الولاستونيت
| الولاستونيت | |
|---|---|
 | |
| عام | |
| فئة | معدن إينوسيليكات |
| الصيغة (وحدة متكررة) | سيليكات الكالسيوم، CaSiO3 |
| رمز IMA | وو [1] |
| تصنيف سترونز | 9.د.ج.05 |
| نظام الكريستال | يوجد نوع متعدد الميل أحادي الميل |
| فئة الكريستال | Pinacoidal ( 1 ) (نفس رمز HM ) |
| مجموعة الفضاء | P 1 (ثلاثي الميل) P 2 1 / أ (أحادي الميل) |
| خلية الوحدة | أ = 7.925 Å ، ب = 7.32 Å، ج = 7.065 Å؛ α = 90.055°، β = 95.217°، γ = 103.42°؛ ض = 6 |
| تعريف | |
| كتلة الصيغة | 116.159 جرام/مول |
| لون | أبيض، عديم اللون أو رمادي |
| عادة الكريستال | نادرة على شكل بلورات لوحية - عادة ما تكون ضخمة في تجمعات صفائحية، مشعة، مضغوطة، وليفية. |
| التوأمة | شائع |
| انقسام | مثالية في اتجاهين عند حوالي 90 درجة |
| كسر | انقسام إلى غير متساو |
| صلابة مقياس موس | 4.5 إلى 5.0 |
| بريق | زجاجي أو باهت إلى لؤلؤي على أسطح الانقسام |
| أثَر | أبيض |
| شفافية | شفاف إلى شبه شفاف |
| الثقل النوعي | 2.86–3.09 |
| الخصائص البصرية | ثنائي المحور (-) |
| معامل الانكسار | ن α = 1.616–1.640 ن β = 1.628–1.650 ن γ = 1.631–1.653 |
| ازدواجية الانكسار | δ = 0.015 الحد الأقصى |
| زاوية 2 فولت | قياس: 36° إلى 60° |
| نقطة الانصهار | 1540 درجة مئوية |
| الذوبان | قابل للذوبان في حمض الهيدروكلوريك، غير قابل للذوبان في الماء |
| خصائص أخرى | حرارة التكوين (@298): −89.61 كيلوجول طاقة جيبس الحرة: 41.78 كيلوجول |
| مراجع | [2] [3] [4] [5] [6] |
الوولاستونيت هو معدن إينوسيليكات الكالسيوم ( Ca Si O 3 ) قد يحتوي على كميات صغيرة من الحديد والمغنيسيوم والمنجنيز التي تحل محل الكالسيوم. عادة ما يكون أبيض اللون. يتشكل عندما يتعرض الحجر الجيري غير النقي أو الدولوميت لدرجة حرارة وضغط مرتفعين ، وهو ما يحدث أحيانًا في وجود سوائل تحتوي على السيليكا كما هو الحال في السكارن [ 7] أو عند ملامسته للصخور المتحولة . تشمل المعادن المرتبطة به العقيق والفيسوفيانيت والديوبسيد والتريموليت والإبيدوت وفلسبار البلاجيوكليز والبيروكسين والكالسيت . تم تسميته على اسم الكيميائي وعالم المعادن الإنجليزي ويليام هايد وولاستون ( 1766-1828) .
على الرغم من تشابهه الكيميائي مع الطيف التركيبي لمجموعة البيروكسين من المعادن - حيث ينتهي استبدال المغنيسيوم (Mg) والحديد (Fe) بالكالسيوم بالديوبسايد والهدنبرجايت على التوالي - إلا أنه مختلف هيكليًا للغاية، مع وجود SiO ثالث4-4رباعي السطوح [8] في السلسلة المرتبطة (على عكس اثنين في البيروكسينات).
اتجاهات الإنتاج
يُقدر إنتاج العالم من خام الولاستونيت الخام بنحو 1.2 مليون طن في عام 2021. ومن المتوقع أن تتجاوز احتياطيات العالم من الولاستونيت 100 مليون طن، على الرغم من أن بعض الرواسب الموجودة لم يتم مسحها.
