کانی معدنی چیست؟
کانی معدنی به معنی ماده ی معدنی است که ساختار و فرمول شیمیایی نسبتا ثابتی دارد. این ترکیبات معدنی در معادن سنگ موجود هستند که هر کدام ویژگی های منحصر به فرد خود را دارا می باشند. انواع کانی های معدنی در سراسر کره ی زمین یافت می شوند و در تمامی صنایع و مشاغل انسان از قدیم تا به حال کاربرد دارند. کانی از واژه ی کان به معنی معدن گرفته شده است. کانی ها می توانند از عنصری خالص یا از ترکیب چندین عنصر ساخته شده باشند.
کانی ها بر اساس نوع کاربردشان به سه دسته ی فلزی، غیر فلزی (نمک ها، پتاس، میکا و …) و سوختنی یا آلی (زغال و …) دسته بندی می شوند. دسته ی فلزی خود به سه دسته ی گران بها (طلا، نقره، پلاتین و …)، آهنی (آهن، کبالت، نیکل و …) و غیر آهنی (سرب، روی، آلومینیوم و …) تقسیم بندی می شوند. در ادامه به بررسی دسته بندی انواع کانی های معدنی، سایر انواع کانی های شناخته شده، همه چیز راجع به استخراج کانی های معدنی و تجارت سنگ های معدنی با ارزش می پردازیم.
دسته بندی انواع کانی های معدنی
۱- عناصر آزاد
زمانی که در ساختار کانی ها فقط یک عنصر وجود داشته باشد؛ کانی در زمره ی عناصر آزاد دسته بندی می شود. عناصر آزاد به دو گروه فلزی و غیر فلزی تقسیم بندی می گردند. فلزات شامل طلا (Au)، نقره (Ag)، مس (Cu)، پلاتین (Pt) ، پالادیوم (Pd) و غیر فلزات شامل گوگرد (S)، الماس (C) و گرافیت (C) می باشند.
۲- هالیدها
کانی هایی که در گروه هالیدها قرار می گیرند دارای فرمول شیمیایی ساده ای هستند که به شدت در آب محلول می باشند. این ترکیبات از پیوندهای یونی تشکیل شده اند. برخی از انواع کانی معدنی که در گروه هالیدها قرار می گیرند عبارتند از: هالیت (NaCl)، سیلویت (KCl)، فلوریت (CaF2)، آتاکامیت (Cu2Cl(OH)3) و کلرآرژیریت (AgCl).
۳- اکسیدها و هیدروکسیدها
این گروه از کانی ها دارای پیوند یونی می باشند که خواص آن ها نیز متغیر است. این کانی ها به صورت ذاتی سخت، دیر گداز و چگال هستند. انواع اکسیدها شامل کوپریت Cu2Co ، هماتیت Fe2O3 ، ایلمنیت FeTiO3 ، هرسینیت FeAl2O3، گاهنیت ZnAl2O4 ، منیتیت Fe3O4 ، کرومیت FeCr2O4 ، روتیل TiO2 ، آناتاز TiO2 ، پیرولوزیت MnO2 ، کاسیتریت SnO2 ، اورانینیت UO2 ، توریانیت ThO2 ، کلمبیت و تانتالیت می باشند. انواع هیدروکسیدها (اکسی هیدروکسیدها) عبارتند از: گوتیت FeO(OH) ، گیبسیت Al(OH)3 ، بوهمیت AlO(OH) و منگانیت MnO(OH).
۴- اکسی سالت ها
یکی دیگر از انواع کانی های معدنی، اکسی سالت ها می باشند. این دسته از کانی های معدنی در گروه کانی های کربناته قرار می گیرند که از پیوند گروه های آنیونی کربنات به وسیله ی کاتیون هایی مانند Fe، Mg و Ca تشکیل می شوند. کربنات های هیدروکسیل دار و آبدار می توانند در نتیجه ی هوازدگی و دگرسانی نیز تشکیل شوند. به طور کلی اکسی سالت ها شامل کربنات ها، تنگستات ها، فسفات ها و وانادات ها می باشند که در ادامه انواع آن ها را نیز ذکر خواهیم کرد.
