دولومیت: سنگ دولومیت چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سنگ دولومیت چیست؟

سنگ دولومیت یک سنگ رسوبی کربناته است که بخش عمده آن را کانی دولومیت تشکیل می‌دهد . این سنگ اولین بار توسط زمین‌شناس فرانسوی، به عنوان یک سنگ متمایز از سنگ‌آهک شناخته شد و نام خود را نیز از وی گرفته است. دولومیت از نظر ترکیب شیمیایی یک کربنات مضاعف کلسیم و منیزیم است که نسبت این دو عنصر در ساختار آن تقریباً برابر است. به عبارت دیگر، دولومیت از مقادیر تقریباً مساوی کربنات کلسیم و کربنات منیزیم تشکیل شده و به همین دلیل به آن کربنات مضاعف گفته می‌شود. این سنگ معمولاً همراه با سنگ‌آهک و در محیط‌های رسوبی مشابه تشکیل می‌گردد، هرچند که نسبت به سنگ‌آهک در سنگ‌های جوان‌تر زمین‌شناسی کمیاب‌تر است. فرآیند شکل‌گیری دولومیت غالباً از دولومیتی شدن سنگ آهک حاصل می‌شود، بدین صورت که یون‌های منیزیم موجود در آب‌های زیرزمینی غنی از منیزیم، به درون بافت سنگ‌آهک نفوذ کرده و بخشی از کلسیم موجود در آن را جایگزین می‌کنند. نتیجه این واکنش شیمیایی، تبدیل تدریجی سنگ‌آهک به سنگ دولومیت است که ممکن است به صورت کامل یا جزئی رخ دهد و در حالت جزئی سنگ حاصل را سنگ‌آهک دولومیتی می‌نامند.

سنگ دولومیت چه از لحاظ ظاهری و چه از نظر برخی خواص فیزیکی، شباهت زیادی به سنگ آهک دارد. رنگ هر دو می‌تواند سفید، خاکستری تا کرم و حتی قهوه‌ای روشن باشد و در مواردی حضور رنگ‌های دیگری نظیر قرمز، سبز یا مشکی نیز ممکن است. سختی دولومیت اندکی بیش از سنگ آهک است؛ سختی موس کانی دولومیت بین 3.5 تا 4 بوده در حالی که سختی کلسیت (جزء اصلی سنگ آهک) حدود 3 است. هر دوی این سنگ‌ها در اسید کلریدریک رقیق واکنش نشان می‌دهند، با این تفاوت که کلسیت (سنگ آهک) در تماس با اسید سرد به شدت گاز CO_2 آزاد می‌کند (جوشش شدید نشان می‌دهد)، اما دولومیت در اسید سرد تنها جوشش بسیار خفیفی دارد و برای مشاهده واکنش واضح‌تر معمولاً اسید را گرم کرده یا سنگ را پودر می‌کنند. این ویژگی یکی از معیارهای میدانی برای تشخیص دولومیت از آهک است. دولومیت به دلیل وجود منیزیم در ساختار خود نسبت به سنگ‌آهک اندکی مقاوم‌تر بوده و در برابر هوازدگی و نیز در محیط‌های اسیدی ضعیف، نرخ انحلال کمتری از خود نشان می‌دهد. از همین رو در طبیعت دولومیت‌ها به صورت برجستگی‌های مقاوم‌تر در مقایسه با لایه‌های آهکی مشاهده می‌شوند و گاهی اشکال انحلالی خاصی (کارست) را ایجاد می‌کنند.

از منظر زمین‌شناسی، سنگ دولومیت بخش قابل توجهی از توالی‌های رسوبی را تشکیل می‌دهد.این سنگ در اغلب نقاط دنیا یافت می‌شود و از اجزای رایج بسیاری از واحدهای رسوبی به شمار می‌آید. لایه‌های عظیم دولومیتی با ضخامت ده‌ها متر در برش‌های زمین‌شناسی مشاهده شده‌اند. سنگ‌های حاوی دولومیت بسته به میزان خلوص، با نام‌های مختلفی خوانده می‌شوند که در ادامه به انواع آنها پرداخته خواهد شد. یکی از انواع فرآوری‌شده مهم این ماده نیز دولومیت کلسینه نام دارد که در ادامه بیشتر معرفی می‌گردد.

