石膏は、何千年もの間、人間によってさまざまな目的に使用されてきた天然鉱物です。 建設、農業、工業、さらには芸術にまで幅広い用途を持つ多用途の鉱物です。 この入門では、石膏の定義と組成について説明します。

石膏は、硫酸カルシウム二水和物(CaSO4・2H2O)から構成される軟らかい硫酸塩鉱物です。 よく見られるのは、 堆積岩 他のフォーメーションと関連付けられることもよくあります。 ミネラル など 硬石膏, 岩塩, 硫黄。 「石膏」という名前は、ギリシャ語で「石膏」または「チョーク」を意味する「gypsos」に由来しています。

石膏の化学組成は比較的単純で、主にカルシウム、硫黄、酸素、水素原子で構成されています。 その化学式、CaSO4・2H2O は、石膏の各単位が 2 つのカルシウム (Ca) 原子、XNUMX つの硫黄 (S) 原子、XNUMX つの酸素 (O) 原子、および XNUMX つの水 (HXNUMXO) 分子で構成されていることを示しています。 XNUMX つの水分子は構造的に硫酸カルシウムに結合しており、石膏にその特徴的な水和形態を与えます。

石膏に含まれる水分は、その独特の特性と多用途性にとって不可欠です。 石膏が加熱されると、焼成と呼ばれるプロセスが行われ、その際、温度と加熱時間に応じて、水分の一部またはすべてが失われます。 これにより、焼き石膏、スタッコ、石膏ボードなど、さまざまな特性を持つさまざまな石膏製品が形成されます。

石膏は柔らかいことで知られており、爪で簡単に傷がつきます。 その物理的外観は、鉱物に含まれる不純物に応じて、無色透明から白、灰色、茶色、さらにはピンクまで変化します。

一般的な用途:

  • 建設: 石膏は建築材料として建築に広く使用されています。 石膏と石膏ボード(乾式壁)は、石膏から得られる一般的な製品です。 石膏は壁や天井の装飾仕上げに使用され、石膏ボードは室内の壁や天井の建設に使用されます。
  • 農業: 石膏は、農業の土壌に適用され、その構造を改善し、土壌の圧縮を軽減します。 植物に必須のカルシウムと硫黄の栄養素を提供し、塩分やナトリウム土壌の再生に役立ちます。
  • 産業用アプリケーション: 石膏は、セメントの製造、紙や繊維の充填剤、型や鋳造品の製造部品など、さまざまな産業用途に使用されています。
  • 芸術と彫刻: 石膏は芸術や彫刻に使用されてきた長い歴史があります。 アーティストはこれを使用して、複雑な彫刻や鋳造用の型を作成します。

結論として、石膏は硫酸カルシウム二水和物の単純な化学組成を持つ天然鉱物です。 水分を失ったり回復したりする能力など、そのユニークな特性により、建設、農業、工業、芸術の幅広い用途に価値があります。 さまざまな産業における石膏の重要性と建築環境への貢献により、石膏は世界中で重要な鉱物資源となっています。

お名前: 鉱物のギリシャ名に由来しますが、より具体的には焼成された鉱物の名前です。

協会:岩塩、 セレスティン, 方解石, アラゴナイト、硬石膏、 ドロマイト、硫黄。

診断機能:柔らかさと三方向の不均等な劈開が特徴です。 酸への溶解性と多量の水分の存在により、硬石膏とは区別されます。

単結晶X線回折装置。 単斜晶系。 プリズム状。 結晶には角柱状の癖があります。 クリノピナコイドに平行な表状。 ダイヤモンド型で、角柱と角錐の面でエッジが面取りされています。 他の形態は稀です。 オルトピナコイドと双生児面に共通する双生児は、しばしばアゲハチョウ双生児を生じます。 切断可能な巨大な; 葉状の; 粒状の塊状。 サテンスパーは絹のような光沢を持つ繊維状の石膏です。 アラバスター きめの細かい大規模な品種です。 亜セレン酸塩 広い無色透明の劈開葉が得られる品種です。