کربنات ها
کربنات کلسیم CaCO3 – دولومیت CaMg(CO3)2 – آنکریت CaFe(CO3)2 – سیدریت FeCO3 – رودوکروزیت MnCO3 – امسیت زونیت ZnCO3 – سروزیت PbCO3 – آزوریت Cu3(OH)2(CO3)2 – مالاکیت Cu2(OH)2CO3
کربنات کلسیم : این کانی و ماده ی معدنی در پوسته ی تخم مرغ، صدف حلزون و خرچنگ یافت می شود که البته می توان آن را به صورت مصنوعی نیز تولید کرد. بیش از ۴ درصد پوسته ی کره ی زمین از کلسیم کربنات یا انواع آن نظیر سنگ آهک ، سنگ مرمر و گرانیت ساخته شده است.
دولومیت: این ماده ی معدنی اغلب به رنگ های خاکستری در طبیعت یافت می شود. به دلیل اینکه نوعی سنگ آهک است ، به آن آهک دولومیتی هم می گویند. وزن مخصوص دولومیت ۶٫۲ گرم بر سانتی متر مکعب است. از دولومیت جهت ساختن آجر برای آستر کوره های حرارتی و سیمان پورتلند استفاده می شود.
سنگ آهن: نام سنگ آهن برای بسیاری آشنا می باشد ضمن این که سنگ آهن به تنهایی مقاوم نبوده و به راحتی اکسید خواهد شد و برای افزایش مقاومت این کانی از آلیاژها و ترکیبات مختلفی بهره می گیرند.
بنتونیت : این کانی در طب سنتی بسیار مشهور بوده و با نام گل سرشوی هم معروف می باشد. بنتونیت نوعی رس ریز دانه است و حداقل ۸۵ درصد رس مونت موریلونیت دارد.
تنگستات ها: شئلیت CaWO4 – ولفرامیت WO4(Fe,Mn) – سولفات ها (مثل سولفات کلسیم ، سولفات آهن و …) باریت BaSO4 – انیدریت CaSO4 – آلونیت KAl3(OH)6(SO4)2 – ژیپس CaSO4.2H2O – اپسومیت MgSO4.7H2O
فسفات ها: گزنوتیم YPO4 – مونازیت PO4(Ce,La,Th) – آپاتیت Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)
وانادات ها: کارنوتیت K2(UO2)(VO4)2.3H2O
۵- سیلیکات ها: همان طور که می دانید کره ی زمین به سه قسمت هسته، گوشته و پوسته از داخل به بیرون تقسیم بندی می شود. حجم بسیار زیادی از پوسته و گوشته ی کره ی زمین از کانی های سیلیکاتی ساخت شده است. کانی های سیلیکاتی نیز به دلیل تفاوت ساختاری و قرار گیری گروه آنیونی SiO4-4 به چندین دسته تقسیم بندی می شوند. این کانی ها از جمله کانی های سخت، دیر گداز و نیمه شفاف هستند. در ادامه برخی از سیلیکات ها را معرفی خواهیم کرد که به صورت باطله و محصولات دگرسانی با رخدادهای معدنی همراهند.
