مقدمه
استرانسیم به صورت كربنات، نیترات و كلرات کاربرد گسترده‌ای در صنعت تولید صفحه‌های نمایشگر و همچنین صنایع نظامی، تولید شیشه، استخراج نفت و گاز دارد. این عنصر در طبیعت عمدتاً به صورت دو كانی سلستین (سولفات استرانسیم) و استرونتیانیت (كربنات استرانسیم) در كانسار‌های رسوبی و یا گرمابی یافت می‌شود كه در این بین، سلستین كانی غالب در كانسار‌های رسوبی است.
اگر چه تنها كانی‌های اقتصادی استرانسیوم سلستیت و استرونسیانیت هستند، با این وجود كانی‌های شناخته شده استرانسیوم بیش از ۲۰ كانی است. از تولیدکنندگان این ماده معدنی می‌توان به مکزیک، اسپانیا، ترکیه، چین، استرالیا، آمریکا و آرژانتین اشاره کرد. در ایران نیز ذخایری از این کانی در سمنان، گرمسار، قم، گچساران و قطب زاگرس وجود دارد.
به گزارش وزارت صمت در سال۱۳۹۴ ذخیره موجود این ماده معدنی در دنیا بیش از ۶ میلیون تن برآورده شده و ۲ میلیون تن از این کانی در ایران وجود دارد اما به دلیل نبود فناوری و تجهیزات مورد نیاز تاکنون نسبت به تولید و فرآوری این عنصر اقدامی نشده و به صورت خام به دیگر کشور‌ها به خصوص چین صادر می‌شود. این درحالی‌است که با فرآوری و تولید کربنات استرانسیوم میزان ارزش افزوده حاصل از این کانی چندین برابر خواهد شد.
اغلب ذخایر سلستین در ایران از نوع رسوبی بوده و همراه با توالی‌های تبخیری سازند كند با سن ائوسن در البرز مركزی، سازند قم با سن الیگومیوسن در ایران مركزی و سازند آسماری به سن الیگومیوسن در زاگرس چین‌خورده واقع شده‌اند.
کاربرد و اهمیت سلستین
سلستین برای سال‌های زیادی در تولید لوله‌های پرتو کاتدی استفاده می‌شد، اما با پیشرفت‌های فناوری، مانند اختراع صفحه‌های پلاسما و ال سی دی، در این صنایع نیز به کار برده شد. با این وجود، بازار اصلی سلستیت هنوز عمدتاً در صنعت تلویزیون نهفته است.
موادی در صنعت آهنربای فریت وجود دارد که نیاز به استرانسیوم دارد و در صنعت رنگ نیز نیاز خاصی به آن وجود دارد. همچنین از این ماده برای حفاری در صنعت نفت و گاز همراه با باریت (باریت چیست) استفاده شده است.
از کاربردهای نیترات این محصول نیز می‌توان به ساخت گلوله‌های رسا و موشک‌های آتش‌زنه اشاره کرد. نمک استرانسیوم نیز از دیگر ترکیباتی است که امکان استفاده از آن برای ساخت برخی محصولات همچون شیشه‌های خاص به دلیل افزایش مقاومت شیمیایی و حرارتی شیشه وجود دارد. همچنین این کانی به عنوان یک عنصر ارزشمند برای تولید شیشه‌های خنثی و عاری از بور برای ساخت آمپول و شیشه‌های اپتیکی ویژه مورد استفاده قرار گرفته و می‌توان از آن در عملیات کمک ذوب برای لعاب‌های پوشش‌دهنده استفاده کرد.
یکی دیگر از مزایای سلستین این واقعیت است که استخراج آن تقریباً هیچ تأثیری بر محیط زیست ندارد. سلستین ماده خطرناکی نیست، بنابراین اثرات زیست محیطی آن صفر است. با وجود تغییرات در تقاضا برای سلستین، استخراج این ماده معدنی همچنان یک تجارت پرسود است.
یکی از مزایای شرکت‌های استخراج سلستیت این واقعیت است که فرآیند اکتشاف مستلزم حفاری بسیار کمتر و سرمایه‌گذاری بسیار کمتری نسبت به استخراج فلز است. استخراج سلستیت با اکتشاف سطحی آغاز می‌شود.
طبق گزارش سازمان زمین‌شناسی آمریکا در سال۲۰۲۰ کل ذخایر سلستین موجود در دنیا ۶ میلیون و ۸۰۰ هزار تن می‌باشد که در بین کشور‌های تولید‌کننده این ماده معدنی ایران نیز از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است.
