مقاله کائولن

This post is also available in: English (English)

تهیه پودر معدنی کائولن

مقاله کائولن رس- کلیات

ماده معدنی رس  شناخته‌شده‌ترین ماده جهان به شمار می‏رود، اما، در عین حال، همواره موضوعی پیچیده نیز بوده است. نخست، این‏که آیا باید رس را در فهرست سنگ‌ها قرار داد یا مواد معدنی همچنان پرسشی بی‌پاسخ باقی مانده است. این در حالی است که در تصور عامه‏ی مردم، که طی قرن‌ها و هزاره‌ها از سنت‌ها و رسوم قوت گرفت، رس نه سنگ است نه ماده معدنی. با این حال، در سیستم‌های قانون‌گذاری و تجارت، رس در زمره کالاهای معدنی قرار می‌گیرد. اما حقیقت آن است که هر یک از این کالاهای معدنی خود مجموعه‌ای متشکل از بیش از یک کانی رسی هستند. بنابراین، ناگفته پیدا است که محققان مختلف، باتوجه به هدف و محدودیت‌های مراکز آزمایشی، تلقی‏های متفاوتی از این ماده دارند. اساساً، مسأله در این‎جا تمایل به استفاده از اصطلاحات غیراستاندارد برای شرح انواع مختلفی از رس است که در رشته‌های تخصصی میباشد.

تعریف

رس زیرمجموعه‌ ماده‌ای به نام «خاک» است که در همه جا وجود دارد. خاک اساساً پسماند ناشی از هوازدگی سنگ‌ها و پوسیدگی مواد گیاهی و حیوانی است. تغییرات در ماهیت و ترکیب خاک ممکن است نتیجه ترکیبی از فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و زیست‏شناختی باشد. خاک لایه بالایی زمین را تشکیل می‌دهد. رس ریزدانه‌ترین بخش خاک محسوب می‌شود و حاوی کانی‌های ریز متشکل از سیلیکات آبداری با نام «کانی‌های رسی» است.

اما تعریف رس مدت‌ها موضوع تحقیقات و اختلاف ‌نظرها بوده است، و حتی در حال حاضر هم به نظر هیچ‌گونه توافق جامعی در تعریف استاندارد آن وجود ندارد. طبق مقیاس ونت‌ورث (۱۹۲۲)، رس متشکل از ذراتی کوچک‌تر از 256/1 میلی‌متر است (در مقایسه، سیلیت: 256/1 تا 16/1 میلی‌متر، ماسه: 16/1 تا  2 میلی‌متر، شن ریزدانه: 2 تا 4 میلی‌متر، شن: 4+ میلی‌متر). توون‌هافل (۱۹۳۷) فرض می‌کند که در رس، کانی‌های رسی باید متشکل از حداقل یک‌چهارم کل ماده باشند.

1942

بیت‌من (۱۹۴۲) بر ترکیب شیمیایی، ماهیت کلوئیدی و ویژگی‎های نسوز بودن و شکل‌پذیری تأکید می‌کند. به بیان او، رس ماده‌ای خاکی است. که متشکل از سیلیکات آلومینیوم آبدار با ماده کلوئیدی و ذره‌هایی از قطعات سنگ است که عموماً، وقتی مرطوب می‌شوند، به شکل خمیر درمی‎آیند. و وقتی میپزند، به شکل سنگ درمی آیند. با این حال، همان‌طورکه امروزه شاهد هستیم، همه انواع رس‎ها شکل‌پذیر نیستند و همه‌شان لزوماً قبل از استفاده نمیپزند. طبق بیان پتی‌جان (۱۹۴۹)، تکیه ناروا به اندازه دانه ممکن است اغلب گمراه نماید. سازمان معادن آمریکا (USBM) و سازمان زمین‌شناسی آمریکا (USGS) این تعریف ساده و کلی را پذیرفته‌اند که رس‌ها در واقع نوعی سیلیکات‌ آلومینیوم آبدار از گونه‌های معدنی متعددی حاوی ویژگی‌های ناخالصی مختلف هستند.

