سیلیس | بررسی چالش های آن در صنعت

سیلیس به عنوان یکی از عناصر مهم و پرکاربرد است که در بسیاری از سنگ ها و مواد یافت می شود. این عنصر به عنوان یکی از اجزاء اصلی خاک است که در تشکیل ساختارهای زمین شناسی نقش مهم ایفا می کند. سیلیس از جمله عناصری است که در صنایع مختلفی همچون ساختمان، شیشه سازی و فناوری های نوین کاربرد دارد.

با ما همراه باشید چرا که در این مطلب به بررسی ویژگی ها و نحوه تشکیل سیلیس خواهیم پرداخت.

آشنایی با سیلیس (Silica)

سیلیس یا دی اکسید سیلیکون (SiO₂) دومین عنصر رایج با 25 درصد فراوانی و یکی از فراوان ترین ترکیبات شیمیایی در پوسته زمین است. این ماده غیر فلزی که به صورت طبیعی بی رنگ یا خاکستری است، در سنگ ها و مینرال ها در اشکال مختلفی همچون کوارتز، شیشه و سایر مواد یافت می شود.

تاریخچه این ماده به دوران قبل از ظهور انسان ها بر می گردد، به طوریکه انسان های اولیه از این سنگ ها برای ابزار جنگی استفاده می کردند، پس از آن این ماده در تمدن های باستانی مانند مصر و بین النهرین برای ساخت شیشه و ابزارهای تزئینی به کار گرفته می شد.

با شناخت دقیق تر در مورد خواص و ویژگی های این ماده توسط شیمی دانان و مهندسان در دوران رنسانس و ظهور انقلاب صنعتی، سیلیس به عنوان ماده اولیه برای تولید بتن و شیشه به کار رفت و امروزه با پیشرفت های نوین در صنعت الکترونیک، از آن در ساخت تراشه های کامپیوتری نیز استفاده می شود.

بررسی انواع سیلیس و کاربردهای آن

سیلیس انواع مختلفی دارد و هر کدام دارای ویژگی های منحصر به فرد خود هستند که در ادامه مطلب به بررسی انواع آن می پردازیم.

مطالعه مفید: 8 مورد از مهم ترین کاربردهای پودر میکرونیزه

سیلیس بلوری

این نوع به اشکال منظم کریستالی نظیر کوارتز، تریدیمیت و کریستوبالیت وجود دارد، که دارای ساختار بلوری هستند و مقاومت بالایی در برابر حرارت و مواد شیمیایی دارد، همچنین در صنایع مختلفی از جمله صنعت شیشه، تولید سرامیک، تجهیزات اپتیکی و فیلترهای هوا و آب مورد استفاده قرار می گیرد.

سیلیس غیر بلوری(آمورف)

سیلیس آمورف به دلیل عدم وجود ساختار کریستالی منظم، معمولاً نرم تر و سبک تراست و در کارهایی همچون ساخت شیشه شفاف، ماده ای برای افزایش خواص و ملات بتن و جذاب رطوبت از مواد غذایی و دارویی نیز می توان از آن استفاده نمود.

سیلیس میکروسیلیکا

این نوع به فرم نانو است به طوریکه دانه های آن به کمتر از 100 نانومتر می رسد و به دلیل سطح بالای واکنش پذیری، قابلیت تعامل با مواد شیمیایی را دارد و همچنین بهبود دهنده خواص فیزیک و شیمیایی است.

از کاربردهای آن می توان به استفاده در تولید بتن برای افزایش مقاومت، تقویت کننده و روان کننده در صنعت پوشش و جزء اصلی در برخی داروهای و مکمل ها اشاره کرد.

سیلیس کلوئیدی

سیلیس کلوئیدی به صورت ذرات ریز در محلول ها وجود دارد که خاصیت بالایی در جذب رطوبت و سطح وسیع در تعامل با دیگر مواد را دارد.

این ماده در صنعت رنگ به عنوان غلظت دهنده، صنعت غذایی جهت جذب رطوبت و در فرمولاسیون کرم ها کاربرد دارد.

سیلیس مصنوعی

سیلیس مصنوعی همانطور که از اسم آن پیداست، توسط فرآیند های صنعتی در مقیاس های بزرگ عرضه می شود که معمولاً دارای خلوص بالا است. در صنعت الکترونیک، صنایع شیمیایی و تولید عایق های حرارتی و الکتریکی نیز کاربرد دارد.

