صفر تا صد کانی های معدنی به معنی ماده ی معدنی است که ساختار و فرمول شیمیایی نسبتا ثابتی دارد. این ترکیبات معدنی در معادن سنگ موجود هستند که هر کدام ویژگی های منحصر به فرد خود را دارا می باشند. انواع کانی های معدنی در سراسر کره ی زمین یافت می شوند و در تمامی صنایع و مشاغل انسان از قدیم تا به حال کاربرد دارند. کانی از واژه ی کان به معنی معدن گرفته شده است. کانی ها می توانند از عنصری خالص یا از ترکیب چندین عنصر ساخته شده باشند.
کانی ها بر اساس نوع کاربردشان به سه دسته ی فلزی، غیر فلزی (نمک ها، پتاس، میکا و …) و سوختنی یا آلی (زغال و …) دسته بندی می شوند. دسته ی فلزی خود به سه دسته ی گران بها (طلا، نقره، پلاتین و …)، آهنی (آهن، کبالت، نیکل و …) و غیر آهنی (سرب، روی، آلومینیوم و …) تقسیم بندی می شوند. در ادامه به بررسی دسته بندی انواع کانی های معدنی، سایر انواع کانی های شناخته شده، همه چیز راجع به استخراج کانی های معدنی و تجارت سنگ های معدنی با ارزش می پردازیم.
کانی ماده‌ای است که به‌طور طبیعی از معادن به اندازه چشم‌گیری استخراج می‌شود. کانی‌ها از پیوندهای گوناگون بین اتم‌ها به وجود می‌آیند و بسیاری از آن‌ها از دو یا چند عنصر و برخی از یک عنصر خالص تشکیل شده‌اند. گفتنی است موادی مثل آلیاژهای گوناگون ساخت دست انسان، شیشه و چینی کانی نیستند. همچنین صدف، مروارید، عاج، استخوان و مواد دیگری که توسط جانداران دیگر ساخته می‌شود در این دسته قرار نمی‌گیرند. لازم به ذکر است گرافیت و زغال‌سنگ با اینکه منبعی آلی دارند چون در مسیر تکامل خود دچار تغییرات زیادی شده‌اند و به‌طور مستقیم ریشه آلی ندارند، کانی محسوب می‌شوند.
حدود ۹۸٫۵ درصد کانی‌ها از ۸ عنصر اکسیژن، سیلیسیم، آلومینیوم، آهن، کلسیم، سدیم، پتاسیم، و منیزیم تشکیل شده‌اند. از ترکیب شدن این عناصر با یکدیگر، کانی‌های متنوعی به‌وجود آمده‌اند. کانی‌ها به دلیل چگونگی شکل‌گیری از نظر ترکیب شیمیایی، شکل ظاهری، رنگ، اندازه و … با یکدیگر تفاوت دارند.
دسته بندی انواع کانی های معدنی
۱- عناصر آزاد
زمانی که در ساختار کانی ها فقط یک عنصر وجود داشته باشد؛ کانی در زمره ی عناصر آزاد دسته بندی می شود. عناصر آزاد به دو گروه فلزی و غیر فلزی تقسیم بندی می گردند. فلزات شامل طلا (Au)، نقره (Ag)، مس (Cu)، پلاتین (Pt) ، پالادیوم (Pd) و غیر فلزات شامل گوگرد (S)، الماس (C) و گرافیت (C) می باشند.
۲- هالیدها
کانی هایی که در گروه هالیدها قرار می گیرند دارای فرمول شیمیایی ساده ای هستند که به شدت در آب محلول می باشند. این ترکیبات از پیوندهای یونی تشکیل شده اند. برخی از انواع کانی معدنی که در گروه هالیدها قرار می گیرند عبارتند از: هالیت (NaCl)، سیلویت (KCl)، فلوریت (CaF2)، آتاکامیت (Cu2Cl(OH)3) و کلرآرژیریت (AgCl).
