پرليت سنگ آتشفشاني طبيعي اسيدي حدواسط مي‏باشدکه در محيط آبي يا مرطوب از انجماد ماگما در سطح زمين حاصل‏مي‏شود ]1[. براي اين کاني نام‏هاي متعددي همچون پيرلستن ]2[ يا پيرليت ]3[ در طول سال‏ها انتخاب شده است، اما از سال 1922 پرليت به عنوان نام رسمي اين کاني برگزيده‏شد ]4[.

در کتاب مباني کاني‏شناسي «دانا» (يک مرجع استاندارد جهت تشخيص کاني‏ها)، پرليت يک کاني محسوب‏نمي‏شود، بلکه به‏عنوان گونه‏اي از سنگ آتشفشاني شناخته شده ريوليت به‏حساب‏مي‏آيد. ]5[.

بيشتر پرليت‏هاي مرغوب به نوار ريوليتي دوران سوم و چهارم زمين‏شناسي در جهت شمال- جنوب جهان تعلق‏دارند و اين به‏دليل تمايل پرليت به شيشه‏اي‏شدن با گذشت زمان است. جزئيات دقيق کشف پرليت، در اثر گذشت زمان از بين رفته است و درباره کشف دوباره پرليت، به‏عنوان يک ماده تجاري، اختلاف نظر وجود دارد. کشف پرليت را به دندان‏پزشکي در آمريکا نسبت‏مي‏دهند كه در سال 1914، زماني‏که در حال آزمايش روي ميناي دندان بود، دريافت که سنگ پرليت در اثر افزايش دما پف‏‏مي‏کند. در همين زمان، زمين‏شناسي که سرپرست شرکت استخراج کاني‏هاي باريت و نقره بود، به هنگام خاموش‏نمودن آتش‏سوزي سواحل جزيره مايلوس يونان، با ريختن ماسه ساحلي روي آتش، دريافت که ماسه‏ها در اثر آتش متورم‏مي‏شوند و به اين‏ صورت استفاده از اين سنگ‏هاي آتشفشاني، که بيشتر جزاير يونان را تشکيل‏مي‏داد پايه‏ريزي‏شد ]6[.

 تا سال 1928 تنها مي‏دانستند که برخي شيشه‏هاي آتشفشاني وجود‏دارند که در برابر دماي ناگهاني، افزايش حجم زيادي پيدا‏مي‏کنند. در سال 1929 براي اولين‏بار در ژاپن بررسي‏هايي بر روي اين کاني صورت‏گرفت و طولي نکشيد که در اواسط دهه 1930 تعدادي از محققين آمريکايي جهت دستيابي به کاربردهاي متنوع براي اين کاني مشغول به‏کارشدند. در سال 1938 آزمايشاتي در آريزوناي شمالي توسط لي‏باير آغازشد که منجر به انتشار اولين پته در مورد فرايند انبساط پرليت و تبديل آن به يک ماده عايق يا انعکاس‏دهنده گرديد.

در طول جنگ جهاني، خلائي در پيشرفت صنايع بوجود آمد تا اينکه در اواخر دهه 1940 و اوائل دهه 1950 در آمريکا و هلند بر روي صنعت پرليت تحقيقات زيادي صورت‏گرفت ]4[.

امروزه سالانه ميليون‏ها تن از اين کاني توليد و در زمينه‏هاي متنوع استفاده‏مي‏شود.کشورهاي آمريکا، يونان، ژاپن، آرژانتين، ترکيه، مجارستان و برخي کشورهاي ديگر از بزرگ‏ترين توليدکنندگان اين فرآورده صنعتي محسوب‏مي‏شوند و برطبق گزارشات موجود در سال 2001 بالغ بر 2 ميليون تن از اين ماده در جهان توليدشده است که اين گوياي نياز روزافزون صنعت جهان به اين ماده گران‏بها مي‏باشد ]9[. به‏دليل خواص و مزاياي غيرمعمول اين ماده از طرفي و افزايش بي‏رويه کاربردهاي اين ماده از طرف ديگر و نياز داشتن يک مرجع قانوني جهت هماهنگي بين معدنچيان سنگ پرليت و ديگر صنايع وابسته به اين ماده، از سال 1994 انجمن پرليت تاسيس‏شد. اين انجمن تحقيقات صورت‏گرفته در زمينه کشف، استخراج، بهره‏برداري و به‏کارگيري پرليت جهان را در اختيار توليدکنندگان و مصرف‏کنندگان در سراسر جهان قرار‏مي‏دهد ]8[.

