زمين شناسي

روشهاي موجود فرآوري  كاني آلونيت در گذشته و حال

روشهاي موجود فرآوري  كاني آلونيت در گذشته و حال

مقدمه ۷
زمين شناسي و پراكندگي آلونيت در ايران و جهان ۹
پيش درآمد ۹
۱ ـ ۱ ـ تركيب شيميايي و برخي خصوصيات كاني شناسي آلونيت ۹
۲ ـ۱ ـ موارد استفاده و پراكندگي آلونيت در جهان ۱۰
۳ ـ ۱ ـ چگونگي رخداد ۱۱
۱ ـ ۳ ـ ۱ ـ آلونيت هاي رگه اي ۱۲
۲ ـ ۳ ـ ۱ ـ آلونيت هاي گرهكي در سنگ هاي رسي رسوبي ۱۲
۳ ـ ۳ ـ ۱ ـ آلونيت جانشيني در سنگ هاي ولكانيكي و سنگ هاي نفوذي كم عمق ۱۲
۴ ـ ۱ ـ منطقه بندي انباشته هاي جانشيني ۱۳
۱ ـ ۴ ـ ۱ ـ زون سيليسي مغزه اي يا پوششي ۱۳
۲ ـ ۴ ـ ۱ ـ زون كوارتز ـ‌ آلونيت و زون آرژيلي ۱۴
۳ ـ ۴ ـ ۱ ـ زون پروپيليتي ۱۵
۵ ـ ۱ ـ ژنز انباشته هاي جانشيني آلونيت ۱۵
انباشته ها و معادن آلونيت در ايران ۱۷
۱ ـ ۲ ـ خاستگاه آلونيت در سنگ هاي ولكانيكي ترسير ايران ۱۸
۲ ـ ۲ ـ انباشته هاي آلونيت در ايران ۱۸
۱ ـ ۲ ـ ۲ ـ كانسار حسن آباد ۱۹
زمين شناسي كانسار ۱۹
۲ ـ ۲ ـ ۲ ـ كانسار سيردان ۲۰
زمين شناسي كانسار ۲۰
۳ ـ ۲ ـ ۲ـ كانسار زاجكان ۲۱
۴ ـ ۲ـ ۲ ـ كانسار يوزباشي چاي ۲۲
۵ ـ ۲ ـ ۲ـ كانسار زاج كندي ۲۳
۶ ـ ۲ ـ ۲ـ كانسار تا كند ( در استان زنجان ) ۲۳
۷ ـ ۲ ـ ۲ ـ‌ كانسار زايليك ـ قلندر ۲۴
۸ ـ ۲ ـ ۳ ـ كانسار مشكين شهر ۲۴
۹ ـ ۲ ـ ۲ـ ديگر مناطقي كه دگرساني گرمايي ( هيدروترمال ) تحمل نموده اند ۲۵
روشهاي فرآوري كاني آلونيت در آمريكا ۲۶
۱ ـ روش چپل ( Chappel ) 26
2-روش موفت R . MC . MOFFAT 28
3-روش Kalunite ( تأثير محلولهاي اسيدي ) ۲۸
۴ ـ‌ روش ‌Mc Cullough ( تأثير محلولهاي اسيدي) : ۲۹
۵-روش آلومت ( Alumet ) 30
6-روش(۱۹۷۴) D. Stevenes 30
7-روش C.j. Hartman 31
مطالعه روشهاي فرآوري آلونيت در شوروي ( سابق ) ۳۳
۱ ـ روش هاي قليايي تهيه آلومين از سنگ معدن آلونيت ۳۳
موارد استعمال ۳۳
روش مينرال : ( MINERAL ) 33
تكليس سنگهاي معدني آلونيت ۳۷
روش احياء ۳۸
روش( Loest ) 39
پروسه احياي آلونيت در بازيابي آلومينا از آن ۳۹
دياگرام (فلوشيت) روش LOEST 40
HARTMAN 40
روش براي بازيابي آلومينيوم از آلونيت ۴۰
فلوشيت روش HARTMAN 41
Kaluzhsky 42
روش LOEST 42
فلوشيت روش LOEST 43
رفتار گرمايي تركيبات سنگ كاني آلونيت همراه با ۴۵
۱ ـ مقدمه ۴۵
۲ ، ۲ ـ دستگاه گرمايي ۴۷
۳ ، ۲ ـ رفتار گرماي آلونيت ۴۷
۳ . نتايج و بحث ها ۴۸
۲ ، ۳ . ارزشيابي XRD 51
4 . خاتمه و نتيجة بحث ۵۲
كاربرد سنگ كاني آلونيت بعنوان يك كمك در انعقاد (‌Coagulant , Flocculant ) 53
1 ـ مقدمه ۵۳
۲ ـ مواد و روشها ۵۵
۳ ـ نتايج تجربي و بحث دربارة آنها ۵۶
۱ ـ ۳ : دماي بهينه شدة كلسينه شدن ۵۶
۳ ـ ۳ : آلونيت كلسينه شده بعنوان يك كمك منعقد كننده ۵۷
مقرون به صرف بودن ۵۸
نتيجه گيري ۵۹
شرايط بهينه براي ليچينگ سنگ كاني كلسينة آلونيت در NaoH قوي ۶۰
روش پيشنهادي مؤلف براي فرآوري آلونيت در ايران ۶۰
نامگذاري ۶۰
مقدمه ۶۱
روش تجربي ۶۲
نتايج و بحث مربوط به آنها ۶۲
نتيجة بحث ۶۶
مشكلات محيط زيستي فرآوري آلونيت و تأثيرات آن بر طبيعت ۶۷
گزارش خلاصه اي از تحقيقات انجام شده بر روي تهيه آلومينا از آلونيت در شركت ايتوك ۷۰
پروژه توليد آلومينا از آلونيت در ايران ۷۱
۱- مشكل اسيدسولفوريك ۷۱
۲- سولفات پتاسيم ۷۱
۳- مشكل تهيه هيدروكسيد پتاسيم ۷۱
چشم انداز توليد آلومينا از آلونيت در ايران ۷۲
اطلاعاتي دربارة آمار فرآوري آلونيت در روسيه و آمريكا ۷۳
توليد در روسيه ۷۳
توليد در آمريكا ۷۳
اولين كارخانه فرآوري آلونيت ۷۴
روشهاي تركيبي اقتصادي فرآوري كاني آلونيت ۷۴
توليد آلومينا از آلونيت در شوروي سابق ۷۵
پروسه توليد آلومينا مطابق شرح زير است: ۷۵
آلونيت در ايران ۷۷
ذخاير شناخته شده آلونيت در ايران ۷۷
منابع (References) 81

