زمین‌شناسی پزشکی (کتاب الکترونیک)

33,000 تومان

بر اساس تعریف، می توان چنین عنوان کرد که زمین شناسی پزشکی دانشی است که ارتباط بین مصالح زمین شناختی، فرآیندهای زمین شناسی و عوامل آن بر سلامتی انسان و حیوان را برقرار می سازد (Centeno 2011).به اعتقادFiona Fordyce  زمین شناسی پزشکی مطالعه عوامل زمین شناسی زیست محیطی بر انسان، حیوان، سلامت گیاهان و کشاورزی است.زمین شناسی پزشکی به عنوان دانش بررسی کننده رابطه میان عناصر و کانی ها، مهاجرت، انتقال، تغییر شکل، میزان ترکیبات آلی و معدنی و پیامدهای مثبت و منفی که بر سلامت انسان، جانوران و گیاهان دارد شناخته شده است. دانش مذکور را می توان یک تخصص بین رشته ای دانست که به مطالعه عوامل طبیعی زمین شناختی که با پراکندگی جغرافیایی خاص خود بر سلامت موجودات زنده تأثیرگذار است. (Charlotte et al 2013)  زمین شناسی پزشکی را دانشی بین رشته ای می داند که  درک بهتر رابطه بین سلامت بشر و محیط زیست می اندیشد.

(Silverman 1997) سلامت زیست محیطی را چنین تعریف می کند که عامل تنزل زیست محیطی بر جمعیت بشری است.به اعتقادFinkelman و همکارانش، زمین شناسی پزشکی به سرعت در حال رشد و توسعه بوده و توانایی مساعدت به جامعه پزشکی را در تمام مناطق دارد.زمین شناسی پزشکی دقیقاً رابطه بین مصالح زمین شناختی از قبیل: سنگ ها، مواد معدنی و سلامت بشری را مورد مطالعه قرار می دهد.دانش مذکور پیشگام موضوع بین علوم زمین و علوم پزشکی است. (Bencko and Vosta, 1999)  (Cronin and Sharp 2002) (Centeno et al 2002). تحقيقات زمين شناسي پزشكي در نتيجه كار علمي تيمي است. عضو اصلي اين تيم رشته زمين شناسي است. علم نوپاي زمين شناسي پزشكي كه برپايه اثبات علمي ارتباط بسياري از بيماري ها با زمين بنيانگذاري شده است، به بررسي ارتباط بين عوامل زمين شناسي با سلامت انسانها و جانوران و تأثير عوامل زيست محيطي بر پراكندگي جغرافيايي بيماري هاي مرتبط مي پردازد.

زمین شناسی پزشکی، به عنوان دانش بررسی کننده رابطه بین عناصر و کانی ها، مهاجرت، انتقال، تغییر شکل، میزان ترکیب های معدنی و آلی و تأثیرات مثبت و منفی که بر سلامت انسان، جانوران و گیاهان دارند شناخته شده است. به علاوه این دانش به عنوان یک تخصص بین رشته ای، به بررسی عوامل طبیعی زمین شناسی که با پراکندگی جغرافیایی خاص خود بر سلامتی موجودات تأثیر می گذارد می پردازد.

از نقطه نظر تاریخچه باید اذعان داشت که واژه زمین پزشکی یا زمین شناسی پزشکی برای اولین بار توسط Ziess مورد استفاده قرار گرفت که در آن زمان معادل پزشکی جغرافیایی بود اما امروزه آن را معادل روش های ژئوگرافیکی در اخذ نتایج بهداشتی و پزشکی می پندارند. علت مرگ ناپلئون بناپارت در سال 1821 میلادی ریشه در زمین شناسی پزشکی دارد

نامبرده مدت مديدي در معرض آرسنيك بوده و براثر سرطان معده ،جان خود را از دست داده است؛ طبق نظر متخصصان علوم قضايي فرانسه ، سطح آرسنيك يافت شده در موهاي ناپلئون 38 بار بيشتر از مقا دير طبيعي اين ماده است و يك علامت واضح مسموميت به شمار مي رود.

در سال های اخیر ارتباط میان محیط و سلامتی، مورد مباحثه بسیاری از رسانه ها و مجلات علمی پژوهشی بوده است. واژه هایی همچون فلزات سنگین و مواد آلاینده، موضوع بحث داغ محافل علمی سراسر جهان را تشکیل می دهد. ابتدا در این زمینه اصطلاح جغرافیای پزشکی مطرح شد سپس این اصطلاح به زمین شناسی پزشکی تغییر نام یافت و اکنون با تمام توان و به پشتوانه محققین مختلف در اقصی نقاط جهان در حال توسعه مفاهیم و محتوای علمی خود است.

 

1-2 تاریخچه

اولین کسی که به وضوح نقش عوامل درونی را بر زمین و ایجاد تغییرات آن مطرح ساخت فیلسوف یونانی Empedocles  اهل آگرگنتوم بود که در 450 سال قبل از میلاد مسیح در این زمینه به فعالیت پرداخته است.نکته جالب آن است که این فیلسوف به علت علاقه فراوانی که به زمین شناسی و فرآیندهای آن داشت در هنگام انجام تحقیقات و مشاهده آتشفشان Etna  در آن سقوط کرد و جان باخت(Shengur 2005). در یونان باستان، ارسطوی استادگرایی شاگرد افلاطون، با الهام گرفتن از تئوری ها و نظریات استاد خود و بسط آرای وی، کتاب مشهور خود را با عنوانMeteorologica  نگاشت(Shengur 2005). این نوشته یکی از اولین آثار مبتنی بر تجربه و مشاهدات علمی در حوزه علوم طبیعی و زمین شناسی در دوران باستان بود که در آن ارسطو نظریاتی راجع به اثرات عوامل طبیعی بر رخداد حوادثی مثل بیماری، تعیین جنسیت جنین و امثال آن را مطرح ساخته است . به علاوه ارسطو برای اولین بار در تاریخ، به معضلاتی که از نظر سلامتی برای کارگران شاغل در معادن سنگ به وجود می آید اشاره کرده است(et al 2003 Bowman).موضوع ارتباط میان زمین شناسی و سلامت موجودات زنده مخصوصاً انسان، از مدت ها پیش شناخته شده بود. فیزیکدان ها، متخصصین علوم طبیعی و فلاسفه عهد باستان در کشورهایی مثل یونان، چین، ایران، مصر و هندوستان و سرخپوستان و مایاها از زمان های بسیار قدیم اهمیت این نکته که پدیده های رخ داده در روی زمین بر سلامتی انسان مؤثر هستند را درک کرده بودند، هر چند که این ارتباط تا قرن نوزدهم میلادی مبتنی بر منطق و علم نبود و تنها خرافات آن را بسط داده بودند.

به هر حال به نظر می رسد که اولین نظریات رسمی در حوزه زمین شناسی پزشکی توسط حکیم یونانی Hippocrates ارائه شده که سیصدسال قبل از میلاد مسیح زندگی کرده است.او نشان داد که عوامل محیطی بر نحوه پراکندگی آسیب های جسمانی مؤثر هستد(Lag 1990)(Foster 2002).تمرکز اصلی حکیم هیپوکراتوس بر آب و هوا و مکان جغرافیایی بود. وی در قسمت هفتم رساله خود چنین می نگارد که : آبی که از خاک بر می خیزد آب هایی حاوی آهن، مس، نقره، طلا، قیر و نیترات هستند که برای هر مصرفی مضر بوده و عامل بیماری های متعددی هستند.

مثال دیگر مربوط به ویتروویاس معمار رومی است که برای اولین بار نشان داد که آب های موجود در نزدیکی معادن و صنایع معدنی دارای اثرات نامطلوبی بر سلامتی انسان و حیوان هستند(Neriago 1985). فیزیکدان یونانی، گالن در دست نوشته های خود خطر فعالیت های معدنی از نقطه نظر وجود اسید و دیگر مواد مضر در آب های زیرزمینی نزدیک معادن فلزی را خاطر نشان کرد(Lindberg 1992).دانشمندان ایرانی نیز همچون ابوعلی سینا، ایوریحان بیرونی، زکریای رازی و جابربن حیان نظریات متعددی در رابطه با سلامتی انسان و مواد معدنی داشته اند.

یکی از مهم ترین تحولات در تاریخ علم زمین شناسی پزشکی، تألیف کتاب بهار خاموش توسط (Carson 1961) بود که در رابطه با سم DDT  و انقراض نسل پرندگان مطالب تکان دهنده ای را عنوان کرد (Singh 2005).در سال 1996 میلادی در اجلاس اتحادیه جهانی زمین شناسی IUGS  با توجه به اهمیت عوامل زمین شناختی بر سلامت انسان و درک او از این موضوع، کمیته ای برای پژوهش های بین المللی در حوزه زمین شناسی پزشکی در کمیسیون برنامه ریزی برای زمین شناسی زیست محیطی تشکیل شد اما در سال 2000 میلادی یونسکو در قالب پروژه ای یا شماره 454 و با عنوان زمین شناسی پزشکی کار خود را در زمینه حاضر زودتر از IUGS  آغاز کرد.به هر حال در تخصص زمین شناسی پزشکی مشاهیر متعددی وجود دارند که از آن ها می توان به پرفسور چاندرا دیسانایاکه استاد دانشگاه پرادنیای سری لانکا اشاره کرد که حدود سی سال در حوزه زمین شناسی پزشکی و زمین شناسی زیست محیطی به انجام تحقیقات وسیع و جامع پرداخته و در گسترش علوم مذکور سهم بسزایی داشته است.علاوه بر وی می توان هاروانت سینگ از دانشگاه ساراواک مالزی و اوله سلینوس از سوئد را نام برد.پرفسور سلینوس بیش از 40 عنوان اثر علمی و پژوهشی در حوزه زمین شناسی پزشکی منتشر کرده است که یکی از مهم ترین آن ها کتاب زمین شناسی پزشکی است که توسط انتشارات معتبر Elsevier در سال 2005 منتشر شذه است.

در ایران، اولین نظریات علمی و عقلی در باب زمین شناسی پزشکی را حکمایی چون ابن سینا، ابوریحان بیرونی و سایرین نگاشته اند. شاید بتوان به جرأت گفت که اولین نظریات علمی در حوزه زمین شناسی پزشکی در دنیا توسط حکمای ایرانی ارائه شده است. ابوعلی حسین بن عبد الله ابن سینا دانشمند مشهور و بزرگ ایرانی در کتاب معروف خود که با نام شفا تألیف شده بود مواد را در دسته های سنگريال ذابیات، کباریات و املاح طبقه بندی نمود.

محمد بن ذکریای رازی، فیلسوف، طبیب و کیمیاگر برجسته ایرانی که در قرون وسطی می زیسته است مواد را به سه نوع معدنی، گیاهی و حیوانی تقسیم بندی کرده است.

به هر حال دانشمندان ایرانی از دوران باستان به مباحث زمین شناسی و کانی شناسی توجه داشته اند و این توجه قابل بررسی و مطالعه بیشتر است.

اکنون نیز با توجه به اهیمیت زمین شناسی پزشکی، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور در سال 1383 واحد پژوهش های زمین شناسی پزشکی را ایجاد کرد که شامل کمیته های، بررسی ژئوشیمی، هیدروژئوشیمی، رادیونوکلوئیدهای طبیعی، ژئوبوتانی و پزشکی می باشد.

امروز به علت آنکه کشور ما یکی از بالاترین نرخ های ابتلا به سرطان مری، معده و ریه را دارد و سایر بیناری ها می توانند از منشأ زمین شناختی به وجود آمده باشند، توجه بیش از پیش به مفاهیم و محتوای علمی زمین شناسی پزشکی در کشور امری غیر قابل انکار به نظر می رسد و باید در این زمینه بیشتر تلاش کرد و استراتژی های مدون تری را برای انجام تحقیقات زمین شناسی پزشکی تدوین کرد.

زمین شناسی پزشکی با این هدف مورد توجه قرار گرفت که بتواند ضمن ایجاد درکی واضح، صحیح و منطقی از تأثیر مواد طبیعی بر حسم انسان، حیوان و گیاه، خطر آن ها را کاهش دهد. در کشورهای درحال توسعه بیشترین تمرکز مطالعات زمین شناسی پزشکی روی استفاده بهینه از زمین انجام می پذیرد که علاوه مطالعاتی نیز روی تأثیرات مخرب زغال سنگ و عناصری چون آرسنیک محلول در آب و نظایر آن انجام شده است.

 

1-3 حوزه مطالعاتی زمین شناسی پزشکی

آنچه مسلم است آن است که زمین شناسی پزشکی تنها شامل مباحث مربوط به آلودگی نیست و در واقع بررسی کننده و ایجاد کننده ارتباط گسترده میان محیط و سلامتی یا رخداد آسیب ها در انسان، حیوان و گیاهانی است که در آن محیط زندگی می کنند. البته بسط این مسأله نیز حائز اهمیت می باشد. زمین شناسی پزشکی می تواند در دو عنوان اساسی عنصر و محیط تعریف شود. در عنوان اول ارتباط عناصر و رفتار موجودات زنده در مقابل عناصر و ترکیب های شیمیایی مورد بحث قرار می گیرد. در عنوان دوم، واکنشی که موجودات زنده در برابر حوادثی مانند سیل، آتشفشان، زلزله و نظایر آن دارند مورد توجه هستند. حوزه مطالعاتی زمین شناسی پزشکی در پنج بخش مطالعات کتابخانه ای، مطالعات میدانی، بررسی های آزمایشگاهی، تفسیر و نتیجه گیری و مطالعات پیشرفته خلاصه می شود. در مطالعات کتابخانه ای از نقشه های توپوگرافی، نقشه های زمین شناسی، جغرافیا، هیدرولوژی و خاک شناسی، عکس های هوایی و تصاویر ماهواره ای استفاده می شود لذا در این خصوص از نقشه های زمین شناسی با مقیاس 1:250000، 1:100000 و 1:25000 استفاده می شود. در مراحل بعدی از نقشه های ژئوشیمی آب و خاک و داده های ژئوفیزیک استفاده می شود. به علاوه در صورت امکان می توان از نقشه های زیست محیطی نیز استفاده کرد که غالباً در مقیاس 1:25000 تهیه می شوند.

مطالعات میدانی یا به اصطلاح عملیات صحرایی در حوزه زمین شناسی پزشکی به بخش های، نمونه بردای ژئوشیمیایی، مطالعات هیدرولوژی و هیدروژئولوژی، مطالعات بهداشتی، ژئوبوتانی، میکروبیولوژی و قارچ شناسی، پزشکی، آمار، جامعه شناسی، روانشناسی، مردم شناسی و قوم نگاری، رادیومتری و مطالعه پرتوزایی در محیط، دانپزشکی و سنجش از دور تقسیم می شود.

در برررسی های آزمایشگاهی، مطالعه کانی های سنگین، آنالیز شیمیایی به روش های مختلف تجزیه(به روش های XRF ، XRD وICP) و آرمایشات مربوط به مواد رادیواکتیو از اهمیت ویژه ای برخوردار است ضمناً نمونه برداری از خون، ادرار و در برخی اوقات نمونه بردای موضعی از بدن نیز کارگشا خواهد بود.