ویژگی‌ها و خواص فیزیکی و شیمیایی سنگ دولومیت

سنگ دولومیت از دیدگاه کانی‌شناسی عمدتاً از کانی دولومیت (کربنات کلسیم و منیزیم) شکل گرفته است. حضور همزمان کلسیم و منیزیم در ساختار بلوری آن باعث شده است که ترکیب دولومیت نسبت به کلسیت متفاوت باشد و خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود را داشته باشد. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های فیزیکی دولومیت، سختی آن است که همان‌طور که اشاره شد روی مقیاس موس حدود 4–3.5 می‌باشد، کمی سخت‌تر از کلسیت. وزن مخصوص (چگالی نسبی) دولومیت تقریباً 2.85 گرم بر سانتی‌متر مکعب ذکر شده است که اندکی بیش از چگالی کلسیت (حدود 2.71) است. رنگ دولومیت معمولاً سفید تا خاکستری مایل به کرم است، اما بسته به ناخالصی‌ها می‌تواند به رنگ‌های زرد، سبز یا سیاه نیز دیده شود. جلای بلورهای دولومیت شیشه‌ای تا مرواریدی است. دولومیت دارای سه جهت کلیواژ (رخ) کامل غیرقائم است، به این معنی که بلورهای آن تمایل دارند در سه جهت با زاویه مایل نسبت به هم شکسته شوند. این رخ مشخصه دولومیت بوده و آن را از بسیاری کانی‌های مشابه متمایز می‌کند.

یکی دیگر از ویژگی‌های شیمیایی مهم دولومیت، رفتار آن در برابر حرارت است. هنگامی که سنگ دولومیت به دمای بالا (حدود ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) حرارت داده شود، فرایند تجزیه حرارتی (کلسیناسیون) رخ می‌دهد که طی آن کربنات کلسیم و منیزیم موجود در دولومیت به اکسیدهای مربوطه تجزیه می‌شوند. در نتیجه این فرآیند، اکسید کلسیمو اکسید منیزیمحاصل می‌گردد که مجموعاً اصطلاحاً آهک دولومیتی یا دولومیت کلسینه نامیده می‌شوند.

از دیگر خصوصیات فیزیکی دولومیت می‌توان به مقاومت نسبتاً خوب آن در برابر سایش و هوازدگی اشاره کرد؛ به طوری که در محیط‌های طبیعی، لایه‌های دولومیتی دیرتر از لایه‌های آهکی فرسایش می‌یابند.

انواع سنگ دولومیت

سنگ‌های دولومیتی بر اساس میزان دولومیت موجود در ترکیب آنها و در مقایسه با کلسیت (آهک) به چند دسته تقسیم می‌شوند. دلیل چنین تقسیم‌بندی آن است که در طبیعت معمولاً سنگ‌ها به صورت خالص صد درصد دولومیت یا کلسیت نیستند، بلکه طیفی از مخلوط این دو کانی مشاهده می‌شود. بر همین اساس دسته‌بندی زیر را برای انواع سنگ‌های آهکی-دولومیتی به کار می‌برند:

سنگ آهک: سنگی است که تا ۱۰ درصد حاوی دولومیت باشد. بخش عمده این سنگ را کلسیت تشکیل می‌دهد و فقط مقادیر بسیار اندکی دولومیت در بافت آن وجود دارد.

سنگ‌آهک دولومیتی: سنگی است که حاوی حدود ۱۰ تا ۵۰ درصد دولومیت باشد. این سنگ در واقع یک سنگ‌آهک حاوی مقدار قابل توجهی کانی دولومیت است. هرچه درصد دولومیت بیشتر باشد، خواص سنگ به دولومیت نزدیک‌تر خواهد بود.

