كاني شناسي

سنگهای كربناته اصلي كه در صنعت به كار مي روند، سنگ آهک و دولومیت هستند. سنگ آهک سنگي است رسوبي كه عمدتاً از كاني كلسیت ( CaCo3 ) تشکیل شده است. دولومیت نوع ديگری از سنگهای رسوبي است كه تركیب شیمیايي عمده آن را (MgCo3) و (CaCo3) تشکیل مي دهد. آراگونیت (CaCo3) كه از لحاظ تركیب شیمیايي با كلسیت يکسان ولي از لحاظ سیستم تبلور با آن متفاوت است، تنها در كانسارهای جديد نظیر نرم تنان صدفي و اوولیت ها، اهمیت اقتصادی دارد.آراگونیت نیمه پايدار است و با گذشت زمان به كلسیت تبديل مي شود.

بعضي از كانیهای كربناتي ديگر مثل سیدريت (FeCo3)، آنکريت (Ca2MgFe (CO3)4) و منیزيت (MgCo3) معمولاً به مقدار كم همراه با سنگ آهک و دولومیت يافت میشوند. كانیهای كربناتي به علت تشابه خواص فیزيکي به آساني از يکديگر قابل تشخیص نیستند. اگر سنگ تقريباً تک كاني و فشرده باشد، ويژگیهايي نظیر وزن مخصوص، رنگ، فرم بلوری و ديگر خصوصیات فیزيکي در شناسايي كاني های آن به كار مي آيد.

شايد يکي از مناسب ترين روشهای تشخیص اين مواد در سرزمین، تفاوت آهنگ انحلال آنها در اسید كلريدريک رقیق باشد. مثلاًً كلسیت خیلي بیشتر از دولومیت در اين اسید حل مي شود، بنابراين اگر بر سطح صافي از سنگ اسید بريزيم، درصد دولومیتي را كه حل نشده و به صورت برجسته باقي مي ماند به آساني مي توان به كمک ذره بین مشخص كرد. بعضي از روشهای رنگ كردن سطح سنگ نیز بر اساس اختلاف قابلیت انحلال كانیهای كربناتي ارائه شده است (آهنگ انحلال به ترتیب در سه كاني آراگونیت، كلسیت و دولومیت كاهش مي يابد). اين روشها برای استفاده در آزمايشگاه مناسبند و محدوديتهايي در به كارگیری آنها در سر زمین وجود دارد. روش رنگ كردن مقاطع نیز به ويژه در آزمايشگاه بسیار مؤثر است. در آزمايشگاه برای تشخیص كانیهای كربناتي نمونه های فله ای، معمولاً از روش پراش پرتو x استفاده میشود.مطالعه مقاطع نازك سنگهای كربناتي همراه با بررسي آنها به كمک میکروسکوپهای معمولي نیز مفید است.البته بدون استفاده از روشهای رنگ كردن، تشخیص كانیهای كلسیت، دولومیت و آنکريت در مقاطع نازک مشکل است اما درپاره ای از موارد با اين روشها مي توان بعضي از انواع دانه ها،كانیهای ديگر، بافتها و ساختارها را مشخص كرد.

از رنگ كه يکي از خواص مهم سنگهای كربناتي است میتوان به عنوان راهنمای كلي در تشخیص درجه خلوص اين سنگها استفاده كرد اما اين رنگها ممکن است گمراه كننده نیز باشند. تنها وجود مقدار اندكي از مواد غیر كربناتي كافي است كه تغییر رنگ قابل توجهي حاصل شود. به عنوان مثال سنگ ساختماني معروفي كه سنگ آهک اينديانا نامیده مي شود، با رنگ مشخص خاكستری و نخودی اش كمتر از 5/2 درصد اکسید آهن (Fe2o3) دارد. هم چنین مجموع اكسیدهای آهن و آلمینیوم (كارتاژ) كه نوعي سنگ آهک شیل دار ايالت میسوری با ته رنگهای خاكستری است از 0/2 تجاوز نمي كند، بیشتر سنگهای آهکي با درجه خلوص بالا، ته رنگهايي از قهوه ای روشن و خاكستری تا سفید دارند.سنگهای آهکي خاكستری يا سبز معمولا اكسیدهای آهن يا مواد كربني دارند. با افزايش مرتبه اكسايش رنگ اين سنگها به زرد، قهوه ای يا قرمز گرايش پیدا مي كند.

