Гипс

Гипс — мек сулфатен минерал составен од калциум сулфат дихидрат, со хемиска формула . Широко се ископува и се користи како ѓубриво и како главна состојка во многу форми на малтер, гипскартон и табла или креда за тротоари. Гипсот исто така кристализира како проѕирни кристали на селенит. Се формира како минерал на испарување и како производ на хидратација на анхидрид. Мосовата скала за тврдост на минерали го дефинира гипсот како вредност на тврдост 2 врз основа на споредба на тврдоста при гребење.
Ситнозрнести бели или лесно обоени форми на гипс, познати како алабастер, се употребувале за скулптури од многу култури, вклучувајќи го Стар Египет, Месопотамија, Стар Рим, Византија и Нотингемските алабастри од средновековна Англија.
1 Етимологија и историја
Зборот ''гипс'' е изведен од грчкиот збор, „гипс“. Бидејќи каменоломите во парискиот округ Монмартр долго време произведувале изгорен гипс (калциниран гипс) кој се употребува за разни намени, овој дехидриран гипс станал познат како париски гипс. По додавањето вода, по неколку десетици минути, парискиот гипс повторно станува обичен гипс (дихидрат), предизвикувајќи материјалот да се стврдне или „стврдне“ на начини што се корисни за леење и градење.
Гипсот бил познат на староанглиски како ang, „камен од копје“, што се однесува на неговите кристални испакнатини. Така, зборот шпат во минералогијата, во споредба со гипс, се однесува на секој неруден минерал или кристал кој се формира во испакнатини слични на копје. Во средината на 18 век, германскиот свештеник и земјоделец Јохан Фридрих Мајер ја истражувал и го објавил користењето на гипсот како ѓубриво. Гипсот може да дејствува како извор на сулфур за раст на растенијата, а на почетокот на 19 век се сметал за речиси чудесно ѓубриво. Американските земјоделци биле толку желни да го стекнат што се развила жива шверцувачка трговија со Нова Шкотска, што резултирало со таканаречената „Војна на гипсот“ од 1820 година.
2 Физички својства
Гипсот е умерено растворлив во вода (~2,0–2,5 g/L на 25 °C) и, за разлика од поголемиот беој на други соли, тој покажува ретроградна растворливост, станувајќи помалку растворлив на повисоки температури. Кога гипсот се загрева на воздух, тој губи вода и најпрвин се претвора во калциум сулфат хемихидрат (басанит, честопати едноставно наречен „гипс“) и, доколку се загрева понатаму, во безводен калциум сулфат (анхидрит). Како и кај анхидритот, растворливоста на гипсот во солени раствори и во саламура е исто така силно зависна од концентрацијата на натриум хлорид (обична кујнска сол).
Структурата на гипсот се состои од слоеви на калциум (Ca2<sup>+</sup>) и сулфат јони се цврсто врзани заедно. Овие слоеви се врзани со слоеви од кристална вода преку послаба водородна врска, што му дава на кристалот совршено расцепување по должината на слоевите (во рамнината {010}).
3 Кристални сорти
Гипсот се јавува во природата како сплескани и често сраснати кристали и проѕирни, расцепливи маси наречени селенит. Во форма на селенит, гипсот формира едни од најголемите кристали пронајдени во природата, до 12 метри должина. Селенитот не содржи значаен селен; туку, двете супстанции се именувани по старогрчкиот збор за Месечината.
Селенитот во дадени случаи може да се појави и во свиленкаста, влакнеста форма, во кој случај најчесто се нарекува „сатенски спат“.
Може да биде и грануларен или доста компактен. Во примероци со рачна големина, може да биде од проѕирен до непроѕирен.
Многу ситнозрнеста бела или лесно обоена сорта на гипс, наречена алабастер, е ценета за украсни дела од разни видови.
Во сушните подрачја, гипсот може да се појави во форма слична на цвет, обично непроѕирен, со вградени зрна песок наречени пустинска роза.
4 Појава
Гипсот е вообичаен минерал, со дебели и обемни евапоритни слоеви во поврзаност со седиментни карпи. Познато е дека наслагите се јавуваат во слоеви уште од архејскиот еон. Гипсот се таложи од езерска и морска вода, како и од топли извори, од вулканска пареа и сулфатни раствори во вените. Хидротермалниот анхидрит во вените најчесто се хидрира во гипс од подземните води во експозиции во близина до површината. Често се поврзува со минералите халит и сулфур. Гипсот е најчестиот сулфатен минерал. Чистиот гипс е бел, но други супстанции кои се наоѓаат како примеси можат да дадат широк спектар на бои на местните наслаги.
Бидејќи гипсот се раствора со текот на времето преку вода, гипсот ретко се наоѓа во форма на песок. Сепак, уникатните услови на Националниот парк „Бели песоци“ во американската држава Ново Мексико создале 710 квадратни километри површина од бел гипсен песок, доволна за снабдување на градежната индустрија на САД со гипскартон 1000 години. Комерцијалната експлоатација на областа, на која силно се спротивставувале жителите на областа, била трајно спречена во 1933 година кога претседателот Херберт Хувер ги прогласил гипсените дини за заштитен национален споменик.
