بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق کاربرد بازالتهای تولائیتی جنوب زنجان به عنوان ماده اولیه در صنعت سرامیک مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس تجزیه شیمیایی درصد بالای Al2O3، Na2O و K2O این بازالتها موجب افزایش مقاومت شیمیایی سرامیک و کاهش دمای ذوب میگردد که در تهیه سرامیک مهم میباشد. با توجه به محل قرارگیری نمونهها در چهاروجهی بازالت، سیستم ساده بازالتی آلبیت-آنورتیت -دیوپسید با تقریب قابل قبول جهت بررسی رفتار ذوب فازهای موجود در بازالت به عنوان سیستم پایه در نظر گرفته شده و مقاطع هم دما از سیستم نامبرده در سه دمای 1150ᵒ c، 1200ᵒ c و 1250 ᵒc تهیه گردیده است.
براساس این نمودارها ذوب نمونهها در دمای حدود 1150ᵒc شروع شده، ذوب کامل نمونهها در دمای بالاتر از 1400 ᵒc رخ میدهد. در ادامه پودر نمونههای بازالتی در دمای 1150 ᵒc به مدت 1 ساعت در کوره قرار داده شده، مشاهده گردید که مطابق با نمودارهای مقاطع همدما نمونهها دچار ذوب بخشی شدهاند. جهت کاهش دمای ذوب که در صنعت دارای سرامیک اهمیت بالایی است از کمک ذوب بوراکس به مقدار 2 درصد استفاده گردید و مشاهده شد که پودر نمونهها پس از مدت 1 ساعت در دمای 1150 ᵒc به طور کامل ذوب شدهاند.
مقدمه:
سرامیک عبارت است از تمام مواد و محصولات غیر معدنی که برای به عمل آوردن آن به صورت یک محصول قابل استفاده احتیاج به درجه حرارت بالاتر از 600ᵒ c را دارد - منشی، . - 1375 در حال حاضر مواد اولیهای که در این صنعت استفاده میشوند به مواد اولیه سنتی محدود شدهاند و هزینههای تولید صنعتی آنها در حال افزایش است. نتایج امید بخشی برای استفاده از باطلههای صنعتی و برخی سنگهای آذرین به عنوان ماده اولیه در صنعت سرامیک به دست آمده است. از انواع سنگهای آذرین، بازالت به عنوان ماده خام در صنعت سرامیک و شیشه-سرامیک کاربرد بیشتری دارد .
- Ergul et al . 2009 - با توجه به ترکیب شیمیایی بازالت به عنوان ماده جایگزین مواد سنتی بایستی به این نکته توجه کرد که این ماده بایستی در طی فرآیند-های فرآوری برای تهیه مواد سرامیکی انرژی کمتر و هزینه پایینتری را در بر داشته باشد. در این راستا بایستی به استفاده از ابزارهایی پرداخته شود تا بتوان توسط آنها به طور تئوری به اطلاعاتی در رابطه با فرآیندهای ذوب و کنترل رفتار فازها در حین ذوب دست پیدا کرد.
اگر چه اطلاعات مشابهی را میتوان با استفاده از روشهای DTA و DSC بدست آورد لیکن میتوان از نمودارهای فازی، بعنوان مبنایی نظری برای پی بردن به شروع دمای ذوب و تبلور فازهای مختلف و بررسی رفتار فازها در طی مسیر افزایش و کاهش دما و برای انواع سیستمهای فازی استفاده نمود. نمودارهای فازی به دو روش تجربی و محاسباتی تهیه میشوند.
روشهای تجربی در آزمایشگاههای پترولوژی با استفاده از تجهیزات مربوطه و با صرف هزینه زیاد اجرا میگردند. روشهایی برای تهیه این نمودارها به روش تجربی وجود دارد که شامل، روش ذوب و تبلور، روش ذوب همراه با آزمایشگاههای اپتیک، روش هیدروترمال، روش خیس نمودن و روش تغییر شکل مخروط میباشد. روش خیس نمودن در سیستمهای سیلیکاته کاربرد فراوان دارد - درویشزاده، . - 1376
روش محاسباتی بر پایه ترمودینامیک مذابهای سیلیکاته میباشد. همانند تمامی سیستمهای ترمودینامیکی در سیستم ماگمایی فرض بر این است که تبلور ماگما زمانی صورت میگیرد که انرژی آزاد گیپس برای ترکیب خاص ماگما در شرایط فشار و دمای موجود به حداقل خود رسیده باشد و بین فاز جامد و مذاب تعادل برقرار باشد. برای تحقق این امر باید مواد لازم از درون ماگما به سمت هستههای بلورین حرکت نموده و موجب رشد آنها گردد و از این رهگذر ترکیب خود ماگما نیز تغییر نماید. در این فرآیند باید شرایط ترمودینامیکی P, T, X چنان تغییر نمایند که انرژی آزاد سیستم به کمترین حد خود برسد.