۳- اکسیدها و هیدروکسیدها
این گروه از کانی ها دارای پیوند یونی می باشند که خواص آن ها نیز متغیر است. این کانی ها به صورت ذاتی سخت، دیر گداز و چگال هستند. انواع اکسیدها شامل کوپریت Cu2Co ، هماتیت Fe2O3 ، ایلمنیت FeTiO3 ، هرسینیت FeAl2O3، گاهنیت ZnAl2O4 ، منیتیت Fe3O4 ، کرومیت FeCr2O4 ، روتیل TiO2 ، آناتاز TiO2 ، پیرولوزیت MnO2 ، کاسیتریت SnO2 ، اورانینیت UO2 ، توریانیت ThO2 ، کلمبیت و تانتالیت می باشند. انواع هیدروکسیدها (اکسی هیدروکسیدها) عبارتند از: گوتیت FeO(OH) ، گیبسیت Al(OH)3 ، بوهمیت AlO(OH) و منگانیت MnO(OH).
۴- اکسی سالت ها
یکی دیگر از انواع کانی های معدنی، اکسی سالت ها می باشند. این دسته از کانی های معدنی در گروه کانی های کربناته قرار می گیرند که از پیوند گروه های آنیونی کربنات به وسیله ی کاتیون هایی مانند Fe، Mg و Ca تشکیل می شوند. کربنات های هیدروکسیل دار و آبدار می توانند در نتیجه ی هوازدگی و دگرسانی نیز تشکیل شوند. به طور کلی اکسی سالت ها شامل کربنات ها، تنگستات ها، فسفات ها و وانادات ها می باشند که در ادامه انواع آن ها را نیز ذکر خواهیم کرد.
کربنات ها
کربنات کلسیم CaCO3 – دولومیت CaMg(CO3)2 – آنکریت CaFe(CO3)2 – سیدریت FeCO3 – رودوکروزیت MnCO3 – امسیت زونیت ZnCO3 – سروزیت PbCO3 – آزوریت Cu3(OH)2(CO3)2 – مالاکیت Cu2(OH)2CO3
کربنات کلسیم : این کانی و ماده ی معدنی در پوسته ی تخم مرغ، صدف حلزون و خرچنگ یافت می شود که البته می توان آن را به صورت مصنوعی نیز تولید کرد. بیش از ۴ درصد پوسته ی کره ی زمین از کلسیم کربنات یا انواع آن نظیر سنگ آهک ، سنگ مرمر و گرانیت ساخته شده است.
دولومیت: این ماده ی معدنی اغلب به رنگ های خاکستری در طبیعت یافت می شود. به دلیل اینکه نوعی سنگ آهک است ، به آن آهک دولومیتی هم می گویند. وزن مخصوص دولومیت ۶٫۲ گرم بر سانتی متر مکعب است. از دولومیت جهت ساختن آجر برای آستر کوره های حرارتی و سیمان پورتلند استفاده می شود.
سنگ آهن: نام سنگ آهن برای بسیاری آشنا می باشد ضمن این که سنگ آهن به تنهایی مقاوم نبوده و به راحتی اکسید خواهد شد و برای افزایش مقاومت این کانی از آلیاژها و ترکیبات مختلفی بهره می گیرند.
بنتونیت : این کانی در طب سنتی بسیار مشهور بوده و با نام گل سرشوی هم معروف می باشد. بنتونیت نوعی رس ریز دانه است و حداقل ۸۵ درصد رس مونت موریلونیت دارد.
تنگستات ها: شئلیت CaWO4 – ولفرامیت WO4(Fe,Mn) – سولفات ها (مثل سولفات کلسیم ، سولفات آهن و …) باریت BaSO4 – انیدریت CaSO4 – آلونیت KAl3(OH)6(SO4)2 – ژیپس CaSO4.2H2O – اپسومیت MgSO4.7H2O
فسفات ها: گزنوتیم YPO4 – مونازیت PO4(Ce,La,Th) – آپاتیت Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)
وانادات ها: کارنوتیت K2(UO2)(VO4)2.3H2O
۵- سیلیکات ها: همان طور که می دانید کره ی زمین به سه قسمت هسته، گوشته و پوسته از داخل به بیرون تقسیم بندی می شود. حجم بسیار زیادی از پوسته و گوشته ی کره ی زمین از کانی های سیلیکاتی ساخت شده است. کانی های سیلیکاتی نیز به دلیل تفاوت ساختاری و قرار گیری گروه آنیونی SiO4-4 به چندین دسته تقسیم بندی می شوند. این کانی ها از جمله کانی های سخت، دیر گداز و نیمه شفاف هستند. در ادامه برخی از سیلیکات ها را معرفی خواهیم کرد که به صورت باطله و محصولات دگرسانی با رخدادهای معدنی همراهند.