منشأ همه این بحث‌ها این حقیقت است که هیچ دو خاک رسی را پیدا نمی‌کنید که یکسان باشند، و صنایع هرگز خواستار تعریفی برای خاک‌های رس مورد استفاده‌شان نبوده‌اند. در عوض، همواره به آزمایش‌ها و سوابق عملکرد گذشته‏ی رس‌ها (در منابعی که از دیرباز شناخته‌شده هستند) اتکا داشته‌اند. با وجود این، کانی‌های رسی جزء مهمی از تمامی انواع رس‏ها را تشکیل می‌دهند. کانی‌های رسی در واقع محصولات نانومتری تجزیه ناشی از هوازدگی مواد معدنی سیلیکات اولیه هستند. همه کانی‌های رسی (که برخی‌شان برای ایجاد گروه‌های گسترده‌تر به‌اندازه کافی مشابه‎اند) اساساً سیلکات‌های آلومنیوم آبدار هستند، اما از نظر کانی‌شناسی، ترکیب شیمیایی و فرم کریستالی، متنوع هستند. کانی‌های رسی شناخته‌شده عبارتند از:

الف. گروه کائولینیت [(OH)₈Al₄Si₄O₁₀] یا [Al₂O₃.₂SiO₂.₂H₂O]

1. کائولینیت
2. ناکریت
3. دیکیت
4. آنوکسیت

ب. گروه اسمکتیت (نام پیشین آن گروه مونتموریلونیت):

ترکیب نامشخص است، یکی از پیشنهادها عبارت است از [(Al, Mg)8(Si4Oi₀)3(OH)20.nH₂O]. علاوه بر این، کلسیم، لیتیم یا سدیم نیز ممکن است وجود داشته باشند.

1. مونتموریلونیت
2. بیدلیت
3. نونترونیت
4. هکتوریت

ج. گروه ایلیت:

حاوی آهن، منیزیم و پتاسیم است.

د. هالویزیت:

بیش‌تر از کائولینیت حاوی آب است.

1. هالویزیت
2. متاهالویزیت
3. آلوفان
4. اندلیت

ه. پالی‌گورسکیت به جای آلومینیوم حاوی منیزیم است.

1. سپیولیت
2. آتاپولگیت

و. کلریت:

کانی‌های رسی غنی از منیزیم.

این لیست را نباید هرگز لیستی جامع در نظر گرفت. با اختراع میکروسکوپ‌هایی که بیش از پیش پیچیده‌تر و پیشرفته‌ترند، شناسایی کانی‌های رسی جدیدتر و جدیدتر همواره امکان‌پذیر است. رس حاوی یک یا چند کانی رسی است. علاوه بر این، چند اصطلاحاً «ناخالصی» در خاک‌های رسی وجود دارد. این ناخالصی‎ها شامل سریسیت، پاراگونیت، کوارتز، کلریت، سرپانتین، لیمونیت، هماتیت، پیریت، کلسیت، دولومیت، فلدسپار، زئولیت، روتیل و ماده کربنی هستند.

در صنعت، شیل اغلب در معنای گسترده‌تر رس لحاظ می‌شود. با این حال، از نظر سنگ‌شناسی، شیل نوعی رس سخت‌شد (سنگ رسی) است. که عموما در زیر سطح خاک می باشد. و باعث شکل‌گیری ورقه‌ورقه شدن یا شکافت ناشی از فشار بار زیاد می شود.

در حال حاضر، ۱۶ عبارت در دایره صنعتی به‌کار می‌رود: رس چینی یا کائولن، رس توپی، رس نسوز، سدیم بنتونیت، کلسیم بنتونیت یا پاسکالیت، آتاپولگیت یا خاک نمدمالی، رس آجرپزی، رس سنگینه، رس پیپ، رس سفال بام، رس سفالگری، رس سفالینه، رس شیستی سفالینه، رس شیستی آجرسازی، رس فلینتی و رس پوزولانی.

تاریخچه

ماده رس احتمالاً از اولین مواد معدنی به‌کاررفته توسط انسان‌های متمدن بوده است. اولین شواهد باستان‌شناختی رس به تقریباً اوایل عصر مس بازمی‌گردد. اما در آن زمان تکنیک‌های استفاده از رس در مرحله بود. انسان‌های باستانی‏ای که حدوداً ۱۰۰۰۰ سال پیش می‌زیستند نه‌تنها نحوه‎ی پخت سفال را می‎دانستند، بلکه از نحوه‏ی رنگ‏آمیزی سفال و ساخت آجرهای ساختمانی نیز آگاه بودند.

مصنوعاتی شامل سفال‌های منقوش به طراحی‌های جذاب از ویرانه‌های موهنجو دارو و هاراپا (دره سند)، دره نیل، هوانگ‌هو (چین)، ترکستان (آسیای مرکزی)، کلده (بین‌النهرین)، پرسپولیس (ایران) ـ تمدن‌هایی که در بازه ۳۰۰۰ تا ۵۰۰۰ سال پیش از میلاد شکوفا شده‌اند ـ از طریق حفاری یافت شده‌اند.

