زمین شناسی و پراکندگی آلونیت و کاربرد آن

از قرون و اعصار گذشته بشر در پی دستیابی به امکانات و ابزارهای توسعه تلاشهای فراوانی را در راه کشف مجهولات وتازه‌ها انجام داده است.

بی‌شک  فلز در عصر حاضر به عنوان زیرساخت توسعه و فناوری همواره مورد توجه بوده و کشورهای پیشرفته جهان با علم به این نکته سعی فراوانی را در راه کشف وتوسعه‌ ذخایر و منابع فلزی خود انجام داده و هم اکنون نیز علاوه بر استفاده‌ بهینه از ذخایر و منابع خود چشم به بهره‌برداری از مواد و کانی‌های غنی موجود در کرات دیگر و من جمله ماه دارند.

بدیهی است با توجه به بودن ذخایر و معادن قابل استحصال کشورها و همچنین استفاده‌ نادرست در بعضی مناطق، دورنمای صنعت فلز مبهم نماید با توجه به مطالب فوق نیاز بشر به ابداع روشهای جدید فرآوری جهت بهره‌برداری از معادن  و ذخایر کم عیار و همچنین استحصال آن بخشی از کانی‌هایی که از لحاظ متالورژیکی و کانه‌آرایی مشکل‌زا می باشند ضروری به نظر می‌رسد.

لذا در عصر حاضر تمام توجهات به سمت مواد و کانیهایی است که تاکنون مورد توجه نبوده و یا به دلیل مشکلات فرآوری قابل استحصال نبوده‌اند.

با توجه به این مطلب فلز آلومینیوم نیز از این قاعده مستثنی نبوده و نیاز بشر به تولید و استحصال آن در سالهای آتی بسیار مورد توجه می‌باشد. در حال حاضر در صنعت آلومینیم جهان مهمترین منبع برای تامین آلومینیوم کانی بوکسیت می‌باشد.

هم‌اکنون مهمترین و بهترین گزینه‌ برای تامین آلومینیوم بعد از بوکسیت، آلونیت می‌باشد. کانیهای دیگری نیز جهت تولید آلومینیوم مورد توجه قرار دارند که از آن جمله می‌توان به آنورتوزیت – نفلین- رسها و شیل اشاره کرد.

سمیناری که در حال مطالعه می‌فرمایید بحث در مورد روشهای موجود فرآوری کانی آلونیت در گذشته و حال می‌باشد که همراه با بحث در مورد رفتارهای اختصاصی کانی آلونیت در شرایط مختلف شیمیایی و حرارتی و مطالعه دقیق خواص این کانی در محیط های اسیدی و قلیایی می‌باشد.

همچنین کاربردهای مختلف آلونیت به غیر از تولید آلومینا مانند استفاده به عنوان منعقد کننده ( کواگولان) و ( فلوگولانت) در بحث تصفیه آب (‌Water Treatment ) و داروسازی مورد بحث قرار گرفته است.

بحث در مورد مشکلات محیط زیستی و مشکلات موجود فرآوری این کانی نیز از جمله مطالعات انجام گرفته در این سمینار می‌‌باشد. در پایان لازم می‌دانم از استاد راهنمای درس سمینار جناب آقای دکتر محمدمهدی سالاری‌راد و همچنین کمکها و راهنماییهای استاد درس سمینار جناب آقای مهندس یاوری کمال تشکر را بنمایم.

در آخر امید است با تلاش و کوشش شبانه‌روزی متخصّصین و کارشناسان صنعت و معدن وابستگی عظیم درآمد کشور به نفت به مرور زمان کم شده و ما نیز همچون سایر کشورها در حفظ ذخایر  و منابع ملّی خود برای آیندگان کوشاتر باشیم.