تکتوسیلیکات ها: کوارتز SiO2 – ارتوکلاز AlSi3O8(K,Na) – آلبیت AlSi3O8(Na,Ca) – اسکاپولیت – زئولیت (آنالیسم) NaAlSi2O6.H2O
نزوسیلیکات ها: زیرکن Zr(SiO4) – گارنت (آلماندین) Fe3Al2(SiO4)3 – گارنت (گراسولار) Ca3Al2(SiO4)3 – سیلیماتیت Al2SiO5 – توپاز Al2SiO4(F,OH)2 – کلریتوئید
سیکلوسیلیکات ها: بریل Be3Al2Si6O18 – تورمالین
سوروسیلیکات ها: لاوسونیت CaAl2Si2O7(OH)2.H2O – اپیدوت Ca2(Al,Fe)3Si3O12(OH)
فیلوسیلیکات ها: کائولینیت Al4Si4O10(OH)8 – مونت موریلونیت – ایلیت KAl2(Si,Al)4O10(H2O)(OH)2 – پیرو فیلیت Al2Si4O10(OH)2 – تالک Mg3Si4O10(OH)2 – مسکوویت KAl2(AlSi3O10)(OH)2 – بیوتیت K(Fe,Mg)3(Al,Fe)Si3O10(OH,F)2 – لپیدولیت K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(OH,F)2 – کلریت
اینوسیلیکات ها: ترمولیت – اکتینولیت Ca2(Fe,Mg)5Si8O22(OH)2 – اسپودومن LiAlSi2O6 – ولاسونیت CaSiO3
ساختار ناشناخته: کریزوکلا H2Si2O5(OH)4.nH2O(Cu,Al)2
۶- سولفیدها و سولفوسالت ها: این گروه از کانی ها یکی از پیچیده ترین و بزرگ ترین گروه های کانی ها را تشکیل می دهند که پیوند آن ها یونی و کووالانسی می باشد. فرمول عمومی سولفیدها AMXP می باشد که X اتم بزرگ تر و غالبا عنصر S (گوگرد) است. هم چنین X می تواند As، Sb، Te، Bi و Se نیز باشد. عنصر A نیز یک یا چند فلز است.
تا این جا راجع به سولفیدها بحث کردیم و اما سولفوسالت ها از سولفیدها کمیاب تر هستند. فرمول عمومی این دسته از انواع کانی های معدنی، AMBNXP می باشد. عنصر A می تواند یکی از عناصر Ag، Cu، Pb، B، As، Sb یا B باشد. فاکتور X هم عنصر S (گوگرد) است. به طور کلی سولفیدها و سولفوسالت ها کدر، سنگین و دارای جلای فلزی تا نیمه فلزی هستند. در ادامه انواع سولفیدها و سولفوسالت ها را معرفی می کنیم.
سولفیدها: کالکوسیت Cu2S – بورنیت Cu2Fes4 – گالن PbS4 – اسفالریت ZnS – کالکوپیریت CuFeS2 پیروتیت Fel-Xs – مولیبدنیت MoS2 – بیسموتینیت Bi2S3 – پیریت FeS2 – لاریت RuS2
سولفوسالت ها: تتراهدریت – تنانتیت – انارژیت Cu3AsS4
کاربرد کانی ها
کاربرد کانی های معدنی با توجه به ویژگی های مختلف آن ها می تواند متفاوت باشد. به عنوان مثال کانی ها با رنگ ها، سطح شکست، قابل رسانایی گرمایی مختلف می توانند در موارد متفاوتی مورد استفاده قرار گیرند. برخی از کانی ها نظیر الماس که مستقیما از پوسته ی زمین به دست می آیند به عنوان جواهر مورد استفاده قرار می گیرند. این گونه کانی ها به دلیل مقاومت و استحکام بالایی که دارند توسط دستگاه های تراش قوی برش داده می شوند و پس از صیقلی شدن آن ها در صنعت جواهر سازی مورد استفاده قرار می گیرند.