دولومیت کلسیتی : سنگی که ۵۰ تا ۹۰ درصد آن از دولومیت تشکیل شده و بقیه عمدتاً کلسیت است. به بیان دیگر این سنگ دولومیتی است که هنوز مقداری کلسیت در ترکیب خود دارد (دولومیت ناخالص).

دولومیت (خالص) یا دولوستون: سنگی که ۹۰ تا ۱۰۰ درصد ترکیب آن را دولومیت تشکیل دهد. این همان دولومیت خالص است که کلسیت بسیار ناچیزی (کمتر از ۱۰٪) دارد.

علاوه بر تقسیم‌بندی بر اساس میزان خلوص دولومیت، می‌توان انواع دولومیت را بر مبنای اندازه بلورها و شرایط تشکیل نیز طبقه‌بندی کرد. برای مثال دولومیت‌های ریزبلور که معمولاً حاصل رسوب مستقیم در محیط‌های تبخیری هستند، می‌توانند از دولومیت‌های درشت‌بلور (که بیشتر حاصل تبلور مجدد و فرآیندهای دگرسانی هستند) تفکیک شوند. نوع دیگری از تقسیم‌بندی بر اساس رنگ دولومیت است (مانند دولومیت سفید، صورتی، قهوه‌ای و غیره) که عمدتاً بازتاب‌دهنده ناخالصی‌های موجود در آن می‌باشد. با این حال، مهم‌ترین تمایز انواع سنگ دولومیتی همان درصد محتوای دولومیت در سنگ است که تعیین‌کننده بسیاری از خواص و کاربردهای آن است.

دولومیت کلسینه چیست و چگونه تولید می‌شود؟

دولومیت کلسینه محصول حرارت‌دهی سنگ دولومیت خام در کوره‌های مخصوص است. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد, دولومیت کلسینه از اکسید کلسیم و اکسید منیزیم تشکیل شده و زمانی به دست می‌آید که سنگ دولومیت در معرض حرارت بالا (۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) قرار بگیرد. فرآیند حرارت‌دهی و تجزیه کربنات‌ها به اکسیدها را اصطلاحاً کلسیناسیون می‌گویند. در عمل، سنگ دولومیت را در کوره‌های عمودی یا دوار تا دمای لازم گرم می‌کنند تا واکنش شیمیایی رخ دهد.

محصول این واکنش که همان دولومیت کلسینه است، بسته به شرایط فرآیند ممکن است به صورت پودری یا کلوخه (قطعات کلوخی) حاصل شود. دولومیت کلسینه شده معمولاً به رنگ سفید یا خاکستری روشن است و به دلیل داشتن آهک فعال، جاذب رطوبت می‌باشد؛ لذا پس از تولید باید در بسته‌بندی‌های مناسب نگهداری شود تا رطوبت هوا را جذب نکند .

تولید دولومیت کلسینه بسته به کاربرد نهایی می‌تواند به دو صورت انجام شود: کلسیناسیون سبک و کلسیناسیون سنگین. در کلسیناسیون سبک، حرارت‌دهی در محدوده دمایی نسبتاً پایین‌تر (مثلاً ۸۰۰–۹۰۰°C) و به مدت کمتر انجام می‌شود. این محصول که گاهی آهک دولومیتی سبک نامیده می‌شود، سطح ویژه بالاتری داشته و در صنایعی که به واکنش‌پذیری بالا نیاز است (مثل کشاورزی برای خنثی‌سازی اسید خاک) استفاده می‌شود. در مقابل، کلسیناسیون سنگین در دمای بالاتر (مثلاً ۱۱۰۰°C به بالا) و مدت زمان طولانی‌تر صورت می‌گیرد. این نوع دولومیت کلسینه بیشتر در صنایع نسوز (ساخت آجرهای دولومیتی برای پوشش داخلی کوره‌ها) به کار می‌رود.

