Минерал, производный от кальция — его водный сульфат, который называется гипс. Он имеет много названий-синонимов: монмартит, роза пустыни, гипсовый шпат (кристаллические и листовые формы). Образец волокнистой структуры — это селенит, зернистой — алебастр. Речь пойдёт о разновидностях и свойствах этого камня, его распространённости по стране и применении в строительстве, медицине и других направлениях хозяйства.
Историческая справка
В результате произошедшего 20―30 млн лет назад испарения морей образовался гипс — минерал, который стали использовать древние цивилизации. Камень и сегодня имеет большой спрос, несмотря на появление множества современных материалов.
Произошло это почти 10 тысяч лет назад. Свидетельствами того, что в древнем Египте, Ассирии, Греции и Римском государстве использовали гипс, являются:
сосуды додинастического периода, изготовленные из алебастра;- вазы и блюда более поздних времён III династии;
- строительные растворы и штукатурки на основе гипса, как вяжущего вещества;
- блоки для возведения стен города Рисафа (Сирия) и мемфисского некрополя в египетском поселении Саккара были вырезаны из белого каменного массива.
В Англии и Франции, начиная с XVI века, гипсом стали покрывать деревянные строения, защищая их от пожаров. Год 1700 считают началом использования минерала в качестве удобрения. Для создания архитектурных форм в России XVII—XVIII вв. широко использовали гипсовый декор, а в 1855 г. русский хирург Н. И.
Пирогов во время Крымской войны изобрёл и начал применять для лечения раненых гипсовую повязку, фиксирующую конечности. Это позволило уберечь многих солдат от потери руки или ноги.
Описание минерала
Возникающий из осадочных горных пород минерал из класса сульфатов получил название гипса. Его химическая формула выглядит так: CaSO4·2H2O. По внешнему виду отмечается неметаллический блеск: шелковистый, перламутровый, стеклянный или матовый. Камень бесцветный или окрашен белым, розовым, серым, желтоватым, синим и красным оттенками. Описание других показателей:
- плотность 2,2―2,4 т/м3;
- твёрдость по шкале Мооса 2,0 ;
- спайность — совершенная, легко отделяются тонкие пластинки от кристаллов слоистой структуры;
- черта, проведённая по камню — белая.
Вот из чего состоит гипс: окись кальция СаО — 33%, вода Н2О — 21%, трехокись серы SO 3 — 46%. Примеси обычно отсутствуют.
Если рассматривать камень как горную породу, то в составе присутствуют кальцит, доломит, гидроокислы железа, ангидрит, сера и собственно сам гипс. Происхождение осадочное, по условиям создания различают первичные формы, которые образовались путём химического осаждения в солёных водоёмах, или вторичные производные — они возникли в результате гидратации ангидрита. Может скапливаться в зонах самородной серы и сульфидов: от ветровой эрозии образуются гипсовые шляпы, загрязнённые примесями.
Качество сырья для производства гипса зависит от содержания двухводной сернокислой соли кальция CaSO4·2H2O — оно варьирует в диапазоне 70―90%. Конечной формой для применения является минеральный порошок, его получают размолом обожжённого во вращающихся печах гипсового камня.
Свойства и применение
В природе физические особенности строения заключаются в многообразии форм: плотные и зернистые, землистые, листоватые и волокнистые, конкреции и пылевидные массы. В пустотах обнаруживаются в виде друз кристаллов. Растворимость гипса в воде повышается с температурой до 37―38ºС, затем уменьшается, и по достижении 107ºС минерал переходит в состояние полугидрата CaSO4·½H2O. При добавлении малого количества серной кислоты в воду растворимость улучшается. На НС l реагирует слабо.
В готовых строительных смесях свойства гипса передаются самому порошку. Изделия обретают качества основного вещества с характеристиками:
- плотность насыпная 850―1150 кг/м3, меньшие значения для более тонкого помола;
- огнестойкость высокая: у алебастра температура плавления 1450ºС;
- схватываемость — начало через 4―7 минут, окончание — спустя полчаса, для замедления отвердевания добавляют животный клей, растворимый в воде;
- прочность на сжатие рядовых образцов 4―6 МПа, высокопрочных 15―40.
Плохая теплопроводность — на уровне кирпича (около 0,14 Вт/(м·град)) позволяет использовать изделия на гипсовой основе в пожароопасных конструкциях. Первые образцы применения камня в этом качестве найдены в Сирии — им больше 9 тысяч лет.