در قسمت تفسیر و نتیجه گیری، تهیه نقشه نهایی و تهیه نقشه های ژئوشیمی منطقه مورد مطالعه و به علاوه تهیه نقشه های زمین شناسی پزشکی اهمیت ویژه ای دارد. نقشه های زمین شناسی پزشکی می توانند نشانگر آلودگی ها و نقاط پرخطر باشند. نفشه های زمین شناسی پزشکی نوعی از نقشه های ژئوشیمیایی هستند که در آن علاوه بر توزیع طبیعی مواد و عناصر، می توان تمرکزهای غیرعادی مانند فلزات سنگین و رادیواکتیو ناشی از فعالیت صنایع را نیز یاده کرد. نقشه های زمین شناسی پزشکی، اسناد مهم و معتبری هیتند که در پژوهش های بهداشتی و اپیدمولوژی1 می توان از آن ها بهره برد.

مطالعات پیشرفته در حوره مطالعاتی زمین شناسی پزشکی، اغلب پس از انجام مراحل فوق و در موارد خاصی صورت می پذیرد. اگر مطالعات پیشین نتایج قابل قبولی را ارئه ندهند، در این قسمت مشکلات مهمی بروز خواهد کرد.

به هر حال زمین شناسی پزشکی حوزه ضروری از علم است که برخی از مؤلفین با استفاده از آن ارتباط بین زمین شناسی زیست محیطی و مشکلات سلامت در انسان، حیوان و گیاهان را بررسی می کنند (Gomes and Silva 2007).عناصر شیمیایی، کانی ها و مواد معدنی، خاک ها و آب و هوا اجزای ضروری محیط زمین شناختی هستند.

 

فصل دوم

عناصر و کانی ها

 

2-1 مقدمه

عناصر مواد خالصی هستند که نمی‌توان آن ها را به دو ماده یا مواد بیشتر طوری تفکیک کرد که خاصیت مواد به دست آمده از ماده اصلی متفاوت باشد. بنابراین عنصر ماده‌ای است که به مواد خالص ساده‌تر از خود تجزیه نمی‌شود. طبیعت در جهان پیرامون ما از مواد گوناگونی ساخته شده است. این مواد دارای حالتهای فیزیکی مختلف می‌باشند، سنگها و کوهها جامدند، رودها و دریاها از آب مایع تشکیل شده‌اند و هوای اطراف به صورت گاز می‌باشد. پوسته زمین از ترکیبات مختلفی تشکیل شده است. کانی های مختلفی وجود دارند که با تجزیه آن ها عناصر سازنده آنها به دست می‌آید و انسان با یافتن شیوه‌های مختلف عناصر فراوانی را از پوسته زمین استخراج کرده و برای رفع نیازهای خود از آنها استفاده می‌کند. عناصر مختلف از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوت می‌باشند، اما در یک خاصیت مهم باهم مشترک هستند و آن عدم تجزیه آن ها به مواد ساده‌تر می‌باشد.

از 90 عنصری که در طبیعت وجود دارد شش تای آنها  N2) و O2 و چهار گاز نجیب Ye ، kr، (Ar  به صورت عنصر در اتمسفر یافت می‌شوند. این شش عنصر را می‌توان با تقطیر جز به جز هوای مایع از یکدیگر جدا کرد. چهار عنصر دیگرNa) ، Mg ، Cl2 ، (Br2 را می‌توان از آب اقیانوس ها که در آن جا به صورت یون های تک اتمی وجود دارند، استخراج کرد و سپس با واکنشهای الکتروشیمیایی در سلول های الکتریکی به عناصر مربوطه تبدیل کرد.

تقریباً تمام عناصر دیگر را می‌توان از ذخایر معدنی روی زمین یا زیر زمین بدست آورد. اما اکثر این معادن را نمی‌توان به عنوان منابع تهیه عنصر در نظر گرفت زیرا بسیاری ناخالص هستند. مواد معدنی نسبتا کمی وجود دارد که استخراج عناصر از آنها مقرون به صرفه است و اصطلاحاً آنها را کانه می‌نامند.

فلزاتی مانند طلا و پلاتین را که به حالت عنصر وجود دارند، می‌توان با روشهای جداسازی فیزیکی ساده بصورت خالص بدست آورد. معمولا طلا را از طریق انحلال در جیوه جدا می‌کنند. گوگرد تنها جامد غیر فلزی است که بصورت ذخایر عظیم زیرزمینی با خلوص 99% یافت می‌شود. در سال 1864 جی نیولندز و درسال 1867 دیمتر مندلیف تدوین عناصر را در قالب جدولی شروع کردند. جدول نیولندز تا عنصر کلسیم کارایی داشت و بعد از آن اشکالات عمده‌ای داشت که در جدول مندلیف این اشکالات تا حدی بر طرف شده بود. مندلیف عناصر را برحسب افزایش وزن اتمی مرتب می‌کرد. شکل جدید این جدول امروزه برحسب افزایش عدد اتمی عناصر مرتب شده است و هر عنصر با نشانه اتمی که شامل یک یا دو حرف بوده و از اسم عنصر یا اسم لاتین آن عنصر و یا از اتم یکی از ترکیبات آن مشتق شده است، نمایش داده می‌شود. عناصر با خواص شیمیایی مشابه در زیر یکدیگر در یک گروه قرار می‌گیرند و هر دوره تناوب با یک فلز قلیایی آغاز و به یک گاز نجیب ختم می‌شود. به جز گروه یک که با هیدروژن آغاز می‌شود. جدول تناوبی، وسیله با ارزشی است که از روی آن می‌توان خواص عناصر مختلف را پیش بینی کرد.

تصویر 2-1 جدول تناوبی عناصر شیمیایی

2-2 فلزات

از 106 عنصر شناخته شده تقریبا 81 عنصر را می‌توان جزء فلزات طبقه بندی کرد. همه فلزات کم و بیش دارای خوص فیزیکی زیر هستند. رسانایی الکتریکی زیاد، رسانایی گرمایی زیاد، جلاپذیری و قابلیت مفتول شدن و چکش خواری و بارزترین خاصیت فلزات که آنها را از سایر عناصر متمایز می‌سازد، تمایل به از دست دادن الکترون می‌باشد. خصلت فلزی در جدول تناوبی از چپ به راست کاهش و از بالا به پایین افزایش می‌یابد. عناصری که معمولا فلز نامیده می‌شوند، شامل گروههای زیر هستند : تمام عناصر گروه های (A1 و A2) ، عناصر سنگین در گروه های A3 )Tl و In و Ga) و Al ) A4 ، ( Sn و A5 (Pb و  ( Bi ، تمام عناصر واسطه از زیر گروه های B ، تمام آکتنیدها و لانتانیدها.

 

2-3 غیر فلزات

در گوشه راست بالای جدول تناوبی مجموعه 17، عنصری وجود دارد که معمولا غیرفلزات نام دارند. به جز سلنیوم و شکل گرافیت کربن بقیه آنها نارسانای الکتریکی می‌باشند. بلورهای غیرفلزات به جز چند استثناء از جمله الماس از نظر ظاهری کدر هستند و تمام جامدات غیرفلزی با چکش خوردن یا کشیده شدن ، خرد می‌شوند.

از دیدگاه شیمیایی مهمترین خاصیت غیرفلزات تمایل آنها در بدست آوردن الکترون در واکنشهای شیمیایی است. به جز گازهای نجیب که برعکس سایر غیرفلزات تمایل کمتری به ترکیب با سایر عناصر نشان می‌دهند و برعکس سایر غیرفلزات که در حالت گازی مولکولهای چند اتمی تشکیل می‌دهند (مثل N2 و O2 و S8 و غیره) این گازها تک اتمی هستند.

 

2-4 شبه فلزات

عناصری مانند بور ، سیلیسیم ، ژرمانیوم ، آرسنیک ، آنتیموان و تلوریوم که خواص آنها حد واسط فلزات و غیرفلزات می‌باشد، شبه فلز نامیده می‌شوند. همه آن ها جلای فلزی دارند ولی هیچ‌یک در واکنشهای شیمیایی یون مثبت تشکیل نمی‌دهند. شبه فلزات نیم رسانا هستند.

اگرچه رسانایی الکتریکی آنتیموان و آرسنیک به فلزات نزدیک است. سیلیسیم و ژرمانیوم در ساخت ترانزیستورها کاربرد دارند. خاصیت بارز شبه فلزات این است که برعکس فلزات ، رسانایی الکتریکی آنها به دما بستگی دارد و با بالا رفتن دما رسانایی الکتریکی آنها بهتر می‌شود. دو عنصر بسیار سنگین پولونیوم و استاتین که هیچ یک در طبیعت وجود ندارند به طور قراردادی در گروه شبه فلزات طبقه‌بندی می‌شوند. در این قسمت به بررسی عناصر، کانی ها و خطرات آن ها از دیدگاه زمین شناسی پزشکی می پردازیم.

 

2-5 میکا

ميکا اصطلاحي عمومي است که به گروهي از کاني هاي آلومينوسيليکات گفته مي شود. اين کاني ها ساختار ورقه اي شکل دارند و از ترکيبات فيزيکي و شيميايي مختلف تشکيل شده اند. كاني هاي خانواده ميكا از سيليكات هاي صفحه اي هستند كه شامل موسكوويت، بيوتيت، فلوگوپيت، لپيدوليت و ناترونيت مي گردند. موسكوويت، مهمترين و فراوانترين كاني صفحه اي به شمار مي رود. موسكوويت ورقه اي در پگماتيت ها و نوع پولكي در گرانيت، پگماتيت ها و شيست ها پيدا مي شود. ليپدوليت در پگماتيت هاي غني از ليتيوم تشكيل مي شود. فلوگوپيت به صورت رگه اي و توده اي در پيروكسنيت ها و اسكارن هاي منيزيم دار گزارش شده است. کاني هاي گروه ميکا که از نظر اقتصادي داراي اهميت هستند به صورت زير طبقه بندي مي گردند:

  • موسكوويت یا پتاسيم ميکا
  • بيوتيت یا منيزيم آهن ميکا
  • فلوگوپيت یا منيزيم ميکا
  • ليپيدوليت یا ليتيوم ميکا

سيستم بلوري اين کاني ها منوکلينيک است. اين گروه از کاني ها داراي ترکيبات مختلفي از سيليکات آلومينيم آهن، منيزيم و ميکا هستند. حضور فلوئورين، باريم، منگنز، واناديم نيز در اين کاني ها گزارش شده است. از بين اين کاني ها، موسکوويت به خاطر خواص فيزيکي، شيميايي، حرارتي و مکانيکي استثنايي که دارد، در صنعت کاربرد فراوان دارد. ورميکوليت و فلوگوپيت هم مانند ميکا از اهميت برخوردار هستند. از بيوتيت به ندرت در مصارف صنعتي استفاده مي شود.

موسكوويت ورقه اي در پگماتيت ها و نوع پولكي در گرانيت، پگماتيت ها و شيست ها پيدا مي شود. ليپدوليت در پگماتيت هاي غني از ليتيوم تشكيل مي شود. فلوگوپيت به صورت رگه اي و توده اي در پيروكسنيت ها و اسكارن هاي منيزيم دار گزارش شده است.

2-6 سدیم

سديم در گذشته در مواد مركب زيادي شناسايي شده بود اما تا سال 1807 استحصال نشده است. در اين سال Sir Humphry Davy‌ از طريق الكتروليز نمك خورنده اقدام به استحصال سديم نمود.  در اروپاي قرون وسطايي مواد مركب سديم دار با نام لاتين قرون وسطايي سديم براي درمان سردرد استفاده مي شد. در ايران قديم سولفات سديم را با نام مهره افسون يا حجرالسلوان مي‌شناخته‌اند. در كتاب جامع المفردات، ابن‌بيطار در مورد اين ماده معدني نوشته است كه: ابوالعباس ابن نباتي گفته است، سولفات سديم سنگ سفيدي است كه در آب حل مي‌شود و سپس رنگ شيري پيدا مي‌كند و به دو شكل است: يكي شبيه بلور و دومي داراي خاصيت سمي است، همچنين در ساير كتب ادويه آمده است كه حجرالسلوان شبيه بلور است و فرق آن با بلور در اين است كه اين ماده معدني در آب حل مي‌شود ولي بلور حل نمي‌شود. در فرهنگ ناظم اطبا اشاره شده است كه حجرالسلوان يا مهره افسون يك نوع داروي طبي است و خوردن آن اندوه را دور مي‌كند و آنرا مفرح هم مي‌خوانند، لذا مطابق مشخصاتي كه داده شده است اين كاني بايد تنارديت[1] باشد كه شكل متبلور آن يعني ميرابليت[2] شباهت به بلور كوارتز دارد و خوردن نوعي از آن به نام كاني گلابريت[3] به دليل همراه بودن با سولفات كلسيم، كشنده مي‌باشد.

سولفات سديم طبيعي بدون هيچ دليل موجهي تا ابتداي قرن شانزدهم به عنوان يك ماده داروئي مورد استفاده قرار مي‌گفت و اغلب منابع شناخته شده، آشنايي با خواص اين ماده معدني و كاربرد و موارد مصرف آن در صنعت را حدوداً در سال 1650 ميلادي گزارش نموده‌اند. براي اولين بار در سال 1665 ميلادي دانشمندي به نام جي آر گلابر سولفات سديم را در ضايعات و پسمانده‌هاي حاصل از كارخانه‌‌هاي توليد اسيد كلريدريك كه در نتيجه اثر اسيدسولفوريك بر نمك طعام حاصل شده بودند، مورد شناسائي قرار داد و سپس آنرا به طور اصولي و دقيق شرح داد و با توجه به ماهيت داروئي آن (ملين) آنرا به نام ميرابل نامگذاري نمود و پس از آن در سال 1667 ميلادي اين نمك سولفاته از آب درياچه استخراج شد و با نام ملح فريدريك به بازارهاي مصرف جهاني ارائه گرديد وبه خاطر مطالعه و شناسايي اين ماده معدني توسط گلابر به افتخار وي، بلور هيدراته شده سولفات سديم، نمك گلابر ناميده شد و چنانچه آنرا از آب چشمه‌هاي معدني بدست آورند، مي‌جوشد و به همين علت به آن بلورهاي جوشان نيز مي‌گويند.

در 50 سال اخير با پيشرفت دانش بشري و همچنين تكنولوژي، سولفات سديم در توليد فرآورده‌هاي شيميايي و كاربرد آن در صنايع مختلف و به ويژه درصنايع شيشه‌‌سازي، پودرهاي شوينده، كاغذ و نساجي اهميت روز افزوني پيدا كرده است، به طوري كه امروزه ميزان توليد جهاني سولفات سديم طبيعي به حدود 4 ميليون تن و سولفات سديم مصنوعي به بيش از 5/1 ميليون تن در (سال 1998) رسيده است و تقريباً 67% از سولفات سديم توليدي جهان از منابع طبيعي بدست مي‌آيد و ذخاير گزارش شده جهاني آن به بيش از 3/3 ميليارد تن مي‌رسد.

سديم فلزي است ضعيف، نرم و موم مانند به رنگ سفيد- نقره اي با نماد Na، عدد اتمي 11، وزن اتمي 989/22، وزن مخصوص 971/0 گرم بر سانتي متر مکعب، سختي 5/0 در مقياس موس، نرم، نقطه جوش 883 درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 72/97 درجه سانتي گراد.