化学的性質

化学式 CaSO4・2H2O を持つ天然鉱物である石膏は、さまざまな用途での多用途性と有用性に貢献するいくつかの重要な化学的特性を示します。 石膏の主な化学的特性は次のとおりです。

  1. 水和構造: 石膏は水和鉱物であり、結晶構造内に水分子が含まれていることを意味します。 具体的には、石膏の各単位には、硫酸カルシウム (CaSO2) イオンに化学的に結合した 2 つの水分子 (4HXNUMXO) が含まれています。 この水和構造は、その特性と用途にとって非常に重要です。
  2. 脱水: 石膏の最も注目すべき化学的特性の 150 つは、加熱時に制御された脱水を受ける能力です。 石膏が熱にさらされると、通常は 190°C ~ 300°C (375°F ~ XNUMX°F) の範囲の温度で、水分の一部またはすべてが失われます。 このプロセスは焼成と呼ばれます。 脱水の程度は温度と加熱時間によって異なります。
    • 部分脱水: 石膏が部分的に脱水されると、「焼き石膏」または「焼石膏」として知られる材料が形成されます。 パリ石膏は白い粉末状の物質で、水と混ぜて実用的な石膏ペーストを作成でき、さまざまな建築や芸術用途に使用されます。
    • 完全な脱水:石膏をより高い温度で長時間加熱すると、石膏はその水分をすべて失い、一般に「硬石膏」として知られる無水硫酸カルシウム(CaSO4)に変化します。 硬石膏は石膏とは異なる特性を持っているため、建築ではあまり使用されません。
  3. 水分補給: 石膏のユニークな特性の XNUMX つは、水分と接触すると水を再吸収し、元の水和状態に戻る能力です。 この再水和特性は、乾式壁 (石膏ボード) などの石膏ベースの建築材料の製造に利用されます。 乾式壁が湿気にさらされると、水を吸収して耐火性を高め、保護バリアを提供します。
  4. 化学安定性: 石膏は通常の条件下では化学的に安定していますが、時間の経過とともにゆっくりと水に溶ける可能性があります。 この特性により、植物に必須のカルシウムと硫黄栄養素を提供するために使用できる農業用途に適しています。 石膏は、ナトリウムイオンを置換して土壌構造を改善することもできます。
  5. 化学的不純物: 石膏の化学式は比較的単純(CaSO4・2H2O)ですが、天然石膏は 預金 少量の他の鉱物や元素を含む不純物が含まれる場合があります。 これらの不純物は、鉱物の色、純度、および特定の用途への適合性に影響を与える可能性があります。

要約すると、石膏の水和構造、制御された脱水と再水和の能力、化学的安定性などの化学的特性により、石膏は建設、農業から芸術、産業に至るまで、さまざまな産業で使用される多用途の鉱物となっています。 水和状態から無水状態に変化し、再び元に戻る能力は、多くの実際の用途において特に価値があります。

