Сульфат кальция — Госстандарт

CaSO₄

Сульфат кальция широко распространен в природе в виде дигидрата — гипса (селепит) СаSO₄∙2Н₂O и в безводном состоянии в виде ангидрита (карстонит, муриацит).

В питьевой воде сульфат кальция нередко содержится в растворенном состоянии и обусловливает поэтому постоянную или неустранимую жесткость воды (т. е. ту жесткость, которая не исчезает после кипячения). Однако растворимость сульфата кальция в воде все же невелика. При 18 °С она составляет 202 мг в 100 г воды и лишь незначительно изменяется с температурой. Кривая его растворимости имеет плоский максимум между 30 и 40 °С. Присутствие других сульфатов понижает растворимость СаSO₄, однако наличие в воде других солей, а также кислот, не исключая и серной кислоты, наоборот, довольно значительно повышает растворимость сульфата кальция. С серной кислотой СаSO₄ довольно легко образует растворимые в воде продукты присоединения, например СаSO₄∙Н₂SO₄ и СаSO₄∙3Н₂SO₄, которые были выделены в свободном состоянии. С сульфатами щелочных металлов СаSO₄ образует труднорастворимые двойные соли, встречающиеся также в природе, например глауберит Na₂SO₄∙СаSO₄ и сингенит К₂SO₄∙СаSO₄∙Н₂О.

Из водных растворов при температуре ниже 66 ºC сульфат кальция всегда кристаллизуется в виде дигидрата СаSO₄∙2Н₂O (гипс), образующего шестигранные моноклинные призмы удельного веса 2,32. Кристаллы гипса имеют заметную склонность к образованию двойников (в форме ласточкиного хвоста). Гипс распространен в природе в очень больших количествах; иногда встречаются большие, красивые, правильные кристаллы, а чаще — порода, состоящая из мелких и мельчайших кристаллов и имеющая волокнистое, зернистое или совершенно плотное строение. Гипсовые породы встречаются во всех геологических формациях, но главным образом они распространены в пермской формации или диасе, в триасе и четвертичной формации, иногда образуя мощные залегания и штоки. Гипс легко отличить, по его незначительной твердости (1,5-2) и прекрасно выраженной способности раскалываться (спайности). Подобно всем минералам, кристаллизующимся в моноклинной системе, он обладает двойным лучепреломлением. Разновидностями гипса являются мариенелос, или фрауенглас, и алебастр. Последний очень похож на белый мрамор, но вследствие незначительной теплопроводности не дает при прикосновении, подобно мрамору, ощущения холода. Чистый гипс бесцветен, или, если он представляет кристаллический агрегат, имеет болый цвет. Различные примеси иногда сообщают ему серую, желтоватую, коричневатую или красноватую, а иногда даже почти черную окраску.

При нагревании до 100 °С гипс отщепляет 3/4 своей кристаллизационной воды и переходит в метастабильный семигидрат (полугидрат) СаSO₄∙1/2Н2О. При обычной температуре последний снова поглощает воду с заметным разогреванием. Если его замесить с водой в виде жидкого теста, то он довольно скоро застывает, образуя твердую массу, состоящую из тонковолокнистых, переплетенных между собой кристаллов гипса. На этом свойстве основано применение гипса в строительном деле, а также при изготовлении скульптур (для отливок). Применяемый в этих случаях жженый гипс («штукатурный») обычно содержит еще меньше воды, чем полугидрат; однако он не должен быть полностью обезвожен. Если гипс настолько сильно обжечь, что он отдаст всю воду, то он теряет способность в дальнейшем «схватываться», т. е. присоединять воду. Таной гипс называют «пережженым». Природный безводный сульфат кальция — ангидрит — также не способен «схватываться». Однако при очень длительном выдерживании в присутствии воды ангидрит все-таки переходит в гипс. Значительная часть встречающегося в природе гипса образовалась таким путем. Иногда, наоборот, природный ангидрит образуется из гипса. Из подлых растворов ангидрит кристаллизуется при температуре выше 66 ºС. Однако если раствор содержит одновременно и другие соли, то ангидрит может выделяться и при значительно более низких температурах. Так, из раствора, который одновременно насыщеп хлористым натрием, сульфат кальция выделяется в виде ацгидрита уже выше 30 °С. Кроме ангидрита, существует еще одна модификация безводного сульфата кальция. Она растворима лучше, чем ангидрит, и поэтому неустойчива.

