Gips syntetyczny

Gips syntetyczny - na skalę przemysłową - otrzymuje się w procesie odsiarczania spalin powstających w zakładach energetycznych i ciepłowniczych. Jego największym odbiorcą jest budownictwo.

Na świecie  
W wielu krajach opracowano programy odsiarczania spalin zgodnie z zaleceniami EWG. Na przykład w USA, Japonii i Niemczech wybudowano kilkadziesiąt zakładów produkujących z dwutlenku siarki gips syntetyczny. W Niemczech od 1987 r. wytwarza się gips syntetyczny pod nazwą REA-gips (Rauchgas Entschwelungsanlagen). Obecnie Niemcy produkują już około 5 mln ton, a w roku 2000 planują produkować około 6 mln ton.


W Polsce  
W Polsce pierwszy zakład odsiarczania spalin wybudowano w 1994 r. w Bełchatowie. Produkował on na licencji holenderskiej gips syntetyczny dwuwodny jako surowiec do produkcji budowlanego gipsu syntetycznego. W wielu polskich elektrowniach trwają intensywne prace nad uruchomieniem instalacji odsiarczania spalin i zakładów produkujących wyroby z gipsu syntetycznego. W tym samym roku niemiecka firma Knauf rozpoczęła budowę zakładu produkcji płyt gipsowo-kartonowych, który oddała do użytku w 1997 r. Uruchomiła również zakład produkcji suchych mieszanek tynkowych z gipsu syntetycznego w Jaworznie. Firma Norgips natomiast uruchomiła w 1998 r. zakład produkcji wyrobów z gipsu syntetycznego przy Elektrowni Opole. Zużycie gipsu syntetycznego w polskim budownictwie systematycznie rośnie (o 30% rocznie). W najbliższych latach w Polsce będzie się produkować około 2,5 mln ton gipsu syntetycznego rocznie. Instalacje służące do produkcji gipsu syntetycznego są złożone i kosztowne. Finansowane są ze środków przeznaczonych na ochronę środowiska, najczęściej są to zagraniczne fundusze pomocowe.


Metody produkcji  
Obecnie znanych jest kilkanaście przemysłowych metod produkcji gipsu syntetycznego dwuwodnego. Powszechnie stosuje się odsiarczanie spalin metodą mokrą wapienną, w której stosuje się wapień (CaCO₃) lub wapno palone (CaO). Metoda ta została również zastosowana u nas w kraju w instalacji odsiarczania spalin w Bełchatowie. Polega ona na absorpcji SO₂ w wodnej zawiesinie mączki z kamienia wapiennego. Schłodzone spaliny są kierowane bezprzeponowo przez wtrysk do zawiesiny absorbenta. Reakcja chemiczna ma następujący przebieg: wymywanie SO₂ z utworzeniem siarczynów, utlenianie jonów siarczynowych i na koniec wytrącenie gipsu syntetycznego dwuwodnego CaSO₄x2H₂O.
Utworzoną zawiesinę gipsu zagęszcza się, a powstały beżowy proszek, ma wilgotność w granicach 6-10%. Szkodliwe zanieczyszczenia usuwa się przez płukanie. Struktura kryształów otrzymanego gipsu syntetycznego może być igłowa, sztabkowa lub kulista, co zależy od metody odsiarczania. Kryształy mają różną wielkość, nie przekraczają jednak 0,1 mm. Materiał można brykietować i przechowywać w tej postaci przez kilka lat. Proces odsiarczania gipsu dwuwodnego (REA-gipsu) musi być prowadzony pod ścisłą kontrolą, aby surowiec służący do dalszej przeróbki był jednorodny. Dalsi przetwórcy, ponieważ dodają domieszki, muszą również kontrolować właściwości gipsu syntetycznego półwodnego i wyrobów z niego. Wykorzystanie gipsu syntetycznego dwuwodnego jako spoiwa i surowca do produkcji różnych wyrobów budowlanych jest możliwe po jego wysuszeniu i wyprażeniu. Powstaje w ten sposób gips półwodny (CaS0₄.0,5H₂O), zwany gipsem syntetycznym budowlanym. Służą do tego specjalne węzły suszenia i prażenia (kalcynacji) takie same, jakich używa się do gipsu naturalnego, który kruszy się i mieli. W każdej firmie produkującej dużo wyrobów z gipsu syntetycznego budowlanego buduje się oddziały suszenia i prażenia. Odbiorcy małych ilości tego gipsu, zwłaszcza producenci drobnych wyrobów, mogą zakupić gips syntetyczny u większych producentów. Muszą się jednak liczyć z koniecznością dostosowania go do swoich potrzeb.