تشمل الدول الرئيسية المنتجة للولاستونيت الصين والهند والولايات المتحدة والمكسيك وفنلندا. [9]
في الولايات المتحدة، يتم استخراج الوولاستونيت في ويلسبورو، نيويورك (كان أول مختبر لأبحاث الوولاستونيت المحلية في إسيكس، نيويورك بواسطة كورت بيرنهام في أربعينيات القرن العشرين. لا يزال مبنى المختبر الأصلي موجودًا كمبنى سكني وتجاري) وغوفيرنور ، نيويورك . كما تم استخراج الرواسب تجاريًا في شمال غرب المكسيك . [10]
تراوح سعر الوولاستونيت الخام في عام 2008 بين 80 و500 دولار أمريكي للطن اعتمادًا على البلد وحجم وشكل جزيئات المسحوق. [10]
الاستخدامات
يعد الوولاستونيت من أسرع السيليكات تفاعلًا، ولكن قد تكون تكاليف تخزين الكربون مرتفعة. [11] تعمل إضافة الوولاستونيت إلى التربة على تحفيز التمعدن الكربوني العضوي. [12]
السيراميك
تتمتع مادة الولاستونيت بأهمية صناعية في تصنيع السيراميك كمادة مضافة. [13]
في السيراميك، يقلل الولاستونيت من الانكماش وتطور الغاز أثناء الحرق ، ويزيد من قوة اللون الأخضر والحرق، ويحافظ على السطوع أثناء الحرق، ويسمح بالحرق السريع، ويقلل من التشققات والتشققات وعيوب التزجيج. [ بحاجة لمصدر ]
بناء
يمكن أن يعمل الوولاستونيت كبديل للأسبستوس في بلاط الأرضيات ومنتجات الاحتكاك والألواح العازلة والطلاء والبلاستيك ومنتجات التسقيف. على غرار الأسبستوس، فإن الوولاستونيت مقاوم للهجوم الكيميائي ومستقر في درجات الحرارة العالية ويحسن قوة الانحناء والشد في المركبات. [10] في بعض الصناعات، يستخدم الوولاستونيت بنسب مختلفة من الشوائب، مثل استخدامه كصانع لعزل الصوف المعدني، أو كمواد بناء زخرفية. [14] يستخدم الوولاستونيت في الأسمنت الذي تم الإعلان عنه في عام 2019 والذي "يقلل من البصمة الكربونية الإجمالية في الخرسانة الجاهزة بنسبة 70٪." [15]
تمت دراسة الوولاستونيت لتعدين الكربون لتخزين ثاني أكسيد الكربون (CO2 ) وفقًا للتفاعل التالي: [16]
علم المعادن
في التطبيقات المعدنية، يعمل الولاستونيت كمواد مساعدة في اللحام، ومصدر لأكسيد الكالسيوم، ومكيف للخبث، ولحماية سطح المعدن المنصهر أثناء الصب المستمر للصلب. [ بحاجة لمصدر ]
طلاء
كمضاف إلى الطلاء، يعمل الولاستونيت على تحسين متانة طبقة الطلاء، ويعمل كعازل لدرجة الحموضة ، ويحسن مقاومته للعوامل الجوية، ويقلل من اللمعان، ويقلل من استهلاك الصبغة، ويعمل كعامل تسطيح وتعليق. [ بحاجة لمصدر ]
بلاستيك
في البلاستيك، يعمل الولاستونيت على تحسين قوة الشد والانحناء ، ويقلل من استهلاك الراتينج، ويحسن الاستقرار الحراري والأبعادي في درجات الحرارة المرتفعة. تُستخدم معالجات السطح لتحسين الالتصاق بين الولاستونيت والبوليمرات التي يضاف إليها. [ بحاجة لمصدر ]
وقد قدرت نسبة تطبيقات البلاستيك والمطاط بنحو 25% إلى 35% من مبيعات الولايات المتحدة في عام 2009، تليها تطبيقات السيراميك بنحو 20% إلى 25%؛ والطلاء بنحو 10% إلى 15%؛ والتطبيقات المعدنية بنحو 10% إلى 15%؛ ومنتجات الاحتكاك بنحو 10% إلى 15%؛ والمنتجات المتنوعة بنحو 10% إلى 15%. وربما تمثل تطبيقات السيراميك نحو 30% إلى 40% من مبيعات الولاستونيت على مستوى العالم، تليها البوليمرات (البلاستيك والمطاط) بنحو 30% إلى 35% من المبيعات، والطلاء بنحو 10% إلى 15% من المبيعات. أما بقية المبيعات فكانت للبناء ومنتجات الاحتكاك والتطبيقات المعدنية. [ بحاجة لمصدر ]
البدائل
الطبيعة الإبرية للعديد من منتجات الولاستونيت تسمح لها بالتنافس مع المواد الإبرية الأخرى، مثل الألياف السيراميكية، والألياف الزجاجية، والألياف الفولاذية، والعديد من الألياف العضوية، مثل الأراميد ، والبولي إيثيلين ، والبولي بروبيلين ، والبولي تترافلورو إيثيلين في المنتجات حيث يتم البحث عن تحسينات في الاستقرار الأبعادي، ومعامل الانحناء، وانحراف الحرارة.
يتنافس الولاستونيت أيضًا مع العديد من المعادن أو الصخور غير الليفية، مثل الكاولين والميكا والتلك ، والتي تُضاف إلى البلاستيك لزيادة قوة الانحناء، ومعادن مثل الباريت وكربونات الكالسيوم والجص والتلك، والتي تمنح ثباتًا أبعاديًا للبلاستيك.
