کوروندوم چیست؟
کوروندوم یک کانی تشکیل‌دهنده سنگ است که در سنگ‌های آذرین، دگرگونی و رسوبی یافت می‌شود. این ماده یک اکسید آلومینیوم با ترکیب شیمیایی Al₂O₃ است و به سیستم بلوری تریگونال تعلق دارد.
این کانی به دلیل سختی فوق‌العاده‌اش و همچنین وجود گاهی بلورهای شفاف و زیبا در رنگ‌های مختلف شناخته شده است. سختی بی‌نظیر کوروندوم آن را به یک ماده ساینده عالی تبدیل کرده است و زمانی که این سختی در بلورهای زیبا یافت می‌شود، ماده‌ای ایده‌آل برای تراش جواهرات به شمار می‌آید.
کوروندوم طبیعی و مصنوعی به دلیل مقاومت، سختی و پایداری شیمیایی در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این ماده برای ساخت بلبرینگ‌های صنعتی، پنجره‌های مقاوم در برابر خراش برای ابزارهای الکترونیکی، ویفرهای مدارهای الکتریکی و محصولات دیگر استفاده می‌شود.
معروفیت به خاطر یاقوت و یاقوت کبود
بیشتر افراد با کوروندوم آشنا هستند، اما تعداد کمی آن را با نام کانی‌شناسی‌اش می‌شناسند؛ در عوض، این ماده با نام‌های 'یاقوت' و 'یاقوت کبود' شناخته می‌شود. نمونه‌ای از کوروندوم با کیفیت جواهر و رنگ قرمز عمیق به عنوان 'یاقوت' شناخته می‌شود. نمونه‌ای با رنگ آبی به 'یاقوت کبود' معروف است. کوروندوم بی‌رنگ 'یاقوت سفید' نامیده می‌شود و کوروندوم با هر رنگ دیگری به عنوان 'یاقوت کبود فانتزی' شناخته می‌شود.
خواص کوروندوم
کوروندوم ماده‌ای بسیار سخت و مقاوم است. این ماده سومین کانی سخت بعد از الماس و موسانیت محسوب می‌شود و به عنوان شاخص سختی ۹ در مقیاس سختی موس عمل می‌کند.
سختی بالا، وزن مخصوص زیاد، بلورهای شش‌ضلعی و ویژگی جدایش آن، ویژگی‌های تشخیصی بسیار خوبی برای شناسایی این ماده هستند.
خلاصه‌ای از خواص فیزیکی کوروندوم
- دسته‌بندی شیمیایی: اکسید
- رنگ: معمولاً خاکستری تا قهوه‌ای؛ در حالت خالص بی‌رنگ است، اما مقادیر کم از فلزات مختلف می‌توانند تقریباً هر رنگی ایجاد کنند (کروم قرمز یاقوتی تولید می‌کند و ترکیب آهن و تیتانیوم آبی یاقوت کبود).
- خط: بی‌رنگ (سخت‌تر از صفحه خط‌کش است)
- جلا: الماسی تا شیشه‌ای
- شفافیت: شفاف تا نیمه‌شفاف
- رخ: ندارد؛ اما ویژگی جدایش در راستای محور c دارد.
- سختی موس: ۹
- وزن مخصوص: ۳.۹ تا ۴.۱ (بسیار بالا برای یک کانی غیر فلزی)
- ویژگی‌های تشخیصی: سختی، وزن مخصوص بالا، بلورهای شش‌ضلعی، گاهی اوقات به صورت مخروطی، جدایش، جلا، شکست صدفی
- ترکیب شیمیایی: Al₂O₃
- سیستم بلوری: تریگونال
- کاربردها: به طور تاریخی به عنوان ساینده و به دلیل رنگ‌های زیبا برای ساخت جواهرات استفاده شده است.
رخداد زمین‌شناسی کوروندوم
کوروندوم به عنوان یک کانی اولیه در سنگ‌های آذرین مانند سینیت، نفلین سینیت و پگماتیت یافت می‌شود. برخی از مهم‌ترین ذخایر یاقوت و یاقوت کبود جهان در مناطقی قرار دارند که این گوهرها از جریان‌های بازالتی هوازده و در خاک‌ها و رسوبات پایین‌دست یافت می‌شوند.
کوروندوم همچنین در سنگ‌های دگرگونی، در مکان‌هایی که شیل‌های آلومینوسیلیسی یا بوکسیت‌ها تحت دگرگونی تماسی قرار گرفته‌اند، یافت می‌شود. شیل، گنیس و مرمر تولیدشده از دگرگونی منطقه‌ای نیز گاهی حاوی کوروندوم هستند.
