ما هو الكوارتز ما هي أهم استخداماته؟

الكوارتز

الكوارتز (بالإنجليزية: Quartz) هو ثاني أكثر المعادن وفرة الموجودة على سطح الأرض، ويتكون من جزء واحد من السيليكون وجزئين من الأكسجين، وتركيبه الكيميائي (SiO₂)، ويأتي على شكل بلورات سداسية، ويأتي الكوارتز بألوان وأشكال عديدة، ولكن يتميّز بأنّه عديم اللون، أو اللون الأبيض، ويتميز ببريقه الزجاجي، وبقساوته التي تصل إلى 7 على مقياس موهس للمعادن، ممّا يعني أنّه يخدش الزجاج وجميع أنواع الحديد، كما يتميز بمكسره المحاري الشكل (بالإنجليزية: Conchoidal Fracture).^[١][٢]

أماكن وجود الكوارتز

الكوارتز هو أكثر المعادن وفرة على سطح الأرض، وهو موجود بكثرة في جميع أنحاء العالم، ويتشكل في جميع درجات الحرارة ويوجد في الصخور النارية، والمتحولة، والرسوبية، ويُتميّز الكوارتز بمقاومته الشديدة للعوامل الجوية الميكانيكية والكيميائية، ما يجعله المعدن الأكثر شهرة على قمم الجبال والمكون الأساسي للشواطئ، والأنهار، ورمال الصحراء.^[٣]

أنواع الكوارتز

يمتلك معدن الكوارتز مجموعة واسعة من الأنواع والألوان، فمنها الكوارتز الكريستالي، ويكون هذا النوع عادة عديم اللون، ووفقًا لمعهد معلومات المعادن؛ فإنّ الأصناف الملوّنة من الكوارتز تحتوي على الشوائب الأمر الذي يُفسر ألوانها، ومن الأمثلة على الأصناف الملوّنة من الكوارتز:^[٤][٥]

• الكوارتز الحليبي ويمتلك اللون الأبيض.
• الكوارتز الدخاني وله لون أسود.
• الكوارتز الأرجواني، وعادة ما يُسمّى بالجمشت.
• الكوارتز الزهري ويُسمّى أيضًا بالكوارتز الوردي.
• السترين ويأتي باللون الأصفر أو البرتقالي.

خصائص الكوارتز

هناك أنواع مختلفة من الكوارتز ذات استخدامات مختلفة، وفيما يأتي الخصائص الرئيسة للكوارتز، مما يجعله أحد أكثر المعادن المفيدة التي تتكوّن بشكل طبيعي:^[٦]

• تمتلك بعض بلورات الكوارتز خاصية الكهرباء الانضغاطية أو كهرضغطية (بالإنجليزية: Piezoelectric Property)، وهي القدرة على توليد جهد كهربائي عند تعرض بلورات المعدن لضغط ميكانيكي.
• يُعدّ الكوارتز واحدًا من أقسى المعادن التي تتكوّن بشكل طبيعي، وبالتالي لا يمكن تآكلها بسهولة.
• يتميز الكوارتز بدرجة انصهاره العالية جدًا، ويُمكنه تحمل درجات حرارة عالية جدًا.
• يُعدّ الكوارتز مستقر كيميائيًا ولا يتفاعل مع المواد الكيميائية والمواد الأخرى.
• يتميز الكوارتز بلوراته الجذابة بصريًا، ويُمكن العثور عليها بألوان مختلفة على الرغم من أنّها شفافة بشكل طبيعي، إلّا أنّها توجد بألوان مختلفة حسب نوع الشوائب الموجودة فيها.

تطبيقات واستخدامات الكوارتز

يمتلك الكوارتز خصائص فيزيائية وكيميائية وكهربائية معينة تجعله قابلاً للاستخدام بشكل كبير في مجموعة واسعة من الصناعات والقطاعات على النحو الآتي:^[٧]

