مواد معدنی صنعتی، کانی‌های صنعتی یا خاک صنعتی (به انگلیسی: Industrial Minerals or Industrial Resources) موادی هستند که به دلیل ارزش تجاری و اقتصادی خود از دل زمین استخراج می‌شوند.
در این مطلب از سری مطالب علمی ماناماین با خاک صنعتی و آنالیز آن، کاربردهای خاک صنعتی در صنعت، انواع خاک صنعتی و اطلاعات لازم برای خرید خاک صنعتی آشنا خواهید شد پس تا انتهای این مطلب با ماناماین همراه باشید تا به گنجینه اطلاعاتی خودتان درباره مواد معدنی بیفزایید.
از کاربردهای خاک صنعتی می‌توان به استفاده در صنایع سرامیک، رنگ، الکترونیک، فیلتراسیون، پلاستیک، شیشه، مواد شوینده، کاغذ و... اشاره کرد.
شرکت بازرگانی معدن و مواد معدنی ماناماین یک سامانه جامع و یکی از معتبرترین و بروزترین سایت‌ها برای خرید و فروش مواد معدنی و معدن، انجام کلیه خدمات پیمانکاری معدن از جمله خدمات معدنی، مشاوره تخصصی معدن، خرید و فروش خاک صنعتی ثبت محدوده معدن، فرآوری مواد معدنی و... است.
خاک صنعتی، مواد معدنی سوختی یا سوخت‌های معدنی و منبع مواد معدنی فلزی نیستند، اما بر اساس خواص فیزیکی و یا شیمیایی شان در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
خاک‌های صنعتی به علت داشتن ترکیبات خاص و همچنین خواص فیزیکی و یا شیمیائی خاصی همچون رنگ سفید، سبک بودن، ظرفیت عایق، چگالی، سختی بالا و... مصارف صنعتی مختلفی دارند و به طور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
این خاک‌ها در نتیجه فرسایش سایر سنگ‌ها تشکیل نشده بلکه شکل گیری آن‌ها تحت شرایط خاصی انجام می‌شود و استخراج آن‌ها از معادن صورت می‌گیرد. آن‌ها به صورت خام یا پس از فرآوری به عنوان مواد اولیه یا به عنوان مواد افزودنی در طیف وسیعی از صنایع استفاده می‌شوند.
ماسه سنگ و شن تقریباً 90 درصد از مواد معدنی صنعتی را تشکیل می‌دهند و بقیه این مواد شامل خاک رس، نمک و سایر غیر فلزات می‌باشد. خاک صنعتی برای هزاران محصول روزمره از جمله داروها، رنگ، سرامیک، مصالح ساختمانی از سقف گرفته تا پنجره‌ها، عایق، جوهر، پوشش‌های کاغذی و... ضروری هستند.
دسته بندی خاک صنعتی بستگی به نوع کاربرد و مصارف صنعتی مختلف آن‌ها و بسته به هر کشوری تقسیم بندی خاص خود را دارد.
کانی رسی به همه گروه های دارای سیلیکات های آلمینیوم آبدار اطلاق می شود که ساختار لایه‌ای و ورق مانند دارند و اندازه ذرات آن‌ها بسیار کوچک است. آن‌ها یک ماده طبیعی با خواص پلاستیک بوده و ممکن است حاوی مقادیر قابل توجهی آهن، فلزات قلیایی یا خاک‌های قلیایی باشند.
مواد معدنی رسی که انواع خاک‌های صنعتی هم جزو آن‌ها محسوب می‌شود اساساً از سیلیس، آلومینا یا منیزیم یا هر دو و آب تشکیل شده‌اند. در آنالیز خاک صنعتی، نسبت SiO2 در یک فرمول عامل کلیدی تعیین کننده انواع کانی‌های خاک رس است و آن‌ها بر اساس تغییرات ترکیب شیمیایی و ساختار اتمی به گروه‌های مختلف طبقه بندی می‌شوند و اما انواع مهم و اصلی خاک صنعتی عبارتند از:
اطلاعات کلی و ویژگی‌ها:
کائولینیت (Kaolinite) یک کانی رسی است و در گروه کانی‌های صنعتی قرار دارد. کائولن (Kaolin) یا خاک رس چینی (China Clay) سنگ‌هایی غنی از کائولینیت هستند. خاک صنعتی کائولن خاک رس سفید نرم و یک عنصر ضروری در ساخت ظروف و محصولات چینی است و به طور گسترده در ساخت کاغذ، لاستیک، رنگ و بسیاری از محصولات دیگر استفاده می‌شود. کائولن قرن‌ها از تپه ای در چین به نام Kao-ling استخراج می‌شد و به همین دلیل است که به نام کائولن نامگذاری شده است.