منحنی این معادله - - 1 را میتوان برای هر فاز با قرار دادن دمای ذوب و گرمای نهان ذوب آن و مقدار ثابت R ترسیم نمود، نقاط به دست آمده روی نمودار T-X منحنی لیکیدوس را شکل میدهند - سبزهای، . - 1377 لازم است ابتدا به سیستم بازالت به طور خلاصه پرداخته شود. مفهوم چهاروجهی بازالت اولین بار توسط - Yoder & Tilley 1962 - مطرح شد. رئوس این سیستم چهار وجهی را فورستریت، دیوپسید، نفلین و کوارتز تشکیل میدهند.
بازالتها اساساً دارای پلاژیوکلاز، کلینوپیروکسن و مقادیر کمتری از یک یا چند کانی الیوین، ارتوپیروکسن، نفلین، کوارتز و اکسیدهای آهن – تیتان هستند. چهاروجهی بازالت توسط دو سطح، سطح Fo-Di-Ab به نام سطح تحت اشباع از سیلیس و دیگری سطح En-Di-Ab سطح اشباع از سیلیس، به سه فضای مستقل تقسیم میگردد. بازالتهایی که ترکیبشان در سمت نفلینی سطح Fo-Di-Ab قرار میگیرد نفلین نرماتیو بوده و تحت اشباع از سیلیس هستند، بازالتهایی که در سمت کوارتزی سطح En-Di-Ab قرار میگیرند حاوی کوارتز بوده و فوق اشباع از سیلیس میباشند . - Middlemost, Eric A. K 1936 -
محل نمونهبرداری در جنوب زنجان و بخشی از سازند کرج است. سازند کرج در تمام حجم خود از مواد آذرآواری زیر دریایی و به همراه آن مواد آتشفشانی و نفوذی مختلف نظیر گدازه، دایک، سیل، آگلومرا و نیز مواد رسوبی نظیر شیل و آهک تشکیل شده است. از ویژگیهای سازند کرج توفهای سبز رنگ میباشد که در نتیجه رسوب مواد حاصل از انفجار آتشفشان در نزدیکی سطح دریا به وجود آمده است - واتان و یاسینی، . - 1969 مطابق نقشه زمین شناسی تهیه شده از منطقه مورد مطالعه، سنگهای رخنمون یافته در منطقه به سه دسته کلی آذرآواری، آتشفشانی و رسوبی تقسیم میشوند و سن ائوسن دارند.
این واحدهای سنگی به صورت توالیهای کریستالتوف همراه با تناوبهای ماسه سنگ و گدازههای آندزیتی همراه با میان لایههای توف و توفیت قرار گرفتهاند و در بعضی نواحی رسوبات کواترنری به صورت پادگانههای آبرفتی در منطقه ظاهر شدهاند - شکل. - 1 هدف از این مطالعه پیشبینی دمای ذوب و بررسی رفتار فازهای موجود در سیستم بازالتی در طول روند افزایش دما، با کمک نمودارهای فازی میباشد، تا با آگاهی از این اطلاعات که به طور تئوری به دست میآیند، بتوان به طور تقریبی به دماهای مورد نیاز در کوره برای فرآوری نمونه، دست پیدا کرد.
روش کار:
با توجه به ترکیب شیمیایی ماده اولیه مورد استفاده در صنعت سرامیک، نمونه سنگی بازالت به عنوان ماده جایگزین کننده انتخاب شده است. نمونههای سنگی مورد مطالعه از جنوب زنجان و محدودهای با در طولهای جغرافیایی 48° 30_ تا 38_ 48° شرقی و عرضهای جغرافیایی 36 ° 33_ تا 36 ° 37_ شمالی جمعآوری شدهاند. شکل 1 نقشه زمین شناسی و محل نمونهبرداری را نشان داده است.
به منظور مشخص شدن ترکیب شیمیایی، از نمونهها آنالیز XRF تهیه گردید. نتایج تجزیه ژئوشیمیایی نمونههای سنگی مورد مطالعه به روش XRF در جدول - 1 - و نتایج نورماتیو حاصل از دادههای ژئوشیمی نمونههای مورد بررسی که توسط نرم افزار Igpet انجام شده است در جدول - 2 - ارائه گردیدهاند. با توجه به دادههای نرماتیو، ترکیب کانیایی نمونههای سنگی بر روی چهاروجهی بازالت منتقل شده مقاطع همدما در سه دمای مختلف تهیه گردیده و ترکیب نمونهها بر روی آنها ترسیم شده است.
