Ուլտրաձայնով արագացված գիպսի բյուրեղացում

Արժե իմանալ

Գիպսաստվարաթղթե սալերի արտադրություն

Գիպսաստվարաթղթե սալերի արտադրության ընթացքում թրծված գիպսի՝ այսպես կոչված կալցիումի սուլֆատի կիսահիդրատի ջրային խյուսը տարածվում է թղթի վերին և ստորին թերթերի միջև։ Այդպիսով ստացված արտադրանքը պետք է անընդհատ շարժվի փոխակրիչի ժապավենի վրա, մինչև խյուսը կապակցվի։ Այնուհետև սալը չորացվում է, մինչև գիպսաստվարաթղթե սալում առկա ավելորդ ջուրը գոլորշիանա։ Գիպսաստվարաթղթե պատի սալերի արտադրության մեջ հայտնի է խյուսին տարբեր նյութեր ավելացնելու եղանակը՝ արտադրական գործընթացը կամ հենց սալը բարելավելու համար։ Օրինակ՝ սովորաբար խյուսի զանգվածը նվազեցնում են՝ ներմուծելով փրփրագոյացնող նյութեր, որոնք ապահովում են օդահագեցման որոշակի աստիճան և այդպիսով նվազեցնում պատրաստի պատի սալի խտությունը։

Կալցիումի սուլֆատ

Կալցիումի սուլֆատը (անգլերեն՝ calcium sulfate կամ calcium sulphate) անօրգանական միացություն է՝ CaSO₄ բանաձևով և հարակից հիդրատներով։ Անջուր γ-անհիդրիտի ձևով այն օգտագործվում է որպես ընդհանուր նշանակության խոնավակլանիչ։ CaSO₄ բանաձևով միացության որոշակի հիդրատը հայտնի է որպես փարիզյան գիպս։ Մեկ այլ կարևոր հիդրատ է գիպսը, որը բնության մեջ հանդիպում է որպես հանքանյութ։ Հատկապես գիպսը լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, օրինակ՝ որպես շինանյութ, լցանյութ, պոլիմերներում և այլն։ CaSO₄ բանաձևով միացության բոլոր ձևերը սպիտակ պինդ նյութեր են և ջրում դժվարալույծ են։ Կալցիումի սուլֆատը ջրին հաղորդում է մնայուն կոշտություն։
CaSO₄ բանաձևով անօրգանական միացությունը հանդիպում է հիդրատացման երեք աստիճանով՝

• անջուր վիճակ (հանքանյութի անվանումը՝ «անհիդրիտ»), որի բանաձևն է CaSO₄.
• դիհիդրատ (հանքանյութի անվանումը՝ «գիպս»), որի բանաձևն է CaSO₄(H₂O)₂.
• կիսահիդրատ, որի բանաձևն է CaSO₄(H2₂O)0.5։ Առանձին կիսահիդրատները կարելի է տարբերակել որպես ալֆա-կիսահիդրատ և բետա-կիսահիդրատ։

Հիդրատացման և ջրազրկման ռեակցիաներ
Ջերմության ազդեցությամբ գիպսը վերածվում է մասամբ ջրազրկված հանքանյութի՝ այսպես կոչված կալցիումի սուլֆատի կիսահիդրատի, թրծված գիպսի կամ փարիզյան գիպսի։ Թրծված գիպսի բանաձևն է CaSO₄·(nH₂O), որտեղ 0,5 ≤ n ≤ 0,8։ Դրա կառուցվածքում կապված ջուրը հեռացնելու համար անհրաժեշտ է 100°C-ից մինչև 150°C (212°F – 302°F) ջերմաստիճան։ Տաքացման ճշգրիտ ջերմաստիճանը և տևողությունը կախված են շրջակա միջավայրի խոնավությունից։ Արդյունաբերական թրծման համար կիրառվում են մինչև 170°C (338°F) հասնող ջերմաստիճաններ։ Սակայն այս ջերմաստիճաններում սկսվում է γ-անհիդրիտի առաջացումը։ Այս ընթացքում գիպսին հաղորդվող ջերմային էներգիան (հիդրատացման ջերմությունը) հիմնականում ծախսվում է ջուրը հեռացնելու վրա (ջրային գոլորշու տեսքով), այլ ոչ թե հանքանյութի ջերմաստիճանը բարձրացնելու վրա։ Ջերմաստիճանը դանդաղ է բարձրանում, մինչև ջուրը հեռանա, այնուհետև բարձրանում է ավելի արագ։ Մասնակի ջրազրկման հավասարումը հետևյալն է՝

