بخشی از مقاله
امکان سنجی ساخت بدنه هاي سرامیکی کوردیریتی با استفاده از سپیولیت داخلی
چکیده:
سپیولیت یک سیلیکات منیزیم هیدراته است که فرمول کلی آن به صـورت 2MgO.3SiO2.nH2O مـیباشـد و در طبیعـت بـه حالتهاي کلوئیدي و بلوري وجود دارد.
در طرح حاضر ابتدا به منظور امکانسنجی استفاده از سپیولیت به جاي تالک در سنتز بدنههاي کـوردیریتی بـا اسـتفاده از مخلوط سپیولیت، کائولن و آلومینا به نحوي که ترکیب تئوري کوردیریت حاصل شود، نمونههاي آزمایشگاهی ساخته شده و در دماهاي 1275،1300،1250 و 1325 درجه سانتیگراد پخت شدند. خواص مختلف نمونهها از قبیـل دانـسیته، تخلخـل و استحکام بررسی شد و به منظور شناسایی فازهاي تشکیل شده نمونهها تحت آزمایش XRD قرار گرفتند. همچنین بررسـی ریزساختاري نمونهها به وسیله میکروسکوپ نوري انجام گردید. نتایج نـشان داد کـه بـر خـلاف انتظـار مقـدار کوردیریـت تشکیل شده در نمونهها کم بوده و فازهاي اصلی اسپینل، کریستوبالیت و انستاتیت هستند. با این حال نمونههاي پخت شده در 1250 و 1275 درجه سانتیگراد داراي تخلخل بالا و استحکام نسبتاً مناسب هستند، به طوري که مـی تـوان از آنهـا بـراي کاربردهاي خاصی مثل فیلتر جذب کننده و یا عایق حرارتی استفاده نمود.
کلیدواژه:
سیپولیت، کورودیریت، عایق حرارت.
-1 مقدمه
سـپیولیت (sepiolite) یـک سـیلیکات منیـزیم هیدراتـه اسـت کـه فرمـول ایـدهآل آن بـصورت Si12Mg8O30(OH)4(OH2)4.8H2O
میباشد. سطح مخصوص بالا و تخلخل همراه با شکل غیر معمول ذرات این رس باعث ظرفیت جذب بالا و خواص کلوئیـدي آن گردیده بطوریکه محدوده وسیعی از کاربردها را براي آن امکانپذیر ساخته است. ذخایر معـدنی انـدکی از ایـن مـاده در جهان وجود دارد و اکثر تولید جهانی این رس متعلق به ذخایر موجود در نزدیکی مادرید اسپانیا میباشد.
سپیولیت یک مینرال رسی با ساختار زنجیره ایست که در گروه رسی palygorskite (attapulgite) قرار دارد و نـسبت بـه دیگـر رسها که ساختار لایهاي دارند کمیابتر است. [1]
بر خلاف دیگر رسها ذرات سپیولیت مورفولوژي سوزنی شکل دارد. شکل (1) ساختار ماده را نشان میدهد. همانگونـه کـه مشاهده میشود این ساختار را میتوان بصورت آرایشی پنجتـایی از ورقـههـاي سـازنده تالـک درنظـر گرفـت کـه بوسـیله کانالهاي موازي از هم جدا شدهاند. این ساختار منجر به تولید ذرات سوزنی شکل به جاي ذرات صفحهاي معمول در دیگـر رسها میگردد.
