این مقاله در مورد ویژگی ها و کاربردهای سیلیس های رسوبی است و به بررسی خواص شیمیایی، انواع کانی ها، مصارف صنعتی، فرایند تولید و بازار آن می پردازد.
مقدمه
اکسید سیلیسیم با فرمول شیمیایی SiO2 که به نام سیلیس شناخته می شود، یکی از ترکیبات مهم و پراهمیت زمین است که تقریباً ۹۰ درصد از پوسته جامد کره زمین را تشکیل می دهد. واژه سیلیس (Silicon) ریشه در زبان لاتین و کلمه «Silicis» به معنی سنگ چخماق یا سنگ سخت آتش زنه دارد. این ماده به عنوان دومین عنصر فراوان در پوسته زمین شناخته شده و سهم آن حدود ۲۵ درصد است.
سیلیس یک عنصر غیرفلزی سخت است که رنگ آن از بی رنگ تا سفید یا خاکستری تیره متغیر است. این ماده با عدد اتمی ۱۴ و وزن اتمی ۲۸٫۰۸۵، چگالی حدود ۲٫۳۳ گرم بر سانتی متر مکعب و سختی ۷ در مقیاس موس، دارای نقطه ذوب ۱۴۱۰ درجه سانتیگراد و نقطه جوش ۲۳۵۵ درجه سانتیگراد است. سیلیس در گروه ۱۴ جدول تناوبی قرار گرفته و به عنوان یک شبه فلز (متالویید) شناخته می شود.
سیلیس به طور گسترده در کانی هایی مانند ماسه سنگ، کوارتز، کوارتزیت، تریپولی، نواکولیت، دیاتومیت و همچنین در انواع سیلیکات ها و سنگ های رسی و گرانیتی یافت می شود. برای بهره برداری صنعتی از این ماده معدنی ارزشمند، لازم است که دانش علمی، مهندسی و فناوری های نوین فرآوری به کار گرفته شوند تا نیازهای مختلف کشور در صنایع گوناگون تامین گردد.
تاریخچه سیلیس
واژه سیلیس (Silicon) از ریشه لاتین Silicis به معنای سنگ سخت، چخماق یا سنگ آتش زنه برگرفته شده است. این عنصر در سال ۱۸۲۴ میلادی توسط دانشمند سوئدی، یونس یاکوب برزلیوس، شناسایی شد. در سال ۱۸۵۴ نیز شکل متبلور آن به عنوان یکی از آلوتروپ های این عنصر، توسط دولویل کشف گردید.
آشنایی با انواع کانی های سیلیس
سیلیس در طبیعت به صورت ترکیبات و کانی های متنوعی ظاهر می شود که به سه گروه اصلی قابل تقسیم است: سیلیس متبلور مانند کوارتز (با چگالی حدود 2.65)، تریدیمیت، کریستوبالیت، اوپال و لوشاته لیریت؛ سیلیس نهان بلور مانند سنگ چخماق، کلسدونی، عقیق و فلینت؛ و سیلیس آمورف یا بی شکل مانند اپال بی آب، سنگ شیشه ای و نوع گداخته با چگالی 2.21.
سیلیسی که با خلوص بالا و میزان ناخالصی کمتر از یک واحد در میلیون (ppm 1) به دست آید، یکی از شفاف ترین انواع شیشه بوده و توانایی عبور بسیار بالایی در برابر اشعه فرابنفش دارد. در صنعت، نوعی از سیلیس به نام سیلیس گرد از طریق خردایش سنگ های سیلیسی تولید می شود و کاربردهایی مانند استفاده در ترکیب لاستیک، غلیظ کننده ها، گریس و مواد مات کننده رنگ دارد.
در بین این کانی ها، کوارتز از شیوع بیشتری برخوردار است، در حالی که تریدیمیت و کریستوبالیت در سنگ های آتشفشانی دیده می شوند و به ندرت یافت می شوند. لوشاته لیریت یا شیشه سیلیسی نیز از کانی های بسیار نادر است. کوئیزیت و استیشوویت شکل های پرفشار سیلیس هستند که ابتدا در آزمایشگاه تولید شدند و سپس در محل هایی مانند دهانه برخوردی شهاب سنگ در آریزونا شناسایی گردیدند. افزایش چگالی استیشوویت (تا حدود 4.29) به دلیل تغییر آرایش اتمی از چهاروجهی به شش وجهی است.
از سنگ های رسوبی مهم سیلیسی می توان به چرت و فلینیت اشاره کرد. چرت به رسوبات ریزدانه سیلیسی با منشا شیمیایی یا بیوژنیکی گفته می شود. فلینیت، نوع خاصی از چرت است که در گل سفیدی های دوره کرتاسه دیده می شود. همچنین، ژاسب نوعی چرت قرمز رنگ بوده که رنگ آن به دلیل حضور ذرات هماتیت پراکنده است.