Այս ռեակցիայի ջերմակլանիչ հատկությունը նշանակություն ունի գիպսաստվարաթղթի գործառնական հատկությունների համար՝ բնակելի և այլ շինություններին հաղորդելով հրակայունություն։ Հրդեհի ժամանակ գիպսաստվարաթղթե թերթի հետևում գտնվող կառուցվածքը կմնա համեմատաբար սառը, քանի որ գիպսը կորցնում է ջուրը՝ այդպիսով կանխելով և դանդաղեցնելով կրող կմախքի վնասումը (փայտե տարրերի այրման կամ բարձր ջերմաստիճաններում պողպատի ամրության կորստի հետևանքով) և դրան հաջորդող կառուցվածքային փլուզումը։ Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում կալցիումի սուլֆատն անջատում է թթվածին և այդպիսով գործում որպես օքսիդիչ։ Նյութի այս հատկությունն օգտագործվում է ալյումինաթերմիայում։ Ի տարբերություն հանքանյութերի մեծ մասի, որոնք կրկին հիդրատացվելիս պարզապես առաջացնում են հեղուկ կամ կիսահեղուկ մածուկներ կամ մնում փոշենման, թրծված գիպսն ունի արտասովոր հատկություն։ Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում ջրի հետ խառնելիս այն քիմիապես վերադառնում է նախընտրելի դիհիդրատային ձևին՝ միաժամանակ ֆիզիկապես «կապակցվելով» և առաջացնելով կոշտ ու համեմատաբար ամուր գիպսային բյուրեղացանց, ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված հավասարման մեջ.

Այս ջերմանջատիչ ռեակցիան այնքան հեշտ է դարձնում գիպսի ձուլումը տարբեր ձևերով, այդ թվում՝ գիպսաստվարաթղթե պատերի համար նախատեսված թերթերի, գրատախտակի կավճե ձողիկների և կաղապարների (օրինակ՝ կոտրված ոսկորներն անշարժացնելու կամ մետաղական ձուլվածքների համար)։ Պոլիմերների հետ խառնված վիճակում այն օգտագործվել է որպես ոսկրերի վերականգնման ցեմենտ։
Մինչև 180°C տաքացնելիս առաջանում է գրեթե ջրազուրկ ձևը՝ այսպես կոչված γ-անհիդրիտը (CaSO₄·nH₂O, որտեղ n = 0-ից 0,05)։ γ-անհիդրիտը ջրի հետ միայն դանդաղ է արձագանքում՝ վերադառնալով դիհիդրատային վիճակին, ուստի այն լայնորեն օգտագործվում է որպես առևտրային խոնավակլանիչ։ 250°C-ից բարձր տաքացնելիս առաջանում է β-անհիդրիտի լիովին անջուր ձևը։ β-անհիդրիտը ջրի հետ չի արձագանքում նույնիսկ երկրաբանական ժամանակահատվածների ընթացքում, եթե շատ մանր աղացած չէ։

Սվաղանյութ

Սվաղանյութը շինանյութ է, որն օգտագործվում է որպես պատերի ու առաստաղների պաշտպանիչ և/կամ դեկորատիվ ծածկույթ, ինչպես նաև դեկորատիվ շինարարական տարրերը կաղապարելու, կաղապարաձևելու և ձուլելու համար։
Ստուկկոն սվաղային հարդարանք է, որն օգտագործվում է ռելիեֆային զարդարանքներ պատրաստելու համար։
Սվաղանյութի ամենատարածված տեսակների բաղադրության մեջ հիմնական բաղադրիչը գիպսն է, կիրը կամ ցեմենտը։ Սվաղանյութն արտադրվում է չոր փոշու տեսքով (գիպսի փոշի)։ Փոշին ջրի հետ խառնելիս առաջանում է թանձր, բայց մշակելի մածուկ։ Ջրի հետ ջերմանջատիչ ռեակցիան բյուրեղացման գործընթացի միջոցով ջերմություն է անջատում, այնուհետև հիդրատացված սվաղանյութը կարծրանում է։

Գիպսային սվաղանյութ

Գիպսային սվաղանյութը կամ շինարարական գիպսն արտադրվում է գիպսի ջերմամշակմամբ (մոտ 300°F / 150°C).
CaSO₄·2H₂O + ջերմություն → CaSO₄·0.5H₂O + 1.5H₂O (անջատվում է գոլորշու տեսքով)։
Գիպսը կարելի է վերականգնել՝ չոր փոշին ջրի հետ խառնելով։ Չձևափոխված սվաղանյութի կապակցումն սկսելու համար չոր փոշին խառնում են ջրի հետ։ Մոտ 10 րոպե անց սկսվում է կապակցման ռեակցիան և ավարտվում մոտ 45 րոպե անց։ Այնուամենայնիվ, գիպսի լիակատար կապակցումը տեղի է ունենում մոտ 72 ժամ անց։ Եթե սվաղանյութը կամ գիպսը տաքացվում է 266°F / 130°C-ից բարձր, առաջանում է հեմիհիդրատ։ Հեմիհիդրատի փոշին նույնպես կարող է վերածվել գիպսի՝ ջրում դիսպերսվելիս։