Sadra
Sadra je kalcijev sulfatni mineral s formulo CaSO4·2H2O. V naravi je zelo razširjena. Po navadi je bele barve, lahko pa je zaradi primesi tudi različno obarvana. Pogosta spremljajoča minerala sta halit in anhidrit. Drobnozrnata bela sadra se imenuje alabaster. Pri temperaturi 45-135 °C izgubi dve tretjini kristalne vode in preide v polhidrat (CaSO4·0.5H2O), bolj znan kot mavec. Sadra je mehek in zelo dobro razkolen mineral.
Sadra | |
---|---|
Splošno | |
Kategorija | VI. razred: Sulfatni minerali |
Kemijska formula | 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 prizmatična 2/m |
Dvojčičenje | zelo pogosto na {110} |
Razkolnost | popolna na {010}, različna na {100} |
Lom | školjkast na {100}, vzporedno cepljenje po [001] |
Trdota | 1,5 - 2 |
Sijaj | steklast do svilen, bisern ali voščen |
Barva črte | bela |
Prozornost | prozona do prosojna |
Specifična teža | 2,31 - 2,33 |
Optične lastnosti | dvoosen (+) |
Lomni količnik | nα = 1,519 - 1,521 nβ = 1,522 - 1,523 nγ = 1,529 - 1,530 |
Dvolomnost | δ = 0,010 |
Pleohroizem | brez |
Kot 2V | 58° |
Taljivost | 3 |
Topnost | vroča razredčena HCl |
Sklici | [1][2] |
Glavne vrste | |
Satin spar | biserna vlaknata snov |
selenit | prozorni listasti kristali |
alabaster | drobnozrnat, rahlo obarvan |
Kalcijev sulfat dihidrat
urediSadra oz. kalcijev sulfat dihidrat, s formulo CaSO4·2H2O, je naravni mineral, ki se nahaja v sedimentnih kamninah in je nastal pred sto milijoni leti pri izhlapevanju vode prostranih morij, ki so prekrivali kontinente. Trenutne svetovne zaloge naravne sadre ocenjujejo na 2,26 milijarde ton, od tega 35 odstotkov v Evropi.
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[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:
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
urediKalcijev sulfat hemihidrat (mavec)
urediKalcijev sulfat hemihidrat se običajno proizvaja z dehidracijo kalcijevega sulfata dihidrata po sledeči relaciji:
- CaSO4·2H2O → CaSO4·0.5H2O + 1.5H2O
Glede na način priprave lahko kalcijev sulfat hemihidrat delimo na alfa in beta mavec.
Alfa mavec
urediAlfa 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. Ti so povečini zelo enakomerni in nekrušljivi. Posledica te enakomernosti oblike in velikosti kristalov je večja gostota oz. manjša specifična površina, 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
urediBeta 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 fluidiziranim slojem pri temperaturi 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, kar povzroča dosti večjo potrebo po vodi in posledično nižje upogibne in tlačne trdnosti produktov.
Kalcijev sulfat anhidrit
urediZadnja 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 prvi, ki se podobno kot beta mavec proizvaja večinoma v rotacijskih pečeh, vendar pri višjih temperaturah, ki dosežejo od 500-800 °C, po sledeči reakciji:
- CaSO4·2H2O → CaSO4 + 2H2O
Kemijska sadra
urediVse 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 enačbo:
- 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 pri proizvodnji titanovega dioksida. Poznamo še razne »organo sadre« iz proizvodnje organskih kislin kot npr: citronska, mravljična, vinska kislina in druge. V zadnjem času od omenjenih kemičnih sader v smislu količin prevladuje tako imenovana energetska sadra (REA Gips, FGD Gypsum), ki jo dobimo pri čiščenju žveplovega dioksida iz dimnih plinov v termoelektrarnah. Sadra predstavlja velik problem v rafinerijah, hidrometalurških procesih, desalnizaciji itd., saj s 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 idr. 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
urediLastnosti 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 nadomestek stekla.
Danes se kalcijev sulfat dihidrat uporablja predvsem v[6]:
- gradbeništvu
- dodatek (3-5 odstotkov) portlandskemu klinkerju za proizvodnjo cementa
- v proizvodnji alfa in beta mavca (ometi, malte, izravnalne mase, mavčne plošče in zidaki)
- v proizvodnji anhidrita (tekoči estrihi)
- poljedelstvu
- 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).
Galerija
uredi-
Zeleni kristali sadre iz Pernatty Lagoon, Mt Gunson, Južna Avstralija; zeleno barvo dajejo bakrovi ioni
-
Puščavska roža iz Tunizije, dolga 47 cm
-
Selenit, Houston Museum of Natural Science
-
Sadra z vključki kristalnega samorodnega bakra
-
Češnjevo rdeči kristali sadre, visoki 2,5 cm, obarvani z vključki zelo redkega minerala botriogena
-
Ognjeno oranžni kristali sadre
Sklici in opombe
uredi- ↑ http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/gypsum.pdf Handbook of Mineralogy
- ↑ http://www.mindat.org/min-1784.html Mindat
- ↑ »arhivska kopija«. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 16. februarja 2005. Pridobljeno 9. junija 2009.
- ↑ Brady J. E., Holum J. R.; Chemistry: The Study of Matter and Its Changes; John Wiley & Sons, Inc. (1992).
- ↑ 5,0 5,1 Gips- Datenbuch, Bundesverband der Gipsindustrie e.V. Darmstad 2003.
- ↑ 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.
Viri
uredi- R.J. Hand. Calcium Sulphate hydrates: a review. British Ceramic Transactions 96 (1997): 116-120.
- P.M. Gay. Some crystallographic studies in the system CaSO4 - CaSO4.2H2O. Dep. of Miner. And Petrol. (1965): 347-362. University of Cambridge.
- D. Aquilano, M. Rubbo, M. Catti, A. Pavese, P. Ugliengo (1992). Theoretical Equilibrium and Growth Morphology of Anhydritte (CaSO4) crystals. J. Crystal Growth 125: 519-532.