در این میان و در حال حاضر کشور چین به عنوان یکی از بزرگ‌ترین دارندگان ذخیره استرانسیوم و تولیدکنندگان و خریداران سلستین، به نوعی تعیین‌کننده قیمت جهانی این ماده معدنی به حساب می‌آید. متأسفانه این ماده معدنی در ایران تنها به صورت خام فروخته می‌شود و تا کنون هیچ کارخانه فرآوری کامل برای این ماده معدنی احداث نشده است.
انواع کانسارهای استرانسیوم
کانسارهای آذرین استرانسیوم
اگر چه تا كنون هیچ گونه انباشته ماگماتیک (یا فوران آتشفشانی) استرانسیوم دار یافت نشده است ولی استرانسیوم را می‌توان به عنوان تولید جانبی از استخراج شماری از كانسار‌های آذرین به دست آورد، آپاتیت‌های آذرین و كانسار‌های كربناتیتی با درصد نسبتاً بالایی از اكسید‌های استرانسیوم (۱ تا ۲ درصد) از این جهت حائز اهمیت‌اند. در حین فرآوری این كانسار‌ها می‌توان استرانسیوم را همراه با دیگر تركیبات با ارزش همچون نیوبیوم، تیتانیوم و تانتانیوم از مذاب‌های كلریدی استخراج نمود.
کانسارهای گرمابی استرانسیوم
انباشته‌های هیدروترمال استرانسیوم به طور معمول از كانی سلستین تشكیل شده‌اند، در ذخایر هیدروترمال كانسار سیرا موجدا مكزیكو، كانسار سالم كنتاكی امریكا و فیدالگو ایسلند، كانی استرانسیوم به وجود آمده سلستین است كه با فلوریت، باریت، كلسیت، سولفید‌های سرب و روی و استرونتیانیت همراه است كه درهنگام استخراج، كانی‌های استرانسیوم در واقع بیشتر یك محصول فرعی به شمار می‌روند. یكی از كانسار‌های مهم این دسته، كانسار سلستین جنوب مغولستان است كه همراه با كانسار كمپلكس آپاتیت – منتیت در سنگ‌های آتشفشانی پتاسیك تشكیل شده است.
کانسارهای تراوشی استرانسیوم
این ذخایر با فرآیند‌های مشابه مرحله اپی‌ژنتیک گسترش و توسعه می‌یابند، آب‌های ذخایر نفتی گاهی در اثر شستشوی ژیپس (سنگ گچ) از استرانسیوم غنی می‌شود. كانسار‌های تراوشی به شكل ژئود یا حفره‌هایی درون آهك‌ها، رگه‌های سلستین (با استرونتیانیت) در سنگ‌های رسی و كربناتی و بالاخره توده‌های متاسوماتیک در سنگ‌های كربناته و سولفاته به وجود می‌آید. چون استرانسیوم از شسته شدن سنگ‌های مجاور به وجود آمده لذا این قبیل ذخایر یا كانسار‌ها را كانسار تراوشی جانبی هم نامیده‌اند. برخی از ذخایر با سولفور طبیعی همراه بوده و تا ۱۰ % استرانسیوم دارند. ذخیره‌ای از استرونتیانیت به همراه آهك (سنومانین فوقانی) در ناحیه مونستر آلمان قرار دارد كه به صورت رگه‌هایی با ۲ متر ضخامت می‌باشد، طول این رگه‌ها گاهی بیش از ۱۰۰ متر است و تا عمق ۶۰ متری تداوم می‌یابند. در این رگه‌ها كلسیت، پیریت، سلستین و باریت هم وجود دارد.
کانسارهای رسوبی استرانسیوم
بنا بر عقیده برادكورب كانسار‌های رسوبی استرانسیوم تشابهات زمین‌شناسی بسیاری را بین نهشته‌های مهم سلستین جهان دارند كه مهمترین آن‌ها عبارتند از:
۱-كانسار‌های رسوبی سلستین تنها در فاسیس‌های مشخص از توالی‌های تبخیری قرار دارند.
۲ -كانسار‌های رسوبی كانی‌های استرانسیوم همیشه به آهك و ژیپس وابسته است.
۳ -اكثر كانسار‌های رسوبی بر اثر دیاژنز و فرآیند‌های انحلال مجدد و رسوب ثانویه، ساخت و بافت اولیه را از دست داده‌اند.
۴ -در جلگه‌هایی با سنین متغیر از كربونیفر تا كواترنر یافت می‌شوند.
۵ -اینگونه كانسار‌ها مشابه نهشته‌های باریت چینه كران نیستند زیرا در طیف متنوعی از سنگ‌های میزبان یافت می‌شوند و می‌توانند دارای منشأء‌های متفاوتی باشند.
