مشخصات عمومی و کلی پرلیت
پرلیت ماده ای معدنی بر پایه شیشه از سنگ آتشفشانی (با ژنز ماگمائی) و با ترکیب ریولیتی است که در محیط آبی و با انجماد سریع ماگمای اسیدی (گدازه آتشفشان) بصورت آمورف (غیر کریستالی) تشکیل شده است و نزدیک به 75 درصد آن اکسید سیلیسیم است. بطور کلی پرلیت حاوی حدود 20 درصد کوارتز و بقیه فلدسپات و مقدار کمی میکا و در بعضی مواقع کانیهای فرومنیزین می باشد. پرلیت دارای ژنز ماگمائی است و بیشتر پرلیت های مرغوب به دوران سوم و چهارم زمین شناسی تعلق دارند.
پرلیت ماده ای معدنی بر پایه شیشه از سنگ آتشفشانی (با ژنز ماگمائی) و با ترکیب ریولیتی است که در محیط آبی و با انجماد سریع ماگمای اسیدی (گدازه آتشفشان) بصورت آمورف (غیر کریستالی) تشکیل شده است و نزدیک به 75 درصد آن اکسید سیلیسیم است. بطور کلی پرلیت حاوی حدود 20 درصد کوارتز و بقیه فلدسپات و مقدار کمی میکا و در بعضی مواقع کانیهای فرومنیزین می باشد. پرلیت دارای ژنز ماگمائی است و بیشتر پرلیت های مرغوب به دوران سوم و چهارم زمین شناسی تعلق دارند. پرلیت در اثر آلتره شدن به مونتموریولیت، اوپال و کلسدونی تبدیل میگردد. این کانی بطور گسترده در مناطق آتشفشانی عهد حاضر و جوان و بطور محدود در ترشیر یا آتشفشانهای جوان ریولیتی یافت می شود. ذخائر پرلیت منحصر به آتشفشانهای عهد حاضر است. عمده پرلیت دارای ترکیب ریولیتی است. پرلیت های با بافت شیشه ای در گاهی موارد در برگیرنده آبسیدین هستند که نشانه ای از تبدیل سنگ نخستین به پرلیت است. پرلیت در مقایسه با آبسیدین از آب بیشتری در ترکیب خود برخوردار است ولی درصد عناصر دیگر آنها بسیار به هم نزدیک است. با اندازه گیری نسبتهای ایزوتوپی مشخص شده است که بخش اعظم آب پرلیت منشاء جوی دارد.
نام پرلیت از لغت فرانسوی به معنی صدف گرفته شده است که ناشی از شکل ظاهری سنگ بصورت رگه های باریک متحد المرکز در مقطع میباشد. این رگه ها با چشم غیر مسلح نیز قابل رویت هستند و در واقع مربوط به سرد شدن گدازه و آبگیری بعد از آن هستند. خروج مواد آتشفشانی اسیدی از دهانه آتشفشان همراه با کاهش فشار بوده و لذا گازهای حل شده آزاد و پومیس متخلخل را باعث میگردد. در نواحی زیرین که فشار بالاتر است بخار آب در سنگ باقی مانده و سپس با آبگیری ثانویه پرلیت حاصل میگردد. توده های پرلیت بیشتر بصورت جریانها، دایکها، سیلها، گنبدها و در حاشیه خارجی توده های کم عمق سنگهای آتشفشانی دیده میشوند.
