Происхождение и распространение в природе
Гипс – это самая распространенная соль серной кислоты в природе. Иногда образуются целые гипсовые пещеры. Протяженность самой длинной из них составляет более 230 км. В основном гипс имеет осадочное происхождение – он образуется путем химического осаждения при высыхании соленых водоемов, богатых сульфатами. Самые крупные пласты залегают у берегов внутренних морей, в лагунах, на морском мелководье, в устьях древних рек.
Гипс может образовываться и при выветривании серных отложений, но в таких залежах содержится большое количество примесей. В природе встречается также гипс метасоматического происхождения. В этом случае минерал формируется в результате замещения горных пород, которое сопровождается изменением химического и минерального состава под воздействием внешних факторов.
Применение гипса
Гипс применяется в архитектурном и скульптурном деле, в бумажной промышленности, в медицине, в качестве удобрения в сельском хозяйстве, в производстве серной кислоты, цемента, эмалей, глазурей и красок. Марьино стекло используется в оптической промышленности. Благодаря отличной шумоизоляции и способности быстро схватываться алебастр часто используется при строительстве во время отделочных работ.
Селенит – поделочный камень. Селенит и гипс используются для изготовления декоративной настольной скульптуры малых форм (статуэтки, коробочки, вазочки и др.). Из гипса изготавливают строительные детали: карнизы, плиты, блоки, барельефы.
Из гипса и ангидрита получают серу: при накаливании CaSO4 переходит в сульфид кальция CaS, который при контакте с водой образует сероводород. При сжигании H2S при малом количестве кислорода образуется сера и вода.
Минерал гипс: свойства и отличительные признаки
Вот основные физические характеристики гипса, по которым его можно отличить от других минералов:
- излом неровный, но гибкий;
- блеск: от стеклянного до шелковистого или матового;
- твердость: низкая (легко царапается ногтем);
- минерал медленно растворяется в воде;
- на ощупь не жирный;
- оставляет после себя хорошо заметную белую черту;
- цвет: от белого до серого (иногда может быть розовым).
Гипс не вступает в реакции с кислотами, однако растворяется в хлористом водороде (HCl). Может иметь разную прозрачность, хотя прозрачный минерал гипс в природе встречается чаще. При нагревании свыше 107 градусов по Цельсию гипс превращается в алебастр, который, в свою очередь, при смачивании водой затвердевает.
Гипс очень часто путают с ангидритом. Отличить друг от друга эти два минерала можно по твердости (второй гораздо тверже, нежели первый).
Свойства и применение минерала
Алебастр используют в производстве ювелирных украшений, изготовлении аксессуаров для интерьера. Селенит – как недорогой поделочный материал для простых ювелирных изделий, статуэток, вазочек. Марьино стекло используется в строительном деле, оптической промышленности.
Из горной породы получают материалы для строительных целей. Применение в строительстве:
- гипсовые слепки, отливы;
- лепнина для декора;
- настенные панели;
- для оштукатуривания стен помещений;
- в качестве цементного связующего звена при кладке кирпича или камня;
- для изготовления кирпичей.
В других сферах:
- медицина (травматология, стоматология);
- архитектура и скульптурное дело (памятники, статуи, внутренний и наружный декор зданий, бюсты);
- цементное производство;
- производство красок, эмали, глазури;
- металлургия;
- бумажная промышленность;
- сельское хозяйство (в качестве удобрения).
Физические свойства
Химическая формула – CaSO4 × 2H2O. Необработанный гипс – это мягкий хрупкий материал с небольшой плотностью. Напоминает ангидрит, но различие – в твердости (у последнего она выше).
Обработанный гипс славится своей прочностью, устойчивостью к влаге и огню.
Физические свойства:
- Цвет: белый, бесцветный, красноватый.
- Форма: таблитчатая, реже столбчатая, призматическая.
- Прозрачность: от прозрачного до непрозрачного.
- Блеск: стеклянный, шелковистый, тусклый, перламутровый.
- Спайность: совершенная, средняя.
- Излом: ступенчатый, раковистый, занозистый.
- Твердость: 2 балла, хрупкий.
- Плотность: 2,3 г/см3.
- Кристаллическая структура: слоистая.
- Сингония: моноклинная.
