استفاده از ورمیکولیت در روش آکواپونیک

 این عکس تکنیک آکواپونیک را نشان می دهد. در این روش اکسیژن توسط گیاهی که ریشه اش بجای خاک، در «ورمیکولیت» مستقر شده است، تامین می گردد  و آب مورد نیاز گیاه که بوسیله فضولات ماهی ها با نیتروژن غنی سازی شده تولید می گردد و در اختیار گیاه قرار می گیرد. مزیت این نوع پرورش گیاهان این است که علاوه بر زیبایی گیاه، مکمل زندگی ماهی شده و ماهی هم نیاز غذایی گیاه را برآورده می سازد.

ورميكيوليت يك ماده معدني و در گروه مينرال‌هاي پلي‌سيليكات جاي دارد. در ظاهر شبيه به ميكا است. اين ماده در مكانهاي گوناگوني در جهان يافت مي‌شود اما امروزه بيشتر در آفريقاي جنوبي، چين، برزيل، زيمباوه 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، نام عمومى گروهى از آلومينوسيليکات هاى آبدار آهن و منيزيم و يا بخشى از گروه کانى هاى فيلوسيليکاته (سيليکات هاى صفحه اى) است که در ظاهر شبيه به ميکا مى باشد و از دگرسانى و يا هوازدگى کانى هاى بيوتيت و فلوگوپيت ايجاد مى شود. نام کانى ورميکوليت از واژه لاتین (کرمی يا کرم _ حشره)، و Vermicular به معناى کرم مانند گرفته شده است زيرا در اثر ضربه گرمايى (دماى بيش از(870° C ) حجم آن تا 30-20 برابر حجم اوليه افزايش يافته (منبسط شده) و رشته هاى کرم مانندى به وجود مى آورد.

ورميکوليت با فرمول عمومى:

(Mg,Fe₂+,Al,Ca,K)₃(Al,Si,Fe₃+)4O₁₀(OH)₂•4(H₂O)

در سيستم مونوکلينيک متبلور شده و داراى سختى 2- 5/1 موس مى باشد. (Mg , Ca) نمادى ازکاتيون هاى تبادل پذير است. در اين فرآيند مواد با وزن سبکى ايجاد مى شوند که از نظر شيميايى خنثى (بى اثر)، مقاوم در برابر آتش (ضدآتش) و بى بو مى باشند. 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 5/1 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 5/0 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 ، 56-192 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 0.27-.041در 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 می يابد. ميزان رسانايى گرمايى نيز پس از انبساط، بسيار کاهش می یابد.

ورميکوليت براى نخستين بار در سال 1824 در ايالات متحده آمريکا معرفى شد ولى تا مدت ها به کاربردن اين نام به عنوان يک کانى مستقل، با شک صورت مى پذيرفت و کاربرد صنعتى اين کانى از حدود يک سده بعد (1925) آغاز شد. ورميکوليت به آسانى به پوسته هاى غير قابل انعطاف خم پذير و نازک تقسيم مى شود. تجمع ورميکوليت فاقد تورق در توليد لايه هاى گچ، کاهش خاکستر که در حبابهاى ديگ بخار با سوخت ذغال سنگ وجود دارد يک جزء ( ذره موجود در گلهاى حفارى) کاربرد دارد. در گرماى ناگهاني C 1000-900 آب بين لايه اى ورميکوليت مصرف شده و باعث تورقى عمود بر صفحات ورقه هاى نازک مى شود که منتهى به انبساط 12-8 و افزايش چگالى از 960-640 به Kg/m³192 -56 شده است که وابسته به اندازه دانه و روش انبساط است. ورميکوليت هاي متورق عموماً به رنگ طلايى يا برنزى با جلاى فلزى هستند. ورميکوليت حرارتى متورق شبيه به پرليت است. ساختار ورميکوليتاز90% هواى محبوس تشکيل شده و به صورت منبسط با وزن سبک بوده که عايق حرارتى خوببی است (رسانايى0.650-0.620 W/m.K   و مقاومت گرمايى بالا C 1100، عايق صوتى و از نظر شيميايى خنثى و نسبتاً نسوز (مقاوم در برابر آتش)، ضد پوسيدگى (فساد)، بى بو و عدم سوزش از خصوصيات قابل توجه است که در برخى محصولات ساختمانى مانند بتون و گچ سبک وزن، گچ هاى ژيپسى، عايق پرکننده سست، مواد مرکب کاهش دهنده صدا، پوشش ضد آتش شامل: ساختار کاشى هاى سيليکاته سديم فولادى است لايه نازک فرمالدهيد اوره و مواد اصطکاکى (جابجايى آزبست در عايق ها، کلاچ و ترمز و . . . ) بتون هاى سبک وزن که به درستى متراکم شده اند.

