Sádra - Gypsum

Sádra
Gypse Caresse.jpg
Všeobecné
Kategorie Sulfátové minerály
Vzorec
(opakující se jednotka)
CaSO
4
· 2H 2 O
Strunzova klasifikace 7. CD.40
Krystalový systém Monoklinika
Krystalová třída Prizmatický (2/m)
HM symbol : (2/m)
Vesmírná skupina Skupina Monoclinic
Space : I 2/a
Jednotková buňka a = 5,679 (5), b = 15,202 (14)
c = 6,522 (6) [A]; p = 118,43 °; Z = 4
Identifikace
Barva Bezbarvá (v procházejícím světle) až bílá; často zabarvené jinými odstíny kvůli nečistotám; může být žlutá, opálená, modrá, růžová, tmavě hnědá, červenohnědá nebo šedá
Krystalový zvyk Masivní, plochý. Protáhlé a obecně prizmatické krystaly
Twinning Velmi časté na {110}
Výstřih Perfektní na {010}, odlišný na {100}
Zlomenina Konchoidální na {100}, tříska rovnoběžná s [001]
Houževnatost Flexibilní, nepružný
Mohsova stupnice tvrdosti 1,5–2 (definující minerál pro 2)
Lesk Sklovité až hedvábné, perleťové nebo voskové
Pruh Bílý
Diaphaneity Průhledný až průsvitný
Specifická gravitace 2,31–2,33
Optické vlastnosti Dvouosý (+)
Index lomu n α = 1,519–1,521
n β = 1,522–1,523
n γ = 1,529–1,530
Dvojlom 5 = 0,010
Pleochroismus Žádný
2V úhel 58 °
Tavitelnost 5
Rozpustnost Horká, zředěná HCl
Reference
Hlavní odrůdy
Saténový nosník Perleťové, vláknité hmoty
Selenit Průhledné a ostré krystaly
Alabastr Jemně zrnitý, mírně zbarvený

Sádra je měkký síranový minerál složený z dihydrátu síranu vápenatého s chemickým vzorcem CaSO
4
· 2H 2 O
. Je široce těžen a používá se jako hnojivo a jako hlavní složka mnoha forem sádry , tabule / křídové křídy a sádrokartonu . Masivní jemnozrnný bílý nebo slabě zabarvená paleta sádrovce, tzv alabastr , byl použit pro sochu mnoha kulturách, včetně starého Egypta , Mezopotámie , Ancient Řím , v Byzantské říše , a Nottingham alabasters z středověkého Anglie . Sádra krystalizuje také jako průsvitné krystaly selenitu . Tvoří se jako vaporitový minerál a jako hydratační produkt anhydritu .

Mohsova stupnice tvrdosti definuje sádrovce jako hodnota tvrdosti 2 založené na poškrábání srovnání tvrdosti .

Etymologie a historie

Slovo sádra je odvozeno z řeckého slova γύψος ( sádra ), „sádra“. Vzhledem k tomu, lomy z Montmartre čtvrti Paříže již dlouho vybavil pálenou sádru ( kalcinovaná sádra) použít pro různé účely, to dehydratované sádra se stal známý jako sádra . Po přidání vody se po několika desítkách minut ze sádry Paris stane opět běžná sádra (dihydrát), což způsobí, že materiál ztvrdne nebo „tuhne“ způsoby, které jsou užitečné pro lití a stavbu.

Sádra byla ve staré angličtině známá jako spærstān , „kopí kámen“, odkazující na její krystalické projekce. (Slovo spar v mineralogii je tedy ve srovnání se sádrou a vztahuje se na jakýkoli nerudný minerál nebo krystal, který se tvoří v kopulovitých projekcích). V polovině 18. století německý duchovní a zemědělec Johann Friderich Mayer vyšetřoval a propagoval použití sádry jako hnojiva. Sádra může fungovat jako zdroj síry pro růst rostlin a na počátku 19. století byla považována za téměř zázračné hnojivo. Američtí farmáři si ji tolik přáli získat, že se vyvinul čilý pašerácký obchod s Novým Skotskem, což mělo za následek takzvanou „sádrovou válku“ z roku 1820. V 19. století byl také znám jako síran vápenatý nebo síran vápenatý .

