میکا

ميکا اصطلاحي عمومي است که به گروهي از کاني هاي آلومينوسيليکات گفته مي شود. اين کاني ها ساختار ورقه اي شکل دارند و از ترکيبات فيزيکي و شيميايي مختلف تشکيل شده اند. كاني هاي خانواده ميكا از سيليكات هاي صفحه اي هستند كه شامل موسكوويت، بيوتيت، فلوگوپيت، لپيدوليت و ناترونيت مي گردند. موسكوويت، مهمترين و فراوانترين كاني صفحه اي به شمار مي رود. موسكوويت ورقه اي در پگماتيت ها و نوع پولكي در گرانيت، پگماتيت ها و شيست ها پيدا مي شود. ليپدوليت در پگماتيـت هاي غني از ليتيوم تشكيل مي شود. فلوگوپيت به صورت رگه اي و توده اي در پيروكسنيت ها و اسكارن هاي منيزيم دار گزارش شده است.
کاني هاي گروه ميکا که از نظر اقتصادي داراي اهميت هستند به صورت زير طبقه بندي مي گردند:
-موسكوويت، پتاسيم ميکا (به رنگ سبز يا ياقوتي) H₂KAl₃(SiO₄)₃
-بيوتيت، منيزيم آهن ميکا (به رنگ تيره)(Mg,Fe)₃Al(SiO₄)₃ ) (H₂K)
-فلوگوپيت منيزيم ميکا (زرد، قهوه اي تيره( H₂K(Mg)₃Al(SiO₄)₃
-ورميکوليت، بيوتيت آبدار (زرد پر رنگ(
-ليپيدوليت، ليتيوم ميکا (زرد کم رنگ)(KLi Al(OH,F)₂Al(SiO₄)₃
سيستم بلوري اين کاني ها منوکلينيک است. اين گروه از کاني ها داراي ترکيبات مختلفي از سيليکات آلومينيم آهن، منيزيم و ميکا هستند. حضور فلوئورين، باريم، منگنز، واناديم نيز در اين کاني ها گزارش شده است. از بين اين کاني ها، موسکوويت به خاطر خواص فيزيکي، شيميايي، حرارتي و مکانيکي استثنايي که دارد، در صنعت کاربرد فراوان دارد. ورميکوليت و فلوگوپيت هم مانند ميکا از اهميت برخوردار هستند. از بيوتيت به ندرت در مصارف صنعتي استفاده مي شود.

از نظر کاني شناسي کاني هاي گروه ميکا به سه گروه تقسيم مي شوند که عبارتند از:

گروه اصلي ميکا، گروه ميکاهاي شکننده و گروه کلريتي. همه کاني هاي اين گروه ها داراي ساختمان منوکلينيک هستند. ساختار ميکا ترکيبي از دو لايه تتراهدرال سيليکا و يک لايه اکتاهدرال مرکزي است.

از بين کاني هاي ميکا، موسکوويت به خاطر خواص فيزيکي، شيميايي، حرارتي و مکانيکي استثنايي که دارد، در صنعت کاربرد فراوان دارد.

موسكوويت نوع پولكي بيشتر براي ساختن صفحه هاي ميكايي به كار مي رود. مصارف بيشتر موسكوويت پولكي عبارتند از : پركننده در سيمان، آسفالت و رنگ، تزيين بتن، جلوگيري از گيركردن مته ها به هنگام حفاري، و نوع بسيار دانه ريز مسكويت براي بالا بردن مقاومت رنگ در برابر رطوبت، چسبندگي و فرسايش به كار مي رود.موسكوويت نوع صفحه اي در الكترونيك(خازن ها و لامپ ها)، سـاختن ورقه 84 و همچنين به دليل خاصيت دي الكتريك آن در ساخت لوازم عايق حرارتي و الکتريکي كاربرد دارد. به علت مقاومت بالاي حرارتي و شفاف بودن آن، در پنجره هاي كوره هاي الكتريكي از مسكويت بهره مي گيرندميکاي ورقه اي با کيفيت بالا، عمدتاٌ مسکويت، در بسياري از صنايع خصوصاٌ الکتريسيته به کار مي رود. اين امر به دليل آن است که اين کاني داراي مقاومت دي الکتريک بالاست. همچنين استفاده از اين کاني از اتلاف انرژي جلوگيري مي کند. از ديگر مشخصه هاي اين کاني حساسيت الکتريکي بالا و ضريب حرارتي پايين مي باشد.علاوه بر اين خصوصيات، ميکا در دماي بالا مقاوم باقي مي ماند.

