زیرکن (Zircon)
زیرکن یک کانی معدنی سیلیکات زیرکنیوم با ترکیب شیمیایی ZrSiO4 و ساختار بلوری چهاروجهی (تتراگونال) است. در سراسر جهان به عنوان عنصر تشکیل دهنده بسیار جزئی در سنگهای آذرین ، دگرگونی و رسوبی رایج است. زیرکن تقریباً 2000 سال است که به عنوان سنگ زنیتی محبوب مورد استفاده قرار گرفته است.
زیرکن در طیف گسترده ای از رنگ ها رخ می دهد و در انواع رنگهای خوش‌رنگ میتوانید آنها را بیابید. بیشتر نمونه‌های طبیعی زرد ، قرمز یا قهوه ای هستند. از حرارت‌دهی و تابش می توان برای تولید رنگ های بی رنگ ، آبی ، سبز و بسیاری دیگر از زیرکن ها استفاده کرد. آبی محبوب ترین رنگ زیرکن است. حدود 80٪ زیرکن های فروخته شده امروز آبی هستند.
زیرکن دارای درخشندگی و بازی آتش است که رقیب آن الماس میباشد. زیرکن بی رنگ گاهی به عنوان جایگزین کم هزینه برای شبهه الماس استفاده می شود. زیرکن را نباید با کوبیک زیرکونیا، که یک ماده ساخته شده توسط بشر است ، اشتباه گرفت. این سنگ در بیشتر خاکها و رسوبات آواری موجود است. رسوبات استخراج شده غنی حاوی این سنگ و زیرکن بازیابی شده برای تولید فلز زیرکنیوم و دی اکسید زیرکنیوم استفاده می شود. اینها در طیف گسترده ای از محصولات تولیدی و فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند.
مشخصات فیزیکی سنگ زیرکن
| جدول خصوصیات سنگ زیرکن | |
|---|---|
| ترکیب شیمیایی | ZrSiO4 |
| سیستم کریستالی | تتراگونال |
| رنگ |
قهوه ای مایل به قرمز ، زرد ، سبز ، آبی ، خاکستری ، بی رنگ؛ در بخش نازک ، قهوه ای بی رنگ و کم رنگ
|
| رنگ خاکه | سفید |
| شفافیت | شفاف تا مات |
| رخ | ناقص |
| شکستگی | ناهموار و صدفی |
| جلا | شیشه ای، روغنی تا الماس‌گونه |
| ضریب شکست نور | nω = 1.925 – 1.961 nε = 1.980 – 2.015 |
| شکست دوگانه | 0.0557 |
| سختی موس | 7.5 |
| وزن مخصوص | 4.7–4.6 |
| فلورسانس | بسیاری از زیرکن ها فلورسنت هستند ، اما بعضی از آنها (عمدتا متامایکت) نیستند. زیرکن فلورسنت در موج کوتاه ، از شدت مبهم تا روشن ، سایه هایی از زرد ، طلایی-زرد و زرد-قهوه ای را نشان می دهد |
زیرکن در چه سنگهایی یافت میشود
زیرکن یک کانی فرعی اولیه در بیشتر سنگهای گرانیتی است. همچنین در گنیس و سایر سنگهای مشتق شده از دگرگونی سنگهای آذرین حاوی زیرکن وجود دارد. بلورهای آن به طور گسترده ای در بین سنگهای سطح زمین توزیع شده که می توان آن را یک کانی معدنی همه جا حاظر در نظر گرفت. با این حال ، به دلیل اندازه ذرات بسیار کوچک آن، معمولاً در سنگها و رسوبات مورد توجه قرار نمی گیرد. دانه های زیرکن با اندازه چند میلی متر نادر است – آنها معمولاً در رنج اندازه 0.1–0.3 میلی متر هستند. این یکی از رایج ترین اما قابل اغماض‌ترین کانی های زمین است!
زیرکن در برابر تغییرات شیمیایی و سایش بسیار مقاوم است. هنگامی که مجموعه سنگهای حاوی زیرکن هوازده شده و رسوبات آنها شسته شوند ، تعداد حجیمی از بلورهای زیرکن ریز پراکنده می شوند. اینها می توانند در خاک ها ، رسوبات و صخره های رسوبی برای میلیون ها سال – حتی میلیارد ها سال – باقی بمانند. آنها می توانند در چندین چرخه بالاآمدگی ، هوازدگی ، فرسایش و رسوب گذاری جان سالم بدر ببرند.