ورميکوليت يا پرليت به همراه آسفالت يا يک سيليکات به علت مقاومت نسبت به آب به عنوان پرکننده حفرات براى عايق حرارتى استفاده مى شود (سيمان سياه يا ساختارهاى ديگر بنايى). خواص نسوز ورميکوليت در دماى C 1260 و نقطه ذوبC 1315  در متالورژى (مواد مرکب داغ و مواد عايق مذاب) و نسوزها (آجرهاى عايق و تخته ها يا اشکال) وجود دارد. باغبانى و گلکارى جاذاب/حامل : توانايى ورميکوليت براى جذب رطوبت و باقى ماندن در جريان سيال آزاد داراى اهميت است. جذب در حدود 240% وزنى و 50-40% حجم که در کشاورزى يا باغبانى و گلکارى (کودشيميايى- علف کش يا حشره کش) ، بذر، چگونگى و حالت خاک، محيط رشد گياه است. مخلوط ورميکوليت، پيت (زغال سنگ نارس) يا مواد غذايى گياهى در يک محيط بدون خاک به نام آب کشت است.

از نظر زمين شناسي بيشتر ذخاير ورميکوليت اقتصادى امروزه به نهشته هايى اطلاق مى شوند که در زمان پرکامبرين و آرکئن (5/1-3/0 ميليارد سال پيش) شکل گرفته اند. يک مورد استثنا نهشته مونتانا است که در زمان ترياس(225 ميليون سال پيش) تشکيل شده است. در سالهاى اخير ورميکوليت را حاوى آلودگى آزبست مى دانند. پرليت و ورميکوليت در طول سالها براى اصلاح خاک استفاده مى شد که مخلوط فاقد خاک يا خاک مصنوعى ناميده می شد زيرا به طور جانبى فاقد خاک بود. پرليت و ورميکوليت در صنعت باغبانى و گلکارى استفاده مى شود زيرا هر دوى آنها زهکشى ايجاد مى کنند و مى توانند مقاديرى آب را داشته باشند و آن را حفظ نمايند و سپس بر حسب نياز آن را آزاد کنند.

پرليت و ورميکوليت استريل بوده و PH خنثى دارند و به آسانى در دسترس مى باشند. غير سمى، سالم براى استفاده و نسبتاً ارزان هستند. پرليت تمايل به طويل شدگى دارد و عملکرد بهترى در رشد و نمو گياهان در آبهاى حاوى مواد معدنى براى تقويت دارد. بيشتر عايق هاى ورميکوليت ممکن است حاوى فيبرهاى آزبست باشد. اين محصولات در طول تعمير يا تخريب و نگهدارى مى تواند خطراتى به سلامتى وارد سازد. اما در حال حاضر هيچ شواهدى مبنى بر ضرر آن به سلامت وجود ندارد. ورميکوليت يک کانى شبيه ميکاست که در تمام جهان استخراج مى شود و مصرف تجارى دارد زيرا مقاوم در برابر آتش است و کيفيت عايق کارى خوبى دارد. ورميکوليت هاى حاصل از معدن Libby در مونتانا ممکن است حاوى آزبست باشد. اين معدن بخش عمده بازار جهانى در ورميکوليت را در بر مى گيرد. محصولات ساخته شده از کانسنگ ورميکوليت به وسيله اين معدن به طور گسترده اى پس از اواسط دهه 1980 استفاده نشد. همه ورميکوليت ها قبل از سال 1990 حاوى فيبرهاى آزبست نيستند و مي توانند در مواردي به کار گرفته شوند.

