ژیپس

نیدریت به دلیل حلالیت بالا و تبدیل شدن به ژیپس بندرت در سطح زمین یافت می شوند ولیکن ژیپس در سطح زمین پایدار است. بنابراین می تواند در سطح زمین رخنمون داشته باشد. این کانیها در حوضه های بسته و باز که میزان تبخیر آنها زیاد است، تشکیل می شوند. حوضه های درون قاره ای که در مراحل اولیه ریفت تشکیل می شوند، محیط مناسبی برای تشکیل رسوبات تبخیری از جمله ژیپس می باشند.

تصویر بالا تصویری از ژیپس بابونه ای (Daisy Gypsum) نوعی ژیپس ثانویه است که از تبدیل انیدریتهای ندولی کشیده به ژیپس تشکیل می شود.

شرایط تشکیل وژنز ژیپس:

سنگهای تبخیری متشکل از کانیهای تبخیری(Evaporates Minerals) هستندکه در اثر فرایندهای شیمیایی از آبهای اشباع یا نزدیک اشباع توسط تبخیر خورشیدی (Solar evaporation) حاصل می گردند. با توجه به این تعریف این سنگ ها را محدود به سطح زمین می کنند ولیکن Warren اعتقاد دارد که این تبخیری ها اولیه اند و انواعی که در اعماق تشکیل می شوند ثانویه می باشند.
تبخیری ها معمولاً به صورت سنگ پوشش مخازن هیدروکربنی می باشند و یا بر اثر دیاپیریسم نمکی تله های ساختمانی را تشکیل می دهند. همچنین این سنگها در مطالعات آب و هوای قدیمی مفید هستند زیرا آن ها معمولاً به نواحی خشک با عرض جغرافیایی پائین محدود می شوند. معروفترین کانی های تبخیری عبارتند از هالیت، سیلویت، کارنالیت، انیدریت، ژیپس، تناردیت، میرابلیت، ترونا، گلوبریت و... 
وسیلگلیو پیشنهاد کرد که هنگامی که آب دریا در حدود 19 درصد از حجم اولیه اش تبخیر شده باشد، ژیپس رسوب می کند و هنگامی که حجم تا 5/9 درصد کاهش یابد، هالیت یا نمک طعام ظاهر می شود. تداوم تبخیر کانی های منیزیم و پتاسیم را تولید می کند. کانی های تبخیری را دو گروه اصلی تقسیم می کنند:
1- کربنات های آلکالی خاکی شامل آراگونیت، کلسیت، دولومیت، کلسیت کم و پرمنیزیم.
2- نمک های تبخیری شامل ژیپس، انیدریت، هالیت، ترونا و کارنالیت.
در یک محیط مساعد اولین گروه شکل گرفته کربنات ها هستند و ابتدا آراگونیت تشکیل می شود لذا غلظت Ca پائین آمده و Mg بالا می رود و شرایط برای تشکیل کلسیت پر Mg فراهم می شود، سپس کلسیت کم منیزیم و در انتهای کربناتها، دولومیت به صورت نادر ایجاد می شود.