سديم در گروه يک جدول تناوبي به عنوان فلزات قليايي (آلكالي) خاكي بوده و در دوره 3 قرار دارد. سديم ششمين عنصر فراوان در زمين بوده و 85/2% پوسته زمين را مي سازد.سديم چهارمين عنصر فراوان در كل پوسته و فراوانترين فلز آلكالي مي باشد.

اين عنصر واكنش پذير و سبك وزن هرگز درطبيعت به صورت خالص يافت نمي شود زيرا واكنش پذيري بالايي دارد و سريع در مجاورت آب يا هوا واكنش مي دهد. اين عنصر در مواد مركب طبيعي فراوان يافت مي شود (بخصوص در هاليت NaCl و آب شور). بعلاوه سديم در هوا اكسيد مي شود، در شعله به رنگ زرد مي سوزد و به طور ناگهاني با آب واكنش مي دهد و به علت خاصيت واكنش پذيري بالا، آن را در زير نفت نگهداري مي كنند.

سديم به وسيله الكتروليز كاملاً خشك كلريد سديم به دست مي آيد (كلريد سديم يك نمك معمولي بوده و از مهمترين مواد غذايي جانوران مي باشد). اين روش ارزانتر از روش الكتروليز هيدروكسيد سديم (الكتروليز كلريد سديم مذاب، بوراكس و كريوليت) انجام مي شود. سديم در آب شناور مي شود و آن را به هيدروژن آزاد تجزيه مي كند و تشكيل هيدروكسيد را مي دهد.

يكي از ويژگي هاي از بين بردن سختي آب[4] ، جايگزيني كلسيم و منيزيم توسط سديم است كه از طريق تبادل يوني و فرآيند آهك و سودا انجام مي شود. دريافت روزانه سديم در بين جوامع مختلف بشدت متغير است و در بعضي تا حدود کمتر از يک گرم در روز مي رسد، در حالي که در بعضي ديگر اين ميزان حدود 10 تا 12 گرم در روز است. ميزان دريافتي سديم از آب آشاميدني در اجتماعات مختلف تفاوت چنداني ندارد.سديم عنصري بسيار ضروري براي انسان است.

اين فلز به طور معمول در هوا در زير دماي 388 درجه كلوين برافروخته نمي شود. سديم در ستاره ها و خطوط طيف D اين عنصر به فراواني وجود دارد و بيشترين مقداررا در نور ستاره ها دارد.

سديم به مقدار زياد در كاني هاي  آمفيبوليت، كريوليت، نيترسودا، زئوليت و… يافت مي شود. مهمترين مواد مركب سديم دار در صنعت عبارتند از:

نمك طعام (هاليت) NaCl، خاكستر سودا (Na2CO3) Soda Ash، baking Soda (NaHCO3)، سوداي خورنده NaOH ، نيترات سديم (NaNO3) Chile Saltpeter‌، فسفاتهاي سديم 2 و 3 ظرفيتي، تيوسولفات سديم (Na2S2O3. 5 H2O) و بوراكس (Na2B4O7. 10 H2O).

كلريد سديم معمولي ترين نمک و معمولي ترين ماده مركب سديم دار كه از مهمترين مواد غذايي جانوران با نام معدني هاليت و فرمول شيميايي (NaCl) از کاني هاي طبيعي گروه هاليدها مي باشد. هاليت در طبيعت به صورت بلور يا محلول در آب درياچه ها، بركه ها و درياها پيدا مي شود.

نمك فراوان‌ترين و ارزانترين منبع سودا (Na2O) و كلر است و به همراه كرومات سديم و هيدروكسيد سديم مهمترين تركيبات رايج سديم را شامل مي‌شوند. چگالي نمک 165/2 گرم بر سانتي متر مکعب و سختي آن 5/2 در مقياس موس است. نقطه ذوب نمک 806 و نقطه جوش آن 1465 درجه سانتيگراد مي باشد. بلور نمک داراي جلاي شفاف تا نيمه شفاف و رنگ سفيد تا بي رنگ است، در سيستم كوبيك متبلور مي شود و عناصر اصلي تشکيل دهنده آن سديم و کلر است. البته عناصر ديگري چون آلومينيوم، آهن، کلسيم و… به صورت ناخالصي ديده مي شوند. کلرايد سديم در آب، آب جوش و گليسرول محلول است ولي در الکل کمي محلول بوده و در الکل بدون آب غير محلول است.

نمک در صورت قرار گرفتن در مسير اشعه ماوراء بنفش از خود حالت فلورسانس نشان مي دهد و با اشعه X ابتدا به رنگ آبي و سپس قهوه اي و با اشعه هاي راديواکتيو طبيعي رنگ ارغواني به خود مي گيرد.

از 39 ميليون تن هاليت توليدي ايالات متحده امريكا در حدود 58 درصد آن به مصرف تهيه فرآورده هاي شيميايي از جمله كلر، اسيد كلريدريك، كربنات سديم، فلز سديم و… مي رسد. در كشورهاي پيشرفته سنگ نمك را به طريقه محلول استخراج مي نمايند. فضاهاي خالي ايجاد شده محل مناسبي براي ذخيره سازي تركيبات نفتي و مواد زائد راديواكتيو است.

نیترات سدیم با فرمول شيميايي (NaNO3) در سيستم رمبوئدريک متبلور مي شود. نيترات سديم به صورت توده اي يا لايه اي همراه با آهک يافت مي شود. وزن مخصوص اين کاني 29/2 گرم بر سانتيمتر مکعب بوده و به آساني در آب حل مي شود. نيترات ها به علت محلول بودن در آب، بيشتر در مناطق خشک و کويري يافت مي شوند و از معروف ترين تمرکز هاي آن ها در جهان، کشور شيلي مي باشد.

سولفات سديم نوعي تركيب شيميايي رايج است كه در طبيعت به فراواني يافت مي‌شود، كانسارهاي سولفات سديم معمولاً از تبخير آب‌هاي سطحي اشباع شده از نمك در درياچه‌هاي قليائي و پلاياها تشكيل مي‌شوند و در نتيجه تبخير آب‌هاي سطحي مقداري سولفات سديم همراه با ساير نمك‌ها در اينگونه از درياچه‌ها به اشباع مي‌رسد به طوري كه بخش عمده‌اي از سولفات سديم طبيعي از شورابه‌هاي غير دريايي و رسوبات تبخيري به دست مي‌آيد كه در درياچه‌هاي كويري وجود دارد و بر اين اساس بيشتر كانسارهاي تجارتي سولفات سديم داراي خاستگاه تبخيري هستند و بيشتر در مناطق خشك و نيمه‌خشك يافت مي‌شوند و بدين سبب اين كانسارها در رده سري‌هاي تبخيري قرار گرفته و افزون بر آن در سنگ‌هاي رسوبي نيز ذخاير آن ها ديده شده است.

تمام نهشته‌هاي اقتصادي سولفات سديم از تبخير آب‌هاي سطحي در حوضه‌هايي كه نقاط پست حوضه آبريز را تشكيل مي دهد (پلايا) و بويژه در نواحي خشك و نيمه خشك بوجود مي آيند و لذا داراي خاستگاه تبخيري هستند ذخاير طبيعي سولفات سديم شامل دو رده بندي كلي مي‌باشد:

گروه اول: شامل آن دسته از دخايري است كه به صورت چينه‌ها و لايه‌هاي بلورين ميرابليت و گلوبريت بوجود آمده و خاستگاه آنها شورابه‌هاي زيرين درياچه‌هاي پلايا است كه به صورت لايه‌هاي رسوبي كف درياچه‌هاي شور مي باشد. از اين نوع ذخاير مي‌توان به ذخاير Alberta و Saskatchwan در غرب كانادا، Great Salt  Lake  در ايالت يوتاي آمريكا، نهشته‌هاي بزرگ ميرابليت ـ گلوبريت در خليج Bogaz Gol در ساحل شرقي درياي خزر و ذخاير شورابه اي در غرب آمريكا و مكزيك اشاره نمود، لازم به ذكر است كه اين نوع ذخاير براي استخراج نياز به انباشته‌شدن داشته و استخراج به روش‌هاي پمپاژ و لايروبي كردن صورت مي‌گيرد.

ب: گروه دوم: ذخاير سولفات سديم شامل لايه‌هاي پنهان تنارديت و گلوبريت همراه با كاني‌هاي ديگر است كه در زير ساير طبقات قرار گرفته و كاملترين و بزرگترين كانسارهاي اصلي سولفات سديم دنيا را تشكيل مي‌دهند كه به عنوان مثال مي‌توان كانسارهاي موجود در استان Borgos كشور اسپانيا را نام برد كه در آنجا روش‌هاي بهره‌برداري كلاسيك به كار گرفته مي‌شود. البته منابع سولفات سديم از نظر خاستگاه ممكن است به صورت‌هاي ديگري نيز در طبيعت قرار گيرد، بر اساس گزارش هاي موجود (احمد نبيان، 1378) كانسارهاي سولفات سديم در ايران را مي‌توان در گروههاي زير طبقه‌بندي كرد:

الف: ذخاير سولفات سديم محلول در شورابه‌هاي لب شور حاشيه پلاياها و شورابه‌هاي بين‌ كريستالي موجود در خلل و فرج پوسته‌ها و لايه‌هاي نمكي.

رسوبات درياچه‌اي پلاياها: اغلب آبخوان های  آب زيرزميني لب شور حاشيه پلاياهاي سولفات سديم در ايران، در زون سولفات سديم حاشيه آن داراي سولفات سديم با عيار نسبتاً كم مي‌باشند. مانند شورابه‌هاي زيرزميني لب شور حاشيه پلاياهاي ابرقو، قم، حوض سلطان و ميغان اراك كه به دليل عيار كم (چند گرم بر ليتر) و نياز به احداث حوضچه‌هاي استحصال مصنوعي جهت‌ بهره‌برداري از آنها، تا كنون مورد بهره‌برداري قرار نگرفته‌اند.

شورابه‌هاي اشباع از سولفات سديم در گروه معدودي از پلاياهاي ايران وجود دارد كه تيپيك‌ترين اين ذخاير، شورابه‌هاي بين كريستالي پوسته نمكي پلاياي ميغان اراك است كه اشباع از سولفات سديم بوده و مي‌تواند منبع مناسبي جهت بهره‌برداري سولفات سديم باشد، از شورابه‌هاي اشباع از سولفات سديم، مي‌توان به پلاياهاي كوچك چمبورك در جنوب تهران كه در حال حاضر در حال بهره‌برداري است اشاره نمود.

ب:  پهنه خاك سولفاته قشري از زون سولفات سديم حاشيه پلاياها و پائين دست دشت‌ها ذخاير شناخته شده از اين گروه در ايران شامل مواد زير است:

  • ذخاير سولفات سديم زون سولفاته حاشيه شمال‌غربي پلاياي قم و حاشيه جنوبي آن در شمال مرنجاب
  • ذخاير سولفات سديم زون سولفاته حاشيه جنوبي حوض سلطان
  • ذخاير سولفات سديم پلاياي كوير سگزي در 40 کيلومتري جنوب شرقي اصفهان
  • ذخاير سولفات سديم پهنه‌هاي رسي پائين دست دشت‌هاي جنوبي البرز كه مي‌توان ذخاير شناخته شده، كفه‌هاي رسي حاوي سولفات سديم غرب، جنوب غرب و جنوب شرق ورامين، كفه‌هاي سولفات‌دار جنوب‌غربي ايوانكي (گرمسار)، پلاياي كوچك منطقه چمبورك در دامنه شمالي كوه اراد (در اين منطقه علاوه بر اراضي سولفات‌دار يك درياچه نمك نيز وجود دارد)، اراضي سولفات‌دار منطقه ده نمك گرمسار، اراضي سولفات‌دار جنوب منظريه قم، پهنه‌هاي سولفات‌دار منطقه نجم‌آباد و محمدآباد در غرب كرج و پهنه‌هاي سولفات‌دار اراضي زرين آباد در جنوب جاده دامغان ـ شاهرود را نام برد.

پ: لايه‌هاي سولفات سديم جامد در پوسته نمكي پلاياهاهستند.از تيپيك‌ترين اين نوع ذخاير مي‌توان به پلاياي توزلوگل (ميغان اراك) در 19 كيلومتري شمال شرقي اراك اشاره نمود. اين ذخيره به صورت يك قشر كريستاله سولفات سديم، در پوسته نمكي اين پلايا و به صورت بين انگشتي با آن قرار گرفته است

ت: لايه‌هاي سولفات به صورت واحدهاي بين لايه‌اي درسازندهاي تبخيري قديمي‌تر از كواترنر.

ذخاير سولفات سديم تيپ چهارم تاكنون در ايران شناسائي نشده بود اما بررسي‌هاي انجام شده بر روي كانسار سولفات سديم گرماب (احمد نبيان، 1378) نشان داد كه اين آثار معدني از تيپ چهارم است كه به صورت لايه‌هاي نازكي متناوب و هم شيب با لايه‌هاي ژيپس در واحدهاي تبخيري سازند قم (ميوسن) قرار دارد.

سديم يك جزء سازنده كلريد سديم NaCl مي باشد كه براي حيات بسيار ضروري است. سديم از عناصر پرمقدار روزانه در حد گرم مي باشد که غالباً به صورت املاح همراه با مواد غذايي وارد دستگاه گوارش مي شوند و پس از ورود به گردش خون و گذر از منافذ نسبتاً گشاد مويرگي وارد آب بين سلولي مي شوند و در مجاورت سلولها قرار مي گيرند. اين مواد معدني در آب به صورت يون در مي آيند. نمك طعام در آب بدن به صورت مولكول بدون بار NaCl كمتر يافت مي شود.

سديم در شكل پودري در آب قابل انفجار است و توليد سم مي كند و با عناصر ديگر به مقدار زياد تلفيق نمي شود. اين فلز بايد با احتياط حمل شود. سديم در اتمسفر ساكن (بي اثر) حفظ مي شود و در تماس با آب و نمونه هاي ديگر، واكنش مي دهد كه بايد از اين تماس جلوگيري نمود. هر چند كربنات سديم به عنوان ماده سمي شناخته نشده ولي تماس آن با چشم و تماس طولاني آن با پوست مي‌تواند خطرناك باشد. در صورت بلعيده شدن، كربنات سديم باعث زخم معده مي‌شود. از مواجهه هم زمان با كربنات سديم و آهك مي‌بايست جلوگيري كرد چرا كه تماس آنها سود سوزآور توليد مي‌كند كه بسيار خطر ناك است. در دفع كلريد كلسيم مي بايست دقت كرد وآن را از كارخانجات دور كرد.

بيشتر روندهاي منفي بازار سولفات سديم به دليل محدوديت‌هاي زيست محيطي است (كاهش زباله براي پاك‌كننده‌هاي جامد و مايع) مسبب تقويت بهينه‌سازي و بازيافت شده است (خميركاغذ و شيشه) و پراكنش گوگرد را كاسته است. بعلاوه سبب كاهش محصولات جانبي مانند زباله‌ها شده است.

 

2-7 کائولن

واژه كائولن از سلسله جبال بلند كائولينگ به معني قله مرتفع در ناحيه جيان كسي در كشور چين گرفته شده است كه از خاك چيني سفيد رنگ تشكيل شده است.