Fyzikální vlastnosti

Krystaly sádry jsou dostatečně měkké, aby se mohly ohnout pod tlakem ruky. Ukázka vystavená v Musée cantonal de géologie de Lausanne.

Sádra je mírně rozpustná ve vodě (~ 2,0–2,5 g/l při 25 ° C) a na rozdíl od většiny ostatních solí vykazuje retrográdní rozpustnost, při vyšších teplotách se stává méně rozpustnou. Když se sádra zahřívá na vzduchu, ztrácí vodu a nejprve se přemění na hemihydrát síranu vápenatého (basanit, často jednoduše nazývaný „sádra“), a pokud se dále zahřívá, na bezvodý síran vápenatý ( anhydrit ). Stejně jako u anhydritu je rozpustnost sádry v solných roztocích a v solankách také silně závislá na koncentraci NaCl (obyčejná kuchyňská sůl).

Struktura sádry se skládá z vrstev vápníku (Ca 2+ ) a síranu ( SO
4
2-
) ionty pevně svázané dohromady. Tyto vrstvy jsou spojeny vrstvami molekul aniontové vody pomocí slabších vodíkových vazeb , což dává krystalu dokonalé štěpení podél listů (v rovině {010}).

Krystalické odrůdy

Sádra se v přírodě vyskytuje jako zploštělé a často zdvojené krystaly a průhledné štěpitelné hmoty zvané selenit . Selenit neobsahuje žádný významný selen ; spíše byly obě látky pojmenovány podle starořeckého slova pro Měsíc .

Selenit se také může vyskytovat v hedvábné, vláknité formě, v takovém případě se mu běžně říká „saténový nosník“. Nakonec může být také zrnitý nebo docela kompaktní. V ručních vzorcích může být kdekoli od průhledných po neprůhledné. Velmi jemnozrnná bílá nebo lehce zbarvená odrůda sádry, nazývaná alabastr , je ceněna za okrasné práce různého druhu. V suchých oblastech se sádra může vyskytovat v květinové formě, typicky neprůhledné, s vloženými zrny písku zvanými pouštní růže . Tvoří také jedny z největších krystalů nacházejících se v přírodě, až 12 m (39 stop) dlouhých, ve formě selenitu.

Výskyt

Sádra je běžný minerál se silnými a rozsáhlými odparitovými loži ve spojení se sedimentárními horninami . Je známo, že vklady se vyskytují ve vrstvách již od archaonského eónu . Sádra se ukládá z jezerní a mořské vody, stejně jako v horkých pramenech , ze sopečných par a roztoků síranů v žilách . Hydrotermální anhydrit v žilách je běžně hydratován do sádry podzemní vodou v blízkosti povrchových expozic. Často je spojován s minerály halit a síra . Sádra je nejběžnějším síranovým minerálem. Čistá sádra je bílá, ale jiné látky nalezené jako nečistoty mohou místním usazeninám poskytnout širokou škálu barev.

Protože se sádra časem rozpouští ve vodě, sádra se zřídka vyskytuje ve formě písku. Jedinečné podmínky národního parku White Sands v americkém státě Nové Mexiko však vytvořily rozlohu 710 km 2 (270 čtverečních mil) bílého sádrového písku, což je dost na to, aby zásobilo americký stavební průmysl sádrokartonovými deskami na 1 000 let. Komerční využívání této oblasti, silně rezidentní proti jejímu obyvatelstvu, bylo trvale zabráněno v roce 1933, kdy prezident Herbert Hoover prohlásil sádrové duny za chráněnou národní památku .