ناخالصي های سنگ های كربناتي از لحاظ نوع و مقدار بسیار متفاوتند. اما فقط هنگامي اهمیت اقتصادی مي يابند كه در سودمندی سنگها اثر بگذارند. معمولا در مورد هرناخالصي دو نکته اهمیت دارد كه يکي مقدار ناخالصي و ديگری نحوه توزيع آن است. اگر ناخالصي به طور يکنواخت در سنگ منتشر شده باشد، حتي میزان زياد آن ممکن است قابل قبول باشد. اما اگر ناخالصي به شکل لايه متمركز باشد، ممکن است سطوح ضعفي در سنگ تشکیل دهد كه بر خصوصیات سنگ اثر جدی بگذارد. فراوان ترين ناخالصي سنگهای آهکي شايد رس باشد.كانیهای رسي، عمدتاً كائولینیت، ايلیت و رسهای دارای شبکه درهم، ممکن است به صورت پراكنده در سراسر سنگ يافت شوند و يا به شکل لايه لايه يا ورقه های نازك تمركز يافته باشند.

اساس ساختماني مولکولي رسها را چهار وجهي های سیلیس و هشت وجهي های آلومینیوم يا منیزيم تشکیل مي دهند. عناصر شیمیايي ديگری نیز در ساختار رسها پراكنده اند و تعیین نوع كاني رسي صرفاً با استفاده از تجزيه شیمیايي مشکل است.اگر تشخیص نوع كاني رسي مهم باشد، مي توان از ساير روشهای تشخیص نظیر روشهای پراش پرتو x، تجزيه افتراقي گرمايي و میکروسکوپ الکتروني استفاده كرد. يکي ديگر از ناخالصي های شايع در سنگهای كربناتي،چرت است كه ممکن است در حجم سنگ پراكنده شده يا اينکه به صورت گرهکها، عدسیها و يا لايه هايي در قسمتهايي از آن متمركز شده باشد. اين ناخالصي از ذرات خیلي ريز كوارتز (SiO2) تشکیل شده است اين ذرات را در زير میکروسکوپ به شکل بلورهای خیلي ريز به ابعاد 7 تا 70 میکرون (كوارتز ريز بلورين) و يا به شکل رشته های شعاعي (كوارتز كلسدوني) مي توان ديد. چرت به آساني ناخالصیها از جمله آب را به ساختمان خود وارد میکند به گونه ای كه تقريباً به همه رنگها ديده میشود. بافت سطحي آن نیز به حالتهای متراكم، چیني شکل، متخلخل و خاكي ديده میشود. سختي چرت متراكم 1 است (در مقیاس موس) و سختي آن در برابر ضربه بالا است و همین سبب مي شود كه سنگ شکنها و ساير تجهیزات فرآوری سايیده شوند. به علت سطح مخصوص زياد چرت متخلخل، اين جسم آمادگي زيادی برای واكنشهای شیمیايي دارد و قابلیت انحلال آن در مواد قلیايي متوسط است. به همین خاطر، چرت در اجزای تشکیل دهنده بتن، ناخالصي مضری به شمار مي آيد. سیلیس در سنگهای كربناتي به شکل ذرات كوارتز با ابعاد سیلت يا ماسه ديده میشود. اين ذرات يا در داخل سنگ پراكنده است يا به شکل ورقه و لايه در قسمتهايي از آن متمركز شده اند. سنگهای كربناتي آواری ممکن است حاوی مقدار قابل توجهي كوارتز با ابعاد سیلت وماسه باشند. اين ذرات ممکن است به شکل هسته هايي باشند كه با قشركربنات پوشیده شده اند كه از آن جمله مي توان اوولیت ها و پیزولیت ها را نام برد. ذرات آلي ريز كه از اجزای عادی سنگ آهک و دولومیت اند در داخل آنها پراكنده اند كه در اثر وجود آنها سنگ به رنگ قهوه ای يا سیاه در مي آيد. میزان مواد قیری (از مشتقات نفت كه به صورت بقايای عبور نفت از محیطهای متخلخل بر جای مي مانند) ممکن است آنقدر زياد باشد كه اين سنگها را برای بعضي مقاصد غیر قابل استفاده سازد.مطالعات مقاطع نازك و باقیمانده غیر قابل حل، وجود انواع متنوعي از ساير كانیها را در اغلب سنگهای كربناته نشان داده است، البته ممکن است وجود اين كانیها در كاربرد شیمیايي اين سنگها (مثلاً شیشه سازی) مؤثر باشد، اما در مواردی كه خواص فیزيکي مورد نظر است (مثل مصالح ساختماني) تأثیر ناچیزی دارند.