Гипс (CaSO4 · 2H2O) и ангидрит (CaSO4)

Гипс и ангидрит как полезное ископаемое представляют собой мономинеральную породу, содержащую примеси песчанистых частиц, карбонатов, галита, серы, глинистого вещества. Гипс и ангидрит наиболее распространены среди соленосных образований и сходны между собой. Гипс представляет собой слоистую или массивную породу зернистого строения белого цвета. Кристаллы гипса таблитчатого и призматического облика прозрачны, зернистые агрегаты окрашены примесями в разные цвета; тонкозернистый просвечивающий агрегат — алебастр; тонковолокнистый с шелковистым блескомселенит или лунный камень. Невысокая твердость -2, легко поддаётся обработке, слабо растворим в воде. Ангидрит имеет твёрдость 3−3,5, кристаллы редки, агрегаты сплошные зернистые. Встречается вместе с гипсом.

При прокаливании гипс теряет кристаллизационную воду. При t = 100−180^°С переходят в полугидрат (CaSO₄ · 0,5H₂O); при t = 200−220^°С — искусственный ангидрит, растворимый в воде; при t = 800−1000^°С — эстрих-гипс, при t = 1600^°С — в жженую известь СаО. (Рис.1).

Ангидрит от гипса отличается большими плотностью и прочностью и обладает значительно худшими вяжущими свойствами.

Рис. 1 Схема образования модификаций гипса

Основное свойство гипса, определяющее его промышленное использование, это способность терять при нагревании кристаллизационную воду и давать при затворении водой пластичную массу, постепенно твердеющую на воздухе и превращающуюся в прочный искусственный камень.

Применение в промышленности

Из гипсовых вяжущих наиболее широко применяется строительный гипс для штукатурных и отделочных работ, изготовления строительных конструкций. Для получения строительного гипса природный гипс дробят и размалывают, а затем обжигают во вращающихся или шахтных печах при 130—180°С в течение 1,5—2 часов. При обработке природного гипса насыщенным паром под давлением получают высокопрочный полуводный гипс — вяжущее вещество с малыми сроками схватывания и твердения, обладающее повышенной механической прочностью используемое как формовочный и медицинский гипс. Первый употребляется для изготовления рабочих форм в фарфоро-фаянсовом и керамическом производстве, для литья металлов и сплавов, выполнения различных скульптурных работ; второй применяется в хирургии и зубоврачебном деле. Эстрих-гипс медленно соединяется с водой и становится вяжущим веществом, применяемым для изготовления плиточных и бесшовных полов, строительных растворов, подоконников и ступеней, искусственного мрамора и др. Гипс широко используется при производстве различных цементов. Гипсошлаковый цемент. успешно применяется при строительстве подземных и подводных сооружений, подвергающихся действию выщелачивания и сульфатной агрессии.

При производстве гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавок к цементам потребляется более 90% всего добываемого гипса и ангидрита. В небольшом количестве гипс и ангидрит используется в качестве облицовочного и поделочного камня, флюса при плавке окисленных никелевых руд, в химической промышленности, сельском хозяйстве и при изготовлении бумаги.

Генетические типы промышленных месторождений

Осадочные месторождения — основной генетический тип месторождений гипса и ангидрита; месторождения крупные и средние по масштабам, характерны залежи пластовой или линзообразной формы, иногда невыдержанные по мощности. Вмещающие породы — известняки, доломиты, мергели. Наиболее крупные месторождения формировались в областях сухого и жаркого климата в изолированных соленосных лагунах и водных бассейнах, богатых солями сернокислого кальция. Гипс и ангидрит выделяются в начальные стадии галогенеза когда концентрация других солей невысокая (15—25%) — В связи с этим на многих месторождениях солей гипс и ангидрит залегают в основании соленосных толщ.

Сингенетические месторождения возникают в результате непосредственного осаждения гипса или ангидрита из истинных растворов.

