Гипс
Общие сведения
Гипс представляет собой дигидрат сульфата кальция, химическая формула которого включает одну молекулу сульфата кальция и две молекулы воды. Данное вещество является типичным минералом, широко распространенным в осадочных горных породах. В природе встречаются различные морфологические разновидности гипса. Волокнистая разновидность минерала носит название атласный шпат или селенит. Зернистая форма гипса, представляющая собой мелкозернистые агрегаты, известна под термином алебастр.
Свойства и характеристики
Минерал характеризуется стеклянным блеском и весьма совершенной спайностью, что позволяет ему расщепляться на тонкие пластинки. Твердость гипса по шкале Мооса является низкой и варьируется в пределах от 1,5 до 2. В чистом виде кристаллы гипса бесцветные или белые, однако в зависимости от наличия примесей окраска может приобретать серый, красноватый, желтоватый, розоватый или бурый оттенок. Вторичный гипс, получаемый после гидратации обожженного порошка, отличается равномерной мелкокристаллической, микропористой структурой и непрозрачным белым цветом. Согласно стандартам, гипсовые вяжущие классифицируются по нескольким физико-механическим параметрам. По времени схватывания выделяют быстротвердеющий гипс, который начинает схватываться через 2 минуты и завершает процесс через 15 минут, нормальнотвердеющий со временем схватывания от 6 до 30 минут, а также медленнотвердеющий, начало схватывания которого наступает через 20 минут без строгого ограничения времени окончания. По степени помола материал подразделяется на грубый, средний и тонкий. Важнейшей характеристикой является прочность на сжатие, включающая 12 марок. Цифровая маркировка указывает на выдерживаемое давление: марка высчитывается из расчета 10 килограммов на кубический сантиметр. Например, марка 5 означает прочность в 50 килограммов на кубический сантиметр, а марка 16 свидетельствует о более высокой прочности, выдерживающей 160 килограммов на кубический сантиметр.
Нахождение в природе
В естественных условиях гипс залегает в виде сплошных масс, скальных выходов и прожилков с параллельно-волокнистой структурой. Часто минерал встречается в виде естественной смеси с ангидритом, при этом доля гипса может достигать 90 процентов. Месторождения гипса широко распространены в мире, а крупнейшими странами-производителями являются Китай, Иран, Испания, США и Таиланд. Российская Федерация обладает значительными запасами данного полезного ископаемого, насчитывая 24 крупных месторождения. Наиболее крупные залежи сосредоточены в Центральном федеральном округе, в частности в Подмосковье и прилегающих территориях, где расположено шесть крупнейших месторождений. Значительные запасы также выявлены в Поволжье, Пермском и Краснодарском краях, Республике Татарстан, а также в Тульской, Нижегородской, Самарской и Волгоградской областях.
Получение
Промышленная переработка природного гипса основывается на процессах нагревания и дегидратации. При термической обработке сырья в температурном диапазоне от 150 до 180 градусов Цельсия происходит удаление воды, в результате чего образуется бета-гипс, в котором на одну молекулу воды приходится две молекулы сульфата. Измельченный бета-гипс реализуется как строительный алебастр. Более тонкий помол этого материала позволяет получить формовочный гипс, а высокая степень очистки дает возможность производить медицинский гипс. Низкотемпературная обработка при температуре около 100 градусов Цельсия приводит к образованию высокопрочного альфа-гипса. При добавлении воды в измельченный обезвоженный альфа- или бета-гипс происходит химическая реакция гидратации, в ходе которой материал затвердевает, возвращаясь в состояние двуводного сульфата кальция. Образующийся при этом вторичный гипс формирует структуру, аналогичную природному камню, и является наиболее оптимальным для практического применения.
Применение
Сфера применения гипса охватывает множество отраслей промышленности, медицину и искусство. В сыром виде минерал используется в качестве сельскохозяйственного удобрения, а также в целлюлозно-бумажной и химической промышленности для производства красок, эмалей и глазурей. Обожженные гипсовые материалы служат важнейшим компонентом в строительной сфере, применяясь для создания штукатурных растворов и в качестве добавки при производстве портландцемента. Исторически гипс активно использовался в античной культуре для создания строительных растворов и возведения архитектурных сооружений, включая элементы пирамиды Хеопса. Из волокнистых разновидностей и алебастра традиционно изготавливают ювелирные и поделочные изделия, вазы, чернильницы, столешницы и элементы декора. Классическая гипсовая скульптура, известная со времен Древней Греции, остается востребованной и в современном искусстве. В медицинской практике высокоочищенный гипс широко применяется для фиксации при лечении переломов, а в стоматологии материал служит основой для изготовления зубных слепков.