انواع مواد معدنی – Mineral

سرزمین ما ایران به لحاظ داشتن پوسته‌ای ناهمگن و تاثیر حوادث مختلف زمین‌شناسی در شکل‌گیری آن، از نظر مواد معدنی، سرشار است چرا که تقریبا از تمامی مواد معدنی دنیا برخوردار است.

معدن: عبارت است از محل پیدایش طبیعی یک ماده معدنی (فلزی یا غیرفلزی) که مورد اکتشاف و بهره‌برداری قرار گرفته است، و معادل لاتین آن (Mine) می‌باشد.

اکتشاف کانسار، استخراج موادمعدنی و فرآوری آنها به دوران باستان بر می‌گردد در مورد مس بعضی از باستان‌شناسان معتقدند که اولین بار مس در ایران شناخته و مورد استفاده قرار گرفته است. نمونه‌هایی از سنگ معدن یافت شده در تل ابلیس در کرمان در حدود ۶۰۰۰ سال قدمت دارند. کهن‌ترین منطقه‌ای که آثار ذوب مس در آنجا به دست آمده در سیلک کاشان است. که قدیمی‌تر از تل ابلیس کرمان است.

 

موادمعدنی چیست؟

موادمعدنی در همه جا پراکنده هستند. دانشمندان بیش از 4000 ماده معدنی را در پوسته زمین شناسایی کرده‌اند، اگر چه بخش عمده پوسته زمین از چند تای آنها تشکیل شده است.

 

خصوصیات موادمعدنی

یک ماده معدنی دارای ویژگی‌های زیر است:

• باید جامد باشد.
• باید بلوری باشد، به این معنی که یک آرایش و نظم تکراری از اتم‌ها داشته باشد.
• باید به طور طبیعی به وجود آید.
• باید غیر معدنی باشد.
• باید یک ترکیب شیمیایی خاص داشته باشد.

 

مواد معدنی را می‌توان با خواص فیزیکی‌شان مانند سختی، رنگ، جلا (درخشندگی) و وزن مخصوص شناخت. رایج‌ترین روش آزمایشگاهی که برای شناسایی یک ماده معدنی مورد استفاده قرار می گیرد، پراش اشعه ایکس (XRD) است، پراش اشعه ایکس تکنیکی است که در آن نور اشعه ایکس بر روی یک نمونه تابانده می‌شود و مشاهده می‌شود که نور خروجی از نمونه چگونه خم می‌شود.

تعریف یک ماده معدنی محدودتر از آن چیزی است که ممکن است در ابتدا فکر کنید. به عنوان مثال، شیشه از شن و ماسه ساخته شده که غنی از ماده معدنی کوارتز است. اما شیشه یک ماده معدنی نیست، زیرا بلوری نیست. در عوض، شیشه تجمعی تصادفی از مولکول‌ها دارد.

یا فولاد با مخلوط کردن مواد معدنی فلزی مختلف مانند آهن، کبالت، کروم، وانادیوم و مولیبدن ساخته می‌شود اما فولاد یک ماده معدنی نیست، زیرا به وسیله انسان ساخته شده و بنابراین به شکل طبیعی به وجود نمی‌آید.

در مقابل تقریباً هر سنگی که انتخاب می‌کنید از مواد معدنی تشکیل شده است. در ادامه ویژگی‌های مواد معدنی را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم.

 

جامد بلوری

مواد معدنی جامدات «بلوری» هستند. یک بلور جامدی است که اتم‌هایش در یک الگوی تکرار شونده منظم قرار گرفته‌اند.

 

غیرآلی یا معدنی

مواد آلی ترکیبات بر پایه کربنی هستند که به وسیله موجودات زنده ساخته می‌شوند و شامل پروتئین، کربوهیدرات و روغن می‌شوند. مواد معدنی ساختاری دارند که مشخصه جرم‌های زنده نیست. زغال سنگ از بقایای گیاهان و جانوران ساخته شده است.

