В различных соляных месторождениях признаки гипса (включая ангидрит) часто находятся в нижней части месторождений, при этом они могут быть покрыты лишь химически осажденным известняком.
Производство гипса и улучшение его качественных свойств при помощи добавок
Гипс представляет собой осадочный минерал, который встречается в природе, образуя слои осадочных пород. Он формируется в виде белых полупрозрачных кристаллов, которые могут иметь различные оттенки, варьируясь от желтоватого до красного. Главным образом, гипс образуется путем испарения воды, насыщенной ионами кальция.
- 1 Производство гипса
- 1.1 Добыча, из чего делают гипс
- 1.2 Месторождения
- 1.3 Состав
- 1.4 Отстойник
- 2.1 Пропитки
- 2.2 Пластификатор
- 2.3 Гидрофобизатор
- 2.4 Лак
- 2.5 Клей
- 2.6 Краска (пигмент)
- 2.7 Замедлитель схватывания
- 2.8 Модификатор
Производство гипса
На сегодняшний день гипс получил широкую известность как строительный материал и активно используется в отделочных работах и при штукатурке. Он также применим в архитектурных проектах и в ландшафтном дизайне, выступая в качестве декоративного элемента.
Добыча, из чего делают гипс
Процесс добычи гипса осуществляется из месторождений, где гипсовая порода взрывается для извлечения руды. Затем эта руда транспортируется на производственные предприятия, где она проходит процесс переработки в гипс. Сначала материал измельчается в специальных дробилках, после чего проводится сушка для удаления влаги.
Сухие фракции подвергаются измельчению до порошкообразного состояния в мельницах, а затем обжигаются в печах при температуре от 150 до 160 °C в течение 1-2 часов. Данный процесс приводит к образованию качественной мелкодисперсной смеси, которая может быть использована без дополнительных обработок.
Месторождения
Гипс располагается на всей территории России, с наиболее значительными запасами, сосредоточенными в таких регионах, как Владимирская, Архангельская и Иркутская области, а также в Средней Азии, Поволжье, Башкортостане и на Западных Принцевых островах. Сходные месторождения также находятся в других странах, таких как Испания, Тунис, Греция и Марокко.
Образование гипсовых отложений происходит под влиянием разнообразных факторов:
- Выветривание соляных залежей, что способствует выделению гипса.
- Формирование химического осадка в местах расположения соляных озер.
- Гипс может выступать как сопутствующая порода на старых месторождениях нефти, серы и ангидритов.
- Часто, залежи гипса обнаруживаются в устьях древних рек, где произошел процесс осаждения.
В прилагаемом видео продемонстрирован процесс добычи и переработки гипса на заводе Forman:
Состав
С точки зрения химии, гипс представляет собой водный раствор сульфата кальция с формулой CaSO4 ? 2H2O. При нагревании гипса до температуры 140 °C, вода высвободится из его кристаллической решетки, образуя полуводный гипс.
При дальнейшем нагревании, при температуре в составе, образуется обожженный гипс, который представляет собой порошок. Этот порошковый материал может мигом затвердеть снова при добавлении воды — вода восстанавливает связь с сульфатом кальция, и вещество становится твердым, принимая исходную форму.
Отстойник
Для отделения гипса от песка в водной смеси используют специальные устройства, известные как гипсосборники. Причем эти устройства обеспечивают сбор гипса и песка в отдельные емкости, а воду сливают в канализацию. Гипсосборник должен быть правильно установлен между раковиной и сливной трубой для эффективной работы.
Добавки для гипса
Учитывая, что гипс является довольно хрупким материалом из-за содержащегося в нем кальция, в его структуру обычно добавляются различные вещества для улучшения конечного качества получаемого материала.
Пропитки
Поскольку гипсовые поверхности имеют пористую структуру, их необходимо пропитывать специальными средствами, которые заполняют поры. После высыхания пропитки, поверхность становится готовой к нанесению последующих слоев краски. В качестве пропитки часто используется натуральное оливковое масло.
При отсутствии оливкового масла, можно воспользоваться раствором жидкого стекла или клеем ПВА. Наносить пропитку следует с акцентом на ее полное высыхание перед началом процесса окрашивания.
Пластификатор
Пластификаторы представляют собой добавки, которые могут использоваться для регулирования времени схватывания штукатурки, а также для управления ее текучестью. Более того, некоторые пластификаторы могут улучшать прочность готовых изделий из гипса. В результате, это ведет к более эффективному производству гипсовых материалов и более рациональному использованию оборудования.
Гидрофобизатор
Добавление гидрофобных композиций в гипсовые растворы служит для уменьшения водопоглощения гипса, при этом возможно сохранить его паропроницаемость. Этот процесс позволяет предотвратить образование конденсата на поверхности штукатурки даже при резких изменениях температур.
Отметим, что соответствующие добавки способны существенно повышать прочность затвердевшего продукта или поверхности штукатурки, а также защищают от образования плесени и грибков. Водоотталкивающее средство проникает в поры штукатурки и начинает действовать сразу после высыхания.
Как функционирует водоотталкивающее средство:
Лак
Лаки используются для покрытия уже подготовленных штукатурных поверхностей с целью уменьшить впитываемость, т.е. закрыть поры штукатурного слоя. Рекомендуется пропитать поверхность оливковым маслом или лаком для этих целей. Лучшие результаты дают водорастворимые лаки на основе смолы или акрила.
