الجمعة 24 مايو 2024

خواطر حول الرمال البيضاء

مقالات13-4-2023 | 19:17

يتمركز السكان فى مصر على ضفاف نهر النيل والدلتا، ويقيم معظم سكان مصر فى مساحة تقدر بحوالى 8% من مساحة مصر البالغة مليون كيلومتر مربع، ومعظم الأراضى المصرية صحراوية ونادرة المياه. المناطق الصحراوية الرملية فى مصر تعتبر مناطق شاسعة، وعلى سبيل المثال بحر الرمال العظيم الموجود فى الصحراء الغربية.

رمال الصحراء فى مصر نوعان: الرمل الأبيض والرمل العادى (أو الرمل البنى، أو رمل البناء). عنصر السيليكون هو أساس الرمال. عنصر السيليكون نادرا ما يوجد فى الطبيعة بشكله النقى الحر. السيليكون يوجد في الطبيعة على شكل ثاني أكسيد السيليكون SiO2، ويسمى السيليكا، والسيليكا هى المكون الرئيسى للرمال، وتتكون السيليكا، من عنصرين رئيسيين: السيليكون والأكسجين.

الرمل العادى يحتوى على كميات أقل من السيليكا، أقل من 95%، مع وجود قليل من أكسيد الحديد وعناصر أخرى. الرمل الأبيض يحتوى على كميات عالية من السيليكا، أعلى من 95%، وكميات قليلة جدا من أكسيد الحديد والمعادن الأخرى ويطلق عليها شوائب. الشوائب الموجودة فى الرمل العادى تجعل له لونا، واللون يعتمد على التركيب الجيولوجى لمنطقة الترسبات الرملية.

الرمال البيضاء "السيليكا"، نجدها فى الطبيعة فى شكل بلورى وغير بلورى. السيليكا البلورية تتواجد فى الطبيعة وهى غير صالحة للاستهلاك البشرى، ويتسبب استنشاق غبارها لفترات طويلة نسبيا فى مشاكل صحية خطيرة، مثل: سرطان الرئة، أو داء الانسداد الرئوى المزمن، أو السل. السيليكا غير البلورية، يتم استخراجها عادة من أماكن معينة فى الطبيعة، ومن ثم تتم معالجتها لتستخدم لاحقا فى الصناعات الغذائية كمادة حافظة، ومنها أحجار كريمة مثل الأوبال.

هناك 10 أشكال من السيليكا البلورية، والشكل البلورى الأكثر شيوعا للسيليكا هو الكوارتز، فهو الأكثر وفرة، وهو معدن خامل كيميائيا وصلب نسبيا، ولذلك يطلق على السيليكا البلورية مصطلح الكوارتز.

الرمال البيضاء "السيليكا" يمكن استخدامها فى شكلها العام "الخام" وهو ثانى أكسيد السيليكون، أو يمكن استخلاص عنصر السيليكون silicon من الرمال البيضاء وأستخدامه فى التكنولوجيات المتقدمة جدا.

الرمال البيضاء تصنف إلى رتب، وكل رتبة لها سعر. وأفضل الرمال البيضاء فى العالم موجودة فى مصر، فهناك مناطق يصل تركيز خام السيليكا فيها إلى 98.8%، ونسبة الشوائب الغير مرغوبة، ومنها أكسيد الحديد تقل عن 0.01%.

يتم استخدام معظم السيليكون تجاريا دون فصله، أى فى صورة سيليكا خام، وتكاليف تعدين السيليكا فى مصر منخفضة، لذلك يعتبر سعر طن رمال السيليكا فى مصر الأقل عالميا. ويختلف سعر طن رمال السيليكا من محجر إلى محجر حسب جودة رمال السيليكا. يتم تسعيرة السيليكا فى المحاجر طبقا للدرجة، فالدرجة الأولى بـ 125 جنيه مصرى للطن والدرجة الثانية بـ 75 جنيه مصرى للطن.

غالبا ما يتم إجراء معالجة بسيطة للسيليكا الخام قبل الاستخدام. المعالجة البسيطة للسيليكا تؤهلها للاستخدامات المختلفة فى الصناعة، وترفع من سعرها.