ساخت بتن هاي سبک با استفاده از دانه هاي سبک طبيعي و صنعتي (پرليت، پوکه هاي آتشفشاني، ورميکوليت، ليکا، پلي استايرن و غيره) با فرمـول بندي هاي مخـتلف سالهاست که در صنعت ساختمان رواج داشتـه است. بتـن هاي سبک حاصل از اختلاط هر يک از اين دانه هاي سبک با ملات هاي سيماني با توجه به وزن حجمي و مقاومت و کيفيـت دانـه ها داراي خواص ويژه اي است که در صورت استفاده از ترکيب همزمان بعضي از آنها در ملات هاي سيماني و در کنار استفاده از رزين هاي شيميايي خاص و پوزولان ها بتن سبک حاصل داراي خواص برتر به لحاظ مسائل فني و قيمت خواهد بود که بلـوک و پانـل از جـمله آنهاسـت. همچنين هـزينه پائين تجهيزات توليد و سهـولت اجرا از ويژگيهاي بـرتر آن بشمار مي رود.

ملات حاصل از اين ترکيب با آب و سيمان براحتي توسط دستـگاه هاي ساده بلـوک زن تخم کن و ثابت و يا ماشين آلات تمام اتومـاتيک به بلـوک هاي سبـک ديواري و سقفـي با وزن مخصوص 600 الي 800 کيلوگرم در متر مکعب (شناور روي آب) تبديل مي شود و ضمناً از اين ملات جهت توليد انواع پانل با ابعاد دلخواه در قالبهاي معمولي و همچنين پوشش احجـام حتي کـروي نيز مي توان استفاده نمود. جهت توليد قطعات سبک باربر مسلح و سقف هاي کامپوزيت مي توان با تغيير لازم در فرمول طرح اختلاط به همراه شبکه هاي فلزي و آرموتورهاي حايل به اين منظور دست يافت

کشاورزی

مهم ترین کاربرد آن در کشاورزی ( انواع کودشیمیایی، علف کشی ها و حشره کش ها و اختلاط آن با خاک باعث ایجاد تخلخل بیشتر و جذب خاک می شود)، باغبانی (32%)، مصالح ساختمانی (36%) (تولید گچ و سیمان با وزن سبک و اضافه کردن ورمیکولیت به مخلوط بتون و ایجاد مخلوط بتون سبک وزنی)، مواد پرکننده، انواع عایق های صوتی و حرارتی (27% عایق گرمایی) کاربرد دارد.

ورمیکولیت به آسانی به پوسته های غیر قابل انعطاف، خم پذیر و نازک تقسیم می شود. تجمع ورمیکولیت فاقد تورق در تولید لایه های گچ، کاهش خاکستر که در حباب های دیگ بخار با سوخت ذغال سنگ وجود دارد، یک جزء (ذره)موجود در گل های حفاری کاربرد دارد. در گرمای ناگهانی C ° 1000-900 آب بین لایه ای ورمیکولیت مصرف شده و باعث تورقی عمود بر صفحات ورقه های نازک می شود که منتهی به انبساط 12-8 و افزایش چگالی از 960-640 تا 192-56 Kg/m3 شده است که وابسته به اندازه دانه و روش انبساط است. ورمیکولیت تورق عموماً به رنگ طلایی یا برنزی با جلای فلزی هستند. ورمیکولیت حرارتی متورق شبیه به پرلیت است. باغبانی و گلکاری جذاب