 

ويژگي‏هاي کلي پرليت:

پرليت سنگ آتشفشاني (ولکانيک) شيشه‏اي است که داراي شبکه مرواريدي با دوائري هم‏مرکز يا پوسته‏پيازي ‏شکل است ]9-11[. در اثر چکش‏کاري پرليت، ذرات کوچک گردي حاصل مي‏شود که اغلب جلاي مرواريدي خود را حفظ‏مي‏کنند و برروي سطوح خود شکاف‏هاي کوچکي دارند که اغلب به‏صورت ترک‏هاي مدور گروهي مشاهده‏مي‏شوند]12[.

در فرم طبيعي، پرليت شيشه ريوليتي شامل ترکيب 5-2 % آب است، در حالي‏که مي‏تواند به‏صورت شيشه آندسيتيک يا داسيتيک نيز يافت‏شود که اين دو نوع از اهميت اقتصادي ناچيزي برخوردار و قابل صرفه‏نظر هستند. امروزه از نظر تجاري و اقتصادي هر سنگ شيشه‏اي، بدون درنظرگرفتن ترکيب و يا خاستگاه پيدايش آن، که بتواند به‏سرعت در معرض شعله با دماي کافي منبسط‏شود و ماده‏اي با وزن‏مخصوص کم پديد آورد، پرليت به‏شمار مي‏آيد ]6[.

به‏طور کلي نام پرليت امروزه در دو مورد زير به کار برده مي‏شود:

- شيشه‏هاي آتشفشاني آبدار، که عموماً ترکيب ريوليتي دارند.

- ماده سبک وزني که از انبساط شيشه آتشفشاني، پس از خرد و ريزشدن، تهيه مي‏گردد.

 

پرليت عمدتاً در سه شکل پرليت خام، پرليت خام خردشده و پرليت منبسط وجود دارد که به‏ترتيب داراي وزن مخصوص کمتري هستند]13[.

پرليت و ساير شيشه‏هاي آتشفشاني سرانجام با گذشت زمان در طول ميليون‏ها سال به‏صورت يک گونه ريزبلورين از جنس کوارتز و فلدسپار حالت بلوري به خود مي‏گيرند و در واقع حالت شيشه‏اي خود را از دست مي‏دهند ]11[.

 

ويژگي‏هاي سنگ‏شناختي پرليت

بافت پرليتي پرليت نتيجه انقباض حاصل از سردشدن گدازه و هيدراتاسيون دوباره آن است. در يک دسته‏بندي کلي، شيشه‏هاي پرليتي و غيرپرليتي به‏صورت دو منبع متفاوت از نظر محتواي آب و خواص فيزيکي از يکديگر متمايزمي‏شوند.

پرليت شيشه آتشفشاني شبه‏پايداري است که ترکيب و خواص فيزيکي آن شامل رنگ، وزن‏مخصوص، ضريب‏شکست و غيره به‏طور قابل‏ملاحظه تغييرمي‏کند که مي‏توان در جدول (1-1) ملاحظه نمود ]11[.

