Sadra

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje
Sadra

Puščavska roža, dolga 47 cm
Splošno
Kategorija Sulfatni minerali
Kemijska formula Kalcijev sulfat CaSO4·2H2O
Lastnosti
Barva Brezbarvna do bela; če vsebuje nečistoče, je lahko rumena, svetlo rjava, modra, rožnata, rjava, rdečerjava ali siva.
Kristalni habit Masiven, sploščen. Raztegnjeni, praviloma prizmatični kristali.
Kristalni sistem Monoklinska 2/m - prizmatična
Dvojčičenje Zelo pogosto na {110}
Razkolnost Popolna na {010}, različna na {100}
Lom Konkoidalno na {100}, vzporedno cepljienje po [001]
Trdota 1.5-2
Sijaj Steklen do svilen, bisernat ali voščen
Barva črte White
Prozornost prozorna do prosojna
Specifična teža 2.31 - 2.33
Optične lastnosti 2V = 58° biaksialno (+)
Lomni količnik nα = 1.519 - 1.521 nβ = 1.522 - 1.523 nγ = 1.529 - 1.530
Dvolomnost δ = 0.010
Pleohroizem None
Taljivost 3
Topnost vroča razredčena HCl
Sklici [1][2]
Glavne vrste
Satin spar Bisernata, vlaknasta snov
Selenit Prozorni in listnati kristali
Alabaster Drobnozrnat, rahlo obarvan

Sadra je kalcijev sulfat z vezano kristalno vodo. V naravi je sadra zelo razširjena. Po navadi je bele barve, lahko pa je zaradi primesi tudi različno obarvana. Drobnozrnata bela sadra se imenuje alabaster. Pri temperaturi 100 °C zgubi del kristalne vode in prehaja v kalcijev polhidrat, to je v žgano sadro ali mavec. V naravi se sadra pojavlja skupaj s kameno soljo in anhraditom. Sadra je mehek in zelo dobro razkolen mineral.

Kalcijev sulfat dihidrat[uredi | uredi kodo]

Mineral sadre v prozorni obliki - Selenit

Sadra oz. kalcijev sulfat dihidrat, s formulo CaSO4 · 2H2O, je naravni mineral, ki se nahaja v sedimentarnih kamninah in je nastal pred 100 milijoni leti pri izhlapevanju vode prostranih morij, ki so prekrivali kontinente. Trenutne svetovne zaloge naravne sadre ocenjujejo na 2,26 bilijona ton od tega 35 % v Evropi.

Sadra v prahu

Kemijsko je sadra sestavljena iz ene molekule kalcijevega sulfata CaSO4 in dveh molekul vode, ki sta kristalno vezani in predstavljata 20.9 % celote. Nad temperaturo 40 °C prične izhajati kristalna voda in sadra pridobi novo kristalno obliko.

Struktura dihidrata, kjer so poliedri CaO7 (modri), tetraedri skupine SO4 (rumeni) in vodne molekule (rdeče)

Struktura dihidrata[3] je sestavljena iz plasti, kjer vodne molekule povezujejo plasti CaSO4 Tako je cepljivost najlažja na plasteh, kjer so vodne molekule.

Sadra je edini naravni mineral, ki ga lahko zdrobimo, mu s segrevanjem odvzamemo vodo in mu nato povrnemo prvotno obliko z dodatkom vode. Spreminjamo ga lahko poljubno iz oblike v obliko po naslednji relaciji:

\mbox{CaSO}_4 \cdot 2\mbox{H}_2\mbox{O} \;\xrightarrow[-3/2\,H_2O]{45-135\,^\circ C}\; \mbox{CaSO}_4 \cdot 1/2\mbox{H}_2\mbox{O} \;\xrightarrow[-1/2\,H_2O]{135-360\,^\circ C}\; \mbox{CaSO}_4 \;\xrightarrow[+1/2\,H_2O]{}
\mbox{CaSO}_4 + 1/2\mbox{H}_2\mbox{O} \;\xrightarrow[+3/2\,H_2O]\; \mbox{CaSO}_4 + 2\mbox{H}_2\mbox{O}