در اواسط دوران تانگ، قبل از ميلاد مسيح، صنعتگران چيني قدمهاي نخستين را در تصفيه و پاك نمودن مواد اوليه جهت توليد كالاهايي برتر و عاري از نقص برداشته بودند. اين تحولات ابتدا منجر به ساخت برخي ظروف سفالين با سنگ‌نما به رنگ سفيد شد كه در تهيه آنها از خاك كائولن استفاده مي‌گرديد. آميختن فلاسپاتها با كائولن منجر به تهيه ظروف مزبور گرديد. كه نوع بدنه آنها از استحكام، سفيدي متمايل به زرد و شفافيت متوسطي برخوردار بوده است.

بعلت استقبال فراوان از اين ظروف، عرضه آنها در بازارهاي جهاني افزايش پيدا كرد. اولين كارخانجات صنعتي ظروف پرسيلن يا چيني در چينگ ته چن تأسيس شد كه صدها سال در اين زمينه فعاليت مي‌كردند. يكي از كشفيات قابل توجهي كه در آن زمان حاصل گرديد و بعدها مورد تقليد و دوباره سازي ساير صنعتگران قرار گرفت. استفاده از كبالت بخاطر رنگ آبي حاصل از آن در ترسيم نقوش بر روي ظروف مزبور بود. كبالت قبلاً بوسيله ايرانيان بر روي ظروف سفالين مورد استفاده قرار گرفته و از طريق آنها نيز به صنعتگران چين منتقل شده بود. بطور كلي تمام مراحل ساخت، اصول اوليه و فرمول چگونگي تهيه چيني آلات هميشه نزد چينيان مخفي نگهداشته مي‌شد و آن ها همواره اين اسرار را بصورت گنجي پاسداري مي‌كردند.

كشور ژاپن را نيز از دير زمان مي‌توان جزء يكي از اولين و بزرگترين توليد كنندگان كالاهاي پرسيلن (چيني‌آلات) محسوب نمود. محصولات اين كشور هميشه به تعداد فراوان و با مرغوبيتي متوسط در سطح جهان عرضه مي‌شده است. فرآورده‌هاي ژاپن اغلب از نقوش و فرمهاي تقليدي برخوردار بودند و گرچه از جهات تكنيكي در سطح عالي قرار داشتند ولي به لحاظ عدم ابتكار توليدات نامحدود، محصولات چيني اين كشور به لحاظ اهميت در دوره دوم جهاني قرار دارد.

در چين سفرهاي ماركوپلوو ديگران قطعاتي از چيني‌هاي ساخت وارد اروپا گرديد. در آن زمان اروپائيان ظروفي خشن و ابتدائي توليد مي‌كردند كه پس از مشاهده قطعات چيني كوشش فراواني در ساختن ظروف چيني بكار بردند. صنعتگران اروپائي با اضافه كردن گرد شيشه به خاكهاي سفيد رنگ سعي نمودند كه محصولات چيني مشابه محصولات كشور چين را توليد نمايند ولي اين كشف تا سال 1709 كه مقارن با شروع تحولات صنعتي در اروپا مي‌باشد، به وقوع پيوست.

در آن زمان يعني اواخر قرن 18 ميلادي سفالگران با تجربه پي مي‌بردند كه تمام رازها در تركيب كائولن، سيليس و فلدسپات نهفته است و گفته مي‌شود كه اين كشف براي اولين بار توسط بانگر كه شاگرد يك دوافروش آلماني بود انجام گرفته است، ولي امروزه اين كشف را به گرافونت شرينهاس نسبت مي‌دهند. در برخي نوشته‌ها به چگونگي روش ساخت چيني و ورود آن بصورت مخفيانه به اروپا توسط ميسيونرهاي مذهبي اروپائي اشاره شده است. اين كشف به سرعت در تمام اروپا اشاعه پيدا كرد و كارخانجات چيني سازي در سرتاسر اين قاره احداث گرديد.

در انگلستان خاك سفيدي كه از منطقه كورنوال استخراج مي‌شود پرسيلن ادت به معني خاك چيني مي‌نامند. در طي سالهاي اخير همراه با گسترش دانش و كشف خواص گوناگون كائولن، اين ماده جايگاه خاصي در صنعت كسب كرده و امروزه بعنوان ماده اوليه اصلي يا جنبي و كاتاليزور در بسياري از صنايع استفاده مي‌گردد.

كائولن در ايران نيز از دير باز مورد توجه بوده و آثار حفريات قديمي از قبيل تونل و گودالهاي متعدد، حكايت بر شناخت آن نزد پيشينيان ايران زمين دارد. تاريخ معدنكاري بر روي كائولن در ايران به درستي معلوم نيست. در قرن نهم اين اشياء در بين ايرانيان بسيار رايج بوده و سفالگران سلاجقه و صفويه سعي فراوان در بازسازي آنها كردند. در عصر صفويان تعدادي از صنعتگران چيني نيز جهت تعليم و آموزش به ايران آمدند ولي از اين آموزش نتايج مطلوبي حاصل نشد. بجز آنكه ايرانيان بشدت تحت تأثير نقوش و رنگهاي هنرمندان چيني قرار گرفتند. از آن به بعد بتدريج پي به اهميت و خواص كائولن بردند و در صنايع مختلف از آن استفاده كردند.

كائولن يك اصطلاح اقتصادي است كه براي كانسارهاي رسي تقريباً سفيد به كار مي رود و از نظر صنعتي به رسي هايي كه داراي مقدار قابل توجهي كائولينيت باشند،اطلاق مي‌شود. اين كانسارها اغلب شامل كاني كائولينيت و يا فرآورده هاي بدست آمده از آن مي باشند. در گذشته اصطلاح خاك چيني به عنوان مترادف كائولن استفاده مي شد. نام كائولن از كلمه كائولينگ چيني به معناي تپه سفيد مشتق شده است که از آن خاك كائولن استخراج مي شده است.

كائولن از مجموعه كاني هاي رسي بوده و فرمول شيميايي آن H4Al2Si2O9  مي باشد.كاني هاي كائولن شامل كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت مي باشد. فراوان ترين كاني اين گروه كائولينيت مي باشد. همه اين كاني ها جزء كاني هاي آلومينو- سيليكات مي باشند كه در سيستم مونوكلينيك و يا تري كلينيك متبلور مي شوند. از مهم ترين خصوصيات كاني شناسي رس هاي كائولن نرمي و عدم سايندگي آنها مي باشد. سختي كائولن در مقياس موهر در حدود 2-5/2 مي باشد. اين نرمي در كاربردهاي صنعتي آن يك مزيت محسوب مي شود.

رس هاي كائولن اكثراً از آلتراسيون كاني هاي آلومينيوم سيليكات در نواحي گرم و مرطوب بوجود مي آيند. فلدسپات ها از جمله كاني هاي عمومي منشاء پيدايش آنها مي باشد. پلاژيوكلاز فلدسپارها (سديم يا پتاسيم) معمولاً در ابتدا كائولينه مي شوند. فلدسپارهاي پتاسيك به كندي آلتره شده و توليد كائولن هاي مخلوط با سريسيت دانه ريز، ايليت يا هيدروموسكويت مي كند.

كائولن يا خاك چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد. آمريكا، روسيه، جمهوري چك و برزيل بزرگ ترين توليد كنندگان كائولن مي باشند.

به طور خلاصه خصوصيات مهم كائولن، كه مصارف متعدد آن را سبب شده است مي توان به صورت زير نام برد :

  • از نظر شيميايي در گستره وسيعي از تغييرات PH بدون تغيير مي ماند.
  • داشتن رنگ سفيد كه آن را به صورت ماده رنگي قابل استفاده مي سازد.
  • دارا بودن خاصيت پوششي بسيار خوب
  • نرمي و غير سايشي بودن آن
  • قابليت اندك هدايت جريان الكتريسيته و گرما
  • قيمت ارزان

از نظر بلورشناسی، كائولن ماده‌اي نيمه بلوري و تا حدي بي‌شكل است. خمير آن با آب شكل‌پذير مي‌شود و در اثر پخته شدن شكل و رنگ آن تغيير نمي‌كند. ذرات كائولينيت معمولاً‌بصورت ورقه‌هاي شبه هگزاگونال است كه ابعاد آن از 5/0 تا 15 ميكرون تغيير مي‌كند و قطر متوسط آن5/0 ميكرون است. سيستم تبلور كائولن مونوكلينيك و سيستم تبلور كائولينيت تري‌كلينيك است.

اجتماع بلوري آن غالباً‌ پودري تا پولكي است و يا متراكم ريزدانه و در حالت خلوص سفيد ولي اغلب خاكستري و متمايل به زرد تا بي‌رنگ با علامت نوري دو محوره منفي مي‌باشد. كليواژ آن در سطح (001) كامل است و در يك جهت رخ كامل دارد و رليف آن كم و بي‌‌رفرنژانس آن ضعيف مي‌باشد. سطح كليواژ آن داراي علامت مثبت مي‌باشد.

واحد ساختاري گروه كائولن از انطباق صفحه وجهي بر روي صفحه هشت وجهي بوجود مي‌آيد. به چنين كانيهايي سيليكات هاي I : I لايه نام نهاده‌اند. اكسيژن رأس صفحه چهار وجهي با صفحه هشت وجهي مشاركت مي‌كند و در داخل واحد ساختاري تشكيل صفحه مشتركي از يون‌هاي اكسيژن مي‌دهد و در صفحه مشترك دو سوم يون‌هاي اكسيژن بين Si و Al شركت كرده‌اند و يك سوم بقيه يون‌هاي اكسژن بارهاي الكتريكي خود را به وسيله H+ در جهت تشكيل H خنثي و آن را تكميل مي‌كنند.

سطح فوقاني كائولن يك ورقه از گروههاي OH- نزديك بهم است، اما سطح زيرين از اكسيژنهاي دو از هم و گروههاي OH- تشكيل شده است.

كائولينيت يك كاني سيليكاته ورقه‌اي و معرفي از كائولنهاست. ظاهراً‌سيلسيوم تنها كاتيون موجود در صفحه چهار وجهي كائولينيت است. اما ممكن است +3Al و يا +2Mg مكان هاي هشت وجهي را اشغال كنند هنگامي كه +3Al در هم آرايي هشت وجهي باشد، آنگاه نوع كاني، كائولينيت يا يكي از پلي مورف هاي با درجه پايين تبلوري نظير ويكيت يا ناكريت است. اما اگر +2Mg درهم آرايي هشت وجهي باشد، كاني آنتي گوريت است.

هالويزيت نوعي كائولينيت است كه بين واحدهاي ساختماني پايه‌اي آن آب قرار دارد و هنگامي كه كاملاً‌ هيدراته شده باشد، اندازه فضاي C برابر 10 است. اغلب واحدهاي ساختاري كائولن، درصفحه پايه‌اي و توسط پيوند ئيدوژني بين يونهاي اكسيژن صفحات چهار وجهي و بين يونهاي هيدوركسيد صفحات هشت وجهي به يكديگر متصل شده‌اند.

خصوصيات نوري كائولن بسيار حائز اهم

بر اساس تعریف، می توان چنین عنوان کرد که زمین شناسی پزشکی دانشی است که ارتباط بین مصالح زمین شناختی، فرآیندهای زمین شناسی و عوامل آن بر سلامتی انسان و حیوان را برقرار می سازد (Centeno 2011).به اعتقادFiona Fordyce  زمین شناسی پزشکی مطالعه عوامل زمین شناسی زیست محیطی بر انسان، حیوان، سلامت گیاهان و کشاورزی است.زمین شناسی پزشکی به عنوان دانش بررسی کننده رابطه میان عناصر و کانی ها، مهاجرت، انتقال، تغییر شکل، میزان ترکیبات آلی و معدنی و پیامدهای مثبت و منفی که بر سلامت انسان، جانوران و گیاهان دارد شناخته شده است. دانش مذکور را می توان یک تخصص بین رشته ای دانست که به مطالعه عوامل طبیعی زمین شناختی که با پراکندگی جغرافیایی خاص خود بر سلامت موجودات زنده تأثیرگذار است. (Charlotte et al 2013)  زمین شناسی پزشکی را دانشی بین رشته ای می داند که  درک بهتر رابطه بین سلامت بشر و محیط زیست می اندیشد.

(Silverman 1997) سلامت زیست محیطی را چنین تعریف می کند که عامل تنزل زیست محیطی بر جمعیت بشری است.به اعتقادFinkelman و همکارانش، زمین شناسی پزشکی به سرعت در حال رشد و توسعه بوده و توانایی مساعدت به جامعه پزشکی را در تمام مناطق دارد.زمین شناسی پزشکی دقیقاً رابطه بین مصالح زمین شناختی از قبیل: سنگ ها، مواد معدنی و سلامت بشری را مورد مطالعه قرار می دهد.دانش مذکور پیشگام موضوع بین علوم زمین و علوم پزشکی است. (Bencko and Vosta, 1999)  (Cronin and Sharp 2002) (Centeno et al 2002). تحقيقات زمين شناسي پزشكي در نتيجه كار علمي تيمي است. عضو اصلي اين تيم رشته زمين شناسي است. علم نوپاي زمين شناسي پزشكي كه برپايه اثبات علمي ارتباط بسياري از بيماري ها با زمين بنيانگذاري شده است، به بررسي ارتباط بين عوامل زمين شناسي با سلامت انسانها و جانوران و تأثير عوامل زيست محيطي بر پراكندگي جغرافيايي بيماري هاي مرتبط مي پردازد.

زمین شناسی پزشکی، به عنوان دانش بررسی کننده رابطه بین عناصر و کانی ها، مهاجرت، انتقال، تغییر شکل، میزان ترکیب های معدنی و آلی و تأثیرات مثبت و منفی که بر سلامت انسان، جانوران و گیاهان دارند شناخته شده است. به علاوه این دانش به عنوان یک تخصص بین رشته ای، به بررسی عوامل طبیعی زمین شناسی که با پراکندگی جغرافیایی خاص خود بر سلامتی موجودات تأثیر می گذارد می پردازد.

از نقطه نظر تاریخچه باید اذعان داشت که واژه زمین پزشکی یا زمین شناسی پزشکی برای اولین بار توسط Ziess مورد استفاده قرار گرفت که در آن زمان معادل پزشکی جغرافیایی بود اما امروزه آن را معادل روش های ژئوگرافیکی در اخذ نتایج بهداشتی و پزشکی می پندارند. علت مرگ ناپلئون بناپارت در سال 1821 میلادی ریشه در زمین شناسی پزشکی دارد

نامبرده مدت مديدي در معرض آرسنيك بوده و براثر سرطان معده ،جان خود را از دست داده است؛ طبق نظر متخصصان علوم قضايي فرانسه ، سطح آرسنيك يافت شده در موهاي ناپلئون 38 بار بيشتر از مقا دير طبيعي اين ماده است و يك علامت واضح مسموميت به شمار مي رود.

در سال های اخیر ارتباط میان محیط و سلامتی، مورد مباحثه بسیاری از رسانه ها و مجلات علمی پژوهشی بوده است. واژه هایی همچون فلزات سنگین و مواد آلاینده، موضوع بحث داغ محافل علمی سراسر جهان را تشکیل می دهد. ابتدا در این زمینه اصطلاح جغرافیای پزشکی مطرح شد سپس این اصطلاح به زمین شناسی پزشکی تغییر نام یافت و اکنون با تمام توان و به پشتوانه محققین مختلف در اقصی نقاط جهان در حال توسعه مفاهیم و محتوای علمی خود است.