في صناعة السيراميك، يتنافس الولاستونيت مع الكربونات والفلسبار والجير والسيليكا كمصدر للكالسيوم والسيليكون. ويعتمد استخدامه في صناعة السيراميك على تركيبة الجسم السيراميكي وطريقة الحرق. [ 9 ]
تعبير
في CaSiO 3 النقي ، يشكل كل مكون ما يقرب من نصف المعدن بالوزن: 48.3٪ من CaO و 51.7٪ من SiO 2. في بعض الحالات، تحل كميات صغيرة من الحديد (Fe) والمنجنيز (Mn) وكميات أقل من المغنيسيوم (Mg) محل الكالسيوم (Ca) في صيغة المعدن ( على سبيل المثال ، الرودونيت ). [14] يمكن أن يشكل الوولاستونيت سلسلة من المحاليل الصلبة في نظام CaSiO 3 -FeSiO 3 ، أو التخليق الحراري المائي للمراحل في نظام MnSiO 3 -CaSiO 3. [ 13]
حدوث جيولوجي
يوجد الوولاستونيت عادة كمكون شائع في الحجر الجيري غير النقي المتحول حرارياً ، ويمكن أن يحدث أيضًا عندما يكون السيليكون ناتجًا عن التحول عند ملامسته للرواسب الجيرية المتغيرة، أو بسبب التلوث في الصخور النارية الغازية . في معظم هذه الحالات يكون نتيجة للتفاعل التالي بين الكالسيت والسيليكا مع فقدان ثاني أكسيد الكربون : [13]
- CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2
يمكن أيضًا إنتاج الولاستونيت في تفاعل انتشار في السكارن ، ويتطور عندما يتحول الحجر الجيري داخل الحجر الرملي بواسطة السد ، مما يؤدي إلى تكوين الولاستونيت في الحجر الرملي نتيجة للهجرة الخارجية للكالسيوم. [13]
بناء
يتبلور الوولاستونيت ثلاثي الميل في المجموعة الفراغية P 1 مع ثوابت الشبكة a = 7.94 Å و b = 7.32 Å و c = 7.07 Å؛ α = 90,03° و β = 95,37° و γ = 103,43° وست وحدات صيغة لكل وحدة خلية . [17] تم تصنيف الوولاستونيت ذات يوم هيكليًا ضمن مجموعة البيروكسين، لأن كلتا المجموعتين لهما نسبة Si:O = 1:3. في عام 1931، أظهر وارن وبيسكوي أن البنية البلورية للولاستونيت تختلف عن معادن مجموعة البيروكسين، وصنفوا هذا المعدن ضمن مجموعة تُعرف باسم البيروكسينويدات . [ 13] وقد ثبت أن سلاسل البيروكسينويد أكثر تجعدًا من سلاسل مجموعة البيروكسين، وتُظهر مسافة تكرار أطول. يحتوي هيكل الوولاستونيت على سلاسل لا نهائية من رباعيات السطوح [SiO 4 ] تشترك في رؤوس مشتركة، وتسير بالتوازي مع المحور b . يتكرر نمط السلسلة في الوولاستونيت بعد ثلاثة رباعيات السطوح، بينما في البيروكسينات هناك حاجة إلى اثنين فقط. تبلغ مسافة التكرار في سلاسل الوولاستونيت 7.32 Å وتساوي طول المحور b البلوري .
يحتفظ CaSiO3 المنصهر ببنية محلية رباعية السطوح لـ SiO4 عند درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية. [18] تنخفض تنسيقات Ca-O المجاورة الأقرب من 6.0 (2) في الزجاج بدرجة حرارة الغرفة إلى 5.0 (2) في السائل عند درجة حرارة 1700 درجة مئوية، وهو ما يتزامن مع زيادة عدد جيران Ca-O الأطول. [19] [20]
انظر أيضا
- إنستاتيت – بيروكسين: سيليكات المغنيسيوم والحديد مع أطراف MgSiO3 و FeSiO3
- قائمة المعادن
- قائمة المعادن التي سميت على اسم أشخاص
مراجع
تتضمن هذه المقالة مواد من المجال العام من Wollastonite. هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية .
- ^ Warr, LN (2021). "رموز المعادن المعتمدة من IMA–CNMNC". مجلة المعادن . 85 (3): 291–320. رمز Bibcode :2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616.
- ^ وولاستونيت، ميندات
- ^ وولاستونيت، ويب مينيرال
- ^ Wollastonite، دليل علم المعادن
- ^ American Mineralogist, المجلد 79، ص 134-144، 1994
- ^ فيرتا، روبرت؛ فان جوسين، براد (27 يناير 2015). "المورد المعدني لهذا الشهر: الوولاستونيت". مجلة الأرض . المعهد الأمريكي لعلوم الأرض.