به دلیل وجود 2 تا 6 درصد آب ترکیبی در آن با حرارت دادن سریع (شوک حرارتی) در دمای°C 1100-870 افزایش حجم شدیدی معادل 4 تا 20 برابر بر اساس نوع و ترکیب شیمیائی و شرایط انبساط خواهد داشت و ماده پفکی با دانسیته حدود kg/m3 100-50 ایجاد خواهد شد. همچنین خروج آب ترکیبی باعث تولید حبابهای ریز بسیار زیادی در آن میشود. از نظر سنگ شناسی آبسیدین، پرلیت و پیچستون شیشه های ولکانیکی با ترکیب سیلیسی هستند که به ترتیب دارای 1 تا 2 درصد آب، 2 تا 5 درصد آب و 5 تا 10 درصد آب میباشند. برخی از محققین معتقدند که پرلیت از هیدراتاسیون آبسیدین حاصل گردیده است و آب موجود در آن بصورت مولکولی و هیدروکسیل است. از عوامل مهم در انبساط سریع سنگ در مرحله فرآوری مربوط به میزان آب ترکیبی است. بخشی از این آب در مرحله تشکیل و بخشی پس از آن در اثر تماس آبهای زیرزمینی و بین حفره ای وارد شده است که نسبت این دو به میزان فراوانی اکسید کلسیم و منیزیم بستگی دارد. آبگیری ثانویه در امتداد مسیر حرکت آب و ابتدا در امتداد درزه و شکافها و خلل و فرج انجام می پذیرد و باعث جدایش بخش هیدراته و غیر هیدراته شده و منجر به گسترش شکافهای اولیه میگردد. این شکافها خود برای استمرار این فرایند بکار رفته و منجر به گسترش آبگیری میگردند و بدین ترتیب شکافهای متحد المرکز ایجاد می شود. از آنجائی که نوع آب موجود و مقدار و شرایط ایجاد آن و غلظت شیشه و تغییرات آن در درجه حرارت های مختلف از مهمترین عوامل در شدت انبساط پرلیت است برای تولید پرلیت منبسط شده بایستی آزمایشات دقیقی از مواد خام معدنی بعمل آید. این آزمایشات شامل مطالعه مقدار انبساط پرلیت بر اساس دانه بندی و دما می باشد. بر این اساس میتوان گفت که میزان قلیائی بودن ناشی از حضور CaO و MgO در انبساط و کیفیت پرلیت بسیار مهم است. پرلیت خام دارای دانسیته حدود kg/m3 2400-220 و سختی 5/5 تا 7 موس است که بسیار شکننده و دارای خرد شوندگی بالائی میباشد. پرلیت به رنگ های خاکستری روشن یا خاکستری متمایل به سبز، سیاه روشن تا تیره، قهوه ای و حتی سبز دیده میشود که پس از انبساط برنگ سفید خواهد شد. پرلیت خام دارای جلای چرب و بافت شیشه ای و از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است و با گذشت زمان شروع به تبلور می کنند و سپس خاصیت اصلی خود را از دست می دهند. این کانی بسهولت تحت تأثیر هوا زدگی قرار گرفته و به کائولنیت، زئولیت و مونت موریلونیت تبدیل میگردد. پرلیت ها علی رغم داشتن خصوصیات متفاوت بطور عمده از یک ماگمای اسیدی نشأت گرفته اند. آزمایشات انجام گرفته بر روی پرلیت نشان میدهد که بیشترین آب موجود بصورت ترکیبی بوده و مقدار کمی از آن بصورت هیدروکسید میباشد. پرلیت در محیط های قلیائی داغ کاملاٌ حل میشود اما در هیدروکسید سدیم نیمه محلول و در اسید های ضعیف و آب به مقدار کمی حل می شود. در جدول 4-1 ترکیب عمومی پرلیت آمده است.
پرلیت منبسط شده به دلیل دارا بودن ضریب هدایت حرارتی پائین و خاصیت جذب صوت نیز دارای کاربردهای ویژه ای میباشد. ذرات پرلیت با سیمان پرتلند و آب ترکیب میشود و بتن بسیار سبک تولید میگردد که میتوان برای مصارف سقف سبک و تولیدات پیش‌ساخته از آن استفاده نمود. علاوه بر این در کشاورزی بعنوان جاذب و نگهدارنده رطوبت و همچنین تأمین کننده مینرال‌های گیاهی، در صنایع غذائی و مخصوصاً شرکت‌های آبمیوه و نوشابه‌سازی و داروسازی و روغن نباتی بعنوان فیلتر و در پزشکی از این ماده معدنی استفاده میشود. در حفر چاهای نفت نیز از پرلیت استفاده میشود. تاکنون بیش از 1500 نوع مصرف در صنعت را میتوان برای پرلیت نام برد که این کاربرد در حال افزایش است. کاربرد پرلیت بسرعت رو به افزایش است. به دلیل ارزانی قیمت سوخت‌های فسیلی در ایران قیمت پرلیت فرآوری شده ارزان است و این یک مزیت نسبی تلقی میشود. پرلیت یک سیلیکات طبیعی میباشد لذا خنثی و دارای PH برابر با 7 است. بتن
بررسی‌های علمی و عملی برای اکتشاف ذخائر پرلیت ایران در سال 1375 در منطقه آذربایجان شرقی بویژه مناطق خلخال و میانه که دارای رخنمون‌هائی از ذخائر پرلیت بودند آغاز گردید. این بررسی‌ها منجر به کشف ذخائر عظیمی از پرلیت در مناطق شرق جاده میانه –تبریز، ناحیه سفید خانه در 46 کیلومتری شمال شرقی میانه و نقاط دیگری در آن ناحیه گردید. از میان ذخائر کشف شده منطقه سفید‌خانه به دلیل کیفیت و ذخیره مناسب و موقعیت استخراجی به منظور بررسی‌های تفصیلی انتخاب شد. این معدن دارای ظرفیتی در حدود 50 میلیون تن است. بررسی‌های مینرالوژی نشان داده است که ساختار کریستالی آن از ذرات آتشفشانی خاکستری کمرنگ با اندازه‌های کمتر از 1 سانتیمتر تشکیل شده است که براحتی خرد میشوند. پولک‌های از جنس میکا تا حداکثر 2 میلیمتر در این نمونه‌ها دیده میشود. خواص شیمیائی آن در محدوده ریولیت تا آندزیت متغیر است و دارای بیش از SiO2% 70 میباشد. ضریب شکنندگی ذرات 5/1 است که به دلیل وجود ریولیت میباشد.