مهمترین منبع استرانسیوم در حوضه‌های رسوبگذاری در واقع استرانسیوم موجود در آب دریا‌های آزاد است كه طی دوران‌های طولانی زمین‌شناسی در آن متمركز شده است. در این حوضه‌هاست كه استرانسیوم بر اثر رسوبگذاری شیمیایی، فرآیند‌های بیوژنیك و فرآیند‌های جذب سطحی انباشته می‌شود.
با آن‌كه استرانسیوم آب دریا‌ها بسیار بیشتر از آب رودخانه‌هاست ولی مقدار آن از سطح اشباع خیلی پایین‌تر است. میزان استرانسیوم آب دریا‌ها ۸ گرم در تن یا ۰/۰۰۸ گرم در لیتر است. كه از این مقدار ۶۲/۵۸ % برای تشكیل سلستین مصرف می‌شود و ۳۷/۴۲ %باقیمانده به صورت ناخالصی در كانی‌های تبخیری وارد می‌شود.
نهشته‌های رسوبی سلستین عمده‌ترین ذخایر استرانسیوم جهان را تشكیل می‌دهد، اینگونه كانسار‌ها بر اساس زمان تشكیل به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند.
نهشته‌های رسوبی دیاژنتیك
این قبیل نهشته‌ها در سازند‌های سولفاتی – كربناتی سواحل و لاگون‌های مناطق خشک در حین مراحل رسوبگذاری كربنات‌ها و سولفات‌ها شكل می‌گیرند و اغلب در ناودیس‌های پلاتفرمی و فرورفتگی‌ها و شیب بیرونی پلاتفرم‌های رو به دریا دیده می‌شوند. پاراژنز اصلی در این گونه سازند‌های استرانسیوم دار شامل سنگ‌های: سنگ آهک، سنگ آهک دولومیتی، ژیپس و انیدریت است. ماسه سنگ، ژیپس‌های رسی و كربناتی نیز با فراوانی كمتری در این سنگ‌ها یافت می‌شوند.
استرانسیوم در سنگ‌های سولفاتی – كربناتی توسط تبخیر آب‌های وارد شده به حوضه رسوبی تجمع می‌یابد. در هر تن آب دریا‌ها و اقیانوس‌های كنونی ۸ گرم استرانسیوم وجود دارد كه معادل ۱/۶۸ میلی گرم سولفات استرانسیوم در ۱۰۰ میلی لیتر آب دریا است. رسوب سلستین از تركیب متوسطی از آب دریا‌های كنونی در محدوده بین رسوب كربنات كلسیم و سولفات كلسیم یعنی زمانی كه غلظت آب دریا به حدود ۴:۱ حجم اولیه خود رسیده باشد (نه قبل از آن یعنی ۳:۱ حجم اولیه و نه بعد از آن یعنی ۵:۱ حجم اولیه)، رخ می‌دهد.
به عقیده مولر ژیپس با غلظت ۳:۱/۳۵ حجم اولیه آب دریا شروع به رسوب می‌نماید و به همین ترتیب به طور مقایسه‌ای نمك طعام زمانی شروع به رسوب می‌كند كه آب دریا تقریباً تا ۱۲:۱ حجم اولیه خود تبخیر شده باشد. شروع رسوبگذاری سلستین در آب دریا در غلظت‌های متفاوتی بین ۲ تا ۴۰ گرم در تن در آب دریا صورت می‌پذیرد.
توزیع استرانسیوم در رسوبات گوناگون حوضه‌های شور تبخیری كه به صورت یك توالی رسوب می‌كند توسط مولر مورد بررسی قرار گرفته است و مشخص شده كه میانگین استرانسیوم موجود در این رسوبات از كربنات‌ها به سولفات‌ها افزایش و سپس در رسوبات هالوژنی كاهش می‌یابد كه به دلیل تهی شدن منبع استرانسیوم در آب حوضه تبخیری از یک طرف و غلظت بالای آنیون كلرید از سوی دیگر است كه به دلیل بالا بودن حلالیت كلرید استرانسیوم، استرانسیوم به صورت محلول باقی می‌ماند.
در طبیعت سنگ‌های كربناتی كه توسط ژیپس و سازند‌های سولفاتی – كربناتی پوشیده شده‌اند، عموماً سلستین فراوان دارند. رسوب شیمیایی مستقیم استرانسیوم تنها در شرایط خاص حوضه‌های تبخیری امكانپذیر است. با بررسی‌های انجام شده بر روی لایه‌های سولفاتی – كربناتی پرمین در شرق پلاتفرم روسیه مشخص شده است كه افزایش شوری در حوضه‌های دریایی در نتیجه تبخیر آب، موجب افزایش مقدار نمك در شوراب‌ها و افزایشی تدریجی در غلظت عناصری همچون فلوئور، بر، برم و استرانسیوم گشته كه در نهایت با رسیدن به نقطه اشباع موجب رسوب آن‌ها می‌شود.