К наиболее характерным сингенетическим месторождениям относятся Приднестровские месторождения гипса, расположенные в Западной Украине. Второй пример — месторождения девонских гипсов Коми АССР, Псковской, Тульской, Московской областей. Крупнейшим является эксплуатируемое Новомосковское месторождение в Тульской области: его площадь более 32 км². Гипсоносная толща мощностью около 70 м имеет сложное строение: в нижней части наблюдается переслаивание гипсов с доломитами, в верхней выделяется пласт, представленный мелкокристаллическим, реже волокнистым гипсом общей мощностью 20—25 м. Содержание в промышленном пласте CaS0₄-2H₂0 в среднем по месторождению 88,78%.

Эпигенетические месторождения формируются в результате гидратации подземными водами ангидрита сингенетических месторождений. Формы эпигенетических залежей осложнены вследствие вздутия и вспучивания породы при переходе ангидрита в гипс. К данному типу относятся крупнейшие пластовые месторождения в СНГ и в мире. Важное промышленное значение имеют месторождения в Донбассе и на востоке Восточно-Европейской платформы, а также месторождения в Иркутской области, в частности крупнейшее Заларинское месторождение.

Все главнейшие месторождения Архангельской области связаны с нижнепермскими отложениями, в нижней части которых развиты доломиты и доломитизированные известняки, а в верхней — гипсы и ангидриты. Известно около 50 месторождений и проявлений гипса.

Выходы гипс-ангидритовой толщи Звозского месторождения прослежены по берегам Северной Двины на расстояние до 25 км; с поверхности породы толщи закарстованы. В составе гипс-ангидритовой толщи выделяют верхний гипсовый и нижний ангидритовый горизонты Запасы по промышленным категориям 40 млн. т, однако они составляют лишь небольшую часть ресурсов месторождения.

Остаточные месторождения типа «гипсовых шляп» возникают в результате накопления гипса и ангидрита, представляющих собой остаточные продукты выщелачивания каменной соли.

К этому типу относится позднедевонское Бриневское месторождение в Белоруссии, приуроченное к локальному поднятию в пределах Припятской впадины. Прогнозные ресурсы этого месторождения оцениваются в 1 млрд. т. Оно образовалось, по-видимому, в результате накопления при выщелачивании каменной соли сульфатных пород и последующей гидратации ангидрита.

Инфильтрационные месторождения разделяют на два подтипа. Месторождения первого подтипа формируются при растворении гипса, рассеянного в осадочных породах, переносе его грунтовыми и поверхностными водами и отложении (нередко в мелких водоемах) в смеси с песчанистыми, глинистыми и известковистыми частицами. Формы залежей: линзы, гнезда, прожилки, пласты. Месторождения многочисленные, мелкие (Северный Кавказ, Средняя Азия, Казахстан), но удобные для эксплуатации; разрабатываются для местных нужд.

Месторождения второго подтипа редки, возникают при воздействии на карбонатные породы сернокислых вод, источником которых обычно являются сульфиды. Небольшие месторождения данного метасоматического подтипа обнаружены в известняках Хакасии.

По природным ресурсам СНГ занимает одно из первых мест в мире; на территории СНГ разрабатывается свыше 100 месторождений гипса и гипсоносных пород.

Разведанные запасы гипса, ангидрита и гипсоносных пород имеются во всех странах СНГ, 75% запасов сосредоточены в России.

Запасы гипса и ангидрита в России размещены неравномерно: 95% их находится в европейской части и лишь 5% — в азиатской. Большая часть гипсового сырья России (58%) находится в Центральном районе, где расположены крупнейшие из разведанных и разрабатываемых месторождений.

Из общей добычи гипсоангидритовых пород в странах СНГ 59% приходится на Россию.

В мире разведаны большие запасы гипса — порядка 7 млрд т, в том числе в Европе более 5, в США — около 1, Канаде — 0,5 млрд т.

Ведущими экспортерами гипса и ангидрита являются Канада, Таиланд, Испания. Основные импортеры — США и Япония.