برخی از یاقوت‌ها و یاقوت کبودهای با کیفیت بالا، رنگ عالی و شفافیت بالا در مرمرهایی که در لبه‌های توده‌های ماگمایی زیرزمینی تشکیل شده‌اند، یافت می‌شوند.
مقاومت، سختی بالا و پایداری شیمیایی کوروندوم باعث می‌شود که این ماده در رسوبات، مدت‌ها پس از نابودی سایر کانی‌ها باقی بماند. به همین دلیل است که اغلب در رسوبات آبرفتی یافت می‌شود.
این رسوبات مهم‌ترین منبع یاقوت و یاقوت کبود در مناطق مختلف جهان هستند. منابع سنتی یاقوت و یاقوت کبود آبرفتی شامل برمه، کامبوج، سریلانکا، هند، افغانستان، مونتانا و سایر مناطق است. در دهه‌های اخیر، بخش‌هایی از آفریقا مانند ماداگاسکار، کنیا، تانزانیا، نیجریه و مالاوی به تولیدکنندگان مهم یاقوت و یاقوت کبود تبدیل شده‌اند.
سختی و استفاده به عنوان ساینده
سختی بالای کوروندوم آن را برای استفاده به عنوان ماده ساینده بسیار مفید می‌سازد. کوروندوم خردشده پردازش می‌شود تا ناخالصی‌ها حذف شوند و سپس به دانه‌ها و پودرهایی با اندازه یکنواخت تبدیل می‌شود.
سنگ امری یک سنگ دگرگونی یا آذرین دانه‌ای است که غنی از کوروندوم است. این سنگ مخلوطی از کانی‌های اکسیدی مانند کوروندوم، مگنتیت، اسپینل و/یا هماتیت است.
معروفیت به خاطر یاقوت و یاقوت کبود
بیشتر افراد با کوروندوم آشنا هستند، اما تعداد کمی آن را با نام کانی‌شناسی‌اش می‌شناسند؛ در عوض، این ماده با نام‌های 'یاقوت' و 'یاقوت کبود' شناخته می‌شود.
نمونه‌ای از کوروندوم با کیفیت جواهر و رنگ قرمز عمیق به عنوان 'یاقوت' شناخته می‌شود. نمونه‌ای با رنگ آبی به 'یاقوت کبود' معروف است. کوروندوم بی‌رنگ 'یاقوت سفید' نامیده می‌شود و کوروندوم با هر رنگ دیگری به عنوان 'یاقوت کبود فانتزی' شناخته می‌شود.
رخداد زمین‌شناسی کوروندوم
کوروندوم به عنوان یک کانی اولیه در سنگ‌های آذرین مانند سینیت، نفلین سینیت و پگماتیت یافت می‌شود. برخی از مهم‌ترین ذخایر یاقوت و یاقوت کبود جهان در مناطقی قرار دارند که این گوهرها از جریان‌های بازالتی هوازده و در خاک‌ها و رسوبات پایین‌دست یافت می‌شوند.
کوروندوم همچنین در سنگ‌های دگرگونی، در مکان‌هایی که شیل‌های آلومینوسیلیسی یا بوکسیت‌ها تحت دگرگونی تماسی قرار گرفته‌اند، یافت می‌شود. شیل، گنیس و مرمر تولیدشده از دگرگونی منطقه‌ای نیز گاهی حاوی کوروندوم هستند.
برخی از یاقوت‌ها و یاقوت کبودهای با کیفیت بالا، رنگ عالی و شفافیت بالا در مرمرهایی که در لبه‌های توده‌های ماگمایی زیرزمینی تشکیل شده‌اند، یافت می‌شوند.
مقاومت، سختی بالا و پایداری شیمیایی کوروندوم باعث می‌شود که این ماده در رسوبات، مدت‌ها پس از نابودی سایر کانی‌ها باقی بماند. به همین دلیل است که اغلب در رسوبات آبرفتی یافت می‌شود.
این رسوبات مهم‌ترین منبع یاقوت و یاقوت کبود در مناطق مختلف جهان هستند. منابع سنتی یاقوت و یاقوت کبود آبرفتی شامل برمه، کامبوج، سریلانکا، هند، افغانستان، مونتانا و سایر مناطق است. در دهه‌های اخیر، بخش‌هایی از آفریقا مانند ماداگاسکار، کنیا، تانزانیا، نیجریه و مالاوی به تولیدکنندگان مهم یاقوت و یاقوت کبود تبدیل شده‌اند.
