Μετασχηματισμοί Ορυκτών σε Πυραχίλους Πλούσιους σε Αλουμίνιο

Επί του παρόντος, οι πλούσιες σε αλουμίνιο άργιλοι με καολινίτη και/ή πυροφυλλίτη είναι οι πιο σημαντικές πρώτες ύλες στα πυρίμαχα κεραμικά και για την κατασκευή υψηλής ποιότητας πέτρινων και κεραμικών οδοστρωμάτων. Για αυτόν τον λόγο, ο προσδιορισμός των μετασχηματισμών ορυκτών που λαμβάνουν χώρα σε αυτούς τους άργιλους κατά τη διάρκεια μιας κεραμικής διαδικασίας έχει μεγάλο ενδιαφέρον.

Για τη διεξαγωγή μιας μελέτης σχετικά με αυτούς τους μετασχηματισμούς ορυκτών και υφής, επιλέχθηκαν τρία δείγματα από σχιστόλιθο στην οροσειρά της Ιβηρικής (ΒΑ Ισπανία). Αυτά τα υλικά ανήκουν στη Σιλουριανή Περίοδο:Ανώτερο Αερονικό έως Κάτω Λουντφορδιανό (440-423 μυρ).

Πώς πραγματοποιήθηκε η μελέτη;

Λαμβάνοντας το κλάσμα κάτω των 400 μm των αλεσμένων δειγμάτων, οι κύλινδροι κατασκευάστηκαν με συμπίεση. Στη συνέχεια, αυτοί οι κύλινδροι πυροδοτήθηκαν σε διαφορετικές θερμοκρασίες από 800ºC έως 1300ºC υπό οξειδωτικές συνθήκες όπου η αύξηση της θερμοκρασίας ήταν 200ºC/h και η μέγιστη θερμοκρασία διατηρήθηκε για 2 ώρες.

Μόλις πυροδοτήθηκαν όλοι οι κύλινδροι, μελετήθηκαν με περίθλαση ακτίνων Χ. Αρχικά, διεξήχθη μια ποιοτική μελέτη για τον προσδιορισμό των ορυκτών φάσεων που υπάρχουν στα δείγματα σε κάθε θερμοκρασία και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ποσοτικός προσδιορισμός ορυκτών αυτών των φάσεων χρησιμοποιώντας τιμές Αναλογίας Έντασης Αναφοράς σε σχέση με το κορούνδιο. Μετά τον προσδιορισμό του ποσοστού των διαφορετικών ανόργανων φάσεων, η αναλογία της υαλοειδούς φάσης προσδιορίστηκε με διαφορά (έως 100%).

Αργότερα, τα δείγματα αναλύθηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης εκπομπής πεδίου και ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης. Αυτές οι τεχνικές μας επέτρεψαν να αναγνωρίσουμε τους μετασχηματισμούς ορυκτών με πολύ υψηλότερη ανάλυση από το οπτικό μικροσκόπιο.

Τι δείχνει αυτή η μελέτη;

Η μελέτη αποκαλύπτει σημαντικούς μετασχηματισμούς ορυκτών με αύξηση της θερμοκρασίας στις μελετώμενες πυροχαγιές.

Η ορυκτολογική ποιοτική μελέτη δείχνει ότι τα τρία δείγματα σχηματίζονται αρχικά από πυριτικά άλατα όπως ο ιλίτης, ο πυροφυλλίτης, ο καολινίτης, ο χαλαζίας και η ορθοκλάση. Τα μοτίβα τους και η ποσοτικοποίηση των ορυκτών σε διαφορετικές θερμοκρασίες δείχνουν ότι παρόμοιοι μετασχηματισμοί ορυκτών συμβαίνουν με την αύξηση της θερμοκρασίας στα τρία δείγματα που μελετήθηκαν.

	Ποσοτικοποίηση ορυκτών σε διαφορετικές θερμοκρασίες
% ορυκτή φάση	Ακατέργαστος πηλός	800ºC	900ºC	1000ºC	1100ºC	1200ºC	1300ºC
καολινίτης	6	0	0	0	0	0	0
Πυροφυλλίτης	17	9	6	3	0	0	0
Illite	52	55	33	13	0	0	0
Orthoclase	5	6	5	4	0	0	0
αιματίτης	0	0	2	3	5	2	3
Mullite	0	0	0	18	33	22	31
Χαλαζίας	12	18	11	12	9	4	2
Οργανική ύλη/υαλώδης φάση	8	12	43	47	53	72	64

Όπως δείχνει ο παραπάνω πίνακας, με την αύξηση της θερμοκρασίας, όλες οι ορυκτές φάσεις αποσταθεροποιήθηκαν. Η οργανική ύλη εξαφανίστηκε με τη διαδικασία του ψησίματος και οι άργιλοι δεν ανιχνεύθηκαν από τους 1000ºC. Επιπλέον, παρά το γεγονός ότι η ορθοκλάση και ο χαλαζίας παρέμειναν μέχρι τους 1300ºC, αποσταθεροποιήθηκαν με τη θερμοκρασία. Από την άλλη πλευρά, νέες ορυκτές φάσεις, όπως ο αιματίτης από τους 900ºC και ο μουλλίτης από τους 1100ºC, κρυσταλλώθηκαν και μια υαλώδης φάση σχηματίστηκε επίσης από τους 1000ºC λόγω της αποσταθεροποίησης όλων των φάσεων που υπάρχουν στο ακατέργαστο δείγμα κατά τη διάρκεια της ψησίματος.

Τα αποτελέσματα της μικροσκοπίας δείχνουν ότι η ορυκτολογία απλοποιείται και η υφή των δειγμάτων είναι πιο ομοιογενής όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Επιπλέον, οι εικόνες σύνθεσης επιτρέπουν την παρατήρηση κρυστάλλων μουλλίτη που είναι βυθισμένοι στη φάση του υαλοειδούς, επομένως μπορεί να συναχθεί ότι κρυσταλλώνεται από αυτό.

Οι χημικές αναλύσεις του μουλλίτη δείχνουν ότι η σύνθεσή του δεν είναι στοιχειομετρική αφού παρουσιάζει χαμηλότερη περιεκτικότητα σε Al (24%) και υψηλότερη περιεκτικότητα σε Si (22%) από τον θεωρητικό μουλλίτη (38%Al και 13,18%Si). Παρόλα αυτά, με την αύξηση της θερμοκρασίας όπτησης, η σύνθεσή του πλησιάζει περισσότερο τη θεωρητική. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τη διάχυση Al, η οποία αυξάνεται με τη θερμοκρασία και μπορεί να υποκαταστήσει το Si στη δομή του μουλλίτη.

Τέλος, η μελέτη δείχνει τη συνύπαρξη ορυκτών φάσεων που υπάρχουν στις ακατέργαστες άργιλους με αυτές που σχηματίστηκαν με τη διαδικασία της όπτησης. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τις ατελείς αντιδράσεις ορυκτών που λαμβάνουν χώρα λόγω της μικρής διάρκειας της κεραμικής διαδικασίας.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Μετασχηματισμοί ορυκτών και υφής σε αργίλους πλούσιους σε αλουμίνιο κατά την ψήσιμο κεραμικών, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Applied Clay Science. Αυτή η εργασία διεξήχθη από την Elisa Laita και Blanca Bauluz από το Universidad de Zaragoza.