Природный ангидрит встречается в виде прослоек в залежах каменной соли, а иногда составляет промежуточный слой между залежами каменной соли и калийных солей. Он чрезвычайно распространен и встречается почти в каждой геологической формации, большей частью в смеси с гипсом, который образовался из него. Ангидрит кристаллизуется в ромбической системе, хорошо раскалывается, однако не в такой степени, как гипс. Он превосходит гипс по твердости (3-3,5) и плотности. Его удельный вес равен 2,8-3. В чистом состоянии он бесцветен, однако нередко бывает окрашен примесями в синеватый, синевато-серый и другие цвета.

Если гипс или ангидрит нагреть выше 1000 °С, то они начинают выделять трехокись серы. Получающийся продукт (твердый раствор СаО в СаSO₄) отличается способностью поглощать воду; при замешивании с небольшим количеством воды он скорее, чем раствор из извести и песка, образует очень твердую, плотную массу, устойчивую к выветриванию. На этом свойстве основано использование гипса, обожженного при высоких температурах (1300 °C), для изготовления цементирующих растворов (гипс для строительных растворов, гипс для затирки каменных полов) которые были известны еще древним египтянам. Кроме того, «штукатурный гипс» широко применяют для изготовления форм для керамических изделий, а именно для литья фарфора (для чего он осабенно удобен благодаря своей пористости). Тонко размолотый необожженный гипс служит добавкой к минеральным краскам (в обойном производстве и в бумажной промышленности).

Применение

Природный ангидрит применяют в производстве вяжущих материалов. Сульфат кальция применяют для изготовления фигур, слепков, как строительный материал (гипс) и в медицине (кальций). Из гипса изготавливают сухую штукатурку, плиты и панели для перегородок, гипсовые камни, архитектурные детали и др. Изделия из гипса характеризуются сравнительно небольшой плотностью, несгораемостью и относительно невысокой теплопроводностью.  Алебастр при смешении с водой твердеет, образуя дигидрат и широко используется в строительстве. Это свойство гипса широко используют в ортопедии, травматологии и хирургии для изготовления гипсовых повязок, обеспечивающих фиксацию отдельных частей тела. Отвердевание замешанного с водой гипса сопровождается небольшим увеличением объема. Это позволяет проводить тонкое воспроизведение всех деталей лепной формы, что широко используют скульпторы и архитекторы.

Дополнительно

Находится в природе в виде дигидрата CaSO4 ∙ 2h3O (гипс, селенит) и в безводном состоянии — ангидрит.

Безводный сульфат кальция — бесцветные кристаллы, плотность 2,96 г/см³, температура плавления 1450 °C. Очень медленно присоединяет воду. В воде растворим незначительно. При повышении температуры до 220°C двуводный гипс полностью теряет воду, образуя безводный CaSO4, который лишь при длительном хранении поглощает влагу и переходит в полугидрат. Однако если обжиг вести при температуре вышЕ-220°C, то получается безводный CaSO4, который влагу уже не поглощает и не «схватывается» при затворении водой. В промышленных условиях также получают полугидрат сульфата кальция (алебастр)CaSO4 ∙ 0,5h3O путем нагревания дигидрата примерно до 140°C, по уравнению реакции: CaSO4·2h3О = CaSO4·0,5h3О + 1,5h3О.

Как бальзам на раны — Журнал «Новое сельское хозяйство»

С кис­лот­но­стью почв реко­мен­ду­ет­ся бороть­ся извест­ко­ва­ни­ем. При этом исполь­зу­ют­ся гаше­ная и нега­ше­ная известь. Под бобо­вые или на зеле­ных уго­дьях хорош при­род­ный гипс. Итак, чем вос­поль­зо­вать­ся: изве­стью, гип­сом или и тем и другим?

