کوارتز
کوارتز نامي براي گروهي از کاني های سیلیکاته با ترکيب شيميايی (Sio2) یکسان و خواص فیزیکی مشابه است. کلمه کوارتز از لغت آلمانی “Quarz” مشتق شده و ریشه اسلاوی دارد. کوارتز یکی از مفیدترین مواد طبیعی در جهان است.
مفید بودن آن می تواند با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن مرتبط باشد. این سنگ در مقیاس موهس دارای سختی هفت است که آن را بسیار با دوام می کند و در تماس با بیشتر مواد، ترکیب شیمیایی ثابتی دارد. همچنین دارای ویژگی های الکتریکی و مقاومت در برابر حرارت است که باعث ارزشمند بودن آن در محصولات الکترونیکی می شود. این سنگ به دلیل داشتن درخشش، به عنوان یک سنگ قیمتی و همچنین در ساخت انواع شیشه ها استفاده می شود.
گرچه رنگ اصلی این کانی سفید است ولی ممکن است به رنگهای صورتی، قهوهای، زرد مایل به قهوهای و همچنین بیرنگ مشاهده شود. یکی از اولین کاربردهای کوارتز ، به صورت سنگ چخماق ، تولید اشیا تیز مانند: تیغه های چاقو ، تراشنده ها و سر نیزه بوده است.
مشخصات میکروسکوپی کوارتز
از مشخصات میکروسکوپی کانی کوارتز این است که در زیر نور عادی میکروسکوپ حالت بیرنگ دارد و هیچ نوع اثر، نشانه تجزیه و آلتراسیون در سطح کانی دیده نمی‌شود.
این یکی از تفاوت‌های مهمی است که با کانی‌های فلدسپات دارد، زیرا کانی های فلدسپات بیشتر در سطوح خود، حالت آلتراسیون را نشان می‌دهند. کوارتز در نور پلاریزه، بی‌رفرنژانس ضعیفی دارد که به رنگ های خاکستری روشن تا سفید دیده می‌شود.
کلسِدونی، آگات و جاسبر، از انواع کوارتزهای کریپتوکریستالین یا نهان بلور هستند. کوارتز به صورت گرهک ها و توده های سفت شده در سنگ آهک و گاهاً به شکل کانسار لایه ای، دیده می شود.
ساختار کریستال کوارتز
کوارتز دارای سیستم کریستالی مثلثی شکل است. فرم کریستالی ایده آل آن منشوری شش وجهی است که در هر حالت با اهرام شش وجهی خاتمه می یابد.
روند تشکیل کوارتز
کوارتز یک ماده معدنی بسیار مهم می باشد که در سنگ های آذرینی مانند: گرانیت، ریولیت و پگماتیت که بیش از حد سیلیس دارند دیده می شود. این ماده معدنی در برابر آسیب های مکانیکی و شیمیایی بسیار مقاوم است و در نتیجه، از هوازدگی سنگ های آذرین اسیدی، دانه های کوارتز آزاد می شود که ممکن است جمع شده و ماسه سنگ رسوبی را تشکیل دهند.
همچنین در سنگ های دگرگونی مانند: گنیس و شیست نیز دیده می شوند. کوارتزیت که یک سنگ دگرگونی است، بطور کامل از کانی کوارتز تشکیل شده است.
کوارتز به مقدار زیاد به صورت شن و ماسه در بسترهای جویبار ، در ساحل دریا و به عنوان ماده تشکیل دهنده خاک وجود شناخته می شود.
کاربرد کوارتز در صنعت
گاهی اوقات فرآیندهای زمین شناسی ماسه هایی را ته نشین می کنند که تقریباً از ۱۰۰٪ کوارتز تشکیل شده اند. این رسوبات به عنوان منابع ماسه ی سیلیسی با خلوص بالا شناسایی و تولید می شوند. از این شن و ماسه ها در صنعت شیشه سازی استفاده می شود. شن کوارتز در تولید ظرف شیشه ای، شیشه صفحه تخت، شیشه مخصوص و فایبرگلاس کارایی دارد. شیشه سازی یکی از کاربردهای اصلی کوارتز است.
سختی بالای کوارتز باعث شده تا بتوان از آن به عنوان یک ماده ساینده عالی استفاده کرد. ماسه های کوارتزی و ماسه های سیلیسی ریزِ آسیاب شده، به عنوان پاک کننده و هم چنین جهت سنباده زدن محفظه های آسیاب استفاده می شوند.
کوارتز هم در برابر مواد شیمیایی و هم در برابر گرما بسیار مقاوم است. بنابراین اغلب از آن به عنوان ماسه ریخته گری استفاده می شود. با داشتن دمای ذوب بالاتر از بیشتر فلزات، می توان از آن برای قالب ها و هسته های کار ریخته گری رایج استفاده کرد. آجرهای نسوز به دلیل مقاومت در برابر حرارت بالا، اغلب از شن کوارتز ساخته می شوند. شن کوارتز همچنین به عنوان شار در ذوب فلزات استفاده می شود.
