Ultrasonically Accelerated Gypsum Crystallization

Facts Worth Knowing

การผลิตแผ่นยิปซั่ม

ในระหว่างกระบวนการผลิตแผ่นยิปซั่มสารละลายในน้ําของยิปซั่มเผา – เรียกว่าแคลเซียมซัลเฟตเฮมิไฮเดรต – กระจายอยู่ระหว่างแผ่นกระดาษบนและล่าง ผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นจะต้องเคลื่อนย้ายอย่างต่อเนื่องบนสายพานลําเลียงจนกว่าสารละลายจะเซ็ตตัว จากนั้นแผ่นจะถูกทําให้แห้งจนกว่าน้ําส่วนเกินในแผ่นยิปซั่มจะระเหยไป ในการผลิตแผ่นผนังยิปซั่มเป็นที่ทราบกันดีว่าเพิ่มสารต่างๆลงในสารละลายเพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตหรือตัวกระดานเอง ตัวอย่างเช่นเป็นเรื่องปกติที่จะลดน้ําหนักของสารละลายโดยการรวมสารทําให้เกิดฟองเพื่อให้มีระดับการเติมอากาศซึ่งจะลดความหนาแน่นของแผ่นผนังขั้นสุดท้าย

แคลเซียมซัลเฟต

แคลเซียมซัลเฟต (หรือแคลเซียมซัลเฟต) เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตร CaSO₄ และไฮเดรตที่เกี่ยวข้อง ในรูปแบบปราศจากน้ําของ γ-anhydrite จะใช้เป็นสารดูดความชื้นเอนกประสงค์ ไฮเดรตเฉพาะของ CaSO₄ เป็นที่รู้จักกันในชื่อปูนปลาสเตอร์ของปารีส ไฮเดรตที่สําคัญอีกชนิดหนึ่งคือยิปซั่มซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติในฐานะแร่ธาตุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งยิปซั่มใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับงานอุตสาหกรรมเช่นวัสดุก่อสร้างฟิลเลอร์ในโพลีเมอร์เป็นต้น CaSO ทุกรูปแบบ₄ ปรากฏเป็นของแข็งสีขาวและแทบจะไม่ละลายในน้ํา แคลเซียมซัลเฟตทําให้เกิดความกระด้างถาวรในน้ํา
สารประกอบอนินทรีย์ CaSO₄ เกิดขึ้นในสามระดับของการให้ความชุ่มชื้น:

• สถานะปราศจากน้ํา (ชื่อแร่: “แอนไฮไดรท์”) ด้วยสูตร CaSO₄.
• ไดไฮเดรต (ชื่อแร่ธาตุ: “ยิปซัม”) ด้วยสูตร CaSO₄(เอช₂O)₂.
• ไฮไฮเดรตสูตร CaSO₄(ส 2₂O)0.5. เฮมิไฮเดรตที่เฉพาะเจาะจงสามารถแยกแยะได้ว่าเป็นอัลฟา-เฮมิไฮเดรตและเบต้า-เฮมิไฮเดรต

ปฏิกิริยาความชุ่มชื้นและการขาดน้ํา
เมื่อใช้ความร้อนยิปซั่มจะเปลี่ยนเป็นแร่ธาตุที่ขาดน้ําบางส่วน – ที่เรียกว่าแคลเซียมซัลเฟตเฮมิไฮเดรต ยิปซั่มเผา หรือปูนปลาสเตอร์ของปารีส ยิปซั่มเผามีสูตร CaSO₄· (เอ็นเอช₂O) โดยที่ 0.5 ≤ n ≤ 0.8 อุณหภูมิระหว่าง 100°C ถึง 150°C (212°F – 302°F) เป็นสิ่งจําเป็นในการกําจัดน้ําที่ผูกมัดในโครงสร้างของมัน อุณหภูมิและเวลาในการทําความร้อนที่แน่นอนขึ้นอยู่กับความชื้นแวดล้อม อุณหภูมิสูงถึง 170°C (338°F) ถูกนําไปใช้สําหรับการเผาในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิเหล่านี้ การก่อตัวของ γ-anhydrite จะเริ่มขึ้น พลังงานความร้อนที่ส่งไปยังยิปซั่มในเวลานี้ (ความร้อนของความชุ่มชื้น) มีแนวโน้มที่จะขับไล่น้ํา (เป็นไอน้ํา) แทนที่จะเพิ่มอุณหภูมิของแร่ธาตุ ซึ่งจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ จนกว่าน้ําจะหายไป จากนั้นก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สมการสําหรับการคายน้ําบางส่วนมีดังต่อไปนี้:

