Gips

NFPA 704 *branddiamant*
; NFPA 704 branddiamant
	0 0 0 gips

Gips
Gips
Allmänt
Kategori	Sulfatmineraler
; Formel (upprepad enhet)	CaS04 · 2H2O _ _
IMA-symbol	Gp
Strunz klassificering	7.CD.40
Kristallsystem	Monoklinisk
Kristallklass	; Prismatisk (2/m) HM-symbol : (2/m)
Rymdgrupp	; Monoclinic Space-grupp : I 2/a
Enhetscell	; a = 5,679(5), b = 15,202(14) c = 6,522(6) Å; p = 118,43°; Z = 4
Identifiering
Färg	Färglös (i genomsläppt ljus) till vit; ofta färgade andra nyanser på grund av föroreningar; kan vara gul, brun, blå, rosa, mörkbrun, rödbrun eller grå
Kristallvana	Massiv, platt. Långsträckta och allmänt prismatiska kristaller
Twinning	Mycket vanligt på {110}
Klyvning	Perfekt på {010}, distinkt på {100}
Fraktur	Conchoidal på {100}, splintrig parallell med [001]
Envishet	Flexibel, oelastisk
Mohs skala hårdhet	1,5–2 (definierar mineral för 2)
Lyster	Glasaktig till silkeslen, pärlaktig eller vaxartad
Strimma	Vit
Genomskinlighet	Transparent till genomskinlig
Specifik gravitation	2.31–2.33
Optiska egenskaper	Biaxial (+)
Brytningsindex	; ; n α = 1,519–1,521 n β = 1,522–1,523 n γ = 1,529–1,530
Dubbelbrytning	5 = 0,010
Pleokroism	Ingen
2V vinkel	58°
Smältbarhet	5
Löslighet	Varm, utspädd HCl
Referenser
Större sorter
Satin spar	Pärlliknande, fibrösa massor
Selenit	Transparenta och bladade kristaller
Alabaster	Finkornig, något färgad

Gips är ett mjukt sulfatmineral som består av kalciumsulfatdihydrat , med den kemiska formeln CaSO ₄ ·2H ₂ O . Det bryts i stor utsträckning och används som gödningsmedel och som huvudbeståndsdel i många former av gips , svarta tavlor eller trottoarkrita och gipsskivor . Alabaster , en finkornig vit eller lätt tonad variant av gips, har använts för skulptur av många kulturer inklusive forntida Egypten , Mesopotamien , antikens Rom , det bysantinska riket och Nottingham-alabastrarna i det medeltida England . Gips kristalliserar också som genomskinliga kristaller av selenit . Det bildas som ett evaporitmineral och som en hydratiseringsprodukt av anhydrit .

Mohs skala för mineralhårdhet definierar gips som hårdhetsvärde 2 baserat på jämförelse av rephårdhet .

Etymologi och historia

Ordet gips kommer från det grekiska ordet γύψος ( gips ), "gips". Eftersom stenbrotten i stadsdelen Montmartre i Paris länge har möblerat bränt gips ( bränt gips) som används för olika ändamål, blev detta uttorkade gips känt som Paris gips . Efter att ha tillsatt vatten, efter några dussin minuter, blir gipsen vanlig gips (dihydrat) igen, vilket gör att materialet härdar eller "härdar" på sätt som är användbara för gjutning och konstruktion.

Gips var känd på gammal engelska som spærstān , "spjutsten", med hänvisning till dess kristallina utsprång. (Således är ordet spar i mineralogi en jämförelse med gips, och syftar på alla icke-malmmineraler eller kristaller som bildas i spjutliknande projektioner). I mitten av 1700-talet undersökte och offentliggjorde den tyske prästen och jordbrukaren Johann Friderich Mayer användningen av gips som gödningsmedel. Gips kan fungera som en källa till svavel för växttillväxt, och i början av 1800-talet betraktades det som ett nästan mirakulöst gödselmedel. Amerikanska bönder var så angelägna om att skaffa det att en livlig smugglingshandel med Nova Scotia utvecklades, vilket resulterade i det så kallade " gipskriget" 1820.

Fysikaliska egenskaper

Gipskristaller är tillräckligt mjuka för att böjas under tryck från handen. Prov som visas på Musée cantonal de géologie de Lausanne.

Gips är måttligt vattenlösligt (~2,0–2,5 g/L vid 25 °C) och, i motsats till de flesta andra salter, uppvisar det retrograd löslighet och blir mindre lösligt vid högre temperaturer. När gips värms upp i luft förlorar det vatten och omvandlas först till kalciumsulfathemihydrat ( bassanit , ofta helt enkelt kallat "gips") och, om det upphettas ytterligare, till vattenfritt kalciumsulfat ( anhydrit ). Liksom med anhydrit är lösligheten av gips i saltlösningar och i saltlösningar också starkt beroende av NaCl -koncentrationen (vanligt bordssalt).