شواهد زیادی از این نوع سفال‌های منقوش متعلق به دوره‏ای از ۴۰۰۰ تا ۸۰۰۰ سال پیش از میلاد است. برخی از مورخان تمدن کل این دوره را «تمدن سفالگری منقوش» توصیف کرده‌اند. غیر از سفال، اشیاء باستانی رسی دیگری نیز یافت شده‌اند.

برای مثال، اسباب‌بازی‌هایی از رس در طول دوره «ریگ‌ودا» (کتابی مقدسی که تصور می‌شود ۶۰۰۰ سال‌ عمر دارد) در موهنجو دارو و هاراپا کشف شده‌اند. لوح‌های رسی‏ای نیز که بر روی‎شان با خط هیروگلیف حکاکی ‌شده است در سومریا (۳۰۰۰ سال پیش از میلاد) یافت شده‌اند. گلدان‌های سفالینه‏ای با دیواره‌های بسیار نازک در بلوچستان پاکستان کشف شده‌اند. خاک رنگ‏بری، که می‌شناسیم، در خشک‌شویی استفاده میشود. اما اولین استفاده آن برای این هدف در جزیره قبرس متعلق به ۵۰۰۰ سال پیش از میلاد بود و این رس در آن زمان «خاک سیمولین» نامگذاری می‌شد. تکنیک ایجاد کاشی‌های رسی (که اغلب لعاب‌دار و تزئین می‌شدند) توسط مسلمانان استفاده میشد که بعداً این تکنیک را به هندی‌ها معرفی کردند.

پیدایش

رس چینی از خاک‌های رس دیگری است که تاریخچه استفاده‏ای طولانی در چین دارد. در طول مدت سلطنت سلسله سوئی (۵۸۱ تا ۶۱۸ پس از میلاد)، تعدادی شیشه به چین راه پیدا کرد. صنعتگران چینی، در حالی که سعی می‌کردند با خاک رس محلی خود این شیشه‌ها را شبیه‎سازی کنند، در نهایت نوعی ناخالص از آن‌ و اما اولین «چینی» را ساختند. در زمان افول سلطنت سلسله تانگ (۶۱۸ تا ۹۰۶ پس از میلاد) و آغاز سلطنت سلسله سانگ (۹۰۶ پس از میلاد)، یعنی حدود نیمه اول قرن دهم، پرسلان (محصولی مبتنی بر رس چینی) ظهور یافت.

سپس در طول سلطنت سلسله سانگ و پس از آن سلسله مینگ، هنر پرسلان از سوی خاندان سلطنتی حمایت و تشویق شد، و گلدان‌های پرسلان بسیار هنری و اشیاء دیگری در این دوره ایجاد شدند. در سال ۱۱۹۱، نوشیدن چای برای اولین بار توسط راهبی بودایی در ژاپن معرفی شد. و به همین دلیل، تقاضا برای فنجان‌های پرسلان چینی افزایش یافت. بعدها، ژاپنی‌ها این هنر را از چینی‌ها فرا گرفتند. این خاک رس رده پرسلان ارتباط نزدیکی با چین پیدا کرد و دنیای خارج از چین رفته‌رفته این نوع خاک رس را، هر زمان که یافت می‌شد، رس چینی نامیدند. مشنأ نام «کائولن[1]» نیز کلمه چینی «کائولینگ» به معنی پشته مرتفع (نام تپه‌ای که این ماده اولین بار از آن استخراج شد) است.

تاریخچه

تاریخچه‏ ی استفاده از بنتونیت در مقایسه با رس سفالگری، رس سفالینه، رس کاشی، خاک رنگ‏بری و رس چینی خیلی جدید است. تاریخ این نوع رس از سال ۱۸۳۰ با کشف و نام‌گذاری نوع جدیدی از رس توسط امیل پاسکال در کوهستانی در وایومینگ ایالات متحده آغاز شد. در سال ۱۸۴۷ رسی مشابه در مکانی به نام مونموریون در فرانسه یافت و مونتموریلونیت نام‌گذاری شد. زمین‌شناس آمریکایی، پس از یافتن خاک رسی در سازند بنتون در ناحیه راک کریک وایومینگ در سال ۱۸۸۸، باعث معروف شدن نام بنتونیت شد.