- ^ ويتلي، شون؛ هالاما، رالف؛ جيرتيسر، رالف؛ بريس، كاتي؛ ديجان، فرانسيس م؛ ترول، فالنتين ر. (2020-10-18). "التأثيرات الصخرية والتحولية لتفاعل الماغما والكربونات المسجلة في زينوليثات السيليكات الكلسية من بركان ميرابي (إندونيسيا)". مجلة علم الصخور . 61 (4). doi : 10.1093/petrology/egaa048 . ISSN 0022-3530.
- ^ ويليام ألكسندر دير؛ روبرت أندرو هوي؛ ج. زوسمان (1992). مقدمة عن المعادن المكونة للصخور . مجلة لونجمان العلمية والتقنية. رقم ISBN 978-0-470-21809-9.
- ^ ab Wollastonite، ملخصات السلع المعدنية 2021
- ^ abc Robert L. Virta Wollastonite, USGS 2009 Minerals Yearbook (أكتوبر 2010)
- ^ الأكاديميات الوطنية للعلوم والهندسة والطب (2019). "الفصل 6، التمعدن الكربوني لثاني أكسيد الكربون " . تقنيات الانبعاثات السلبية والحجز الموثوق: أجندة بحثية (تقرير). واشنطن العاصمة: مطبعة الأكاديميات الوطنية. doi :10.17226/25259. ISBN 978-0-309-48452-7.
{{cite report}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط ) - ^ يان ، يونج شيو. دونغ، شياوهان؛ لي، رينشان؛ تشانغ، يانكوان؛ يان، شاوكوي؛ قوان، شين؛ يانغ، تشينغبينج؛ تشن، لونجتشي؛ فانغ، يونتينج؛ تشانغ، ويدونغ؛ وانغ ، سيلونج (2023). “إضافة الولاستونيت تحفز تمعدن الكربون العضوي في التربة: أدلة من 12 نوعًا من استخدامات الأراضي في الصين شبه الاستوائية”. كاتينا . 225 . بيب كود :2023Caten.22507031Y. دوى :10.1016/j.catena.2023.107031. S2CID 257202041.
- ^ abcde Deer, Howie and Zussman. Rock Forming Minerals; Single Chain Silicates ، المجلد 2أ، الطبعة الثانية، لندن، الجمعية الجيولوجية، 1997.
- ^ ab Andrews, RW (1970). Wollastonite . لندن، مكتب القرطاسية لجلالة الملكة.
- ^ ألتر، لويد (15 أغسطس 2019). "لافارج هولسيم تبيع أسمنتًا يمتص ثاني أكسيد الكربون للخرسانة الجاهزة، مما يقلل الانبعاثات بنسبة 70 بالمائة". تري هاجر . تم الاسترجاع في 2019-08-17 .
- ^ Haque F, Santos RM, Dutta A, Thimmanagari M, Chiang YW (يناير 2019). "الفوائد المشتركة لتجوية الوولاستونيت في الزراعة: عزل ثاني أكسيد الكربون وتعزيز نمو النبات". ACS Omega . 4 (1): 1425–1433. doi :10.1021/acsomega.8b02477. PMC 6374988. PMID 30775646 .
- ^ بورجر، إم جيه (1961). "الهياكل البلورية للولاستونيت والبيكتوليت". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 47 (12): 1884-1888. رمز Bibcode : 1961PNAS...47.1884B. doi : 10.1073/pnas.47.12.1884 . JSTOR 71064. PMC 223235. PMID 16578516 .
- ^ Benmore, CJ; et al. (2010). "التباين البنيوي المعتمد على درجة الحرارة في سوائل سيليكات الكالسيوم". Phys. Rev. B. 82 ( 22): 224202. Bibcode :2010PhRvB..82v4202B. doi :10.1103/PhysRevB.82.224202. hdl : 2160/8569 . S2CID 67808796.
- ^ سكينر، إل بي؛ وآخرون (2012). "بنية أكسيد السيليكون المنصهر CaSiO3 : دراسة استبدال النظائر باستخدام حيود النيوترون مع الرفع الديناميكي الهوائي والديناميكيات الجزيئية". مجلة الفيزياء والكيمياء. 116 ( 45): 13439-13447. doi :10.1021/jp3066019. PMID 23106223.
- ^ Eckersley, MC; et al. (1988). "الترتيب الهيكلي في زجاج سيليكات الكالسيوم". Nature . 355 (6190): 525–527. Bibcode :1988Natur.335..525E. doi :10.1038/335525a0. S2CID 4360261.
روابط خارجية
- ورقة بيانات سلامة المواد لجامعة أكسفورد محفوظات 2007-08-15 على موقع Wayback Machine
