અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઝડપી બનાવેલું જિપ્સમનું સ્ફટિકીકરણ

જાણવા યોગ્ય તથ્યો

જિપ્સમ બોર્ડનું ઉત્પાદન

જિપ્સમ બોર્ડની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન, નિસ્તાપિત જિપ્સમ – જેને કેલ્શિયમ સલ્ફેટ હેમિહાઇડ્રેટ કહેવામાં આવે છે – ની જલીય સ્લરીને ઉપરની અને નીચેની કાગળની શીટો વચ્ચે પાથરવામાં આવે છે. આ રીતે બનેલા ઉત્પાદનને સ્લરી જામી જાય ત્યાં સુધી કન્વેયર બેલ્ટ પર સતત ખસેડવું જરૂરી છે. ત્યારબાદ જિપ્સમ બોર્ડમાં રહેલું વધારાનું પાણી બાષ્પીભવન પામે ત્યાં સુધી શીટને સૂકવવામાં આવે છે. જિપ્સમ વૉલબોર્ડના ઉત્પાદનમાં ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અથવા બોર્ડને જ સુધારવા માટે સ્લરીમાં વિવિધ પદાર્થો ઉમેરવાની પદ્ધતિ જાણીતી છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફીણ ઉત્પન્ન કરનારા ઘટકો ઉમેરીને સ્લરીમાં અમુક પ્રમાણમાં હવા સમાવવાથી તેનું વજન ઘટાડવું સામાન્ય છે, જે અંતિમ વૉલબોર્ડની ઘનતા ઘટાડે છે.

કેલ્શિયમ સલ્ફેટ

કેલ્શિયમ સલ્ફેટ (અથવા કેલ્શિયમ સલ્ફેટ) એક અકાર્બનિક સંયોજન છે, જેનું સૂત્ર CaSO₄ છે અને જેના સંબંધિત હાઇડ્રેટ્સ પણ હોય છે. γ-એનહાઇડ્રાઇટના નિર્જળ સ્વરૂપમાં તેનો ઉપયોગ સામાન્ય હેતુના ભેજશોષક તરીકે થાય છે. CaSO₄ ના એક વિશિષ્ટ હાઇડ્રેટને પ્લાસ્ટર ઑફ પેરિસ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. અન્ય એક મહત્વપૂર્ણ હાઇડ્રેટ જિપ્સમ છે, જે કુદરતી રીતે ખનિજ સ્વરૂપે મળે છે. ખાસ કરીને જિપ્સમનો ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે, દા.ત. નિર્માણ સામગ્રી તરીકે, પૂરક પદાર્થ તરીકે, પોલિમરોમાં વગેરે. CaSO₄ નાં તમામ સ્વરૂપો સફેદ ઘન પદાર્થો તરીકે દેખાય છે અને પાણીમાં બહુ ઓછાં દ્રાવ્ય હોય છે. કેલ્શિયમ સલ્ફેટ પાણીમાં કાયમી કઠિનતા પેદા કરે છે.
અકાર્બનિક સંયોજન CaSO₄ જલયોજનના ત્રણ સ્તરોમાં જોવા મળે છે:

• નિર્જળ અવસ્થા (ખનિજનું નામ: “એનહાઇડ્રાઇટ”) – સૂત્ર: CaSO₄.
• ડાઇહાઇડ્રેટ (ખનિજનું નામ: “જિપ્સમ”) – સૂત્ર: CaSO₄(H₂O)₂.
• હેમિહાઇડ્રેટ – સૂત્ર: CaSO₄(H2₂O)0.5. વિશિષ્ટ હેમિહાઇડ્રેટ્સને આલ્ફા-હેમિહાઇડ્રેટ અને બીટા-હેમિહાઇડ્રેટ તરીકે અલગ પાડી શકાય છે.