ویژگی‌های کلی رس

گرچه برخی خاک‌های رس کاربردهای غیرسرامیکی هم دارند، خاک‌های رس اساساً موادی سرامیکی محسوب می‌شوند. در واقع، واژه «سرامیک» از کلمه‌ای یونانی است. که در اصل به معنای ذوب رس‌های معمولی بود. با این حال، در استفاده‌های امروزی، سرامیک شامل سایر مواد معدنی ترکیبی با خاک‌های رس در اشکال مختلف (رس معمولی، رس چینی، رس توپی و غیره) است. که با هم پخته و ذوب شده‌اند. اما رس هنوز هم جزء اصلی به شمار می‏رود. ممکن است، در متون گذشته، ویژگی‏های فیزیکی‏ای مشاهده شود که آزمایش‏شان برای تعیین تناسب رس مورد نظر برای سرامیک یا سایر کاربردهای صنعتی الزامی باشد. برخی از این ویژگی‌ها در وضعیت خام و برخی در وضعیت پخت آزمایش می‌شوند.

1- رس خام:

(1) رنگ رس خام: رنگ‌های صنعتی برحسب پارامترایی تحت عنوان «پارامترهای LAB» بیان می‌شوند. L، A و B هر یک نشان‌دهنده رنگی متفاوت هستند:

• (1)    «L» یعنی سفید
• (2)«+A» یعنی قرمز
• (3)«-A» یعنی سبز
• (4)«+B» یعنی زرد
• (5)«-B» یعنی آبی

این پارامترها فقط وقتی اهمیت دارند که رس بدون پخت استفاده شود (مثلاً در کاغذ، رنگ و غیره). در غیر این صورت، هیچ مشخصه‌ای برای خلوص رس محسوب نمی‌شود. برخی از تیره‌ترین رس‏های توپی بعد از پخت کامل سفید می‌شوند.

(2) روشنی رس خام:

همانند رنگ رس خام، این ویژگی فقط وقتی اهمیت دارد که رس قرار باشد بدون پخت به‌کار رود (مثلاً در کاغذ، رنگ و غیره). روشنی به‌صورت مقدار درصدیِ بازتاب رس از نور آبی دارای طول موج ۴۵۷ میکرون اندازه‌گیری می‌شود (بازه طول موج نور مرئی برابر با ۴۰۰ تا ۷۰۰ میکرون است).

 (3)اندازه ذره:

مواد دانه‌درشت معمولاً برای توزیع اندازه ذرات با استفاده از تکنیک‌های الک تجزیه و تحلیل می‌شوند. الک خشک معمولاً برای موادی با اندازه حداقل ۱۵۰ میکرون به‏کار می‌رود، و الک خیس روش استانداردی برای اندازه‏هایی کمتر از حدود ۵۰ میکرون است. بازه‌های اندازه ریزتر (ذرات رس ممکن است حتی کوچک‌تر از ۲ میکرون باشند)، که تأثیرات مهمی روی ویژگی‌های رس (مثلاً شکل‌پذیری و انقباض) دارند، معمولاً از طریق روش‌های مبتنی بر تکنیک‌های رسوب (روش‌های سرریزکنی استوکس و پیپت اندرسون) اندازه‌گیری می‌شوند.

(4) رفتار لخته‌زدایی:

این ویژگی به‌خصوص با رس چینی و توپی، که قرار است در کاربردهای ریخته‌گری به‌کار روند، مرتبط است. این آزمایش شامل پراکندگی خاک رس در آب دیونیزه، لخته‌زدایی جزئی از طریق افزودن سدیم سیلیکات به صورت تدریجی، و اندازه‌گیری ویسکوزیته در هر مرحله از افزودن می‎شود.

(5) شکل‌پذیری و حد روانی:

این توانایی خاک رس است که، در واکنش به تنش برشی اعمال‌شده، متحمل تغییر غیرقابل‌بازگشت شکل می‎شود. هرچند سازکار دقیق شکل‌پذیری کاملاً درک نمی‌شود، اعتقاد بر این است که ترکیبی از عوامل معین، مثل اندازه دانه، قدرت پیوند، مقاومت کششی، بسط‌پذیری، جذب سطحی، بافت و تشکیل مولکولی، مسئول آن است.

با توجه به میزان آب حفظ‌شده، خاک رس می‌تواند مایع، شکل‌پذیر یا جامد باشد. حدود شکل‌پذیری اتنبرگ نشانه مسیر حالت شکل‌پذیر تا حالت جامد است و از طریق نگهداشت آب غلتک کوچک خاک تعریف می‌شود که، هنگام غلتک کردن، وقتی قطرش به ۳ میلی‌متر کاهش، یابد به ذره‌های کوچک تجزیه می‌شود. شکل‌پذیری رس از طریق درصد آب در حدود شکل‌پذیری یا آن‏چه عدد اتنبرگ (یا شاخص شکل‌پذیری) نام دارد بیان می‌شود. عدد اتنبرگ بر حسب نمودار مورد نظر و در نظر گرفت تفاوت بین حجم آب ماده در نقطه‏ ی تبدیل به مایع (حدود روانی) و تبدیل به ماده‌ی شکل‌پذیر بیان میشود. اما به‎ طور کلی، حداقل در سطح مقدماتی آزمایش، شکل‌پذیری از طریق لمس با دست به‌صورت کم، متوسط و زیاد یا به‌صورت نسبتاً خوب، خوب و خیلی خوب قابل تشخیص است.