- Дисперсия оптических осей (рассеивание): сильная r > v наклонная.
- Люминесценция: в ультрафиолетовых лучах гипсовый минерал с включениями светится оранжево-желтым, бело-голубым, зеленым цветами.
При нагреве до 37–38 градусов становится максимально растворимым в воде. При дальнейшем нагревании это свойство утрачивается. При 107 градусах становится порошком алебастра. Он легко затвердевает, «схватывается».
Физические свойства, разновидности и фото гипса
Блеск стеклянный, перламутровый, шелковистый или матовый. Твердость 1,5-2. Удельный вес 2,2-2,4 г/см3. Бесцветный, белый, сероватый, желтоватый, розовый, красный, синий. Черта белая. Спайность у листоватых разностей весьма совершенная. Сплошной зернистый, плотный, землистый, листоватый, волокнистый, также отдельные кристаллы, двойники, напоминающие ласточкин хвост, друзы (напоминают по внешнему виду поверхность головного мозга или розу). Сингония моноклинная. Кристаллы вросшие. Листочки гибкие, но не упругие.
Отличительные признаки. Имеет неметаллический блеск, небольшую твердость (гипс мягкий), белую черту, небольшую плотность, не жирен на ощупь. Можно спутать с ангидритом. Отличается по твердости. У ангидрита твердость средняя.
Химические свойства. При нагревании до 107⁰С переходит в CaSO4•1/2•H2O, который при смачивании водой затвердевает («схватывается»). Растворяется в соляной кислоте.
Разновидности:
- Селенит – параллельно-игольчатый. Блеск шелковистый.
- Марьино стекло – толстолистоватый прозрачный гипс.
- Алебастр – мелкозернистый различно окрашенный гипс.
Разновидности гипсового камня
Кроме химсостава, свойства и характеристики гипса в значительной степени зависят от структуры сырья. Например, кроме природного алебастрового камня, обладающего выраженной поликристаллической структурой, для производства используют волокнистую разновидность кальциевого ангидрида – селенит.
Все разновидности гипса, от строительного до декоративного или архитектурного, получают путем варьирования содержания селенита, алебастра, сырого гипсового камня, тонкомолотых отходов сульфата кальция, подвергнутых термообработке при различной температуре. После фракционирования сырца по степени помола гипс разделяют на три группы:
- А — быстротвердеющие или алебастровые материалы;
- Б и В – смеси с временем затвердевания до 15 мин;
- Г — строительные гипсовые материалы.
Чем мельче зерно, тем быстрее твердеет материал.
Происхождение
Широко распространённый минерал, в природных условиях образуется различными путями. Происхождение осадочное (типичный морской хемогенный осадок), низкотемпературно-гидротермальное, встречается в карстовых пещерах и сольфатарах. Осаждается из богатых сульфатами водных растворов при усыхании морских лагун, солёных озёр. Образует пласты, прослои и линзы среди осадочных пород, часто в ассоциациях с ангидритом, галитом, целестином, самородной серой, иногда с битумами и нефтью. В значительных массах он отлагается осадочным путем в озёрных и морских соленосных отмирающих бассейнах. При этом гипс наряду с NaCl может выделяться лишь в начальных стадиях испарения, когда концентрация других растворенных солей еще не высока. При достижении некоторого определенного значения концентрации солей, в частности NaCl и особенно MgCl2, вместо гипса будут кристаллизоваться ангидрит и затем уже другие, более растворимые соли, т.е. гипс в этих бассейнах должен принадлежать к числу более ранних химических осадков. И действительно, во многих соляных месторождениях пласты гипса (а также ангидрита), переслаиваясь с пластами каменной соли, располагаются в нижних частях залежей и в ряде случаев подстилаются лишь химически осажденными известняками.
Значительные массы гипса в осадочных породах образуются прежде всего в результате гидратации ангидрита, который в свою очередь осаждался при испарении морской воды; нередко при её испарении осаждается непосредственно гипс. Гипс возникают в результате гидратации ангидрита в осадочных отложениях под влиянием действия поверхностных вод в условиях пониженного внешнего давления (в среднем до глубины 100-150м.) по реакции: CaSO4 + 2H2O = CaSO4 × 2H2О. При этом происходят сильное увеличение объёма (до 30%) и, в связи с этим, многочисленные и сложные местные нарушения в условиях залегания гипсоносных толщ. Таким путем возникло большинство крупных месторождений гипса на земном шаре. В пустотах среди сплошных гипсовых масс иногда встречаются гнёзда крупных, нередко прозрачных кристаллов.
