ژیپس ( CaSO4 . 2H2O )

مشخصات ژيپس:

  سولفات كلسيم در طبيعت به دو صورت يافت مي شود : 

•ژيپس 2H2O. ‍‍CaSO4 (كاني رايج و تجاري) 
•انيدريت CaSO4 ( سولفات كلسيم بدون آب ) 
به طور كلي کاني هاي ژيپس و انيدريت در شرايط تبخيري به وجود مي آيند. ژيپس و انيدريت از جمله رسوبات حاصل از پديده تبخير مي باشند که از نظر توالي رسوبگذاري بر سنگ نمک تقدم دارند. ته نشيني اين مواد همراه با تبخيريها ي ديگر در آب هاي شور انجام مي گيرد.
انيدريت به دليل حلاليت بالا و تبديل شدن به ژيپس بندرت در سطح زمين يافت مي شوند وليکن ژيپس در سطح زمين پايدار است. بنابراين مي تواند در سطح زمين رخنمون داشته باشد. اين كانيها در حوضه هاي بسته و باز كه ميزان تبخير آنها زياد است، تشكيل مي شوند. حوضه هاي درون قاره اي كه در مراحل اوليه ريفت تشكيل مي شوند، محيط مناسبي براي تشكيل رسوبات تبخيري از جمله ژيپس مي باشند

•ژيپس Gypsum :
ژيپس با فرمول 2H2O. ‍‍CaSO4 به عنوان سولفات كلسيم آب دار که در طبيعت به صورت بلورهاي سرنيزه اي، رشته اي، توده اي دانه ريز (آلباستر)، شفاف ( سلنيت که در کاني شناسي قديم به آن حجرالقمر مي گفتند ) و يا به صورت مخلوط با رس ( ژيپسيت) در طبيعت مشاهده مي شود و كاني رايج و تجاري سولفات كلسيم است. ژيپس در سيستم منوکلينيک متبلور مي شود و وزن مخصوص آن 32/2 و سختي آن 2 مي باشد. از نظر پتروگرافي ژيپس داراي برجستگي پائين و بيرفرنژانس ضعيف مي باشد.

•انيدريت Anydrate : 
انيدريت با فرمول CaSO4 به عنوان سولفات كلسيم بدون آب که در سيستم ارتورومبيک متبلور مي شود و وزن مخصوص آن 98/2-89/2 و سختي آن 5/3-3 مي باشد. انيدريت داراي بيرفرنژانس متوسط و برجستگي بالاتر مي باشد.

تأثيرات زيست محيطي:

آژانس بين‌المللي سلامت جهاني سيليس متبلور را به عنوان مادة سرطان‌زا معرفي كرده است. براي مثال مواد شيميايي و معدني كه 1/0% يا بيشتر سيليس متبلور داشته باشند، براساس استاندارد موسسة سلامت و بهداشت جمعيت براي مقابله با خطرات ناشي ازارتباط با محيط آلوده (Occupational Safety & Health Administration s`Hazard Communication Standard) در آمريكا تحت نظارت قانون قرار گرفته‌اند، به طوريكه به صورت قانون كار، آموزش كارگران و برچسب زدن بر چنين محصولاتي مطابق روش‌هاي اعلام شده براي مواد سرطان‌زا (Material Safety Data Sheet, MSDS) مي‌بايست انجام گيرد.

بنابراين تا زماني كه طي فرآوري، درصد سيليس متبلور در ژيپس كمتر از 1% شود، ژيپس تحت قانون فوق قرار مي‌گيرد.
مؤسسه ژيپس آمريكا توصيه مي‌كند كه فرآيند زير براي دفع ژيپس‌هاي ساختماني از مناطق مسكوني صورت گيرد. تخته‌هاي شاسي دفع زائد مي‌بايست كوبيده شده تا همه ذرات روي سطح خاك (بعلاوه كاغذ) در يك دوره زماني در شرايط اقليمي محلي تجزيه شوند. ماده كوبيده شده مي‌بايست روي سطح خاك پهن گردد يا با قسمت بالايي خاك مخلوط گردد

مصارف عمده ژيپس:

 انيدريت مصارف بسيار محدودي دارد، در صورتي كه مصارف ژيپس بسيار گسترده است. 

مصارف مهم ژيپس عبارتند از: پوشش داخلي ساختمان، گچ بري، قالبهاي ريخته گري دندان و جواهرات، همچنين در تهيه سيمان و كشاورزي. 