مقدمه

از قرون و اعصار گذشته بشر در پي دستيابي به امكانات و ابزارهاي توسعه تلاشهاي فراواني را در راه كشف مجهولات وتازه‌ها انجام داده است.

بي‌شك  فلز درعصر حاضر به عنوان زير ساخت توسعه و فناوري همواره مورد توجه بوده و كشورهاي پيشرفتة جهان با علم به اين نكته سعي فراواني را در راه كشف وتوسعة‌ ذخاير و منابع فلزي خود انجام داده و هم اكنون نيز علاوه بر استفادة‌ بهينه از ذخاير و منابع خود چشم به بهره‌برداري از مواد و كاني‌هاي غني موجود در كرات ديگر و من جمله ماه دارند.

بديهي است با توجه به بودن ذخاير و معادن قابل استحصال كشورها و همچنين استفادة‌ نادرست در بعضي مناطق، دورنماي صنعت فلز مبهم نمايد با توجه به مطالب فوق نياز بشر به ابداع روشهاي جديد فرآوري جهت بهره‌برداري از معادن  و ذخاير كم عيار و همچنين استحصال آن بخشي از كاني‌هايي كه از لحاظ متالوژيكي و كانه‌آرايي مشكل‌زا مي باشند ضروري به نظر مي‌رسد.

لذا در عصر حاضر تمام توجهات به سمت مواد و كانيهايي است كه تاكنون مورد توجه نبوده و يا به دليل مشكلات فرآوري قابل استحصال نبوده‌اند.

با توجه به اين مطلب فلز آلومينيوم نيز از اين قاعده مستثني نبوده و نياز بشر به توليد واستحصال آن در سالهاي آتي بسيار مورد توجه مي‌باشد. در حال حاضر در صنعت آلومينيم جهان مهمترين منبع براي تأمين آلومينيوم كاني بوكسيت مي‌باشد.