 

1-2 تاریخچه

اولین کسی که به وضوح نقش عوامل درونی را بر زمین و ایجاد تغییرات آن مطرح ساخت فیلسوف یونانی Empedocles  اهل آگرگنتوم بود که در 450 سال قبل از میلاد مسیح در این زمینه به فعالیت پرداخته است.نکته جالب آن است که این فیلسوف به علت علاقه فراوانی که به زمین شناسی و فرآیندهای آن داشت در هنگام انجام تحقیقات و مشاهده آتشفشان Etna  در آن سقوط کرد و جان باخت(Shengur 2005). در یونان باستان، ارسطوی استادگرایی شاگرد افلاطون، با الهام گرفتن از تئوری ها و نظریات استاد خود و بسط آرای وی، کتاب مشهور خود را با عنوانMeteorologica  نگاشت(Shengur 2005). این نوشته یکی از اولین آثار مبتنی بر تجربه و مشاهدات علمی در حوزه علوم طبیعی و زمین شناسی در دوران باستان بود که در آن ارسطو نظریاتی راجع به اثرات عوامل طبیعی بر رخداد حوادثی مثل بیماری، تعیین جنسیت جنین و امثال آن را مطرح ساخته است . به علاوه ارسطو برای اولین بار در تاریخ، به معضلاتی که از نظر سلامتی برای کارگران شاغل در معادن سنگ به وجود می آید اشاره کرده است(et al 2003 Bowman).موضوع ارتباط میان زمین شناسی و سلامت موجودات زنده مخصوصاً انسان، از مدت ها پیش شناخته شده بود. فیزیکدان ها، متخصصین علوم طبیعی و فلاسفه عهد باستان در کشورهایی مثل یونان، چین، ایران، مصر و هندوستان و سرخپوستان و مایاها از زمان های بسیار قدیم اهمیت این نکته که پدیده های رخ داده در روی زمین بر سلامتی انسان مؤثر هستند را درک کرده بودند، هر چند که این ارتباط تا قرن نوزدهم میلادی مبتنی بر منطق و علم نبود و تنها خرافات آن را بسط داده بودند.

به هر حال به نظر می رسد که اولین نظریات رسمی در حوزه زمین شناسی پزشکی توسط حکیم یونانی Hippocrates ارائه شده که سیصدسال قبل از میلاد مسیح زندگی کرده است.او نشان داد که عوامل محیطی بر نحوه پراکندگی آسیب های جسمانی مؤثر هستد(Lag 1990)(Foster 2002).تمرکز اصلی حکیم هیپوکراتوس بر آب و هوا و مکان جغرافیایی بود. وی در قسمت هفتم رساله خود چنین می نگارد که : آبی که از خاک بر می خیزد آب هایی حاوی آهن، مس، نقره، طلا، قیر و نیترات هستند که برای هر مصرفی مضر بوده و عامل بیماری های متعددی هستند.

مثال دیگر مربوط به ویتروویاس معمار رومی است که برای اولین بار نشان داد که آب های موجود در نزدیکی معادن و صنایع معدنی دارای اثرات نامطلوبی بر سلامتی انسان و حیوان هستند(Neriago 1985). فیزیکدان یونانی، گالن در دست نوشته های خود خطر فعالیت های معدنی از نقطه نظر وجود اسید و دیگر مواد مضر در آب های زیرزمینی نزدیک معادن فلزی را خاطر نشان کرد(Lindberg 1992).دانشمندان ایرانی نیز همچون ابوعلی سینا، ایوریحان بیرونی، زکریای رازی و جابربن حیان نظریات متعددی در رابطه با سلامتی انسان و مواد معدنی داشته اند.

یکی از مهم ترین تحولات در تاریخ علم زمین شناسی پزشکی، تألیف کتاب بهار خاموش توسط (Carson 1961) بود که در رابطه با سم DDT  و انقراض نسل پرندگان مطالب تکان دهنده ای را عنوان کرد (Singh 2005).در سال 1996 میلادی در اجلاس اتحادیه جهانی زمین شناسی IUGS  با توجه به اهمیت عوامل زمین شناختی بر سلامت انسان و درک او از این موضوع، کمیته ای برای پژوهش های بین المللی در حوزه زمین شناسی پزشکی در کمیسیون برنامه ریزی برای زمین شناسی زیست محیطی تشکیل شد اما در سال 2000 میلادی یونسکو در قالب پروژه ای یا شماره 454 و با عنوان زمین شناسی پزشکی کار خود را در زمینه حاضر زودتر از IUGS  آغاز کرد.به هر حال در تخصص زمین شناسی پزشکی مشاهیر متعددی وجود دارند که از آن ها می توان به پرفسور چاندرا دیسانایاکه استاد دانشگاه پرادنیای سری لانکا اشاره کرد که حدود سی سال در حوزه زمین شناسی پزشکی و زمین شناسی زیست محیطی به انجام تحقیقات وسیع و جامع پرداخته و در گسترش علوم مذکور سهم بسزایی داشته است.علاوه بر وی می توان هاروانت سینگ از دانشگاه ساراواک مالزی و اوله سلینوس از سوئد را نام برد.پرفسور سلینوس بیش از 40 عنوان اثر علمی و پژوهشی در حوزه زمین شناسی پزشکی منتشر کرده است که یکی از مهم ترین آن ها کتاب زمین شناسی پزشکی است که توسط انتشارات معتبر Elsevier در سال 2005 منتشر شذه است.

در ایران، اولین نظریات علمی و عقلی در باب زمین شناسی پزشکی را حکمایی چون ابن سینا، ابوریحان بیرونی و سایرین نگاشته اند. شاید بتوان به جرأت گفت که اولین نظریات علمی در حوزه زمین شناسی پزشکی در دنیا توسط حکمای ایرانی ارائه شده است. ابوعلی حسین بن عبد الله ابن سینا دانشمند مشهور و بزرگ ایرانی در کتاب معروف خود که با نام شفا تألیف شده بود مواد را در دسته های سنگريال ذابیات، کباریات و املاح طبقه بندی نمود.

محمد بن ذکریای رازی، فیلسوف، طبیب و کیمیاگر برجسته ایرانی که در قرون وسطی می زیسته است مواد را به سه نوع معدنی، گیاهی و حیوانی تقسیم بندی کرده است.

به هر حال دانشمندان ایرانی از دوران باستان به مباحث زمین شناسی و کانی شناسی توجه داشته اند و این توجه قابل بررسی و مطالعه بیشتر است.

اکنون نیز با توجه به اهیمیت زمین شناسی پزشکی، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور در سال 1383 واحد پژوهش های زمین شناسی پزشکی را ایجاد کرد که شامل کمیته های، بررسی ژئوشیمی، هیدروژئوشیمی، رادیونوکلوئیدهای طبیعی، ژئوبوتانی و پزشکی می باشد.

امروز به علت آنکه کشور ما یکی از بالاترین نرخ های ابتلا به سرطان مری، معده و ریه را دارد و سایر بیناری ها می توانند از منشأ زمین شناختی به وجود آمده باشند، توجه بیش از پیش به مفاهیم و محتوای علمی زمین شناسی پزشکی در کشور امری غیر قابل انکار به نظر می رسد و باید در این زمینه بیشتر تلاش کرد و استراتژی های مدون تری را برای انجام تحقیقات زمین شناسی پزشکی تدوین کرد.

زمین شناسی پزشکی با این هدف مورد توجه قرار گرفت که بتواند ضمن ایجاد درکی واضح، صحیح و منطقی از تأثیر مواد طبیعی بر حسم انسان، حیوان و گیاه، خطر آن ها را کاهش دهد. در کشورهای درحال توسعه بیشترین تمرکز مطالعات زمین شناسی پزشکی روی استفاده بهینه از زمین انجام می پذیرد که علاوه مطالعاتی نیز روی تأثیرات مخرب زغال سنگ و عناصری چون آرسنیک محلول در آب و نظایر آن انجام شده است.

 

1-3 حوزه مطالعاتی زمین شناسی پزشکی

آنچه مسلم است آن است که زمین شناسی پزشکی تنها شامل مباحث مربوط به آلودگی نیست و در واقع بررسی کننده و ایجاد کننده ارتباط گسترده میان محیط و سلامتی یا رخداد آسیب ها در انسان، حیوان و گیاهانی است که در آن محیط زندگی می کنند. البته بسط این مسأله نیز حائز اهمیت می باشد. زمین شناسی پزشکی می تواند در دو عنوان اساسی عنصر و محیط تعریف شود. در عنوان اول ارتباط عناصر و رفتار موجودات زنده در مقابل عناصر و ترکیب های شیمیایی مورد بحث قرار می گیرد. در عنوان دوم، واکنشی که موجودات زنده در برابر حوادثی مانند سیل، آتشفشان، زلزله و نظایر آن دارند مورد توجه هستند. حوزه مطالعاتی زمین شناسی پزشکی در پنج بخش مطالعات کتابخانه ای، مطالعات میدانی، بررسی های آزمایشگاهی، تفسیر و نتیجه گیری و مطالعات پیشرفته خلاصه می شود. در مطالعات کتابخانه ای از نقشه های توپوگرافی، نقشه های زمین شناسی، جغرافیا، هیدرولوژی و خاک شناسی، عکس های هوایی و تصاویر ماهواره ای استفاده می شود لذا در این خصوص از نقشه های زمین شناسی با مقیاس 1:250000، 1:100000 و 1:25000 استفاده می شود. در مراحل بعدی از نقشه های ژئوشیمی آب و خاک و داده های ژئوفیزیک استفاده می شود. به علاوه در صورت امکان می توان از نقشه های زیست محیطی نیز استفاده کرد که غالباً در مقیاس 1:25000 تهیه می شوند.

مطالعات میدانی یا به اصطلاح عملیات صحرایی در حوزه زمین شناسی پزشکی به بخش های، نمونه بردای ژئوشیمیایی، مطالعات هیدرولوژی و هیدروژئولوژی، مطالعات بهداشتی، ژئوبوتانی، میکروبیولوژی و قارچ شناسی، پزشکی، آمار، جامعه شناسی، روانشناسی، مردم شناسی و قوم نگاری، رادیومتری و مطالعه پرتوزایی در محیط، دانپزشکی و سنجش از دور تقسیم می شود.

در برررسی های آزمایشگاهی، مطالعه کانی های سنگین، آنالیز شیمیایی به روش های مختلف تجزیه(به روش های XRF ، XRD وICP) و آرمایشات مربوط به مواد رادیواکتیو از اهمیت ویژه ای برخوردار است ضمناً نمونه برداری از خون، ادرار و در برخی اوقات نمونه بردای موضعی از بدن نیز کارگشا خواهد بود.

در قسمت تفسیر و نتیجه گیری، تهیه نقشه نهایی و تهیه نقشه های ژئوشیمی منطقه مورد مطالعه و به علاوه تهیه نقشه های زمین شناسی پزشکی اهمیت ویژه ای دارد. نقشه های زمین شناسی پزشکی می توانند نشانگر آلودگی ها و نقاط پرخطر باشند. نفشه های زمین شناسی پزشکی نوعی از نقشه های ژئوشیمیایی هستند که در آن علاوه بر توزیع طبیعی مواد و عناصر، می توان تمرکزهای غیرعادی مانند فلزات سنگین و رادیواکتیو ناشی از فعالیت صنایع را نیز یاده کرد. نقشه های زمین شناسی پزشکی، اسناد مهم و معتبری هیتند که در پژوهش های بهداشتی و اپیدمولوژی1 می توان از آن ها بهره برد.

مطالعات پیشرفته در حوره مطالعاتی زمین شناسی پزشکی، اغلب پس از انجام مراحل فوق و در موارد خاصی صورت می پذیرد. اگر مطالعات پیشین نتایج قابل قبولی را ارئه ندهند، در این قسمت مشکلات مهمی بروز خواهد کرد.

به هر حال زمین شناسی پزشکی حوزه ضروری از علم است که برخی از مؤلفین با استفاده از آن ارتباط بین زمین شناسی زیست محیطی و مشکلات سلامت در انسان، حیوان و گیاهان را بررسی می کنند (Gomes and Silva 2007).عناصر شیمیایی، کانی ها و مواد معدنی، خاک ها و آب و هوا اجزای ضروری محیط زمین شناختی هستند.

 

فصل دوم

عناصر و کانی ها

 

2-1 مقدمه

عناصر مواد خالصی هستند که نمی‌توان آن ها را به دو ماده یا مواد بیشتر طوری تفکیک کرد که خاصیت مواد به دست آمده از ماده اصلی متفاوت باشد. بنابراین عنصر ماده‌ای است که به مواد خالص ساده‌تر از خود تجزیه نمی‌شود. طبیعت در جهان پیرامون ما از مواد گوناگونی ساخته شده است. این مواد دارای حالتهای فیزیکی مختلف می‌باشند، سنگها و کوهها جامدند، رودها و دریاها از آب مایع تشکیل شده‌اند و هوای اطراف به صورت گاز می‌باشد. پوسته زمین از ترکیبات مختلفی تشکیل شده است. کانی های مختلفی وجود دارند که با تجزیه آن ها عناصر سازنده آنها به دست می‌آید و انسان با یافتن شیوه‌های مختلف عناصر فراوانی را از پوسته زمین استخراج کرده و برای رفع نیازهای خود از آنها استفاده می‌کند. عناصر مختلف از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوت می‌باشند، اما در یک خاصیت مهم باهم مشترک هستند و آن عدم تجزیه آن ها به مواد ساده‌تر می‌باشد.

از 90 عنصری که در طبیعت وجود دارد شش تای آنها  N2) و O2 و چهار گاز نجیب Ye ، kr، (Ar  به صورت عنصر در اتمسفر یافت می‌شوند. این شش عنصر را می‌توان با تقطیر جز به جز هوای مایع از یکدیگر جدا کرد. چهار عنصر دیگرNa) ، Mg ، Cl2 ، (Br2 را می‌توان از آب اقیانوس ها که در آن جا به صورت یون های تک اتمی وجود دارند، استخراج کرد و سپس با واکنشهای الکتروشیمیایی در سلول های الکتریکی به عناصر مربوطه تبدیل کرد.

تقریباً تمام عناصر دیگر را می‌توان از ذخایر معدنی روی زمین یا زیر زمین بدست آورد. اما اکثر این معادن را نمی‌توان به عنوان منابع تهیه عنصر در نظر گرفت زیرا بسیاری ناخالص هستند. مواد معدنی نسبتا کمی وجود دارد که استخراج عناصر از آنها مقرون به صرفه است و اصطلاحاً آنها را کانه می‌نامند.

فلزاتی مانند طلا و پلاتین را که به حالت عنصر وجود دارند، می‌توان با روشهای جداسازی فیزیکی ساده بصورت خالص بدست آورد. معمولا طلا را از طریق انحلال در جیوه جدا می‌کنند. گوگرد تنها جامد غیر فلزی است که بصورت ذخایر عظیم زیرزمینی با خلوص 99% یافت می‌شود. در سال 1864 جی نیولندز و درسال 1867 دیمتر مندلیف تدوین عناصر را در قالب جدولی شروع کردند. جدول نیولندز تا عنصر کلسیم کارایی داشت و بعد از آن اشکالات عمده‌ای داشت که در جدول مندلیف این اشکالات تا حدی بر طرف شده بود. مندلیف عناصر را برحسب افزایش وزن اتمی مرتب می‌کرد. شکل جدید این جدول امروزه برحسب افزایش عدد اتمی عناصر مرتب شده است و هر عنصر با نشانه اتمی که شامل یک یا دو حرف بوده و از اسم عنصر یا اسم لاتین آن عنصر و یا از اتم یکی از ترکیبات آن مشتق شده است، نمایش داده می‌شود. عناصر با خواص شیمیایی مشابه در زیر یکدیگر در یک گروه قرار می‌گیرند و هر دوره تناوب با یک فلز قلیایی آغاز و به یک گاز نجیب ختم می‌شود. به جز گروه یک که با هیدروژن آغاز می‌شود. جدول تناوبی، وسیله با ارزشی است که از روی آن می‌توان خواص عناصر مختلف را پیش بینی کرد.

