ما هو الكالسيت؟ ما هي مجالات استخدامه؟

ما هو الكالسيت؟ ما هي مجالات استخدامه؟ بعض المعلومات عن الكالسيت

خواصة

الكالسيت هو معدن كيميائي صيغته الكيميائية CaCO3، وهو مكون أساسي من مكونات الحجر الجيري، ويبلغ حجم حبيباته البلورية ما بين 1 مم و10 سم. وفقًا لمقياس صلابة موس، تبلغ صلابته 3 ووزنه النوعي 2.7 غرام/سم3 عند 20 درجة مئوية، وقابليته للذوبان 0.0015 غرام/سم3 H2O عند 25 درجة مئوية، وله شقوق جميلة على أسطحه المعينية (1011). وهو سهل الكسر، وله بريق زجاجي، ويوجد في الطبيعة شبه شفاف وغير لامع. النوع المسمى Islanda Spatı هو سلبي بصريًا، ومقاطعه الرقيقة عديمة اللون. يذوب في الحمض ويطلق فقاعات ثاني أكسيد الكربون. الانكسار المزدوج هو خاصية مهمة. ولهذا السبب يظهر الكتابة بشكل مزدوج. تحتوي تركيبته النقية على 56٪ CaO و 44٪ CO2، ويمكن أن تحتوي أيضًا على كميات قليلة من Mg و Fe و Mn و Zn و Sr و Cu و Pb و Co و Ba و Cr و As اعتمادًا على الصخور والمعادن الموجودة معه. لا يذوب في الفوهة ولكن لونه يتغير إلى الأبيض أو الباهت (شاهين، 1978). تتكون الشوائب من أكاسيد MgO و SiO2 و Al2O3 و Na2O و TiO2 و P2O2، وتؤثر سلبًا على الجودة حسب المجال الصناعي المستخدم فيه.

شروط الاستخدام

الحجر الجيري (الكالكر):

إنها صخرة بيضاء أحادية المعدن، تتكون من بلورات الكالسيت ذات أحجام مختلفة. المعادن المرافقة لها هي البيريت والغالين والروتيل والزركون والجبس والباريت والفيلدسبات.

الرخام

حجم حبيبات الكريستال أكبر من 0.1 مم، وهو يتكون من الكالسيت الذي خضع لعملية التحول الصخري، وهو عبارة عن حجر جيري أو كلس. المعادن الجانبية هي السيليكات والفيلديسبات والميكا وأكسيد الحديد والفلوريت.

كالسيت ميكرونيز:

1-100 ميكرون هو الحجم التجاري للكالسيت المطحون. يستخدم عادة في صناعة الحشو والطلاء.

الطباشير:

إنه عبارة عن صخرة ناعمة مكونة من الكالسيت ذي الحبيبات الدقيقة وتحتوي على قشور حيوانات بحرية.

الجير المنطفئ:

CaO هو نتاج تسخين الحجر الجيري منخفض المحتوى من CaCO3 في فرن عند درجة حرارة 825 درجة مئوية (التكليس).

مصدر الكلس:

CaCO3 هو الاسم الذي يطلق على Ca(OH)2 الذي يتم الحصول عليه عن طريق معالجة الجير المنطفئ بالماء (الهيدرات).

كربونات الكالسيوم المترسبة:

CaCO3 هو نتاج معالجة كربونات الكالسيوم (CaCO3) بغاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) (عملية الكربنة). يتم الحصول على CaCO3 عن طريق معالجة CaCl2 بغاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) مع Na2CO3، ويستخدم في مجالات أخرى غير صناعة السيراميك.

مصطلحات تحديد الجودة

معدل التآكل:

100 غرام من CaCO3 الجاف الموزع في 3.2 لتر من الماء النقي، بعد 6000 دورة في جهاز الاحتكاك، ينتج عنه فقدان في الوزن بالمليغرام، وهو قيمة مهمة في صناعة الورق.

سرعة التشتت:

تكتل حبيبات CaCO3 في البيئة التي تستخدم فيها، وتفككها. وهو أمر مهم في صناعة الحشو.

تغطية حبيبات CaCO3 بمختلف المواد الشحمية لتقليل وتقليل الفراغ بين الحبيبات.

درجة البياض:

هذه القيمة يتم الحصول عليها من خلال مقارنة مع قياس البياض القياسي لـ MgO، وهي تمثل النسبة المئوية لانعكاس الضوء للمادة. يجب أن تكون هذه القيمة 96-100٪ للكالسيت، 96٪ للرخام، و93-96٪ للطباشير. هذه الخاصية مطلوبة في الصناعات التي تعتمد على الورق والبياض.