石膏の物性

  1. 硬さ: 石膏は、鉱物硬度のモース硬度スケールでは比較的柔らかい鉱物であり、硬度評価は 2 です。これは、爪やポケットナイフで簡単に傷がつく可能性があることを意味します。 その柔らかさは、彫刻や彫刻などの用途において重要な特性です。
  2. 色: 石膏の色は、鉱物に含まれる不純物によって異なります。 一般的には白、灰色、または無色の色合いで見られます。 ただし、不純物が存在すると、茶色、ピンク、黄色などの色を示すこともあります。
  3. 透明性: 石膏結晶は透明から半透明まであり、さまざまな程度で光を通過させます。 透明度のレベルは、結晶の品質と不純物の存在によって決まります。
  4. 劈開: 石膏は一方向に優れた劈開性を示し、機械的応力を受けると容易に薄く平らなシートまたはプレートに分割されます。 この特性により、石膏ボード(乾式壁)および石膏製品の製造に適しています。
  5. 光沢: 石膏は、その表面が新鮮で変化していない場合、真珠光沢からガラス質 (ガラス質) の光沢を持っています。 この特性は、特定の芸術的および装飾的な用途における美的魅力に貢献します。
  6. 密度: 石膏の密度は水和度に応じて変化します。 無水石膏 (硫酸カルシウム) の密度は、2.96 立方センチメートルあたり約 4 グラム (g/cm2) です。 水和石膏 (CaSO2・XNUMXHXNUMXO) は、その構造内に水分子が存在するため、密度が低くなります。
  7. 溶解度: 石膏は水に適度に溶け、時間が経つと湿気と接触するとゆっくりと溶解します。 この特性は農業用途に利用され、カルシウムと硫黄イオンを土壌に放出し、土壌の構造と栄養素含有量を改善します。
  8. 結晶構造: 石膏は通常、独特の角柱状またはブレード状の形状をした単斜晶系の結晶を形成します。 これらの結晶はクラスターまたは集合体として成長することが多く、天然石膏の形成に独特で複雑なパターンを作り出します。
  9. 味: 石膏にはカルシウムが含まれているため、わずかに甘い味がします。 しかし、石膏は溶解度が低く、天然の石膏堆積物中に不純物が存在するため、通常は摂取されません。
  10. 重量と取り扱い: 石膏は比較的軽量であるため、建設やその他の用途での取り扱いが容易です。 この特性は、石膏製品、軽量建築材料、彫刻の作成における人気に貢献しています。

要約すると、石膏の柔らかさ、色の変化、劈開、光沢、密度などの物理的特性により、石膏は建設、農業から芸術、産業に至るまで、さまざまな産業において多用途で貴重な鉱物となっています。 簡単に成形、彫刻、さまざまな形に変形できるため、創造的かつ実用的な用途でその魅力がさらに高まります。

石膏の光学特性

クリスタルハビット 大きくて平ら。 細長く、ほぼ角柱状の結晶
切断 パーフェクト
ツインニング 非常に一般的です
光サイン 二軸(+)
複屈折性 0.010
救済 ロー

石膏の発生と形成

石膏は、世界中のさまざまな地質環境で自然に産生される鉱物です。 その形成は、特定の地質学的および環境条件と密接に関係しています。 石膏の発生と形成の概要は次のとおりです。

1. 地質学的産状:

  • 堆積物: 石膏が形成される最も一般的な地質環境は堆積環境です。 石膏がよく見られるのは、 堆積岩特に蒸発鉱物を含む層や層では。 蒸発鉱物は、古代の海、湖、その他の水域からの水の蒸発の結果として形成されます。 石膏は、そのような鉱床で一般的に見られる岩塩(塩)や硬石膏などのいくつかの蒸発鉱物のうちの XNUMX つです。
  • 砂漠環境: 石膏は、蒸発率が高く、溶解したカルシウムおよび硫酸イオンを運ぶ地下水が地表に浸透する乾燥地域や砂漠地域でも形成されることがあります。 時間が経つと、水が蒸発するにつれて石膏の結晶が沈殿し、表面に石膏の堆積物が形成されることがあります。
  • 洞窟の堆積物: 石膏の結晶は、洞窟形成として知られるプロセスを通じて洞窟内で形成されることがあります。 これは、溶解した石膏を含む地下水が洞窟環境と接触すると発生し、洞窟の壁、天井、床に石膏の結晶が堆積します。 これらの石膏層は、「石膏の花」または「セレナイト」と呼ばれることがよくあります。

2. 形成プロセス: 石膏の形成には、一連の地質学的および環境的プロセスが関係します。

  • 堆積: 石膏は、最初は水中に溶解したカルシウムイオンと硫酸イオンとして形成されます。 これらのイオンは、カルシウム含有ミネラルの溶解など、さまざまな起源に由来します。 有機物や火山噴出物からの硫黄化合物の浸出。
  • 蒸発: 乾燥地域や蒸発する古代の海など、蒸発率が高い環境では、水はゆっくりと蒸発するにつれて、溶解したカルシウムと硫酸イオンが濃縮されます。 このイオン濃度の増加により、石膏が溶液から沈殿して結晶化する可能性が高くなります。
  • 結晶: カルシウムと硫酸イオンの濃度が増加し続けると、石膏の結晶が形成され始めます。 これらの結晶は時間の経過とともに成長し、最終的には堆積岩内の層や床に蓄積したり、洞窟やその他の地下環境に別個の結晶として堆積したりすることがあります。
  • 変更: 地質時代の経過とともに、温度、圧力、他の鉱物の存在の変化に応じて、石膏は水和や脱水などの変質プロセスを受けることがあります。 これらのプロセスでは、 つながる 石膏から硬石膏または他の鉱物への変換。