تصویر 2-1 جدول تناوبی عناصر شیمیایی

2-2 فلزات

از 106 عنصر شناخته شده تقریبا 81 عنصر را می‌توان جزء فلزات طبقه بندی کرد. همه فلزات کم و بیش دارای خوص فیزیکی زیر هستند. رسانایی الکتریکی زیاد، رسانایی گرمایی زیاد، جلاپذیری و قابلیت مفتول شدن و چکش خواری و بارزترین خاصیت فلزات که آنها را از سایر عناصر متمایز می‌سازد، تمایل به از دست دادن الکترون می‌باشد. خصلت فلزی در جدول تناوبی از چپ به راست کاهش و از بالا به پایین افزایش می‌یابد. عناصری که معمولا فلز نامیده می‌شوند، شامل گروههای زیر هستند : تمام عناصر گروه های (A1 و A2) ، عناصر سنگین در گروه های A3 )Tl و In و Ga) و Al ) A4 ، ( Sn و A5 (Pb و  ( Bi ، تمام عناصر واسطه از زیر گروه های B ، تمام آکتنیدها و لانتانیدها.

 

2-3 غیر فلزات

در گوشه راست بالای جدول تناوبی مجموعه 17، عنصری وجود دارد که معمولا غیرفلزات نام دارند. به جز سلنیوم و شکل گرافیت کربن بقیه آنها نارسانای الکتریکی می‌باشند. بلورهای غیرفلزات به جز چند استثناء از جمله الماس از نظر ظاهری کدر هستند و تمام جامدات غیرفلزی با چکش خوردن یا کشیده شدن ، خرد می‌شوند.

از دیدگاه شیمیایی مهمترین خاصیت غیرفلزات تمایل آنها در بدست آوردن الکترون در واکنشهای شیمیایی است. به جز گازهای نجیب که برعکس سایر غیرفلزات تمایل کمتری به ترکیب با سایر عناصر نشان می‌دهند و برعکس سایر غیرفلزات که در حالت گازی مولکولهای چند اتمی تشکیل می‌دهند (مثل N2 و O2 و S8 و غیره) این گازها تک اتمی هستند.

 

2-4 شبه فلزات

عناصری مانند بور ، سیلیسیم ، ژرمانیوم ، آرسنیک ، آنتیموان و تلوریوم که خواص آنها حد واسط فلزات و غیرفلزات می‌باشد، شبه فلز نامیده می‌شوند. همه آن ها جلای فلزی دارند ولی هیچ‌یک در واکنشهای شیمیایی یون مثبت تشکیل نمی‌دهند. شبه فلزات نیم رسانا هستند.

اگرچه رسانایی الکتریکی آنتیموان و آرسنیک به فلزات نزدیک است. سیلیسیم و ژرمانیوم در ساخت ترانزیستورها کاربرد دارند. خاصیت بارز شبه فلزات این است که برعکس فلزات ، رسانایی الکتریکی آنها به دما بستگی دارد و با بالا رفتن دما رسانایی الکتریکی آنها بهتر می‌شود. دو عنصر بسیار سنگین پولونیوم و استاتین که هیچ یک در طبیعت وجود ندارند به طور قراردادی در گروه شبه فلزات طبقه‌بندی می‌شوند. در این قسمت به بررسی عناصر، کانی ها و خطرات آن ها از دیدگاه زمین شناسی پزشکی می پردازیم.

 

2-5 میکا

ميکا اصطلاحي عمومي است که به گروهي از کاني هاي آلومينوسيليکات گفته مي شود. اين کاني ها ساختار ورقه اي شکل دارند و از ترکيبات فيزيکي و شيميايي مختلف تشکيل شده اند. كاني هاي خانواده ميكا از سيليكات هاي صفحه اي هستند كه شامل موسكوويت، بيوتيت، فلوگوپيت، لپيدوليت و ناترونيت مي گردند. موسكوويت، مهمترين و فراوانترين كاني صفحه اي به شمار مي رود. موسكوويت ورقه اي در پگماتيت ها و نوع پولكي در گرانيت، پگماتيت ها و شيست ها پيدا مي شود. ليپدوليت در پگماتيت هاي غني از ليتيوم تشكيل مي شود. فلوگوپيت به صورت رگه اي و توده اي در پيروكسنيت ها و اسكارن هاي منيزيم دار گزارش شده است. کاني هاي گروه ميکا که از نظر اقتصادي داراي اهميت هستند به صورت زير طبقه بندي مي گردند:

  • موسكوويت یا پتاسيم ميکا
  • بيوتيت یا منيزيم آهن ميکا
  • فلوگوپيت یا منيزيم ميکا
  • ليپيدوليت یا ليتيوم ميکا

سيستم بلوري اين کاني ها منوکلينيک است. اين گروه از کاني ها داراي ترکيبات مختلفي از سيليکات آلومينيم آهن، منيزيم و ميکا هستند. حضور فلوئورين، باريم، منگنز، واناديم نيز در اين کاني ها گزارش شده است. از بين اين کاني ها، موسکوويت به خاطر خواص فيزيکي، شيميايي، حرارتي و مکانيکي استثنايي که دارد، در صنعت کاربرد فراوان دارد. ورميکوليت و فلوگوپيت هم مانند ميکا از اهميت برخوردار هستند. از بيوتيت به ندرت در مصارف صنعتي استفاده مي شود.

موسكوويت ورقه اي در پگماتيت ها و نوع پولكي در گرانيت، پگماتيت ها و شيست ها پيدا مي شود. ليپدوليت در پگماتيت هاي غني از ليتيوم تشكيل مي شود. فلوگوپيت به صورت رگه اي و توده اي در پيروكسنيت ها و اسكارن هاي منيزيم دار گزارش شده است.

2-6 سدیم

سديم در گذشته در مواد مركب زيادي شناسايي شده بود اما تا سال 1807 استحصال نشده است. در اين سال Sir Humphry Davy‌ از طريق الكتروليز نمك خورنده اقدام به استحصال سديم نمود.  در اروپاي قرون وسطايي مواد مركب سديم دار با نام لاتين قرون وسطايي سديم براي درمان سردرد استفاده مي شد. در ايران قديم سولفات سديم را با نام مهره افسون يا حجرالسلوان مي‌شناخته‌اند. در كتاب جامع المفردات، ابن‌بيطار در مورد اين ماده معدني نوشته است كه: ابوالعباس ابن نباتي گفته است، سولفات سديم سنگ سفيدي است كه در آب حل مي‌شود و سپس رنگ شيري پيدا مي‌كند و به دو شكل است: يكي شبيه بلور و دومي داراي خاصيت سمي است، همچنين در ساير كتب ادويه آمده است كه حجرالسلوان شبيه بلور است و فرق آن با بلور در اين است كه اين ماده معدني در آب حل مي‌شود ولي بلور حل نمي‌شود. در فرهنگ ناظم اطبا اشاره شده است كه حجرالسلوان يا مهره افسون يك نوع داروي طبي است و خوردن آن اندوه را دور مي‌كند و آنرا مفرح هم مي‌خوانند، لذا مطابق مشخصاتي كه داده شده است اين كاني بايد تنارديت[1] باشد كه شكل متبلور آن يعني ميرابليت[2] شباهت به بلور كوارتز دارد و خوردن نوعي از آن به نام كاني گلابريت[3] به دليل همراه بودن با سولفات كلسيم، كشنده مي‌باشد.

سولفات سديم طبيعي بدون هيچ دليل موجهي تا ابتداي قرن شانزدهم به عنوان يك ماده داروئي مورد استفاده قرار مي‌گفت و اغلب منابع شناخته شده، آشنايي با خواص اين ماده معدني و كاربرد و موارد مصرف آن در صنعت را حدوداً در سال 1650 ميلادي گزارش نموده‌اند. براي اولين بار در سال 1665 ميلادي دانشمندي به نام جي آر گلابر سولفات سديم را در ضايعات و پسمانده‌هاي حاصل از كارخانه‌‌هاي توليد اسيد كلريدريك كه در نتيجه اثر اسيدسولفوريك بر نمك طعام حاصل شده بودند، مورد شناسائي قرار داد و سپس آنرا به طور اصولي و دقيق شرح داد و با توجه به ماهيت داروئي آن (ملين) آنرا به نام ميرابل نامگذاري نمود و پس از آن در سال 1667 ميلادي اين نمك سولفاته از آب درياچه استخراج شد و با نام ملح فريدريك به بازارهاي مصرف جهاني ارائه گرديد وبه خاطر مطالعه و شناسايي اين ماده معدني توسط گلابر به افتخار وي، بلور هيدراته شده سولفات سديم، نمك گلابر ناميده شد و چنانچه آنرا از آب چشمه‌هاي معدني بدست آورند، مي‌جوشد و به همين علت به آن بلورهاي جوشان نيز مي‌گويند.

در 50 سال اخير با پيشرفت دانش بشري و همچنين تكنولوژي، سولفات سديم در توليد فرآورده‌هاي شيميايي و كاربرد آن در صنايع مختلف و به ويژه درصنايع شيشه‌‌سازي، پودرهاي شوينده، كاغذ و نساجي اهميت روز افزوني پيدا كرده است، به طوري كه امروزه ميزان توليد جهاني سولفات سديم طبيعي به حدود 4 ميليون تن و سولفات سديم مصنوعي به بيش از 5/1 ميليون تن در (سال 1998) رسيده است و تقريباً 67% از سولفات سديم توليدي جهان از منابع طبيعي بدست مي‌آيد و ذخاير گزارش شده جهاني آن به بيش از 3/3 ميليارد تن مي‌رسد.

سديم فلزي است ضعيف، نرم و موم مانند به رنگ سفيد- نقره اي با نماد Na، عدد اتمي 11، وزن اتمي 989/22، وزن مخصوص 971/0 گرم بر سانتي متر مکعب، سختي 5/0 در مقياس موس، نرم، نقطه جوش 883 درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 72/97 درجه سانتي گراد.

سديم در گروه يک جدول تناوبي به عنوان فلزات قليايي (آلكالي) خاكي بوده و در دوره 3 قرار دارد. سديم ششمين عنصر فراوان در زمين بوده و 85/2% پوسته زمين را مي سازد.سديم چهارمين عنصر فراوان در كل پوسته و فراوانترين فلز آلكالي مي باشد.

اين عنصر واكنش پذير و سبك وزن هرگز درطبيعت به صورت خالص يافت نمي شود زيرا واكنش پذيري بالايي دارد و سريع در مجاورت آب يا هوا واكنش مي دهد. اين عنصر در مواد مركب طبيعي فراوان يافت مي شود (بخصوص در هاليت NaCl و آب شور). بعلاوه سديم در هوا اكسيد مي شود، در شعله به رنگ زرد مي سوزد و به طور ناگهاني با آب واكنش مي دهد و به علت خاصيت واكنش پذيري بالا، آن را در زير نفت نگهداري مي كنند.

سديم به وسيله الكتروليز كاملاً خشك كلريد سديم به دست مي آيد (كلريد سديم يك نمك معمولي بوده و از مهمترين مواد غذايي جانوران مي باشد). اين روش ارزانتر از روش الكتروليز هيدروكسيد سديم (الكتروليز كلريد سديم مذاب، بوراكس و كريوليت) انجام مي شود. سديم در آب شناور مي شود و آن را به هيدروژن آزاد تجزيه مي كند و تشكيل هيدروكسيد را مي دهد.

يكي از ويژگي هاي از بين بردن سختي آب[4] ، جايگزيني كلسيم و منيزيم توسط سديم است كه از طريق تبادل يوني و فرآيند آهك و سودا انجام مي شود. دريافت روزانه سديم در بين جوامع مختلف بشدت متغير است و در بعضي تا حدود کمتر از يک گرم در روز مي رسد، در حالي که در بعضي ديگر اين ميزان حدود 10 تا 12 گرم در روز است. ميزان دريافتي سديم از آب آشاميدني در اجتماعات مختلف تفاوت چنداني ندارد.سديم عنصري بسيار ضروري براي انسان است.

اين فلز به طور معمول در هوا در زير دماي 388 درجه كلوين برافروخته نمي شود. سديم در ستاره ها و خطوط طيف D اين عنصر به فراواني وجود دارد و بيشترين مقداررا در نور ستاره ها دارد.

سديم به مقدار زياد در كاني هاي  آمفيبوليت، كريوليت، نيترسودا، زئوليت و… يافت مي شود. مهمترين مواد مركب سديم دار در صنعت عبارتند از:

نمك طعام (هاليت) NaCl، خاكستر سودا (Na2CO3) Soda Ash، baking Soda (NaHCO3)، سوداي خورنده NaOH ، نيترات سديم (NaNO3) Chile Saltpeter‌، فسفاتهاي سديم 2 و 3 ظرفيتي، تيوسولفات سديم (Na2S2O3. 5 H2O) و بوراكس (Na2B4O7. 10 H2O).

كلريد سديم معمولي ترين نمک و معمولي ترين ماده مركب سديم دار كه از مهمترين مواد غذايي جانوران با نام معدني هاليت و فرمول شيميايي (NaCl) از کاني هاي طبيعي گروه هاليدها مي باشد. هاليت در طبيعت به صورت بلور يا محلول در آب درياچه ها، بركه ها و درياها پيدا مي شود.

نمك فراوان‌ترين و ارزانترين منبع سودا (Na2O) و كلر است و به همراه كرومات سديم و هيدروكسيد سديم مهمترين تركيبات رايج سديم را شامل مي‌شوند. چگالي نمک 165/2 گرم بر سانتي متر مکعب و سختي آن 5/2 در مقياس موس است. نقطه ذوب نمک 806 و نقطه جوش آن 1465 درجه سانتيگراد مي باشد. بلور نمک داراي جلاي شفاف تا نيمه شفاف و رنگ سفيد تا بي رنگ است، در سيستم كوبيك متبلور مي شود و عناصر اصلي تشکيل دهنده آن سديم و کلر است. البته عناصر ديگري چون آلومينيوم، آهن، کلسيم و… به صورت ناخالصي ديده مي شوند. کلرايد سديم در آب، آب جوش و گليسرول محلول است ولي در الکل کمي محلول بوده و در الکل بدون آب غير محلول است.

نمک در صورت قرار گرفتن در مسير اشعه ماوراء بنفش از خود حالت فلورسانس نشان مي دهد و با اشعه X ابتدا به رنگ آبي و سپس قهوه اي و با اشعه هاي راديواکتيو طبيعي رنگ ارغواني به خود مي گيرد.