Повышение почвенного плодородия

Такой метод мели­о­ра­ции, как вне­се­ние в поч­ву при­род­но­го гип­са, заво­е­вы­ва­ет все боль­шую попу­ляр­ность. Пер­во­оче­ред­ная его цель – попол­не­ние поч­вен­ных запа­сов каль­ция (Ca) и серы (S).

Гипс – мине­рал, чисто хими­че­ски пред­став­ля­ю­щий собой суль­фат каль­ция, кото­рый рас­тво­ря­ет­ся в воде при кон­цен­тра­ции 2 г / л и обес­пе­чи­ва­ет рас­те­ния серой и каль­ци­ем. При вне­се­нии на квад­рат­ный метр 20 л тако­го рас­тво­ра на одном гек­та­ре мож­но рас­пре­де­лить до 400 кг гип­са. В этом объ­е­ме содер­жит­ся от 60 до 80 кг серы и от 80 до 100 кг каль­ция. При­род­ный гипс под­хо­дит для всех сель­ско­хо­зяй­ствен­ных куль­тур, но осо­бен­но он хорош под бобо­вые в допол­не­ние к про­мыш­лен­ным удоб­ре­ни­ям, посколь­ку явля­ет­ся постав­щи­ком серы. Сера – хоро­шо доступ­ный для рас­те­ний мак­ро­эле­мент, в малой сте­пе­ни под­вер­жен­ный вымыванию.

В опы­тах Уни­вер­си­те­та Гис­се­на, про­ве­ден­ных на базе одно­го из орга­ни­че­ских хозяйств, уда­лось выяс­нить, что вне­се­ние гип­са под люцер­ну на полях с дефи­ци­том серы дает оди­на­ко­вую при­бав­ку уро­жай­но­сти в срав­не­нии с исполь­зо­ва­ни­ем кизе­ри­та – мине­ра­ла из клас­са суль­фа­тов (MgSO₄•H₂O). В гип­се на кило­грамм серы содер­жит­ся 13 кг каль­ция, что доста­точ­но для сба­лан­си­ро­ван­но­го пита­ния растений.

Источники гипсовых удобрений

Гип­со­вые удоб­ре­ния про­из­во­дят из при­род­но­го ангид­ри­та (CaSO₄) и при­род­но­го гип­са (CaSO₄•2H₂O) в фор­ме гра­нул либо порош­ка. Гра­ну­ли­ро­ван­ные про­дук­ты, содер­жа­щие 20 % серы и 28 % каль­ция, под­хо­дят для вне­се­ния с помо­щью дис­ко­вых раз­бра­сы­ва­те­лей удоб­ре­ний. Нор­мы же вне­се­ния в зави­си­мо­сти от потреб­но­сти участ­ка в сере могут варьи­ро­вать­ся от 100 до 300 кг / га.

Порош­ко­об­раз­ные про­дук­ты, напри­мер, при­род­ный мел­ко­зер­ни­стый гипс (зер­но до 2 мм) с содер­жа­ни­ем 15 % серы и 21 % каль­ция, отли­ча­ю­щий­ся неко­то­рой сво­ей влаж­но­стью, мож­но вно­сить при помо­щи раз­бра­сы­ва­те­лей для рас­пре­де­ле­ния влаж­ных мате­ри­а­лов (напри­мер, ком­по­ста) с дози­ров­кой мели­о­ран­та от 1 т / га. Зер­ни­стость дан­но­го вида удоб­ре­ний поз­во­ля­ет вно­сить его «в запас» с рас­че­том на после­дей­ствие в тече­ние двух лет.

Гипс, полу­чен­ный в резуль­та­те десуль­фи­та­ции дымо­вых газов, ведет себя так же, как при­род­ный гипс, но не допус­ка­ет­ся к при­ме­не­нию в орга­ни­че­ском земледелии.