آیا زغال سنگ ماده معدنی است؟ زغال سنگ به عنوان سنگ رسوبی طبقه‌بندی شده است اما ماده معدنی نیست.

 

ماده معدنی به طور طبیعی به وجود می‌آید

مواد معدنی به وسیله فرایندهای طبیعی‌ای ساخته می‌شوند که داخل زمین یا روی زمین رخ می‌دهند. الماس که در اعماق پوسته زمین ساخته می‌شود یک ماده معدنی است، اما الماسی که در آزمایشگاه توسط انسان‌ها ساخته می شود چنین نیست همانند ساخت سنگ‌های مصنوعی.

 

ترکیب شیمیایی

تقریبا همه پوسته زمین (98.5٪) از هشت عنصر (اکسیژن، سیلیکون، آلومینیوم، آهن، کلسیم، سدیم، پتاسیم و منیزیم) تشکیل شده است و این عناصر هستند که بیشترین میزان مواد معدنی را تشکیل می‌دهند. تمام مواد معدنی ترکیبات شیمیایی خاص خود را دارند. ماده معدنی نقره تنها از اتم‌های نقره ساخته شده است و الماس تنها از اتم‌های کربن تشکیل شده است اما بیشتر مواد معدنی از ترکیبات شیمیایی ساخته شده‌اند.

هر ماده معدنی دارای فرمول شیمیایی خاص خود است. نمک طعام (که به عنوان هالیت هم شناخته می‌شود) NaCl (کلرید سدیم) است. کوارتز از دو اتم اکسیژن تشکیل شده که با یک اتم سیلیکون پیوند تشکیل داده و با فرمول شیمیایی SiO2 نشان داده می‌شود.

در طبیعت، مواد به ندرت به همان سادگی داخل آزمایشگاه هستند و بنابراین نباید متعجب شوید چرا که برخی از مواد معدنی دارای طیف وسیعی از ترکیبات شیمیایی هستند. یک مثال مهم در علوم شناخت زمین، اولیوین است که دارای سیلیکن و اکسیژن و همچنین مقداری آهن و منیزیم (Mg, Fe)2SiO4 است.

 

ویژگی‌های فیزیکی

برخی از مواد معدنی را می‌توان با امکاناتی کمی بیش از چشم غیر مسلح شناسایی کرد. با این کار می‌توانیم ویژگی‌های فیزیکی ماده معدنی را بررسی کنیم. این ویژگی‌ها شامل موارد زیر است:

• رنگ: رنگ مواد معدنی.
• رنگ خاکه: رنگ پودر ماده معدنی (اغلب با رنگ کل ماده معدنی متفاوت است).
• جلا: درخشندگی.
• چگالی: جرم در حجم، معمولاً به آن «وزن مخصوص» (یا چگالی ویژه) گفته می‌شود. این چگالی نسبت به چگالی ماده مرجع آب سنجیده می‌شود.
• ورقه ورقه شدگی: تمایل ماده معدنی به شکافتن در امتداد سطوح ضعیف است که به آن «رَخ» نیز می‌گویند.
• شکست: الگویی که یک ماده معدنی شکسته می‌شود.
• سختی: این که کدام مواد معدنی می‌توانند خراشیده شوند و کدام مواد معدنی می توانند خراش بدهند.