Gipsens struktur består av lager av kalcium- (Ca ²⁺ ) och sulfatjoner ( SO 2− 4 ) som är tätt sammanbundna. Dessa lager är bundna av ark av anjonvattenmolekyler via svagare vätebindning , vilket ger kristallen perfekt klyvning längs arken (i {010}-planet).

Kristallvarianter

Gips förekommer i naturen som tillplattade och ofta tvinnade kristaller och genomskinliga, klyvbara massor som kallas selenite . Selenit innehåller inget signifikant selen ; snarare var båda ämnena uppkallade efter det antika grekiska ordet för månen .

Selenit kan också förekomma i en silkeslen, fibrös form, i vilket fall det vanligtvis kallas "satin spar". Slutligen kan den också vara granulär eller ganska kompakt. I handstora prover kan det vara allt från transparent till ogenomskinligt. En mycket finkornig vit eller lätt tonad variant av gips, kallad alabaster , är uppskattad för dekorativt arbete av olika slag. I torra områden kan gips förekomma i en blomliknande form, typiskt ogenomskinlig, med inbäddade sandkorn som kallas ökenros . Den bildar också några av de största kristallerna som finns i naturen, upp till 12 m (39 fot) långa, i form av selenit.

Förekomst

Gips är ett vanligt mineral, med tjocka och omfattande evaporitbäddar i samband med sedimentära bergarter . Det är känt att avlagringar förekommer i skikt från så långt tillbaka som den arkeiska eonen . Gips avsätts från sjö- och havsvatten, såväl som i varma källor , från vulkaniska ångor och sulfatlösningar i vener . Hydrotermisk anhydrit i vener hydreras vanligtvis till gips av grundvatten vid exponering nära ytan. Det förknippas ofta med mineralerna halit och svavel . Gips är det vanligaste sulfatmineralet. Rent gips är vitt, men andra ämnen som finns som föroreningar kan ge ett brett spektrum av färger till lokala avlagringar.

Eftersom gips med tiden löses i vatten, finns gips sällan i form av sand. Men de unika förhållandena i White Sands National Park i den amerikanska delstaten New Mexico har skapat en 710 km ² (270 sq mi) vidd av vit gipssand, tillräckligt för att förse den amerikanska byggindustrin med gipsskivor i 1 000 år. Kommersiell exploatering av området, starkt motsatt av områdets invånare, förhindrades permanent 1933 när president Herbert Hoover förklarade gipsdynerna som ett skyddat nationellt monument .

Gips bildas också som en biprodukt av sulfidoxidation , bland annat genom pyritoxidation , när den genererade svavelsyran reagerar med kalciumkarbonat . Dess närvaro indikerar oxiderande förhållanden. Under reducerande förhållanden kan sulfaterna den innehåller reduceras tillbaka till sulfid av sulfatreducerande bakterier . Detta kan leda till ackumulering av elementärt svavel i oljeförande formationer, såsom saltkupoler, där det kan brytas med Frasch-processen . Elkraftverk som eldar kol med rökgasavsvavling producerar stora mängder gips som en biprodukt från skrubbarna.

Orbitalbilder från Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) har indikerat förekomsten av gipsdyner i den norra polarregionen på Mars, som senare bekräftades på marknivå av Mars Exploration Rover (MER) Opportunity .

Stora gipskristaller i Lechuguilla Caves "ljuskrona balsal"
Gipskristaller i kristallgrottan i Mexiko (person längst ner till höger för skala)
Gipskristaller bildades när vattnet avdunstade i Lake Lucero , White Sands National Park
Gipsvener i silt/märgel av Tea Green and Grey Marls, Blue Anchor , Somerset , Storbritannien
Gips ådror i Caprock Canyons State Park och Trailway, Texas
Sanddyner gjorda av små kristaller av gips, White Sands National Park

Brytning

Beräknad produktion av gips 2015 (tusen ton)
Land	Produktion	Reserver
Kina	132 000	—
Iran	22 000	1 600
Thailand	12 500	—
Förenta staterna	11 500	700 000
Kalkon	10 000	—
Spanien	6 400	—
Mexiko	5 300	—
Japan	5 000	—
Ryssland	4 500	—
Italien	4 100	—
Indien	3 500	39 000
Australien	3 500	—
oman	3 500	—
Brasilien	3 300	290 000
Frankrike	3 300	—
Kanada	2 700	450 000
Saudiarabien	2 400	—
Algeriet	2 200	—
Tyskland	1 800	450 000
Argentina	1 400	—
Pakistan	1 300	—
Storbritannien	1 200	55 000
Andra länder	15 000	—
Totalt i världen	258 000	—