(6) نفوذناپذیری:

این ویژگی متناسب با شکل‌پذیری است.

(7) قدرت تبادل قلیایی.

تبادل قلیایی عبارت است از تبادل یون‌های موجود در محلول با یون‌های ماده‏ی جامد. پس از تماس با ماده‏ی جامد، محلول متحمل تغییری متقابل با تغییر ماده‏ی جامد می‌شود. این ویژگی به ظرفیت تبادل کاتیونی نیز معروف است، که یعنی تعداد یون‌های دارای بار مثبتی (کاتیون) که کانی رسی می‌تواند در سطح دارای بار منفی‌اش جا دهد و به‌صورت میلی‌اکی‌والان در هر ۱۰۰ گرم بیان می‌شود (وزن اکی‌والان عبارت است از وزن مولکولی یک عنصر تقسیم بر ظرفیتش). این سازکار به‌طور کامل درک نشده است. باور بر این است که برخی رس‌ها دارای قدرت جذب سطحی انتخابی‏اند که می‌توانند به موجب آن با سایر مواد تبادل قلیایی داشته باشند. مونتموریلونیت ظرفیتی زیاد، کائولینیت ظرفیتی کم و ایلیت ظرفیتی متوسط دارد.

(8) قدرت جذب:

جذب، تا آن‌جا که آب خالص مد نظر باشد، با تخلخل در ارتباط است. حدود جذب خاک رس با درصد آب حفظ‌شده در نقطه‌ای که آب بیش‏تری در آن به رس نفوذ نمی‌کند مربوط است. این مقدار از طریق چکاندن قطره‌قطره آب روی خمیری همگن تا زمانی که در عرض کمتر از ۳۰ ثانیه جذب شوند اندازه‌گیری می‌شود. اگر قطره‌ای در عرض کمتر از ۳۰ ثانیه جذب نشود، حدود جذب مشخص می‌شود و ظرفیت آب در این حدود مشخص‌کننده «آب جذب» است. حدود جذب بر حسب درصد وزن آب جذب‌شده یا برحسب میلی‌متر در هر 100 گرم بیان می‌شود.

(9) شاخص آماس:

این شاخص مشخص‌کننده میزان افزایش حجم رس بعد از جذب آب است. شاخص آماس عبارت است از نسبت وزن آب به حداقل وزن رس برای ایجاد نوعی ژل. این مقدار تا حدی مرتبط با جذب است، اما سازکار واقعی آماس همچنان به‌طور کامل درک نشده است. نظریه‌های مختلفی مطرح شده‌اند.

طبق یک نظریه، آماس از نیروهای مویینگی و یا (به خصوص در مورد رس) از گرادیان‌های شیمیایی ناشی می‌شود. گرادیان شیمیایی به دلیل اختلاف مثبت بین غلظت گونه‌های معین (سدیم، پتاسیم و غیره) در رس و غلظت آب در تماس با رس به وجود می‏آید.

طبق نظریه‌ای دیگر، آماس با ریزساختار و سازمان‌مندی آب و فضاهای منفذدار در رس‌ها مرتبط است. در رس، کانی‌های رسی در قالب پلاکت‌هایی هستند که به‌صورت موازی مرتب و به واسطه‏ی ریزمنافذ جدا شده‌اند (این ریزمنافذ هستند که آب جذب‌شده در آن جمع می‌شود). منافذ بین‌لایه‌ای از لایه‌های تک‌مولکولی آب پر می‌شوند. این آب بین‌لایه‌ای دارای ویسکوزیته و چگالی‏ای بیش‏تر از آب آزاد است. این نوع آب، حتی اگر در معرض گرادیانی با خاصیت هیدرولیکی بالا باشد، جاری نمی‏شود و، در عوض، همراه با بخش جامد تغییر شکل می‌یابد. آب بین‌لایه‌ای، به دلیل ویسکوزیته و چگالی بیش‏تر، فشار اسمزی رو به بیرون اعمال می‌کند.