石膏堆積物はサイズと純度が異なり、他の鉱物や岩石層と関連していることがよくあります。 石膏が形成される特定の条件とその地域の地質学的歴史が、世界中のさまざまな場所で見つかる石膏堆積物の特徴を決定します。

全体として、石膏の発生と形成は地質学的プロセスや環境要因と密接に関係しており、その結果、この鉱物はさまざまな地質環境に広く分布しています。

石膏の場所と堆積物

石膏鉱床は世界の多くの地域で発見されており、純度と量はさまざまです。 これらの堆積物は、石膏が形成されるさまざまな条件を反映して、さまざまな地質環境で発生します。 石膏堆積物の注目すべき場所と種類は次のとおりです。

  1. 堆積物:
    • アメリカ: 米国は世界有数の石膏生産国であり、テキサス、オクラホマ、アイオワ、ネバダ、カリフォルニアなどの州に広大な鉱床がある。 ニューメキシコ州のホワイト サンズ国定公園は、純粋な石膏砂の広大な砂丘地帯で知られています。
    • メキシコ : メキシコには、特にヌエボ・レオン州、チワワ州、コアウイラ州に大量の石膏鉱床があります。
    • カナダ: 石膏鉱床は、ノバスコシア州、ニューファンドランド・ラブラドール州、オンタリオ州などの州で見つかります。
    • ヨーロッパ: 石膏の堆積が顕著なヨーロッパ諸国には、スペイン、イタリア、フランス、ドイツ、英国などがあります。
    • 中東: 石膏堆積物は、イラン、オマーン、サウジアラビアを含むいくつかの中東諸国でよく見られます。
  2. 砂漠環境:
    • 北アフリカ: モロッコやチュニジアなどの北アフリカの国々では、乾燥した砂漠地帯に石膏鉱床が広範囲に存在します。
    • オーストラリア: 石膏は、南オーストラリア州、西オーストラリア州、ニューサウスウェールズ州など、オーストラリアの乾燥地域で見つかります。
  3. 洞窟の堆積物:
    • 石膏の結晶は、世界各地の洞窟で形成されることがあります。 著名な例としては、世界最大級の石膏結晶を含むメキシコのナイカの石膏洞窟や、メキシコのナイカ鉱山のクリスタルの洞窟などがあります。
  4. 火山環境:
    • 一部の石膏堆積物は火山活動に関連しています。 これらの堆積物は、火山の噴火による硫黄分が豊富なガスがカルシウム分が豊富な岩石や地下水と反応すると形成されることがあります。 イタリアと米国の一部では、火山環境で石膏堆積物が形成されています。
  5. 海洋鉱床:
    • 石膏は、蒸発してしまった古代の海に関連する海洋堆積物でも見つかります。 これらの堆積物は、ヨーロッパの一部、中東、北米など、海洋堆積の歴史がある地域で見られます。
  6. 産業ソース:
    • 合成石膏は、天然の堆積物に加えて、石炭火力発電所の排煙脱硫やリン酸の製造など、さまざまな工業プロセスの副産物として生成されます。 石膏ボードなどの建材に使われる合成石膏です。

石膏堆積物は、純度、結晶サイズ、鉱物の組み合わせの点で異なります。 特定の場所の石膏の品質と特性は、その地域の地質学的歴史と環境条件によって異なります。

石膏は、建設、農業、工業、その他さまざまな用途に使用される貴重な鉱物資源です。 広く流通しているため、世界中でさまざまな用途に安定した供給が可能です。

石膏の用途と使用分野

石膏は、さまざまな産業で幅広い用途を持つ多用途の鉱物です。 制御された脱水と再水和を行う能力など、そのユニークな特性により、さまざまな用途に価値があります。 石膏の主な応用分野と用途の一部を以下に示します。