بعد از کربنات ها، نمک های تبخیری ایجاد می شوند که در بین آنها ژیپس ابتدا ایجاد می شود و سپس کلرورها تشکیل می شود. بر این اساس می توان گفت کانی های کربناته آلکالی عمدتاً اولیه اند و دسته دوم ثانویه بوده، در اعماق تشکیل می شوند. 
ژیپس و انیدریت ممکن است در سطح زمین، در زیرآب و در خشکی رسوب کنند، با این وجود در هنگام دفن تا اعماق بیش از چند صدمتر، تمام CaSO4 موجود به صورت انیدریت است و معمولاً در هنگام بالا آمدن انیدریت به ژیپس تبدیل می شود. بیشتر مطالعات ژیپس- انیدریت نشان داده است که فاز پایداری به وسیله آکتیویته آب و درجه حرارت تعیین می گردد. 
ژیپس و انیدریت از جمله رسوبات حاصل از پدیده تبخیر می باشند که از نظر توالی رسوبگذاری بر سنگ نمک تقدم دارند. ته نشینی این مواد همراه با تبخیریها ی دیگر در آب های شور انجام می گیرد.
تبخیریها در اثر تبخیر آب های اشباع از کاتیون ها و آنیون ها (شورابه ها) بوجود می آیند. یون های مهم موجود در شورابه ها Na+ , Cl- , SO4 2- , Mg2+ , Ca2+ , K+ , CO3 2- , HCO3 می باشد.
به طور کلی سه نوع شورآب (Brine) در نظر گرفته می شود: 
•Marine Brines (دریائی)
به طور کلی اگر غلظت این کاتیون ها یا آنیون ها در آب دریا به دو برابر وضعیت فعلی دریاها (60-40 در هزار ) و چگالی آب دریا به cc / g 10/1 برسد کربنات کلسیم به صورت آراگونیت شروع به تشکیل می کند. اگر غلظت شوراب به 5 برابر وضعیت فعلی دریاها (160-130 در هزار ) و چگالی آب دریا به cc / g 13/1 برسد، ژیپس گسترش می یابد. اگر غلظت شوراب به 12-10 برابر وضعیت فعلی برسد و چگالی آب دریا به cc / g 16/1 برسد هالیت ته نشین می شود. 
بعد از نهشته شدن NaCl اگر غلظت آب دریا به 90-70 برابر وضعیت فعلی و چگالی به cc /g 3/1 برسد بسته به شرایط K2SO4 , MgSO4 , KCl , MgCl2‌ بوجود می آید.

•Non-Marine Brines (غیردریائی)
ترکیب سنگ بستر آبخیز، غلظت کاتیون ها و آنیون ها را کنترل می کند. معمولاً عبور از سنگهای کربناته باعث افزایشCO3-2 وHCO3-2 می شود. عبور از سنگهای دولومیتی باعث افزایش Mg، عبور از سنگ های آذرین و متامورفیک باعث افزایش غلظت HCO3 -2 , Mg2+ , Si4+ , Na+ , Ca2+ می شود. عبور از سنگهای بازیک و اولترا بازیک باعث افزایش Mg و HCO3 -2 می گردد. 
در محیط های غیر دریایی 5 نوع شوراب تشخیص داده شده است:
•Ca-Mg-Na- (K)-Cl
•Na- Ca –SO4-Cl
•Mg-Na- (Ca)-SO4-Cl
•Na-CO3- Cl
•Na-CO3-SO4-Cl

که با توجه به ترکیب اولیه و ترکیب سنگ بستر احتمال ایجاد و پیمودن یکی از این مسیرها می رود.

•Mixed Marine-Nonmarine Brines (مختلط)
از جمله این محیط ها می توان به محیط های دریائی که حاشیه آنها را گسل تعیین می کند، سواحلی که آب شور و شیرین وارد آن می شود، محیط های دریائی که تحت تأثیر رسوبات بادی قرار گرفته اند و... اشاره کرد. 

محیط تشکیل تبخیری ها:
بهترین تقسیم بندی موجود در مورد تبخیری ها براساس محیط تشکیلشان صورت گرفته است. 
1- محیط های دریائی
2- غیردریائی