پیش درآمد

آلونیت در جهانی از قرن پانزدهم تا اواخر قرن حاضر بعنوان منبعی برای زاج و سولفات آلومینیوم مورد استفاده قرار گرفته است . از زمان شناخت و بکارگیری آلونیت در ایران تاریخ دقیقی در دسترس نیست اما تردیدی نیست که سابقه طولانی داشته و چه بسا ایرانیان از پیش از قرن پانزدهم آن را مورد استفاده قرار می دهند از اوایل قرن حاضر از بوکسیت و رس هم تا حدودی برای بدست آوردن زاج و سولفات آلومینیوم استفاده می شود . آلونیت در طول اولین جنگ جهانی نقشی استراتژیک و حساس در استرالیا و ایالات متحده امریکا در تهیه کود سولفات پتاسیم ایفا کرده است. Hall et al, 1983

موارد استفاده و پراکندگی آلونیت در جهان

در برخی کشورها آلونیت جهت تولید آلومین  مورد استفاده قرار می گیرد ، چنانکه در آذربایجان شوروی ( سابق ) کارخانه ای با ظرفیت تولید تقریباً 200 تن در روز آلومین برپاست که از آلونیت ، آلومین استخراج می شود ، از آنجا که آلومین منبع با ارزشی برای آلومینیوم است ، آلونیت را می توان کانسار آلومینیوم بشمار آورد . کود از محصولات فرعی آلونیت است در ایران آلونیت از قدیم و بطور سنتی در تولید زاج مصرف می شده است که بکار رنگرزی و تصفیه خانه های آب و نفت می آید .

آلونیت در بسیاری از کشورها وجود دارد البته باید در نظر داشت که انباشته های بزرگ و غنی از آلونیت که برای تاسیس کارخانه تولید آلومین یا کود مناسب باشد ، به طور نسبی ،  کم است .

در دهه اخیر انباشته های بزرگی از آلونیت در برخی از ایالات باختری آمریکا کشف شده که مهمترین آن ها در جنوب باختر یوتا است ، ولی انباشته های آریزونا و کلرادو هم شایان توجه اند ، در نوادا و نیومکزیکو و به احتمال در مکزیک هم پتانسیل یا کانسارهایی از آلونیت با عیار بطور نسبی خوب وجود دارد .

به نظر می رسد بزرگترین و بهترین انباشته های آلونیت از نظر گستردگی و عیار در جمهوری های شوروی ( سابق ) است ، کارخانه تولید آلومین در آذربایجان شوروی از توف های آلونیتی شده اواخر ژوراسیک نزدیک ، زایلیک (  Zaglik ) چند کیلومتری شمال باختر داش کس ( Dashkesan ) تغذیه می شود و مقدار آلونیت سنگ ها حدود 40 درصد می باشد در دیگر جمهوری های شوری ( سابق ) بیش از 80 ذخیره دیگر وجود دارد که این انباشته ها در قزاقستان ، ارمنستان ، ازبکستان ، قرقیزستان ، تاجیکستان ـ پراکنده است .

در قاره آسیا به ویژه در چین انباشته خیلی بزرگ از سنگ های واجد آلونیت در ناحیه پین یانک فانشن ( pinyang Fanshan ) ، در ژاپن ، جنوب کره ، ترکیه و دیگر کشورها هم گزارش هایی در مورد آلونیت موجود است ولی اقتصادی بودن برخی از آنها هنوز نامشخص است . همچنین ذخایر یا منابع موجود در اسرائیل ( فلسطین اشغالی ) ، مصر ، مراکش ، تانزانیا ، نیجریه ، نیوزیلند ، و سوماترا و فیلیپین مورد بررسی های دقیق قرار نگرفته است . در کشورهای  اروپایی مانند ایتالیا ، اسپانیا ، در جنوب آمریکا ، جنوب مکزیک و استرالیا هم انباشته های قابل توجهی از آلونیت موجود است .

چگونگی رخداد

آلونیت به صورت عدسی ها و رگچه ها در داخل کانسارهای رگه ای فلزات و نیز در داخل شکاف های سنگ های آذرین قلیائی یافت می شود ولی توده های بسیار بزرگ آن به طور معمول ،‌‌ در داخل توف ها و گدازه ها تشکیل می گردد . در ایران هم از هر دو نوع وجود دارد ولی تنها آن دسته که در اثر آلتراسیون با هر پدیده دیگر در سنگ های ولکانیکی یا توفی بوجود آمدها ، از نظر حجم و وسعت شایان توجه است .