المساحة النوعية:

1 غرام من CaCO3 تبلغ مساحته الإجمالية سم2. يستخدم في صناعة الطلاء والبلاستيك.

التحضير والتحسين:

قبل استخدام الكالسيت في الصناعة، يتم طحنه وتصنيفه وفصله مغناطيسياً وفقاً لتركيبته، ثم يتم تعريضه لعمليات التعويم. وبذلك يصبح الكالسيت متجانساً من الناحية الفيزيائية والكيميائية.

التكسير:

تُستخدم الكسارات ذات الفكوك والكسارات التصادمية والكسارات المطرقية في تكسير الكتل الصخرية. يتم اختيار نوع الكسارة وفقًا لخصائص المادة المراد تكسيرها، وصلابتها، وسعة المنشأة، وحجم المنتج. تنتج الكسارات ذات الفكوك منتجات مستوية وطويلة، بينما تنتج الكسارات التصادمية منتجات مكعبة أو مستديرة.

الطحن:

تُستخدم المطاحن ذات العصا والكرات، والمطاحن العمودية، والمطاحن الحلقية، والمطاحن الدوارة، والمطاحن البخاخة.

المطاحن، المطاحن الحلقية والمطاحن العمودية تستخدم مع جهاز تصنيف. في الطحن الرطب، يتم استخدام جهاز تصنيف خاص، وفي الطحن الجاف يتم استخدام جهاز فصل هوائي أو مرشح. عند استخدام المطاحن الكروية والمطاحن الحلقية في الطحن الجاف، يتم استخدامها مع فاصل حلزوني أو مروحة مانعة للغبار. المطاحن العمودية هي تقنية جديدة وتتميز بالمزايا التالية مقارنة بالمطاحن الأخرى:

1. التكلفة المنخفضة للتركيب
2. تكلفة تشغيل منخفضة وتستهلك طاقة قليلة
3. تعمل بصمت
4. تشغل مساحة صغيرة
5. الجزء المتحرك قليل
6. فرط الطحن والوقوف دون عمل قليل
7. حجم السعة الداخلية كبيرة

الفرز والتصنيف

يمكن إجراء الغربلة لفرز المواد وإزالة الرمل والطين وما إلى ذلك التي قد توجد مع المواد عن طريق غسلها. تستخدم في الغربلة غرابيل مسطحة ومخروطية ومهتزة ومتذبذبة ودوارة. بالنسبة للمواد التي يقل حجم حبيباتها عن 147 ميكرون، يتم استخدام فواصل هوائية أو أسطوانات.

الطفو:

قبل المعالجة، يتم التخلص من المواد المصنفة تحت 74 ميكرون بواسطة الطرد المركزي أو السيكلون. يتم تعويم الكالسيت مع الأحماض الدهنية والصابون عند درجة حموضة 8.5-9. يتم تثبيط السيريسيت والكوارتز والسيليكات الأخرى باستخدام حمض التانيك أو الكويبراشو أو الكالغون. يستخدم Na2CO3 و Na2SiO3 كمواد مفاعلة للتحكم. يمكن تغذية المواد المفاعلة مباشرة إلى وحدة التكييف أو خلية التعويم في بيئة ذات كثافة صلبة بنسبة 20٪. كما يستخدم NaOH لزيادة الكفاءة. يمكن أن تتراوح مدة التعويم بين 10 و 12 دقيقة.

مجالات الاستخدام

الورق

يستخدم كمواد حشو وتغطية. وبذلك يصبح السطح صلبًا ومستويًا ويتم الحصول على لون متجانس (شاهين، 1999). تختلف القيم الكيميائية الأخرى حسب نوع الورق. يجب أن تكون درجة البياض 94٪ على الأقل وأن يكون الحجم 1-100 ميكرون حسب مكان الاستخدام. بفضل خاصية امتصاص الزيت، فإنه يضمن تجفيف الحبر بسرعة، وبالتالي يستخدم في صناعة الصحف والمجلات والورق عالي الجودة. أما في ورق السجائر، فيستخدم كمواد حشو. وقد تم نشر معايير TS 11653 ”المستخدمة في صناعة ورق الكالسيت“ والمعيار الأمريكي ASTM D 1199 في هذا الصدد.