تجاريا وفى الغالب يتم تقسيم السيليكا بعد المعالجة إلى 10 أصناف، وسعر الطن للصنف يعتمد على الكمية المباعة، فكلما زادت الكمية المباعة قل السعر، ومثال على ذلك، الصنف الأول وهو رمل السيليكا لصناعة الزجاج والألواح الشمسية، بنسبة سيليكا 99.6%، ونسبة أكسيد الحديد 0.01%، سعر الطن يتراوح ما بين 37 دولارا إلى 34 دولارا، حسب الكمية المباعة. رمل السيليكا الدقيق للغاية، لصناعة الزجاج البصرى وإنتاج الزجاج فائق النقاء، بنسبة سيليكا 99.7%، ونسبة أكسيد الحديد 0.007%،  سعر الطن يتراوح ما بين 100 دولارا إلى 85 دولارا، حسب الكمية المباعة. مسحوق السيليكا الناعم، 45 ميكرومتر، بنسبة سيليكا 96%، لصناعة الدهانات والمطاط والبلاستيك، سعر الطن يتراوح ما بين 160 دولارا إلى 175 دولارا، حسب الكمية المباعة.

القيمة الحقيقية للرمال البيضاء توجود فى عنصر السيليكون، فالطفرة التكنولوجية التى نشاهدها فى القرن 21، منها الحاسبات والرقائق الإلكترونية والخلايا الشمسية الكهروضوئية وخلافه، تستخدم وتعتمد بالدرجة الأولى على عنصر السيليكون. ونستطيع أن نقول: أن الصحراء تعتبر نعمة وليست نقمة، فالبلاد الصحراوية  تمتلك ثروات لا طائل لها.

الرمال البيضاء متوفرة فى صحارى مصر، وهناك أحتياطى جيولوجى، يمكن تقديرة من خلال العمل المكتبى معتمدا على الصور الجوية والخرائط الجيولوجية، ويقدر بحوالى 20 مليار طن، وهو ما يحتاج إلى عمليات تدقيق من خلال التنقيب للتأكد من الكميات الموجودة. وهناك احتياطى مؤكد، ويتم تقديره من خلال الأبحاث والتنقيب والاستكشاف فى الصحارى المصرية طبقا للخرائط  الجيولوجية والمسح الجوى للصحارى المصرية، وفى المناطق المحتمل وجود خامات الرمال البيضاء فيها.

الاحتياطى المؤكد للرمال البيضاء فى مصر فى حدود 700 مليون طن، موزعة كالآتى: 120 مليون طن فى شمال سيناء، و268 مليون طن فى منطقة وادى الجنة ومنطقة أبوزنيمة فى جنوب سيناء، و260 مليون طن فى منطقة وادى قنا، و27 مليون طن فى منطقة وادى الدخل، جنوب غرب مدينة الزعفران، محافظة البحر الأحمر.

قبل عام 2014، كانت مصر تقوم بتصدير خام الرمال البيضاء بحوالى 20 دولارا للطن، ثم يقوم المستورد بمعالجة الرمال وتصنفيها، ثم يعاد بيعها بأسعار تتراوح ما بين 34 دولار إلى أكثر من 170 دولارا للطن حسب الصنف والكميات المباعة. وإذا قام المستورد بصناعة زجاج من هذه الرمال، تكون القيمة المضافة 50 ضعفا، وعندما تدخل الرمال فى الصناعات المتطورة مثل الخلايا الشمسية تكون القيمة المضافة 500 ضعف، وفى حالة صناعة الرقائق الإلكترونية، تكون القيمة المضافة 5000 ضعف سعر المادة الخام.

صناعة  السيليكا تعتبر من الصناعات المهمة جدا، وينتج عنها أشكال مختلفة من السيليكا غير متبلورة، تباع فى السوق العالمى بأسعار مرتفعة جدا. وتستخدم فى تطبيقات كثيرة منها، المطاط، والعناية الشخصية، والأغذية والأعلاف، والمواد الكيميائية، والبلاستيك، والدهانات، والطلاء والأحبار، والمعادن والحراريات، والتطبيقات الأخرى. وسوق السيليكا المصنعة مقسم حسب نوع السيليكا، وهى السيليكا المترسبة، والسيليكا جل، والسيليكا المدخنة، والسيليكا الغروية، والسيليكا المنصهرة.