از 39 ميليون تن هاليت توليدي ايالات متحده امريكا در حدود 58 درصد آن به مصرف تهيه فرآورده هاي شيميايي از جمله كلر، اسيد كلريدريك، كربنات سديم، فلز سديم و… مي رسد. در كشورهاي پيشرفته سنگ نمك را به طريقه محلول استخراج مي نمايند. فضاهاي خالي ايجاد شده محل مناسبي براي ذخيره سازي تركيبات نفتي و مواد زائد راديواكتيو است.

نیترات سدیم با فرمول شيميايي (NaNO3) در سيستم رمبوئدريک متبلور مي شود. نيترات سديم به صورت توده اي يا لايه اي همراه با آهک يافت مي شود. وزن مخصوص اين کاني 29/2 گرم بر سانتيمتر مکعب بوده و به آساني در آب حل مي شود. نيترات ها به علت محلول بودن در آب، بيشتر در مناطق خشک و کويري يافت مي شوند و از معروف ترين تمرکز هاي آن ها در جهان، کشور شيلي مي باشد.

سولفات سديم نوعي تركيب شيميايي رايج است كه در طبيعت به فراواني يافت مي‌شود، كانسارهاي سولفات سديم معمولاً از تبخير آب‌هاي سطحي اشباع شده از نمك در درياچه‌هاي قليائي و پلاياها تشكيل مي‌شوند و در نتيجه تبخير آب‌هاي سطحي مقداري سولفات سديم همراه با ساير نمك‌ها در اينگونه از درياچه‌ها به اشباع مي‌رسد به طوري كه بخش عمده‌اي از سولفات سديم طبيعي از شورابه‌هاي غير دريايي و رسوبات تبخيري به دست مي‌آيد كه در درياچه‌هاي كويري وجود دارد و بر اين اساس بيشتر كانسارهاي تجارتي سولفات سديم داراي خاستگاه تبخيري هستند و بيشتر در مناطق خشك و نيمه‌خشك يافت مي‌شوند و بدين سبب اين كانسارها در رده سري‌هاي تبخيري قرار گرفته و افزون بر آن در سنگ‌هاي رسوبي نيز ذخاير آن ها ديده شده است.

تمام نهشته‌هاي اقتصادي سولفات سديم از تبخير آب‌هاي سطحي در حوضه‌هايي كه نقاط پست حوضه آبريز را تشكيل مي دهد (پلايا) و بويژه در نواحي خشك و نيمه خشك بوجود مي آيند و لذا داراي خاستگاه تبخيري هستند ذخاير طبيعي سولفات سديم شامل دو رده بندي كلي مي‌باشد:

گروه اول: شامل آن دسته از دخايري است كه به صورت چينه‌ها و لايه‌هاي بلورين ميرابليت و گلوبريت بوجود آمده و خاستگاه آنها شورابه‌هاي زيرين درياچه‌هاي پلايا است كه به صورت لايه‌هاي رسوبي كف درياچه‌هاي شور مي باشد. از اين نوع ذخاير مي‌توان به ذخاير Alberta و Saskatchwan در غرب كانادا، Great Salt  Lake  در ايالت يوتاي آمريكا، نهشته‌هاي بزرگ ميرابليت ـ گلوبريت در خليج Bogaz Gol در ساحل شرقي درياي خزر و ذخاير شورابه اي در غرب آمريكا و مكزيك اشاره نمود، لازم به ذكر است كه اين نوع ذخاير براي استخراج نياز به انباشته‌شدن داشته و استخراج به روش‌هاي پمپاژ و لايروبي كردن صورت مي‌گيرد.

ب: گروه دوم: ذخاير سولفات سديم شامل لايه‌هاي پنهان تنارديت و گلوبريت همراه با كاني‌هاي ديگر است كه در زير ساير طبقات قرار گرفته و كاملترين و بزرگترين كانسارهاي اصلي سولفات سديم دنيا را تشكيل مي‌دهند كه به عنوان مثال مي‌توان كانسارهاي موجود در استان Borgos كشور اسپانيا را نام برد كه در آنجا روش‌هاي بهره‌برداري كلاسيك به كار گرفته مي‌شود. البته منابع سولفات سديم از نظر خاستگاه ممكن است به صورت‌هاي ديگري نيز در طبيعت قرار گيرد، بر اساس گزارش هاي موجود (احمد نبيان، 1378) كانسارهاي سولفات سديم در ايران را مي‌توان در گروههاي زير طبقه‌بندي كرد:

الف: ذخاير سولفات سديم محلول در شورابه‌هاي لب شور حاشيه پلاياها و شورابه‌هاي بين‌ كريستالي موجود در خلل و فرج پوسته‌ها و لايه‌هاي نمكي.

رسوبات درياچه‌اي پلاياها: اغلب آبخوان های  آب زيرزميني لب شور حاشيه پلاياهاي سولفات سديم در ايران، در زون سولفات سديم حاشيه آن داراي سولفات سديم با عيار نسبتاً كم مي‌باشند. مانند شورابه‌هاي زيرزميني لب شور حاشيه پلاياهاي ابرقو، قم، حوض سلطان و ميغان اراك كه به دليل عيار كم (چند گرم بر ليتر) و نياز به احداث حوضچه‌هاي استحصال مصنوعي جهت‌ بهره‌برداري از آنها، تا كنون مورد بهره‌برداري قرار نگرفته‌اند.

شورابه‌هاي اشباع از سولفات سديم در گروه معدودي از پلاياهاي ايران وجود دارد كه تيپيك‌ترين اين ذخاير، شورابه‌هاي بين كريستالي پوسته نمكي پلاياي ميغان اراك است كه اشباع از سولفات سديم بوده و مي‌تواند منبع مناسبي جهت بهره‌برداري سولفات سديم باشد، از شورابه‌هاي اشباع از سولفات سديم، مي‌توان به پلاياهاي كوچك چمبورك در جنوب تهران كه در حال حاضر در حال بهره‌برداري است اشاره نمود.

ب:  پهنه خاك سولفاته قشري از زون سولفات سديم حاشيه پلاياها و پائين دست دشت‌ها ذخاير شناخته شده از اين گروه در ايران شامل مواد زير است:

  • ذخاير سولفات سديم زون سولفاته حاشيه شمال‌غربي پلاياي قم و حاشيه جنوبي آن در شمال مرنجاب
  • ذخاير سولفات سديم زون سولفاته حاشيه جنوبي حوض سلطان
  • ذخاير سولفات سديم پلاياي كوير سگزي در 40 کيلومتري جنوب شرقي اصفهان
  • ذخاير سولفات سديم پهنه‌هاي رسي پائين دست دشت‌هاي جنوبي البرز كه مي‌توان ذخاير شناخته شده، كفه‌هاي رسي حاوي سولفات سديم غرب، جنوب غرب و جنوب شرق ورامين، كفه‌هاي سولفات‌دار جنوب‌غربي ايوانكي (گرمسار)، پلاياي كوچك منطقه چمبورك در دامنه شمالي كوه اراد (در اين منطقه علاوه بر اراضي سولفات‌دار يك درياچه نمك نيز وجود دارد)، اراضي سولفات‌دار منطقه ده نمك گرمسار، اراضي سولفات‌دار جنوب منظريه قم، پهنه‌هاي سولفات‌دار منطقه نجم‌آباد و محمدآباد در غرب كرج و پهنه‌هاي سولفات‌دار اراضي زرين آباد در جنوب جاده دامغان ـ شاهرود را نام برد.

پ: لايه‌هاي سولفات سديم جامد در پوسته نمكي پلاياهاهستند.از تيپيك‌ترين اين نوع ذخاير مي‌توان به پلاياي توزلوگل (ميغان اراك) در 19 كيلومتري شمال شرقي اراك اشاره نمود. اين ذخيره به صورت يك قشر كريستاله سولفات سديم، در پوسته نمكي اين پلايا و به صورت بين انگشتي با آن قرار گرفته است

ت: لايه‌هاي سولفات به صورت واحدهاي بين لايه‌اي درسازندهاي تبخيري قديمي‌تر از كواترنر.

ذخاير سولفات سديم تيپ چهارم تاكنون در ايران شناسائي نشده بود اما بررسي‌هاي انجام شده بر روي كانسار سولفات سديم گرماب (احمد نبيان، 1378) نشان داد كه اين آثار معدني از تيپ چهارم است كه به صورت لايه‌هاي نازكي متناوب و هم شيب با لايه‌هاي ژيپس در واحدهاي تبخيري سازند قم (ميوسن) قرار دارد.

سديم يك جزء سازنده كلريد سديم NaCl مي باشد كه براي حيات بسيار ضروري است. سديم از عناصر پرمقدار روزانه در حد گرم مي باشد که غالباً به صورت املاح همراه با مواد غذايي وارد دستگاه گوارش مي شوند و پس از ورود به گردش خون و گذر از منافذ نسبتاً گشاد مويرگي وارد آب بين سلولي مي شوند و در مجاورت سلولها قرار مي گيرند. اين مواد معدني در آب به صورت يون در مي آيند. نمك طعام در آب بدن به صورت مولكول بدون بار NaCl كمتر يافت مي شود.

سديم در شكل پودري در آب قابل انفجار است و توليد سم مي كند و با عناصر ديگر به مقدار زياد تلفيق نمي شود. اين فلز بايد با احتياط حمل شود. سديم در اتمسفر ساكن (بي اثر) حفظ مي شود و در تماس با آب و نمونه هاي ديگر، واكنش مي دهد كه بايد از اين تماس جلوگيري نمود. هر چند كربنات سديم به عنوان ماده سمي شناخته نشده ولي تماس آن با چشم و تماس طولاني آن با پوست مي‌تواند خطرناك باشد. در صورت بلعيده شدن، كربنات سديم باعث زخم معده مي‌شود. از مواجهه هم زمان با كربنات سديم و آهك مي‌بايست جلوگيري كرد چرا كه تماس آنها سود سوزآور توليد مي‌كند كه بسيار خطر ناك است. در دفع كلريد كلسيم مي بايست دقت كرد وآن را از كارخانجات دور كرد.

بيشتر روندهاي منفي بازار سولفات سديم به دليل محدوديت‌هاي زيست محيطي است (كاهش زباله براي پاك‌كننده‌هاي جامد و مايع) مسبب تقويت بهينه‌سازي و بازيافت شده است (خميركاغذ و شيشه) و پراكنش گوگرد را كاسته است. بعلاوه سبب كاهش محصولات جانبي مانند زباله‌ها شده است.

 

2-7 کائولن

واژه كائولن از سلسله جبال بلند كائولينگ به معني قله مرتفع در ناحيه جيان كسي در كشور چين گرفته شده است كه از خاك چيني سفيد رنگ تشكيل شده است.

در اواسط دوران تانگ، قبل از ميلاد مسيح، صنعتگران چيني قدمهاي نخستين را در تصفيه و پاك نمودن مواد اوليه جهت توليد كالاهايي برتر و عاري از نقص برداشته بودند. اين تحولات ابتدا منجر به ساخت برخي ظروف سفالين با سنگ‌نما به رنگ سفيد شد كه در تهيه آنها از خاك كائولن استفاده مي‌گرديد. آميختن فلاسپاتها با كائولن منجر به تهيه ظروف مزبور گرديد. كه نوع بدنه آنها از استحكام، سفيدي متمايل به زرد و شفافيت متوسطي برخوردار بوده است.

بعلت استقبال فراوان از اين ظروف، عرضه آنها در بازارهاي جهاني افزايش پيدا كرد. اولين كارخانجات صنعتي ظروف پرسيلن يا چيني در چينگ ته چن تأسيس شد كه صدها سال در اين زمينه فعاليت مي‌كردند. يكي از كشفيات قابل توجهي كه در آن زمان حاصل گرديد و بعدها مورد تقليد و دوباره سازي ساير صنعتگران قرار گرفت. استفاده از كبالت بخاطر رنگ آبي حاصل از آن در ترسيم نقوش بر روي ظروف مزبور بود. كبالت قبلاً بوسيله ايرانيان بر روي ظروف سفالين مورد استفاده قرار گرفته و از طريق آنها نيز به صنعتگران چين منتقل شده بود. بطور كلي تمام مراحل ساخت، اصول اوليه و فرمول چگونگي تهيه چيني آلات هميشه نزد چينيان مخفي نگهداشته مي‌شد و آن ها همواره اين اسرار را بصورت گنجي پاسداري مي‌كردند.

كشور ژاپن را نيز از دير زمان مي‌توان جزء يكي از اولين و بزرگترين توليد كنندگان كالاهاي پرسيلن (چيني‌آلات) محسوب نمود. محصولات اين كشور هميشه به تعداد فراوان و با مرغوبيتي متوسط در سطح جهان عرضه مي‌شده است. فرآورده‌هاي ژاپن اغلب از نقوش و فرمهاي تقليدي برخوردار بودند و گرچه از جهات تكنيكي در سطح عالي قرار داشتند ولي به لحاظ عدم ابتكار توليدات نامحدود، محصولات چيني اين كشور به لحاظ اهميت در دوره دوم جهاني قرار دارد.

در چين سفرهاي ماركوپلوو ديگران قطعاتي از چيني‌هاي ساخت وارد اروپا گرديد. در آن زمان اروپائيان ظروفي خشن و ابتدائي توليد مي‌كردند كه پس از مشاهده قطعات چيني كوشش فراواني در ساختن ظروف چيني بكار بردند. صنعتگران اروپائي با اضافه كردن گرد شيشه به خاكهاي سفيد رنگ سعي نمودند كه محصولات چيني مشابه محصولات كشور چين را توليد نمايند ولي اين كشف تا سال 1709 كه مقارن با شروع تحولات صنعتي در اروپا مي‌باشد، به وقوع پيوست.

در آن زمان يعني اواخر قرن 18 ميلادي سفالگران با تجربه پي مي‌بردند كه تمام رازها در تركيب كائولن، سيليس و فلدسپات نهفته است و گفته مي‌شود كه اين كشف براي اولين بار توسط بانگر كه شاگرد يك دوافروش آلماني بود انجام گرفته است، ولي امروزه اين كشف را به گرافونت شرينهاس نسبت مي‌دهند. در برخي نوشته‌ها به چگونگي روش ساخت چيني و ورود آن بصورت مخفيانه به اروپا توسط ميسيونرهاي مذهبي اروپائي اشاره شده است. اين كشف به سرعت در تمام اروپا اشاعه پيدا كرد و كارخانجات چيني سازي در سرتاسر اين قاره احداث گرديد.

در انگلستان خاك سفيدي كه از منطقه كورنوال استخراج مي‌شود پرسيلن ادت به معني خاك چيني مي‌نامند. در طي سالهاي اخير همراه با گسترش دانش و كشف خواص گوناگون كائولن، اين ماده جايگاه خاصي در صنعت كسب كرده و امروزه بعنوان ماده اوليه اصلي يا جنبي و كاتاليزور در بسياري از صنايع استفاده مي‌گردد.

كائولن در ايران نيز از دير باز مورد توجه بوده و آثار حفريات قديمي از قبيل تونل و گودالهاي متعدد، حكايت بر شناخت آن نزد پيشينيان ايران زمين دارد. تاريخ معدنكاري بر روي كائولن در ايران به درستي معلوم نيست. در قرن نهم اين اشياء در بين ايرانيان بسيار رايج بوده و سفالگران سلاجقه و صفويه سعي فراوان در بازسازي آنها كردند. در عصر صفويان تعدادي از صنعتگران چيني نيز جهت تعليم و آموزش به ايران آمدند ولي از اين آموزش نتايج مطلوبي حاصل نشد. بجز آنكه ايرانيان بشدت تحت تأثير نقوش و رنگهاي هنرمندان چيني قرار گرفتند. از آن به بعد بتدريج پي به اهميت و خواص كائولن بردند و در صنايع مختلف از آن استفاده كردند.