هم‌اكنون مهمترين و بهترين گزينه‌ براي تأمين آلومينيوم بعد از بوكسيت، آلونيت مي‌باشد. كانيهاي ديگري نيز جهت توليد آلومينيوم مورد توجه قرار دارند كه از آن جمله مي‌توان به آنورتوزيت – نفلين- رسها و شيل اشاره كرد.

سميناري كه در حال مطالعه مي‌فرماييد بحث در مورد روشهاي موجود فرآوري كاني آلونيت در گذشته و حال مي‌باشد كه همراه با بحث در مورد رفتارهاي اختصاصي كاني آلونيت در شرايط مختلف شيميايي و حرارتي و مطالعه دقيق خواص اين كاني در محيطهاي اسيدي و قليايي مي‌باشد.

همچنين كاربردهاي مختلف آلونيت به غير از توليد آلومينا مانند استفاده به عنوان منعقد كننده ( كواگولان) و ( فلوگولانت) در بحث تصفيه آب (‌Water Treatment ) و داروسازي مورد بحث قرار گرفته است.

زمين شناسي و پراكندگي آلونيت در ايران و جهان

پيش درآمد

آلونيت در جهان از قرن پانزدهم تا اواخر قرن حاضر بعنوان منبعي براي زاج و سولفات آلومينيوم مورد استفاده قرار گرفته است . از زمان شناخت و بكارگيري آلونيت در ايران تاريخ دقيقي در دسترس نيست اما ترديدي نيست كه سابقه طولاني داشته و چه بسا ايرانيان از پيش از قرن پانزدهم آن را مورد استفاده قرار مي دهند از اوايل قرن حاضر از بوكسيت و رس هم تا حدودي براي بدست آوردن زاج و سولفات آلومينيوم استفاده    مي شود . آلونيت در طول اولين جنگ جهاني نقشي استراتژيك و حساس در استراليا و ايالات متحده امريكا در تهيه كود سولفات پتاسيم ايفا كرده است . ( (  Hall et al, 1983  

1 ـ 1 ـ تركيب شيميايي و برخي خصوصيات كاني شناسي آلونيت

آلونيت خالص از نظر تئوري با فرمول   داراي كه  05/13 ، درصد  37/11 درصد ،  92/36 درصد و  66/38 درصد مي باشد آناليز بعضي از بلورها ممكن است مشابه تركيب فوق باشد اما آلونيت طبيعي مقداري سديم دارد كه جانشين پتاسيم شده است. و در صورتيكه نسبت اتمي سديم به پتاسيم معادل يك يا بزرگتر از يك باشد كاني را ناترو آلونيت گويند. چنانچه نسبت اتمي سديم به پتاسيم بزرگتر از 1:3 مي باشد ممكن است به آن آلونيت سديك گويند اگر چه اين نام گاهي به غلط مترادف با ناترو آلونيت در نظر گرفته مي شود .

آلونيت از نظر بلورشناسي در سيستم هگزا گونال تبلور يافته و در حالت بلوري به صورت فيبري ولي اغلب در طبيعت به صورت متراكم يافت مي شود . سختي كاني خالص آن 5/3 تا 4 درمقياس موس و وزن مخصوص آن بين 6/2 تا 8/2 متغير است . رنگ اين كاني با توجه به ناخالصي هاي همراه آن نيز متغير است چنانكه در رنگهاي سفيد ، خاكستري ، صورتي ، متمايل به زرد و قهوه اي و حتي بنفش مشاهده  مي شود .

2 ـ1 ـ موارد استفاده و پراكندگي آلونيت در جهان

در برخي كشورها آلونيت جهت توليد آلومين  مورد استفاده قرار مي گيرد ، چنانكه در آذربايجان شوروي ( سابق ) كارخانه اي با ظرفيت توليد تقريباً 200 تن در روز آلومين برپاست كه از آلونيت ، آلومين استخراج مي شود ، از آنجا كه آلومين منبع با ارزشي براي آلومينيوم است ، آلونيت را مي توان كانسار آلومينيوم بشمار آورد . كود از محصولات فرعي آلونيت است در ايران آلونيت از قديم و بطور سنتي در توليد زاج مصرف مي شده است كه بكار رنگرزي و تصفيه خانه هاي آب و نفت مي آيد .