 

انواع مواد معدنی

1. مواد معدنی و کانسارها
2. پگماتیت‌ها
3. کانی‌های لیتیم دار و…

 

 

۱) رده‌بندی مواد معدنی و کانسارها

الف) عناصر

مواد معدنی اکثرا به خاطر وجود عنصر یا عناصر خاصی که همراه دارند بهره‌برداری می‌شوند این مواد، پایه و اساس صنایع را تشکیل می‌دهند. مواد معدنی اکثرا به خاطر وجود عنصر یا عناصر خاصی که همراه دارند بهره‌برداری می‌شوند این مواد، پایه و اساس صنایع را تشکیل می‌دهند

• عناصر بنیادی Cu , Zn , Pb , Sb , Ni
• عناصر جزئی W , Mo , Sn , Co , Mg , Bi , Zr , Cs
• عناصر گران‌بها Au , Ag , Pt , Ds , Ir
• عناصر رادیواکتیو U , Ra , Th
• عناصر کمیاب La , Ce , Pr , Nd , Sn , Eu , Gd

 

ب) کانی‌ها

بعضی از کانی‌ها به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای که دارند در صنایع مختلف به مصرف می‌رسند.

•  دیر گدازها (گرافیت – کرومیت – منیزیت – بوکسیت ….)
• عایق حرارتی (آسبست – ورمیکولیت)
• کمک ذوب‌ها (فلوریت – آبیت – بوراکس – کربنات سدیم)
• کودهای شیمیایی (آپاتیت – نیترات‌ها – نمک هاس سدیم و پتاسیم – گلاکونیت)
• پرکننده‌ها (کائولین – تالک – میکاها – باریت – فلوسپات‌ها)
• سرامیک (کائولین – کانی های رسی – فلوسپات سریک)
• تصفیه ، بیرنگ کننده ها و جذب کننده ها (مونتموریونیت – زئولیت – کائولین)
• مصارف شیمیایی (نمک‌ها – گوگرد – پیریت – ارسینوپیریت – زرنیخ‌ها)
• مواد رنگی (گوتیت – لیمونیت – هماتیت – مگنیتیت – گرانیت)
• کانی های قیمتی (فیروزه – عقیق – ژادیت (پشم) دوپال)

 

ج) بلورها

برخی ار کانی‌ها هنگامی که تشکیل بلور درشت دهند ارزش اقتصادی خواهد داشت.

• ساب و پولیش (الماس – کروندم – توپاز – گارنت – کوارتز – فلوسپات)
• دی الکتریک (موسکویت – فلوگوپیت)
• پیزو کریستال‌ها (کوارتز – توربالین – زینکیت – تلوریت)
• ساخت عدسی و قطعات نوری (فلوریت شفاف – کوارتز شفاف – کلیسیت شفاف – ژیپس شفاف)
• بلورهای زینتی و قیمتی (الماس – زمرد (بریل) – لعل (اسپینل) – یاقوت (کرندوم) – توپاز)

 

د) مصارف سنگ‌ها و خاک‌ها

• سیمان (آهک – مارن – بوکسیت – گچ)
• مواد سبک وزن عایق‌های حرارتی و صوتی (پامیس – پرلیت – شیل – اسلیت)
• سرامیک‌ها (پگمانت – نفلین سیانیت – گرانیت – کوارتزیت – خاک های رسی)
• سنگ‌های تزیینی (مرمرها – گرانیت – دیوریت – سرپانتین)
• مصالح ساختمانی (شن و ماسه – گچ – خاک های رسی)
• تصفیه و بیرنگ کننده‌ها (پنتونیت – دیاتمیت – پرلیت)
• دیر گدارها (بوکسیت – خاک رس آتشخوار – کوارتزیت – منیزیت – دولومیت)
• ساینده‌ها (کوارتزیت – گرانیت – ماسه سنگ – پردیت – بازالت – چرت)
• کمک ذوب‌ها (سنگ آهک – دولومیت)
• کودهای شیمیایی (فسفریت – گچ – ماسه سنگ – گلاکونیت دار)
• پرکننده‌ها (سنگ آهک – پامیس – پرلیت – گچ – بنتونیت – دیاتمیت – نفلین سینیت – اسلیت)

 