شکل -1 ساختار سپیولیت
1
سپیولیت بالاترین سطح مخصوص را ( 300 m2/gr) در میان تمامی مینرالهاي رسی داراست و دانسیته بالایی از گـروههـاي سیلانول (-SiOH) دارد که آبدوستی قابل ملاحظهي این رس را توجیه میکند. طول میانگین ذرات کشیده و کوچک سـپیولیت حدود1-2 m و عرض آنها 0/01 m میباشد. ابعاد کانالهاي باز موجود در محور ذرات 10/6AO×3/6 AO میباشد. سـطح مخصوص بالا و تخلخل سپیولیت خواص جذبی قابل ملاحظه این رس را به همراه دارد. بطوریکه گازهـا و بخارهـا را جـذب نموده و میتواند تقریباً معادل وزن خودش آب یا دیگر مایعات را جذب کند. سپیولیت در اثر جـذب آب متـورم نمـیگـردد و گرانولهاي آّن حتی وقتی از مایعات اشباع شدهاند متلاشی نمیشوند. [2]
-2 مرور منابع مطالعاتی
Mitrovic و همکارانش مطالعهي مروري کاملی بر روي خواص سپیولیت و کاربردهاي آن در صنعت و محیط زیـست انجـام دادهاند. سپیولیت به عنوان یک ماده جاذب مهم مطرح است که قادر است طیف وسیعی از گازهـا و مایعـات را جـذب کنـد. از دیگر کاربردهاي سـپیولیت مـیتـوان بـه مـصرف آن در کاغـذ سـازي، حفـاري چـاه هـاي نفـت، فیلترهـاي تـصفیه روغـن، کاتالیستهاي سرامیکی، افزودنیهاي غذایی حیوانی، فیلتر سیگار، ماده پرکننده در صنایع لاستیک و نیز کفشک ترمـز، رنـگ، سیمان و ملات و غیره اشاره کرد. [3]
با این وجود در مورد استفاده از سپیولیت براي ساخت بدنههاي کوردیریتی تاکنون تحقیقـات زیـادي انجـام نگرفتـه اسـت . Zagorka و همکارانش امکان ساخت بدنههاي سرامیکی کوردیریتی را با اسـتفاده از مـواد اولیـه غیـر اسـتاندارد (سـپیولیت)
مورد بررسی قرار دادند. آنها با اختلاط کائولن، کوارتز و سپیولیت نمونههایی تهیه و آن را در دماهاي 1250oC ، 1300oCو
1350 oC پخت نمودند. نتایج نشان داد که نمونههاي پخت شده در 1300oCو 1350oC درجه به ترتیب حاوي 21 و 56 در صد فاز کوردیریت میباشند . [4]
Pavlovic و همکارانش نیز پس از ساخت بدنههاي کوردیریتی با استفاده از سپیولیت خـواص آنهـا را مـورد بررسـی قـرار
دادهاند.[5]
-3 فعالیتهاي تجربی
هدف از انجام این پژوهش امکانسنجی ساخت بدنهي سرامیکی کوردیریتی با اسـتفاده از سـپیولیت (بـه جـاي تالـک) بـوده است. بر این اساس مواد اولیهي مورد نیاز شامل کائولن زدلیتز، آلومیناي کلسینه با ابعاد زیـر 45 میکـرون و سـپیولیت بـه گونهاي انتخاب شدند که فرمول تئوري کوردیریت حاصل شود. سپیولیت مصرفی از معدنی واقع در 100 کیلـومتري اسـتان یزد که به تازگی کشف شده تأمین گردید. شکل (2) الگوي پراش اشعه X سپیولیت را نشان میدهد. در این شکل سپیولیت به عنوان فاز اصلی و هالیت (NaCl) به عنوان فاز فرعی شناسایی شـده اسـت. در جـدول (1) نیـز آنـالیز شـیمیایی مـواد اولیـه مصرفی که به روش فلورسانس اشعه (XRF) X مشخص شده مشاهده میشود.
شکل -2 الگوي پراش اشعه X سپیولیت
جدول -1 آنالیز شیمیایی مواد اولیه مصرفی
مواد اولیه ذکر شده با نسبتهاي مشخص همراه با %5 درصد رطوبت با هم مخلوط شده و نمونههاي اسـتوانه اي شـکل بـا قطر 4 cm و تحت فشار 400 kg/cm2 توسط پرس هیدرولیک پرس شدند. نمونههـا بـه مـدت 24 سـاعت در دمـاي 110 oC در خشککن قرار گرفته و سپس در دماهاي 1250oCو 1300oC 1275 oCو 1325 oC پخت گردیدند. نمونههاي پخـت شـده تحـت آزمایشات دانسیته و تخلخل و آزمایش استحکام فشاري سرد قرار گرفتند. همچنین ریزساختار نمونه پخت شـده در دمـاي 1275oC که شرایط مطلوبتري داشت پس از پولیش به وسیله میکروسکوپ نوري (OM) مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت به منظور شناسایی فازهاي تشکیل شده درون نمونهها الگوي پراش اشعه X نمونهها در دماهاي مختلف بـه وسـیله دسـتگاه XRD مدل D4 ENDEAVOR ساخت شرکت Bruker آلمان تهیه گردید.