1- محیط های دریائی
در انواع محیط های دریائی شامل زیر محیط های متعددی است :
الف- منطقه Lower Supratidal که از مشخصه های تبخیری های گسترش یافته در آن. 
1-گسترش ژیپس بعلاوه توده های سیانوباکتری
2-لایه های Gypsum mush حالتی که ژیپس نه حالت مایع و نه حالت جامد دارد.
ب- منطقه Middle supratidal، ژیپس + انیدریت وجود دارد و چون تبخیر شدیدتر است گاهی ژیپس به انیدریت تبدیل می شود که بافت Chicken wire (لانه مرغی) در آن ها دیده می شود. 
در عمق ممکن است لایه های Gypsum mush وجود داشته باشد. گسترشHalite Ephemeral (هالیت به صورت فصلی) وجود دارد. وقتی تبخیر شدید است کلسیت نهشته شده، غلظت Mg بالا رفته، شرایط برای تشکیل دولومیت ایجاد می شود لذا تشکیل دولومیت یکی دیگر از مشخصه های آن هاست. 
ج- Upper Supratidal، انیدریت فراوانتر و ژیپس کمتر است وهمان حالت توری لانه مرغی در آن وجود دارد. 
د- منطقه Saltern، بعد از منطقه اینترتایدال به سمت دریا پشته ای است که به علت این پشته آب کم عمق است و تبخیری ها در آن شکل می گیرد و تحت تأثیر شوراب های دریایی و غیردریایی است. 
اگر بر روی Saltern رسوبات mud flat وجود داشته باشد نشان دهنده پائین رفتن نسبی سطح دریا (relative sea level fall) است بنابراین مطالعه توالی های تشکیل شده در این جا کمک زیادی در پی بردن به تغییرات سطح آب دریا می کند.
هـ - از دیگر مناطق تشکیل تبخیری ها منطقه Slope است. از مشخصه های بارز این تبخیری ها حالت Slumping و اینتراکلست تبخیری هاست. 
و- با تبخیر تبخیریهای گسترش یافته در منطقه Basin، غلظت کاتیون ها و آنیون ها بالا رفته و در سطح تبخیری به صورت ذراتی به بستر می ریزند (به صورت پلاژیک) که همراه آنها لامینه های سولفات، لامینه های کربنات+مواد آلی و گاهی ساخت Slumping مشاهده می شود.آثار فسیلی(Trace fossil) نیز دیده می شود. 

2- محیط های غیردریائیEvaporates) (Continental : 
محیط های غیردریائی شامل : 
•دریاچه شوردایمی مانند دریاچه ارومیه- نمک یوتا - بحرالمیت
•دریاچه موقت یا پلایا مانند دره نمکی – دره مرگ – حوض سلطان – قم – مهارلو
از معروفترین این محیط ها پلایاست که از دو زیر منطقه تشکیل می شود :
•Mud flat : تحت تأثیر پلایا و هم آبهای شیرین است. نوع کانی هایی که در Mud flat شکل می گیرد بسته به نوع آب موجود است. ژیپس از فراوانترین کانی هاست.
• Playa: در منطقه پلایا انواع تبخیری ها با همان توالی معروف مشاهده می شوند.
برای تشخیص تبخیری های غیردریائی از دریائی مطالعات ژئوشیمی به خصوص مقدار برم Br بکار می رود. مقدار Br در آب دریا 65 ppm است. آب دریا که تبخیر می شود، نمک طعام شروع به ته نشست می کند و این مقدار به حدود 500 ppm افزایش می یابد. هنگامیکه اولین کانی پتاسیم دار ته نشین می شود، مقدار Br در شورابه در حدود 2300 ppm افزایش می یابد.

علت نامگذاری ژیپس:  از واژه یونانی که برای کانیهایی که حرارت داده می‌شوند به کار می‌رفته است.

مصارف عمده ژیپس:

انیدریت مصارف بسیار محدودی دارد، در صورتی که مصارف ژیپس بسیار گسترده است. 
مصارف مهم ژیپس عبارتند از: پوشش داخلی ساختمان، گچ بری، قالبهای ریخته گری دندان و جواهرات، همچنین در تهیه سیمان و کشاورزی. 
داروسازی :
کانی های ژیپس و انیدریت در مصارف دارویی تحت عنوان سولفات کلسیم استفاده می شود. ترکیب مورد استفاده در داروها به شکل گچ پخته شده 1/2H2O. ‍‍CaSO4 است که پودری سفید رنگ و بدون بو است. این ماده به مقدار کم در آب محلول است ولی در اسیدهای معدنی رقیق(Dilute Mineral Acid) بیشتر محلول است و در الکل عملا غیر محلول می باشد.
از پودر سولفات کلسیم به عنوان پر کننده قرص ها و کپسول ها استفاده می شود، همچنین از پودر گچ مرده(پخته شده ) خالص 1/2H2O. ‍‍CaSO4 برای تهیه پلاستر پاریس Plaster Parisمخصوص گچ گرفتن در شکستگی و ضرب دیدگی استخوان ها و در قالب گیری دندان در دندان پزشکی استفاده می شود. به علاوه پودر آن به دلیل دارا بودن خاصیت جذب رطوبت، در درمان زخم هایی با ترشح زیاد نیز کاربرد دارد.