Гипсот се формира и како нуспроизвод од оксидацијата на сулфидите, меѓу другото и со оксидација на пирит, кога генерираната сулфурна киселина реагира со калциум карбонат. Неговото присуство укажува на оксидирачки услови. Под редукциски услови, сулфатите кои ги содржи можат да се редуцираат назад до сулфид од бактерии кои ги намалуваат сулфатите. Ова може да доведе до акумулација на елементарен сулфур во формации што содржат нафта, како што се куполите на сол, каде што може да се ископа со користење на Фрашов процес. Електраните што согоруваат јаглен со десулфуризација на димни гасови произведуваат големи количини на гипс како нуспроизвод од чистачите.
Орбиталните слики од Марсовиот извидувачки сателит (орбитар) укажуваат на постоење на гипсени дини во северниот поларен регион на Марс, кои подоцна биле потврдени на ниво на земјата од страна на Марсовиот истражувачки ровер (MER) ''Opportunity''.
5 Рударство
+Проценето производство на гипс во 2015 година, Земја, Производство, Резерви
Кина, 132,000
Иран, 22,000, 1,600
Тајланд, 12,500
САД, 11,500, 700,000
Турција, 10,000
Шпанија, 6,400
Мексико, 5.300
Јапонија, 5.000
Русија, 4.500
Италија, 4.100
Индија, 3.500, 39.000
Австралија, 3.500
Оман, 3.500
Бразил, 3.300, 290.000
Франција, 3.300
Канада, 2.700, 450.000
Саудиска Арабија, 2.400
Алжир, 2.200
Германија, 1.800, 450.000
Аргентина, 1.400
Пакистан, 1.300
Обединето Кралство, 1.200, 55.000
Други земји, 15.000
Вкупно во светот, 258.000
Комерцијални количини на гипс се наоѓаат во бразилските градови Арарипина и Гражау; во Пакистан, Јамајка, Иран (втор најголем производител во светот), Тајланд, Шпанија (главен производител во Европа), Германија, Италија, Англија, Ирска, Канада и САД. Големи каменоломи со отворен коп се наоѓаат на многу места, вклучувајќи го Форт Доџ, Ајова, кој се наоѓа на едно од најголемите наоѓалишта на гипс во светот, и Пластер Сити, Калифорнија, САД, и Источен Кутаи, Калимантан, Индонезија. Неколку мали рудници постојат и на места како што е Калани во Западна Австралија, каде што гипсот се продава на приватни купувачи за додавање калциум и сулфур, како и за намалување на отровноста на алуминиумот врз почвата за земјоделски намени.
Кристали од гипс до 11 метри биле пронајдени во пештерите на рудникот Наика во Чивава, Мексико. Кристалите напредувале во исклучително ретката и стабилна природна средина на пештерата. Температурите останале на , а пештерата била исполнета со вода богата со минерали што го поттикнала растот на кристалите. Најголемиот од тие кристали тежи 55 тони и е стар околу 500.000 години.
6 Синтеза
Синтетичкиот гипс се произведува како отпаден производ или нуспроизвод во преку неколку индустриски процеси.
6.1 Десулфуризација
Гипсот за десулфуризација на димни гасови (FGDG) се добива во некои термоелектрани на јаглен. Главните загадувачи се Mg, K, Cl, F, B, Al, Fe, Si и Se. Тие доаѓаат и од варовникот што се употребува во десулфуризацијата и од согорувањето на јагленот. Овој производ е доволно чист за да го замени природниот гипс во широк спектар на области, вклучувајќи ги гипскартонските плочи, третманот на вода и средството за забавување на стврднувањето на цементот. Подобрувањата во десулфуризацијата на димни гасови значително ја намалиле количината на присутни отровни елементи.
6.2 Отсоленување
Гипсот се таложи врз мембраните на соленкаста вода, феномен познат како формирање на минерални соли, како на пример за време на отсолување на соленкаста вода со високи концентрации на калциум и сулфат. Наслагите го намалуваат животниот век и продуктивноста на мембраната. Ова претставува една од главните пречки во процесите на отсоленување на мембраните на соленкаста вода, како што се обратна осмоза или нанофилтрација. Други форми на формирање на наслаги, како што е формирањето на наслаги од калцит, во зависност од изворот на вода, исто така можат да бидат важни фактори при дестилација, како и кај разменувачите на топлина, каде што растворливоста на солта или концентрацијата можат брзо да се променат.
Ново истражување покажува дека формирањето на гипс започнува како ситни кристали од минерал наречен басанит (2CaSO<sub>4</sub>·H<sub>2</sub>O). Овој процес се одвива преку тристепен пат:
# хомогена нуклеација на нанокристален басанит;
# самосклопување на басанит во агрегати, и
# преобразба на басанит во гипс.
6.3 Отпад од рафинерија
Производството на фосфатни ѓубрива бара разградување на фосфатната карпа која содржи калциум со киселина, при што се создава отпад од калциум сулфат познат како фосфогипс (ФГ). Оваа форма на гипс е загадена со примеси што се наоѓаат во карпата, имено флуорид, силициум диоксид, радиоактивни елементи како што е радиум и елементи на тешки метали како што е кадмиум. Слично на тоа, производството на титаниум диоксид произведува титаниум гипс (ТГ) поради неутрализација на вишокот киселина со вар. Производот е загадена со силициум диоксид, флуориди, органски материи и алкалии.