الدهانات

نظرًا لرخص ثمنه، يتم استخدامه كملء بدلاً من مادة الصبغة في الطلاء لمنع تآكل الفولاذ والحصول على طبقة سميكة من الطلاء في طبقة واحدة، ولزيادة مقاومة الطلاء للماء والمواد الكيميائية. يجب أن تكون نسبة الباريوم والكروم والأسيلين في طلاء الألعاب ضمن النسب المحددة. يجب أن يكون نسبة CaCO3 في الحجر الجيري 95٪، وفي الرخام 99٪ على الأقل، وفي الرخام الذي لا يحتوي على مواد صلبة 98٪ على الأقل، وفي الحجر الجيري المتبلور 99٪. تم إلغاء TS 7047 ”كربونات الكالسيوم – المستخدمة في صناعة الطلاء“ واستبدالها بـ TS 11296 ” المواد المالئة المستخدمة في الدهانات”، والمعايير الأمريكية ASTM D 1199، والبريطانية BS 1795، والهندية IS 8767، والإيرانية ISIRI 2399، بالإضافة إلى معايير TS EN ISO 3262-4 و TS EN ISO 3262-5 و TS EN ISO 3262-6 الخاصة بمواد الخام المستخدمة في صناعة الدهانات.

المطاط

يستخدم كمواد حشو ويجب أن تكون الحبيبات أصغر من 20 ميكرون وذات شكل دائري وأن تنتشر جيدًا في عجينة المطاط. يستخدم في الأماكن التي لا تحتاج إلى مقاومة ولا تتعرض للتآكل ولا تحتاج إلى كربون أسود. يضمن استخدام المطاط في أحمال زائدة دون فقدان ليونته. وبالتالي لا يحدث تمدد أو تمدد. اللون مهم في المطاط الأبيض. يجب أن يكون CaCO3 92٪ على الأقل و98٪ عند استخدام الطباشير، ويجب أن تكون نسب Cu وMn وPb محددة. TS 4160 ”CaCO3، المستخدم في صناعة المطاط النشط“ TS ISO 5796 ”مواد مضافة لعجينة المطاط – الحجر الجيري الطبيعي – طرق الاختبار“، TS 6758 ” مواد مضافة لمطاط المطاط – الحجر الجيري الطبيعي – طرق الاختبار”، ASTM D 1199 الأمريكية، IS 917 الهندية، JIS K 6233 اليابانية و ISIRI 2399 الإيرانية.

البلاستيك

يستخدم كحشو في البلاستيك لأنه يضمن المتانة وسهولة الخروج من القالب وتساوي السماكة في جميع الأماكن. كما يستخدم في البلاستيك لأنه يوفر الصلابة والمرونة والمقاومة والانحناء ومنع التوتر الداخلي ومقاومة درجات الحرارة العالية. يجب ألا تحتوي على معادن ثقيلة، وأن تكون منخفضة الامتصاص للزيوت، وألا تمتص المواد الكيميائية الأخرى والملينات، وأن تكون ذات درجة بياض عالية، وألا تسبب تآكلًا في الآلات، وأن تتفكك بسهولة، وأن تزيد من مقاومة الصدمات، وأن تكون حبيباتها مستديرة بحجم 3-0.02 ميكرون، وأن تحتوي على 95٪ على الأقل من CaCO3. تم نشر معيار إيران ISIRI 2399.

علف الحيوانات

الكالسيوم ضروري لنمو عظام وأسنان الحيوانات، لذا يستخدم كمواد حشو في أعلافها. يجب أن يحتوي CaCO3 على 92٪ على الأقل، وأن يكون SiO2 منخفضًا جدًا، وأن تكون العناصر مثل As و F بنسب محددة. يجب أن يكون الحجم 400 ميكرون لأعلاف الكتاكيت، و3 مم للطيور الداجنة الكبيرة، وأقل من 25 ميكرون لجميع أنواع الحيوانات الكبيرة. يجب ألا تزيد نسبة المواد الغريبة في المادة المستخدمة عن 3٪. TS 8606 ”أعلاف الحيوانات – مركبات CaCO3“، TS 8599 ”أعلاف الحيوانات – حجر اللعق“، TS 9699 ”أعلاف الحيوانات – علف بيض الدجاج“ TS 8880 “مضافات الأعلاف – منظمات الحموضة – كربونات الكالسيوم TayiCa، يستخدم كملء في الأعلاف لأنه ضروري لنمو عظام وأسنان الحيوانات. يجب أن يكون CaCO3 بنسبة 92٪ على الأقل، وأن يكون SiO2 منخفضًا جدًا، وأن تكون العناصر مثل As و F بنسب محددة. يجب أن يكون الحجم 400 ميكرون لعلف الكتاكيت، و 3 مم للطيور الداجنة الكبيرة، وأقل من 25 ميكرون لجميع أنواع الحيوانات الكبيرة. يجب ألا تزيد نسبة المواد الغريبة في المادة المستخدمة عن 3٪. TS 8606 ”أعلاف الحيوانات – مركبات CaCO3“، TS 8599 ”أعلاف الحيوانات – حجر اللعق“، TS 9699 ”أعلاف الحيوانات – علف بيض الدجاج“ TS 8880 ”مضافات الأعلاف – منظمات الحموضة – تحديد كربونات الكالسيوم“ ومعايير ASTM C 706 الأمريكية قد أعدت لهذه الأغراض.