كائولن يك اصطلاح اقتصادي است كه براي كانسارهاي رسي تقريباً سفيد به كار مي رود و از نظر صنعتي به رسي هايي كه داراي مقدار قابل توجهي كائولينيت باشند،اطلاق مي‌شود. اين كانسارها اغلب شامل كاني كائولينيت و يا فرآورده هاي بدست آمده از آن مي باشند. در گذشته اصطلاح خاك چيني به عنوان مترادف كائولن استفاده مي شد. نام كائولن از كلمه كائولينگ چيني به معناي تپه سفيد مشتق شده است که از آن خاك كائولن استخراج مي شده است.

كائولن از مجموعه كاني هاي رسي بوده و فرمول شيميايي آن H4Al2Si2O9  مي باشد.كاني هاي كائولن شامل كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت مي باشد. فراوان ترين كاني اين گروه كائولينيت مي باشد. همه اين كاني ها جزء كاني هاي آلومينو- سيليكات مي باشند كه در سيستم مونوكلينيك و يا تري كلينيك متبلور مي شوند. از مهم ترين خصوصيات كاني شناسي رس هاي كائولن نرمي و عدم سايندگي آنها مي باشد. سختي كائولن در مقياس موهر در حدود 2-5/2 مي باشد. اين نرمي در كاربردهاي صنعتي آن يك مزيت محسوب مي شود.

رس هاي كائولن اكثراً از آلتراسيون كاني هاي آلومينيوم سيليكات در نواحي گرم و مرطوب بوجود مي آيند. فلدسپات ها از جمله كاني هاي عمومي منشاء پيدايش آنها مي باشد. پلاژيوكلاز فلدسپارها (سديم يا پتاسيم) معمولاً در ابتدا كائولينه مي شوند. فلدسپارهاي پتاسيك به كندي آلتره شده و توليد كائولن هاي مخلوط با سريسيت دانه ريز، ايليت يا هيدروموسكويت مي كند.

كائولن يا خاك چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد. آمريكا، روسيه، جمهوري چك و برزيل بزرگ ترين توليد كنندگان كائولن مي باشند.

به طور خلاصه خصوصيات مهم كائولن، كه مصارف متعدد آن را سبب شده است مي توان به صورت زير نام برد :

  • از نظر شيميايي در گستره وسيعي از تغييرات PH بدون تغيير مي ماند.
  • داشتن رنگ سفيد كه آن را به صورت ماده رنگي قابل استفاده مي سازد.
  • دارا بودن خاصيت پوششي بسيار خوب
  • نرمي و غير سايشي بودن آن
  • قابليت اندك هدايت جريان الكتريسيته و گرما
  • قيمت ارزان

از نظر بلورشناسی، كائولن ماده‌اي نيمه بلوري و تا حدي بي‌شكل است. خمير آن با آب شكل‌پذير مي‌شود و در اثر پخته شدن شكل و رنگ آن تغيير نمي‌كند. ذرات كائولينيت معمولاً‌بصورت ورقه‌هاي شبه هگزاگونال است كه ابعاد آن از 5/0 تا 15 ميكرون تغيير مي‌كند و قطر متوسط آن5/0 ميكرون است. سيستم تبلور كائولن مونوكلينيك و سيستم تبلور كائولينيت تري‌كلينيك است.

اجتماع بلوري آن غالباً‌ پودري تا پولكي است و يا متراكم ريزدانه و در حالت خلوص سفيد ولي اغلب خاكستري و متمايل به زرد تا بي‌رنگ با علامت نوري دو محوره منفي مي‌باشد. كليواژ آن در سطح (001) كامل است و در يك جهت رخ كامل دارد و رليف آن كم و بي‌‌رفرنژانس آن ضعيف مي‌باشد. سطح كليواژ آن داراي علامت مثبت مي‌باشد.

واحد ساختاري گروه كائولن از انطباق صفحه وجهي بر روي صفحه هشت وجهي بوجود مي‌آيد. به چنين كانيهايي سيليكات هاي I : I لايه نام نهاده‌اند. اكسيژن رأس صفحه چهار وجهي با صفحه هشت وجهي مشاركت مي‌كند و در داخل واحد ساختاري تشكيل صفحه مشتركي از يون‌هاي اكسيژن مي‌دهد و در صفحه مشترك دو سوم يون‌هاي اكسيژن بين Si و Al شركت كرده‌اند و يك سوم بقيه يون‌هاي اكسژن بارهاي الكتريكي خود را به وسيله H+ در جهت تشكيل H خنثي و آن را تكميل مي‌كنند.

سطح فوقاني كائولن يك ورقه از گروههاي OH- نزديك بهم است، اما سطح زيرين از اكسيژنهاي دو از هم و گروههاي OH- تشكيل شده است.

كائولينيت يك كاني سيليكاته ورقه‌اي و معرفي از كائولنهاست. ظاهراً‌سيلسيوم تنها كاتيون موجود در صفحه چهار وجهي كائولينيت است. اما ممكن است +3Al و يا +2Mg مكان هاي هشت وجهي را اشغال كنند هنگامي كه +3Al در هم آرايي هشت وجهي باشد، آنگاه نوع كاني، كائولينيت يا يكي از پلي مورف هاي با درجه پايين تبلوري نظير ويكيت يا ناكريت است. اما اگر +2Mg درهم آرايي هشت وجهي باشد، كاني آنتي گوريت است.

هالويزيت نوعي كائولينيت است كه بين واحدهاي ساختماني پايه‌اي آن آب قرار دارد و هنگامي كه كاملاً‌ هيدراته شده باشد، اندازه فضاي C برابر 10 است. اغلب واحدهاي ساختاري كائولن، درصفحه پايه‌اي و توسط پيوند ئيدوژني بين يونهاي اكسيژن صفحات چهار وجهي و بين يونهاي هيدوركسيد صفحات هشت وجهي به يكديگر متصل شده‌اند.

خصوصيات نوري كائولن بسيار حائز اهميت هستند كه از جمله آنها سفيدي رنگ و اپسيتي مي باشد که مقداري از انعكاس دهندگي كائولن مي باشد و  اسپيتي از خصوصيات مهم كاني هاي رنگدانه است و بر اساس توانايي پنهان سازي الگوها و مرزهاي انعكاس دهنده پشت آن از ديد تعريف مي شود. شكل ذرات نيز يكي ديگر از خصوصيات مهم كائولن بوده و تعيين كننده ويسكوزيته[5] و اپسيتي آن مي باشد.

صفحات بلوري نازك قدرت پوشش دهي خوبي را فراهم مي آورد و براي پوشش روي كاغذ و رنگ بهتر است. كائولن اغلب در فرآينده هاي صنعتي به عنوان سوسپانسيون[6]  پليمر مايع يا آب به كار مي رود. ويسكوزيته يا گرانروي اين اسلاري هاي مايع نكته اي مهم مي باشد. اساساً ارزش كائولن به علت گرانروي خيلي كم آن در درصدهاي جامد بالا مي باشد. اين خصوصيت بر خلاف ويژگي بنتونيت است.

از جمله خصوصيات اقتصادي مهم كائولن اندازه ريز ذرات آن مي باشد. اغلب ديگر موادي كه به عنوان رنگدانه،

پركننده، پوشش دهنده و روان ساز استفاده مي شوند، بايد به وسيله عمليات هزينه بر خردايش و آسيا كردن، كاهش اندازه داده و به پودر تبديل شوند. علاوه بر هزينه بري، تقليل اندازه آنها نيز تصادفي بوده و به طور غيرمنظم شكسته مي شوند. كائولن از مجموعه هاي سستي از بلورهاي ريز كه بيشتر شكل و اندازه ثابتي دارند، تشكيل شده است و نيز اندازه مورد استفاده در صنعت كمتر از دو ميكرون بوده و اين يك مزيت اقتصادي براي آن محسوب مي شود. بنابراين در صنعت نيز اندازه ذرات كائولن را بر حسب درصد وزني ذرات كوچك تر از دو ميكرون بيان مي كند.

كائولينيت اصطلاحاً به رس‌هايي كه از نظر فيزيكي و شيميايي داراي اكتيويته كم باشند، اطلاق مي‌گردد. از نظر شيميايي يك نوع سيليكات آبدار آلومينيوم است كه ميزان آلوميناي آن (3O2Al) 5/39 درصد، سيليس (2SiO) 46/5 درصد، و آب 14 درصد مي‌باشد. معمولاً‌همراه با CaO، O2Na، MgO، 3O2Fe، O2K، 2TiO، ميكا، بعلاوه فلدسپات هاي تخريب نشده و تركيبات محتوي كربناتها و يا مواد آلي مي‌باشد. اكسيد آهن، رنگ كائولن را قرمز يا زرد آجري مي‌كند و اكسيد منگنز سبب سياه شدن آن مي‌شود. كائولن در اثر هوازدگي رنگ اصلي خود را از دست داده و رفته رفته قهوه‌اي مي‌گردد.

از خصوصيات شيميائي ديگر كائولينيت آن است كه در گستره وسيعي از تغييرات PH تغيير نمي‌كند ولي در اسيد سولفوريك غليظ حل شده، ژل سيليسي از خود بجا مي‌گذارد. گداخته آن در اسيد كلريدريك نيز حل مي‌شود.

يكي از مهم ترين خصوصيات صنعتي كائولن ماهيت شيميايي خنثي آن مي باشد. كائولن تحت شرايط شيميايي صنعتي و در محدوده PH بين 3 تا 9 پايدار مي باشد. بنابراين مي تواند به راحتي به عنوان رنگدانه، پوشش و پركننده با ساير تركيبات استفاده شود.

كائولينيت در دماي 300-253 درجه سانتيگراد بخش زيادي از آب خود را از دست مي‌دهد و در دماي 650 درجه سانتيگراد تمامي ملكولهاي آب موجود در شبكه ساختماني آن بخار مي‌شود. در دماي 800 درجه سانتيگراد اين عمل پايان مي‌يابد و يك كاني بشكل نيمه بلورين به نام متاكائولن پديد مي‌آيد. مجموعه واكنش هاي فوق تا پايان اين مرحله از نوع حرارت‌گير است. چنانچه دما از 800 درجه سانتيگراد بالاتر رود، ساختمان لايه‌اي كانه شكسته شد و ديگر توان جذب آب دوباره را ندارد. در دماي 925 درجه سانتيگراد واكنش حرارت زايي آن آغاز مي‌شود و در اين مرحله با خارج شدن سيليس از متاكائولينيت مازاد، تركيب بصورت يك فاز شبكه اسپينل درمي‌آيد. سيليس آزاد شده بصورت بي‌شكل (آمورف) و يا نيمه بلورين پديدار مي‌شود. به گونه‌اي كه شناسايي آن با آزمايش ديفراكسيون اشعه ايكس امكان‌پذير نمي‌باشد. در دماي حدود 1100-950 درجه سانتيگراد اين فاز شبه اسپينل شروع به شكسته شدن كرده و بخش زيادتري از سيليس خود را آزاد مي‌كند.

فرآورده پاياني اين مرحله موليتي است كه احتمالاً‌ مقدار سيليسي آن از تركيب طبيعي موليت بيشتر و سيليس پديد آمده بصورت كريستوباليت مي‌باشد كه امكان شناسائي آن با اشعه ايكس وجود دارد. كاني‌هاي بدست آمده بصورت كريستوباليت مي‌باشد كه امكان شناسائي آن با اشعه ايكس وجود دارد. كاني‌هاي به دست آمده از واكنش‌هاي ياد شده با بالا رفتن دما ناپايدار مي‌شوند و در اين راستا همواره بسوي نوعي ناپايداري بيشتر مي‌روند. از اين رو در دماهاي بالاتر از 1300 درجه سانتيگراد يا بيشتر از اين مسير تعادلي كاني‌هاي كامل شده و به مرحله پايداري مي‌رسند. در اين مرحلكه كاني موليت بدون سيليس مازاد پديد مي‌آيد. بنابر اين فاز پاياني اين فرآيندهاي حرارتي شيميايي، موليت و كريستوباليت مي‌باشد كه مقدار كمي كوارتز و بندرت تريديميت آنها را همراهي مي‌كنند. سنگ کائولين برحسب نوع پيوندهايش به دو گروه پيوند نرم و سخت تقسيم مي‌شوند:

الف : كائولن داراي پيوندهاي نرم كه عمدتاً در صنايع كاشي‌سازي و چيني‌سازي و سراميك‌سازي و مجمسه‌سازي مورد استفاده قرار ميگيرند. پيوند در اين كائولن فقط با هيدرات ميسر است.

ب: كائولن داراي پيوندهاي سخت كه عمدتاً در صنايع لاستيك‌سازي و كاغذ‌سازي مصرف دارند. پيوند در اين نوع فقط با كلسيم امكان‌پذير است و اصطلاحاً‌ در چنين حالتي شبكه پر مي‌باشد.

در صنعت پرعيارسازي كائولن باطله‌هايي كه حاصل از روشهاي فيزيكي كانه آرايي هستند، كمتر مشكل ساز مي‌باشند. لذا تخليه اين باطله‌ها در طبيعت چندان آثار سوء زيست محيطي نخواهد داشت‌. اما در مواردي كه بعضاً از روشهاي فلوتاسيون جهت پر عيار سازي كائولن استفاده مي‌شود رعايت مسائل زيست محيطي الزامي است.

ذكر اين نكته ضروري است كه از نقطه نظر كارشناسان مسائل زيست محيطي حتي روشهاي فيزيكي شمال خردايش، دانه‌بندي، جداكننده‌هاي ثقلي و مغناطيسي، مي‌توانند به نوعي موجب آلودگي محيط زيست شوند. چرا كه مثلاً خردايش سنگ‌ها باعث وجود املاح در آبهاي سطحي و نتيجتاً‌ آلودگي آبهاي زيرزميني شود و حتي جداكننده‌هاي مختلف ثقلي و مغناطيسي به نوعي تعادل اكولوژيك مواد معدني در زمين را بر هم مي‌زنند. اما در اين ميان از نظر آلودگي محيط زيست، پرعيار سازي به روش فلوتاسيون مقام نخست را به خود اختصاص داده است.

همانطور كه قبلاً‌ گفته شد در پرعيار سازي كائولن به روش فلوتاسيون1 مواد شيميايي زير استفاده مي‌شود:

الف : سيليكات سديم (به عنوان متفرق ساز) مقدار مصرف 7/2 كيلوگرم بر تن

ب: اسيد چرب روغن تال (كلكتور) 8/2 كيلوگرم بر تن

ج:هيدروكسيد آمونيوم (عامل تنظيم كننده PH) 4/3 كيلوگرم بر تن

د: پترونات كلسيم (فعال كننده) 4/1 كيلوگرم بر تن

ه: سولفات نفت (امولسيون ساز) 4/1 كيلوگرم بر تن

[1] Tenardite

[2] Mirabilite

[3] CaSO4. Na2SO4

[4] Hardness

[5] viscosity

[6] Supension

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “زمین‌شناسی پزشکی (کتاب الکترونیک)”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

6 + هفت =

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “زمین‌شناسی پزشکی (کتاب الکترونیک)”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

9 + ده =