 

جدول1:  برخي خواص فيزيکي پرليت

 

 

جدول2: تركيب شيميايي پرليت

 

از نظر استانداردهاي سنگ‏شناختي، چهار شيشه آتشفشاني ريوليتي، پوميس، اُبسيدين، پرليت و پيچ‏استون داراي ترکيب اسيدي تنها از نظر ميزان آب در ترکيب خود متفاوت هستند. بدين‏سان که پوميس بدون آب، اُبسيدين کمتر از 2% درصد، پرليت از 5-2% و پيچ‏استون بيش از 5% آب دارد ]11[.

 

از نظر محتواي آب (يا ترکيبات فرار) پرليت عموماً به دو صورت متفاوت يافت‏مي‏شود:

- پرليت سبز با محتواي آب بالا که با پيروکلاستيک‏هاي حاصل از يک سيستم غني از مواد فرار همراه است.

- پرليت خاکستري با محتواي آب متوسط که با گدازه‏هاي فوم ريوليتيک همراه مي‏باشد.

اين دو ساختار از نظر ظاهري، رفتار تجزيه حرارتي و طيف IR خود از هم قابل تمايز هستند ]14[.

به‏طور اصولي پرليت با شتاب هوازده‏شده و به کاني‏هاي رسي و زئوليت تبديل‏مي‏شود. پرليت شيشه آتشفشاني آبدار شامل اُبسيدين آبدار و کم‏آب، خاکستر آتشفشاني آبدار، پوميس و يا پيچ‏استون بدون ساختار پرليتي است ]15[.

 

ويژگي‏هاي شيميايي پرليت:

پرليت سيليکات آلومينيومي آمورف آبدار با ناخالصي‏هاي جزيي است که معمولاً ترکيبي مشابه گرانيت دارد و از سردشدن سريع گدازه ويسکوز يا ماگما حاصل مي‏شود. پرليت اولين گونه تشکيل‏شونده از فوران گدازه‏هاي يک آتشفشان به‏صورت يک شيشه سيليکاي آمورف است. بيشتر آب موجود در پرليت به‏صورت ترکيبي است و سهم کمي از آن جدا و به‏صورت هيدروکسيل است ]2[.

تغيير ترکيب شيميايي شيشه، بر نقطه ذوب، درجه انبساط، اندازه حباب‏ها و تخلخل پرليت حاصله مؤثر مي‏باشد. در مورد خاستگاه آب ترکيب‏شده در پرليت در آغاز گمان مي‏رفت که از تزريق ماده مولد پرليت از درون زمين به زير ورقه يخ يا درون يک درياچه حاصل‏شده است، حال آن‏که مورد پذيرش اکثريت است که پرليت با آب‏گيري دوباره (ناشي از رطوبت زمين يا هوا) اُبسيدين پس از تشکيل آن (پرليتيزاسيون) با گذشت ميليون‏ها سال حاصل‏مي‏شود. اُبسيدين يک سنگ شيشه‏اي سخت است، درحالي که پرليت يک سنگ مرواريدي يا دانه‏ريز متمايل به خاکستري است.

تحقيقات نشان‏مي‏دهد آب ترکيبي در پرليت به دو صورت آب مولکولي (ذره‏اي) و آب هيدروکسيل مي‏باشد که براي پرليت‏هاي منابع مختلف نسبت اين دو نوع آب متفاوت است. بسته به ميزان نفوذ يا تأثير آب‏گيري اُبسيدين ترکيب پرليت حاصله متفاوت خواهد بود. به عبارت ديگر غلظت ماگماي مولد پرليت به مقدار قليايي‏بودن (مقدار Na, K) آن بستگي دارد.

آبي که در همه سنگ‏هاي پرليتي به‏صورت ترکيب يافت‏مي‏شود وابسته به آب ماگمايي يا آب اوليه (عامل انفجار در آتشفشان‏ها) و بخشي نيز وابسته به آب جوي (تأمين‏کننده آب‏گيري ثانويه) است. در نتيجه آزمايش‏هايي بر اساس اندازه‏گيري نسبت‏هاي ايزوتوپي ، مشخص شده است که سهم بزرگي از آب پرليت منشأ جوي دارد. از اين‏رو چنين نتيجه‏گيري‏مي‏شود که پرليت محصول دگرساني هيدروترمالي ريوليت است که با جذب آب پس از پيدايش ماگما، ساخته‏مي‏شود ]6[.