• صناعة المجوهرات والأحجار الكريمة: تمّ استخدام الكوارتز في إنتاج المجوهرات وكأحجار كريمة لعدة قرون مضت، إذ إنّ طبيعته الصلبة وقابليته للتلميع، وشكله البلوري، ومتانته تجعل منه مادة ممتازة لهذا الغرض، ومن الأمثلة على الكوارتز المُستخدَم بشكل شائع كمجوهرات وأحجار كريمة: السيترين، والجمشت، والكوارتز الوردي، والعقيق، والأوبال، واليشب.
• صناعة الزجاج: تُعدّ صناعة الزجاج أحد الاستخدامات الأساسية للكوارتز، إذ يمّ تذويب ثاني أكسيد السيليكا (الذي يجب أن يكون نقيًا بشكل استثنائي بنسبة 99.9%)، ويُترك ليبرد إلى أيّ شكل يريده الصانع، وتُستخدَم بعض بلورات الكوارتز في صناعة الليزر، والمجاهر، والتلسكوبات (المقراب)، وأجهزة الاستشعار الإلكترونية، والأدوات العلمية.
• صناعة الساعات: تحتوي بلورات الكوارتز على مذبذبات لها القدرة على الاهتزاز بترددات دقيقة تساعد على تنظيم حركة الساعة، مما يجعلها ساعات دقيقة بلا تأخير.
• صناعة صب المعادن: يتمّ مزج رمل الكوارتز بعوامل متماسكة، مثل: الطين، وسيليكات الصوديوم الراتنجية، والزيت، ويُستخدَم لغرض صب وتشكيل المعادن؛ بفضل امتلاك رمل الكوارتز خصائص معنية، مثل: نقطة الانصهار العالية، ومقاومته العالية للحرارة، ويتمّ استخدام الكوارتز دقيق التبلور (صغير الحبيبات) في تنعيم حواف المعادن بعد قطعها، أو صبها.
• صناعة المواد الحرارية: يُستخدَم رمل الكوارتز في تصنيع الطوب الحراري؛ بسبب قوته الشديدة ومقاومته للحرارة، كما أنّه يُستخدَم كتدفق (مادة صاهرة) لصهر الحواف الخام على المعادن بعد صبها، أو قطعها.
• الصناعات البترولية: يتمّ دفع رمال السيليكا، جنبًا إلى جنب مع الماء والمواد الكيميائية الأخرى تحت ضغط مرتفع إلى أسفل في تكوين صخري معين من خلال بئر، فيقوم الضغط المرتفع بتكسير الصخور، ويُحقن رمل السيليكا داخل الشقوق والكسور، وتُثبّت في مكانها، مما يُنشئ ممرًا لتدفق الغاز الطبيعي من تكوين الأساس الصخري إلى البئر، وتعرف هذه العملية باسم التكسير الهيدروليكي أو التصديع المائي (بالإنجليزية: Hydraulic Fracturing).
• صناعة أسطح المطابخ: تُستخدَم أحجار الكوارتز التي يتمّ تصنيعها صناعيًا من الكوارتز الخام بشكل شائع كطاولات وألواح في المباني السكنية والتجارية، أمّا خاصية الكوارتز غير المسامية فلا تسمح له بالاحتفاظ بالبقع، لذا، تتميز أسطح الكوارتز بسهولة التنظيف، وعدم الاحتفاظ بالبقع، وجذابة، وفاخرة.
• صناعة السيراميك: يُستخدم رمل الكوارتز في صناعة السيراميك لصنع بلاط السيراميك، إذ تساعد السيليكا الموجودة في الرمال على توفير اللون الأبيض لأواني السيراميك، وتساعد على إعطاء قوام وشكل السيراميك.
• صناعة البلورات الصناعية: تزرع البلورات الصناعية في المختبرات، وتتميز بأنهّا مقاومة للأحماض، والصدأ، ودرجات الحرارة المرتفعة والتآكل، والضغط، والانحناء، وتُستخدَم البلورات الصناعية في صناعة الإلكترونيات، وأشباه الموصلات، وصناعة أدوات الطاقة الشمسية، وغيرها.
• صناعة حجر طرابلس: ويتميز حجر طرابلس (Tripoli) أو (Rottenstone) بأنّه مكون من بلورات من السيليكا، تُستخدَم في تلميع المحجوهرات، وإزالة البقع عن الخشب، كما يُستخدَم كمادة مالئة، في البلاستيك، والطلاء، والمطاط، وأيضًا يُستخدَم في صناعة معجون الأسنان، والصابون.
• صناعة الإلكترونيات: تمامًا كما هو الحال في إنتاج ساعات اليد والساعات، تُستخدَم بلورات الكوارتز أيضًا في الإلكترونيات؛ لأنّها تولد تيارًا على سطحها عند ثنيها أو ضغطها، وقد تمّ استخدام بلورات الكوارتز لإعطاء تردد دقيق لجميع أجهزة الإرسال اللاسلكية، وأجهزة استقبال المذياع، وأجهزة إرسال نظام التموضع العالمي (GPS) وأجهزة الحاسوب، تأتي هذه الدقة؛ لأنّ بلورة الكوارتز لا تتأثر في معظم المذيبات، وتظل متبلورة على درجات حرارة عالية.
• صناعات السكك الحديدية والتعدين: يُستخدَم رمل الكوارتز في صناعات السكك الحديدية والتعدين بسبب متانته وحبوبه كبيرة الحجم التي تقلّل من التصدع، كما تُستخدَم في ملاعب الجولف، وملاعب كرة الطائرة، وملاعب البيسبول، وصناديق رمل الأطفال والشواطئ.
• حشو لصناعة المواد اللاصقة: يُستخدَم رمل الكوارتز والكوارتز المطحون (البودرة) كحشو في صناعة المواد اللاصقة، والمعجون، والطلاء، والمطاط، بسبب متانته، وقوته، وعدم تفاعله مع المواد الأخرى، ومقاومته للتآكل.
• صناعة بوتقات المختربات: بوتقات المختبرات هي الحاويات التي تُستخدَم لحمل المواد الكيميائية عند إجراء الاختبارات الكيميائية أو الحرارية، إذ يتمتع الكوارتز بنقطة انصهار عالية جدًا وهو خامل كيميائيًا، ومن المزايا التي توفرها بوتقات الكوارتز: التمدد المنخفض، ومقاومة الصدمات الحرارية، واستقرار الأبعاد الممتاز.