صرف نظر از مبحث جواهرات، کانی هایی هستند که در نمای داخلی و خارجی ساختمان ها و حتی در فونداسیون ساختمان نیز استفاده می شوند. تا کنون بیش از ۴۰ نوع کانی از سراسر کره ی زمین استخراج شده است که برخی از آن ها به تنهایی قابل استفاده و بهره برداری هستند و برخی دیگر نیاز به اعمال یک سری اصلاحات در ساختار خود دارند.
از انواع مختلف کانی ها در صنعت پزشکی و دندانسازی نیز استفاده می شود. برای ساخت پروتزها و اورتزها از کانی های مختلف بهره گرفته می شود. علاوه بر موارد گفته شده کاربردهای بسیار گسترده ای را می توان برای کانی ها در نظر گرفت. برای ساخت دستگاه های برش صنعتی از الماس که یک کانی بسیار مقاوم است استفاده می شود. هم چنین از کانی هایی مانند گرافیت به عنوان سوخت نیروگاه ها بهره گرفته می شود. همان طور که مشاهده می شود موارد استفاده از سنگ ها بسیار گسترده بوده و به صنعت خاصی محدود نمی شود.
عوامل تشکیل کانی‌ها
- سرد شدن بخار در سطح سنگ‌ها یا شکاف‌های موجود در آن‌ها
- واکنش‌های شیمیایی یون‌ها در آب
- تخریب شیمیایی کانی‌های دیگر
- در درون زمین و تحت تأثیر گرما و فشار و واکنش با محلول‌های داغ، مانند گرافیت
- منجمد شدن مواد مذاب؛ مثل کوارتز و فلدسپات
- تبخیر محلول‌های سیر شده (نمک دریا) و فراسیر شده (نمک معدن)
- تشکیل کانی با کمک تجزیه کانی‌های دیگر مانند خاک رس که حاصل از خورد شدن فلدسپات است.
- تحمل فشار و گرمای شدید مثل تشکیل زغال‌سنگ
- سرد شدن خاکستر آتشفشان مثل گوگرد و توف
- سرد شدن گدازه آتشفشان که باعث تشکیل پوکه و سنگ پا می‌شود.
ویژگی کانی ها
– کانی‌ها همگن هستند، به این معنا که ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی تمام ذرات تشکیل دهنده‌ی آن یکسان می‌باشد.
– جامد و بلوری‌اند، یعنی تمام ذرات سازنده‌ی آن‌ها براساس نظم و قانون مشخصی در کنار هم قرار گرفته‌اند.
– برخی از کانی‌ها از یک عنصر تشکیل شده‌اند مانند طلا و بسیار از کانی‌ها از دو یا چند عنصر متفاوت ساخته شده و ماده‌ی مرکبی را ایجاد کرده‌اند مانند کوارتز که ترکیبی از سیلیسیم و اکسیژن بوده و فراوان‌ترین کانی است.
– هر کانی ترکیب شیمیایی ثابتی دارد. بعنوان مثال کلسیت همواره CaCO۳ است و پیریت همیشه FeS۲ می‌باشد. البته ممکن است در برخی کانی‌ها نسبت برخی عنصرها تغییر نماید.
شناسایی کانی‌ها
بمنظور شناسایی کانی‌ها از خواص شیمیایی، فیزیکی و نوری آن‌ها کمک گرفته می‌شود. این روش‌ها عبارتند از:
– رنگ شعله: تکه‌ای از کانی یا پودر آن را روی شعله قرار می‌دهند و با دستگاهی به آن می‌دمند که می‌توان برخی از کانی‌ها را با تغییر رنگی که در شعله پدید می‌آید، شناسایی نمود. مثلا با سوزاندن منیزیم رنگ قرمز، کلسیم رنگ نارنجی و مس رنگ سبز درخشان دیده می‌شود.
همه چیز درباره خط تولید گاز کربن دی اکسید CO2
– طیف نور: در این روش با قرار دادن مقدار کمی از یک کانی در دستگاهی که با جرقه الکتریکی و در فشار زیاد کار می‌کند، کانی بخار شود. سپس اتم‌های عناصر تشکیل دهنده کانی، طول موج خاصی ساطع می‌کنند که پس از عکس برداری می‌توان به شناسایی عنصرهای سازنده کانی پرداخت.