الزراعة

للحصول على محصول جيد من التربة الحمضية، يجب إضافة الكالسيوم إلى التربة. وبذلك تتحسن حياة الكائنات الحية في التربة ويصبح الرقم الهيدروجيني 6-7.5. الكالسيوم هو أيضًا مغذٍ للنباتات. يتم استخدام مسحوق الرخام أو مسحوق الحجر الجيري كسماد لتعويض أملاح الكالسيوم المفقودة في التربة المزروعة. يجب أن يكون CaCO3 بنسبة 90٪ على الأقل وأن يكون حجمه أقل من 0.15 مم. يجب أن يكون As بحد أقصى 4 جزء في المليون. تتعلق معايير TS 9741 ”الجير – المستخدم في الزراعة – المصطلحات والتعاريف“ والمعايير الأمريكية ASTM C 602 بهذا الموضوع.

الدواء

الكالسيت يستخدم بشكل رئيسي في أدوية المعدة. يجب أن يكون محتوى CaCO3 98.8٪، ومحتوى الحديد (Fe) أقل من 0.05٪، وأن يكون حجمه أقل من 2.4 ميكرون.

مناجم الفحم

يستخدم لمنع انفجار غبار الفحم وانتشار اللهب من المتفجرات. يجب ألا تزيد نسبة السيليكون عن 4٪ وألا تزيد نسبة المواد القابلة للاحتراق عن 5٪. يجب أن يكون حجمه 84 ميكرون وأن يكون على شكل غبار لا يتكتل عند تسخينه. تم إعداد معيار ASTM C737 الأمريكي ومواصفات مجلس الفحم الوطني البريطاني في هذا الصدد.

الزجاج

يستخدم الكالسيت في صناعة الزجاج للزجاجات والنوافذ لأنه يزيد من مقاومة الزجاج للتأثيرات الكيميائية ويجعل لونه أفتح. يجب أن يكون محتوى CaCO3 98.5٪، و Fe 0.2٪، والحجم -0.5 مم. تم إعداد معايير TS 4746 ”الحجر الجيري المطحون المستخدم في صناعة الزجاج عديم اللون“ و BS 3108 البريطانية و IS 887 الهندية لهذا الغرض.

معجون الزجاج

نظرًا لامتصاص الطباشير ذي البنية الكريستالية للزيت بشكل كبير، يتم خلطه بزيت الزفت واستخدامه كمواد حشو في صناعة معجون الزجاج. كما يستخدم الحجر الجيري المطحون ناعماً لنفس الغرض. يجب أن يكون CaCO3 بنسبة 90٪ وأن يكون حجمه أقل من 40 ميكرون. TS 11602 ”معجون الزجاج“، ASTM D 1199 الأمريكية و BS 44 البريطانية تم إعدادها لهذا الغرض.

السكر

الكالسيت يفصل الملوثات عن الشراب أثناء عملية تصنيع السكر. تتحول مركبات الفوسفوريك والأحماض العضوية إلى مركبات كالسيوم غير ضارة. يجب أن يكون محتوى CaCO3 96٪ على الأقل، وSiO3 0.5٪، وأن يكون الحجم أقل من 74 ميكرون.

المستحضرات التجميلية

CaCO3 يجب أن يكون بنسبة 98٪، الحجم -0.4 ميكرون واللون بنسبة 38-99٪. تم إعداد معايير TS 4162 ”CaC03-مستخدم في الصناعة التجميلية“، إيران ISIRI 2860، باكستان PS 1584 والهند IS 1918.

المواد المتفجرة

يجب أن يكون CaCO3 بنسبة لا تقل عن 98٪ وحجمه أكبر من 125 ميكرون. تم إعداد معايير TS 4161 ”CaCO3 – المستخدم في صناعة المتفجرات والبيروتكنيك“ ومعايير IS 7633 الهندية.