Может служить цементом в осадочных породах. Жильный гипс обычно является продуктом реакции сульфатных растворов (образующихся при окислении сульфидных руд) с карбонатными породами. Образуется в осадочных породах при выветривании сульфидов, при воздействии образующейся при разложении пирита серной кислоты на мергели и известковистые глины. В полупустынных и пустынных местностях гипс очень часто встречается в виде прожилков и желваков в коре выветривания самых различных по составу горных пород. В почвах аридной зоны формируются новообразования вторично переотложенного гипса: одиночные кристаллы, двойники («ласточкины хвосты»), друзы, «гипсовые розы» и т.д.
Гипс довольно хорошо растворим в воде (до 2,2 г/л.), причём с повышением температуры его растворимость сперва растёт, а выше 24°С падает. Благодаря этому гипс при осаждении из морской воды отделяется от галита и образует самостоятельные пласты. В полупустынях и пустынях, с их сухим воздухом, резкими суточными перепадами температуры, засолёнными и загипсованными почвами, утром, с повышением температуры гипс начинает растворяться и, поднимаясь в растворе капиллярными силами, отлагается на поверхности при испарении воды. К вечеру, с понижением температуры, кристаллизация прекращается, но из-за недостатка влаги кристаллы не растворяются, — в районах с такими условиями кристаллы гипса встречаются в особенно большом количестве.
ПРИМЕНЕНИЕ
Сегодня минерал «гипс» — это в основном сырье для производства α-гипса и β-гипса. β-гипс (CaSO4·0,5H2O) — порошкообразный вяжущий материал, получаемый путём термической обработки природного двухводного гипса CaSO4·2H2O при температуре 150—180 градусов в аппаратах, сообщающихся с атмосферой. Продукт измельчения гипса β-модификации в тонкий порошок называется строительным гипсом или алебастром, при более тонком помоле получают формовочный гипс или, при использовании сырья повышенной чистоты, медицинский гипс.
При низкотемпературной (95-100 °C) тепловой обработке в герметически закрытых аппаратах образуется гипс α-модификации, продукт измельчения которого называется высокопрочным гипсом.
В смеси с водой α и β-гипс твердеет, превращаясь снова в двуводный гипс, с выделением тепла и незначительным увеличением объема (приблизительно на 1 %), однако такой вторичный гипсовый камень имеет уже равномерную мелкокристаллическую структуру, цвет различных оттенков белого (в зависимости от сырья), непрозрачный и микропористый. Эти свойства гипса находят применение в различных сферах деятельности человека.
Гипс (англ. Gypsum) — CaSO4 * 2H2O
| Молекулярный вес | 172.17 г/моль |
| Происхождение названия | От греческого γύψος (gyps) означающего «мел» или «штукатурка», «burned» mineral. |
| IMA статус | действителен |
Гипс как вяжущий материал
Сухая гипсовая смесь обладает высокой поглощающей способностью, например, полугидратный α-гипс обладает поверхностью до 6000 см2/г, а более слабая β-модификация – в два раза больше. Небольшое количество гипсовой смеси 3-5%, добавленной в известковый или цементный раствор, может увеличить вязкость на 15%.
Относительно простой и эффективный способ коррекции вязкости любого строительного раствора, но стоит учитывать, что процесс поглощения развивается в прогрессии, поэтому остаточная вязкость смеси будет сформирована не ранее чем через 15 минут после добавки материала.
Схватывание гипса
Высоко марочный гипс обладает высокой скоростью затвердевания, на практике для обожженного строительного материала первой категории процесс схватывания должен начаться уже через 4 минуты после разбавления водой. Для гипсового материала второй категории процесс отверждения по стандарту должен начинаться не ранее чем через 6 минут. Понятно, что из-за поглощения водяных паров воздуха гипс, даже будучи тщательно упакованным в водонепроницаемую оболочку, теряет активность, поэтому нормативами на гипсовый материал предельное время начала твердения ограничено 30 минутами. Все, что более того, уже считается непригодным для использования. Общее время схватывания от начала замеса до перехода в твердое состояние не должно превышать 12 мин.