Улучшатель структуры

Еще одно направ­ле­ние при­ме­не­ния гип­са – вос­ста­нов­ле­ние балан­са кати­о­нов в поч­ве. Под вли­я­ни­ем высо­ко­го содер­жа­ния маг­ния (свы­ше 15 %) физи­че­ские свой­ства тяже­лых почв ухуд­ша­ют­ся, стра­да­ет их струк­ту­ра. С вне­се­ни­ем гип­со­вых удоб­ре­ний водо­рас­тво­ри­мый каль­ций гип­са может вытес­нять избы­ток маг­ния, что улуч­ша­ет струк­ту­ру поч­вы. Этот меха­низм дей­ству­ет и в слу­чае почв с высо­ким уров­нем обес­пе­че­ния пита­тель­ны­ми веществами.

С вне­се­ни­ем гип­са поч­ва обо­га­ща­ет­ся иона­ми Са+, но ее уро­вень рН не меня­ет­ся. Таким обра­зом, если поч­вы кис­лые, помо­жет толь­ко известь.

Корректор кислотности

Извест­ко­вые удоб­ре­ния полу­ча­ют из извест­ня­ка (CaCO₃) или же доло­ми­та (CaMg(CO₃)₂) путем раз­мо­ла или обжи­га извест­ня­ков при тем­пе­ра­ту­ре 1000 гра­ду­сов. На поч­вах с низ­ким содер­жа­ни­ем маг­ния (Mg) полез­ны доло­ми­то­вые изве­сти. Важ­ным явля­ет­ся их основ­ное дей­ствие как окси­да каль­ция (CaO). Нега­ше­ная (жже­ная) известь содер­жит от 80 до 90 % актив­но­го CaO, а гаше­ная – от 40 до 50 %.

Зна­че­ние pH явля­ет­ся выра­же­ни­ем кон­цен­тра­ции ионов водо­ро­да в рас­тво­ре. Кис­лая поч­ва с низ­ким уров­нем pH содер­жит мно­го ионов водо­ро­да (H+) и мало ионов каль­ция (Ca2+) (рис. 1). На поч­вах с бога­тым содер­жа­ни­ем каль­ция наблю­да­ет­ся обрат­ное. Извест­ко­вые удоб­ре­ния ней­тра­ли­зу­ют ионы водо­ро­да и повы­ша­ют зна­че­ние pH.

Для почв, нуж­да­ю­щих­ся в изве­сти и име­ю­щих низ­кий либо опти­маль­ный уро­вень снаб­же­ния каль­ци­ем, реко­мен­до­ва­ны извест­ко­вые удоб­ре­ния с добав­ле­ни­ем серы в виде гип­са. Извест­ко­вый ком­по­нент, воз­мож­но, с маг­ни­ем в соста­ве, ней­тра­ли­зу­ет избы­ток ионов водо­ро­да, обес­пе­чит поступ­ле­ние каль­ция и маг­ния, а гип­со­вый ком­по­нент – доступ­ной для рас­те­ний серы, а так­же быст­ро­дей­ству­ю­ще­го водо­рас­тво­ри­мо­го каль­ция. Содер­жа­ние серы в таких удоб­ре­ни­ях состав­ля­ет от 2 до 5 %. Извест­ко­вое серо­со­дер­жа­щее удоб­ре­ние выпус­ка­ет­ся в виде влаж­ной изве­сти и вно­сит­ся при помо­щи раз­бра­сы­ва­те­ля для влаж­ных мате­ри­а­лов. При нор­ме вне­се­ния от 2 т / га в поч­ву посту­па­ет от 40 до 100 кг серы.

Сера для кормовых угодий

Осо­бен­но важ­но не забыть про серо­со­дер­жа­щие удоб­ре­ния при воз­де­лы­ва­нии рап­са, зер­но­бо­бо­вых и мно­го­лет­них трав. Сера повы­ша­ет эффек­тив­ность дей­ствия азот­ных удоб­ре­ний и сти­му­ли­ру­ет обра­зо­ва­ние в рас­те­ни­ях гор­чич­ных масел и вку­со­вых веществ, одно­вре­мен­но повы­шая их устой­чи­вость к гриб­ным и бак­те­ри­аль­ным болез­ням. При доста­точ­ном обес­пе­че­нии каль­ци­ем, кото­рый необ­хо­дим для постро­е­ния проч­ной кле­точ­ной стен­ки, рас­те­ние ста­но­вит­ся более стой­ким к небла­го­при­ят­ным кли­ма­ти­че­ским фак­то­рам и вредителям.