رسوبگذاری سلستین وقتی به حداكثر می‌رسد كه شوراب از ژیپس و سلستین اشباع شده باشد (در پایان مرحله كربناتی و ابتدای مرحله سولفاتی – هالوژنی). چگالی متوسط شوراب در این نقطه ۱/۲۲۲ و درجه شوری آن ۱۵ -۸ % است. استرانسیوم علاوه بر رسوب مستقیم شیمیائی به طریق فرآیند‌های بیوژنیك نیز تمركز می‌یابد چنان كه در بافت‌های گونه‌های مختلف بی‌مهرگان دریایی و رودخانه‌ای می‌تواند انباشته شود.
میزان استرانسیوم در پوسته‌ها و بافت‌های بی‌مهرگان به طور مستقیم به مقدار استرانسیوم موجود در آب محیط زندگی این ارگانیسم‌ها مرتبط است، به همین علت تا زمانی كه آب‌های دریاچه‌ای و رودخانه‌ای نسبت CaO/SrO كم یا پایینی دارند در پوسته ارگانیسم‌های آب شیرین هم این نسبت كوچک خواهد بود.
تجزیه شیمیایی نمونه‌های مختلف ژیپس و انیدریت توالی‌های تبخیری مقدار متوسطی از استرانسیوم (حدود ۰/۲ تا ۰/۲۵ درصد) را نشان داده است. قابلیت استرانسیوم جهت شركت در محلول جامد انیدریت نسبت به ژیپس بیشتر است.
وقتی انیدریت به ژیپس تبدیل می‌شود، استرانسیوم اضافی یا خارج شده می‌تواند سلستین را پدید آورد. به نظر مولر، آراگونیت نیز می‌تواند دارای چندین درصد استرانسیوم باشد كه با تبدیل آن به كلسیت در فرآیند‌های دیاژنتیک، Sr می‌تواند وارد آب‌های سازندی شود و آن‌ها را از استرانسیوم غنی سازد و چنانكه این آب‌های سازندی به SO۴ دست یابند، سلستین رسوب خواهد شد.
كینزمن بر این عقیده است كه در شورستان‌های ساحلی، سلستین یك كانی مراحل اولیه دیاژنز است و در مناطق با دولومیتیزاسیون شدید، فراوان و غالب است. سلستین در حین تبدیل آراگونیت (۷۰۰۰ – ۸۰۰۰ ppm Sr) به دولومیت (۶۰۰ – ۷۰۰ ppm Sr) تشکیل می‌شود. محیط‌های تبخیری عهد حاضر مانند شورستان‌های خلیج فارس، كالیفرنیا و لاگون‌های كم ژرفای جنوب خاور استرالیا هم سلستین پدید می‌آید.
در سنگ‌های رسوبی انبوهه‌های شایان توجهی از كانی‌های استرانسیوم در اشكال كنكرسیونی، میان لایه‌های كنركسیونی و غیره در حین دیاژنز و اپیژنز تشكیل می‌شود.
نهشته‌های رسوبی اپیژنتیك
تجمع اپی‌ژنتیک كانی‌های استرانسیوم بعد از سخت شدن رسوبات تحقق می‌پذیرد، تحت این شرایط آب‌های زیر زمینی استرانسیوم سنگ‌های میزبان را شسته و با خود حمل می‌نماید و از این آب‌های كانه‌زا نه تنها در افق مورد بررسی بلكه در لایه‌های بالاتر و پایین‌تر آن هم استرانسیوم رسوب می‌نماید.
میزان استرانسیوم موجود در آب‌های زیرزمینی متغیر و به شرایط شیمیایی و محیطی سنگ‌های رسوبی وابسته است. بالاترین مقدار استرانسیوم از آب‌های كلرورسدیم و كلرورسدیم كلسیم‌دار نواحی نفت‌خیز به دست آمده است.
فرآیند ثانوی دگرسانی سنگ‌ها و كانسار‌های رسوبی سبب پیدایش كانی‌های نادر استرانسیوم (اغلب فسفات‌ها و وانادات‌های استرانسیوم) می‌شود. انباشته‌های رسوبی اپیژنتیك قبلاً با عنوان ذخایر تراوشی توصیف و معرفی شدند.
برای خواندن مقالات بیشتر به سایت زمین هوش مراجعه کنید.
