استخراج و تولید ماسه سیلیسی

شن و ماسه بیشتر سطح زمین را پوشانده اند و یک منبع تجدیدناپذیر در طبیعت هستند، شن از دو عنصر سیلیس و اکسیژن به وجود می آید و به عنوان مهم ترین عناصر زندگی بشر شناخته شده است، اما در قرن نوزدهم میلادی، تحولات مهمی در علم شیمی رخ داد و دانشمندان این حوزه، شن را به عنوان مفیدترین ماده زندگی بشر، به دنیا معرفی کردند و از آن پس توانستند ماسه سیلیس را از شن سیلیس استخراج کنند.

ابتدا سیلیس را از معادن معدنی استخراج می کنند و پس از طی مراحل فرآوری مختلف، شن سیلیس و در نهایت ماسه سیلیسی به دست می آید که این ماسه، انواع مختلفی دارد. استفاده از ماسه سیلیس برای طراحی قالب مناسب نیست، زیرا تغییرات دما باعث ایجاد انبساط و انقباض در ابعاد ماسه ها می شود که این امر می تواند موجب ایجاد شکستگی در قالب شود.

اما اگر ماسه سیلیسی فرآوری شود، به عنوان قالب در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد که به آن ماسه سیلیس ریخته گری می گویند. این محصول پس از فرآوری، در کارخانه خرد می شود و بعد از  شستشو و خشک کردن با توجه به میزان مناسب مصرف، در ۸ سایز مختلف دانه بندی می شود. از این نوع ماسه به علت مقاومت بالایی که دارد، برای قالب های ریخته گری فلزاتی از قبیل  فولاد، مس، آلومینیوم و … استفاده می شود.

ویژگی ها و خصوصیات ماسه سیلیسی

این ماسه صنعتی خواص جالب توجهی دارد که به برخی از آن ها اشاره خواهیم کرد:

- این ماسه یک ماده معدنی غیر فلزی است که از سختی و مقاومت بالایی برخوردار است و در مقیاس موس دارای سختی 7 است.

- نفوذ پذیری مناسب و تاخیر در واکنش قلیایی دانه های ماسه، از دیگر ویژگی این ماده معدنی است.

- یکی از مهم ترین ویژگی ها و مزیت های ماسه سیلیس این است که معادن آن فراوان، دسترسی به آن آسان، ارزان و از قیمت مناسبی برخورداراست.

- همچنین این نوع ماسه از کانی های چند ساختاری و آلوتروپیک به شمار می رود که در دماهای متفاوت، ساختارهای مختلفی دارد. بنابراین سرعت سرد شدن آن می تواند باعث ایجاد خواص متفاوتی شود، که این خصوصیت سبب می شود از آن برای مصارف گوناگون صنعتی استفاده کنند. 

- ماسه سیلیسی در برابر حرارت مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهد، همین ویژگی آن را در ساخت بسیاری از لوازم خانگی کاربردی می کند. 

- نرم بودن بیش از اندازه ماسه های سیلیسی یکی از نشانه کیفیت آن است که برای ساخت بسیاری از کریستال ها و بلوری جات مورد استفاده و توجه قرار می گیرد.

 - سیلیس موجود در این نوع ماسه ، دارای ویژگی هایی مانند نقطه جوش بالا و انبساط پایین است که این خود باعث ایجاد هسته ای سازگار با تمام دماها، حتی دمای بالاتر از ۲۰۰۰درجه سانتی گراد می شود. این قابلیت موجب کاربرد این ماسه صنعتی در صنایع ذوب می شود.

- این ماسه های ریز دانه باعث افزایش استحکام قالب ها می شود، به همین دلیل در ریخته گری های ماسه ای از آن بسیاراستفاده می شود.

- کیفیت این ماسه را می توان با تست کردن آن سنجید، به این ترتیب که اگر در هنگام خمیری شکل کردن و ماساژ، ماسه سیلیسی به سرعت خشک شود نشان دهنده کیفیت بسیار عالی و درجه یک بودن آن است.

کاربرد ها و موارد استفاده از ماسه سیلیسی 

این نوع ماسه یه دلیل ساختار ویژه ای که دارد، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد، در ادامه به پاره ای از مهم ترین کاربرد ها می پردازیم:

صنعت ریخته گری 

این نوع ماسه صنعتی از حوزه های حیاتی و مهم در صنعت ریخته گری فلزات آهنی و غیرآهنی است. از قالب های ماسه سیلیس در قطعه های فلزی مانند قالب های شیرآلات استفاده می شود.

صنعت ساخت و ساز

در طرح های جدید ساختمان سازی، استفاده از شیشه، دانش معماری را به کلی دچار تحول کرده است  و از طرفی هم می دانیم که در ساخت شیشه، همیشه پای سیلیس در میان است. زیرا دوام و مقاومت بالایی که دارد، آن را به یکی از بهترین و مطمئن ترین مصالح ساختمانی تبدیل کرده است.