حامل توانایی ورمیکولیت برای جذب رطوبت، ایجاد تخلخل و باقی ماندن در جریان سیال آزاد دارای اهمیت است. جذب در حدود 240% وزنی و 50-40% حجم که در کشاورزی یا باغبانی و گل کاری (کودشیمیایی- علف کش یا حشره کش، بذر، چگونگی و حالت خاک، محیط رشد گیاه است. مخلوط ورمیکولیت، پیت (زغال سنگ نارس) یا مواد غذایی گیاهی در یک محیط بدون خاک به نام آب کشت است.

عایق کاری

ساختار ورمیکولیت از90% هوای محبوس تشکیل شده و به صورت منبسط با وزن سبک بوده که عایق حرارتی خوبی است (رسانایی w/m°C 065/0-062/0 و مقاومت گرمایی بالایC ° 1100 )، عایق صوتی و از نظر شیمیایی خنثی و نسبتاً نسوز (مقاوم در برابر آتش)، ضد پوسیدگی (فساد)، بی بو و عدم سوزش از خصوصیات قابل توجه است که در برخی محصولات ساختمانی مانند بتون و گچ سبک وزن، گچ های ژیپسی، عایق پرکننده سست، مواد مرکب کاهش دهنده صدا، پوشش ضد آتش شامل: ساختار کاشی های سیلیکاته سدیم فولادی است،  (جابجایی آزبست در عایق ها، کلاچ و ترمز و…. مصالح ساختمانی بتون های سبک وزن که به سستی متراکم شده اند . ورمیکولیت در جهت استفاده از انواع اهرم جعبه ماکو و سیمان پرتلند به کار برده می شود. سیمان های با سیلیس یا آلومینای بالا برای تنوره (دودکش) های بخار عایق، دیگ بخار یا کوره ها استفاده می شود. ورمیکولیت یا پرلیت به همراه آسفالت یا یک سیلیکات به علت مقاومت آب به عنوان پرکننده حفرات برای عایق حرارتی استفاده می شود (سیمان سیاه یا ساختارهای دیگر بنایی.

نسوز

خواص نسوز ورمیکولیت دردمای Sintering، C ° 1260 و نقطه ذوب C ° 1315 در متالورژی (مواد مرکب داغ و مواد عایق مذاب) و نسوزها (آجرهای عایق و تخته ها یا اشکال) وجود دارد. کاربرد نهایی این کانی عموماً بسته به محتوای ورمیکولیت (ps %99-90)، بازده تورق و چگالی بعد از تورق است. در ایالات متحده امریکا، تقریباً اندازه های سرند بالایی و پائینی عبارتند از :

• درجه 1 (درشت ) 15- تا 5میلیمتر

• درجه 2 (متوسط) 3 تا 5 میلیمتر

• درجه 3 (ریز ) 1 تا 3- میلیمتر

• درجه 4(پودری)1تا 0 میلیمتر

جایگزینی

چندین ماده می تواند جانشین ورمیکولیت برای کاربردهای گوناگون گردد. پرلیت منبسط شده، می تواند برای بتون سبک وزن (پرلیت نوعی شیشه ولکانیکی شبیه ابسیدین می باشد) مورد استفاده قرار گیرد. شیل،سیلت و رس می توانند مانند ورمیکولیت استفاده شوند اگرچه این مواد ارزانتر هستند ولی بطور قابل ملاحظه ای سنگین تر از پرلیت و ورمیکولت هستند. فایبرگلاس، پرلیت و Slag Wood می توانند برای عایق کاری مورد استفاده قرار گیرند. تعدادی از دیگر موادی که در کشاورزی برای آماده سازی خاک جهت گیاه کاری وگل کاری مورد استفاده هستند می توان (پیت،Saw dust،Woodchips، برگ و دیگر مواد آلی) را نام برد.