پنجره هايي که از ميکا ساخته مي شود داراي مقاومت مکانيکي بالايي هستند و از هدر رفتن انرژي جلوگيري مي کنند. انواع ميکا داراي ضريب دي الکتريک بين 5 تا7 است. به طوريکه ازآن مي توان در ساختن خازن استفاده کرد. خواص الکتريکي و مکانيکي بالاي ميکا همراه با چسبندگي کم و همچنين توانايي دور کردن گرما از خود باعث شده است که از آن در ساختن ترانزيستور استفاده شود و از ميکا ها با ضخامت 1/0 ميلي متر براي ساختن پوشش براي سيم ها استفاده مي شود. کاربرد اين سيم ها بيشتر در مبدل هاي الکتريکي است، که باعث کوچک تر شدن و سبک تر شدن آنها مي شود.

مقاومت بالاي ميکا درمقابل گرما، چگالي کم و مقاومت مکانيکي بالاي آن باعث شده است که از آن در ساختن مقاومت هاي الکتريکي استفاده شود. همچنين ميکا، به دليل بالا بودن کيفيت در توليد ليزرهاي هليوم نئون فيلترهاي اپتيکي مخصوص، آسترها و پوشش براي شيشه هايي که بايد فشار بالاي بخار را تحمل کنند، ساخت ديافراگم براي وسايل تـنفس اکسـيژن، وسايلي جـهت رديابي و همچنين وسايلي براي سنجش گرما استفاده مي شود.

تحقيقات و آزمايش هاي اخير نشان داده است که از ميکا مي توان در ساخت محدوده وسيعي از وسايل مانند ساختن پرده هاي پنکه هاي هوايي، ساخت داشبورد ماشين و کف پوش استفاده کرد. همچنين از آن به عنوان جانشيني براي آزبست در ساخت ترمز ماشين استفاده مي شود.

جايگزين ها

ميکا را به دليل خواص فيزيکي و مکانيکي بالايي که دارد، در بسياري از مصارف صنعتي استفاده مي کنند و شايد بتوان گفت که جايگزيني براي آن وجود نداشته باشد. اما در بعضي موارد شن و تالک به جاي آن مورد استفاده قرار مي گيرند از (مانند پوشش سقف ها) از فايبر گلاس در موارد محدودي به جاي ميکا در ساختن پلاستيک هاي مخصوص استفاده مي شود

ميزان مصرف ظاهري ميکاي پولکي در جهان در سال هاي1995- 2000 از 112000 تن در سال 1995 به 137000 تن در سال 1998 افزايش داشته و پس از آن ميزان مصرف کاهش يافته و به 119000 تن در سال2000 مي رسد ( جدول4)

جدول4- ميزان مصرف ظاهري ميکاي پولکي در جهان در سال هاي1995-( 2000 تن)

شکل1- ميزان مصرف ظاهري ميکاي پولکي در جهان در سال هاي1995- 2000

ميزان مصرف ظاهري ميکاي ورقه اي در جهان در سال هاي1995- 2000 داراي نوسان بوده و از 3800 تن در سال 1995 به 3660 تن در سال 1998 و 5500 تن در سال 2000 مي رسد ( جدول5)

جدول5- ميزان مصرف ظاهري ميکاي ورقه اي در جهان در سال هاي1995- (2000تن)

شکل2- ميزان مصرف ظاهري ميکاي ورقه اي در جهان در سال هاي1995- 2000

روش اکتشاف، استخراج و فرآوری                                                                             

ميکاي نوع ورقه اي هم به صورت زيرزميني و هم به صورت روباز استخراج مي شود.

استخراج زيرزميني

استخراج زيرزميني با حفر يک چاه در داخل پگماتيت با عمق و زاويه مناسب انجام مي گيرد. اين کار توسط ماشين هاي حفاري که با هوا کار مي کنند يا به وسيله آتشباري انجام مي شود. هنگامي که ميکا يافت شد آن را با دقت تمام و بدون اينکه آسيبي به آن برسد به سطح منتقل مي کنند. استخراج اين نوع ميکا بيشتر در هند در جايي که هزينه کارگر کمتر است و قوانين محيط زيستي از انعطاف بيشتري برخوردار هستند، انجام مي گيرد.
استخراج روباز

در حال حاضر ميکاهاي نوع يک در امريکا از پگماتيت ها و ميکاشيست هاي هوازده به دست مي آيند. در اين مورد معدنکاري به صورت روباز انجام مي گيرد. در مورد مواد نرم از شاول، اسکراپر و لودر براي انتقال مواد استفاده مي شود. در اغلب موارد کائولن، کوارتز و فلدسپار همراه ميکا بازيابي مي شوند.
در مورد استخراج ميکا از سنگ هاي سخت احتياج به عمليات حفاري و آتشباري مي باشد. بعد از عمليات آتشباري مواد به دست آمده توسط آسيا خرد مي شوند و سپس توسط کاميون به کارخانه فرآوري جهت بازيابي ميکا، کوارتز و فلدسپار فرستاده مي شود.