Pri teh pretvorbah pa ne smemo preseči temperature 1100 °C, pri kateri nastane mrtvo žgani CaSO4. Druga zelo pomembna lastnost mavca je, da se mavčna malta zelo dobro vliva, pri strjevanju pa razširi in tako zapolni še tako majhne pore, luknjice in razpoke[4], na koncu procesa strjevanja pa zadrži reliefno strukturo kalupa. To omogoča izdelovanje zelo kvalitetnih odlitkov. Zaradi vsebnosti kristalne vode so izdelki iz sadre požarno odporni in odlični regulatorji vlage v prostoru, saj odvečno vlago zaradi svoje strukture vežejo nase, ob pomanjkanju pa jo sproščajo.

Ostale kristalne modifikacije[uredi | uredi kodo]

Kalcijev sulfat hemihidrat (mavec)[uredi | uredi kodo]

Kalcijev sulfat hemihidrat se običajno proizvaja z dehidracijo kalcijevega sulfata dihidrata po sledeči relaciji:

\mbox{CaSO}_4 \cdot 2\mbox{H}_2\mbox{O } \xrightarrow{+\Delta H} \mbox{ CaSO}_4 \cdot 0.5\mbox{H}_2\mbox{O} + 1.5\mbox{H}_2\mbox{O}

Glede na način priprave lahko kalcijev sulfat hemihidrat delimo na alfa in beta mavec.

Alfa mavec[uredi | uredi kodo]

SEM-posnetek alfa mavca[5]

Alfa mavec se proizvaja, tako iz naravne kot tudi iz kemijske sadre, v avtoklavih pri temperaturi do 150 °C in tlaku do 4 bare. Ta tako imenovani mokri način dehidracije dovoljuje kontrolirano nukleacijo in rast kristalov kar vodi do zelo lepo oblikovanih kompaktnih kristalov (Slika 4). Ti so povečini zelo enakomerni in nekrušljivi. Ta perfekcija v obliki in velikosti kristalov je vzrok v večji gostoti oz. manjši specifični površini, kar se kaže predvsem v odličnih kasnejših obdelovalnih lastnostih kot so manjša poraba vode, doseganje visoke tlačne in upogibne trdnosti. Zaradi teh lastnosti se uporablja predvsem za tekoči estrih.

Beta mavec[uredi | uredi kodo]

SEM posnetek beta mavca[5]

Beta mavec ima daljšo zgodovino proizvodnje oz. uporabe v primerjavi z alfa mavcem. Proizvodnja sloni na suhem načinu obdelave materiala v rotacijskih pečeh oz. novejših sušilnikih s fluidiziranem sloju pri temp do 180 °C. Med kalcinacijo se pri tem procesu kristalna voda izloča v obliki pare, kar povzroči razpad sadrinih kristalov v porozne agregate malih delcev beta mavca. Ti delci so zelo krušljivi neenakomerni in različnih oblik (Slika 5), kar povzroča dosti večjo potrebo po vodi in posledično nižje upogibne in tlačne trdnosti produktov.

Kalcijev sulfat anhidrit[uredi | uredi kodo]

Zadnja modifikacija je brezvodni kalcijev sulfat CaSO4, ki se pojavlja kot topen-heksagonalni, netopen-ortorombski in visokotemperaturni oz. mrtvo-žgani kalcijev sulfat. Izmed teh je gospodarsko pomembnejši prvo našteti, ki se podobno kot beta mavec proizvaja večinoma v rotacijskih pečeh, vendar pri višjih temperaturah, ki dosežejo od 500-800 °C, po sledeči reakciji:

\mbox{CaSO}_4 \cdot 2\mbox{H}_2\mbox{O } \xrightarrow{+\Delta H} \mbox{ CaSO}_4 + 2\mbox{H}_2\mbox{O}

Kemijska sadra[uredi | uredi kodo]

Vse večja alternativa naravni sadri pa v razvitih deželah postaja kemijska sadra, ki je rezultat številnih kemijskih procesov. Preprost mehanizem nastanka sadre lahko zapišemo z naslednjo relacijo:

H2SO4 + CaCO3 → CaSO4·2H2O + CO2

Vsaka zase je imenovana po proizvodnji v kateri nastaja in je specifična zaradi primesi, velikosti in oblike kristalov, ki jih vsebuje. Izmed teh je količinsko najpomembnejša fosforjeva sadra, ki nastaja pri proizvodnji fosforjeve kisline, v manjših količinah pa titanova sadra, ki nastaja iz proizvodnje titanovega dioksida. Poznamo še razne »organo sadre« iz proizvodnje organskih kislin kot npr: citronska, mravljična, vinska kislina in druge. V zadnjem času pa od omenjenih kemičnih sader v smislu količin prevladuje tako imenovana energetska sadra (REA Gips, FGD Gypsum), ki jo dobimo pri čiščenju SO2 iz dimnih plinov v termoelektrarnah. Sadra predstavlja velik problem v rafinerijah, hidrometalurških procesih, desalnizaciji, itd saj z tvorjenjem oblog zmanjšuje učinkovitost procesov[6]. Vse strožji predpisi o zaščiti človekovega okolja so v večini razvitih držav že pripomogli, da je vsak večji vir SO2 opremljen z razžvepljevalno napravo, s tem pa tudi na nastanek še večjih količin energetske sadre. Države kot so Japonska, Nemčija, itd že vso energetsko, kakor tudi kemično sadro z ustreznimi postopki predelave uporabljajo v številnih panogah kot so: proizvodnja cementa, gradbeništvo, poljedelstvo, sadjarstvo itd. V Sloveniji nastane približno 600.000 ton kemijske sadre, ki se deloma porabi v zgoraj omenjenih uporabah, deloma se z njo zapolnjujejo opuščeni rovi rudnikov, deloma pa se odlaga na posebnih odlagališčih.

Uporabnost sadre[uredi | uredi kodo]

Lastnosti sistema CaSO4 / H2O se izkoriščajo že tisočletja. Stari Egipčani so mavec uporabljali pri gradnji piramid, Asirci pri vlivanju skulptur, Grki pa sadro (njeno prozorno obliko -Selenit) kot nadomestilo stekla.

Danes se kalcijev sulfat dihidrat uporablja predvsem v[6]:

  • gradbeništvu
    • dodatek (3-5 %) portlandskemu klinkerju za proizvodnjo cementa
    • v proizvodnji alfa in beta mavca (ometi, malte, izravnalne mase, mavčne plošče in zidaki)
    • v proizvodnji anhidrita (tekoči estrihi)
  • poljedeljstvu
    • eden pomembnejših virov kalcija in žvepla v prsti
    • regulator pH vrednosti v prsti
    • sredstvo za prezračevanje zemlje
  • živinoreji
    • za preprečevanje vonja po urinu
  • živilski industriji
    • dodatek pri vrenju piva, kot polnilo pri testeninah, sladoledu, hamburgerjih
  • medicini
    • mavčne obloge in zobne zalivke
  • filmski industriji
    • številni efekti (sneg).

Viri[uredi | uredi kodo]

  1. ^ http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/gypsum.pdf Handbook of Mineralogy
  2. ^ http://www.mindat.org/min-1784.html Mindat
  3. ^ http://www.geoclassroom.com/mineralogy/carbonates.html
  4. ^ Brady J. E., Holum J. R.; Chemistry: The Study of Matter and Its Changes; John Wiley & Sons, Inc. (1992).
  5. ^ 5,0 5,1 Gips- Datenbuch, Bundesverband der Gipsindustrie e.V. Darmstad 2003.
  6. ^ 6,0 6,1 Gominšek T.; Kontinuirna Precipitacija Kalcijevega sulfata dihidrata iz odpadne žveplove kisline in pridobivanje alfa in beta mavca;magistrsko delo; Celje 2005.
  • Hand R. J.; Calcium Sulphate hydrates: a review; British Ceramic Transactions 96, 116-120, (1997).
  • Gay P., M. , Ph.D.; Some crystallographic studies in the system CaSO4- CaSO4.2H2O; Dep.of Miner. And Petrol., University of Cambridge 347-362, 1965.
  • Aquilano D. Rubbo M., Catti M., Pavese A. and Ugliengo P.; Theoretical Equilibrium and Growth Morphology of Anhydritte (CaSO4) crystals, J.Crystal Growth 125 519-532 (1992).