Вне­се­ние каль­ция и серы на паст­би­щах и кор­мо­вых уго­дьях опти­ми­зи­ру­ет содер­жа­ние мине­раль­ных веществ в кор­мах, улуч­ша­ет их вку­со­вые каче­ства, бла­го­при­ят­но ска­зы­ва­ет­ся на здо­ро­вье сель­ско­хо­зяй­ствен­ных животных.

Что есть что?

Гипс – дигид­рат суль­фа­та каль­ция (СаSO₄•2H₂O). Частич­но рас­тво­рим в воде. Рас­тво­ре­ние гип­са не ока­зы­ва­ет зна­чи­тель­но­го вли­я­ния на реак­цию поч­вен­но­го рас­тво­ра. При высо­кой тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии транс­фор­ми­ру­ет­ся в ангид­рит – без­вод­ный суль­фат каль­ция (CaSO₄).

Извест­няк (каль­цит) – кар­бо­нат каль­ция (СаСО₃). Нерас­тво­рим в воде. Рас­тво­ри­мость замет­но повы­ша­ет­ся в кис­лой сре­де. Мак­си­маль­ное содер­жа­ние каль­ция 40%.

Доло­мит – кар­бо­нат каль­ция и маг­ния (CaMg(CO₃)₂). Нерас­тво­рим в воде. Рас­тво­ри­мость замет­но повы­ша­ет­ся в кис­лот­ной сре­де. Содер­жит маг­ния 2 – 13%.

Гаше­ная известь – гид­рок­сид каль­ция (Са(ОН)₂). Сла­бо рас­тво­рим в воде. Рас­твор име­ет щелоч­ную реак­цию (рН > 12).

Нега­ше­ная (жже­ная) известь – оксид каль­ция (СаО). Реа­ги­ру­ет с водой с обра­зо­ва­ни­ем Са(ОН)₂.

Химия — 7

24.

Растворимость. Растворы

Распределение частиц одного или нескольких веществ между частицами другого вещества называют процессом растворения. Полученные в результате этого смеси называются дисперсными системами.
Вещество, частицы которого распределены, называют растворенным веществом (дисперсной фазой), а среду их распространения — растворителем (дисперсной средой).

Растворение — это не только физический процесс, но и химический. То есть, во время растворения веществ друг в друге совершается не простое измельчение и распределение (диффузия) одного вещества в другом, а здесь наряду с физическим процессом между частицами растворенного вещества и растворителя происходит химическое взаимодействие. Выделение теплоты при растворении в воде некоторых веществ (H₂SO₄ — серной кислоты, NаОН — гидроксида натрия и др.) — подтверждает вышесказанное.

Однородные системы, состоящие из растворенного вещества и растворителя, называют растворами.

Растворы бывают в жидком, газообразном и твердом состояниях. Например, реки, озера, моря — это жидкие, состоящий из азота, кислорода и других газов воздух — газообразный, а чугун и сталь, полученные в результате растворения металлов друг в друге — твердые растворы.

Так как в практической жизни более всего используются водные растворы — растворы, полученные в результате растворения веществ в воде, далее речь пойдет о них.

Способность веществ растворяться в воде неодинакова. При одинаковых количествах воды и условиях некоторые вещества растворяются хорошо, до конца, другие — мало, а третьи — ничтожно мало. Например, сравним способности растворяться в 1000 г (или 1000 мл) воды при комнатной температуре (20°С) сахара, поваренной соли, извести, гипса, хлорида серебра (AgCl) и сульфата бария (BаSO₄).