انواع گچ :
گچ ها را به دو نوع بتا وآلفا تقسیم می نمایند: 

•گچ بتا 
گچ بتا به دلیل حلالیت بالا و زمان گیرش کوتاه به مصارف ساختمانی می رسد. قسمت اعظم گچ به عنوان پوشش داخلی ساختمانها مصرف می شود.

•گچ آلفا 
گچ آلفا در اتوکلاو در فشار و حرارت حدودC °97 تولید می شود، در صورتی که گچ بتا در دمایC °100 به دست می آید.این نوع گچ به دلیل حلالیت کم و زمان گیرش طولانی به عنوان قالب دندان سازی، مجسمه سازی و جواهرات استفاده می شود.

نوع تکلیس‌شده: 
نوع β ژیپس تا اندازه 100 مش پودر شده و در دمای C °250 به مدت 2 ساعت و بعد در دمای 300-250 ° C حرارت داده ‌شده تا 75% آب تبلور خود را از دست بدهد. بیشتر از 95% ژیپس‌های رایج تکلیس شده‌اند. به محض اضافه کردن آب به گچ، فرآیند عکس تکلیس اتفاق می‌افتد و بلورهایی با دو ملکول آب تشکیل می‌شود. قبل از خشک‌شدن و سخت شدن، این خمیره را می‌توان به هر قالبی درآورد. از طرفی این ماده دربرابر آتش نیز مقاوم است که به عنوان تخته‌گچی، گچ‌دیوار، گچ‌ساختمانی و... مصرف می‌شود. مصرف آن به‌طور سالانه 2300میلیون متر مربع در آمریکای شمالی، 600 میلیون در اروپا و 650 میلیون متر مربع در ژاپن است. افزودنی‌های دیگر مانند پرلیت، شیشه و خمیرهای پلی‌مری نیز می‌تواند به آن اضافه گردد.
ژیپس تکلیس شده را در ساخت قالب‌های صنعتی مصرف می‌کنند (سرویس‌های بهداشتی، سفال، ریخته‌گری فلزات)، گچ سفید هنری و گچ مجسمه‌سازی (اشیاء دکوری و تزیینی)، گچ دندانسازی و قالب‌گیری (کاربرد پزشکی)، ماده سیمانی در چاه‌های حفاری. زمان سفت‌شدن گچ که در حالت عادی 20 دقیقه است را می‌توان با افزودن نمک‌های فلزی تغییر داد. 

نوع تکلیس نشده: 
ژیپس خام را به خاکه ‌جوش (کلینکر) اضافه می‌کنند تا به عنوان منبع سولفات و کلسیم، زمان سفت شدن سیمان را کنترل کنند (تعویق انداز در سیمان). ژیپس نسبتا در آب محلول بوده و منشاء گوگرد و کلسیم برای محصولات مشخصی مانند بادام ‌زمینی، سبزیجات، سیب‌زمینی و کتان است. همچنین با نرم‌کردن خاک سبب افزایش نفوذپذیری و میزان هوای موجود در خاک می‌شود.
ژیپس می‌تواند به عنوان منبع کلسیم و گوگرد در شیشه‌سازی بجای سولفات سدیم بکار رود. یک کاربرد آن به عنوان ماده رشته‌ای در آب پخش شده و مانع از نفوذ نور خورشید شده و از رشد جلبک‌های هوازی در استخر جلوگیری می‌کند.
ژیپس یا انیدریت مواد بی‌اثری هستند که توانایی جذب بالایی دارند (متسع کننده غذای جانوری، حشره‌کش‌ها). بعضی از انواع آن با توجه به ساینده نبودن، درخشندگی 97%، ضریب شکست 58/1-52/1 و جذب نفت 26-25 cc/100g به عنوان پرکننده مورد استفاده قرار می‌گیرند (در پلاستیک، چسب، رنگ، پرکننده، چوب، ملات، پارچه، رس‌های مدل‌سازی، غذا و داروسازی).
ژیپس نوع α در فرآیند تر ساخته‌شده و در دمای 150-120C سخت‌تر و محکم‌تر بوده و آب کمتری نیاز دارد.