روش هاي متداول فرآوري ميکا

ميکا را مي توان با بازدهي بالا توسط روش هاي تغليظ ثقلي بازيابي کرد، اين در حالي است که کنسانتره نهايي بيشتر در اثر اختلاف در شکل ذرات به دست مي آيد تا اختلاف در وزن مخصوص.
کنسانتره ميکا را مي توان به دو صورت تر و خشک فرآوري کرد. فرآوري ميکا در حالت تر به وسيله اسپيرال و توسط روشي به نام زيگزاگ انجام مي گيرد. در حالتي که کنسانتره خشک باشد، کاني در دو مرحله توسط سنگ شکن فکي خرد مي شود. بعد از سنگ شکن اول ذرات خرد شده توسط سرند به پنج بخش ابعادي مختلف تقسيم مي شوند که عبارتند از: ذرات درشت + (65/1) mm که اين ذرات براي خردايش مجدد به داخل سنگ شکن بر مي گردد. سه فراکسيون بعدي + (65/1) mm وmm 4/0+8/0و-mm (15/0+4/0) هر کدام به صورت جداگانه بر روي ميز فرآوري مي شوند تا کنسانتره نهايي به دست آيد. محصول مياني به دست آمده از هر کدام از ميزها وارد سنگ شکن دوم شده و پس از خردايش مجدداٌ سرند مي شوند تا اندازه هاي مورد نظر به دست آيد. عمده محصولات فرعي ميکا که در کارخانه هاي فرآوري توليد مي شود، عبارتند از کائولن – کوارتز و فلسپار. در بعضي از کارخانه ها همه اين محصولات توليد مي شود در حالي که در بعضي ديگر يک يا دو مورد از آنها به عنوان محصول ارائه مي شود. شيشه از نوع سيليکا مي تواند در بيشتر کارخانه هاي فرآوري ميکا با اضافه کردن مقدار کافي از کوارتز به دست آيد.
در حال حاضر ميکاهاي نوع يک در امريکا از پگماتيت ها و ميکاشيست هاي هوازده به دست مي آيند. در اين مورد معدنکاري به صورت روباز انجام مي گيرد. در مورد مواد نرم از شاول، اسکراپر و لودر براي انتقال مواد استفاده مي شود. در اغلب موارد کائولن، کوارتز و فلسپار همرا ميکا بازيابي مي شوند.در مورد استخراج ميکا از سنگ هاي سخت احتياج به عمليات حفاري و آتشباري مي باشد. بعد از عمليات آتشباري مواد به دست آمده توسط آسيا خرد مي شوند و سپس توسط کاميون به کارخانه فرآوري جهت بازيابي ميکا، کوارتز و فلدسپار فرستاده مي شود.

ورمیكولیت،نام عمومی گروهی از آلومینوسیلیكات های آبدار آهن و منیزیم است و یا بخشی از گروه كانی های فیلوسیلیكاته (سیلیكات های صفحه ای) كه در ظاهر شبیه به میكا می باشد، از دگرسانی و یا هوازدگی كانی های بیوتیت و فلوگوپیت ایجاد می شود. نام کانى ورميکوليت از واژه لاتين (کرم يا کرم _ حشره)، و Vermicular به معناى کرم مانند گرفته شده است زيرا در اثر ضربه گرمايى (دماى بيش از C ° 870 ) حجم آن تا 30-20 برابر حجم اوليه افزايش يافته(منبسط شده) و رشته هاى کرم مانندى به وجود مى آورد. امروزه ورمیکولیت در سطح وسیعی در جهان بکار می رود
فرمول عمومى ورميکوليت :