کائولن در حالت طبیعی خود پودری سفید و نرم است که عمدتاً از کائولینیت معدنی تشکیل شده است و در زیر میکروسکوپ الکترونی از بلورهای تقریباً شش ضلعی با اندازه‌های حدود 0.1 میکرومتر تا 10 میکرومتر یا حتی بزرگتر دیده می‌شود. این کریستال‌ها ممکن است شکل‌های گرد و کتاب مانند داشته باشند و گاهی اوقات شکل‌های ماکروسکوپی نزدیک به میلی متر هم از آن‌ها پیدا می‌شوند.
کائولن که در طبیعت یافت می‌شود معمولاً حاوی مقادیر مختلفی از مواد معدنی دیگر مانند مسکوویت (Muscovite)، کوارتز، فلدسپات و آناتاز است. علاوه بر این، کائولن خام اغلب توسط رنگدانه‌های هیدروکسید آهن، زرد رنگ می‌شود و لازم است تا آن را به روش شیمیایی سفید کرد تا رنگدانه آهن از بین برود. برای از بین بردن سایر مواد معدنی کائولن، آن را با آب بشویید تا برای استفاده تجاری آماده شود.
هنگامی که کائولن بین 20 تا 35 درصد با آب مخلوط می‌شود، تبدیل به پلاستیک می‌شود. یعنی می توان آن را تحت فشار، قالب گیری کرد و پس از اینکه فشار وارده به آن برداشته شد، شکل آن حفظ می‌شود.
تقریباً 40 درصد کائولن تولید شده در پر کردن و پوشش دادن کاغذ استفاده می‌شود. در پر کردن کاغذ، این خاک صنعتی با الیاف سلولز مخلوط می‌شود و بخش جدایی ناپذیری از ورق کاغذ را تشکیل می‌دهد تا بدنه، رنگ، کدری و قابلیت چاپ به کاغذ بدهد. در پوشش دادن کاغذ، کائولن همراه با یک چسب روی سطح کاغذ آب کاری می‌شود تا براقیت، رنگ، کدری بالا و قابلیت چاپ بیشتر را به کاغذ بدهد.
کائولن به طور گسترده در صنعت سرامیک استفاده می‌شود، جایی که دمای ذوب بالا و خاصیت سفید سوزی، آن را برای ساخت سفيدآلات ( Whiteware)، ظروف چینی و مواد نسوز مناسب می‌کند. عدم وجود آهن، قلیایی یا خاک قلیایی در ساختار مولکولی کائولینیت، خواص سرامیکی مطلوبی به آن می‌بخشد.
در ساخت سفید آلات (سفالينه‌ها، چيني‌ها و ترکيبات چيني مانند) این خاک صنعتی معمولاً با مقادیر تقریباً مساوی سیلیس و فلدسپات و مقدار کمی کمتر از یک خاک رس پلاستیکی نور سوز که به خاک رس توپی (Ball Clay) معروف است، مخلوط می‌شود. این اجزا و عناصر برای به دست آوردن خواص شکل پذیری، انقباض، انجماد و... و برای شکل دهی و پخت ظروف ضروری هستند. کائولن به طور کلی به تنهایی در ساخت مواد نسوز استفاده می‌شود.
تناژهای قابل توجهی از کائولن برای پر کردن لاستیک به منظور بهبود استحکام مکانیکی و مقاومت آن در برابر سایش استفاده می‌شود. برای این منظور، خاک رس مورد استفاده باید کائولینیت بسیار خالص و بسیار ریز دانه باشد. کائولن همچنین به عنوان یک عامل افزایش دهنده و صاف کننده در رنگ‌ها استفاده می‌شود.
اغلب در چسب‌های کاغذ برای کنترل نفوذ به داخل کاغذ استفاده می‌شود. کائولن یک عنصر مهم در جوهر، پلاستیک‌های ارگانیک، برخی از لوازم آرایشی و بسیاری از محصولات دیگر است که اندازه ذرات بسیار ریز، سفیدی، بی اثری شیمیایی و ویژگی‌های جذب آن ارزش خاصی به آن‌ها می‌بخشد. بد نیست بدانید که برای افزایش نرمی درخشندگی و جذب جوهر، خاک صنعتی کائولن را به کاغذ اضافه می‌کنند.
