Ultraljudsaccelererad gipskristallisation

Fakta som är värda att veta

Tillverkning av gipsskivor

Under tillverkningsprocessen av gipsskiva, en vattenhaltig uppslamning av bränd gips – så kallat kalciumsulfathemihydrat – sprids ut mellan de övre och nedre pappersarken. Den därigenom skapade produkten måste kontinuerligt flyttas på ett transportband tills uppslamningen har stelnat. Plåten torkas sedan tills överflödigt vatten i gipsskivan har avdunstat. Vid tillverkning av gipsskivor är det känt att tillsätta olika ämnen till uppslamningen för att förbättra produktionsprocessen eller själva skivan. Till exempel är det vanligt att lätta på slurryns vikt genom att tillsätta skummedel för att ge en luftningsgrad som sänker densiteten hos den slutliga wallboarden.

kalciumsulfat

Kalciumsulfat (eller kalciumsulfat) är en oorganisk förening med formeln CaSO₄ och relaterade hydrater. I den vattenfria formen av γ-anhydrit används den som ett torkmedel för allmänt bruk. Ett särskilt hydrat av CaSO₄ är känd som gips i Paris. Ett annat viktigt hydrat är gips, som förekommer naturligt som mineral. Speciellt gips används i stor utsträckning för industriella applikationer, t.ex. som byggmaterial, fyllmedel, i polymerer etc. Alla former av CaSO₄ uppträder som vita fasta ämnen och är knappast lösliga i vatten. Kalciumsulfat orsakar permanent hårdhet i vatten.
Den oorganiska föreningen CaSO₄ förekommer i tre nivåer av hydrering:

• vattenfritt tillstånd (mineraliskt namn: “Anhydrite”) med formeln CaSO₄.
• dihydrat (mineraliskt namn: “gips”) med formeln CaSO₄(H₂O)₂.
• hemihydrat med formeln CaSO₄(H2₂O)0,5. Specifika hemihydrat kan särskiljas som alfa-hemihydrat och beta-hemihydrat.

Hydrerings- och uttorkningsreaktioner
När värme appliceras omvandlas gips till ett delvis uttorkat mineral – den så kallade kalciumsulfathemihydrat, bränd gips eller gips från Paris. Bränd gips har formeln CaSO₄· (nH₂O), där 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperaturer mellan 100°C och 150°C (212°F – 302°F) är nödvändiga för att avlägsna vattnet som är bundet i dess struktur. Den exakta uppvärmningstemperaturen och tiden beror på den omgivande luftfuktigheten. Temperaturer så höga som 170 °C (338 °F) tillämpas för den industriella kalcineringen. Vid dessa temperaturer börjar dock bildningen av γ-anhydrit. Värmeenergin som levereras till gipset vid denna tidpunkt (hydratiseringsvärmen) tenderar att gå till att driva bort vatten (som vattenånga) snarare än att öka temperaturen på mineralet, som stiger långsamt tills vattnet är borta och sedan ökar snabbare. Ekvationen för den partiella uttorkningen är följande:

Den endoterma egenskapen hos denna reaktion är relevant för gipsskivans prestanda, vilket ger brandbeständighet mot bostads- och andra strukturer. Vid en brand kommer strukturen bakom en gipsskiva att förbli relativt sval eftersom vatten förloras från gipset, vilket förhindrar och fördröjer skador på ramen (genom förbränning av trädelar eller förlust av stålets styrka vid höga temperaturer) och därmed strukturell kollaps. Vid högre temperaturer frigör kalciumsulfat syre och fungerar därmed som oxidationsmedel. Denna materialegenskap används inom alutermiti. Till skillnad från de flesta mineraler, som när de återfuktas helt enkelt bildar flytande eller halvflytande pasta, eller förblir pulverformiga, har kalcinerad gips en ovanlig egenskap. När det blandas med vatten vid omgivningstemperatur vänder det kemiskt tillbaka till den föredragna dihydratformen, medan det är fysiskt “inställning” till ett styvt och relativt starkt gipskristallgitter som visas i ekvationen nedan:

Denna exoterma reaktion gör det så enkelt att gjuta gips i olika former, inklusive ark för gipsväggar, pinnar för griffeltavelkrita och formar (t.ex. för att immobilisera brutna ben eller för metallgjutgods). Blandad med polymerer har den använts som benreparationscement.
Vid upphettning till 180 °C bildas en nästan vattenfri form, så kallad γ-anhydrit (CaSO)₄·nH₂O där n = 0 till 0,05), bildas. γ-anhydrit reagerar endast långsamt med vatten för att återgå till dihydrattillståndet, så att det används i stor utsträckning som kommersiellt torkmedel. Vid upphettning över 250 °C uppstår den helt vattenfria formen av β-anhydrit. β-anhydrit reagerar inte med vatten, inte ens över geologiska tidsskalor, om den inte är mycket finmald.

gips

Gips är ett byggmaterial som används som skyddande och/eller dekorativt beläggningsmaterial för väggar, tak och för att forma, gjuta och gjuta dekorativa byggnadselement.
Stuckatur är gipsarbete, som används för att producera reliefdekorationer.
De vanligaste typerna av gips är formulerade av antingen gips, kalk eller cement som huvudingrediens. Gips tillverkas som ett torrt pulver (gipspulver). När pulvret blandas med vatten bildas en styv men användbar pasta. Den exoterma reaktionen med vatten frigör värme genom en kristallisationsprocess, sedan härdar det hydratiserade gipset.

gips

Gipsgips, eller gips från Paris, framställs genom en värmebehandling (ca 300°F / 150°C) av gips:
CaSO CaSO₄·2H₂O + värme → CaSO₄·0.5H₂O + 1,5 H₂O (släpps ut som ånga).
Gips kan återbildas genom att blanda det torra pulvret med vatten. För att initiera inställningen av omodifierad gips blandas det torra pulvret med vatten. Efter ca 10 minuter sätter inställningsreaktionen in och avslutas efter ca 45 minuter. En fullständig gipshärdning uppnås dock efter ca 72 timmar. Om gips eller gips värms upp över 266°F / 130°C bildas hemihydrat. Hemihydratpulver kan också omvandlas till gips när det dispergeras i vatten.