Na0.21,K0.39 ,Mg0.19,Ca0.13,6H₂O)(Mg5,Fe⁺²0.2 ,Fe⁺³0.8 )[Si 5.5,Al 2.5,O 20](OH) 4
ورمیکولیت دارای آب فشرده در میان لایه های سیلیکاته است.در نتیجه هنگامی که حرارت داده می شود، آب خارج شده و کانی منبسط می گردد. از مشخصات دیگر آن میتوان به جذب رطوبت، ایجاد تخلخل و باقی ماندن در جریان سیال آزاد، مقاومت گرمایی بالا، از نظر شیمیایی خنثی، ضد پوسیدگی، بی بو، مقاوم در برابر آتش و … را نام برد. اما کاربرد های آن در صنایع مختلف: كشاورزی، باغبانی و گلكاری (كودشیمیایی، علف كش و حشره كش ها و ایجاد تخلخل و جذب بیشتر خاك)، عایق کاری، نسوز، مصالح ساختمانی (سیمان و بتون های سبک)، جاذب و حامل، فیلم های انعطاف پذیر، پركننده های پلاستیكی و …
ورميكوليت به آساني به پوسته هاي غير قابل انعطاف، خم پذير و نازك تقسيم مي شود. تجمع ورميكوليت فاقد تورق در توليد لايه هاي گچ، كاهش خاكستر كه در حباب هاي ديگ بخار با سوخت ذغال سنگ وجود دارد، يك جزء (ذره) موجود در گل هاي حفاري كاربرد دارد.
در گرماي ناگهاني ° 1000-900 سانتی گراد آب بين لايه اي ورميكوليت مصرف شده و باعث تورقي عمود بر صفحات ورقه هاي نازك مي شود كه منتهي به انبساط 12-8 و کاهش چگالي از 960-640 Kg/m³ تا  192-56 Kg/m³  شده است كه وابسته به اندازه دانه و روش انبساط است. ورميكوليت تورق عموماً به رنگ طلايي يا برنزي با جلاي فلزي هستند. ورميكوليت حرارتي متورق شبيه به پرليت است.
اين ماده در مكانهاي گوناگوني در جهان يافت مي‌شود اما امروزه بيشتر در آفريقاي جنوبي، چين، برزيل، زيمبابوه و آمريكا وجود دارد. در ايران منابع معدني قابل توجهي از ورميكيوليت كشف نشده است و يا اينكه به دليل حجم بالاي باطله كه روي اين معادن را پوشانده است استخراج آنها در شرايط فعلي مقرون به صرفه نيست. اين ماده نيز به دليل برخورداري از آب تركيبي در اثر گرم شدن با پديده‌اي به نام پوسته شدن (Exfoliation) منبسط مي شود و مي‌تواند ماده‌اي سبك در توليد بتن سبك و فوق‌سبك ايجاد نمايد.
ورميکوليت در اندازه هاى ريز (به عنوان يکى از تشکيل دهنده هاى رسى خاک)، تا ورقه هاى ورميکوليت به صورت پولک هاى بزرگ در ابعاد چند سانتى مترى و در حالت منبسط آن به صورت دانه آکاردئونى يافت مى شود. رنگ اين کانى از سياه ، قهوه اى روشن تا تيره، در نمونه هاى خام تا طلايى، قهوه اى و برنزى در نمونه هاى منبسط و سختى آن بين 1.5 تا 2 (در مقياس موس) تغيير مى کند. ورميکوليت مانند کانى تالک حاوى لايه هايى از آب در ميان لايه هاى سيليکاته است. همچنين لمس اين کانى صابونى بوده و از اين نظر با تالک قابل مقايسه است. درصد آب آزاد آن حداکثر 0.5 درصد بوده و اسيديته (PH) دوغاب آن 7-9.5 است. همچنين وزن مخصوص ورميکوليت در نمونه هاى خام و منبسط، به ترتيب 960-460 ، 192-56 کيلوگرم بر متر مکعب است. اين کانى غير قابل احتراق مى باشد. نقطه ذوب کانى 1315 درجه سانتى گراد و ظرفيت گرمايى ويژه آن 840 ژول بر کيلوگرم درجه سانتى گراد است. رسانايى گرمايى اين کانى نيز 41/0-27/0 در سيستم انگليسي برآورد شده است.
ورميکوليت به صورت خام، کمتر استفاده مى شود و بيشتر کاربردهاى آن به صورت منبسط است. در اثر انبساط، حجم کانى به 20 تا 30 برابر حجم اوليه رسيده و جرم حجمى به ميزان قابل ملاحظه اى کاهش مىيابد. ميزان رسانايى گرمايى نيز پس از انبساط، بسيار کاهش می يابد.

ورمیکولیت با دارا بودن خواص ویژه و همچنین دوستدار محیط بودن کم کم جای خود را در صنایع داخلی باز می کند.