به طور کلی، دولومیت کلسینه یکی از مهم‌ترین محصولات حاصل از دولومیت است که در صنایع مختلف به ویژه صنعت فولاد سازی نقش کلیدی دارد. در بخش‌های بعد به کاربردهای متنوع این ماده پرداخته خواهد شد، اما به طور خلاصه می‌توان گفت آهک دولومیتی، در تصفیه فولاد و تنظیم ترکیب سرباره کوره‌ها، اصلاح خاک‌های اسیدی و نیز در کنترل آلاینده‌های محیطی کاربرد گسترده‌ای دارد.

کاربردهای سنگ دولومیت در صنایع مختلف

سنگ دولومیت و محصولات حاصل از آن (از جمله دولومیت کلسینه) به دلیل خواص شیمیایی و فیزیکی ویژه، در طیف وسیعی از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه به مهم‌ترین کاربردهای دولومیت در صنایع مختلف اشاره می‌کنیم:

صنعت فولاد و آهن: یکی از بزرگ‌ترین موارد مصرف دولومیت کلسینه در صنایع فولادسازی است. از دولومیت کلسینه به عنوان مادۀ گدازآور  در کوره‌های ذوب آهن استفاده می‌شود تا ناخالصی‌های سیلیسی و فسفری را جذب کرده و به تشکیل سرباره مناسب کمک کند. همچنین آجرهای نسوز دولومیتی برای پوشش داخلی کوره‌های فولادسازی و سیمان استفاده می‌شوند، زیرا در دماهای بالا پایدار بوده و در برابر سرباره‌های قلیایی مقاومت دارند.

صنایع شیشه و سرامیک: دولومیت به عنوان منبع اکسید منیزیم و کلسیم در ترکیب برخی شیشه‌ها و لعاب‌های سرامیکی به کار می‌رود. افزودن دولومیت به ترکیب مواد اولیه شیشه، موجب بهبود مقاومت شیمیایی و کاهش دمای ذوب می‌شود. در صنایع کاشی و سرامیک نیز پودر دولومیت برای ایجاد برخی خواص لعاب و بدنه سرامیکی کاربرد دارد.

کشاورزی و اصلاح خاک: سنگ دولومیت پودر شده به عنوان ماده اصلاح‌کننده خاک‌های اسیدی استفاده می‌شود. آهک دولومیتی موجب می‌شود که ضمن افزایش pH خاک و کاهش اسیدیته، عنصر منیزیم نیز به خاک افزوده شود که برای رشد گیاهان ضروری است. دولومیت به شکل پودر در باغداری و کشاورزی برای اصلاح زمین‌هایی که کمبود منیزیم دارند یا بیش از حد اسیدی شده‌اند به کار می‌رود.

خوراک دام و طیور: پودر دولومیت به دلیل دارا بودن کلسیم و منیزیم، گاهی به عنوان یک مکمل معدنی در خوراک دام و طیور اضافه می‌شود. این ماده می‌تواند به استحکام استخوان‌ها و تامین مواد معدنی ضروری در جیره غذایی حیوانات کمک کند.

صنایع ساختمانی و راه‌سازی: دولومیت یکی از منابع مصالح سنگی (سنگ خرد شده) برای پروژه‌های ساختمانی است. از سنگ دولومیت به عنوان بالاست در زیرسازی راه‌آهن و مصالح پایه در ساخت جاده‌ها استفاده می‌شود. همچنین دولومیت به صورت لاشه سنگ در ساختمان‌سازی کاربرد دارد. در تولید سیمان نیز اگرچه معمولاً از سنگ آهک خالص استفاده می‌شود، اما حضور درصد معینی دولومیت (آهک دولومیتی) در مواد اولیه سیمان پرتلند تیپ خاص می‌تواند مجاز باشد.