شن کوارتز مقاومت بالایی در برابر خرد شدن دارد. در صنایع نفت طی فرآیندی که تحت عنوان شکستگی هیدرولیک شناخته می شود، دوغاب های ماسه تحت فشارهای بسیار زیاد، چاه های نفت و گاز را مجبور به پایین آمدن می کنند. این فشار بالا باعث شکستگی سنگ های مخزن می شود و دوغاب شنی به شکستگی ها تزریق می شود.
کاربردهای دیگر شن و ماسه کوارتز
شن کوارتز به عنوان ماده پر کننده در ساخت لاستیک، رنگ و بتونه استفاده می شود. دانه های این ماده معدنی با اندازه دقیق و تمیز شده به عنوان فیلتر استفاده می شوند. شن و ماسه کوارتز در صنایع راه آهن و معدن نیز استفاده می شود. این ماسه ها در زمین های تفریحی مانند: زمین گلف، زمین های والیبال، زمین های بیس بال، جعبه های شن و ماسه کودکان و سواحل نیز مورد استفاده قرار می گیرند.
یکی از شگفت انگیزترین خصوصیات این ماده معدنی طبیعی توانایی ایجاد لرزش در فرکانس های دقیق است. این فرکانس ها آنقدر دقیق هستند که می توان از کریستال های کوارتز برای ساختن ابزارها و تجهیزات بسیار دقیق برای نگهداری وقت (time) استفاده کرد که می توانند سیگنال های رادیویی و تلویزیونی را با فرکانس های دقیق و پایدار منتقل کنند.
دستگاه های کوچکی که برای این اهداف استفاده می شود به عنوان “نوسانگرهای بلوری” شناخته می شوند. اولین اسیلاتورهای کریستالی در دهه ۱۹۲۰ ساخته شدند و فقط بیست سال بعد، ده ها میلیون از آنها هر ساله برای نیروهای ارتش در طول جنگ جهانی دوم مورد نیاز بود. امروزه میلیاردها کریستال کوارتز برای ساختن اسیلاتورهای ساعت، رادیو، تلویزیون، رایانه، تلفن های همراه، کنتورهای الکترونیکی و تجهیزات GPS استفاده می شوند.
کاربردهای متنوعی نیز برای بلورهای این ماده معدنی با درجههای نوری مختلف وجود دارد. از آنها برای ساخت لنزهای ویژه، پنجره ها و فیلترهای مورد استفاده در لیزر، میکروسکوپ، تلسکوپ، حسگرهای الکترونیکی و ابزارهای علمی استفاده می شود. کوارتز موجود در شن و ماسه ساحلی اکنون مواد سازنده پیشرفته ترین دستگاه های الکترونیکی جهان هستند.
روش تولید بلورهای کوارتز مصنوعی
در طول دهه ۱۹۰۰ تقاضا برای بلورهای کوارتز با کیفیت بالا چنان شتاب گرفت که عملیات استخراج در سراسر جهان قادر به تأمین آنها در مقادیر کافی نبود.
خوشبختانه، این نیاز در طول جنگ جهانی دوم محقق شد و صنایع نظامی و خصوصی شروع به کار بر روی روش هایی برای رشد بلورهای کوارتز مصنوعی کردند تا نیازهای خاص استفاده از آن در صنعت نوری و الکترونیک را برآورده کنند.
امروزه بیشتر کریستال های این ماده معدنی مورد استفاده در قطعات الکترونیکی و ابزارهای نوری به جای استخراج از معادن، در آزمایشگاه ها پرورش داده می شوند. بیشتر آزمایشگاه ها بلورهای خود را با استفاده از روش های مبتنی بر روند زمین شناسی فعالیت گرمابی رشد می دهند.
بلورهای مصنوعی در دمای بالا از آب های بیش از حد گرم که غنی از سیلیس محلول هستند رشد می کنند. این بلورهای ساخته شده را می توان در اشکال، اندازه ها و رنگ های مختلف پرورش داد. هزینه پرورش بلورهای مصنوعی کوارتز با استخراج قابل رقابت است و تنها محدودیت تولید، تجهیزات رشد بلور است.
کاربرد کوارتز به عنوان یک سنگ قیمتی
کوارتز می تواند یک سنگ قیمتی عالی باشد که سخت و بادوام است. انواع محبوب این ماده معدنی که به عنوان سنگ های قیمتی به مقدار زیاد مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: آمتیست، سیترین، کوارتز گل رز، کوارتز دودی و آونتورین. عقیق ها نیز از انواع کوارتز با ساختار ریز بلور است.
ویژگی سنگ سیلیس
“سنگ سیلیس” اصطلاحی صنعتی برای موادی مانند: کوارتزیت، نواكولیت و سایر سنگ های كوارتز ریز بلور می باشد. از این نوع سنگ برای تولید ابزار ساینده، آسترهای آسیاب لوله ای و غیره استفاده می شود. نواکولیت نیز یک نوع کوارتز متراکم با بافتی ریزدانه و بسیار یکنواخت است. به عنوان کوارتز، سختی آن ۷ (سخت تر از فولاد) است.