زمین شناسی و پراکندگی پرلیت در ایران
بررسی‌های اکتشافی فعلی نشان داده است که عمده معادن پرلیت ایران در نواحی جنوب باختری فردوس بر روی ولکانیک های پالئوژن، در ناحیه سه چنگکی، منطقه آذربایجان شرقی بویژه شهرستان میانه، در شرق ایران در چهار گوشهای گناباد-قائن، در پیرامون بیرجند، فردوس و طبس و در نهایت در استان سیستان و بلوچستان و شهرستان نائین و کاشان واقع شده است. همراه بودن پرلیت های کشف شده در ایران با آلونیت، زئولیت و کائولینیت بخصوص در ناحیه آذربایجان وابستگی پرلیت ها را به سنگ های آتشفشانی ترشیری و دگرسانی آنها نشان می دهد با توجه به اینکه توده های پرلیت بیشتر بصورت جریانها، دایک ها، سیلها، گنبد ها و در حاشیه خارجی توده های کم عمق سنگ های آتشفشانی دیده می شوند، لذا این ذخائر بصورت پیوسته نیستند. ذخائر اقتصادی پرلیت بر مبنای جریانات توده ای ماگما که مناطق وسیعی را در بر گرفته اند بوده و به روش روباز قابل استخراج هستند. البته بر اساس مطالعات زمین‌شناسی امکان حضور پرلیت در مناطق دیگری از کشور نیز وجود دارد که مطالعات مربوطه در حال انجام میباشد. هم اکنون چندین واحد فرآوری پرلیت در سطح کشور راه‌اندازی شده که در حال گسترش میباشند. فرآوری پرلیت با استخراج ماده خام از معدن آغاز میشود و پس از عملیات خردایش و دانه‌بندی به محل کوره‌های انبساط انتقال می‌یابند. ابتدا گرمایش اولیه تا دمای حدود ˚C 350 صورت می‌گیرد. سپس پرلیت خام گرم شده به کوره قائم که منبع حرارتی آن گازوئیل یا گاز است منتقل میگردد. در این کوره گرمایش بصورت شوک حرارتی تا دمای ˚C1100 انجام می‌گیرد. در این عملیات آب ترکیبی از ذرات پرلیت خارج شده و به میزان 10 تا 20 برابر منبسط میگردند. این ذرات سفید رنگ با سطحی مخملی توسط جریان هوا از کوره خارج و پس از دانه‌بندی به سیلوهای بسته بندی منتقل میگردند. یک کوره با ظرفیت 1 تن در ساعت قادر به تولید 5 تا 8 متر مکعب پرلیت منبسط شده در ساعت خواهد بود. اطلاعات تکمیلی در مورد مشخصات پرلیت در سایتwww.Perlite.org قابل دستیابی است. پرلیت بعنوان عایقهای کنترل حرارتی و برودتی برای نگهداری دماهای زیر صفر در تانکهای اتیلن پتروشیمی، کاربردهای فراوانی دارد. تاکنون پرلیت مورد نیاز صنایع داخلی از کشورهای ایتالیا و چین وارد شده که هزینه حمل آن نیز بسیار بالا بوده است. پرلیت یک ماده سبک و جاذب آب است که در ایجاد گلخانه‌های سبک و کنترل دماهای بسیار بالا بخصوص در صنایع مرتبط و پتروشیمی کاربردهای فراوانی دارد.