مطالعه مفید: مشاهده محصولات ماسه ساز

ساختار و خواص دی اکسید سیلیکون

همانطور که پیش تر نیز به آن اشاره کردیم، دی اکسید سیلیکون یکی از مواد معدنی پرکاربرد در صنعت است که به دلیل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی که دارد، برای کاربردهای مختلف مناسب است. با ماه همراه باشید چرا که در ادامه به بررسی این ویژگی ها می پردازیم.

مطالعه مفید: بررسی 8 نکته کلیدی در تولید شن و ماسه

ویژگی های فیزیکی

• ساختار بلوری: دی اکسید سیلیکون می تواند ساختار بلوری یا آمورف داشته باشد که شکل بلوری آن سخت تر و مقاوم تر است.
• حالت: سیلیس در حالت های جامد و بعضی مواقع پودر وجود دارد، که به حالت پودری آن میکروسیلیس نام دارد.
• رنگ: در حالت خالص به صورت بی رنگ است اما وجود برخی ناخالصی ها می تواند باعث ایجاد رنگ در دی اکسید سیلیکون شود.
• سختی: سیلیس یکی از مقاوم ترین مواد معدنی است که سختی بالایی دارد و به راحتی خراشیده نمی شود.
• چگالی: چگالی دی اکسید سیلیکون بلوری حدود 2.7 گرم بر سانتی متر مکعب است.
• نقطه ذوب و جوش: نقطه ذوب آن 1700 درجه سانتی گراد و نقطه جوش آن به بالای 2200 درجه سانتی گراد می رسد.

ویژگی های شیمیایی

• ثبات شیمیایی: دی اکسید سیلیکون در حالت کلی پایدار است و در برابر اکثر مواد شیمیایی مقاوم است.
• محلول پذیری: سیلیس در محیط های قلیایی معمولاً حل شدگی را نشان می دهد اما در آب حل نمی شود.
• رقابت با دیگر بی آهنگ: در برخی شرایط خاص می تواند با دیگر ترکیبات و عناصر واکنش نشان دهد.
• خصوصیات اسیدی: دی اکسید سیلیکون به عنوان اسید ضعیف شناخته می شود ولی می تواند در واکنش های اسیدی شرکت کند.
• واکنش های حرارتی: به علت بالا بودن نقطه ذوب و جوش آن، در دماهای بالا تجزیه نمی شود و این ویژگی باعث شده تا در صنایع شیمیایی و حرارتی مورد استفاده قرار گیرد.

نحوه تشکیل دی اکسید سیلیکون در طبیعت

این ماده در طبیعیت توسط فعالیت های ژئولوژیکی و شیمیایی تشکیل می شود که در زیر به بررسی هر یک از آن ها می پردازیم.

تشکیل از مواد اولیه طبیعی

• ماگما و سنگ آذرین: این ماده به عنوان یک بافت اصلی در ماگما وجود دارد. هنگامی که ماگما سرد می شود به صورت بلورهای کوارتز و دیگر کانی های سیلیکاتی شکل می گیرد.
• سنگ های رسوبی: در فرآیند های رسوب گذاری، این ماده می تواند از تجزیه سنگ های آذرین و دگرگونی آزاد شود که به تدریج در دریاها رسوب جمع شده و تبدیل به ماسه یا سیلت می شود.

فرآیند های شیمیایی

• عملیات شیمیایی: در برخی از انحلال ها، آب های غنی از این ماده می توانند توسط تبخیر آن را در شکل رسوبی ته نشین کنند.
• خردایش و شستشو: فرآیند های طبیعی مختلفی مانند آب و باد می توانند ذرات دی اکسید سیلیکون را جابجا کنند و با گذشت زمان، تجمع آن در یک مکان مشاهده می شود.

فعالیت های زیستی

• نقش موجودات زنده: برخی موجودات زنده در دریاها قابلیت جذب سیلیس را از آب دارند که با گذشت زمان در بستر دریاها جمع شده و به سنگ های سیلیس تبدیل می شود.

فرسایش و تخریب

• فرسایش: این ماده قابلیت خارج شدن از مناطق خشک و مرطوب را دارد و به صورت ماسه در برخی مکان ها ته نشین می گردد.

تبدیل مواد معدنی

• تبدیل کانی های اولیه: فرآیند تبدیل این ماده از فلدسپات به سیلیکات های دیگر که در اثر حرارت و فشار در اعماق زمین رخ می دهد منجر به تولید سیلیس می شود.