بنابراین، از این ماسه صنعتی می توان برای ساخت بخش های مختلف ساختمان مانند بلوک سازی، نما سازی، تولید کف پوش اپوکسی، کف پوش بتنی، ساخت پشم شیشه به عنوان عایق و ساخت انواع بتن استفاده کرد.

تصفیه و فیلتراسیون آب و فاضلاب

یکی دیگر از کاربردهای ماسه های سیلیسی تصفیه آب و فاضلاب است، که برای گرفتگی آلودگی ها و رویه تصفیه آب و پساب استفاده می شود. در تصفیه خانه ها در قسمت تحتانی از ماسه های سیلیسی با دانه بندی 0.4 تا 0.7 میلی متر، در قسمت وسط از دانه بندی 0.8 تا 1.2 میلی متر و در بالا از ماسه های با دانه بندی 3 تا 6 میلی متر به کار می رود.

صنعت نفت وگاز 

از دیگر از کاربردهای ماسه سیلیسی حوزه نفت و گاز است، به این صورت که این ماسه ُرا با فشار به داخل لایه های نفت دار زمین تزریق می کنند و با این روش درزها و شکاف ها را باز می کنند و موجب نفوذپذیری بیشتر لایه های نفتی و افزایش سرعت جریان نفت یا گاز می شوند.

تهیه پشم شیشه

اگر پودر سیلیس و موادی از جمله فلدسپات و دولومیت، با نسبت ها و فرمول های معینی مخلوط کنیم پشم شیشه تهیه می شود، که  این ماده یکی از بهترین عایق های حرارتی و صوتی به شمار می رود.

صنعت ذوب آهن و کوره های بلند

در صنعت ذوب آهن از ماسه سیلیسی برای کلوخه کردن سنگ آهن و برای آستر کردن کوره های فولادی و الکتریکی نیز از آن مصرف می شود، همچنین در تولید آجرهای نسوز، ظروف سرامیکی و کاشی کف و دیوار هم کاربرد دارد.

ماسه پاشی برای رنگ بری و زنگ زدایی

 در مخازن فلزی بزرگ، قالب های فلزی و کشتی ها، برای اینکه سطوح وسایل فلزی را از زنگ زدگی تمیز کنند و  مجددا سطوح آن ها را جلا دهند، ماسه سیلیس را با فشار زیاد توسط هوا یا آب بر سطح آن ها  می پاشند.

به عنوان ماسه سنگ بر و سایش دهنده شیشه  

ماسه سیلیسی خالص، محکم و دانه درشت است، ذرات ریز و پهن ندارد، از این ماسه برای ساییدن اولیه سطوح سنگی و اره کردن آن  ها استفاده می شود. همچنین ماسه سیلیس تمیز و مقاوم، دانه ریز تا متوسط برای پرداخت و سایش مقدماتی سطوح شیشه ای به کار می رود.

سایر کاربردهای ماسه سیلیسی

- به عنوان ماده اولیه شیشه، کاشی و سرامیک

- به عنوان ساینده در صنعت سند بلاست 

- مورد استفاده در استخر و آکواریوم ها برای تصفیه و فیلتراسیون آب، همچنین جهت تزیین و زیبایی آکواریوم

- برای ساخت زمین های چمن، گلف و میدان های مسابقات قهرمانی 

- به عنوان پر کننده پشت کار در معادن

- کاغذ سازی

-  صنایع سیمان

- قطعه سازی

- صنعت فولاد سازی و پتروشیمی و...

عوارض ناشی از استنشاق ماسه سیلیسی و ایمنی 

می دانیم که شن و ماسه اصولا غیر سمی هستند، اما استنشاق بیش از حد گرد و غبار این ماسه معدنی مخصوصا در هنگام انجام عملیات سند بلاست باعث ایجاد بیماری های آسم ریه یا سیلیکوزیس می شود. بیمارهای سیلیکوزیس در سه حالت به وجود می آید که معمولا برای آن ها هیچ درمان خاصی وجود ندارد و فقط می توان اقدامات پیشگیرانه را برای جلوگیری از پیشرفت بیش از حد بیماری انجام داد. بیماری های ناشی از استنشاق ماسه سیلیسی عبارتند از:

1- سیلیکوزیس ساده مزمن

2- سیلیکوزیس تحت حاد تسریع شده

3- سیلیکوزیس حاد

در زمان استفاده از ماسه سیلیس باید حتما از تجهیزات و وسایل ایمنی مخصوص استفاده شود که از ورود گرد و غبار سیلیس در داخل ریه ها جلوگیری شود.