برخی از بزرگترین بلورهای زیرکن در پگماتیتها ، سنگهای آذرین کربناتی معروف به کربناتیت‌ها و در سنگهای آهکی تغییر یافته توسط دگرگونی هیدروترمال تشکیل می شوند. این نمونه های بزرگ گاهی از پاکی بالایی برخوردار بوده و برای استفاده به عنوان سنگهای قیمتی مناسب است.
نحوه استخراج
زیرکن بیش از 2000 سال است که از جریان‌های گراولی (ماسه های) استخراج میشود. این استخراج اولیه عمدتا برای به دست آوردن کریستالهای زیبا از نوع گوهری بود. امروزاین بلورها اغلب با معدنکاری یا لایروبی کردن رسوبات غنی از زیرکن تولید می شود. این رسوبات می توانند در کانسارهای ساحلی ، کرانه‌های دریا (ليتورال) یا آبرفتی باشند.
زیرکن دارای وزن مخصوص 4.6 تا 4.7 است که این مقدار بسیار بیشتر از دانه‌های رسوبات آواری معمولی است که بین 2.6 و 2.8 است. این اختلاف وزن مخصوص ویژه اجازه می دهد تا دانه های زیرکن با جداسازی مکانیکی از رسوبات بازیافت شود. روش های ویژه جداسازی وزن‌مخصوص امکان بازیافت آن و سایر مواد معدنی سنگین را از سنگ معدن حتی در درصد‌های کم نیز هم فراهم می کند. این سنگ معمولاً در عملیات استخراج معادن ایلمنیت و روتایل برای تیتانیوم به صورت محصول جانبی استخراج می شوند.
معادن زیرکن درجهان
زیرکن درجه صنعتی از بسیاری از مناطق جهان از ذخایر زمینی و دریایی با منشاء آبرفتی استخراج می شود. در ایالات متحده ، این سنگ در ویرجینیا ، جورجیا ، کارولینای شمالی و فلوریدا استخراج می شود. استرالیا ، آفریقای جنوبی ، چین ، اندونزی ، موزامبیک ، هند ، اوکراین ، سریلانکا ، ماداگاسکار ، برزیل ، کنیا و چندین کشور دیگر تولیدکننده مهمی در سال 2014 بودند. این ذخایر آبرفتی عمدتا شامل دانه های زیر میلی متر زیرکن است که از هوازدگی گرانیت حاصل می شود.
زیرکن باکیفیت گوهری صدها سال از رسوبات آبرفتی در سریلانکا ، کامبوج ، میانمار و ویتنام تولید شده است. ذخایر اخیر آنها در استرالیا ، نیجریه و ماداگاسکار است. سنگهای استخراج شده برای زرگون با کیفیت گوهری باید دارای بلورهایی با اندازه حداقل چند میلی متر با پاکی خوبی باشند. آنها معمولاً از هوازدگی سنگهای کربناتی و سایر انواع سنگهای مرتبط با فعالیت گرمابی حاصل می شوند. برخی از بهترین بلورهای زیرکن با گرید کیفیت بالا مستقیماً از حفره های پگماتیت استخراج می شوند.
کاربردهای صنعتی
ماسه زیرکن ضریب انبساط پایینی دارد و در دماهای بالا بسیار پایدار است. در ریخته گری عنوان ماده نسوز استفاده می شود. یکی از رایج ترین کاربردهای آن در تولید سرامیک است. دی اکسید زیرکنیوم (زیرکونیا) با گرم کردن ماسه زیرکن تا دمای کافی بالا برای تجزیه مولکول آن تولید می شود. به صورت پودر ، دی اکسید زیرکنیوم به رنگ سفید روشن ، بسیار بازتابی و از نظر حرارتی پایدار است.
از آن به عنوان سفید کننده و رنگدانه در لعابها و رنگیزه مورد استفاده در سرامیک و سفال استفاده می شود. زیرکونیای تثبیت شده با ایترایا برای تولید کوبیک زیرکونیا ، اجزای فیبر نوری ، پوشش های نسوز ، سرامیک ، دندان مصنوعی و سایر محصولات دندانپزشکی استفاده می شود.
زیرکن بعنوان سنگ معدن اصلی فلز زیرکنیوم است. زیرکنیوم در انواع فلزاتی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به مقاومت در برابر گرما و خوردگی دارند. از آن برای ساخت آلیاژهای با کارایی بالا ، فولاد مخصوص ، رشته های لامپ ، چاشنی‌های انفجاری ، تجهیزات رایانه ای و بسیاری از قطعات الکترونیکی استفاده می شود.