Sádra vzniká také jako vedlejší produkt oxidace sulfidů , mimo jiné oxidací pyritu , když generovaná kyselina sírová reaguje s uhličitanem vápenatým . Jeho přítomnost naznačuje oxidační podmínky. Za redukčních podmínek mohou být sírany, které obsahuje, redukovány zpět na sulfid bakteriemi redukujícími sírany . To může vést k akumulaci elementární síry v olejonosných formacích, jako jsou solné kopule, kde se může těžit pomocí Fraschova procesu Elektrárny spalující uhlí odsiřováním spalin produkují velká množství sádry jako vedlejší produkt z praček.

Orbitální snímky z Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) naznačily existenci sádrových dun v severní polární oblasti Marsu, které byly později na úrovni země potvrzeny příležitostí Mars Exploration Rover (MER) .

Hornictví

Odhadovaná produkce sádry v roce 2015
(v tisících metrických tun)
Země Výroba Rezervy
Čína 132 000 N/A
Írán 22 000 1600
Thajsko 12500 N/A
Spojené státy 11 500 700 000
krocan 10 000 N/A
Španělsko 6 400 N/A
Mexiko 5 300 N/A
Japonsko 5 000 N/A
Rusko 4500 N/A
Itálie 4100 N/A
Indie 3500 39 000
Austrálie 3500 N/A
Omán 3500 N/A
Brazílie 3300 290 000
Francie 3300 N/A
Kanada 2700 450 000
Saudská arábie 2400 N/A
Alžírsko 2200 N/A
Německo 1 800 450 000
Argentina 1400 N/A
Pákistán 1300 N/A
Spojené království 1 200 55 000
Ostatní země 15 000 N/A
Svět celkem 258 000 N/A

Komerční množství sádrovce se nacházejí ve městech Araripina a Grajaú v Brazílii; v Pákistánu, Jamajce, Íránu (druhý největší producent na světě), Thajsku, Španělsku (hlavní producent v Evropě), Německu, Itálii, Anglii, Irsku a Kanadě a USA. Velké otevřené lomy se nacházejí na mnoha místech, včetně Fort Dodge, Iowa , který leží na jednom z největších ložisek sádry na světě, a Plaster City, Kalifornie , Spojené státy a East Kutai , Kalimantan , Indonésie. Několik malých dolů existuje také v místech, jako je Kalannie v západní Austrálii , kde se sádra prodává soukromým odběratelům za účelem přidání vápníku a síry a také snížení toxicity hliníku v půdě pro zemědělské účely.

V jeskyních dolu Naica v Chihuahua v Mexiku byly nalezeny krystaly sádry až 11 m (36 ft) dlouhé . Krystaly prospívaly v extrémně vzácném a stabilním přírodním prostředí jeskyně. Teploty se držely na 58 ° C (136 ° F) a jeskyně byla naplněna vodou bohatou na minerály, která poháněla růst krystalů. Největší z těchto krystalů váží 55 tun (61 malých tun) a je starý přibližně 500 000 let.

Syntéza

Syntetická sádra se získává odsiřováním spalin v některých uhelných elektrárnách. V některých aplikacích může být použit zaměnitelně s přírodní sádrou.

Sádra také vysráží na brakické vody membrány , což je jev známý jako minerální sůl měřítka , jako je například během brakické vody odsolování vody s vysokými koncentracemi vápníku a síranu . Měřítko snižuje životnost a produktivitu membrány. Toto je jedna z hlavních překážek v procesech odsolování brakické vodní membrány, jako je reverzní osmóza nebo nanofiltrace . Jiné formy tvorby okují, jako je kalcit , v závislosti na zdroji vody, mohou být také důležitými faktory při destilaci , stejně jako v tepelných výměnících , kde se rozpustnost nebo koncentrace soli může rychle měnit.

Nová studie naznačila, že tvorba sádry začíná jako malé krystaly minerálu zvaného basanit ( CaSO
4
· 0,5 H 2 O
). K tomuto procesu dochází prostřednictvím třístupňové cesty:

  1. homogenní nukleace nanokrystalického basanitu;
  2. vlastní montáž basanitu do agregátů a
  3. přeměna basanitu na sádru.