คุณสมบัติการดูดความร้อนของปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของ drywall ซึ่งให้ความต้านทานไฟกับที่อยู่อาศัยและโครงสร้างอื่น ๆ ในไฟไหม้โครงสร้างด้านหลังแผ่น drywall จะยังคงค่อนข้างเย็นเนื่องจากน้ําหายไปจากยิปซั่มจึงป้องกันและชะลอความเสียหายต่อโครง (ผ่านการเผาไหม้ของชิ้นส่วนไม้หรือการสูญเสียความแข็งแรงของเหล็กที่อุณหภูมิสูง) และผลที่ตามมาคือการพังทลายของโครงสร้าง ที่อุณหภูมิสูงขึ้นแคลเซียมซัลเฟตจะปล่อยออกซิเจนและทําหน้าที่เป็นสารออกซิไดซ์ ลักษณะของวัสดุนี้ใช้ในอลูมิเนียมเทอร์มี ตรงกันข้ามกับแร่ธาตุส่วนใหญ่ซึ่งเมื่อเติมน้ําแล้วจะกลายเป็นน้ําพริกเหลวหรือกึ่งของเหลวหรือยังคงเป็นแป้งยิปซั่มที่เผามีคุณสมบัติผิดปกติ เมื่อผสมกับน้ําที่อุณหภูมิแวดล้อมจะเปลี่ยนทางเคมีกลับสู่รูปแบบไดไฮเดรตที่ต้องการในขณะที่ทางกายภาพ “ฉาก” เป็นตาข่ายผลึกยิปซั่มที่แข็งและค่อนข้างแข็งแรงดังแสดงในสมการด้านล่าง:

ปฏิกิริยาคายความร้อนนี้ทําให้ง่ายต่อการหล่อยิปซั่มให้เป็นรูปทรงต่างๆ รวมถึงแผ่นสําหรับ drywall แท่งสําหรับชอล์กกระดานดํา และแม่พิมพ์ (เช่น เพื่อตรึงกระดูกที่หัก หรือสําหรับการหล่อโลหะ) ผสมกับโพลีเมอร์ถูกใช้เป็นปูนซีเมนต์ซ่อมแซมกระดูก
เมื่อได้รับความร้อนถึง 180°C ซึ่งเป็นรูปแบบที่เกือบปราศจากน้ํา ที่เรียกว่า γ-anhydrite (CaSO₄·เอ็นเอช₂O โดยที่ n = 0 ถึง 0.05) เกิดขึ้น γ-Anhydrite ทําปฏิกิริยาช้าๆ กับน้ําเพื่อกลับสู่สถานะไดไฮเดรต ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารดูดความชื้นเชิงพาณิชย์ เมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า 250 องศาเซลเซียส จะเกิด β-anhydrite ในรูปแบบปราศจากน้ําอย่างสมบูรณ์ β-anhydrite ไม่ทําปฏิกิริยากับน้ําแม้ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาเว้นแต่จะบดละเอียดมาก

ปูนปลาสเตอร์

ปูนปลาสเตอร์เป็นวัสดุก่อสร้างที่ใช้เป็นวัสดุเคลือบป้องกันและ / หรือตกแต่งสําหรับผนังเพดานและในการขึ้นรูปและหล่อองค์ประกอบอาคารตกแต่ง
ปูนปั้นเป็นงานปูนปลาสเตอร์ซึ่งใช้ในการผลิตของตกแต่งนูน
ปูนปลาสเตอร์ประเภทที่พบมากที่สุดเป็นสูตรจากยิปซั่ม ปูนขาว หรือปูนซีเมนต์เป็นส่วนผสมหลัก ปูนปลาสเตอร์ผลิตเป็นผงแห้ง (ผงยิปซั่ม) เมื่อผสมผงกับน้ําจะเกิดแป้งที่แข็งแต่ใช้งานได้ ปฏิกิริยาคายความร้อนกับน้ําจะปล่อยความร้อนผ่านกระบวนการตกผลึกจากนั้นปูนปลาสเตอร์ที่ให้น้ําจะแข็งตัว

ปูนปลาสเตอร์ยิปซั่ม

ปูนปลาสเตอร์ยิปซั่มหรือปูนปลาสเตอร์ของปารีสผลิตโดยการอบชุบด้วยความร้อน (ประมาณ 300 ° F / 150 ° C) ของยิปซั่ม:
คาโซ₄·2H₂O + ความร้อน→ CaSO₄·0.5 ชม.₂O + 1.5 ชม.₂O (ปล่อยเป็นไอน้ํา)
ยิปซั่มสามารถขึ้นรูปใหม่ได้โดยการผสมผงแห้งกับน้ํา ในการเริ่มต้นการตั้งค่าปูนปลาสเตอร์ที่ไม่ดัดแปลงผงแห้งจะถูกผสมกับน้ํา หลังจากผ่านไปประมาณ 10 นาที ปฏิกิริยาการตั้งค่าจะเกิดขึ้นและเสร็จสิ้นหลังจากผ่านไปประมาณ 45 นาที อย่างไรก็ตาม การตั้งค่ายิปซั่มที่สมบูรณ์จะถึงหลังจากผ่านไปประมาณ 72 ชั่วโมง หากปูนปลาสเตอร์หรือยิปซั่มได้รับความร้อนสูงกว่า 266°F / 130°C จะเกิดครึ่งไฮเดรต ผงเฮมิไฮเดรตยังสามารถเปลี่ยนเป็นยิปซั่มได้เมื่อกระจายตัวในน้ํา