صنایع شیمیایی و تولید منیزیم: دولومیت منبع مهمی برای تولید ترکیبات منیزیم و حتی استخراج منیزیم فلزی است. در فرایند تولید منیزیم به روش احیای حرارتی ، از دولومیت کلسینه به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. در این روش، دولومیت کلسینه با فروسیلیس واکنش داده و منیزیم فلزی آزاد می‌کند. همچنین ترکیباتی چون سولفات منیزیم و سایر نمک‌های منیزیم را می‌توان از واکنش دولومیت با اسیدها و مواد شیمیایی مناسب به دست آورد.

صنعت شیمیایی و محیط زیست: دولومیت در کنترل آلاینده‌ها نیز نقش دارد. به عنوان مثال در تصفیه آب و پساب، از بسترهای حاوی دولومیت برای حذف فلزات سنگین و تنظیم سختی آب استفاده می‌شود.

با توجه به کاربردهای فوق، روشن است که دولومیت یک ماده معدنی و سنگ صنعتی پراهمیت است که از ساخت فولاد گرفته تا پرورش گیاهان و از صنعت ساختمان تا حفاظت محیط زیست حضور دارد.

معادن و منابع دولومیت در ایران

ایران از نظر در اختیار داشتن ذخایر دولومیت، یکی از کشورهای غنی در جهان به شمار می‌آید. این ذخایر به صورت پراکنده در نقاط مختلف ایران دیده می‌شوند و در بسیاری از استان‌ها معادن فعال دولومیت وجود دارد. از استان‌های شاخص در تولید دولومیت می‌توان به همدان، کرمان، فارس، خوزستان، سمنان، تهران, قزوین، کرمانشاه، زنجان، آذربایجان غربی، سیستان و بلوچستان و اصفهان اشاره کرد که دارای معادن شناخته‌شده دولومیت هستند

فرآوری و بسته‌بندی سنگ دولومیت

پس از استخراج سنگ دولومیت از معدن، بسته به نوع مصرف نهایی، فرآوری‌های مختلفی روی آن انجام می‌گیرد. مرحله نخست معمولاً خردایش (سنگ‌شکنی) اولیه است که طی آن سنگ‌های بزرگ دولومیت به قطعات کوچکتر تبدیل می‌شوند. این کار با استفاده از سنگ‌شکن‌های فکی یا ضربه‌ای در محل معدن یا کارخانه انجام می‌شود. سپس در مرحله دوم خردایش ثانویه و دانه‌بندی صورت می‌گیرد تا قطعات دولومیت در اندازه‌های مورد نیاز (مثلاً ۰–۱۰ میلی‌متر، ۱۰–۳۰ میلی‌متر و غیره) تفکیک شوند. در این مرحله ممکن است از سرندهای لرزان و آسیاب‌ها برای دستیابی به دانه‌بندی دلخواه استفاده شود. برخی صنایع به دولومیت پودری (میکرونیزه) نیاز دارند که برای تولید آن سنگ دولومیت طی چند مرحله آسیاب به ذرات بسیار ریز (مثلاً زیر ۱۰۰ میکرون) تبدیل و سپس الک می‌شود.

در صورتی که خلوص شیمیایی دولومیت برای کاربرد مد نظر حائز اهمیت باشد (مثلاً برای صنایع شیشه و سرامیک که وجود آهن مضر است), ممکن است مرحله جداسازی ناخالصی‌ها نیز در فرآیند لحاظ شود. این کار می‌تواند شامل شستشو برای زدودن خاک و رس، استفاده از جداکننده‌های مغناطیسی برای حذف ذرات آهن‌دار و یا حتی فلوتاسیون برای جداسازی کلسیت اضافی باشد. محصول به دست آمده دولومیت با درجه خلوص بالا خواهد بود که آماده عرضه به بازارهای حساس‌تر است.

یکی از فرآیندهای مهم روی دولومیت، همان‌طور که گفته شد، کلسینه کردن است که منجر به تولید دولومیت کلسینه (آهک دولومیتی) می‌شود. این فرآوری معمولاً در کارخانه‌های آهک‌پزی مجهز به کوره‌های ویژه انجام می‌شود. دولومیت کلسینه ممکن است خود به صورت محصول نهایی به فروش برسد یا در فرآیندهای بعدی مورد استفاده قرار گیرد (مثلاً برای تولید منیزیم یا ساخت ترکیبات منیزیمی).