فروپاشی رادیواکتیو zircon
بسیاری از بلورهای زیرکن حاوی مقدار کمی از اورانیوم و توریم هستند. این عناصر رادیواکتیو در زمان تبلور درون این سنگ گنجانیده شده‌اند. آنها با نسبت ثابت به واپاشی محصولات خود تبدیل می شوند. از نسبت مواد والد به محصولات فرزند می‌توان برای تخمین زمان تبلورسازی استفاده کرد. با استفاده از این روش ، بلورهای زیرکن از قدیمی ترین دانه های معدنی جهان هستند که در استرالیا نمونه هایی یافت شده که تخمین زده می شود حدود 4/4 میلیارد سال قدمت داشته باشند.
هنگامی که عناصر رادیواکتیو در بلورهای زیرکن یا مواد اطراف آن فروپاشی می کنند ، تشعشع ساطع می شود. بلور زیرکن در اثر این پرتوی آسیب می بیند. بعضی از بلورها در اثر قرار گرفتن در معرض این پرتو جوری آسیب دیده اند که دیگر پاکی و ویژگی های اپتیکی یک سنگ قیمتی جذاب را ندارند. به همین دلیل است که برخی از زیرکن‌ها برای استفاده به عنوان یک گوهر مناسب نیست.
تشخیص سنگ زیرکن از الماس
زیرکن بیش از 2000 سال است که به عنوان سنگی قیمتی مورد استفاده قرار می گیرد. پراکندگی نور و ضریب انعکاس بسیار بالای زیرکن ، آن را درخشش و بازی آتشی می بخشد که رقیبی برای الماس می شود. به همین دلیل ، نوع بی‌رنگ با تراش بریانی آن به عنوان یک جایگزین محبوب و کلاهبردار برای الماس استفاده شده است.
متخصصان گوهرشناسی و بسیاری از جواهرفروشان حرفه‌ای با بررسی سریع می توانند زیرکن را از الماس متمایز کنند. برای انجام این کار ، آنها با یک لوپ 10x از سمت فست پیشخوان و تمرکز بر محل اتصالات فست پاویلیون به درون سنگ نگاه میکنند. اتصالات فست پاویلیون (قسمت زیرین کمربند) در اثر انکسار دوگانه نور، زیرکن به صورت دوتایی (دو بینی) دیده میشود. این درحالی است که الماس دارای ویژگی تک انکساری است و انعکاس نور دوتایی دیده نمیشود. از همین آزمایش می توان برای تفکیک “زیرکن” از “کوبیک زیرکونیا” استفاده کرد زیرا کوبیک زیرکونیا خاصیت دو شکستگی نور را ندارد
اگرچه به اندازه الماس بادوام نیست ، اما زیرکن از نظر دوام فیزیکی خوبی برخوردار است. دارای سختی 6 تا 7.5 و رخ ناقص است. این ویژگیها باعث می شود آن را برای بیشتر برای استفاده در هر نوع جواهری مناسب باشد. بعضی از زیرکن ها ، به ویژه آنهایی که تحت حرارت دهی قرار گرفته اند می توانند شکننده باشند. لبه های فست این نوع جواهرات میتواند حساس به لب‌پریدگی و خوردگی باشند.
نکته مهم در نگهداری
بیشتر زیرکن های آبی که امروزه در جواهرات فروخته می شوند با استفاده از حرارت‌دهی زیرکن‌های قهوه ای (بخصوص یافت شده در استرالیا) در اتمسفر کاهشی و دمای 900 تا 1000 درجه سانتیگراد تولید می شوند. برخی از افراد با قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش در تختهای برنزه یا زیر لامپهای UV که برای درمان چسبهای ناخن آکریلیک استفاده می شود ، به این زیرکنونهای آبی آسیب میرسانند.
رنگ آبی آنها تنها با چند دقیقه قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش می تواند به قهوه ای تغییر یابد. رنگ برخی از این گوهرها با قرار گرفتن در معرض نور لامپ رشته ای کم وات احیا شده است. برای جلوگیری از صدمه زدن به رنگ این گوهر زیبا ، جواهرات را در سالن برنزه کردن و ناخن ها از خود جدا کنید.
زیرکن ، زیرکنیوم ، زیرکونیا و کوبیک زیرکونیا
شاید این کلمات مقداری گیج کننده بنظر بیایند. زیرکنیوم ، زیرکونیا و کوبیک زیرکونیا همگی از زیرکن مورد استفاده در صنعت تولید می شوند. تعاریف آنها به ترتیب عبارت‌انداز:
- زیرکن یک کانی معدنی طبیعی است که دارای ترکیب شیمیایی ZrSiO4 است.
