بررسی تاثیر دما و ابعاد ذرات بر میزان انبساط پرلیت معدن شیرین بلاغ(۲)

دسته کانه آرایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و نهمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده والح آقازاده
تاريخ برگزاری ۰۲ اسفند ۱۳۸۵

 

مقدمه 

 


پرلیت نوعى سنگ آتشفشانى با ترکیب اسید تا حد واسط است که در محیط آب و یا مرطوب تشکیل مى شود. پرلیت داراى بافت شیشه اى است و به سبب داشتن آب مولکولی، اشکال کروى در آن ایجاد شده است. پرلیت خام حاوی ۲ تا ۵ درصد آب ترکیبى و جلاى چرب بوده که به رنگهاى سفید، خاکسترى متمایل به سبز و سیاه روشن تا تیره و قهوه اى در طبیعت دیده مى شود. وزن مخصوص آن ۲۲۰۰ تا ۴۲۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و سختى آن بین ۵ تا ۶ در مقیاس موس مى باشد. این سنگ بسیار ترد بوده و بافت مخصوص آن، یک حالت ترک خوردگى پوست پیازى مدور گرد و براق (شبیه به مروارید) به این کانی   مى دهد و به همین علت پرلیت نامیده مى شود]۴و۵[. کشورهاى مهم تولید کننده پرلیت ایالات متحد امریکا، یونان، مجارستان، ترکیه، ایتالیا، مکزیک، فیلیپین و ژاپن می باشد. مهمترین ذخایر پرلیت در ایران در منطقه آذربایجان شرقى و شهرستان میانه   مى باشد]۲[. بطور کلی کاربردهای فرآوران و متنوع پرلیت به سه گروه کلی ساختمان سازی، کشاورزی و صنعت تقسیم بندی  می شود. از مجموع پرلیت فرآورى شده در جهان ۷۰ درصد آمیخته با گچ، ۱۵ درصد آمیخته با سیمان و ۱۵ درصد بقیه، مصارف گوناگونی مانند فیلتراسیون دارد]۳[. پرلیت در ساختمان سازی در ایزولاسیون کف و سقف ساختمان، عایق کارى صدا، نماسازى ساختمان، پرلیت آمیخته با گچ با اندودهاى پرلیتى، ملات پرلیت و سیمان بکار برده می شود]۸ [.

با اضافه کردن پرلیت پخته به خاک باغبانى، مرغوبیت خاک باغبانى بسیار بالا مى رود و ظرفیت جذب آب خاک بالا   می رود]۷و۸[. پرلیت در صنعت به عنوان پرکننده براى عایق بندى حرارتى، ساختن صفحه هاى جذب صدا، تهیه محصولات عایق حرارتى، در سیمانکارى چاهها، ماده صاف کننده یا کمک صافى و بعنوان عامل جذب کننده و حامل بکار برده می شود]۳و۸[.

هدف اصلی از فرآورى پرلیت، دانه بندى و منبسط کردن آن است، با حرارت دادن پرلیت تا دمای بیش از ۸۰۰ درجه سانتی گراد حجم آن ۲۰-۴  برابر حجم اولیه افزایش و چگالى آن تا ۳۲ کیلوگرم بر متر مکعب کاهش می یابد. همچنین پرلیت منبسط شده، متخلل، سبک وزن، مقاوم در برابر آتش، نگهدارنده رطوبت، مقاوم در برابر حرارت و صدا و سفید رنگ می باشد]۷[. در اثر فرآیند انبساط رنگ این ماده سفیدتر مى شود. از طرف دیگر در مورد پرلىت، عوامل متالوژىکی مانند کانه‌های فلزی و ىا برخی کانی های غىر فلزی اهمىت ندارند و دانه بندی است که در هر دو شکل خام و پخته شده آن حائز اهمىت مى‌باشد. در نتىجه منظور از فرآوری پرلىت، عمدتا تولىد محصول خام و پخته شده آن (منبسط شده) با دانه بندی مشخص مورد نىاز در صناىع مختلف مى‌باشد]۶[. مراحل تهىه پرلىت به صورت زىر مى‌باشد:

- استخراج به طرىق روباز با انجام آتشباری و ىا بدون آتشباری

- انجام عمل خرداىش بر روی سنگ استخراج شده

- دانه بندی سنگ خرد شده به ‌اندازه‌های مورد نىاز در مصارف مختلف (پرلىت خام تولىدی معمولا دارای چهار نوع دانه بندی است که عبارتند از: زىر ۱ ، ۱ تا ۵/۱،  ۵/۱ تا ۵/۲ و ۵/۲ تا ۵/۳ مىلىمتر)

- بسته بندی پرلیت خام دانه بندی شده و عرضه آن به بازار مصرف

- پخت پرلىت دانه بندی شده در کوره

- دانه بندی پرلىت پخته شده برای مصارف مختلف

یک مدار نمونه فرآوری پرلیت  در  شکل(۱) نشان داده شده است.


 

 

مواد و روش تحقیق

 


تهیه و آماده سازی نمونه

 


نمونه پرلیت مورد مطالعه برای این تحقیق از معدن پرلیت شیرین بلاغ (۲) میانه گرفته شد. این معدن در ۱۶۳ کیلومترى جنوب شرقى تبریز و ۱۲ کیلومترى شمال غرب شهرستان میانه واقع شده است. ذخیره این معدن در حدود ۵/۲ میلیون تن می باشد]۲[. در ابتدا ابعاد نمونه پرلیت خام در یک  مرحله توسط سنگ شکن فکی به کمتر از ۵ میلیمتر رسانده شد. سپس نصف محصول سنگ شکن فکی توسط ریفل جهت خردایش بیشتر برداشته شد. در سنگ شکن غلطکی نمونه تا ابعاد کمتر از ۳ میلیمتر خرد شد. از محصول سنگ سنگ غلطکی نمونه های جداگانه جهت آنالیز شیمیایى، کانی شناسی و دانه بندی برداشته شد. ابعاد سرندهای انتخاب شده جهت آنالیز دانه بندی ۱۰، ۱۲، ۱۴، ۱۶، ۲۰، ۲۵، ۳۰، ۴۰، ۵۰ و ۶۰ مش بودند.

 

آنالیز شیمیایى و کانی شناسی نمونه

 

آنالیز شیمایى توسط دستگاه

 انجام گرفت که نتایج آن در جدول(۱) آورده شده است. نتایج آنالیز شیمیایى نشان می دهد که این نتایج با آنالیز شیمیایى متوسط که برای کانی پرلیت گزارش       می شود،  تفاوت زیادی ندارد.


 

جدول(۱): نتایج آنالیز شیمیایى نمونه

 

ردیف

ترکیبات

درصد

۱

۲

۳

۴

۵

۶

۷

SiO۲

Al۲O۳

K۲O

Na۲O

Fe۲O۳

CaO

MgO

۲/۷۵

۱/۱۴

۱۹/۵

۵۲/۳

۹۶/۰

۷۳۴/۰

کمتر از ۰۱/۰


 

مطالعات کانی شناسی توسط دستگاه  و میکروسکوپ نوری انجام گرفت. نتایج  نشان داد که کانی های موجود در نمونه عمدتا فلدسپار, دولومیت, کانی های رسی و فاز غیر بلورین می باشد. نتایج مطالعات میکروسکوپی نیز نشان داد که در نمونه، کانی های مافیک مانند بیوتیت به مقدار خیلی جزئی وجود دارد.