پس از طی مراحل خردایش، دانه‌بندی و فرآوری‌های احتمالی، نوبت به بسته‌بندی و حمل محصول می‌رسد. نحوه بسته‌بندی به شکل و اندازه محصول بستگی دارد:

سنگ دولومیت کلوخه و دانه‌ای (مثلاً سایزهای ۱۰–۵۰ میلی‌متر) معمولاً به صورت فله حمل می‌شود یا در موارد نیاز در کیسه‌های بزرگ یک تنی (جامبوبگ) بسته‌بندی می‌گردد. جامبوبگ‌ها از جنس پلی‌پروپیلن مقاوم بوده و برای صادرات یا حمل‌ونقل طولانی مناسب‌اند.

دولومیت پودری و میکرونیزه معمولاً در کیسه‌های ۲۵ یا ۵۰ کیلوگرمی بسته‌بندی می‌شود. این کیسه‌ها چندلایه و لمینت‌شده هستند تا از نفوذ رطوبت جلوگیری شود و طی انبارداری، پودر کیفیت خود را حفظ کند. برای مصارف عمده داخلی ممکن است پودر دولومیت به صورت فله در تانکرهای مخصوص حمل پودر نیز منتقل شود.

در مورد دولومیت کلسینه، به دلیل حساسیت آن به رطوبت، بسته‌بندی کاملاً ضدآب و ضد هوا لازم است. این محصول غالباً به صورت پودر در کیسه‌های دریچه‌دار ضد رطوبت یا در جامبوبگ‌های پوشش‌دار عرضه می‌شود. هر گونه تماس آهک دولومیتی با آب می‌تواند منجر به واکنش و از بین رفتن کیفیت آن شود.

پس از بسته‌بندی، برچسب‌گذاری محصولات انجام می‌شود که شامل مشخصات شیمیایی و ناخالصی‌ها، اندازه دانه‌بندی، نام معدن یا شرکت تولیدکننده و هشدارهای ایمنی لازم (مثلاً قلیایی بودن دولومیت کلسینه) است. سپس محصول برای توزیع به بازار داخلی یا صادرات آماده می‌شود. شایان ذکر است که صنایع مصرف‌کننده دولومیت (چه خام و چه کلسینه) معمولاً قراردادهای بلندمدت با معادن یا کارخانه‌های فرآوری منعقد می‌کنند تا از تامین مستمر ماده اولیه با کیفیت ثابت مطمئن باشند.

جمع‌بندی

دولومیت یک سنگ کربناته حاوی کلسیم و منیزیم است که به صورت گسترده در طبیعت یافت می‌شود و از دیرباز در ساخت و ساز و سایر فعالیت‌های بشری کاربرد داشته است. امروزه سنگ دولومیت و فراورده‌های آن یکی از مواد اولیه مهم در صنایع گوناگون محسوب می‌شوند؛ از تولید فولاد و شیشه گرفته تا کشاورزی و محیط زیست. به طور ویژه دولومیت کلسینه یا آهک دولومیتی نقشی کلیدی در صنایعی نظیر فولادسازی (تصفیه مذاب و پوشش نسوز کوره‌ها) ایفا می‌کند و نیز به عنوان منبع تأمین منیزیم شناخته می‌شود. در ایران معادن دولومیت پراکندگی وسیعی دارند و کشور ما از این جهت دارای منابع غنی و با ارزشی است. با فرآوری مناسب و بسته‌بندی استاندارد، سنگ دولومیت می‌تواند ضمن تأمین نیازهای داخلی، سهم فزاینده‌ای در بازارهای صادراتی مواد معدنی کسب کند. از این رو شناخت ویژگی‌ها، انواع و کاربردهای دولومیت برای فعالان صنعتی و معدنی و همچنین پژوهشگران علوم زمین از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.