石膏土壌改良剤
  1. 建設:
    • 乾式壁 (石膏ボード): 石膏は乾式壁の基本的な構成要素であり、石膏ボードまたは石膏ボードとしても知られています。 建設業界の内壁や天井に広く使用されています。 乾式壁パネルは、滑らかで耐火性と防音性のある表面を提供します。
    • 石膏: 石膏は石膏から作られ、壁や天井の装飾仕上げに使用されます。 薄いコートとして塗布することで、滑らかで美しい表面を得ることができます。
    • 成形品: クラウンモールディング、コーニス、ベースボードなどの石膏ベースのモールディングは、建物の装飾目的に使用されます。
    • 床下敷き: 石膏ベースのセルフレベリング下敷きは、タイル、木材、カーペットなどの床材に滑らかで水平な表面を作成するために使用されます。
    • 耐火構造: 石膏ボードは受動的防火を提供し、建物内に耐火性の壁や天井を作成するために使用されます。
  2. 農業:
    • 土壌改良剤: 石膏は、土壌の構造を改善し、圧縮を軽減するために農業用土壌に適用されます。 重い粘土質の土壌を破壊し、水の浸透を高め、根の成長を促進するのに役立ちます。
    • 栄養源: 石膏は植物に必須のカルシウムと硫黄の栄養素を供給し、作物の健全な成長に貢献します。 また、土壌中の栄養素の不均衡を修正するのにも役立ちます。
    • ナトリウム土壌再生: 石膏は、植物の成長を阻害する可能性のある高レベルのナトリウムを含むナトリウム土壌を再生し、生産性を向上させるために使用されます。
  3. 産業用アプリケーション:
    • セメント生産: 石膏は、セメントクリンカーに添加され、凝結時間を調整し、コンクリートの作業性を向上させます。 ポルトランドセメントの必須成分です。
    • 紙と繊維: 石膏は、製紙および繊維産業で充填剤および凝固剤として使用されます。 紙の印刷適性と白色度を向上させ、製紙時の pH の制御に役立ちます。
  4. 芸術と彫刻:
    • 石膏は芸術や彫刻に使用されてきた長い歴史があります。 アーティストはこれを使用して、複雑な彫刻、彫像、浅浮き彫りを作成します。 作業性と細やかな仕上げが評価されています。
  5. 歯科:
    • 歯科用石膏や歯科用石材などの石膏製品は、歯科補綴物や修復物の型、模型、鋳造物を作成するために歯科で使用されます。
  6. 医学:
    • 石膏は、治癒過程で骨折した骨を固定するために、整形外科用ギプスや副木などの特定の医療用途で使用されます。
  7. 農業および工業副産物:
    • 合成石膏は、次のような工業プロセスの副産物として生成されます。 石炭 燃焼とリン酸の生成は、建設や農業などのさまざまな用途に使用されます。
  8. 石膏製品の製造:
    • 石膏は、天井タイル、装飾パネル、石膏ブロック、さまざまな形態の石膏ベースの断熱材など、幅広い製品の製造に使用されます。
  9. 環境修復:
    • 石膏は、建設現場の土壌浸食を緩和し、粉塵を制御するために使用できます。 不純物を除去するための廃水処理プロセスでも使用されます。
  10. 石油およびガス産業:
    • 石膏は、石油およびガス産業で使用される掘削泥水に利用され、流体の損失を制御し、ボーリング孔の安定性を維持します。

石膏の多用途性と広範な入手可能性により、石膏は複数の産業で貴重な資源となり、建物の建設、作物の成長、芸術の創作、その他日常生活を改善する多くの用途に貢献しています。