۲) پگماتیت‌ها

توده‌های نفوذی گرانیتی معمولاً بین ۱ تا ۴ درصد آب دارند که همراه با سایر مواد فرار از مراحل آغازین و اصلی تبلور ماگما رانده شده و در فازهای پایانی تبلور تجمع می‌یابند. بخش رقیق باقیمانده ماگما که سرشار از مواد فرار است، انباشته از عناصری است که به دلیل داشتن شعاع یونی بسیار بزرگ و یا خیلی کوچک از شبکه تبلور کانی‌های اصلی ماگما به فازهای پایانی تبلور رانده شده‌اند. این ماگمای داغ و رقیق به بخش‌های فوقانی توده نفوذی رانده شده و به درون شکاف‌ها و فضاهای خالی توده نفوذی و حتی سنگ‌های در برگیرنده توده نفوذ می‌کند.

در این فضاهای خالی به دلیل کاهش فشار و کاهش دما مذاب در دماهای بین ۶۵۰ تا ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد شروع به تبلور می‌نماید. به دلیل رقیق بودن مذاب و در نتیجه کاهش هسته‌ای تبلور کانی‌های متبلور شده غالباً بسیار بزرگ هستند و می توانند با سرعت زیادی آزادانه و بدون برخورد با بلورهای مجاور رشد نمایند. محصول نهایی این فرآیند، سنگی است درشت بلور با کانی‌های بسیار درشت و حاوی عناصر کمیاب، بعضاً سرعت رشد برخی از بلورها تا ۳۰ سانتی‌متر در روز برآورد شده است.

مواد معدنی مهمی که از پگماتیت‌ها بدست می‌آیند عبارتند از:

• کانی‌های لیتیم‌دار
• کانی‌های بریلیوم‌دار
• میکاها
• کانی‌های حاوی عناصر کمیاب
• کانی‌های قیمتی
• کانی‌های تنگستن
• فلدسپات‌ها
• کانی‌های حاوی قلع
• کانی‌های حاوی اورانیوم
• کانی‌های حاوی نیوبیوم

از طرفی برخی از این مواد معدنی نظیر کانی‌های بریلیوم دار منحصراً از کانسارهای پگماتیتی بدست می‌آیند و منبع دیگری برای استحصال آنها در طبیعت وجود ندارد و از طرف دیگر پگماتیت‌ها بهشت کانی‌شناسان و علاقمندان جمع آوری بلورهای طبیعی زینتی و بلورهای جواهری است.

 

پگماتیت‌ها را بر اساس عمق تشکیل آنها به چهار گروه تقسیم می‌کنند: پگماتیت‌های کم عمق، با عمق متوسط، عمیق و بسیار عمیق.

پگماتیت‌های کم عمق یا پگماتیت‌های حفره دار

این نوع پگماتیت‌ها در عمق ۱/۵ الی ۳/۵ کیلومتری از سطح زمین تشکیل شده‌اند و به دلیل فشار کم محیط تشکیل دارای فضاهای خالی در بین بلورها می‌باشند. این گروه گاهی حاوی کانی‌های قیمتی بریل و توپاز و بندرت کانی‌های Li ، Sn و عناصر کمیاب است.

پگماتیت‌های عمق متوسط یا پگماتیت‌های حاوی عناصر کمیاب

این گروه از پگماتیت‌ها که در عمق ۳/۵ الی ۷ کیلومتری از سطح زمین تشکیل شده‌اند حاوی کانی‌های دارای عناصر کمیابی نظیر Li ، Rb ، Cs، Be، Nb-Ta، Hf، Zr ، Ge ، B ، F ، P می‌باشند. ارزش اقتصادی این پگماتیت‌ها از سه نوع دیگر بیشتر است.

پگماتیت‌های عمیق یا پگماتیت‌های ساده یا پگماتیت‌های میکادار

پگماتیت‌ها در عمق ۷ تا ۱۱ کیلومتری تشکیل شده‌اند. اکثراً واجد ۲ نوع میکا و کانی‌های فرعی نظیر گارنت، تورمالین، کیانیت، زیرکن، آپاتیت و مونازیت هستند. این گروه معمولاً به شکل پرشدگی شکستگی‌ها در سطح وسیعی توزیع شده است. پتانسیل اقتصادی این گروه بسیار کم و بندرت برای اورانیوم و عناصر کمیاب مقرون به صرفه اقتصادی است.