سختی و استفاده به عنوان ساینده
سختی بالای کوروندوم آن را برای استفاده به عنوان ماده ساینده بسیار مفید می‌سازد. کوروندوم خردشده پردازش می‌شود تا ناخالصی‌ها حذف شوند و سپس به دانه‌ها و پودرهایی با اندازه یکنواخت تبدیل می‌شود. این مواد در ساخت ابزارهای سایشی مانند سنگ‌های ساینده، کاغذ سنباده، چرخ‌های سنگ‌زنی و سایر ابزارهای برش کاربرد دارند.
مشکلات استفاده از کوروندوم طبیعی به عنوان ساینده شامل کوچک بودن ذخایر، شکل نامنظم آن‌ها و کیفیت متغیر کوروندوم است. این مشکلات منابع قابل اعتمادی برای تولید مواد با کیفیت یکسان و مناسب فرآیندهای صنعتی ایجاد نمی‌کنند. کوروندوم مصنوعی که با استفاده از بوکسیت پخته‌شده تولید می‌شود، منبع قابل‌اعتمادتری با خواص یکنواخت‌تر است و جایگزین کوروندوم طبیعی در بیشتر محصولات صنعتی شده است.
سنگ امری
سنگ امری یک سنگ دانه‌ای دگرگونی یا آذرین است که غنی از کوروندوم می‌باشد. این سنگ مخلوطی از کانی‌های اکسیدی است که معمولاً شامل کوروندوم، مگنتیت، اسپینل و/یا هماتیت است.
استفاده از امری به عنوان یک ماده ساینده در دهه‌های اخیر به طور قابل‌توجهی کاهش یافته است. این ماده تقریباً به طور کامل با ساینده‌های مصنوعی مانند کاربید سیلیکون جایگزین شده است. کاربید سیلیکون سختی موس ۹ تا ۹.۵ دارد، ارزان‌تر است و معمولاً عملکرد بهتری نسبت به ساینده‌های طبیعی ساخته‌شده از کوروندوم یا امری دارد.
استفاده به عنوان سنگ قیمتی
در بازار سنگ‌های قیمتی و جواهرات، تقریباً تمام توجه‌ها به گروه کوچکی از سنگ‌ها با عنوان 'چهار سنگ بزرگ' معطوف است: الماس، یاقوت، یاقوت کبود و زمرد. دو مورد از این سنگ‌ها، یعنی یاقوت و یاقوت کبود، کوروندوم‌های جواهری هستند.
این سنگ‌های محبوب به شدت مورد توجه قرار دارند و در بسیاری از نقاط جهان برای هزاران سال استخراج شده‌اند. امروزه، میلیون‌ها یاقوت و یاقوت کبود برای تأمین نیازهای بازار جواهرات مورد نیاز است، از سنگ‌های تجاری ارزان‌قیمت که در فروشگاه‌ها و مراکز خرید عرضه می‌شوند تا نمونه‌های شگفت‌انگیز که در جواهرات طراحی‌شده و سفارشی استفاده می‌شوند. تقاضا برای سنگ‌های جذاب از توانایی معادن برای تأمین بیشتر است. در نتیجه، قیمت سنگ‌های طبیعی جذاب به سطوح بالایی افزایش یافته است.
وقتی مصرف‌کننده‌ای یک 'انگشتر یاقوت' یا 'آویز یاقوت کبود' می‌خواهد، معمولاً به جایگزینی مانند اسپینل قرمز، ایولیت آبی یا دیگر سنگ‌های زیبا با رنگ مشابه علاقه‌مند نیست. آن‌ها 'یاقوت' یا 'یاقوت کبود' می‌خواهند. جواهر‌فروشان، به ویژه آن‌هایی که قطعاتی با قیمت کمتر از ۵۰۰ دلار می‌فروشند، increasingly جواهرات ساخته‌شده با سنگ‌های مصنوعی یا 'ساخته‌شده در آزمایشگاه' را در کنار سنگ‌های طبیعی در ویترین‌های خود عرضه می‌کنند.