تکتوسیلیکات ها: کوارتز SiO2 – ارتوکلاز AlSi3O8(K,Na) – آلبیت AlSi3O8(Na,Ca) – اسکاپولیت – زئولیت (آنالیسم) NaAlSi2O6.H2O
نزوسیلیکات ها: زیرکن Zr(SiO4) – گارنت (آلماندین) Fe3Al2(SiO4)3 – گارنت (گراسولار) Ca3Al2(SiO4)3 – سیلیماتیت Al2SiO5 – توپاز Al2SiO4(F,OH)2 – کلریتوئید
سیکلوسیلیکات ها: بریل Be3Al2Si6O18 – تورمالین
سوروسیلیکات ها: لاوسونیت CaAl2Si2O7(OH)2.H2O – اپیدوت Ca2(Al,Fe)3Si3O12(OH)
فیلوسیلیکات ها: کائولینیت Al4Si4O10(OH)8 – مونت موریلونیت – ایلیت KAl2(Si,Al)4O10(H2O)(OH)2 – پیرو فیلیت Al2Si4O10(OH)2 – تالک Mg3Si4O10(OH)2 – مسکوویت KAl2(AlSi3O10)(OH)2 – بیوتیت K(Fe,Mg)3(Al,Fe)Si3O10(OH,F)2 – لپیدولیت K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(OH,F)2 – کلریت
اینوسیلیکات ها: ترمولیت – اکتینولیت Ca2(Fe,Mg)5Si8O22(OH)2 – اسپودومن LiAlSi2O6 – ولاسونیت CaSiO3
ساختار ناشناخته: کریزوکلا H2Si2O5(OH)4.nH2O(Cu,Al)2
۶- سولفیدها و سولفوسالت ها: این گروه از کانی ها یکی از پیچیده ترین و بزرگ ترین گروه های کانی ها را تشکیل می دهند که پیوند آن ها یونی و کووالانسی می باشد. فرمول عمومی سولفیدها AMXP می باشد که X اتم بزرگ تر و غالبا عنصر S (گوگرد) است. هم چنین X می تواند As، Sb، Te، Bi و Se نیز باشد. عنصر A نیز یک یا چند فلز است.
تا این جا راجع به سولفیدها بحث کردیم و اما سولفوسالت ها از سولفیدها کمیاب تر هستند. فرمول عمومی این دسته از انواع کانی های معدنی، AMBNXP می باشد. عنصر A می تواند یکی از عناصر Ag، Cu، Pb، B، As، Sb یا B باشد. فاکتور X هم عنصر S (گوگرد) است. به طور کلی سولفیدها و سولفوسالت ها کدر، سنگین و دارای جلای فلزی تا نیمه فلزی هستند. در ادامه انواع سولفیدها و سولفوسالت ها را معرفی می کنیم.
سولفیدها: کالکوسیت Cu2S – بورنیت Cu2Fes4 – گالن PbS4 – اسفالریت ZnS – کالکوپیریت CuFeS2 پیروتیت Fel-Xs – مولیبدنیت MoS2 – بیسموتینیت Bi2S3 – پیریت FeS2 – لاریت RuS2
سولفوسالت ها: تتراهدریت – تنانتیت – انارژیت Cu3AsS4
کاربرد کانی ها
کاربرد کانی های معدنی با توجه به ویژگی های مختلف آن ها می تواند متفاوت باشد. به عنوان مثال کانی ها با رنگ ها، سطح شکست، قابل رسانایی گرمایی مختلف می توانند در موارد متفاوتی مورد استفاده قرار گیرند. برخی از کانی ها نظیر الماس که مستقیما از پوسته ی زمین به دست می آیند به عنوان جواهر مورد استفاده قرار می گیرند. این گونه کانی ها به دلیل مقاومت و استحکام بالایی که دارند توسط دستگاه های تراش قوی برش داده می شوند و پس از صیقلی شدن آن ها در صنعت جواهر سازی مورد استفاده قرار می گیرند.
صرف نظر از مبحث جواهرات، کانی هایی هستند که در نمای داخلی و خارجی ساختمان ها و حتی در فونداسیون ساختمان نیز استفاده می شوند. تا کنون بیش از ۴۰ نوع کانی از سراسر کره ی زمین استخراج شده است که برخی از آن ها به تنهایی قابل استفاده و بهره برداری هستند و برخی دیگر نیاز به اعمال یک سری اصلاحات در ساختار خود دارند.
از انواع مختلف کانی ها در صنعت پزشکی و دندانسازی نیز استفاده می شود. برای ساخت پروتزها و اورتزها از کانی های مختلف بهره گرفته می شود. علاوه بر موارد گفته شده کاربردهای بسیار گسترده ای را می توان برای کانی ها در نظر گرفت. برای ساخت دستگاه های برش صنعتی از الماس که یک کانی بسیار مقاوم است استفاده می شود. هم چنین از کانی هایی مانند گرافیت به عنوان سوخت نیروگاه ها بهره گرفته می شود. همان طور که مشاهده می شود موارد استفاده از سنگ ها بسیار گسترده بوده و به صنعت خاصی محدود نمی شود.