Kommersiella mängder gips finns i städerna Araripina och Grajaú i Brasilien; i Pakistan, Jamaica, Iran (världens näst största producent), Thailand, Spanien (huvudproducenten i Europa), Tyskland, Italien, England, Irland, Kanada och USA. Stora dagbrott finns på många platser, inklusive Fort Dodge, Iowa , som ligger på en av de största gipsfyndigheterna i världen, och Plaster City, Kalifornien , USA och East Kutai , Kalimantan , Indonesien. Flera små gruvor finns också på platser som Kalannie i västra Australien , där gips säljs till privata köpare för tillsatser av kalcium och svavel samt minskning av aluminiumtoxicitet på mark för jordbruksändamål.

Kristaller av gips upp till 11 m (36 fot) långa har hittats i grottorna i Naica-gruvan i Chihuahua , Mexiko. Kristallerna trivdes i grottans extremt sällsynta och stabila naturmiljö. Temperaturerna höll sig vid 58 °C (136 °F), och grottan var fylld med mineralrikt vatten som drev kristallernas tillväxt. Den största av dessa kristaller väger 55 ton (61 korta ton) och är cirka 500 000 år gammal.

Gyllene gipskristaller från Winnipeg
Gipssand från White Sands National Park , New Mexico

Syntes

Syntetgips framställs som restprodukt eller biprodukt i en rad industriella processer.

Avsvavling

Rökgasavsvavlingsgips (FGDG) återvinns vid vissa koleldade kraftverk. De huvudsakliga föroreningarna är Mg, K, Cl, F, B, Al, Fe, Si och Se. De kommer både från den kalksten som används vid avsvavling och från det kol som bränns. Denna produkt är tillräckligt ren för att ersätta naturligt gips inom en mängd olika områden, inklusive gipsväggar, vattenbehandling och cementhärdningsfördröjare. Förbättringar av rökgasavsvavling har kraftigt minskat mängden giftiga ämnen som finns närvarande.

Avsaltning

Gips fälls ut på bräckvattenmembran , ett fenomen som kallas mineralsaltavlagringar, såsom vid avsaltning av bräckvatten med höga koncentrationer av kalcium och sulfat . Skalning minskar membranets livslängd och produktivitet. Detta är ett av de största hindren i processer för avsaltning av bräckvattenmembran, såsom omvänd osmos eller nanofiltrering . Andra former av beläggning, såsom kalkavlagringar , beroende på vattenkällan, kan också vara viktiga överväganden vid destillation , såväl som i värmeväxlare , där antingen saltlösligheten eller koncentrationen kan ändras snabbt .

En ny studie har föreslagit att bildningen av gips börjar som små kristaller av ett mineral som kallas bassanit ( CaSO ₄ · 0,5 H ₂ O ). Denna process sker via en trestegsväg:

homogen kärnbildning av nanokristallin bassanit;
självmontering av bassanit till aggregat, och
omvandling av bassanit till gips.

Raffinaderiavfall

Framställningen av fosfatgödselmedel kräver nedbrytning av kalciumhaltig fosfatberg med syra, vilket ger kalciumsulfatavfall känt som fosfogips (PG). Denna form av gips är förorenad av föroreningar som finns i berget, nämligen fluorid , kiseldioxid , radioaktiva ämnen som radium och tungmetaller som kadmium . På liknande sätt producerar produktion av titandioxid titaniumgips (TG) på grund av neutralisering av överskottssyra med kalk . Produkten är förorenad med kiseldioxid, fluorider, organiska ämnen och alkalier.

Föroreningar i raffinaderigipsavfall har i många fall hindrat dem från att användas som vanligt gips inom områden som byggnation. Som ett resultat av detta lagras gipsavfall i staplar på obestämd tid, med betydande risk för att deras föroreningar läcker ut i vatten och mark. För att minska ackumuleringen och slutligen rensa ut dessa högar pågår forskning för att hitta fler tillämpningar för sådana avfallsprodukter.

Arbetssäkerhet

Människor kan utsättas för gips på arbetsplatsen genom att andas in det, hudkontakt och ögonkontakt. Kalciumsulfat i sig är giftfritt och är till och med godkänt som livsmedelstillsats, men som gipspulver kan det irritera hud och slemhinnor.

Förenta staterna

Arbetarskyddsmyndigheten ( OSHA) har satt den lagliga gränsen ( tillåten exponeringsgräns ) för gipsexponering på arbetsplatsen till TWA 15 mg/m ³ för total exponering och TWA 5 mg/m ³ för andningsexponering under en 8-timmars arbetsdag. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) har satt en rekommenderad exponeringsgräns (REL) på TWA 10 mg/m ³ för total exponering och TWA 5 mg/m ³ för andningsexponering under en 8-timmars arbetsdag.