آلونيت در بسياري از كشورها وجود دارد البته بايد در نظر داشت كه انباشته هاي بزرگ و غني از آلونيت كه براي تاسيس كارخانه توليد آلومين يا كود مناسب باشد ، به طور نسبي ،  كم است .

در دهه اخير انباشته هاي بزرگي از آلونيت در برخي از ايالات باختري آمريكا كشف شده كه مهمترين آن ها در جنوب باختر يوتا است ، ولي انباشته هاي آريزونا و كلرادو هم شايان توجه اند ، در نوادا و نيومكزيكو و به احتمال در مكزيك هم پتانسيل يا كانسارهايي از آلونيت با عيار بطور نسبي خوب وجود دارد .

به نظر مي رسد بزرگترين و بهترين انباشته هاي آلونيت از نظر گستردگي و عيار در جمهوري هاي شوروي ( سابق ) است ، كارخانه توليد آلومين در آذربايجان شوروي از توف هاي آلونيتي شده اواخر ژوراسيك نزديك ، زايليك (Zaglik ) چند كيلومتري شمال باختر داش كسن ( Dashkesan ) تغذيه مي شود و مقدار آلونيت سنگ ها حدود 40 درصد مي باشد در ديگر جمهوري هاي شوري ( سابق ) بيش از 80 ذخيره ديگر وجود دارد كه اين انباشته ها در قزاقستان ، ارمنستان ، ازبكستان ، قرقيزستان ، تاجيكستان ـ پراكنده است .

در قاره آسيا بويژه در چين انباشته خيلي بزرگ از سنگ هاي واجد آلونيت در ناحيه   پين يانگ فانشن ( pinyang Fanshan ) ، در ژاپن ، جنوب كره ، تركيه و ديگر كشورها هم گزارش هايي در مورد آلونيت موجود است ولي اقتصادي بودن برخي از آنها هنوز نامشخص است . همچنين ذخاير يا منابع موجود در اسرائيل ( فلسطين اشغالي ) ، مصر ، مراكش ، تانزانيا ، نيجريه ، نيوزيلند ، و سوماترا و فيليپين مورد بررسي هاي دقيق قرار نگرفته است . در كشورهاي  اروپايي مانند ايتاليا ، اسپانيا ، در جنوب امريكا ، جنوب مكزيك و استراليا هم انباشته هاي قابل توجهي از آلونيت موجود است

3 ـ 1 ـ چگونگي رخداد

آلونيت به صورت عدسي ها و رگچه ها در داخل كانسارهاي رگه اي فلزات و نيز در داخل شكاف هاي سنگ هاي آذرين قليائي يافت مي شود ولي توده هاي بسيار بزرگ آن به طور معمول ،‌‌ در داخل توف ها و گدازه ها تشكيل مي گردد . در ايران هم از هر دو نوع وجود دارد ولي تنها آن دسته كه در اثر آلتراسيون با هر پديده ديگر در سنگ هاي ولكانيكي يا توفي بوجود آمده ، از نظر حجم و وسعت شايان توجه است .

انباشته آلونيت نوع جانشيني شباهت كمي با نمونه هاي موجود در موزه يا توصيف هاي موجود در متون و نشريه هاي كاني شناسي دارد . بطور نمونه آلونيت در سنگهاي آتشفشاني دانه ريز يا پورفيرهاي دانه درشت تر ساب ولكانيك و يا در سنگ هاي نفوذي كم ژرفا بر اثر آلتراسيون مي تواند بوجود آيد. سنگ دگرسان شده اساساً از كواتزهاي ميكرو كريستالين ، آلونيت و مقادير جزي هماتيت ، روتيل و آناتاز تشكيل شده است ، رسها و كانيهاي سيليسي غالباً از همراهان آلونيت در سنگ هاي آلتره شده مي باشد . حضور فراون همين همراهان در فرايند توليد آلومين  مي تواند توليد اشكال نمايد .

