آنها مخلوط می شوند – و بنابراین اغلب مانند شار رفتار می کند.

موارد استفاده و کاربردهای فلدسپات در صنایع

مهمترین خواص فلدسپات برای صنایع پایین دستی و بسیاری از صنایع دیگر میزان آلومینا و مواد قلیایی موجود در این مواد می باشد. به همین دلیل ، فلدسپات های قلیایی (شامل پتاسیم) کاربردهای گسترده ای در صنایع رنگ سازی ، ساخت شیشه و سرامیک دارند . در اینجا برخی از کاربردهای فلدسپات های پتاسیم آورده شده است.

ساخت شیشه

فلدسپات ماده مهمی در تولید شیشه است. این ماده همچنین در تولید ماده اولیه شیشه بسیار مهم است زیرا به عنوان یک کاتالیزور روان کننده در این فرآیند عمل می کند. به عنوان یک کاتالیزور شار ، دمای کوارتز را کاهش می دهد در حالی که همزمان به حفظ ویسکوزیته شیشه تولید شده در محدوده صحیح کمک می کند. این محتوای قلیایی فلدسپات است که به آن کمک می کند تا به عنوان یک شار در شیشه سازی موثر واقع شود.

همچنین شار نقطه ذوب کلی مخلوط  ها را کاهش می دهد ، این یک مزیت برای کاهش انرژی کلی مورد نیاز است. این ماده معدنی در مراحل اولیه فرآیند تولید به طور کلی ذوب می شود و به طور کارآمد و سریع یک ماتریس شیشه ای تولید می کند که مسئول نگه داشتن سایر مواد در مذاب است. علاوه بر این ، فلدسپات می تواند به شیشه ویژگی های مطلوب بیشتری از جمله افزایش سختی ، دوام و مقاومت در برابر حمله شیمیایی را بدهد. یون های آلومینا و کلسیم مسئول این اثرات هستند.

یکی از مزایای استفاده از فلدسپات به عنوان افزودنی در شیشه سازی به عنوان شار است که افزودن آن به هیچ وجه عدد ردوکس را تغییر نمی دهد. فلدسپات را می توان به عنوان یک افزودنی سازگار با محیط زیست در نظر گرفت، هم به دلیل ظرفیت شار به معنی اینکه انرژی کمتری مورد نیاز است ، هم به این دلیل که افزودن آن باعث اضافه شدن مواد دیگر نمی شود.

مواد قلیایی موجود در فلدسپات – عمدتا پتاسیم و سدیم – هستند که دمای ذوب مخلوط را کاهش می دهند. این مواد ذوب شدن و اتصال سایر مواد وارد شده به داخل مخلوط شیشه را تقویت می کنند. شیشه سازی حدود دو سوم فلدسپات مورد استفاده در ایالات متحده در هر سال را تشکیل می دهد و بیشترین کاربرد آن به عنوان پرکننده و در سرامیک سازی است. برای اهداف شیشه سازی ، فلدسپات ها تا ۰.۸۵ میلی متر (۲۰ مش) آسیاب می شوند.

ساخت مواد پرکننده

از فلدسپات ها به عنوان گسترش دهنده و مواد پرکننده در رنگ ، لاستیک و پلاستیک استفاده می شود به دلیل عوامل مختلف یک پرکننده موثر است. این فاکتورها شامل PH پایدار ، بی اثر بودن شیمیایی بالا ، قابلیت پراکندگی خوب ، ضریب شکست چشمگیر ، مقاومت در برابر یخ زدگی ، مقاومت زیاد در برابر سایش و گرانروی کم در پر کننده است. به طور کلی ، محصولاتی که برای چنین اهدافی استفاده می شوند ، عیارهای ریز خرد شده هستند.

فلدسپات ها به عنوان یک ماده پرکننده در پلاستیک ها ، به دلیل سختی نسبتاً بالای موهس کاربرد دارند ولی در ترموپلاستیک ها کاربرد کمی دارند ، اما در فیلم های پلاستیکی ، فلدسپات ها به عنوان اجزای اصلی ضد انسداد ، یک جز اساسی هستند. مسدود کردن جایی است که دو ماده (یا بیشتر) در سطح با یکدیگر برهم کنش دارند ، هدف از مواد ضد انسداد جلوگیری از این امر است و بنابراین معمولاً به عنوان عوامل ضد لغزش نیز شناخته می شوند. این ترکیب به خصوص در فیلم های پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE )، پلی پروپیلن و پلی وینیل کلراید بسیار مفید است. بعلاوه ، از فلدسپاتها می توان برای ساختن فیلم های LDPE برای مدیریت گرما مناسب تر استفاده کرد ، به عنوان مثال در گلخانه ها و پلی تونل ها.