انباشته آلونیت نوع جانشینی شباهت کمی با نمونه های موجود در موزه یا توصیف های موجود در متون و نشریه های کانی شناسی دارد . بطور نمونه آلونیت در سنگهای آتشفشانی دانه ریز یا پورفیرهای دانه درشت تر ساب ولکانیک و یا در سنگ های نفوذی کم ژرفا بر اثر آلتراسیون می تواند بوجود آید و سنگ دگرسان شده اساساً از کوارتزهای میکروکریستالین ، آلونیت و مقادیر جزی هماتیت ، روتیل و آناتاز تشکیل شده است ، رسها و کانیهای سیلیسی غالباً سیلیسی غالباً از همراهان آلونیت در سنگ های آلتره شده می باشد . حضور فراون همین همراهان در فرایند تولید آلومین  می تواند تولید اشکال نماید .

تشخیص سنگ های آلونیت دارد در روی زمین کار ساده ای نیست . سنگ های ولکانیکی دگرسان شده غنی از آلونیت و کائولینیت  ، سریسیت و دیگر کانی های دگرسانی خیلی مشابهند ، اما چون وزن مخصوص آلونیت ( 82/2 ) کمی بیش از وزن مخصوص کوارتز و رسها است ، بطور معمول ، حضور مقدار زیاد آلونیت در یک نمونه سنگ ولکانیک قابل تشخیص است .

آلونیت هایی که بصورت رگه ای هستند معمولاً صورتی رنگند ولی رنگ کلاً معیاری ضعیف در تشخیص سنگ های آلونیتی است . چون آلونیت در رنگهای گوناگون می تواند باشد . ( بطور معمول ، رنگارنگ یا دارای خطوط رنگینی است و یا به آهن آلوده شده است . رنگ زرد پرتقالی معمولاً نشانه حضور جاروسیت ( سولفات آهن آبدار ) می باشد ) .

انباشته های مختلف آلونیت اندازه های متغیری دارد چنانکه از نودول ها یا  عدسی های کوچک در حد سانتی متر و تا توده های بزرگ محتوی چندین میلیون تن سنگ دگرسان شده با 30 تا 40 درصد آلونیت در تغییر است . در رگه های درون زا ( hypogene ) آلونیت به طور تقریب خالص می تواند یافت گردد . Hall ( 1978 ، 1980 ) انباشته های آلونیت را در سه گروه می گنجاند :

1. آلونیت رگه ای ؛
2. آلونیت گرهکی ؛
3. آلونیت جانشینی ؛

آلونیت های رگه ای

آلونیت در رگه ها یا خیلی ریز بلور و یا نهان بلور ( Cryptocrystalline ) است که در این حالت به رنگ سفید و زرد می باشد . چنانکه آلونیت در رگه در چهره بلورهای درشت که گاه طول آن ها به 10 تا 20 میلی متر می رسد پدیدار شود ، صورتی رنگ است ( 1983 ، Hall et al  ) . اگر چه در رگه های با عیار بالا ، به  طور تقریب ، ‌آلونیت جانشینی قابل قبول برای بوکسیت خواهد بود ، اما کل منابع در دسترس و موجود در رگه ها کمتر از آن است که سازنده اساس ماده ای خام در صنعت باشد .

آلونیت های گرهکی در سنگ های رسی رسوبی

آلونیت یا ناترو آلونیت گرهکی و لایه ها و رگه های کم ضخامت نامند آن از نظر جغرافیایی بسیار متداول و گسترده اند ( هال ،‌ 1978 ) و در شیل ها ، شیست های میکادار ، یا لایه های رسی یافت می شوند ، به نظر می رسد این آلونیت ها به طور دیاژنتیکی یا برون زایی ( Supergenic ) و در اثر عملکرد آب های زیرزمینی اسیدی پرمایه از سولفات ، در رسوبات آرژیلی سرشار از میکا یا ایلیتی بوجود آمده اند اکسیداسیون پیریت پراکنده در سنگ های رویی یا سنگ مجاور آن ، اسید لازم را فراهم می سازد ؛ پتاسیم از ایلیت یا میکا مسکویت موجود در رسوب میزبان آلونیت است . خلوص گرهک های آلونیتی ممکن است به خلوص آلونیت های رگه ای نزدیک باشد . ولی این رخدادهای رسوبی ، بیشتر ، محدود به لایه های کم ضخامت و نا ممتدی است که بطور معمول ، با کائولین مخلوط بوده ، و توده های آن قدر بزرگی را تشکیل نمی دهد که به عنوان منبع آلومینیوم بهره برداری شوند .