نواکولیت، سنگی سیلیسی با ساختار میکروکریستالین و سختی بالا است که عمدتاً از کوارتز ریزدانه تشکیل شده و در لایه های مشخص دیده می شود. پورسلانیت، سنگی با بافتی مشابه چینی بدون لعاب است و تریپولی، نوعی سیلیس متخلخل و سبک بوده که از فرآیندهای هوازدگی و شستشوی مواد کربناته حاصل شده و عمدتاً از کلسدونی تشکیل شده است.
کاربردهای مهم سیلیس SiO₂:
سیلیس یکی از مواد معدنی کلیدی در صنایع گوناگون است که به دلیل ویژگی های شیمیایی و فیزیکی خاص، در زمینه های مختلفی کاربرد دارد. از جمله مهم ترین موارد مصرف سیلیس می توان به ساخت شیشه، تولید سرامیک، چینی سازی، تهیه آجر ماسه آهکی، ریخته گری فلزات، تولید فروسیلیس، سیلیکات سدیم، پشم شیشه و سایر ترکیبات سیلیسی اشاره کرد. این ماده همچنین به عنوان نیمه هادی در صنعت الکترونیک نیز نقشی کلیدی ایفا می کند.
ماسه سنگ خردشده با پایه سیلیسی نیز در حجم بالا به عنوان مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد. کیفیت سیلیس مورد استفاده در هر یک از صنایع یادشده وابسته به عواملی مانند ترکیب شیمیایی، ساختار کانی شناسی و خواص فیزیکی آن است. درصد خلوص بالای SiO₂ و مقدار اکسیدهای همراه مانند Al₂O₃، Fe₂O₃، TiO₂ و دیگر عناصر، در تعیین قابلیت کاربرد آن در صنایع تخصصی بسیار تاثیرگذار هستند؛ چرا که افزایش غلظت این ناخالصی ها می تواند کاربرد صنعتی سیلیس را محدود یا غیر ممکن سازد.
نوع ساختار کانی شناسی نیز در کارایی سیلیس نقش بسزایی دارد؛ چرا که ممکن است سیلیس به شکل سیلیکات های مختلف یافت شود. این تفاوت ها تعیین کننده روش های فرآوری و شیوه های حذف ناخالصی ها هستند. همچنین، ویژگی های فیزیکی مانند سختی، مقاومت سایشی و اندازه ذرات تاثیر مستقیمی بر خردایش، دانه بندی و نوع مصرف پودر سیلیس تولیدی خواهند داشت.
در تولید لعاب و شیشه، سیلیس نقش پایه ای دارد و در ترکیب با موادی چون فلدسپار، نفلین سینیت و کربنات سدیم، شیشه های خاص تولید می شود. همچنین، در صنعت سرامیک سازی و تولید تجهیزات بهداشتی، از کوارتز به عنوان یکی از انواع سیلیس بهره گرفته می شود.
ریخته گری و نسوز:
یکی از دلایل اصلی استفاده گسترده از سیلیس و کوارتز در صنایع گوناگون، مقاومت حرارتی بالای آن ها تا دمای حدود ۱۴۷۰ درجه سانتی گراد است. این ویژگی باعث شده از آن ها در ساخت قالب های ریخته گری برای فلزاتی نظیر فولاد، آهن خام، آلومینیوم و آلیاژهای مس استفاده شود. علاوه بر این، این مواد به عنوان نسوز در تولید کوره های ذوب آهن، فولاد، سرامیک، شیشه و سیمان کاربرد گسترده ای دارند.
کاربردهای متنوع دیگری نیز برای سیلیس وجود دارد؛ از جمله استفاده به عنوان ساینده و پودر پولیش، عامل فیلتراسیون، و همچنین در تولید شن و ماسه ساختمانی. در صنعت نفت و گاز، از نوع دانه بندی شده و خالص سیلیس برای افزایش نفوذپذیری چاه ها و گشودن شکاف های مخزن استفاده می شود.
سیلیس پودر شده نیز به دلیل خواص فیزیکی خاص خود، در نقش پرکننده در ترکیباتی مانند رنگ ها، پلاستیک ها، لاستیک، بتونه و چسب ها به کار می رود و موجب بهبود ویژگی های مکانیکی و کاهش هزینه های تولید می شود.
فهرست مطالب
مقدمه و تعریف 3
تاریخچه 3
کانیهای سیلیس 3
مشخصات شیمیایی سیلیس6
موارد مصرف سیلیس 11
جایگزینها 21
مشخصات فیزیکی و مکانیکی سیلیس 23
طبقه بندی محصول24
بستهبندی محصول 24
شماره تعرفه گمرکی محصول 24
استاندارد محصول25
بررسی بازار و قیمت فروش25
معرفی روشهای مختلف تولید26
علل انتخاب روش تولید 27
تشریح فرایند تولید مختلف 27
معرفی مواد اولیه مورد نیاز 28
دستگاهها و تجهیزات خط تولید29
اطلاعات مربوط به سرمایه ثابت و برآورد آن30
هزینه های تولید 31
قیمت تمام شده محصول33
آمار صادرات و واردات 34
منابع 46