فلدسپات به هر یک از گروهی از مواد معدنی آلومینوسیلیکات که حاوی کلسیم (فلدسپات‌های گروه کلسیک)، سدیم (فلدسپات های گروه سدیک) یا پتاسیم (فلدسپات‌های گروه پتاسیک) باشند، گفته می‌شود. فلدسپات‌ها بیش از نیمی از پوسته زمین را تشکیل می دهند و مطالب و اطلاعات حرفه ای در مورد آن‌ها درصد زیادی از ادبیات کانی شناسی را تشکیل می‌دهد.
از بیش از 3000 گونه معدنی شناخته شده، کمتر از 0.1 درصد بخش عمده ای از پوسته و گوشته زمین را تشکیل می‌دهند. هر یک از کانی‌های رایج سنگ ساز را می‌توان بر اساس ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی آن‌ها (یعنی آرایش اتم‌ها و یون‌های سازنده آن) شناسایی کرد.
از آنجایی که خاک صنعتی فلدسپات دسته ای از مواد معدنی تکتوسیلیکات سنگ ساز بوده و جزء بزرگی از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد، فرض بر این است که مقدار عرضه فلدسپات برای پاسخگویی به تقاضا برای مدت طولانی آتی، بیش از اندازه کافی باشد. یعنی معادن کنونی در سراسر جهان به اندازه کافی نیاز به فلدسپات خام را برآورده می‌کنند.
استخراج سنگ سخت برای فلدسپات به روش‌های روباز یا توسط مالک معدن و یا توسط پیمانکاران انجام می‌شود. پس از حفاری و انفجار سنگ معدن فلدسپات، توسط یک بیل هیدرولیکی روی کامیون‌ها بارگیری شده و به کارخانه سنگ شکن که در مجاورت کارخانه فلوتاسیون است، انتقال داده می‌شود.
در تقسیم بندی خاک صنعتی و طبقه بندی سنگ‌های آذرین اتحادیه بین المللی علوم زمین شناسی (IUGS)، فلدسپات‌ها به دو گروه فلدسپات‌های قلیایی (Alkali Feldspars) و فلدسپات‌های پلاژیوکلاز (Plagioclase Feldspars) تقسیم بندی می‌شوند.
فلدسپات های قلیایی شامل ارتوکلاز (Orthoclase)، میکروکلین (Microcline)، سانیدین (Sanidine)، آنورتوکلاز (Anorthoclase) و مخلوط‌های دو فازی به نام پرتیت (Perthite) هستند. فلدسپات‌های پلاژیوکلاز شامل اعضایی از سری محلول های جامد آلبیت-آنورتیت (Albite-Anorthite) هستند. به بیان دقیق آلبیت یک فلدسپات قلیایی و همچنین یک فلدسپات پلاژیوکلاز است.
سانیدین و آنورتوکلاز فلدسپات‌های قلیایی با دمای بالا هستند و پرتیت نمونه مشابه دمای پایین آن‌ها است. سانیدین فلدسپات قلیایی تک فاز است. پرتیت متشکل از مخلوط‌های نزدیک از یک فلدسپات پتاسیم و یک پلاژیوکلاز غنی از سدیم است که به صورت توده‌های میکروسکوپی تا ماکروسکوپی در فلدسپات پتاسیم وجود دارد.
اصطلاح بنتونیت برای اولین بار برای خاک رس یافت شده در حدود سال 1890 در توف کرتاسه بالایی نزدیک فورت بنتون در مونتانای آمریکا استفاده شد. بنتونیت به خاک فولراث یا گل ارمنی یا گل سرشور نیز معروف است. ماده اصلی تشکیل دهنده که عامل تعیین کننده در خواص این خاک صنعتی است، کانی رسی مونت موری لونیت است.
خاک صنعتی بنتونیت یک خاک رس ریز دانه است که اغلب از تغییر خاکستر آتشفشانی ایجاد می‌شود و عمدتاً از کانی‌های اسمکتیت و معمولاً مونت موری لونیت تشکیل شده است. سایر کانی‌های گروه اسمکتیت عبارتند از: هکتوریت، ساپونیت، بیدلیت و نونترونیت.