Används

Gipsverk, Valencias etnologiska museum

Gammal Alfarb -ugn för att tillverka gips som byggmaterial

Karta över gipsavlagringar i norra Ohio, svarta rutor visar platsen för avlagringar, från "Geography of Ohio", 1923

Gips används i en mängd olika applikationer:

Byggbranschen

Gipsskivor används främst som ytbehandling för väggar och tak, och är känd inom konstruktion som gipsskivor, "sheetrock" eller gipsskivor. Gips ger en viss grad av brandbeständighet till dessa material och glasfibrer tillsätts till deras sammansättning för att accentuera denna effekt. Gips har liten värmeledningsförmåga, vilket ger gipset vissa isolerande egenskaper.
Gipsblock används som betongblock i byggnadskonstruktion.
Gipsbruk är ett gammalt bruk som används i byggnadskonstruktion.
En komponent av Portlandcement som används för att förhindra blixtsättning (för snabb härdning) av betong .

Lantbruk

Gödselmedel : I slutet av 1700-talet och början av 1800-talet var gips från Nova Scotia, ofta kallad gips, ett mycket eftertraktat gödningsmedel för vetefält i USA. Gips ger två av de sekundära växtmakronäringsämnena , kalcium och svavel. Till skillnad från kalksten påverkar det i allmänhet inte markens pH.
Återvinning av salthaltiga jordar , oavsett pH. När gips tillsätts till natron (saltlösning) och sur jord , omvandlas den mycket lösliga formen av bor ( natriummetaborat ) till det mindre lösliga kalciummetaboratet. Utbytbar natriumandel minskas också genom applicering av gips. Zuiderzee Works använder gips för den återvunna marken.
Andra användningsområden för jordbehandling : Gips minskar aluminium- och bortoxiciteten i sura jordar. Det förbättrar också markstrukturen, förbättrar vattenabsorption och luftning.
En träersättning i den antika världen: Till exempel, när trä blev ont om avskogning på bronsåldern Kreta , användes gips i byggnadskonstruktion på platser där trä tidigare använts.
jordvattenpotential : ett gipsblock kan sättas in i jorden , dess elektriska resistans mätas för att erhålla markfuktighet.

Modellering, skulptur och konst

Gips för gjutning av formar och modellering.
Som alabaster , ett material för skulptur, användes det särskilt i den antika världen innan stål utvecklades, då dess relativa mjukhet gjorde det mycket lättare att skära. Under medeltiden och renässansen föredrogs det till och med marmor .
Under medeltiden använde skriftlärare och illuminatorer det som ingrediens i gesso , som applicerades på belysta bokstäver och förgylldes med guld i belysta manuskript.

Mat och dryck

En koagulant för tofu (sojabönor), vilket gör den till en betydande källa till kalcium i kosten .
Lägga till hårdhet till vatten som används för bryggning .
Används vid bakning som degbalsam, minskar klibbigheten och som en bakverkskälla för kalcium. Den primära komponenten i mineraljästmat.
Används i svampodling för att förhindra att spannmål klumpar ihop sig.

Medicin och kosmetika

Gips för kirurgiska skenor.
Impressionsplåster inom tandvården.

Övrig

Ett alternativ till järnoxid i vissa termitblandningar.
Tester har visat att gips kan användas för att avlägsna föroreningar som bly eller arsenik från förorenat vatten.

Galleri

Ovanliga gipsexemplar från hela världen
Gröna gipskristaller från Pernatty Lagoon, Mt Gunson, South Australia - dess gröna färg beror på närvaron av kopparjoner .
Ovanligt selenitgips från Red River , Winnipeg, Manitoba, Kanada
Klassiskt "baggehorn" gips från Santa Eulalia, Chihuahua , Mexiko, 7,5×4,3×3,8 cm
Ökenros , 47 cm lång
Gips från Pernatty Lagoon, Mt Gunson, Stuart Shelf-området, Andamooka Ranges - Lake Torrens-området, South Australia, Australien
Gips med kristallin naturlig koppar inuti
Gips från Swan Hill, Victoria, Australien. Färgen beror på kopparoxiden
Vattenklar tvinnad kristall i formen känd som "romerskt svärd". Fuentes de Ebro, Zaragoza (Spanien)
Ljusa, körsbärsröda gipskristaller 2,5 cm höga färgade av rika inneslutningar av det sällsynta mineralet botryogen
Gips från Naica, Mun. de Saucillo, Chihuahua, Mexiko
Guldfärgad pärla, "fishtail"-tvinnade kristaller av gips som sitter ovanpå en "boll" av gips som är sammansatt av flera enbladiga kristaller