استانداردها:
تفاوت‌های اساسی بین ژیپس طبیعی و محصول همراه وجود دارد که عبارتند از : 
ژیپس طبیعی: 
میزان CaSO4 درژیپس طبیعی از کمتر از 50% تا بیش از 95% تغییرمی کند. آهک و انیدریت نامحلول قسمت عمده آلاینده ها را تشکیل می‌دهند، در حالیکه ژیپس محصول همراه بیش از 95% خالص بوده و ناخالصی‌های آن گردوغبار، نمک‌های نامحلول، فلزات کمیاب، سولفیت کلسیم اکسید نشده و آلکالی‌های واکنش نداده است. 

ژیپس به عنوان محصول همراه: 
ژیپس به عنوان محصول همراه شکل دانه‌ها متغیر است، سوزنی تا بلوکی و اندازه ذرات 300>تا 10< میکرومتر است. 

کشاورزی: 
70% CaSO4، 90-80% از دانه‌ها درحد 100 مش.
تغییراتی که توسط ژیپس ایجاد می شود عبارتند از :
1-بهبود ساختمان خاک و نرم کردن خاک های رس
2-تأمین کلسیم مورد نیاز گیاهان
3-خنثی کردن سدیم خاک های قلیایی
4-زلال کردن آب برکه های گل آلود 
5-فعال کردن موجودات میکروسکوپی 
6-تأمین سولفور مورد نیاز گیاهان 

تهیه اسید سولفوریک و اکسید کلسیم:
در سیمان: 
حداقل 65% CaSO4 و اندازه ذرات 51-6 میلیمتر.

پرکننده: 
97% CaSO4.2H2O، درخشندگی 97%.

مواد غذایی و داروسازی: 
CaSO4.2H2O 75/96% و حداکثر 3 ppm آرسنیک، سلنیم 30 ppm، فلوئور 30 ppm، فلزات سنگین 10 ppm، آهن 100 ppm،سرب 10 ppm.

گچ دیوار: 
ژیپس< 85%، ولی بهتر است که حداقل 95/94% + 2-5/0% سولفات کلسیم داشته باشد. سدیم 250 -75 ppm، کلر 400-120 ppm، منیزیم 250-50 ppm، پتاسیم 75 ppm، 15-10% آب آزاد و90% ذرات 100 مش و 75% 200 مش. نوع محصول همراه می‌بایست خاکة کمی داشته باشد، کلر و سولفات اکسید نشده >100ppm.

گوگردزدایی از گازهای زائد: 
95 % CaSO4.2H2O، رطوبت کمتر از 10%، MgO >1/0%، کلر، منیزیم و پتاسیم> 01/0%،Na2O > 06/0%، کمتر از 1% Fe2O3، SiO2 >0/1% ،SO2 > 25/0%، کل اکسیدهای فلزی> 5/3%، PH 9/5، چگالی 75-68، اندازه متوسط دانه‌ها 20 میکرومتر.

بازیافت:
تسهیلاتی برای بازیافت زائدات گچ دیوار از محل‌های تولید وجود دارد (جداکردن ژیپس و کاغذ). هزینه فزآینده دفع سبب تشویق برای بازیافت ژیپس به صورت محصول همراه تا حد امکان شده است.

جایگزین‌ها: 
براساس قیمت و موجود بودن گچ مورد استفاده در گچ‌کاری یا دیگر مصالح ساختمان رقابت می‌کنند. رقیب اصلی ژیپس طبیعی، ژیپس محصول جانبی حاصل از اسید فسفریک، گوگردزایی گازهای آلوده دودکش‌های برج‌های تولید دی‌اکسید تیتانیوم و غیره است.
30% از ژیپس مصرفی آمریکا و ژاپن از واردات تأمین می‌شود. مصرف ژیپس به عنوان محصول همراه رو به افزایش است و در حال حاضر 65% از ژیپس عرضه شده در ژاپن و 10% در آمریکا را شامل می‌شود. 