مواد مصنوعی دارای همان ترکیب آلومینیوم اکسید و ساختار بلوری مشابه یاقوت‌ها و یاقوت‌های کبود طبیعی هستند. رنگ آن‌ها نیز توسط همان عناصر کمیاب تولید می‌شود (کروم برای یاقوت و آهن با تیتانیوم برای یاقوت کبود). این سنگ‌ها معمولاً ظاهر فیزیکی بهتری نسبت به سنگ‌های طبیعی با اندازه مشابه و قیمت برابر دارند. در نتیجه، بسیاری از مصرف‌کنندگان با رضایت سنگ‌های مصنوعی را خریداری می‌کنند، زیرا محصولی جذاب‌تر را با قیمتی مقرون‌به‌صرفه‌تر دریافت می‌کنند.
در بلندمدت، احتمالاً سنگ‌های مصنوعی همچنان جایگزین سنگ‌های طبیعی در بازار خواهند شد، به ویژه در محدوده‌های قیمتی پایین و متوسط که مصرف‌کنندگان به قیمت حساس‌تر هستند.
هیچ مشکلی در فروش یا خرید جواهراتی که دارای سنگ‌های مصنوعی هستند وجود ندارد، به شرط آن‌که دو شرط رعایت شود:
فروشنده باید اعلام کند که سنگ‌های قیمتی محصولاتی مصنوعی و ساخته دست انسان هستند و نه طبیعت.
خریدار باید به وضوح درک کند که سنگ‌های قیمتی مصنوعی هستند و توسط انسان ساخته شده‌اند.
'جواهرات' و 'کریستال‌ها' در ساعت‌ها
در اواسط دهه ۱۸۰۰، ساعت‌سازان سوئیس به بلبرینگ‌های کوچکی نیاز داشتند که بسیار مقاوم در برابر سایش باشند. آن‌ها دریافتند که می‌توانند سوراخی کوچک در یک تکه کوروندوم ایجاد کنند و از آن به عنوان بلبرینگی صاف و با عمر طولانی استفاده کنند. کوروندوم بسیار سخت‌تر از فلزات مورد استفاده در ساخت قطعات متحرک ساعت بود و توانایی مقاومت در برابر سایش مداوم بدون خرابی را داشت.
بلبرینگ‌های کوروندوم به 'بلبرینگ جواهر' معروف شدند. ساعت‌های سوئیسی و 'حرکات جواهر' آن‌ها در سراسر جهان به دلیل عمر طولانی و قابلیت اطمینان شهرت یافتند.
در اوایل دهه ۱۹۰۰، بلبرینگ‌های مصنوعی کوروندوم جایگزین نمونه‌های طبیعی در اکثر ساعت‌های سوئیسی شدند. کوروندوم مصنوعی نسبت به کوروندوم طبیعی یکنواخت‌تر، ارزان‌تر و دسترسی‌پذیرتر بود. این استفاده از بلبرینگ‌های جواهر شهرت مثبتی برای ساعت‌های سوئیسی ایجاد کرد که تا به امروز ادامه دارد.
کریستال‌های مصنوعی یاقوت کبود بی‌رنگ نیز در ساعت‌ها استفاده می‌شوند. دوام، جلا و مقاومت آن‌ها در برابر خراش، این ماده را به پوشش شفاف عالی برای صفحه ساعت‌های مکانیکی یا دیجیتال تبدیل کرده است. این پوشش‌های شفاف که به 'کریستال‌ها' معروف هستند، از صفحه ساعت در برابر ضربه، گرد و غبار، رطوبت و سایش محافظت می‌کنند.
لیزرهای یاقوت
کوروندوم مصنوعی بخش اساسی بسیاری از لیزرهاست. در واقع، اولین لیزر کاربردی، 'لیزر یاقوتی' بود که در سال ۱۹۶۰ توسط تئودور میمن در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هیوز ساخته شد. این لیزر از یک کریستال یاقوت مصنوعی به عنوان 'محیط تقویتی' استفاده می‌کرد.
محیط تقویتی ماده‌ای در لیزر است که هدف یک پالس شدید نور قرار می‌گیرد. آن نور باعث می‌شود الکترون‌های موجود در محیط تقویتی به سطح انرژی بالاتر منتقل شوند و فوتون‌هایی را منتشر کنند که سایر اتم‌ها را تحریک می‌کنند تا فوتون‌های بیشتری منتشر کنند. این واکنش زنجیره‌ای کوتاه، نور بسیار شدید پرتو لیزر را تولید می‌کند.
دیگر کاربردهای کوروندوم
کوروندوم خواص شیمیایی خنثی و مقاومت در برابر حرارت دارد. این خواص آن را به ماده‌ای عالی برای تولید محصولات نسوز مانند آجرهای نسوز، پوشش‌های کوره و لوازم کوره تبدیل می‌کند.