Таблица 10

Способность некоторых веществ растворяться в воде

Здесь поваренная соль и сахар являются хорошо растворимыми, известь и гипс — малорастворимыми, а хлорид серебра и сульфат бария — практически нерастворимыми веществами. В целом, если в 1000 мл (1л) воды растворяется более 10 г вещества, то их называют хорошо растворимыми,

166001 (Сульфат кальция, кристаллогидрат и безводная соль) — документ

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО «КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

химический факультет

кафедра неорганической химии

СУЛЬФАТ КАЛЬЦИЯ, КРИСТАЛЛОГИДРАТ И

БЕЗВОДНАЯ СОЛЬ

(курсовая работа)

Исполнитель:

студент группы Х-053

Тарасова К. В.

Руководитель:

доцент Бугерко Л. Н.

Кемерово 2006

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Нахождение в природе

1.2 Физические свойства

1.3 Химические свойства

1.4 Жёсткость воды

1.5 Применение

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Способы получения

2.1.1 Первый способ

2.1.2 Второй способ

2.1.3 Получение безводного сульфата кальция

2. 2 Расчёт исходных веществ для синтеза

2.3 Оборудование, посуда и реактивы для синтеза

2.4 Техника безопасности

Глава 3. Результаты эксперимента и их обсуждение

3.1 Выполнение эксперимента

3.2 Качественный анализ

Выводы

Список литературы

Введение

Химия элементов и их соединений имеет огромное значение в современной неорганической химии. Среди 30 тыс. неорганических соединений важное место занимает сульфат кальция. Довольно большие залежи сульфата кальция в земной коре позволяют использовать его в качестве сырья для получения многих веществ, в строительстве, в медицине и т. д.

Целью данной курсовой работы является синтез сульфата кальция, изучение его химических свойств и проведение качественного анализа на ионы.

В задачи исследования входило:

• Проработка литературы по теме;

• Выбор способа синтеза;

• Расчёт исходных реагентов и определение условий проведения синтеза;

• Выбор приборов и оборудования для синтеза;

• Проведение качественных реакций.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Нахождение в природе

В природе часто встречаются залежи минерала состава CaSO₄ 2_{H2O.Также содержится в природных водах и морской воде (1800 000 т/км³).}

Содержание в воде CaSO₄ наряду с MgCl₂,MgSO₄ придаёт воде постоянную жёсткость. [1]

1.2 Физические свойства

Ангидрит (CaSO₄) – белый порошок, пл. 2,90 – 2,99 г/см³ . Жадно поглощает влагу из воздуха. На этом основано применение CaSO₄ в качестве осушителя.

М = 136,4 г/моль

С_р˚ = 99,6 Дж/моль^-1∙К^-1

S˚ = 106,7 Дж/моль^-1∙К^-1

∆H˚ = -1432,7 кДж/моль^-1∙К^-1

∆G = -1320,3 кДж/моль^-1∙К^-1

Мало растворим в воде (0,2% безводной соли при 18˚С, ПР = 6,1*10^-5 при 0˚С). Хорошо растворим в кислотах, тиосульфате натрия, глицерине, солях NH₄⁺.

Полугидрат CaSO₄ 0,5_{H2O (жжёный гипс, алебастр) – белый порошок, пл. 2.67 – 2,73 г/см³.}

М = 145,15 г/моль

С_р˚ = 121 Дж/моль^-1∙К^-1

S˚ = 134 Дж/моль^-1∙К^-1

∆H˚ = -1573 кДж/моль^-1∙К^-1

∆G = -1435 кДж/моль^-1∙К^-1

Плохо растворяется в воде, растворим в кислотах, тиосульфате натрия, глицерине, солях NH₄⁺. Переход CaSO₄ 0,5_{H2O в безводную соль происходит при 225±5˚С.}

Дигидрат CaSO₄ 2_{H2O (гипс) – белый порошок, пл. 2,31 – 2.33 г/см³.}

М = 172,17 г/моль

С_р˚ = 186,2 Дж/моль^-1∙К^-1

S˚ = 193,97 Дж/моль^-1∙К^-1

∆H˚ = -2021,1 кДж/моль^-1∙К^-1

∆G = -1795,7 кДж/моль^-1∙К^-1

Плохо растворяется в воде, растворим в кислотах, тиосульфате натрия, глицерине, солях NH₄⁺. CaSO₄ 2_{H2O переходит в CaSO4 0,5H2O при 150 — 170˚С. [2]}