آلونیت جانشینی در سنگ های ولکانیکی و سنگ های نفوذی کم عمق

این انباشته ها ابعاد بزرگ و ذخیره های قابل ملاحظه دارند و به طریقه روباز می توانند استخراج شوند . این گروه از انباشته ها بخش عمده منابع آلونیت را در امریکا و سایر نقاط جهان تشکیل می دهند ، و به عنوان منبع اساسی هر طرح صنعتی آلومینیوم با بکارگیری آلونیت در نقش یک ماده‌ خام ، بهره برداری می شوند اگر چه این انباشته ها از نظر عیار در چنان گسترش و حجم بالای ذخیره برخوردارند که می توان به طریقه روباز آن ها را استخراج نمود . در این انباشته ها میزان پتانسیل برای تغذیه یک کارخانه آلومین با مقیاس اقتصادی برای بیست سال یعنی تا زمان مستهلک شدن کارخانه کافی است .

منطقه بندی انباشته های جانشینی

یکی از مشخصات انباشته های بزرگ آلونیت (آلونیت جانشینی ) حالت منطقه ای
( Zoning ) در آن ها است . زونینگ کانی شناختی مشخصه انباشته های بزرگ آلونیت نوع جانشینی در باختر ایالات متحده آمریکا است . منطقه بندی یکسان یا بسیار مشابه نیز در متون زمین شناسی دیگر کشورها هم  گزارش شده است .

به طور کلی چهار زون اصلی شناسایی شده است . مغزه یا پوشش سیلیسی ، کوارتز آلونیت ، آرژیلی ، پروپیلیتی .

مغزه یا پوشش سیلیسی ( زون 1 ) مرکزی و برجسته و مترفع است ، و زون کوارتز آلونیت ( زون 2 ) ، زون آرژیلی ( زون 3 ) و سرانجام زون پروپیلیتی ( زون 4 ) در بیرون و به سمت پایین جانشین آن می شود . ممکن است در سطح زمین این چهار زون در جنب یا پهلوی یکدیگر باشند ، همچنین به طور عمودی ، اگر چه عموماً برای آشکارشدگی ارتباط منطقه ای در ژرفا ، حفاری عمیق ضروری است .

شرحی که در ادامه خواهد آمد حالتی ایده آل را به نمایش می گذارد و به ندرت در طبیعت رخ می دهد . بیشتر انباشته های طبیعی نامنظم و ناهمگن اند و انکلاوهای یک مجموعه منطقه بندی با دیگری احاطه می شود . دگرسانی ها ممکن است در هم داخل شود چنانکه یک زون یا چندین زون خیلی باریک و کم ضخامت می شود و در هنگام بررسی و مشاهده سطحی و اتفاقی ، آشکار نمی شود فزون بر آن مرزهای منطقه ای باریک و ظریف اند ، نقشه برداری واقعی آن ها دشوار است و بر اساس اندازه گیری های پراش اشعه X پودر آن ها نقشه بطور دلخواه رسم می شود . ویژگی های هر یک از چهار زون نامبرده در ادامه اشاره خواهد شد .

زون سیلیسی مغزه ای یا پوششی

در این زون سنگ به شدت سیلیسی شده و ممکن است شبیه چرت یا اپالیت باشد ،‌ و اگر در نزدیکی سطح یا سطح زمین یافت شود ممکن است متخلخل مانند زینتر سیلیسی باشد به طور معمول ، گوگرد طبیعی در خلل و فرج ها یا حفره ها پدیدار است . به طور تیپیک ، کواتز فاز سیلیسی غالب است . ولی کریستوبالیت هم نامتداول نیست ، و سیلیس بی شکل و تریدیمیت در شماری از مناطق تشخیص داده شده است . زون سیلیسی را نشانگر مجرا یا منفذ اصلی برای ، مرحله نهایی دگرسانی می دانند ، که در اثر سیالات گرمایی ( hydrothermal fluids ) بشدت اسیدی و گازهایی که منشاء آتشفشانی دارند ، قلیاها ، عناصر قلیایی ، آلومینا ، و دیگر عناصر از سنگ های ولکانیک شسته و پس مانده سیلیسی از آنها بر جای می ماند ، مقداری از سیلیس هم از زون زیرین دگرسانی آلونیتی به آن اضافه می شود و ممکن است سیلیس سنگ 90 درصد یا بیشتر باشد .