در ترکيب پرليت علاوه بر اُبسيدين گونه‏هاي انبساط‏ناپذيري چون کوارتز، فلدسپات، بيوتيت، مگنتيت و ديگر کاني‏هاي فرعي نيز يافت‏مي‏شود. ترکيب اکسيدي پرليت عموماً شامل  75-70% SiO₂ و 20-10% Al₂O₃ و بقيه اکسيدهاي Na₂O، K₂O،CaO  وغيره هستند ]11[. در تركيب پرليت به مقدار ناچيز از كاني آمفيبول و ديگر كاني‏هاي سرطان‏زا يافت‏نمي‏شود ]16[ و تنها گرد پرليت‏خام و منبسط باعث تحريك و سوزش چشم‏ها مي‏شود كه لزوم استفاده از عينك‏هاي ايمني در معادن و كارخانجات را نشان‏مي‏دهد ]6[.

 فن‏آوري تهيه پرليت منبسط:

ويژگي منحصر بفرد پرليت نسبت به ديگر شيشه‏هاي آتشفشاني، منبسط‏شدن در اثر گرم‏‏شدن ناگهاني تا دماي مناسب و افزايش حجم 20-4 برابر حجم اوليه خود است. ترکيب حاصل از اين فرايند وزن‏مخصوص کمتري نسبت به ترکيب خام دارد ]17[. درواقع خارج‏‏شدن آب موجود در سنگ پرليت، که در اثر تغيير سريع درجه حرارت از ^oC1200-860 رخ‏مي‏دهد، باعث انبساط سريع سنگ و افزايش حجم آن مي‏شود و توليد ماده‏اي توخالي با دانسيته توده‏اي پايين را باعث‏مي‏شود ]6[.

در واقع اين انبساط با تشکيل حباب‏هاي ريز بي‏شماري در ذرات شيشه‏هاي نرم‏شده با حالت خميري شبيه ذرت بوداده همراه است که خواص فيزيکي منحصر بفردي را به پرليت پف‏کرده‏، مي‏بخشد ]17[.

فرايند منبسط ‏شدن يکسويه و برگشت‏ناپذير است و ميزان بازدهي آن به نوع و ترکيب شيميايي پرليت خام اوليه بستگي دارد و ميزان انبساط‏پذيري آن با مقدار آب موجود در آن نسبت مستقيم دارد. در اثر انبساط، دانسيته پرليت از kg/m³ 1440 به حدود kg/m³ 128-32 تنزل‏مي‏کند و رنگ آن سفيد تا خاکستري روشن‏مي‏شود ]11[.

از مهم‏ترين ويژگي‏هاي پرليت منبسط، سبکي وزن، سطخ خارجي زياد، عايق‏بودن صوتي و حرارتي، پايداري در برابر مواد شيميايي و مقاومت بالا در برابر آتش را مي‏توان ذکرنمود ]18[.

 

پرليت در ايران:

در ايران نيز از سال 1350 در جنوب‏غربي فردوس دکتر افتخار‏نژاد لايه‏اي گسترده از پرليت را کشف‏نمود. با بررسي‏هاي زمين‏شناسي در ناحيه ميانه باز به معادن بزرگي از پرليت دسترسي پيدا شد.