Время схватывания строительного гипса ограничено отрезком времени в 3 часа. Исключение составляет ангидридный цемент, для которого предельный срок схватывания установлен в 24 ч. Если строительный гипсоблок набирает маточную прочность уже через 3-4 ч, в зависимости от температуры и условий замеса, то для ангидридного гипсового кладочного раствора предельный срок установлен, как и для цементно-песчаных смесей, 28суток. Образец из затвердевшего ангидридного гипсового вяжущего должен выдерживать нагрузку на сжатие 50-150 кгсм2.
Твердение гипса
Процесс связывания воды и набора прочности строительным гипсом может сопровождаться расширением твердеющей массы. Чем больше в химсоставе ангидрида в растворимой форме, тем больше степень расширения. Например, полугидрат способен увеличить размер на 0,5%, а для β-модификации материал отливки увеличивается на все 0,8%.
Это приводит к само упрочнению строительной массы, но не очень удобно, если нужно выдержать максимальную точность слепка, поэтому с эффектом борются с помощью добавок 1% извести или материалов Помазков. В процессе высыхания строительный гипс дает усадку, поэтому каменные массы большой толщины всегда нагружены внутренними напряжениями.
Описание и разновидности минерала
Гипс – минерал осадочных пород, белого цвета, представленный веществами:
- кальций;
- сера;
- кислород;
- водород.
Гипсовый камень имеет два красивых синонима: роза песков (пустыни) и песчаная роза. Такие названия связаны с составом (песок, соли, вода) и внешним сходством с розой. Изредка можно встретить необычное название – монмартит. Также в разговорной речи могут встретиться такие названия, как гипсовый шпат или камень, зеркальный камень.
Популярен ввиду невысокой стоимости и широкой области применения.
Природный дикий гипс представлен тремя видами:
- селенит – волокнистый параллельно-игольчатый минерал с шелковистым блеском, атласный шпат;
- алебастр – зернистый минерал с различными оттенками;
- марьино стекло – прозрачный как стекло толстолистовой гипс, другое название – девичий лед (стекло).
К просмотру фотогалерея:
Перевод на другие языки
|
|
Происхождение и нахождение
Гипс в природных условиях образуется различными путями.
- В значительных массах он отлагается осадочным путем в озерных морских соленосных отмирающих бассейнах. При этом гипс наряду с NaCl может выделяться лишь в начальных стадиях испарения, когда концентрация других растворенных солей еще невысока. При достижении некоторого определенного значения концентрации солей, в частности NaCl и особенно MgCl2, вместо гипса будут кристаллизоваться ангидрит затем уже другие, более растворимые соли. Следовательно, гипс в этих бассейнах должен принадлежать к числу более ранних химических осадков. И действительно, во многих соляных месторождениях пласты гипса (а также ангидрита), переслаиваясь с пластами каменной соли, располагаются в нижних частях залежей и в ряде случаев подстилаются лишь химически осажденными известняками.
- Весьма значительные массы гипса возникают в результате гидратации ангидрита в осадочных отложениях под влиянием действия поверхностных вод в условиях пониженного внешнего давления (в среднем до глубины 100–150 м) по реакции: CaSO4 + 2H2O = CaSO4 . 2H2O
При этом происходят сильное увеличение объема (до 30 %) и в связи с этим, многочисленные и сложные местные нарушения в условиях залегания гипсоносных толщ. Таким путем возникло большинство крупных месторождений гипса на земном шаре. В пустотах среди сплошных гипсовых масс иногда встречаются гнезда крупнокристаллических, нередко прозрачных кристаллов («шпатоватый гипс»).
- В полупустынных и пустынных местностях гипс очень часто встречается в виде прожилков и желваков в коре выветривания самых различных по составу горных пород. Нередко образуется также на известняках под действием на них вод, обогащенных серной кислотой или растворенными сульфатами. Встречается, наконец, в зонах окисления сульфидных месторождений, но не в столь больших количествах, как этого можно было бы ожидать. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев в сульфидных рудах в том или ином количестве присутствуют пирит или пирротин, окисление которых (особенно первого) существенно увеличивает содержание серной кислоты в поверхностных водах. Подкисленные же серной кислотой воды значительно увеличивают растворимость гипса. Поэтому в ряде месторождений гипс более обычен в верхних частях зон первичных руд, где он в трещинах встречается вместе с другими сульфатами.
