1.3.3 Месторождения и сырьё

1.3.3.1 Природный гипс, природный ангидрит

Природный гипс и природный ангидрит встречаются в природе как породообразующие в больших и легкодоступных месторождениях; они возникли в результате выкристаллизовывания при испарении морских водоёмов. Особо богатые залежи образовались в пермском, триасовом и третичном периоде. Во всём мире они представляли важнейший источник сырья для производства гипса для технического использования. С сегодняшней точки зрения при возникновении этих залежных месторождений вначале образовался гипс, а из него позднее из-за увеличивающегося давления и повышенной температуры в некоторых залежных месторождениях появился ангидрит, который при поглощении воды частично снова регидратизировался в гипс [183].

В зависимости от месторождений доломитовый и ангидритный камни могут быть не чистыми, имея в своём составе такие примеси как известняк, доломит или глины. В небольших количествах они не влияют на пригодность сырья. Структура и цвет гипсового или же ангидритного камня могут быть различными (каменный гипс, зернистый гипс, волокнистый гипс, кристаллический гипс, алебастр, крупнозернистый ангидрит, плотный ангидрит; белый, серый, красноватый, чёрный). Некоторые гипсовые залежи содержат природную нефть, находящуюся в более глубоких слоях.

1.3.3.2 Химический гипс

При производстве сырой фосфорной кислоты, плавиковой кислоты и других кислот, а также диоксида титана, в больших количествах в виде сырых порошковых побочных продуктов образуются так называемые химический гипс или химический ангидрит (также их называют синтетическим гипсом или синтетическим ангидритом). При изготовлении сырой фосфорной кислоты, в соответствии с уравнением 30, из 1 т сырьевого фосфата (например, фторапатита) и 1 т серной кислоты получается 1,7 т фосфогипса и 0,4-0,5 т фосфорной кислоты. Ежегодно получается, таким образом, около 100 млн. т фосфогипса, из которого лишь небольшое количество находит применение (< 2%) [184]. Причина такого незначительного использования фосфогипса заключается в технологических трудностях при дальнейшей переработке, которые делают применение фосфогипса нерентабельным [185]. Содержащиеся в фосфогипсе примеси являются водорастворимыми и водонерастворимыми, такими неорганическими и органическими веществами как фосфаты, силикаты гексофтора и остатками кислот, большей частью в виде солей натрия или кальция. Нередко они ухудшают свойства при переработке и применении строительного гипса. Фосфогипс должен, поэтому, до своего применения очищаться с помощью промывки, флотации и гидравлической классификации, что является очень затратным. Для изготовления штукатурного гипса необходима перекристаллизация с добавкой известкового гидрата для того, чтобы устранить вызываемую кислыми фосфатами восприимчивость извести, а также неподходящую структуру частиц.

Ca₁₀(PO₄)6F₂ + 5H₂SO₄ + 10H₂O →

Фтороапатит

→ 5CaSO₄·2H₂O+3H₃PO₄ + H₂F₂

фосфорная кислота плавиковая кислота Уравнение 30

При промышленном изготовлении белого пигмента из минерала ильменит в соответствии с уравнениями 31 и 32 получается большое количество разбавленной серной кислоты, которая раньше сбрасывалась с кораблей в Северном море. Сегодня эта кислота нейтрализуется с помощью известняка, при этом образуется так называемый титаногипс в виде крупных кристаллов. Он мало используется в строительстве из-за примесей тяжёлых металлов.

FeTiO₃ + конц. H₂SO₄ → TiOSO₄ + FeSO₄ + разб. H₂SO₄ Уравнение 31

Ильменит сульфат титана разбавленная кислота

разб. H₂SO₄ + CaCO₃ → CaSO₄·2H₂O + CO₂↑ Уравнение 32

Для гипсовой и цементной промышленности по-прежнему имеет значение и побочный ангидрит из производства фтороводорода, так называемый фтороангидрит или ангидрит плавиковой кислоты. Он получается в сухом, с мелкими частицами виде при изготовлении плавиковой кислоты из флюорита (плавикового шпата) и серной кислоты в соответствии с уравнением 33. Из 1 т флюорита и 1,25 т серной кислоты образуется 0,5 т плавиковой кислоты и 1,7 т ангидрита. По этому способу в мире ежегодно получается около 2-3 млн.т фторогипса [184], которые используются лишь частично (например, для бесшовного пола).

CaF₂ + конц. H₂SO₄ CaSO₄ + H₂F₂ Уравнение 33

флюорит ангидрит плавиковая кислота