اسمکتیت‌ها کانی های رسی هستند و از کریستال‌های منفرد تشکیل شده‌اند که بیشتر آن‌ها کمتر از 2 میکرومتر هستند. بلورهای اسمکتیت خود کانی های رسی، سه لایه هستند. آن‌ها از دو لایه چهار وجهی و یک لایه هشت وجهی تشکیل شده‌اند.
بنتونیت‌ها بسته به ماهیت پیدایش خود، علاوه بر مونت موری لونیت حاوی انواع کانی‌های جانبی نیز هستند. این کانی‌ها ممکن است شامل کوارتز، فلدسپات، کلسیت و گچ باشد. وجود این مواد معدنی می تواند بر ارزش صنعتی یک کانسار تأثیر بگذارد و بسته به کاربرد، ارزش آن را کاهش یا افزایش دهد.
بنتونیت خواص کلوئیدی قوی دارد و حجم آن در تماس با آب، چندین برابر افزایش می‌یابد و مایعی ژلاتینی و چسبناک ایجاد می‌کند. خواص ویژه بنتونیت همچون هیدراتاسیون، تورم، جذب آب، ویسکوزیته، تیکسوتروپی و... این خاک صنعتی را به ماده ای ارزشمند برای طیف وسیعی از مصارف و کاربردها تبدیل می‌کند.
ذخایر بنتونیت معمولاً با استخراج از معادن مورد بهره برداری قرار می‌گیرند. بنتونیت استخراج شده حتی با رطوبت تقریباً 30 درصدی، کاملاً جامد است. این ماده در ابتدا خرد شده و در صورت لزوم با افزودن خاکستر سودا (Na2CO3) فعال می‌شود. بنتونیت متعاقباً خشک می‌شود تا به رطوبت تقریباً 15 درصدی برسد.
بنتونیت به عنوان ماده اتصال دهنده در تهیه ماسه، قالب گیری برای تولید آهن، فولاد و ریخته گری غیر آهنی استفاده می‌شود. بنتونیت همچنین به عنوان ماده اتصال دهنده در تولید گلوله های سنگ آهن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طریق این فرآیند، ریزه‌های سنگ آهن به گلوله های کروی(گندله) تبدیل می‌شوند که به عنوان ماده خوراک در کوره های بلند برای تولید آهن خام یا در تولید آهن احیای مستقیم یا آهن اسفنجی(DRI) مناسب هستند.
بنتونیت در کاربردهای مهندسی عمران به طور سنتی به عنوان یک عامل تیکسوتروپیک، نگهدارنده و روان کننده در دیوارهای دیافراگم و پایه‌ها، در تونل زنی، در حفاری جهت افقی و لوله جک استفاده می‌شود. این خاک صنعتی به دلیل داشتن خواص ویسکوزیته و پلاستیسیته در سیمان پرتلند و ملات نیز کاربرد دارد.
یکی دیگر از کاربردهای مرسوم بنتونیت این است که به عنوان یک ماده تشکیل دهنده گل برای حفاری چاه‌های نفت و آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنتونیت در حذف ناخالصی هایی همچون سویا، پالم و کانولا (از روغن‌های خوراکی) نیز کاربرد دارد. در نوشیدنی‌هایی مانند آب جو، شراب و آب معدنی و در محصولاتی مانند شکر یا عسل، بنتونیت به عنوان یک عامل شفاف کننده استفاده می‌شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر درمورد نحوه خرید و فروش معدن کلیک کنید.
بنتونیت به عنوان مکمل خوراک دام، در تولید خوراک دام و همچنین درکمک به جریان پذیری برای مواد تشکیل دهنده غذای تلفیقی مانند کنجاله سویا استفاده می‌شود. بنتونیت همچنین به عنوان مبدل یونی برای بهبود و تهویه خاک استفاده می‌شود. همچنین می‌توان از آن به عنوان یک حامل سرامیکی متخلخل برای علف کش‌ها و آفت کش‌های مختلف استفاده کرد.
بنتونیت به عنوان پرکننده در داروها استفاده می‌شود و به دلیل عملکردهای جذب، امکان تشکیل خمیر را فراهم می‌کند. چنین کاربردهایی عبارتند از کرم‌های محافظ صنعتی، لوسیون کالامین، کمپرس مرطوب و ضد تحریکات برای اگزما.