– میکروسکوپ پلاریزان: ضخامت یک قطعه سنگ را که دارای کانی‌های مختلف است را به اندازه‌ای کاهش می‌دهند تا شفاف شود و نور از آن بگذرد. سپس زیر میکروسکوپ پلاریزان آن را بررسی می‌کنند و از روی نوع شکستگی، ضریب شکست نور، شکل ظاهری، رنگ و ویژگی‌های دیگر کانی شناسایی می‌شود.
– میکروسکوپ الکترونی: : لایه نازکی از کانی را توسط میکروسکوپ بررسی می‌کنند. با برخورد باریکه الکترونی به کانی، بخشی از آن جذب می‌شود و از کانی سایه‌ای بر روی صفحه‌ی مخصوصی به‌وجود می‌آید. با بررسی این سایه از نظر شکستگی‌ها، ساختمان درونی کانی و شکل ظاهری، کانی شناسایی می‌شود.
– پرتو ایکس: یکی از روش‌های کارآمد برای شناسایی کانی‌ها، به ویژه کانی‌هایی که ترکیب شیمیایی مشابهی دارند روش پرتو ایکس است.
صفر تا صد توضیحات و مشخصات کوره های دوار Rotary kiln
طبقه بندی کانی ها
کانی‌ها بر این اساس چگونگی شکل‌گیری به کانی‌های آذرین، رسوبی و دگرگونی طبقه‌بندی می‌شوند. همچنین دسته بندی آن‌ها با توجه به ترکیب شیمیایی به شکل زیر است:
- سیلیکات‌ها: از مهمترین کانی‌های کره زمین بوده و حدود ۹۰ درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهند. مانند: الوین، پیروکسین، آمفیبول، کوارتز، فلدسپات، میکای سفید و کائولینیت
- سولفات‌ها: از ترکیب شدن اکسیژن، گوگرد و یک یا چند فلز ایجاد می‌شود. مانند:ژیپس، انیدریت، آلونیت و باریت
- کربنات‌ها: از حل شدن دی‌اکسید کربن در آب باران، اسیدکربنیک به‌دست می‌آید. مانند: دولومیت، کلسیت، سروزیت، سیدریت، منیزیت، اسمیت، مالاکیت و سونیت
- فسفات‌ها: حاصل ترکیب فسفر، اکسیژن و یک یا چند فلز با یکدیگر است.مانند: آپاتیت و فیروزه
- هالیدها: ترکیب‌های مختلفی از هالوژنها، مانند کلر، برم، ید و فلئور با یک فلز هستند. مانند: فلئوریت، هالیت و سیلویت
- سولفیدها: ترکیبی از گوگرد با یک فلز است. بیش از ۲۰۰ نوع سولفید در طبیعت یافت شده مانند: پیریت، گالن، اسفالریت
- اکسیدها: از ترکیب اکسیژن با یک فلز به دست می‌آیند. مانند: مانیتیت، لیمونیت، هماتیت
- عنصرها: فقط حدود ۲۰ عنصر به صورت خالص مانند طلا، نقره، مس، کربن و گوگرد می‌توانند سازنده‌ی کانی باشند.
کاربرد کانی‌ها
بیش از ۴۰ نوع کانی و صدها ترکیبی که از آن‌ها امرزه شناسایی شده در صنعت کاربرد بسیار زیادی دارند که عبارتند از:
- گرافیت: ساخت بوته کوره‌های فولادسازی، در صنایع برق، نیروگاه‌های هسته‌ای، رنگ سازی، مدادسازی و واکس
- الماس: جواهر، ساخت سرمته‌ی حفاری، ابزار برنده و ساینده
- آزبست: در ساخت توری چراغ، پارچه‌ی نسوز، عایق حرارتی، لنت ترمز، لوله و ورقه‌های سیمانی کاربرد داشته اما به دلیل نقش آن در ایجاد بیماری در ریه‌ها، استفاده از آن ممنوع شده و به کانی نامهربان معروف است.