کریستال‌های بزرگ کوروندوم مصنوعی شفاف، بادوام و مقاوم در برابر خراش هستند. این کریستال‌ها به ورقه‌های نازک بریده می‌شوند و در ساخت پنجره‌های اسکنرهای فروشگاهی، کریستال‌های ساعت، پنجره‌های هواپیما و پوشش‌های محافظ برای دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند.
کوراندوم چه رنگ‌هایی دارد، این رنگ‌ها چگونه ایجاد می‌شوند و چه انواع سنگ‌های قیمتی به وجود می‌آیند؟
کوراندوم خالص بی‌رنگ و شفاف است یا در صورت مات بودن، سفید کم‌رنگ به نظر می‌رسد. این کانی پراکندگی کمی دارد، بنابراین ارزش سنگ‌های قیمتی آن نه به خاطر جرقه‌زنی (مانند الماس)، بلکه به‌خاطر شدت رنگ‌های آن است. رنگ‌های زنده انواع سنگ‌های قیمتی کوراندوم، مانند یاقوت و یاقوت کبود، عمدتاً به دلیل جایگزینی عنصری در محل آلومینیوم توسط عناصر فلزی انتقالی ایجاد می‌شود.
معمول‌ترین کاتیون‌هایی که جایگزین می‌شوند شامل Fe+2، Fe+3، Ti+4، Cr+3 و V+3 هستند. طیفی از اشباع رنگی بین یاقوت کبود صورتی و یاقوت سرخ وجود دارد که با مقدار جزئی کروم (Cr) همبستگی دارد. برای یاقوت سرخ معمولاً تا حدود 1 درصد وزنی Cr2O3 وجود دارد.
وقتی کروم جایگزین آلومینیوم می‌شود، باندهای جذبی وسیعی در ناحیه بنفش (~450 نانومتر) و زرد-سبز (~500 نانومتر) و تا حدی در ناحیه آبی ایجاد می‌شود. اما ناحیه قرمز (~650 نانومتر) جذب چندانی ندارد که باعث می‌شود همه رنگ‌ها به جز قرمز جذب شوند.
چرا یاقوت سرخ بسیار زنده به نظر می‌رسد؟
وقتی کروم در کوراندوم وارد می‌شود، این ماده در برابر نور UV فلورسانس نشان می‌دهد. یعنی انرژی UV موجود در نور طبیعی جذب کریستال می‌شود و در سطح انرژی پایین‌تری بازتاب می‌شود - که به طور مناسب در ناحیه قرمز است. این امر شدت قرمز در یاقوت را در نور روز تقویت می‌کند. اما اگر آهن وجود داشته باشد، معمولاً فلورسانس قرمز را جذب می‌کند، بنابراین بهترین یاقوت‌ها آن‌هایی هستند که فاقد آهن هستند.
یاقوت کبود آبی چگونه تشکیل می‌شود؟
رنگ آبی یاقوت کبود عمدتاً به دلیل جایگزینی جفت‌های Fe+2 و Ti+4 به جای Al+3 ایجاد می‌شود. فرآیندی به نام انتقال بار بین‌ولانسی باعث می‌شود که همه رنگ‌ها به جز آبی جذب شوند. تنها مقدار کمی از این عناصر (~0.01 درصد وزنی Fe و Ti) برای تولید رنگ‌های زنده آبی کافی است.
رنگ‌های دیگر از ترکیب این عناصر و نقص‌های جزئی دیگر در کریستال‌ها ایجاد می‌شوند. همچنین، یک سنگ قیمتی کوراندوم می‌تواند چند رنگ باشد که به دلیل غلظت‌های متفاوت فلزات در بخش‌های مختلف کریستال رخ می‌دهد؛ به این حالت زون‌بندی می‌گویند.
پدیده‌ی استریسم
برخی یاقوت‌ها ویژگی نوری‌ای به نام استریسم را نشان می‌دهند که معمولاً به صورت ستاره‌ای شش یا دوازده پره دیده می‌شود. این پره‌ها از ادخال‌های معدنی بلند و نازک (اغلب از روتیل، یک اکسید تیتانیوم TiO2) ایجاد می‌شوند. این نمونه‌ها معمولاً به صورت کابوشن تراش داده می‌شوند تا این اثر نوری را برجسته‌تر کنند. این ادخال‌ها می‌توانند هم در یاقوت کبود و هم در یاقوت سرخ دیده شوند، هرچند در یاقوت کبود رایج‌تر هستند.