تشخيص سنگ هاي آلونيت دار در روي زمين كار ساده اي نيست . سنگ هاي ولكانيكي دگرسان شده غني از آلونيت و كائولينيت  ، سريسيت و ديگر كاني هاي دگرساني خيلي مشابهند ، اما چون وزن مخصوص آلونيت ( 82/2 ) كمي بيش از وزن مخصوص كوارتز و رسها است ، بطور معمول ، حضور مقدار زياد آلونيت در يك نمونه سنگ ولكانيك قابل تشخيص است .

آلونيت هايي كه بصورت رگه اي هستند معمولاً صورتي رنگند ولي رنگ كلاً معياري ضعيف در تشخيص سنگ هاي آلونيتي است . چون آلونيت در رنگهاي گوناگون  مي تواند باشد . ( بطور معمول ، رنگارنگ يا داراي خطوط رنگيني است و يا به آهن آلوده شده است . رنگ زرد پرتقالي معمولاً نشانه حضور جاروسيت ( سولفات آهن آبدار مي باشد ) .

انباشته هاي مختلف آلونيت اندازه هاي متغيري دارد چنانكه از نودول ها يا  عدسي هاي كوچك در حد سانتي متر و تا توده هاي بزرگ محتوي چندين ميليون تن سنگ دگرسان شده با 30 تا 40 درصد آلونيت در تغيير است . در رگه هاي درون زا (hypogene ) آلونيت به طور تقريب خالص مي تواند يافت گردد . Hall ( 1978 ، 1980 )        انباشته هاي آلونيت را در سه گروه مي گنجاند :

1 ـ آلونيت رگه اي ؛           2 ـ آلونيت گرهكي ؛              3 ـ آلونيت جانشيني ؛

1 ـ 3 ـ 1 ـ آلونيت هاي رگه اي

آلونيت در رگه ها يا خيلي ريز بلور و يا نهان بلور ( Cryptocrystaline ) است كه در اين حالت به رنگ سفيد و زرد مي باشد . چنانكه آلونيت در رگه در چهره بلورهاي درشت كه گاه طول آن ها به 10 تا 20 ميلي متر مي رسد پديدار شود ، صورتي رنگ است ( 1983 ، Hall et al  ) . اگر چه در رگه هاي با عيار بالا ، به  طور تقريب ، ‌آلونيت جانشيني قابل قبول براي بوكسيت خواهد بود ، اما كل منابع در دسترس و موجود در رگه ها كمتر از آن است كه سازندة اساس ماده اي خام در صنعت باشد .

2 ـ 3 ـ 1 ـ آلونيت هاي گرهكي در سنگ هاي رسي رسوبي

آلونيت يا ناتروآلونيت گرهكي و لايه ها ور گه هاي كم ضخامت نامند آن از نظر جغرافيايي بسيار متداول و گسترده اند ( هال ،‌ 1978 ) و در شيل ها ، شيست هاي ميكادار ، يا لايه هاي رسي يافت مي شوند ، به نظر مي رسد اين آلونيت ها به طور دياژنتيكي يا برون زايي ( Supergenic ) و در اثر عملكرد آب هاي زيرزميني اسيدي غني از سولفات ، در رسوبات آرژيلي سرشار از ميكا يا ايليتي بوجود آمده اند اكسيداسيون پيريت پراكنده در سنگ هاي رويي يا سنگ مجاور آن ، اسيد لازم را فراهم مي سازد ؛ پتاسيم از ايليت يا ميكا (مسكويت) موجود در رسوب ميزبان آلونيت است . خلوص گرهك هاي آلونيتي ممكن است به خلوص آلونيت هاي رگه اي نزديك باشد . ولي اين رخدادهاي رسوبي ، بيشتر ، محدود به لايه هاي كم ضخامت و ناممتدي است كه بطور معمول ، با كائولين مخلوط بوده ، و توده هاي آن قدر بزرگي را تشكيل      نمي دهد كه به عنوان منبع آلومينيوم بهره برداري شوند .