تأثیرات زیست محیطی:

آژانس بین‌المللی سلامت جهانی سیلیس متبلور را به عنوان مادة سرطان‌زا معرفی کرده است. برای مثال مواد شیمیایی و معدنی که 1/0% یا بیشتر سیلیس متبلور داشته باشند، براساس استاندارد موسسة سلامت و بهداشت جمعیت برای مقابله با خطرات ناشی ازارتباط با محیط آلوده (Occupational Safety & Health Administration s`Hazard Communication Standard) در آمریکا تحت نظارت قانون قرار گرفته‌اند، به طوریکه به صورت قانون کار، آموزش کارگران و برچسب زدن بر چنین محصولاتی مطابق روش‌های اعلام شده برای مواد سرطان‌زا (Material Safety Data Sheet, MSDS) می‌بایست انجام گیرد.
بنابراین تا زمانی که طی فرآوری، درصد سیلیس متبلور در ژیپس کمتر از 1% شود، ژیپس تحت قانون فوق قرار می‌گیرد.
مؤسسه ژیپس آمریکا توصیه می‌کند که فرآیند زیر برای دفع ژیپس‌های ساختمانی از مناطق مسکونی صورت گیرد. تخته‌های شاسی دفع زائد می‌بایست کوبیده شده تا همه ذرات روی سطح خاک (بعلاوه کاغذ) در یک دوره زمانی در شرایط اقلیمی محلی تجزیه شوند. ماده کوبیده شده می‌بایست روی سطح خاک پهن گردد یا با قسمت بالایی خاک مخلوط گردد.

ژیپس :

 سختی : 2

 

 سیستم تبلور : مونوکلینیک

 

 فرمول شیمیایی :CaSo4.2H2o 

 

 رنگ : بی‌رنگ، سفید، خاکستری با ته رنگهای مختلف

 

 واکنش با اسید : در اسیدکلریدریک گرم و رقیق حل می‌شود.

سولفات کلسیم آبداری است به فرمول شیمیایی CaSo4.2H2o می‌باشد که به آن سنگ گچ نیز می‌گویند. این کانی در سیستم منوکلینیک متبلور می‌شود ماکل دم‌پرستویی از ماکلهای معروف ژیپس است. ژیپس از خانواده سنگهای تخریبی است.

 

ساتین اسپار (Satin Spar) : یکی از انواع رشته‌ای ژیپس است که دارای جلای ابریشمی است. (فرم فیبری)

 

آلباستر (alabaster) : نوع دانه ریز ژیپس است که متراکم، چرب مانند، بی‌رنگ سفید می‌باشد.

 

سلنیت (Selenite) : یکی از انواع بی‌رنگ آن است که به صورت صفحات شفاف حاصل از رخ درمی‌آید. (فرم شفاف و قابل تورق)

 

ژیپس نسبتاً نرم می‌باشد با سختی 2 و همچنین وزن مخصوص آن 2/3 است. در اسید کلریدریک گرم و رقیق حل می‌شود و محلول آن با کلرید باریم رسوب سفید رنگ سولفات باریم را تولید می‌کند. در اثر حرارت به راحتی سوخته و یا با از دست دادن آب در مقابل شعله به رنگ ابری و تیره در می‌آید.

 

پیدایش: کانی ژیپس یکی از فراوانترین کانیها است در سنگهای رسوبی به صورت لایه‌های ضخیم گستردگی فراوانی دارد. این کانی به صورت بین لایه‌‌ای همراه با سنگ آهک در شیلها دیده می‌شود. به صورت لایه‌هایی در زیر لایه‌های سنگهای نمکی گسترش دارد.

 

کاربرد:  یکی از مهمترین کاربردهای آن تولید گچ است که به عنوان مصالح ساختمانی بکار می‌آید. ژیپس‌های نوع آلباستر و ستاین اسپار بسیار بالا است.