پگماتیت‌های بسیار عمیق یا پگماتیت‌های سرامیکی

این پگماتیت‌ها که اعماق بیش از ۱۱ کیلومتر تشکیل شده‌اند معمولاً فاقد کانی‌سازی بوده و تنها برای تولید انواع سرامیک مناسب‌اند.

 

۳) کانی‌های لیتیم‌دار و…

مهمترین کانی‌های پگماتیتی لیتیم عبارتند از: اسپودومن (Spodumen) با فرمول LiAlSi۲o۶ که یک پیروکسن منوکلینیک است، لپیدولیت (Lepidolite) که یک میکای Liدار است و آمبلی گونیت (Ambligonite) که یک فسفات Li می‌باشد. کانی‌های لیتیم‌دار برای تهیه فلز لیتیم که کاربردهای فراوانی در تهیه آلیاژهای سبک، انرژی هسته‌ای، تهیه ویتامین، صنایع شیمیایی و باتری دارد، استحصال می‌شوند.

 

▪ کانی‌های بریلیوم دار

پگماتیت‌ها مهمترین منبع کانی‌های بریلیوم محسوب می‌شوند. ۹۰ درصد بریلیوم جهت تهیه آلیاژهای مقاوم و سخت بکار برده می‌شود. روسیه تولید کننده بیش از ۷۰% بریلیوم جهان است و کشورهای برزیل و آرژانتین و زیمباوه و رواندا در مقام‌های بعدی قرار دارند.

مهمترین کانی‌های پگماتیتی بریلیوم عبارتند از : بریل، بریلیونیت، برتراندیت و کریزوبریل.

 

▪ میکاها

مهمترین میکای پگماتیتی مسکوویت یا میکای سفید است. این کانی از لحاظ مصرف در نوع صفحه‌ای و پولکی تولید می‌شود. میکای صفحه‌ای برای مصارف الکترونیک، اپتیک و عایق‌سازی حرارت و جریان الکتریسیته بکار برده می‌شود. اما میکای پولکی به عنوان پرکننده در سیمان، آسفالت، رنگ، تزیین بتون، تهیه گل حفاری می‌رود. ایالات متحده آمریکا بزرگترین تولیدکننده میکالی سفید جهان است و پس از آن روسیه، هندوستان و کره جنوبی در مقام‌های بعدی قرار می‌گیرند.

 

▪ کانی‌های حاوی عناصر کمیاب

بیش از ۳۰۰ کانی حاوی عناصر کمیاب در پگماتیت‌ها شناسایی شده‌اند. مصارف مهم عناصر کمیاب عبارتند است از: پالایش نفت خام، صنایع شیشه و سرامیک، صنعت تولید لامپ تصویر رنگی تلویزیون، تهیه آهنرباهای دائمی و نیروهای نوری و آلیاژها. مهمترین این کانی‌ها عبارتند از : مونازیت، زینوتایم، زیرکن، آلانیت و بایدلیت.

 

▪ فلدسپات‌های آلکالن

مهمترین منبع استحصال فلدسپات‌های آلکالن پگماتیت‌های بسیار عمیق می‌باشند. بیش از ۵۰ درصد آلکالی فلدسپات‌های تولید شده، در صنایع شیشه به مصرف می‌رسند. نقش این کانی در تهیه شیشه بالا بردن مقاومت خمشی شیشه و جلوگیری از تبلورهاست. همچنین به عنوان ماده زمینه رنگ سرامیک‌ها و سفال‌ها و نیز در لاستیک‌سازی و تولید صابون نیز بکار برده می‌شود.