 (10) قدرت پیوند:

قدرت پیوند عبارت است میزان قابلیت شکل‌پذیری خاک رس هنگام ترکیب با موادی مثل ماسه و غیره. این میزان به شکل‌پذیری خود رس و اندازه و ماهیت ذرات ماده اضافه‌شده بستگی دارد و، همچنین، با آماسی در ارتباط است که رس از طریق آن می‌تواند وارد منافذ ماده‎ی پیرامون شود و باعث تبدیل ماده پیرامون به توده‌ای قوی، جامد و دارای پیوند خوب می‌شود.

(11) مقاومت:

هرچه شکل‌پذیری بیش‏تر باشد، مقاومت رس نیز بیش‏تر می‌شود. این مقدار بر حسب مدول گسیختگی ارزیابی می‌شود که عبارت است از بار مورد نیاز برای شکست میله‌ی نمونه با طول و مساحت سطح مقطع استاندارد.

(12)  سختی:

برخی انواع رس از انواع دیگر سخت‌تر هستند. برای مثال، شیل‌های رسی و رس‌های فلینتی سخت‌تر از بنتونیت، رس چینی و غیره هستند.

(13) مقدار pH:

این مقدار عبارت است از لگاریتم منفی غلظت یون هیدروژن مؤثر یا فعالیت یون هیدروژن به‌صورت اکی‌والان گرم بر لیتر. این مقدار در بیان خاصیت اسیدی و قلیایی در مقیاسی به‌کار می‌رود که از ۰ تا ۱۴ متغیر است و ۷ بیانگر خنثی بودن است. اعداد کمتر از ۷ نشان‌دهنده افزایش خاصیت اسیدی و اعداد بزرگ‌تر از ۷ نشان‌دهنده افزایش خاصیت قلیایی هستند.

(14) ویسکوزیته:

ویسکوزیته خاصیتی از مایع (یا توده نیمه‌جامد) است که این خاصیت در واقع واحدی از مقاومت درونی مایع در برابر تغییر شکل تحت تنش برشی است. این مقدار از طریق فشار بر حسب دین بر سانتی‌متر مربع یا پاسکال (Pa) اندازه‌گیری می‌شود و باید، برای غلبه بر مقاومت مذکور و حفظ ویسکوزیته‎ی جریان یک سانتی‌متر در ثانیه، اعمال شود. این واحد اندازه‌گیری ویسکوزیته عبارت است از پواز که برابر است با 1 gm.cm.sec یا ۱ پاسکال بر ثانیه (Pa.sec). این واحد اغلب به‌صورت سانتی‌پواز (cP) بیان می‌شود. این ویژگی اغلب برای شرح رس هنگام ترکیب با آب حائز اهمیت است.

(15) ترکیب شیمیایی:

دانش ترکیب شیمایی خاک‌های رس راهنمایی مفید برای نحوه رفتارشان در محصول سرامیکی ساخته‌شده از رس فراهم می‌سازد. رس را معمولاً برای اکسیدهای آلومینیوم، سیلیکون، تیتانیم، کلسیم، منیزیم، پتاسیم و سدیم و تقلیل وزن حرارتی (LOI) آنالیز می‌کنند. این تحلیل‌ها، راهنماهای ارزشمندی ارائه می‌کنند.

1.   ترکیبات آلومینیوم اکسید و سیلیسیم دی‌اکسید: این ترکیب‌ها احتمالاً به تفکیک بین رس چینی و توپی کمک می‏کنند. اگر نمونه‏های بسیاری آنالیز شوند، مشخص می‌شود که این ترکیبات در رس چینی نسبتاً ثابت هستند، اما در رس توپی به‌طور گسترده‌ای متغیرند.
2. ترکیب اکسید آهن و تیتانیوم دی اکسید: این ترکیب‌ها اکسیدهای رنگی (تیتانیوم دی اکسید خالصِ تازه خیلی سفید است، اما به مرور زمان زرد می‌شود) هستند و آنالیزهای‎شان را، به‌طور کلی، می‌توان در قالب راهنمایی برای رنگ نسوز به‌کار برد.
3. ترکیبات کلسیم اکسید و منیزیم اکسید: آنالیز این ترکیب‌ها در موردی که انواع رس بنتونیت و خاک رنگ‏بری وجود داشته باشند حائز اهمیت است.
4. ترکیبات پتاسیم اکسید و سدیم اکسید: اکسیدهای قلیایی حاصل از فلدسپاتها و میکاها بر رفتار شیشه‌شدگی تأثیر می‌گذارند، زیرا نقش گدازآورها را ایفا می‏کنند.
5. تقلیل وزن حرارتی (LOI): رس‌ها هیدرات‌های حاوی تعداد متغیری از مولکول‌های آب هستند. بنابراین، LOI عموماً حاصل از دست‌ رفتن آب در پخت است و از رسی به رس دیگر فرق می‌کند. با این حال، در مورد بنتونیت لیگنیتی، به دلیل از دست رفتن آب و کربن، مقدار آن بسیار بیش‏تر است.