در پزشکی از بنتونیت به عنوان پادزهر در مسمومیت با فلزات سنگین استفاده می‌شود. محصولات مراقبت شخصی مانند بسته‌های گلی، کرم‌های آفتاب سوختگی، پودرهای نوزاد و کرم پودرهای صورت همگی ممکن است حاوی بنتونیت باشند. شوینده‌های لباسشویی و پاک‌کننده های دستی و صابون های مایع به منظور از بین بردن ناخالصی‌های موجود در حلال‌ها و نرم کردن پارچه‌ها، متکی به بنتونیت هستند.
بنتونیت برای ساخت کاغذ بسیار مهم است و رزین‌های چوبی که تمایل به انسداد ماشین‌ها دارند را جذب می‌کند. همچنین نقش مهمی در بهبود کارایی تبدیل خمیر به کاغذ و بهبود کیفیت کاغذ دارد. خاک صنعتی بنتونیت خواص مفیدی برای جوهر زدایی برای بازیافت کاغذ ارائه می‌دهد.
بال کلی‌ها که عمدتاً در ساخت ظروف سفید سرامیکی و ظروف بهداشتی استفاده می‌شوند، رس‌های رسوبی کائولینیتی هستند که معمولاً از 20 تا 80 درصد کائولینیت 10 تا 25 درصد میکا و 6 تا 65 درصد کوارتز تشکیل شده اند.
بال کلی‌ها خاک‌های ریزدانه و بسیار پلاستیکی هستند و بر خلاف اکثر خاک‌های رس سفالی، هنگام پخت به دلیل انعطاف‌پذیری، بدنه سفالی سفید رنگ با کیفیت خوب تولید می‌کنند که کلید محبوبیت آن‌ها در بین سفال گران است.
نام بال کلی به روش‌های اولیه استخراج معدن این خاک صنعتی برمی‌گردد. اعتقاد بر این است که نام رس توپی از زمانی گرفته شده که خاک رس با دست استخراج می‌شد و آن را به مکعب‌های 15 تا 17 کیلوگرمی برش می‌دادند. در حین حمل و نقل، گوشه‌های مکعب‌ها گرد می‌شد و گوی‌هایی از آن باقی می‌ماند.
استفاده سرامیکی از بال کلی‌ها در بریتانیا حداقل به دوران روم برمی‌گردد. تجارت جدیدتر زمانی آغاز شد که در قرن 16 و 17 به یک خاک رس برای ساخت لوله‌های تنباکو نیاز بود. رس‌های توپی به دلیل ترکیبی از عوامل زمین شناسی مورد نیاز برای تشکیل و حفظ آن‌ها، ذخایر نسبتا کمیاب هستند.
این خاک صنعتی معمولاً در ساخت بسیاری از اجناس سرامیکی استفاده می‌شوند. جایی که جدا از رنگ سفیدشان، نقش اصلی آن‌ها ایجاد انعطاف پذیری یا کمک به ثبات ژئولوژیکی در طول فرآیندهای شکل دهی است. افزودن ترکیب خاصی از خاک رس توپی به فرمولاسیون سرامیک، تعادل بهینه ای از خواص را فراهم می‌کند و در عین حال انعطاف پذیری عالی، استحکام و کارایی را افزایش می‌دهد.
بال کلی‌ها که همراه با کائولن، فلدسپات و کوارتز در ظروف غذاخوری استفاده می‌شود، انعطاف پذیری بالا و رنگ سفید خوبی را به محصول نهایی می‌بخشند. در کاشی‌های دیوار و کف، بال کلی به دلیل خاصیت شکل پذیری و چسبندگی بسیار ارزشمند است و یک محصول نهایی عالی را تضمین می‌کند.
عایق‌های پرسلان الکتریکی حاوی خاک رس‌های پلاستیکی هستند تا عایقی در برابر جریان‌های ولتاژ بالا باشند. بال کلی‌ها به عنوان چسب برای تولید آجر نسوز یا به عنوان افزودنی برای بهبود انعطاف پذیری در هنگام نصب نسوز استفاده می‌شوند. این خاک صنعتی همچنین به عنوان پرکننده‌ها و گسترش دهنده‌های چند منظوره برای بهبود عملکرد پلاستیک‌ها، لاستیک‌ها، چسب‌ها و درزگیرها، کودها و حشره کش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.