1.3 Химические свойства

При плавлении разлагается (t_пл = 1450˚С). Растворимость CaSO₄ повышается в присутствии MgCl₂, NaCl, HNO₃, HCl. Реагирует с концентрированной серной кислотой, восстанавливается углеродом при спекании.

2CaSO₄ = 2CaO + 2SO₂ + H₂O t > 1450˚С

CaSO₄ + H₂SO_{4 (конц)} = Ca(HSO₄)₂

CaSO₄ +3C = CaS + 2CO + CO₂ t = 900˚С

CaSO₄ +4CO = CaS + 4CO₂ t = 600-800˚С

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃ ↓+Na₂SO₄

CaSO₄ 2_{H2O = CaSO4 0,5H2O + 1,5H2O t = 150-170˚С}

CaSO₄ 0,5_{H2O = CaSO4 + 0,5H2O t = 225±5˚С [3]}

1. 4 Жёсткость воды

Содержание в воде CaSO₄ наряду с MgCl₂, MgSO₄ придаёт воде постоянную жёсткость. Избавиться от жёсткости воды можно с помощью умягчения воды. Химическое умягчение воды основано на введении в воду реагентов, обогащающих её анионами CO₃ ^2- и ОН^—. Для этого природную воду обрабатывают гашеной известью или содой:

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃ ↓+Na₂SO₄

Широкое распространение получил метод устранения жёсткости воды путём ионообмена. В этом методе используется способность некоторых природных и искусственных высокомолекулярных соединений – ионитов – обменивать входящие в их состав радикалы на ионы, находящиеся в растворе. Ионитами часто являются алюмосиликаты типа цеолитов, например, Na₂[Al₂Si₂O₈]∙nH₂O

Na₂R + CaSO₄ = CaR + Na₂SO₄

Где R – сложный алюмосиликатный ион. [1]

1.4 Применение

Жжёный гипс, или алебастр – гидрат состава 2CaSO₄ H₂O – применяется в производстве вяжущих материалов (это порошкообразные вещества, образующиеся при смешивании с водой пластичную массу, затвердевающую в твёрдое прочное тело). Алебастр получаю обжигом гипса 2CaSO₄ 2_{H2O (при температуре 150 — 170˚С). При замешивании теста из порошка 2CaSO4 H2O с водой происходит присоединение воды, сопровождающееся отвердеванием всей массы вследствие закристаллизовывания}

2[CaSO₄ 0,5_{H2O]+3H2O=2[2CaSO4 2H2O]}

На этом основано применение гипса при изготовлении строительных перегородочных плит и панелей, слепков с различных предметов, а также в виде известково-гипсовых растворов для штукатурных работ.[1]

Обжиг выше 200˚С ведёт к образованию растворимой формы безводного сульфата кальция, а выше 500˚С – его нерастворимой формы, которая вновь воду уже не присоединяет и поэтому в качестве вяжущего материала использована быть не может («мёртвый гипс»).

Образующиеся при ещё более сильном обжиге (900 — 1200˚С) основные соли состава xCaSO₄ ∙yCaO (гидравлический гипс), будучи замешаны с водой, вновь дают затвердевающую массу. Её твердение вызывается присоединением воды и кристаллизацией материала, причём образующиеся кристаллы тесно переплетаются и срастаются друг с другом, что обусловливает большую механическую прочность затвердевшей массы. Последняя вместе с тем весьма стойка по отношению к действию воды, изменению температуры и т. д. Гидравлический гипс применяется в строительном деле для изготовления ступеней, подоконников и т. п. и в качестве вяжущего материала. Он был известен египтянам ещё за 2000 лет до н. э. и использовался ими при возведении различных построек.