سال 1355 در نخستين پژوهش سازمان‏يافته توسط کارشناسان زمين‏شناسي کشور در ناحيه غرب جاده
ميانه- تبريز، در ناحيه سفيدخانه در 46 کيلومتري شمال‏غربي ميانه و نواحي اطراف آبادي طارم و ناحيه آبک در غرب شهرستان ميانه به معادن غني از پرليت دست پيدا نمودند. همراه‏بودن پرليت کشف‏شده در ايران با زئوليت و آلونيت و کائولينيت (بويژه در ناحيه آذربايجان) وابستگي پرليت‏ها را با سنگ‏هاي آتشفشاني دوره سوم و دگرساني آنها نشان مي‏دهد. ميزان ذخيره پرليت کشف‏شده در مناظق گوناگون ايران به بيش از 250 ميليون تن مي‏رسد، که بيشترين حجم انباشتگي‏ها در منطقه ميانه جاي دارد.در اين راستا مي‏توان نواحي ساري- قميش، شيرين‏بولاغ، عجمي، اشلق‏چاي، آبک و سفيدخانه را نام برد ]19[.

برطبق گزارشي در سال 2000 از معدن پرليت ميانه- تبريز بالغ بر 7000 تن پرليت استخراج و غالباً صادرشده است. افزايش ميزان بهره‏برداري از معادن پرليت داخلي در طول سال‏هاي 2000-1990 در جدول 3 آورده‏مي‏شود ]20[.

جدول3:  ميزان بهره‏برداري از معادن پرليت داخلي در طول سال‏هاي 2000-1990

كاربردهاي پرليت خام و منبسط:

پرليت به‏دليل داشتن خواص منحصر بفرد، كاربردهاي متعددي دارد كه مي‏توان در سه گروه مختلف مورد ارزيابي قرار داد:

1- كاربردهاي ساختماني:

-تهيه قطعات بتوني سبك و پيش‏ساخته ديرگداز

- عايق‏بندي صدا و حرارت ]16[

- تهيه سراميك كم‏وزن، گچ و نماسازي ساختمان ]13، 18 و 16[

- حفاري چاه‏هاي نفت ]16[.

 

‏‏‏‏‏‏‏2- كاربردهاي كشاورزي:

-تأمين‏كننده رطوبت موردنياز گياهان و به‏كارگيري در كاشت گياهان ريشه‏دار

- گل‏كاري و درخت‏كاري در مناطق بياباني ]16[

- تهيه كودهاي كشاورزي

- حامل حشره‏كش‏ها و علف‏كش‏ها ]15 و 19[.

 

3- كاربردهاي صنعتي:

-كمك‏فيلتر در صنايع غذايي، شيميايي و دارويي به‏ويژه صنايع آب‏ميوه‏گيري، تصفيه شكر و روغن

- جاذب گونه‏هاي مختلف موجود در پساب صنايع چون يون كادميم ]23[، مس ]24[، متيلن‏بلو ]25[ و a- پينن ]26[

- پركننده بي‏اثر در صنايع رنگ، شوينده، لاستيك‏سازي و كاغذسازي ]15[

- تهيه بستر كروماتوگرافي لايه نازك (TLC) ]27[ و كروماتوگرافي فاز معكوس ]28[

- كمك غذاي حيوانات (دام و طيور)

- منبع تأمين‏كننده سيليس (و در برخي موارد آلومينيم) مورد نياز جهت سنتز مواد بلوريني چون سيليكاژل و زئوليت‏ها

 

 

مراجع

كريم‏پور، م.ح. كاني‏ها و سنگ‏هاي صنعتي، انتشارات جاويد، 1377، 60. [1]

[2] Burriesci, N.; Arcoraci, C.; Antonucci, P. ( 1985) Physico-chemical characterization of perlite of various origins, Materials Letters, 3(3): 103

[3] http://www.hydromall.com

[4] http://www.Perlite.info/hbk/0031443.html

[5] http://www.basinperlite.com

[6] Kadey, F. L. In: Lefond, S. J., (1983) Industrial Minerals and Rocks, 5^th. Eds., American Institue of Mining, Metallurtical, and Petroleum Engineers (AIME), New York, 997.

[7] http://Minerals.usgs.gov/Minerals/pubs/commodity/perlite/520302.pdf