地理と地形における石膏

ホワイトサンズ砂漠、ニューメキシコ州、米国

石膏はさまざまな地理的形状を形作る上で重要な役割を果たします 地形特に砂漠環境やカルスト地形で顕著です。 ここでは、石膏がこれらの景観にどのような影響を与えるかを探っていきます。

1. 石膏砂漠と風景:

  • ホワイトサンズ砂漠、ニューメキシコ州、米国: 最も有名な石膏の風景の 275 つは、ニューメキシコ州のホワイト サンズ砂漠です。 これは世界最大の石膏砂丘であり、その面積は 710 平方マイル (XNUMX 平方キロメートル) 以上です。 白く輝く砂丘は純粋な石膏砂で構成されています。 石膏のユニークな特性により、このような巨大な砂丘を作り出すことができます。 石膏粒子が太陽光を反射し、砂丘に印象的な白い外観を与えます。
  • 砂漠のプラヤ: 石膏は、平らで乾燥した地域であるプラヤ砂漠でよく見つかります。プラヤは時々水で満たされますが、その後蒸発し、石膏を含むさまざまな鉱物の地殻を残します。 これらの石膏の殻は、ユタ州のグレート ソルトレーク砂漠やカリフォルニアのアルカリ フラットなどの場所で見つかります。
  • ソルトフラッツ: 石膏は、表面に塩の地殻がある広大な平らな地域である塩原の一般的な成分です。 これらの塩原は、水が窪みに流れ込み、蒸発して石膏などの塩が残る乾燥地域に形成されることがよくあります。

2. カルスト地形と石膏洞窟:

  • カルスト地形の形成: カルスト地形は、可溶性の岩盤の溶解を特徴とする独特のタイプの地形です。 石灰岩、しかし時には石膏、水の作用によって。 石膏カルスト地形は石灰岩カルスト地形ほど一般的ではありませんが、同様の特徴を共有しています。 石膏が多く含まれる岩盤がある地域では、弱酸性の雨水によって石膏が溶解し、独特の地形が形成されます。
  • 石膏の洞窟: 石膏カルスト洞窟としても知られる石膏洞窟は、地下水による石膏の溶解によって形成されます。 弱酸性の水が石膏を多く含む岩盤に浸透すると、徐々に石膏が溶解し、地下に空洞や通路が形成されます。 時間の経過とともに、これらの空隙は拡大して、亜セレン酸結晶を含む独特の石膏層を含む複雑な洞窟システムを形成することがあります。
  • セレナイト結晶: 石膏洞窟は美しい亜セレン酸結晶でよく知られており、印象的な大きさに成長することもあります。 これらの半透明の角柱状の結晶は石膏洞窟の特徴であり、その美的魅力に貢献しています。 著名な例としては、世界最大級の石膏結晶が含まれるメキシコのナイカ鉱山にあるクリスタルの洞窟が挙げられます。
  • 陥没穴 > Cenotes: 石膏カルスト地形では、石膏の溶解により陥没穴やセノーテ (地下水で満たされた自然の陥没穴) が形成されることがあります。 これらの特徴は石膏岩盤のある地域で見られ、乾燥地域の淡水源としてよく使用されます。

石膏は水への溶解度が高く、弱酸性条件で溶解しやすいため、独特の地質学的特徴で知られるカルスト地形の重要な要素となっています。 砂漠の広大な石膏砂丘であれ、石膏洞窟の複雑な地下世界であれ、石膏の存在は地球の地理と地形に明確な痕跡を残します。

参考文献

  • ボーネウィッツ、R. (2012)。 岩石と鉱物。 第2版ロンドン: DK Publishing。
  • ダーナ、法王(1864)。 鉱物学マニュアル…ワイリー。
  • ハンドブック 鉱物学。 [オンライン] http://www.handbookofmineralogy.org [4 年 2019 月 XNUMX 日にアクセス] から入手できます。
  • 鉱物情報、データ、産地.. [オンライン] で入手可能: https://www.mindat.org/ [アクセス。 2019]。
  • 地球科学 | スミス大学。 [オンライン] https://www.smith.edu/academics/geosciences から入手可能 [15 年 2019 月 XNUMX 日にアクセス]。