Такой состав проникает глубоко в поры штукатурки, создавая тонкую прочную пленку с хорошей адгезией к поверхности. Это обеспечивает надежную защиту от влаги. Например, существуют различные виды штукатурных лаков, такие как «Изоплен», «Dulux Trade Acrylic», «Izo Sol».
Клей
Для улучшения прочности готовых изделий и их водонепроницаемости, в штукатурные растворы могут добавляться определенные виды клеев. Эти добавки не только увеличивают прочность, но также способствуют замедлению схватывания раствора. В основном используются клей ПВА, костный клей, обойный клей (КМЦ) и некоторые другие варианты клеевых составов.
Краска (пигмент)
Чтобы предоставлять гипсовым изделиям необычные цветовые решения, могут использоваться железооксидные пигменты в порошковой форме. Они производятся в широком диапазоне цветов и не растворяются в воде, органических растворителях и других жидкостях, что означает, что окрашенная штукатурка сохраняет свой цвет с течением времени.
Эти пигменты устойчивы к выцветанию на солнце и не меняют свои оттенки. Порошок пигмента следует тщательно смешивать с сухой штукатуркой для равномерного распределения цвета.
Замедлитель схватывания
Поскольку штукатурка имеет тенденцию быстро схватываться, рекомендуется применение замедлителей схватывания. Эти вещества способны значительно увеличить рабочее время штукатурки. Количество добавляемого вещества зависит от типа применяемой штукатурки. В качестве замедлителей часто используются тартрат натрия, соляная кислота, а также цитрат натрия, представляющий собой соль лимонной кислоты.
ФОРМУЛА И СТРУКТУРА ГИПСА
Гипс — это сульфат кальция (CaSO4), который может быть представлен в различных модификациях совместно с кристаллической водой (H2O):
Химическая формула чистого гипса строится по той же схеме, что и у природного гипса, т.е. CaSO4 *2 H2O. В результате этого строения строительный гипс, подобно природному, является абсолютно безопасным, экологически чистым строительным материалом.
Кристаллическая решетка гипса формируется по моноклинной системе. В итоге, кристаллы могут быть пластинчатыми, а также иногда столбчатыми или игольчатыми (волокнистыми).
Из приведенной структуры видно, что ионы Ca2+ и две группы SO42− образуют двойные слои, окруженные молекулами воды. Таким образом, ионы кальция содержатся в окружении двух молекул воды и шести ионов сульфата, формируя просветы в плоскостях симметрии и проявляясь в виде пластин или колонн.
СВОЙСТВА ГИПСА
Гипс, согласно генетической классификации горных пород, относится к осадочным породам. Он формируется в результате кристаллизации из морской воды, которая насыщена сульфатом кальция, либо как продукт выветривания сульфидных соединений.
Волокнистая форма гипса называется селенитом, а зернистая форма — алебастром. В природе также встречаются чешуйчатые образования гипса, среди которых наиболее известной и ценной является «роза пустыни». Эта форма гипса может достигать на аукционах цены до нескольких сотен евро, в зависимости от размера и качества экземпляра.
Благодаря своим уникальным свойствам, гипс стал одним из важнейших минеральных строительных материалов, необходимых для возведения современных зданий и сооружений.
Цветовые характеристики кристаллов гипса могут варьироваться от бесцветного и белого до различных оттенков красного, желтого, коричневого, синего и серого. Окраска гипса определяется наличием различных примесей и включений, которые, находясь в небольших количествах, не влияют на его физические и механические свойства.
При разрушении кристаллов гипса возникает эффект осколков, и минерал начинает проявлять стеклянный блеск.
Плотность гипса составляет 2300 кг/м3. По шкале Мооса его твердость оценивается в диапазоне от 1,5 до 2. Эта шкала определяет относительную твердость минералов, где тальк имеет твердость 1, а алмаз – 10.
Горная порода гипс
Гипс классифицируется как осадочная горная порода. Способы его образования включают кристаллизацию из воды, которой свойственно насыщение сульфатом кальция, а также эрозию сульфидных солей, что приводит к образованию гипса.
Селенит
Селенит представляет собой морфологическую разновидность гипса, отмечаемую наличием параллельных волокнистых агрегатов. В англоязычных источниках термин «селинид» часто используется для обозначения всех прозрачных кристаллов и агрегатов гипса, не зависимо от их происхождения.
Алебастр
Алебастр (от греческого alabastros) – это общее наименование для двух различных минералов: гипса (как транскассульфат кальция) и кальцита (карбонат кальция). Первое вещество является алавастором, используемым в современности, второе же – считается названием материала, широко используемого в древние времена.
Гипсовый минерал «Роза пустыни»
Под названием «роза пустыни» подразумевается специфический тип минерала гипса, формирующий характерные кристаллические скопления (в виде розеток), смешанные с песком, которые благодаря своей форме напоминают цветок розы.
ОГНЕЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ГИПСА
Гипс содержит как химически связанную (кристаллизационную) влагу, так и химически несвязанную (гигроскопическую) влагу
Гигроскопическая влага сконцентрирована на поверхности и в порах гипсовой структуры. Строительный гипс и изделия на его основе также сохраняют это свойство.
Как было изложено ранее, гипс содержит почти 21% воды. Данная характеристика обеспечивает материалам на основе гипса улучшенные огнезащитные свойства и качественную пожарную безопасность. Например, при нагревании гипсокартона толщиной 12 мм на 1 м2 испаряется около 2,5 литров кристаллизованной воды. Для нагревания такого количества воды требуется значительное количество энергии — более 7 000 КДж тепла. Пока вся вода не будет испарена, температура материала не должна превышать 100-110°C!