 


آزمایش های انبساط پرلیت

 

جهت انبساط پرلیت در آزمایشگاه از یک کوره با دمای اسمی ۱۲۵۰ درجه سانتی گراد استفاده شد. برای انجام آزمایش ها از روش طراحی آزمایشها به روش عاملی فول فاکتوریل و از نرم افزار Minitab جهت آنالیز نتایج بدست آمده از آزمایشگاه استفاده شد. در این تحقیق تاثیر دما و ابعاد ذرات بر میزان انبساط پرلیت شیرین بلاغ (۲) میانه بررسی شد. تعداد سطوح پارامترهای مذکور ۴ سطح انتخاب شدند، بنابراین با توجه به اینکه آزمایش ها بروش فول فاکتوریل با دو پارامتر در ۴ سطح انجام شود لذا تعداد آزمایش ها ۱۶ عدد محاسبه گردید. با توجه به اینکه هر آزمایش ۲ بار تکرار شد، بنابراین در کل ۳۲ آزمایش انجام گرفت. ترتیب انجام آزمایش ها کاملا تصادفی بود, تا نتایجی که بدست می آید قابل اعتماد باشد. پارامترها و سطوح آنها  در جدول(۲)  نشان داده شده است.


 

جدول(۲): پارامترها و سطوح انتخاب شده جهت انجام آزمایش ها

 

 

سطح

۱

۲

۳

۴

پارامتر

ابعاد ذرات(میلیمتر)

۲۵/۰

۵۹/۰

۸۴/۰

۴۱/۱

  والح آقازاده، دانشجوی دکتری فرآوری مواد معدنی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس

سید محمد جواد کلینی، استادیار فرآوری مواد معدنی، دانشکده فنی و  مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس

حسن زارع توکلی ،دانشجوی کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس

 

 

چکیده

پرلیت نوعی سنگ آتشفشانی است که در اثر حرارت ناگهانی تا دمای بالای 800 درجه سانتی گراد 4 تا 20 برابر حجم خود منبسط شده و رنگ آن  به سفید برفی تا متمایل به خاکستری تغییر     می یابد. وزن مخصوص پرلیت منبسط شده بین 32 تا 240 کیلو گرم بر متر مکعب می باشد و در ساختمان سازی، کشاورزی و صنعت بکار برده می شود. در این تحقیق پرلیت معدن شیرین بلاغ مورد مطالعه قرار گرفت. این معدن در 163 کیلومتری جنوب شرقی تبریز و 12 کیلومتری شمال غرب شهرستان میانه واقع شده است. ذخیره این معدن در حدود 5/2 میلیون تن می باشد.

دو عامل مهم که در انبساط پرلیت موثر می باشند درجه حرارت و ابعاد ذرات پرلیت خام می باشد. از روش طراحی آزمایش های عاملی فول فاکتوریل برای انجام آزمایش های لازم استفاده شد. نتایج آزمایش ها نیز با استفاده از نرم افزار Minitab مورد تجزیه تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که نقش درجه حرارت بر روی میزان انبساط پرلیت موثرتر از ابعاد ذرات می باشد. بیشترین میزان انبساط و یا بعبارتی کمترین چگالی پرلیت منبسط شده در دمای1100 درجه سانتی گراد و ابعاد ذرات850 میکرون اتفاق افتاد که در حدود 055/0گرم بر سانتی متر مکعب می باشد.

 

واژه های کلیدی: پرلیت خام، پرلیت منبسط شده، طراحی آزمایش، نرم افزار Minitab  و آزمون F

 


Abstract:

Perlite is a volcanic stone that can be expanded to 4-20 times at quickly heated to  and converted to snowy white and gray matter. Density of expanded perlite is ranged between  to .The main applications of perlite are in construction, agriculture and industry. A sample for this investigation was taken from Shirine Bolagh mine. The mine is located in eastern Azerbaijan, 12 Km North West of Mianeh. Reserve of this mine is estimated 2.5 Mt.

Temperature and size of raw perlite are two important parameters in expanding of perlite. Full factorial experiments were used for performance of experiments. Minitab software was also used for evalation of results. Result of experiments indicated that temperature was more effective than size of raw perlite in expending of perlite. Maximum expending or minimum density of expanded perlite is happen in  and  .Density  of  perlite at this condition was  .

 

 

کلید واژه ها: پرلیت معدنشیرینبلاغ فرآوری میانه چگالی کانه آرایی سایر موارد