Właściwości  
Gips syntetyczny budowlany ma zbliżony skład chemiczny i właściwości do gipsu naturalnego głównie w stanie stwardniałym. Jednak jego wytrzymałość na ściskanie jest większa niż gipsu naturalnego (o około 35-40%). Gips budowlany syntetyczny ma bardzo krótki czas wiązania. Jednocześnie charakteryzuje się szybszym przyrostem wytrzymałości. Ma małą spoistość ziarnową (różne uziarnienie), dlatego jest również trudniej urabialny. Można go poznać po lekko kremowej barwie. Niektóre z jego właściwości sprawiają głównie drobnym odbiorcom wiele kłopotów, gdyż gips syntetyczny budowlany wymaga stosowania domieszek modyfikujących specjalnie dobranych pod względem rodzajów produkowanych wyrobów. Obecnie gips ten na równi z gipsem naturalnym jest wykorzystywany jako pełnowartościowy materiał do produkcji różnych wyrobów, przy uwzględnieniu jego specyficznych właściwości reologicznych (związanych z płynięciem). W Katedrze Procesów Budowlanych Politechniki Śląskiej prowadzi się okresowe badania właściwości budowlanego gipsu syntetycznego produkowanego przez firmę Knauf w Bełchatowie, a ostatnio w Jaworznie. Na początku 1997 r. przeprowadzono badania stężenia naturalnych izotopów promieniotwórczych (potasu K-40, radu R-226, toru Th-232) i na ich podstawie określono wskaźniki zgodnie z instrukcją ITB 234/95.
Uzyskały one następujące wartości:
f₁ = 0,026 - 0,005, co stanowi 2,6% wartości dopuszczalnej
f₂ = 7,73 Bq/kg - 1,26, co stanowi 4,2% wartości dopuszczalnej.
W przeprowadzonych w 1994 r. badaniach (po uruchomieniu odsiarczania spalin w Bełchatowie) wskaźniki te kształtowały się odpowiednio:
f₁ = 0,02
f₂ = 5,47 Bq/kg
Są to wartości zbliżone, a nawet nieco niższe niż w gipsie naturalnym. Gips syntetyczny budowlany jest więc materiałem, który pod względem wpływu na zdrowie człowieka porównywalny jest z wapnem i drewnem. Cena gipsu budowlanego jest zbyt wysoka w stosunku do ceny gipsu naturalnego. Obecne osiągnięcia chemii i technologii budowlanej pozwalają znacznie modyfikować, w zależności od potrzeb strukturę i właściwości gipsu syntetycznego budowlanego. Stosując domieszki i dodatki oraz różne technologie formowania elementów z gipsu (w tym również syntetycznego), możemy poprawiać jego zalety i zmniejszać lub eliminować wady tworzyw gipsowych.


Parametry  
Dwuwodny gips-REA musi spełniać następujące wymogi:
a) zawartość gipsu - 95%
b) zawartość wilgoci - 10%
c) ciężar nasypowy - od 0,5 do 1,2 t/m³
d) pH - 5-8
e) zawartość siarczynu wapniowego CaSO₃ x 1/2H₂O - 0,5

Cechy wyrobów z gipsu  

Zalety:
– mała energochłonność procesu produkcji spoiwa w temperaturze 160^oC
– krótki czas wiązania i twardnienia
– niewielki ciężar
– mała higroskopijność
– korzystny wpływ na mikroklimat w pomieszczeniu.

Wady:
– duża nasiąkliwość
– stosunkowo mała wytrzymałość i znaczny jej spadek przy zawilgoceniu (nawet o 80%)
– duże pełzanie w stanie zawilgocenia
– mała odporność na uderzenia, powodująca, że gips jest obecnie stosowany głównie do robót wykończeniowych.