- Сравнительно редко гипс наблюдается как типичный гидротермальный минерал в сульфидных месторождениях, образовавшихся в условиях низких давлений и температур. В этих месторождениях он иногда наблюдается в виде крупных кристаллов в пустотах и содержит включения халькопирита, пирита, сфалерита и других минералов. Многократно устанавливались псевдоморфозы по гипсу кальцита, арагонита, малахита, кварца и других минералов, так же как и псевдоморфозы гипса по другим минералам.
Редким примером эндогенного (гидротермального) гипса могут служить прозрачные монокристальные массы, наросшие поверх щеток кристаллов цеолитов в полостях габброидов Талнахского месторождения (Норильская группа, Красноярский край).
Типичный морской химический осадок. По происхождению и нахождению в природе тесно связан с ангидритом. Может образовываться при дегидратации ангидрита. Образуется также в зоне выветривания сульфидов и самородной серы (так называемые гипсовые шляпы). Как и ангидрит, гипс иногда может быть гидротермального происхождения, встречаясь в продуктах фумарольной деятельности.
Разновидности гипса
Гипс имеет наибольшее разнообразие объектов применения среди других вяжущих материалов. Он позволяет сэкономить на других материалах. Существует множество разновидностей гипса.
Строительный
Его применяют для производства гипсовых деталей, перегородочных плит для штукатурных работ. Работы с гипсовым раствором надо проводить за очень короткое время– от 8 до 25 минут, оно зависит от вида гипса. За это время его надо полностью израсходовать. При начале твердения гипс уже набирает около 40% конечной прочности.
Так как при твердении на гипсе не образуются трещины, при замешивании раствора с известковым раствором, который придает ему пластичность, можно не добавлять различные заполнители. В связи с короткими сроками схватывания в гипс добавляют замедлители твердения. Строительный гипс уменьшает трудоемкость и затраты на строительство.
Высокопрочный
По химическому составу высокопрочный гипс схож со строительным. Но у строительного гипса более мелкие кристаллы, а у высокопрочного – крупные, поэтому он имеет меньшую пористость и очень высокую прочность.
Изготавливают высокопрочный гипс с помощью термической обработки в герметичном аппарате, куда помещают гипсовый камень.
Сфера применения высокопрочного гипса обширна. Из него приготавливают различные строительные смеси, строят несгораемые перегородки. Также из него делают различные формы для производства фарфоровых и фаянсовых сантехнических изделий. Высокопрочный гипс используют в травматологии и стоматологии.
Полимерный
С синтетическим полимерным гипсом больше знакомы ортопеды-травматологи, на его основе выпускаются гипсовые бинты для наложения повязок при переломах.
Преимущества полимерных гипсовых повязок:
- в три раза легче обычных гипсовых;
- легко накладываются;
- позволяют коже дышать, так как имеют хорошую проницаемость;
- устойчивы к влаге;
- позволяют контролировать сращение костей, так как проницаемы для рентгеновских лучей.
Целлакастовый
Из этого гипса также делаются бинты, их структура позволяет растягивать бинт во всех направлениях, поэтому из него можно делать очень сложные повязки. Целлакаст имеет все свойства полимерного бинта.
Скульптурный или формовочный
Это наиболее высокопрочный гипс, в нем не содержатся никакие примеси, он имеет высокую природную белизну. Используют его для изготовления форм для скульптур, гипсовых статуэток, лепки сувениров, в фарфорово-фаянсовой, авиационной и автомобильной промышленности.
Это основной компонент сухих шпаклевочных смесей. Формовочный гипс получают из строительного, для этого его дополнительно просеивают и размалывают.
Акриловый
Акриловый гипс производится из водорастворимой акриловой смолы. После застывания он внешне похож на обычный гипс, но значительно легче. Из него делают лепнину на потолке и другие декоративные детали.
Акриловый гипс морозостойкий, имеет небольшое влагопоглощение, поэтому его можно использовать для отделки фасадов здания, создавая интересные дизайнерские решения.