3 ـ 3 ـ 1 ـ آلونيت جانشيني در سنگ هاي ولكانيكي و سنگ هاي نفوذي كم عمق

اين انباشته ها ابعاد بزرگ و ذخيره هاي قابل ملاحظه دارند و به طريقه روباز مي توانند استخراج شوند . اين گروه از انباشته ها بخش عمده منابع آلونيت را در امريكا و ساير نقاط جهان تشكيل مي دهند ، و به عنوان منبع اساسي هر طرح صنعتي آلومينيوم با بكارگيري آلونيت در نقش يك مادة‌ خام ، بهره برداري مي شوند اگر چه اين انباشته ها از نظر عيار در چنان گسترش و حجم بالاي ذخيره برخوردارند كه مي توان به طريقه روباز آن ها را استخراج نمود . در اين انباشته ها ميزان پتانسيل براي تغذية يك كارخانه آلومين با مقياس اقتصادي براي بيست سال يعني تا زمان مستهلك شدن كارخانه كافي است . (Hall et al, 1983)

4 ـ 1 ـ منطقه بندي انباشته هاي جانشيني

يكي از مشخصات انباشته هاي بزرگ آلونيت (آلونيت جانشيني ) حالت منطقه اي
( Zoning ) در آن ها است . زونينگ كاني شناختي مشخصه انباشته هاي بزرگ آلونيت نوع جانشيني در باختر ايالات متحده امريكا است . منطقه بندي يكسان يا بسيار مشابه نيز در متون زمين شناسي ديگر كشورها هم  گزارش شده است .

به طور كلي چهار زون اصلي شناسايي شده است . مغزه يا پوشش سيليسي ، كوارتز آلونيت ، آرژيلي ، پروپيلتي .

مغزه يا پوشش سيليسي ( زون 1 ) مركزي و برجسته و مترفع است ، و زون كوارتز آلونيت ( زون 2 ) ، زون آرژيلي ( زون 3 ) و سرانجام زون پروپيليتي ( زون 4 ) در بيرون و به سمت پائين جانشين آن مي شود . ممكن است در سطح زمين اين چهار زون در جنب يا پهلوي يكديگر باشند ، همچنين به طور عمودي ، اگر چه عموماً براي آشكارشدگي ارتباط منطقه اي در ژرفا ، حفاري عميق ضروري است .

شرحي كه در ادامه خواهد آمد حالتي ايده آل را به نمايش مي گذارد و به ندرت در طبيعت رخ مي دهد . بيشتر انباشته هاي طبيعي نامنظم و ناهمگن اند و انكلاوهاي يك مجموعه منطقه بندي با ديگري احاطه مي شود . دگرساني ها ممكن است در هم داخل شود چنانكه يك زون يا چندين زون خيلي باريك و كم ضخامت مي شود و در هنگام بررسي و مشاهده سطحي و اتفاقي ، آشكار نمي شود فزون بر آن مرزهاي منطقه اي باريك و ظريف اند، نقشه برداري واقعي آن ها دشوار است و براساس اندازه گيري هاي پراش اشعه X پودر آن ها نقشه بطور دلخواه رسم مي شود . ويژگي هاي هر يك از چهار زون نامبرده در ادامه اشاره خواهد شد .

1 ـ 4  ـ 1 ـ زون سيليسي مغزه اي يا پوششي

در اين زون سنگ به شدت سيليسي شده و ممكن است شبيه چرت يا اپاليت باشد ،‌ و اگر در نزديكي سطح يا سطح زمين يافت شود ممكن است متخلخل مانند سينتر سيليسي باشد به طور معمول ، گوگرد طبيعي در خلل و فرج ها يا حفره ها پديدار است . به طور تيپيك ، كواتز فاز سيليسي غالب است . ولي كريستوباليت هم نامتداول نيست ، و سيليس بي شكل و تريديميت در شماري از مناطق تشخيص داده شده است . زون سيليسي را نشانگر مجرا يا منفذ اصلي براي ، مرحله نهايي دگرساني مي دانند ، كه در اثر سيالات گرمابي  ( hydrothermal fluids ) بشدت اسيدي و گازهايي كه منشاء آتشفشاني دارند ، قلياها ، عناصر قليايي ، آلومينا ، و ديگر عناصر از سنگ هاي ولكانيك شسته و پس مانده سيليسي از آنها بر جاي مي ماند ، مقداري از سيليس هم از زون زيرين دگرساني آلونيتي به آن اضافه مي شود و ممكن است سيليس سنگ 90 درصد يا بيشتر باشد .