Природные виды
Геологи установили несколько десятков разновидностей гипса, но основных выделяют три. К ним относятся:
Алебастр — грубо- и мелкозернистой структуры, мягкий и легко разрушаемый камень белого, розового или кремового цвета. Он является продуктом обезвоживания. По внешнему виду напоминает мрамор и применяется в изготовлении садовых скульптур, лепнины, столешниц.- Селенит — параллельно-игольчатый, почти прозрачный минерал с шелковистым блеском и голубоватым оттенком. Образует прожилки в глинистых осадочных породах. Поделочный камень, используется в недорогих ювелирных украшениях.
- Марьино стекло — прозрачный толстолистовой минерал с перламутровым отливом. В прежние времена им оформляли иконы.
Про другие разновидности знают немногие: гипсовый шпат (крупнокристаллический и листовой), кишечный или змеиный камень серого цвета с белыми, червеобразно изогнутыми прожилками. Другая малоизвестная форма — землистый гипс.
Разновидности для практического применения
Использование водного сульфата кальция совместно с другими вяжущими веществами позволяет получить существенную экономию на более дорогих материалах. Прошедший стадию переработки алебастр подразделяют на следующие классы:
- Строительный — для изготовления перегородочных плит, гипсовых деталей и производства штукатурных работ.
Высокопрочный — имеет меньшую пористость, изготавливается посредством термической обработки. Из него производят сухие смеси, строят несгораемые перегородки, изготавливают формы для отливки сантехнических изделий. Используют и в медицине — стоматологии и при лечении травм конечностей.- Синтетический полимерный гипс выпускают с целевым назначением для ортопедов на нужды, связанные с переломами. Разновидность целлакаст имеет те же свойства и идет на изготовление растягивающихся во всех направлениях бинтов.
- Формовочный или скульптурный гипс делают из белого строительного порошка, дополнительно отсеивая примеси и домалывая до микрочастиц. Изделия из него обладают наибольшей прочностью.
- Акриловый — гипсовый порошок смешивают с водорастворимой смолой, за счёт этого получают изделия меньшего веса, которые можно крепить на потолок, декорировать фасады зданий, используя обретённые свойства морозостойкости и малого водопоглощения.
- Жидкий — его готовят из гипсового порошка. Густота раствора может быть любой.
Существуют и другие разновидности, но на практике пользуются ограниченным перечнем. Аналогом является мелкодисперсная пыль серовато-белого цвета — алебастровый порошок, который получают из гипса путем термической обработки.
Другие направления использования
В необработанном виде камень применяют как добавку в производстве портландцемента, изготовления скульптур и поделок. Перечень дополнительных направлений:
- целлюлозно-бумажная промышленность — при изготовлении плотных белых листов ватмана;
- химическая отрасль — выделение серной кислоты, добавки в краски, глазури и эмали;
- производство оптических приборов — используют минерал «Марьино стекло»;
- косметология — в составе тонизирующих масок;
- лечебно-профилактические процедуры — гипс способствует заживлению костных тканей, его гигроскопичность позволяет применять минерал от потливости, а влажное оборачивание в дроблёный камень оздоравливает организм, вытягивая из кожи ионы тяжёлых металлов.
Нетрадиционное направление — магия. Считается, что гипс притягивает благополучие и удачу, подсказывает поступки человека в сложной ситуации. Астрологи рекомендуют амулеты из этого минерала особам, родившимся под знаками Льва, Овна и Козерога.
Месторождения камня
Распространение гипса в земной коре наблюдается повсюду, преимущественно в пластах осадочных пород мощностью 20―30 м. Мировая добыча составляет около 110 млн т камня в год. Крупнейшими производителями являются Турция, Канада, США, Испания и Иран. Из уникальных можно отметить термальные пещеры Naica Mine в Мексике, где были найдены друзы гигантских кристаллов гипса длиной 11 м.
Многочисленные месторождения верхнеюрского периода расположены на территории стран ближнего зарубежья: Северный Кавказ, среднеазиатские республики. В России насчитывается 86 промышленных залежей, но 90% добычи приходится на 19 месторождений, из которых можно выделить 9 крупнейших: Баскунчакское, Болоховское, Лазинское, Новомосковское, Оболенское, Павловское, Плетнёвское, Порецкое, Скуратовское. Их доля в добыче 75% от общероссийской. Большинство месторождений представлены смесью гипса и ангидрита в соотношении 9:1. В России ежегодно добывают 6 млн тонн, что составляет 5,5% от мирового объёма.