زون کوارتز ـ‌ آلونیت و زون آرژیلیک

زون سیلیسی به طرف بالا به یک زون سنگ به شدت دگرسان شده تغییر می یابد که عمدتاً متشکل از کوارتز میکرو کریستالین و آلونیت است ،‌‌ این سازندگان زون ، کانه انباشته اقتصادی آلونیت است . مقدار آلونیت ممکن است 30% یا بیشتر باشد دیگر کانی ها به طور معمول ، در مقادیر کم یافت می شود و شامل هماتیت ، روتیل و آناتاز است . کائولینیت ( یا پلی مورف آن دیکیت ) و سایر کانی های فیلو سیلیکات به علاوه کریستوبالیت اپالی متداول است . ولی چنانچه این کانی های سیلیسی بیش از مقادیر خیلی ناچیز باشد و در آن صورت اثراتی زیانبار بر کیفیت کانسار خواهد داشت . ممکن است در این زون پیریت ، به ویژه در ژرفا یافت شود .

ژنز انباشته های جانشینی آلونیت

با توجه به آن که در طبیعت تنها در انباشته های جانشینی است که مقدار آلونیت فراوان و ذخیره آن چند میلیون تنی است ، به چگونگی پیدایش آن ها ، با تفضیل بیشتر می پردازیم .

انباشته های جانشینی را حاصل سیالات گرمایی می دانند که طی آخرین مرحله فعالیت آتش فشانی خارج می شوند و حاوی اسید سولفوریک و گازهای گوگردی می باشند عناصر محلول از سنگ های نفوذپذیر ، بطور تیپیک سنگ های آذرآواری با ترکیب ریولیتی تا آندزیتی یا داسیتی شسته و حمل می گردد ، جدا از سنگ های یاد شده پورفیرها و جریان های کم  ژرفا نیز مناسب اند با تجزیه و فروپاشی فلدسپار ، میکا و سایر کانی های سازنده سنگ ، سیلیس آزاد می شود و دوباره به صورت کریستوبالیت یا کوارتز های خیلی ریز متبلور می شود . بافت های میکروسکوپی نشان از آن دارد که آلونیت دانه ریز به طور کم و بیش هزمان با فاز سیلیس ، تبلور می یابد .

عواملی نظیر : بافت و ترکیب سنگ ، تخلخل و نفوذ پذیری ، ترکیب شیمیایی سیالات ، دما و فشار ، نرخ جریان سیالات و تداوم آن ها ، طول مدت دوره و ساخته هایی نظیر لایه ، گسل ها و درزه ها دگرسانی را کنترل می نماید . سیالات ممکن است در امتداد منفذ و مجزای محلی ، صعود نمایند و در این حالت منطقه بندی تقریباً متحدالمرکز دگرسانی پدید می آید . این درگسانی از سنگ های به شدت سیلیسی شده در مرکز به حلقه های آلونیتی ، آرژیلی و سرانجام سنگ های پروپیلیتی در پیرامون تغییر می کند . به نظر می رسد که در بیشتر حالات ، مجرا یک شکستگی بزرگ یا گسلی بوده و سنگ به شدت سیلیسی شده در امتداد محور اصلی و زون های آلونیتی ، آرژیلی و پروپیلیتی به طور پی در پی پدیدار می شوند . سیستم شیمیایی دینامیک است ؛ ضمن مهاجرت و جابجایی سیالات در کانال مرکزی و حرکت رو به بالای اسیدی شده و با سنگ واکنش می نمایند . بنابراین ، مجموعه های دگرسانی در زون های مربوطه نشانگر دامنه پایداری کانی های سازنده آن است .