جل السيليكا Silica Gel، تصنّع من سيليكات الصوديوم، الشكل مسامى وصلب وشفاف، ويظل صلبا عند تشبعه بالماء. وهى ذات درجة حموضة عالية، وتستخدم على نطاق واسع كمجفف، فهى مادة شديدة الامتصاص للرطوبة، لذلك يتم وضعها مع المصنوعات الجلدية، وكذا داخل علب الأجهزة الإلكترونية وذلك للحفاظ عليها من الرطوبة.

السيليكا الغروية Colloidal Silica،يتم إنتاج السيليكا الغروية من خلال عملية متعددة الخطوات، حيث يؤدى التحييد الجزئى لمحلول قلوى السيليكا إلى تكوين نوى السيليكا، معظمها كروية فى مرحلة سائلة. تستخدم فى صناعة الورق، وفى عمليات الجلخ لتلميع رقائق السيليكون، ومحفز فى العمليات الكيميائية، وماصة الرطوبة، وتضاف إلى الطلاء لمقاومة التآكل، وتدخل فى صناعة المكملات الغذائية. تستخدم السيليكا الغروانية كعامل ترويق لصناعة النبيذ والجعة والعصائر.

السيليكا المترسبة Precipitated Silica، يتم إنتاجها بتفاعل محلول السيليكات القلوى مع حمض معدنى. حيث يتم إضافة محاليل حمض الكبريتيك على سيليكات الصوديوم، ويتم الترسيب تحت ظروف قلوية، ثم يتم ترشيح الراسب الأبيض الناتج وغسله وتجفيفه. تستخدم بشكل أساسى كعامل تقوية وتحسين الأداء فى المطاط الطبيعى والمطاط الصناعى والبلاستيك، وعامل احتكاك فى معجون الأسنان، معالجة الأغذية والمستحضرات الصيدلانية. تستخدم على نطاق واسع في الإطارات والمنتجات المطاطية والراتنج والطلاء والحبر ومبيدات الآفات وصناعة الورق والأدوية والمجالات الصناعية الأخرى.

السيليكا المنصهرةFused Silica ، تتكون من السيليكا الكريستالية عالية النقاوة، بحيث تكون نسبة الشوائب جزءا واحدا فى 100 ‏مليونا. يتم صهرها فى أفران القوس الكهربائى عند درجات حرارة 1800-2000 درجة مئوية ثم يتم تبريدها بسرعة كافية لتجنب التبلور والحصول على سيليكا شفافة غير متبلورة. تتميز بكثافة منخفضة وموصلية حرارية منخفضة ومقاومة ممتازة للصدمات الحرارية. هذه الخصائص تجعلها مادة مفيدة للغاية ومتعددة الاستخدامات لاستخدامها فى الحراريات والمسبك والإلكترونيات وتستخدم فى مرايا التلسكوبات، والألياف الضوئية، ومن ألياف السيليكا المنصهرة تصنع النوافذ الواقية الحرارية، وهناك تطبيقات خاصة أخرى.

السيليكا المدخنة Fumed Silica، يتم إنتاجها عن طريق حرق ثانى أكسيد السيليكون فى لهب الهيدروجين الغنى بالأكسجين لإنتاج "دخان السيليكا"، وهى على شكل مسحوق منخفض الكثافة "خفيف للغاية"، وهى مادة تقوية لا غنى عنها فى مطاط السيليكون، كما تستخدم فى المجالات الطبية والمنتجات الصيدلانية والضروريات اليومية ومستحضرات التجميل ومعجون الأسنان والعناية بالبشرة. كما تستخدم إنتاج الإلكتروليتات الهلامية فى بطاريات الرصاص الثابتة لزيادة عمر البطارية. بطاريات السيليكون هى بطاريات ليثيوم أيون باستخدام السيليكون ليحل محل الجرافيت. السيليكون يوفر جاذبية تدوم طويلاً وأوقات شحن أسرع إلى جانب تكاليف أقل.