الكبريت

الكربيت يتكون من تفاعل الكوك مع الحجر الجيري. يجب أن يكون محتوى CaO 92٪ على الأقل، ومحتوى الفقدان عند الحرق 4٪.

معالجة المياة

يستخدم ما لا يقل عن 90٪ من CaO في إزالة تعكر المياه؛ ويستخدم ما لا يقل عن 93٪ من CaO في إزالة لون المياه وجعلها غير ضارة وفي عملية الكلورة. يجب ألا تزيد نسبة Fe2O3 عن 0.3٪. تم إعداد معايير TS Pr EN 1018 ”CaCO3 – المستخدمة في معالجة مياه الشرب والاستخدام“ و ISIRI 2784 الإيرانية في هذا الصدد.

السيراميك

يستخدم في صناعة السيراميك والمينا والبلاط. يضاف إلى طين البلاط لإزالة الآثار الضارة لثاني أكسيد السيليكون (SiO2) الموجود في التركيبة. نسبة الاستخدام هي 2-6٪. إذا تم تجاوز هذه النسبة، يتحول اللون إلى اللون الوردي، وتظهر بقع صفراء، ويتشوه عند درجات الحرارة العالية. CaO يزيد من متانة مادة السيراميك. يتفاعل CaO مع Al2O3 و SiO3 الموجودين في التركيب ليشكل بنية زجاجية للطلاء عند 1280 درجة مئوية. من المفضل أن يكون محتوى Cr2O3 منخفضًا لأنه يزيد من درجة حرارة الانصهار. يجب أن يكون محتوى CaCO3 98٪ على الأقل. تقل المسامية في الطين الخزفي مع ارتفاع درجة الحرارة. تزداد درجة حرارة الطهي مع زيادة SiO2 في الجليز. تعمل الطبقة الوسيطة التي تتكون من CaO و SiO2 على موازنة التوتر بين الجليز والطين الخزفي وتمنع تشكل تشققات في الجليز. وبالتالي، يزداد صلابة سطح الجليز بفضل CaO. يجب ألا يحتوي الجليز على Fe أو أي مواد أخرى مسببة للون.

مادة الحشو

عند استخدام مسحوق الرخام كمادة حشو، يجب أن يكون محتوى Ca-CO3 95٪ على الأقل، وأن يكون حجم الحبيبات أقل من 250 ميكرون. عندما يتم خلط الكالسيت الرطب مع الأسمنت الأبيض، فإنه يتسبب في تبلور الأسمنت ويؤثر على جودة المنتج (جمعية الرخاميين، 2005). لذلك يجب ألا تزيد رطوبة الكالسيت عن 1٪. تم إعداد معيار TS 5892 ”بناء المباني – مواد التماس – مواد مانعة للتسرب – المصطلحات“.

مجالات الاستخدام الاخرى

1. احتجاز الغازات العضوية مثل الكبريت العضوي و SO2 و CS2 في مصفاة النفط،
2. كعامل تصبن في زيت تشحيم السيارات،
3. حماية الأسلاك الساخنة من الأكسدة أثناء تصنيع الأسلاك،
4. الحبر، الغراء، الجلسرين، الخل، العلكة، الكبريت، القماش المشمع، تصنيع قضبان اللحام،
5. تحويل الدهون إلى صابون وجعلها سائلة،
6. في صناعة الجلود، يتم استخدامه لإزالة شعر الحيوانات، وفي مبيدات الحشرات كمطهر، وكمادة ماصة للسموم.
7. في صناعة الصودا والصابون ومسحوق التنظيف ومعجون الأسنان والمواد الكاشطة اللينة،
8. يُستخدم في عمليات التعويم وحفر الآبار.

المراجع

Şahin, N., (1978) ’’Türkiye Kalsit Olanakları ve Kalsitin Endüstriyel Hammadde Olarak Hazırlanması’’, Bitirme Çalışması, Hacettepe Üniversitesi (Yazarın kendiside de bir kopye var), Ankara. Şahin, N., 1999 ‘’Endüstriyel Hammadde Olarak Kalsit (CaCO3) ve Cevher Hazırlaması’’, MTA Genel Müdürlüğü Derleme Rap No:10294, Ankara. Mermerciler Derneği, (2005) ‘’Mermer Artıklarının Değerlendirilmesi İle İlgili Araştırmalar’’, Muğla..