برخی اوقات، ترکیبات اضافی‎ای مثل نمک محلول، عناصر کمیاب و کربن برای بعضی خاک‌های رس اعمال می‌شوند.

(16) ترکیب کانی‌شناختی:

روش‌های موجود برای تعیین ترکیب کانی‌شناختی رس دقیق نیستند. این امر عمدتاً به دلیل تأثیرات جهت‌گیری و شکل ذرات است که می‌تواند منجر به ارزیابی بیش از حد برخی ترکیبات در رابطه با ترکیبات دیگر شود. با وجود این، بعضی کانی‌های رسی مثل کائولینیت، مونتموریلونیت، آتاپولگیت در بعضی خاک‌های رس غالب هستند، و این آنالیز می‌تواند نشانه‌های مفیدی برای نوع خاک رس فراهم سازد.

2- رس پخته

(1) رنگ رس پخت: این ویژگی وقتی حائز اهمیت است که رس بعد ازپخت استفاده میشود. هرچه رسی که می پزد سفیدتر باشد، انتظار می‌رود کیفیتش بیش‏تر شود. اما در سفالگری و غیره، الگوی رنگ مهم‌تر از سفیدی است. رنگ پختگی به بعضی ناخالصی‌های موجود در رس بستگی دارد.

(2) انقباض: در انقباض، حجم کل توده به این دلیل کاهش می‌یابد که، با حذف آب هنگام خشک‌ شدن، ذرات جامد به یکدیگر نزدیک‌تر می‌شوند. با حرارت بیش‏تر در کوره، ذرات تا حدی شیشه‌ای و بیش از پیش به هم نزدیک می‌شوند و، از این رو، انقباض بیش‏تر می‏شود. انقباض با ریزی ذرات تناسب دارد. انقباض غیرقابل‌بازگشت است.

(3) انبساط حرارتی:

در مقابل انقباض، انبساط حرارتی بازگشت‌پذیر است. نمونه‌های رسی که قبلاً پخت، برای مشاهده وقوع انبساط‌های برگشت‌پذیر، مجدداً حرارت می یابند. این امر شامل دیلاتومتری (یعنی مطالعه تغییرات اندازه‌ای که با حرارت دیدن ماده اتفاق می‌افتد)می‌شود. انبساط حرارتی می‌تواند اطلاعات مفیدی درباره رفتار پخت محصول سرامیک رسی فراهم سازد. ارزشمندترین نقش این ویژگی در ارزیابی سازگاری لعاب‏-بدنه است، یعنی، در صورت وجود، انبساط افتراقی لعاب در رابطه با بدنه لعابی.

(4) گداز‌پذیری:

هیچ نقطه گداخت مجزایی را نمی‌توان به خاک‌های رس نسبت داد. خاک‌های رس معمولاً خیلی قبل‌تر از این‌که کاملاً ذوب شوند اندک‌اندک شروع به گداخت می‌کنند.

(5) دیرگدازی:

این ویژگی نشان می‌دهد که رس معین قادر به حفظ شکلش در دمای معین و تحت فشار عادی است. به بیان دیگر، دیرگدازی عبارت است از مقاومت رس به دمای بالا. در اکثر کاربردها، یک نوع واحد رس به‌ندرت استفاده میشود، و گروه های متشکل از ترکیبات چند نوع در کوره‌ها میپزند.

به این ترتیب، از دماهای گداخت انواع مختلف رس هیچ‌گونه راهنمایی برای دیرگدازی ترکیبی متنوع به دست نمی‏آید. از این جهت، برای تعیین دیرگدازی رس در رابطه با رفتار واقعی‌اش در کوره، مخروط‌های آذرسنجی استاندارد به‌کار می‌روند.

مخروط آذرسنجی:

مخروط آذرسنجی عبارت است از نوعی مخروط با قاعده مثلثی و شکل و اندازه‌ای تعریف‌شده. این مخروط حاصل دسته‌ای از مواد سرامیکی است که تناسبی دقیق و ترکیبی یکنواخت دارد تا، وقتی تحت شرایط کوره حرارت دید، در نتیجه‏ی نرم شدن خم شود، و در دمای معین و بعد از مدتی معین، نوک آن با باز هم‌تراز ‌شود.