در رنگ ها ، پوشش ها و لاک ها ، فلدسپات های فوق العاده ریز خرد شده به عنوان پرکننده استفاده می شوند. افزودن غیر سمی فلدسپات جذاب است زیرا هزینه کلی مواد را کاهش می دهد ، اما به دلیل ضریب شکست نسبتاً کم آن در ناحیه ۱.۰ تا ۱.۵ ، بر تراکم رنگ تاثیری ندارد.

 ساخت سرامیک ها

فلدسپات مهمترین ماده اصلی ،علاوه بر خاک رس در تولید سرامیک محسوب می شود. این ترکیبات دمای ذوب مشخصی ندارد ، زیرا در دماهای مختلف به آرامی ذوب می شود. این یکی از مزایای مهم  است زیرا ذوب خاک رس و کوارتز ها را تسریع می کند ، در حالی که به طور همزمان امکان تعدیل این مرحله مهم را در فرآیند تولید فراهم می کند. به طور کلی از آنها به عنوان کاتالیزور شار برای تولید پوشش شیشه ای در دمای پایین استفاده می شود. همچنین از آنها به عنوان منبع آلومینا و مواد قلیایی در لعاب استفاده می شود.

غالباً ، فلدسپات ها مقاومت ، دوام و مقاومت بدنه سرامیک را بهبود می بخشند. همچنین ، آنها سایر ترکیبات گروهی را ذوب ، نرم و مرطوب می کنند. فلدسپاتهای گرید سرامیکی معمولاً تا ۷۵ میکرومتر (۲۰۰ مش) آسیاب می شوند.

درست مانند ساخت شیشه ، اجزای اساسی فلدسپات ها (سدیم ، پتاسیم و کلسیم) مانند شار رفتار می کنند ، آنها با خاکستر سودا کار می کنند (مانند شیشه نوشابه) و برای کاهش دمای ذوب و افزایش قابلیت ذوب تمام اجزای سازنده استفاده می شوند. علاوه بر این ، فلدسپات میزان لک شدن بدن سرامیک را در حین پخت کنترل می کند.

ساخت پرسلان (Porcelian)

فلدسپات ، همراه با کائولن و کوارتز (به عنوان نوعی سیلیس) از اجزای اصلی در سرامیک های چینی مدرن هستند. اینها انواع “چینی خمیر سخت” هستند که در مقایسه با “خمیر نرم” در دمای حدود ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد پخت می شوند ، در حالی که انواع “نرم” در ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد پخته می شوند. این نوع پرسلان نسبت به انواع “خمیر نرم” قوی تر بوده و احتمال ترک خوردگی بسیار کمتری در نظر گرفته می شود. بسته به نوع فرآیند ، می تواند شبیه ظروف سفالی باشد. همانند سایر سرامیک ها ، اکنون نیز درک شده است که یکی از مهمترین دلایل گنجاندن فلدسپات ، قابلیت های شار برتر آنها است.

ساخت لعاب مینا

درساخت لعاب مینا ، فلدسپات با اطمینان از عدم وجود خطا در محصول نهایی ، به افزایش زیبایی محصول نهایی کمک می کند. این ترکیب در ساخت ظروف بهداشتی ، لعاب کاشی و سرامیک ، ظروف غذاخوری ، ظروف کادویی ، برقی و مینا بسیار مفید است. در وسایل بهداشتی از فلدسپات برای تسهیل روند بهینه سازی استفاده می شود.

فلدسپات همچنین دارای مصارف دیگری است که شامل اورتان ، ساینده های ملایم ، رنگ ها ، جوشکاری پوشش قرمز ، تولید فولاد و فوم لاتکس می باشد.

سایر کاربردهای پتاسیم فلدسپات

فلدسپات های پتاسیم در اثر هوازدگی به مواد معدنی رس و سنگ معدن های آلومینیوم تجزیه می شوند ، که هر دو منبع  بسیار مهمی هستند که در جامعه امروز استفاده می شوند. این کانه های آلومینیوم در مجموع به عنوان بوکسیت شناخته می شوند که یک منبع معدنی بسیار مهم از نظر اقتصادی.