بررسی وضعیت پرلیت در جهان و ایران
مهمترین مشخصات پرلیت شامل چگالی کم، رسانائی ضعیف، خنثی بودن، غیر قابل احتراق بودن، سختی کم، درخشندگی خوب و قابلیت جذب ارتعاش باعث کابرد آن در صنایع گوناگون گردیده است. اگرچه بیشتر مصارف پرلیت بصورت منبسط شده است اما در برخی مواقع با توجه به مشخصات فیزیکی و شیمیائی پرلیت خام از آن برای مصارفی از قبیل صنایع ریخته گری، ساینده ها، سنگ های تزئینی و بعنوان منبع سیلیس استفاده می شود. مهمترین مصارف پرلیت فرآوری شده بشرح ذیل است:
مصالح ساختمانی برای تولید قطعات پیش ساخته، پلاسترهای معمولی ساختمان، عایق های پرکننده، آجرهای عایق صدا.
باغبانی بصورت هیدروپونیک، اصلاح خاک و چمن، عامل رشد گیاهان و تولید بذر.
مصارف صنعتی بصورت پرکننده، عایق حرارتی، نسوز، مواد منفجره، جذب کننده، رنگ سازی، پلاستیک، لاستیک و گل حفاری.
کمک صافی و فیلترها در صنایع شیمیائی مربوط به تولید و تصفیه شکر، داروسازی، نوشیدنی ها و تصفیه آب.
در کشاورزی بعنوان عامل حاصلخیزی، ضد آفت، علف کش و خوراک دام.
از پرلیت منبسط شده برای تهیه صافی های مختلف جهت جدا کردن باکتری ها و جلبک ها در تصفیه خانه های آب نیز استفاده می شود. از پودر پرلیت در تهیه آنتی بیوتیک ها در داروسازی استفاده میشود. در کابردهای عایق حرارتی از مخلوط پرلیت و آزبست و یک ماده چسباننده مانند گچ استفاده شده و صفحات پرلیتی ساخته می شود. این صفحات ضمن برخورداری از وزن کم بصورت عایق های خوب حرارتی و صوتی عمل مینمایند. در بعضی مواقع از صفحات پرس شده پرلیت و آزبست جهت جذب صوت استفاده می گردد. پرلیت خام در متالورژی بعنوان روباره بر روی مذاب در پاتیل ریخته می شود تا ضمن کاهش افت دما و جلوگیری از اکسیداسیون مذاب، باعث تسهیل در جمع آوری سرباره گردد. از پرلیت منبسط شده در مخلوط ماسه ریخته گری نیز جهت سهولت واپاشی قالب پس از ریخته گری استفاده می شود. علاوه بر این به دلیل خواص حرارتی باعث عایق شدن بیشتر مواد قالب گیری می گردد و از طرف دیگر عبور گاز را افزایش میدهد تا امکان خروج گازهای متصاعد شده در ضمن ریخته گری افزایش یابد. از پرلیت منبسط برای عایق کاری در دمای پائین مانند تانکرهای اکسیژن، نیتروژن، آرگون و گاز طبیعی مایع نیز استفاده می شود. دمای این گازهای مایع تا Cº 270- برای هلیم می باشد که پرلیت برای عایق بندی آن مناسب است. از پرلیت منبسط شده در تولید برخی مواد منفجره بعنوان عامل ایجاد تخلخل استفاده می شود.
یکی دیگر از مصارف عمده پرلیت ، استفاده از آن به عنوان کمک صافی در پالایش انواع مختلف مایعات از قبیل فاضلاب صنعتی کارخانجات، مشروبات الکلی و غیر الکلی، شکر، روغن، آب میوه، آب آشامیدنی و مواد شیمیایی می باشد. تخلل زیاد و عدم ترکیب شیمیایی با موادی که تصفیه می شوند از مزایای عمده کمک صافیهای پرلیتی است که حتی قادر به صاف کردن مواد ژلاتینی با سرعت نسبتاً بالا می باشد و از نظر چگالی کمک صافی های پرلیتی 20 تا 50 درصد سبکتر از سایر فیلترها بوده و در نتیجه قادر به تصفیه اجزاء کمتر از میکرون نیز می باشد. اینها عواملی هستند که باعث چربش کمک صافیهای پرلیتی به کمک صافی هایی از جنس آزبست، بنتونیت، سلولز و دیاتومیت می گردند. در ضمن به دلیل استریل و خنثی بودن دارای بیشترین کاربرد در فیلتراسیون مایعات غذایی، صنایع نوشابه سازی و داروسازی می باشند.
پرلیت از حفرات میکروسکوپی تشکیل شده است و از نظر شیمیایی خنثی بوده و در برابر حمله موریانه و جانوران موذی مقاوم است. علاوه بر این با توجه به خصوصیات دیگر از آن یک عایق و مصالح ساختمانی سبک ساخته شده است (ملات و گچ ، عایق کاری زیر سقف، پوشش دودکش، آجر نسوز، عایق کردن لوله و ...)