انباشته ها و معادل آلونیت در ایران

در ایران با توجه به کمبود انباشته های بوکسیتی ، از سال 1356 ، اکتشاف آلونیت شروع شد . در پی بررسی های مقدماتی و نیمه تفصیلی آشکار شد که انباشته ها و پتانسیل های پرشماری از آلونیت در نقاط مختلف ایران و عمدتاً بر محوری با جهت شمال باختر ـ جنوب خاور از تاکستان قزوین تا مزر ایران و جمهوری های آذربایجان و ارمنستان وجود دارد . مناطق عمده تمرکز آلونیت در شمال خاور زنجان ، باختر منجیل ، اطراف مشکین شهر و اهر و خاور جلفا است . اکتشاف بعدی و تکمیلی آشکار ساخت که در مناطق فوق انباشته هایی فزون بر یک میلیون تن آلونیت وجود دارد که تنها در صورت بررسی های دقیق فنی و اقتصادی و مثبت بودن آنها ، می توان اقدام به تولید آلومینا از این منابع عظیم کرد ، در حال حاضر تنها یک کارخانه تولید آلومینا از آلونیت در دنیا وجود دارد که آن ها هم در جمهوری آذربایجان و نزدیک شهر گنجه است و از انباشته های آلونیت معدن داش کسن استفاده می کند .

آلونیت ایران در سنگ های آتشفشانی ترسیر قرار دارد و در زیر افق آلونیتی ، افق سفید رنگ محتوی کائولن قرار گرفته که مقادیر کمتری آلونیت در آنها پدپدار است .

مشکلات محیط زیستی فرآوری آلونیت و تاثیرات آن بر طبیعت

امروزه  در تمامی کشورها بحث بین سازمانهای حفاظت محیط زیست و صنایع و معادن به صورت یک جنگ تمام عیار در آمده است .

نیاز به رشد و توسعه و تولید و بالا بردن نرخ رشد از یک طرف و رقابت در بازارهای جهانی و نیاز کشورها به تامین فرصت های شغلی از طرف دیگر باعث شده است که در برخی کشورها مسائل زیست محیطی آنچنان مورد توجه قرار نگیرد . در این بین معادل و علی الخصوص معادل روباز به دلیل وسعت عملیاتی بالا و نیاز به آماده سازی و بازکردن منطقه وسیعی از محیط طبیعی زمین را دستخوش تغییر می نماید و علاوه بر این لزوم احداث کارخانه کانه آرایی و سایر تجهیزات باعث می گردد که در آینده حجم بالایی از مواد شیمیایی و مصنوعی در طبیعتی آزاد گردد و در دراز مدت باعث خسارات گاه جبران ناپذیری به محیط زیست گیاهی و جانوری می شود .

در این راستا در سالهای اخیر سازمانهای حفاظت از محیط زیست تلاشهای گسترده ای را در کشورهای مختلف جهت جلوگیری از فعالیت واحدهای آلوده کننده انجام داده است .

در این بین معادل به دلیل لزوم فعالیت آن در طبیعت و تغییرات وسیع زمین نقش زیادی را در بر هم زدن اکوسیستم مناطق بازی می کنند بنابراین رعایت مواردی از قبیل حفظ و ترمیم مراتع و پوشش گیاهی مناطق عملیاتی و احداث جنگلها و مراتع مصنوعی و حتی دریاچه بعد از اتمام کار معادل در دستور کار اکثر سازمانهای زیست محیطی قرار دارد .

مواردی از قبیل تعطیلی بسیاری از معادن آلوده کننده محیط زیست در کشورهای پیشرفته اهمیت توجه به محیط زیست را برای ما روشن می سازد .

در ایران نیز در حال حاضر معدن مس سونگون اهر به دلیل از بین بردن پوشش گیاهی و مراتع منطقه ( ارسباران ) به شدت از طرف سازمان محیط زیست استان آذربایجان شرقی تحت فشار قرار داشته و حتی این مسئله به هیئت دولت نیز کشیده شده است .

با توجه به مسائل یاد شده می توان گفت در حال حاضر کمتر ماده ای را می شود پیدا کرد که در طی عملیات فرآوری و کانه آرایی آلوده کننده نبوده و طبیعت را دچار تغییر نسازد .

در حال حاضر مقاله ای که مطالعه می فرمایید بررسی روشها و مشکلات فرآوری کانی آلونیت می باشد که طی چندین دهه و تقریباً از اوایل قرن بیستم مورد مطالعه بوده و هم اکنون نیز روش مناسب و قابل قبولی از تمامی جهات برای فرآوری آن ابداع نـشده است .