Примесите во отпадот од рафинериски гипс, во многу случаи, го спречиле неговото употребување како обичен гипс во области како што е градежништвото. Како резултат на тоа, отпадниот гипс се складира во купови на неодредено време, со значителен ризик од истекување на неговите загадувачи во водата и почвата. За да се намали акумулацијата и на крајот да се исчистат овие купови, во тек се истражувања за да се пронајдат повеќе примени за ваквите отпадни производи.
7 Безбедност при работа
Луѓето можат да бидат изложени на гипс на работното место преку вдишување, допир со кожата и контакт со очите. Калциум сулфатот сам по себе е неотровен и е дури и одобрен како додаток во исхраната, но како гипс во прав, може да ја иритира кожата и мукозните мембрани.
7.1 САД
Управата за безбедност и здравје при работа (УБЗР) ја утврдила законската граница ( дозволена граница на изложеност) за изложеност на гипс на работното место како TWA 15. mg/m<sup>3</sup> за вкупна изложеност и TWA 5 mg/m<sup>3</sup> за респираторна изложеност во текот на осумчасовен работен ден. Националниот институт за безбедност и здравје при работа (НИБЗР) поставил препорачана граница на изложеност од TWA 10 mg/m<sup>3</sup> за вкупна изложеност и TWA 5 mg/ m<sup>3</sup> за респираторна изложеност во текот на осумчасовен работен ден.
8 Употреба
Гипсот се користи во широк спектар на апликации:
8.1 Градежната индустрија
* Гипскартонот првенствено се употребува како завршна обработка за ѕидови и тавани, а во градежништвото е познат како гипскартон, „плочест картон“ или гипс-картон. Гипсот им обезбедува одреден степен на отпорност на пожар на овие материјали, а стаклени влакна се додаваат во нивниот состав за да се нагласи овој ефект. Гипсот има занемарлива топлинска спроводливост, што му дава на малтерот некои изолациски својства. * Гипсблоковите се користат како бетонски блокови во градежништвото.
* Гипсниот малтер е древен малтер што се користи во градежништвото.
* Состојка на портландски цемент што се користи за спречување на брзо стврднување (пребрзо стврднување) на бетонот.
* Замена за дрво во стариот свет: На пример, кога дрвото станало ретко поради уништување на шумите на Крит од бронзеното време, гипсот се користел во градежништвото на места каде што претходно се користело дрво.
8.2 Земјоделство
* Ѓубриво: Кон крајот на 18 и почетокот на 19 век, гипсот од Нова Шкотска, бил многу барано ѓубриво за пченични полиња во Соединетите Американски Држави. Гипсот обезбедува два од секундарните растителни макронутриенти, калциум и сулфур. За разлика од варовникот, тој генерално не влијае на pH вредноста на почвата. * Рекултивација на солени почви, без оглед на pH вредноста. Кога гипсот се додава во содна (солена) и кисела почва, високо растворливата форма на бор (натриум метаборат) се претвора во помалку растворлив калциум метаборат. Процентот на заменлив натриум исто така се намалува со примена на гипс. Фабриката Зуидерзе користи гипс за обновено земјиште.
* Други употреби како средство за подобрување на почвата: Гипсот ја намалува отровноста на алуминиумот и борот во кисели почви. Исто така, ја подобрува структурата на почвата, апсорпцијата на вода и аерацијата. * Мониторинг на потенцијалот на водата во почвата: во почвата може да се вметне гипс-блок, а неговиот електричен отпор може да се измери за да се добие влажноста на почвата.
8.3 Моделирање, скулптура и уметност
* Гипс за леење калапи и моделирање.
* Како алабастер, материјал за скулптура, се користел особено во античкиот свет пред да се развие челикот, кога неговата релативна мекост го олеснила резбањето. За време на средниот век и ренесансата, бил претпочитан дури и пред мермерот. * Во средновековниот период, писарите и илуминаторите го употребувале како состојка во гесото, кое се нанесувало на илуминирани букви и се позлатувало со злато во илуминирани ракописи.
8.4 Храна и пијалоци
* Коагуланс од тофу (соино тофу), што го прави значаен извор на калциум во исхраната. * Додавање на тврдост на водата што се користи за подготовка на пиво. * Се употребува во печење како средство за омекнување на тестото, намалувајќи ја лепливоста и како извор на калциум во исхраната во печивата. Примарна компонента на минералната храна за квасец. * Се употребува во одгледувањето печурки за да се спречи згрутчување на зрната.
8.5 Медицина и козметика
* Гипс за хируршки протези. * Впечатливи фластери во стоматологијата.
8.6 Друго
* Алтернатива на железен оксид во некои термитни мешавини. * Тестовите покажале дека гипсот може да се употребува за отстранување на загадувачи како што се олово или арсен од загадени води.
9 Галерија