જલયોજન અને નિર્જલીકરણની પ્રતિક્રિયાઓ
ગરમી આપવાથી જિપ્સમ આંશિક રીતે નિર્જલિત ખનિજમાં રૂપાંતરિત થાય છે – જેને કેલ્શિયમ સલ્ફેટ હેમિહાઇડ્રેટ, નિસ્તાપિત જિપ્સમ અથવા પ્લાસ્ટર ઑફ પેરિસ કહેવામાં આવે છે. નિસ્તાપિત જિપ્સમનું સૂત્ર CaSO₄·(nH₂O) છે, જેમાં 0.5 ≤ n ≤ 0.8 છે. તેની રચનામાં બંધાયેલું પાણી દૂર કરવા માટે 100°C અને 150°C (212°F – 302°F) વચ્ચેનું તાપમાન જરૂરી છે. ગરમ કરવાનું ચોક્કસ તાપમાન અને સમય આસપાસની ભેજ પર આધાર રાખે છે. ઔદ્યોગિક નિસ્તાપન માટે 170°C (338°F) જેટલું ઊંચું તાપમાન વપરાય છે. જોકે, આ તાપમાને γ-એનહાઇડ્રાઇટનું નિર્માણ શરૂ થાય છે. આ સમયે જિપ્સમને આપવામાં આવતી ઉષ્મા ઊર્જા (જલયોજનની ઉષ્મા) ખનિજનું તાપમાન વધારવાને બદલે પાણી દૂર કરવામાં (જળબાષ્પ તરીકે) વપરાવાનું વલણ ધરાવે છે. પાણી દૂર થઈ જાય ત્યાં સુધી ખનિજનું તાપમાન ધીમે ધીમે વધે છે અને ત્યારબાદ વધુ ઝડપથી વધે છે. આંશિક નિર્જલીકરણનું સમીકરણ નીચે મુજબ છે:

આ પ્રતિક્રિયાનો ઉષ્માશોષક ગુણધર્મ ડ્રાયવૉલની કાર્યક્ષમતા માટે પ્રાસંગિક છે અને રહેણાંક તથા અન્ય માળખાંને અગ્નિપ્રતિકારકતા આપે છે. આગ દરમિયાન જિપ્સમમાંથી પાણી નીકળી જતું હોવાથી ડ્રાયવૉલની શીટની પાછળનું માળખું પ્રમાણમાં ઠંડું રહે છે, જેનાથી માળખાની ફ્રેમને થતું નુકસાન (લાકડાના ઘટકોના દહન અથવા ઊંચા તાપમાને સ્ટીલની મજબૂતાઈ ઘટવાને કારણે) અને તેના પરિણામે માળખું ધરાશાયી થવાની ઘટનાને અટકાવી અને વિલંબિત કરી શકાય છે. વધુ ઊંચા તાપમાને કેલ્શિયમ સલ્ફેટ ઑક્સિજન મુક્ત કરે છે અને તેથી ઑક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે. આ પદાર્થના આ ગુણધર્મનો ઉપયોગ એલ્યુમિનોથર્મીમાં થાય છે. મોટા ભાગનાં ખનિજો ફરીથી જલયોજિત કરવામાં આવે ત્યારે માત્ર પ્રવાહી કે અર્ધપ્રવાહી પેસ્ટ બનાવે છે અથવા ચૂર્ણ સ્વરૂપે રહે છે, જ્યારે કેલ્સિનેશન કરેલા જિપ્સમમાં એક અસામાન્ય ગુણધર્મ હોય છે. આસપાસના તાપમાને પાણી સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે ત્યારે તે રાસાયણિક રીતે ફરીથી પસંદગીના ડાઇહાઇડ્રેટ સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે, જ્યારે ભૌતિક રીતે તે નીચેના સમીકરણમાં દર્શાવ્યા મુજબ કઠોર અને પ્રમાણમાં મજબૂત જિપ્સમ સ્ફટિક જાળીમાં “જામી” જાય છે:

આ ઉષ્માક્ષેપક પ્રતિક્રિયાને કારણે જિપ્સમને વિવિધ આકારોમાં ઢાળવાનું ખૂબ સરળ બને છે, જેમાં ડ્રાયવૉલ માટેની શીટો, બ્લૅકબોર્ડના ચૉકની સળીઓ અને સાંચા (દા.ત. તૂટેલાં હાડકાંને સ્થિર રાખવા અથવા ધાતુના ઢાળકામ માટે) સામેલ છે. પોલિમરો સાથે મિશ્રિત કરીને તેનો ઉપયોગ હાડકાંના સમારકામ માટેના સિમેન્ટ તરીકે કરવામાં આવ્યો છે.
180°C સુધી ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે લગભગ જળમુક્ત સ્વરૂપ, કહેવાતું γ-એનહાઇડ્રાઇટ (CaSO₄·nH₂O જ્યાં n = 0 થી 0.05), બને છે. γ-એનહાઇડ્રાઇટ ડાઇહાઇડ્રેટ અવસ્થામાં પાછું ફરવા માટે પાણી સાથે માત્ર ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા કરે છે, તેથી તેનો વ્યાવસાયિક ભેજશોષક તરીકે વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. 250°C કરતાં વધુ તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે β-એનહાઇડ્રાઇટનું સંપૂર્ણપણે નિર્જળ સ્વરૂપ બને છે. ખૂબ બારીક પીસવામાં ન આવે ત્યાં સુધી β-એનહાઇડ્રાઇટ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી, ભૂસ્તરીય સમયગાળાઓ દરમિયાન પણ નહીં.

પ્લાસ્ટર

પ્લાસ્ટર એક બાંધકામ સામગ્રી છે, જેનો ઉપયોગ દીવાલો અને છતો માટે રક્ષણાત્મક અને/અથવા સુશોભનાત્મક લેપ તરીકે તથા સુશોભનાત્મક બાંધકામ ઘટકોને આકાર આપવા, મોલ્ડિંગ બનાવવા અને ઢાળવા માટે થાય છે.
સ્ટુકો એ પ્લાસ્ટરકામ છે, જેનો ઉપયોગ ઊપસેલી સુશોભનાત્મક રચનાઓ બનાવવા માટે થાય છે.
પ્લાસ્ટરના સૌથી સામાન્ય પ્રકારોમાં મુખ્ય ઘટક તરીકે જિપ્સમ, ચૂનો અથવા સિમેન્ટનો ઉપયોગ થાય છે. પ્લાસ્ટર સૂકા પાઉડર (જિપ્સમ પાઉડર) તરીકે બનાવવામાં આવે છે. પાઉડરને પાણી સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે ત્યારે ઘટ્ટ પરંતુ કામ કરી શકાય તેવી પેસ્ટ બને છે. પાણી સાથેની ઉષ્માક્ષેપક પ્રતિક્રિયા સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા દ્વારા ઉષ્મા મુક્ત કરે છે, ત્યારબાદ જલયોજિત પ્લાસ્ટર સખત બને છે.

જિપ્સમ પ્લાસ્ટર

જિપ્સમ પ્લાસ્ટર અથવા પ્લાસ્ટર ઑફ પૅરિસ, જિપ્સમની ઉષ્મીય સારવાર (આશરે 300°F / 150°C) દ્વારા બનાવવામાં આવે છે:
CaSO₄·2H₂O + ઉષ્મા → CaSO₄·0.5H₂O + 1.5H₂O (વરાળ તરીકે મુક્ત થાય છે).
સૂકા પાઉડરને પાણી સાથે મિશ્રિત કરીને જિપ્સમ ફરીથી બનાવી શકાય છે. અસંશોધિત પ્લાસ્ટરનું જામવાનું શરૂ કરવા માટે સૂકા પાઉડરને પાણી સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે. આશરે 10 મિનિટ પછી જામવાની પ્રતિક્રિયા શરૂ થાય છે અને આશરે 45 મિનિટ પછી પૂર્ણ થાય છે. જોકે, જિપ્સમનું સંપૂર્ણ જામવાનું આશરે 72 કલાક પછી પૂર્ણ થાય છે. જો પ્લાસ્ટર અથવા જિપ્સમને 266°F / 130°C કરતાં વધુ તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે, તો હેમિહાઇડ્રેટ બને છે. હેમિહાઇડ્રેટ પાઉડરને પાણીમાં વિખેરવામાં આવે ત્યારે તેને પણ જિપ્સમમાં ફેરવી શકાય છે.