با تغییر در ترکیب این مخلوط، مجموعه‌ای از مخروط‌ها، با افزایش دمای نرم‌ شدن، ایجاد می‌شود. سپس، مخروطی با شکل و اندازه یکسانی که از هرگونه خاک رسی تولید میشود حرارت می یابد و با یکی از مخروط‌های مرجع تطبیق می‌یابد.

پس از آن، می‌توان از دمای نرم شدن مخروط مرجع (موجود در جدول) دمای نرم شدن مخروط آزمایش را به دست آورد، و شماره مخروط مرجع تحت عنوان «اکی‌والان مخروط آذرسنجی» یا PCE بیانگر دیرگدازی خاک رس آزمایش است. سه مجموعه استاندارد مخروط‌های آذرسنجی متداول هستند: اورتن در ایالات متحده آمریکا، سگر در آلمان و استفوردشایر در انگلستان.

از میان این استانداردها، اکی‌والان مخروط آذرسنجی اورتن (یا صرفاً اورتن) در هند معیار دیرگدازی خاک‌های رس به شمار می‌رود. این مجموعه با خنک‌ترین مخروط به شماره ۰۲۲ (معادل ۵۸۶ درجه سانتی‌گراد وقتی یک مخروط خوداتکای 75/1 اینچی با سرعت ۶۰ درجه در ساعت حرارت ببیند) و مقاوم‌ترین مخروط به شماره ۴۲ (معادل ۲۰۱۵ درجه سانتی‌گراد وقتی مخروطی کوچک با ارتفاع 16/15 اینچ با سرعت بالای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد در ساعت حرارت ببیند) شروع می‌شود.

در بین این حدود، ارقام ۰۲۱، ۰۲۰، ۰۱۹ … ۰۲، ۰۱، ۱، ۲، ۳، … ۳۹، ۴۰، ۴۱ وجود دارد. ماده دیرگداز ماده‌ای است که PCE آن حداقل ۲۱ است. یعنی ماده‌ای که در دمای کمتر از ۱۵۶۶ درجه سانتی‌گراد گداخت نمی‌شود.

(6) شیشه‌شدگی:

این ویژگی نشان‌دهنده درجه‌ی گداختی است که تحت شرایط حرارت معین رخ می‌دهد. میزان شیشه‌شدگی خاک رس متناسب با مقدار ماده گدازنده موجود در آن و طول مدت و شدت حرارت‌دهی است.

(7) دامنه‌ی شیشه‌شدگی:

این مقدار در واقع عبارت است از اختلاف بین دمای شروع شیشه‌شدگی خاک رس و دمای ذوب کامل خاک رس. نسبت بالاتر ذرات کوچک و مقادیر بیش‌تر ترکیب‌های پایه و گدازآورها معمولاً دامنه‌ی شیشه‌شدگی را کاهش می‌دهند.

(8) تخلخل:

تخلخل خاک رس خام اهمیت کمی دارد. و تخلخل خاک رس پخته را می‌توان متضاد شیشه‌شدگی در نظر گرفت. به عبارت دیگر، رس‌های شیشه‌شونده به شکل متراکم‌تری پخته می‌شوند.

با بررسی دقیق ویژگی‌های مذکور، درمی‌یابیم که بسیاری از آن‌ها به هم وابسته‌اند. برای مثال:

• اندازه ذره، مقاومت، قدرت پیوند، آماس و نفوذناپذیری ارتباط نزدیکی با شکل‌پذیری دارند.
• اندازه ذره و انقباض با هم مرتبط نیستند.
• دامنه‌ی شیشه‌شدگی چیزی جز اختلاف بین دمای گداخت و دمای شیشه‌شدگی و گدازپذیری چیزی جز نقطه‌ی مقابل دیرگدازی نیست.
• جذب عبارت است از معیار تخلخل (تا حدی) که صرفاً نقطه‌ی عکس شیشه‌شدگی است.
• جذب از طرفی نیز تا حدی با شاخص آماس در ارتباط است.

رابطه میان سایر خواص با قطعیت شناخته نشده است. با این حال، این ویژگی‌ها برای بررسی مقدماتی خاک رس به‌منظور تثبیت نوع آن و استفاده صنعتی ممکن هستند. در مرحله استفاده واقعی، حتی بعد از شناخت نوع رس، شاید لازم باشد صنایع کیفیت خاک رسی بخصوص را بررسی کنند و این امر ممکن است مستلزم آزمایش‌های دقیق‌تر باشد. اما مهم‌تر آن‌که صنایع متکی به تجربه و قضاوت هستند. و حتی‌الامکان سعی می‌کنند به منبع تأمین معروف، که کارامدی‌اش با گذشت زمان ثابت است، پایبند بمانند.

ادامه

https://mpsm-co.com