داروسازي :

کاني هاي ژيپس و انيدريت در مصارف دارويي تحت عنوان سولفات کلسيم استفاده مي شود. ترکيب مورد استفاده در داروها به شکل گچ پخته شده 1/2H2O. ‍‍CaSO4 است که پودري سفيد رنگ و بدون بو است. اين ماده به مقدار کم در آب محلول است ولي در اسيدهاي معدني رقيق (Dilute Mineral Acid) بيشتر محلول است و در الکل عملا غير محلول مي باشد.
از پودر سولفات کلسيم به عنوان پر کننده قرص ها و کپسول ها استفاده مي شود، همچنين از پودر گچ مرده(پخته شده ) خالص 1/2H2O. ‍‍CaSO4 براي تهيه پلاستر پاريس Plaster Paris مخصوص گچ گرفتن در شکستگي و ضرب ديدگي استخوان ها و در قالب گيري دندان در دندان پزشکي استفاده مي شود. به علاوه پودر آن به دليل دارا بودن خاصيت جذب رطوبت، در درمان زخم هايي با ترشح زياد نيز کاربرد دارد.

انواع گچ :

گچ ها را به دو نوع آلفا و بتا تقسيم مي نمايند: 

•گچ آلفا 
گچ آلفا در اتوکلاو در فشار و حرارت حدودC °97 توليد مي شود، در صورتي که گچ بتا در دماي C °100 به دست مي آيد.اين نوع گچ به دليل حلاليت کم و زمان گيرش طولاني به عنوان قالب دندان سازي، مجسمه سازي و جواهرات استفاده مي شود.
•گچ بتا 
گچ بتا به دليل حلاليت بالا و زمان گيرش کوتاه به مصارف ساختماني مي رسد. قسمت اعظم گچ به عنوان پوشش داخلي ساختمانها مصرف مي شود.

نوع تكليس‌شده: 

نوع β ژيپس تا اندازه 100 مش پودر شده و در دماي C °250 به مدت 2 ساعت و بعد در دماي 300-250 ° C حرارت داده ‌شده تا 75% آب تبلور خود را از دست بدهد. بيشتر از 95% ژيپس‌هاي رايج تكليس شده‌اند. به محض اضافه كردن آب به گچ، فرآيند عكس تكليس اتفاق مي‌افتد و بلورهايي با دو ملكول آب تشكيل مي‌شود. قبل از خشك‌شدن و سخت شدن، اين خميره را مي‌توان به هر قالبي درآورد. از طرفي اين ماده دربرابر آتش نيز مقاوم است كه به عنوان تخته‌گچي، گچ‌ديوار، گچ‌ساختماني و... مصرف مي‌شود. مصرف آن به‌طور سالانه 2300 ميليون متر مربع در آمريكاي شمالي، 600 ميليون در اروپا و 650 ميليون متر مربع در ژاپن است. افزودني‌هاي ديگر مانند پرليت، شيشه و خميرهاي پلي‌مري نيز مي‌تواند به آن اضافه گردد.
ژيپس تكليس شده را در ساخت قالب‌هاي صنعتي مصرف مي‌كنند (سرويس‌هاي بهداشتي، سفال، ريخته‌گري فلزات)، گچ سفيد هنري و گچ مجسمه‌سازي (اشياء دكوري و تزييني)، گچ دندانسازي و قالب‌گيري (كاربرد پزشكي)، ماده سيماني در چاه‌هاي حفاري. زمان سفت‌شدن گچ كه در حالت عادي 20 دقيقه است را مي‌توان با افزودن نمك‌هاي فلزي تغيير داد. 

نوع تكليس نشده: 

ژيپس خام را به خاكه ‌جوش (كلينكر) اضافه مي‌كنند تا به عنوان منبع سولفات و كلسيم، زمان سفت شدن سيمان را كنترل كنند (تعويق انداز در سيمان). ژيپس نسبتا در آب محلول بوده و منشاء گوگرد و كلسيم براي محصولات مشخصي مانند بادام ‌زميني، سبزيجات، سيب‌زميني و كتان است. همچنين با نرم‌كردن خاك سبب افزايش نفوذپذيري و ميزان هواي موجود در خاك مي‌شود.
ژيپس مي‌تواند به عنوان منبع كلسيم و گوگرد در شيشه‌سازي بجاي سولفات سديم بكار رود. يك كاربرد آن به عنوان ماده رشته‌اي در آب پخش شده و مانع از نفوذ نور خورشيد شده و از رشد جلبك‌هاي هوازي در استخر جلوگيري مي‌كند.
ژيپس يا انيدريت مواد بي‌اثري هستند كه توانايي جذب بالايي دارند (متسع كننده غذاي جانوري، حشره‌كش‌ها). بعضي از انواع آن با توجه به ساينده نبودن، درخشندگي 97%، ضريب شكست 58/1-52/1 و جذب نفت 26-25 cc/100g به عنوان پركننده مورد استفاده قرار مي‌گيرند (در پلاستيك، چسب، رنگ، پركننده، چوب، ملات، پارچه، رس‌هاي مدل‌سازي، غذا و داروسازي).
ژيپس نوع α در فرآيند تر ساخته‌شده و در دماي 150-120C سخت‌تر و محكم‌تر بوده و آب كمتري نياز دارد.