جوشکاری

فلدسپات های پتاسیم به دلیل خاصیت شار عالی در پوشش الکترودهای جوشکاری استفاده می شوند. آنها به ویژه در پوشش الکترودهای مورد استفاده در فرآیند قوس دستی ، فرایندی که برای جوشکاری آلیاژهای آهنی در صنایع ساخت عمومی ، ساخت کشتی ، فولاد های سخت و سازه کارایی دارد ، استفاده می شوند.

ساینده ها

همراه با اکسید منیزیم ، کلرید منیزیم و سایر چسب های مصنوعی ، از فلدسپات ها به عنوان عامل اتصال در ساخت چرخ ، ساینده ، دیسک و اشکال مختلف استفاده می شود.

در حجم زیاد ، از آنها به عنوان سنگدانه درشت در تولید آسفالت و بتن استفاده می شود. علاوه بر این ،  از آنها همچنین در تولید لعاب مینا ، پودر پاک کننده و ساخت شیشه استفاده می شود.

برخی از انوع  فلدسپات پتاسیم نیز دارای ارزش اقتصادی و زیبایی به عنوان سنگهای قیمتی هستند. برخی از این سنگهای قیمتی شامل سنگهای ماه و سنگ آمازون است.

فلدسپات های ویژه

شایان ذکر است که تعدادی از مواد معدنی فلدسپات وجود دارد که به وضوح در گروه پلاژیوکلاز یا قلیایی قرار نمی گیرند. برخی از این مواد معدنی فلدسپات به عنوان سنگ های قیمتی استفاده می شوند. این سنگ های قیمتی شامل لابرادوریت ، سنگ خورشید و سنگ ماه است. این سه ماده معدنی به دلیل پدیده های نوری منحصر به فردشان مورد ستایش قرار گرفته اند.

هنگامی که نور به یک سنگ ماه برخورد می کند ، درخشندگی ایجاد می کند که به عنوان “بلوغ” شناخته می شود ، در سنگ خورشید ، نور ورودی به سنگ قیمتی با یک فلاش پر زرق و برق منعکس می شود که به عنوان “ماجراجویی”  شناخته می شود. در لابرادوریت ها ، نوری که به سنگ قیمتی وارد می شود ، پراکنده شده و بازتابی رنگین کمانی ایجاد می کند. این ، به نوبه خود ، پرتوهای جالبی از رنگ های مهتابی شدید مانند نارنجی ، زرد ، سبز ، آبی برقی و صورتی ایجاد می کند. از این پدیده با عنوان labradorescence یاد می شود ، اسمی که از ماده معدنی تولید کننده چنین پدیده ای ساخته شده است.

قیمت فلدسپات

فلدسپات به عنوان یک عامل شار در تولید شیشه استفاده می شود زیرا سرشار از سیلیس، قلیایی و آلومینا است. شار ماده ای است که دمای ذوب ماده دیگر را کاهش می دهد، در این حالت، شار دمای ذوب شیشه را کاهش می دهد و باعث افزایش انجماد و شفافیت می شود. فلدسپات خواص مطلوبی مانند افزایش سختی، چقرمگی و مقاومت در برابر حملات شیمیایی را برای شیشه فراهم می کند. یون های آلومینا و کلسیم موجود در فلدسپات مسئول این اثر هستند.

انتظار می رود افزایش تولید شیشه در سراسر جهان باعث افزایش تقاضا برای فلدسپات در تولید شیشه شود. تقاضا برای بسته بندی شیشه ای در مواد غذایی و نوشیدنی ها، مراقبت های شخصی و صنایع آرایشی و بهداشتی به دلیل ترجیحات مصرف کنندگان برای بسته بندی ایمن در حال افزایش است. زیرا محصولات آرایشی و بهداشتی با ارزش بالا عمدتاً در ظروف شیشه ای مانند شیشه و بطری بسته بندی می شوند.

در صنعت ساخت و ساز، فلدسپات عمدتاً برای ساخت کاشی های ساختمانی، ظروف غذاخوری، کاشی های حمام و غیره استفاده می شود. پیش بینی می شود افزایش تقاضای محصول توسط صنایع شیشه و سرامیک در کشورهای در حال ظهور، بازار را در سال های آینده تقویت کند. در تولید سرامیک و شیشه، فلدسپات عمدتاً به عنوان شار برای کاهش دمای ذوب هنگام افزودن به محصولات سرامیکی یا شیشه ای استفاده می شود. پیش بینی می شود که این عوامل بازار فلدسپات پیش برده و به قیمت بالاتر آن منجر شود. قیمت فلدسپات به فاکتورهای مختلفی مانند سطح آلومینیوم و آهن و همچنین کیفیت آن بستگی دارد.