- زیرکنیوم یک فلز سفید نقره ای و یک عنصر شیمیایی است. دارای عدد اتمی 40 و نماد اتمی Zr است.
- زیرکونیا اکسید بلورین سفید زیرکنیوم با ترکیب شیمیایی ZrO2 است. یک فرم ZrO2 که به طور طبیعی اتفاق می افتد اما نادر است ، کانی بدلئيت نام دارد.
- کوبیک زیرکونیا یک سنگ سنتتیک با ظاهری بسیار شبیه الماس است.قیمت این محصول فقط چند دهم قیمت الماس به فروش می رسد و از لحاظ تاریخی متداول ترین شبه الماس میباشد.
تفاوت زیرکن و کوبیک زیرکونیا
زیرکن و کوبیک‌زیرکونیا (CZ) دو سنگ بسیار متفاوت و از نظر شیمیایی ، اپتیکی و ساختاری هیچ شباهتی با یکدیگر ندارند. زیرکن قدیمی ترین کانی معدنی است که روی زمین یافت می شود. کوبیک زیرکونیا ، در مقایسه با آن ، کودکی در دنیای سنگها است. سنگ کوبیک زیرکونیا طبیعی فقط در دهه 1930 کشف شد. با این حال ، از آنجا که CZ طبیعی بسیار نادر است ، دانشمندان شروع به کار بر روی سنتز آن کردند.
تا دهه 1970 بود که روند ساخت CZ سنتتیک کامل و تولید تجاری از سال 1976 آغاز شد. در حالی که هدف اصلی استفاده از این سنگ برای مصارف مختلف صنعتی بود ، مشخص بود که CZ پتانسیل جواهرات بسیار خوبی دارد. در حالی که زیرکن از سیلیکات زیرکنیوم ساخته شده، کوبیک زیرکونیا از اکسید زیرکنیوم ساخته شده است. اینجاست که این دو سنگ نام مشترک خود را کسب می کنند ، با این حال ، این دو کاملا متفاوت هستند.
تفاوت سختی و دوام زیرکن با کوبیک زیرکونیا
کوبیک‌زیرکونیا (CZ) دارای سختی 8 تا 8.5 در مقیاس موهس است و به راحتی خراش برنمیدارد. همین سختی و جلای بالا آن را بسیار شبیه الماس ولی با قیمتی ناچیز میکند. در مقابل زیرکن دارای سختی 6 تا 7.5 است و بنابراین سنگی نرم‌تر و حساس تر نسبت به CZ میباشد تا آنجا که نور UV خورشید نیز میتواند رنگ آن را کمرنگ کند.
تفاوت رنگ زیرکن با کوبیک‌زیرکونیا
زیرکن در طیف وسیعی از رنگ ها یافت می شود که محبوب ترین آنها آبی ، صورتی و زرد است. زیرکن بی رنگ خالص ترین شکل آن است ، اما کم ارزش ترین نوع آن محسوب می شود. زیرکن سبز بسیار با ارزش و بسیار پرطرفدار است ، اما همچنین بسیار نادر است. برخی از سنگ های زیرکن می توانند خاصیت چندرنگ‌نمایی را نشان دهند (یعنی رنگهای مختلفی را در زوایای مختلف نشان میدهند).
زیرکن رنگ خود را از طریق وجود عناصر کمیاب در هنگام شکل گیری دریافت می کند. جالب اینکه برخی از عناصر رادیواکتیو هستند! با این حال ، آنها برای استفاده در جواهرات بهسازی و ایمن شده و به نظر نمی رسد مضر باشند.
از آنجا که کوبیک زیرکونیا به صورت آزمایشی ساخته شده است ، تولید کنندگان قادر به کنترل محصول نهایی تا حد زیادی هستند. CZ تقریباً همیشه بی رنگ، برای شبیه شدن به درجه رنگ الماس D ایجاد می شود. گاهی اوقات ، تولید کنندگان کوبیک‌زیرکونیا رنگی نیز ایجاد می کنند. CZ صورتی رنگ که با نام تجاری یخ صورتی نیز شناخته می شود ، در صنعت جواهرات بسیار محبوب است. سایر رنگهای رایج CZ شامل سبز ، سیاه ، آبی ، نارنجی و قرمز است.