Bezpečnost práce

Lidé mohou být vystaveni sádře na pracovišti vdechnutím, kontaktem s kůží a očním kontaktem. Síran vápenatý je sám o sobě není toxický a je dokonce schválen jako potravinářská přídatná látka, ale jako práškové sádry, může dráždit kůži a sliznice.

Spojené státy

Úřad pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA) stanovil zákonný limit ( přípustný expoziční limit ) pro expozici sádry na pracovišti jako TWA 15 mg/m 3 pro celkovou expozici a TWA 5 mg/m 3 pro expozici dýchacích cest po dobu 8 hodin pracovní den. Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví (NIOSH) stanovila omezení doporučená expozice (REL) TWA 10 mg / m 3 pro celkovou expozici a TWA 5 mg / m 3 pro expozici dýchacích přes 8 hodin pracovního dne.

Využití

Sádrové práce, Valencijské muzeum etnologie
Mapa sádrových ložisek v severním Ohiu, černé čtverce označují umístění ložisek, z „Geografie Ohia“, 1923

Sádra se používá v celé řadě aplikací:

  • Sádrokartonová deska se primárně používá jako povrchová úprava stěn a stropů a ve stavebnictví je známá jako sádrokarton, deska nebo sádrokarton.
  • Sádrové bloky se používají jako betonové bloky ve stavebnictví.
  • Sádrová malta je starověká malta používaná ve stavebnictví.
  • Sádrové přísady se používají v chirurgických dlahách, licích formách a modelování.
  • Hnojivo a půdní kondicionér : Na konci 18. a na počátku 19. století byla sádra Nova Scotia, často označovaná jako sádra, velmi vyhledávaným hnojivem pro pšeničná pole ve Spojených státech. Používá se také při zlepšování půdy s vysokým obsahem sodíku , například v Zuiderzee Works .
  • Používá se pro rekultivaci z slaných půd : pokud je sádra přidá k sodic a kyselé půdě vysoce rozpustnou formu boru ( metaboritan sodný ) se převede na méně rozpustného metaboritan vápenatý a vyměnitelným procento sodného je rovněž snížen aplikací sádry.
  • Pojivo v rychle schnoucí antuce na tenisových kurtech.
  • Jako alabastr, materiál pro sochařství, byl používán zejména ve starověkém světě před vývojem oceli, kdy jeho relativní měkkost značně usnadňovala vyřezávání.
  • Náhrada dřeva ve starověkém světě: Když se například dřevo stalo odlesňováním na Krétě v době bronzové , sádra se používala při stavbě budov v místech, kde se dříve používalo dřevo.
  • Tofu (sojový tvaroh) koagulantu, což je v konečném důsledku hlavním zdrojem v potravě vápníku , a to zejména v asijských kulturách, které se tradičně používají málo mléčné výrobky .
  • Přidání tvrdosti do vody používané k vaření .
  • Používá se při pečení jako kondicionér na těsto, snižuje lepivost a jako zdroj vápníku v pečivu. Primární složka minerálních kvasnicových potravin.
  • Součást portlandského cementu používaná k zabránění bleskového tuhnutí betonu .
  • Monitorování potenciálu půda/ voda (půdní vlhkost).
  • Běžná přísada při výrobě medoviny .
  • Ve středověku jej zákoníci a osvětlovači smíchali s uhličitanem olovnatým (práškové bílé olovo) , aby vzniklo gesso , které bylo aplikováno na osvětlená písmena a pozlaceno zlatem v iluminovaných rukopisech.
  • V krémech na nohy, šamponech a mnoha dalších produktech na vlasy.
  • Léčivá látka v tradiční čínské medicíně zvaná shi gao .
  • Otiskovací náplasti ve stomatologii.
  • Používá se při pěstování hub k zastavení shlukování zrn.
  • Testy ukázaly, že sádru lze použít k odstranění znečišťujících látek, jako je olovo nebo arsen, z kontaminovaných vod.

Galerie

Viz také

Reference

externí odkazy