چگالی کم پرلیت منبسط شده در گچ کاری دیوار و گچبری سبب کاهش انقباض و وزن و افزایش مقاومت در برابر آتش و خاصیت عایق بودن آن می شود.
معمولاً پرلیت به دلیل داشتن خواصی نظیر چگالی پایین، خاصیت نارسانایی حرارتی و صوتی و مقاومت در برابر حریق و رطوبت در ساختمان سازی استفاده می شود و در اغلب موارد پس از مخلوط شدن با سایر مواد به مصرف می رسد. کاربرد محصولات پرلیتی اغلب در سقف ها، دبوارها، پشت بام ها، کف ساختمان ها، پی و نماها بوده و عمده ترین مصرف آن در ساختمانسازی، مربوط به قطعات پیش ساخته می باشد.
امروزه یکی از علل افزایش مصرف پرلیت، عایق سازی صوتی ساختمانها توسط پرلیت می باشد. در تولد آجرهای عایق صوتی از پرلیت منبسط شده استفاده می شود که سبک وزن و با دوام بوده و در مقابل حریق نیز مقاوم هستند. پرلیت در این نوع کاشیها با مخلوطی از بنتونیت و کائولن و با پوشش سرامیک متصل و پخته می شود.
بتن سبک حاوی پرلیت منبسط شده و سیمان پرتلند اغلب در ساختمان سازی و به خصوص در سدسازی به کار برده می شود.تصور می گردد که بتن های سبک پرلیتی نسبت به سایر مواد عایق به کار رفته در سد و پشت بامها از مقاومت در برابر باد و حریق بیشتری برخوردار است. افزودن قطعات عایق پلی استرین به بتن پرلیتی می تواند به طور اقتصادی مقاومت حرارتی کل سیستم را به حداکثر برساند. همچنین بتنهای پرلیتی می توانند در ساختمانهای جدید و سیستمهای سقف مجدد و شیبهایی که بتواند آب موجود در پشت سقف را جاری سازد، به کار می روند.
بتن هم می تواند در محل به صورت ناپیوسته مخلوط گردد و هم می تواند در حین حمل توسط کامیون به محل مصرف داخل تانک در حال گردش مخلوط گردد و بتن مخلوط شده در داخل اکیپ دمپ شده و توسط جرثقیل به افق مورد نظر رسانده می شود. همچنین می توان بتن را توسط پمپ به محل مورد نظر رساند. پس از 3 روز تحت شرایط هوای نرمال، بتن پرلیتی حاوی چند لایه عایق و غشای محافظ هوا می شود.
از آنجا که پرلیت منبسط شده فاسد نشدنی، غیر آتشگیر و خنثی می باشد، در عایق کاری لوله ها و سیستمهای الکتریکی کف ساختمانها کاربرد داشته و هیچگونه ضایعه ای در این تأسیسات ندارد. عایق پرلیتی در قسمت زیرین کف اتاق سطوح آسفالت و کفهای چوبی جهت تراز کردن کف و کاهش انتقال صدا از طبقات و از کف به دیوار و از سیستم لوله های کف به کار می رود. در کفهایی که از بتن ساخته می شوند، معمولاً از پرلیت استفاده شده و اجرا بدین صورت است که عایق پرلیتی را بر روی سطوح مورد نظر ریخته و به ضخامت مناسبی تسطیح و با مقوای نازک کرکره ای یا مقواهای سبک و یک لایه کاغذ روغنی می پوشانند.
پرلیت منبسط در تهیه ملات بتن نیز مورد استفاده قرار می گیرد. پرلیت جهت سبک نمودن و به عنوان عامل بازدارنده هوا و کمک به عایق و مقاوم نمودن ملات سیمان در مقابل جذب رطوبت به ملات افزوده می شود. همچنین پمپاژ ملات سیمان را به ارتفاعات ساختمان تسهیل می نماید.
وجود حبابهای ریز هوا تراکم ملات بتن را کاهش داده و در نتیجه مقدار محصول افزایش و چگالی بتن کاهش می یابد.
انبساط پرلیت
پرلیت در دمای Cº 1100- 700 نرم گشته و تا 20 برابر حجم اولیه خود منبسط میشود و از حالت سنگ با دانسیته Kg/m31200-950 به ماده ای سفید برفکی و سبک با دانسیته Kg/m3 180-40 تبدیل میشود. پرلیت منبسط شده بمیزان 3/0-1/0 درصد در آب، 1 درصد در اسیدسولفوریک و 90 درصد در محلول هیدروکسید سدیم %50 حل میشود.