- میکا: عایق الکتریکی در تلویزیون، رادیو و دیگر دستگاه‌های الکتریکی، لاستیک‌سازی، شیشه دریچه کوره‌های ذوب فلز، کاغذ معمولی، کاغذ دیواری، طلق سماور و چراغ آشپزخانه، روغن نسوز
- کلسیت: مجسمه‌سازی، سنگ نمای ساختمان، تصفیه آب، سیمان، چرم‌سازی، شیشه‌سازی، کاغذسازی، ابزارهای نوری برای ایجاد نور پلاریزه، ذوب فلزها و کشاورزی
- کوارتز: کاغذ، شیشه، سمباده و جواهر، ابزارهای نوری و اخترشناسی، ساعت‌سازی
- ارتوزها: لعاب کاشی و چینی
- طلا: جواهر، سکه، آب کاری طلا، دندان، مجسمه‌سازی، هواپیماسازی، ترانزیستورها و دیودها، صنعت فضا و کاتالیزور فرایندهای شیمیایی، لوازم الکترونیکی و ساخت آلیاژهای مخصوص
- مس: لوله سازی، صنعت الکتریکی و الکترونیک، فرایندهای شیمیایی و محلول شوایتزر (حلال سلولز پنبه)، رنگ آب و سبز، مواد آرایشی، سکه، ظرف، آلیاژ و آبکاری
- زرنیخ: حشره‌کش و تهیه ارسنیک، رنگ سازی، پزشکی
- هالیت: شوینده‌ها، پارچه‌بافی، چوب بری، سدیم و کلر، چرم سازی، رنگرزی، کودسازی، مصارف خوراکی نمک و نگهداری مواد غذایی و خنک‌کنندهٔ موتور یخچال،
- و …
نامگذاری کانی‌ها
بیش‌تر کانی‌ها نام‌های کهن گرفته شده از واژگان یونانی و رومی را دارند. برخی کانی‌ها نیز به نام کاشفشان یا برای قدردانی از کوشش‌های دانشمندان بزرگ نامگذاری شده‌اند. معمولاً در نامگذاری کانی‌ها پسوند (یت) را به آخر نام کانی اضافه می‌کنند، مانند ایرانیت. به‌طور کلی، نام کانی‌ها به روش‌های زیر برگزیده شده‌است:
- نام برخی کانی‌ها بسیار کهن است و هنوز دلیل نامیده شدن به چنین نام‌هایی را به درستی نمی‌دانیم؛ مانند کوارتز.
- گرفته شده از نام کاشفشان کانی‌ها: مانند کانی کوولیت که از نام کوولی، کانی‌شناس ایتالیایی گرفته شده‌است.
- نام جایی که نخستین بار کانی در آن‌جا پیدا شده‌است: مانند آرگونیت از آرگون در اسپانیا یا ایرانیت.
- برخی کانی‌ها نام‌های افسانه‌ای دارند: مانند مارتیت از مارس (خدای جنگ) گرفته شده‌است.
- ترکیب شیمیایی: مانند کانی سیدریت که از سیدروس به معنای آهن گرفته شده‌است.
- ویژگی‌های فیزیکی: مانند کانی باریت که از باروس به معنای سنگین گرفته شده‌است.
- نوع کاربرد کانی: مانند کانی نفریت که از نفرون به معنی کلیه‌ها گرفته شده‌است زیرا این کانی برای درمان آسیب‌های کلیه سودمند است.
- رنگ: مانند کانی الوین به معنای کانی سبز زیتونی.
- برخی کانی‌ها نام‌های محلی دارند که اکنون جنبه جهانی پیدا کرده‌است: مانند کرندوم و سافیر که نام هندی این کانی‌ها است.
بررسی ساختار فرآیندی تولید گاز کربن دی‌اکسید CO2
کانی‌های ایرانی
به کانی‌هایی که محل پیدایش آن ایران بوده‌است یا به افتخار نام برخی از بزرگان ایرانی نامگذاری شده‌اند، با نام کانی ملی شناخته می‌شوند. مانند ایرانیت (اولین بار در ایران کشف شد)، خادمیت (نصرالله خادم)، بیرونیت (ابوریحان بیرونی) و آویسنیت (ابوعلی سینا) و دیگرها.