استانداردها:

تفاوت‌هاي اساسي بين ژيپس طبيعي و محصول همراه وجود دارد که عبارتند از : 

ژيپس طبيعي: 

ميزان CaSO4 درژيپس طبيعي از كمتر از 50% تا بيش از 95% تغييرمي كند. آهك و انيدريت نامحلول قسمت عمده آلاينده ها را تشكيل مي‌دهند، در حاليكه ژيپس محصول همراه بيش از 95% خالص بوده و ناخالصي‌هاي آن گردوغبار، نمك‌هاي نامحلول، فلزات كمياب، سولفيت كلسيم اكسيد نشده و آلكالي‌هاي واكنش نداده است. 

ژيپس به عنوان محصول همراه: 

ژيپس به عنوان محصول همراه شكل دانه‌ها متغير است، سوزني تا بلوكي و اندازه ذرات 300> تا 10< ميكرومتر است. 

كشاورزي: 

70% CaSO4، 90-80% از دانه‌ها درحد 100 مش.
تغييراتي که توسط ژيپس ايجاد مي شود عبارتند از :
1-بهبود ساختمان خاک و نرم کردن خاک هاي رس
2-تأمين کلسيم مورد نياز گياهان
3-خنثي کردن سديم خاک هاي قليايي
4-زلال کردن آب برکه هاي گل آلود 
5-فعال کردن موجودات ميکروسکوپي 
6-تأمين سولفور مورد نياز گياهان 

تهيه اسيد سولفوريک و اکسيد کلسيم:

در سيمان: 
حداقل 65% CaSO4 و اندازه ذرات 51-6 ميليمتر.

پركننده: 
97% CaSO4.2H2O، درخشندگي 97%.

مواد غذايي و داروسازي: 
CaSO4.2H2O 75/96% و حداكثر 3 ppm آرسنيك، سلنيم 30 ppm، فلوئور 30 ppm، فلزات سنگين 10 ppm، آهن 100 ppm،سرب 10 ppm.

گچ ديوار: 
ژيپس< 85%، ولي بهتر است كه حداقل 95/94% + 2-5/0% سولفات كلسيم داشته باشد. سديم 250 -75 ppm، كلر 400-120 ppm، منيزيم 250-50 ppm، پتاسيم 75 ppm، 15-10% آب آزاد و90% ذرات 100 مش و 75% 200 مش. نوع محصول همراه مي‌بايست خاكة كمي داشته باشد، كلر و سولفات اكسيد نشده >100ppm.

گوگردزدايي از گازهاي زائد: 
95 % CaSO4.2H2O، رطوبت كمتر از 10%، MgO >1/0%، كلر، منيزيم و پتاسيم> 01/0%، Na2O > 06/0%، كمتر از 1% Fe2O3، SiO2 >0/1% ،SO2 > 25/0%، كل اكسيدهاي فلزي> 5/3%، PH 9/5، چگالي 75-68، اندازه متوسط دانه‌ها 20 ميكرومتر.

بازيافت:
تسهيلاتي براي بازيافت زائدات گچ ديوار از محل‌هاي توليد وجود دارد (جداكردن ژيپس و كاغذ). هزينه فزآينده دفع سبب تشويق براي بازيافت ژيپس به صورت محصول همراه تا حد امكان شده است.

جايگزين‌ها: 

براساس قيمت و موجود بودن گچ مورد استفاده در گچ‌كاري يا ديگر مصالح ساختمان رقابت مي‌كنند. رقيب اصلي ژيپس طبيعي، ژيپس محصول جانبي حاصل از اسيد فسفريك، گوگردزايي گازهاي آلوده دودكش‌هاي برج‌هاي توليد دي‌اكسيد تيتانيوم و غيره است.
30% از ژيپس مصرفي آمريكا و ژاپن از واردات تأمين مي‌شود. مصرف ژيپس به عنوان محصول همراه رو به افزايش است و در حال حاضر 65% از ژيپس عرضه شده در ژاپن و 10% در آمريكا را شامل مي‌شود.