Работать с акриловым гипсом очень просто. Если в раствор добавить немного мраморной крошки или алюминиевой пудры или другие инертные наполнители, изделия из акрилового гипса будут очень напоминать мраморные или металлические.
Полиуретановый
Гипсовую лепнину также можно делать из полиуретанового или полистирольного гипса. Стоит он значительно дешевле обычного гипса, а по своим качествам почти ничем не отличается от него.
Белый
С помощью белого гипса заделывают швы, трещины, изготавливают лепнину и проводят другие виды строительно-ремонтных работ. Он имеет совместимость с различными видами строительных материалов. Время твердения белого гипса 10 мин.
Жидкий
Жидкий гипс –приготовляют из гипсового порошка.
Его готовят по следующей технологии:
- Наливают воду в необходимом количестве.
- Насыпают гипс и тут же перемешивают.
- Густоту раствора можно делать различную. Для заливки форм делается жидкий раствор
Водостойкий (влагостойкий)
Водостойкий гипс получают при обработке сырья по специальной технологии. Чтобы улучшить свойства гипса в него добавляют барду – отход производства этилового спирта.
Огнеупорный
Гипс – негорючий материал негорючий, но гипсокартонные листы, изготавливаемые из него достаточно горючие. Чтобы придать им пожаростойкость, применяют пазогребеневый гипс. Применяют его везде, где требуется повысить огнеупорность.
Архитектурный
Архитектурный гипс не содержит токсичных компонентов, он очень пластичный. Его кислотность аналогична кислотности человеческой кожи. Классическая лепка из архитектурного гипса очень нравится дизайнерам, спрос на нее очень большой.
Технические характеристики и свойства
У всех гипсовых смесей технические характеристики имеют большое сходство, остановимся на свойствах и особенностях строительного гипса.
К ним относятся:
- Плотность. Гипс имеет плотную мелкозернистую структуру. Истинная плотность составляет 2,60-2,76 г/см?. В рыхлонасыпанном виде он имеет плотность — 850-1150 кг/м?,а в уплотненном виде плотность составляет — 1245-1455 кг/м?.
- Сколько сохнет. К преимуществам гипса относится быстрая схватка и затвердение. Гипс схватывается на четвертой минуте после замешивания раствора, а спустя полчаса он полностью застывает. Поэтому готовый гипсовый раствор требуется немедленно израсходовать. Чтобы замедлить схватывание, в гипс добавляют водорастворимый животный клей.
- Удельный вес. Удельный вес гипса измеряется в кг/м? в системе МКГСС. Так как отношение массы равняется к занимаемому им объему, удельный, объемный и насыпной вес гипса получается примерно одинаковый.
- Какую температуру выдерживает (t плавления). Гипс можно нагреть до t 600— 700°С без разрушения. Огнестойкость изделий из гипса высокая. Их разрушение происходит лишь через шесть — восемь часов после воздействия высокой температуры.
- Прочность. Строительный гипс при сжатии имеет прочность 4-6 МПа, высокопрочный — от 15 до 40 МПа и более. У хорошо высушенных образцов прочность в два — три раза выше.
- ГОСТ. Государственный стандарт гипса 125-79 (СТ СЭВ 826-77).
- Теплопроводность. Гипс является плохим проводником тепла. Его теплопроводность 0.259 ккал/м град/час в интервале от 15 до 45°С.
- Растворимость в воде. Растворяется в небольших количествах: в 1 литре воды при 0° растворяется 2,256 г, при 15°— 2,534 г, при 35°— 2,684 г; при дальнейшем нагревании растворимость опять уменьшается.
Хранение материала
Единственный надежный способ качественно хранить сухой гипсовый материал — это использовать стеклянные банки с запаянной крышкой. Сухой прокаленный гипс можно применять для осушения емкостей или пола, но для восстановления начальных качеств материал необходимо раскислитель водным раствором серной кислоты, удалить прокаливанием воду и повторно смолоть в пыль до размеров зерна 0,01-0,003мм. Промышленная полиэтиленовая упаковка обеспечивает надежное хранение сухой смеси только в течение первых двух месяцев. Сухие штукатурки на основе гипсового материала в бумажных мешках после вскрытия должны быть использованы в течение 3-х дней.