إيروجل السيليكا  Aerogel، تلقب بـ"الدخان المتجمد"، وتلقب بمادة الفضاء أو مادة القرن21، هى مادة شفافة، تحضّر من جل السيليكا، وهى مادة جامدة وجافة، وأشد صلابة من الفولاذ، وتعتبر أحد أقوى المواد فى العالم. أسمها يأتى من حقيقة أنها مستمدة من المواد الهلامية. يتم إنشاؤها عن طريق الجمع بين بوليمر ومذيب لتكوين مادة هلامية، ثم إزالة السائل من الجل واستبداله بالهواء. الإيروجل مسامية للغاية ومنخفضة الكثافة للغاية، وتعتبر أخف مادة فى العالم، هناك أنواع منها أقل وزنا من الهواء. تتركب الإيروجلات فى معظمها من الهواء، أَكثر من 90% من تركيب الإيروجلات هواء، وهو ما يجعلها عازلة ممتازة للحرارة، لها قدرة كبيرة على العزل الحرارى "سخونة وبرودة"، لأنها تقوم بإلغاء ثلاث من النواقل الحرارية (تيارات الحمل، والتوصيل، والإشعاع)، كما أنها عازل للصوت. لها قدرةعالية على الامتصاص مما يجعلها مساعدا عظيما فى حالات تسرب البترول. عيبها أنها غالية الثمن.

السيليكا، سواء كانت غروية أو مترسبة أو مدخنة، هى مادة شائعة الاستخدام فى إنتاج الغذاء. تستخدم بشكل أساسي كعامل تدفق أو مضاد- للتكتل فى الأطعمة المسحوقة مثل البهارات ومبيض القهوة النباتى، أو المساحيق التى يتم تشكيلها فى أقراص صيدلانية. يمكنها امتصاص الماء من المواد الرطبة، وتستخدم فى مستحضرات التجميل، حيث تعتبر السليكا مفيدة لخصائصها الناشرة للضوء وطبيعتها الماصة للرطوبة.

هناك فرق بين عنصر السيليكون silicon الموجود فى الطبيعة على هيئة سيليكا، وبين منتجات السيليكون silicone، التى نستخدمها فى حياتنا اليومية، وهو عبارة بوليمر عموده الفقرى عنصر السيليكون silicon  والأكسجين. فعنصر السيليكون silicon هو أساس البوليمرات الاصطناعية المستخدمة على نطاق واسع، والتى تسمى السيليكونات silicones. وفى هذه المقالة سوف نطلق عليه أسم " بوليمر السيليكون"، حتى يتضح المعنى المقصود.

المصادر الرئيسية لبوليمر السيليكون هى حجر السيليكا الطبيعى (SiO2) والماء والميثانول المشتق من الغاز الطبيعى. من هذه المواد، ومن خلال التفاعلات الكيميائية المعقدة، يتم تصنيع بوليمر السيليكون.

عادة ما يكون "بوليمر السيليكون" فى هيئة زيوت عديمة اللون أو مواد شبيهة بالمطاط، ويستخدم فى المواد المانعة للتسرب، والمواد اللاصقة، ومواد التشحيم، والأدوية، وأوانى الطبخ، والعزل الحرارى، والعزل الكهربائى، وهناك أشكال شائعة، مثل زيت السيليكون وشحم السيليكون ومطاط السيليكون وراتنج السيليكون ومانع تسرب السيليكون. يمكن استخدام بوليمر السيليكون فى صنع مواد شبيهة بالمطاط قابلة للطرق، وراتنجات صلبة، وسوائل قابلة للدهن.

الآن أصبح العالم أمام تكنولوجيا جديدة للبطاريات، تعتمد على تخزين الطاقة الحرارية فى رمال السيليكا غير المكلفة كوسيط، حيث تتمتع رمال السيليكا بإمكانية عالية للاحتفاظ بالطاقة الحرارية وتوصيلها. بناء على ذلك، يمكن التخزين الاقتصادى طويل الأمد للكهرباء فى صورة طاقة حرارية منخفض التكلفة ودورة طاقة عالية الكفاءة، من خلال استغلال الكهرباء الزائدة من الرياح أو الطاقة الشمسية فى تسخين رمال السيليكا، خلال سخان يمكن أن يصل درجة الحرارة إلى 1200 درجة مئوية. يتم تخزين رمال السيليكا فى صوامع معزولة لأيام من التخزين. عندما تكون هناك حاجة للطاقة الكهربائية، يتم تحويل الطاقة الحرارية المخزنة فى رمال السيليكا إلى طاقة كهربائية.