Кроме других областей применения природный гипс может служить исходным продуктом для комбинированного получения серной кислоты и цемента. Для этой цели размолотую смесь с песком, углём и глиной (а также небольшим количеством окиси железа, играющей в процессе роль катализатора) обжигают во вращающейся цементной печи. Образующийся при обжиге сернистый газ идёт в переработку на серную кислоту, а твёрдый осадок даёт хорошего качества цемент.[4]

Сульфат кальция используется в качестве осушителя при анализе органических соединений. Безводный сернокислый кальций может поглотить 6,6% воды от всей массы. Влажный воздух, пропущенный через трубку с CaSO₄ , содержит только 0,005 мг/л H₂O. [5]

Также сульфат кальция применяется для изготовления теплоизоляционных материалов (в смеси с асбестом). [6]

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Способы получения CaSO₄

2.1.1 Первый способ

Дигидрат CaSO₄ 2_{H2O можно получить следующим образом:}

Профильтрованный 20% раствор CaCl₂ осаждают 20% раствором H₂SO₄, взятой в избытке. После отстаивания сульфата кальция жидкость декантируют или сливают сифоном. Осадок несколько раз промывают декантацией до слабой реакции на ион хлора. Осадок два раза промывают этанолом на воронке Бюхнера и высушивают при 25 – 30˚С до исчезновения запаха спирта. При нагревании дигидрата до 150 — 170˚С он переходит в CaSO₄ 0,5_{H2O. Обезвоживать сульфат кальция можно в фарфоровой чашке или на металлическом противне. Окончание обезвоживания можно контролировать по уменьшению массы исходного вещества. [7]}

2.1.2 Второй способ

В отфильтрованный тёплый раствор 20 г (NH₄)₂SO₄ в 250 мл воды приливают раствор 50 г _{CaCl2 в 200 мл воды и проверяют полноту осаждения (в отфильтрованном растворе при добавлении CaCl2 не должно образовываться осадка). После отстаивания осадок промывают 5 – 6 раз декантацией, отсасывают на воронке Бюхнера и промывают до полного отсутствия ионов NH4⁺ в промывных водах (проба реактивом Несслера (K2[HgI4] в 2н КОН)). Препарат сушат на пергаментной бумаге при 60-70˚C. Выход составляет 20-22 г (80-85%). Полученный препарат соответствует реактиву квалификации ч. [8]}

2.1.3 Получение безводного сульфата кальция

Безводный сульфат кальция получают нагреванием при 225±5˚С двух- или полуводного CaSO₄. Температура, при которой высушивают сульфат кальция, имеет большое значение для препарата, который пригоден для быстрого поглощения паров воды (если CaSO₄ будет использован в качестве осушителя). Никоем случае нельзя допускать нагревание выше указанной температуры.

Перед высушиванием CaSO₄ 2_{H2O или CaSO4 0,5H2O измельчают и просеивают через сито (имеющее ячейки 1-2 мм). Отсеянные зёрна (а не мелочь, прошедшую через сито) помещают в хлоркальциевые трубки, чаще U-образной формы, которые нагревают 2-3 часа при 225±5˚С с протягиванием через них воздуха, предварительно высушенного над Р2О5. Скорость протягивания воздуха ≈ 50 мл/мин. Использованный в качестве осушителя CaSO4 можно много раз регенерировать, он нейтрален, химически инертен и при насыщении водой не расплывается. [5]}

2.2 Расчёт исходных веществ для синтеза

В работе был использован синтез из п. 2. 1. 1.

CaCl₂∙2H₂O + H₂SO₄ = CaSO₄ 2H₂O + 2 HCl

Чтобы получить ≈ 6 г CaSO₄ 2_{H2O :}

n(CaSO₄ 2_{H2O) = = 0,034 моль;}

n(CaCl₂∙2H₂O) = 0,034 моль;

m(CaCl₂∙2H₂O) = 0,034 моль * 147 г/моль = 5 г;

m_р-ра(CaCl₂∙2H₂O) = = 25 г;

m(H₂O) = V(H₂O) = 20 мл;

n(H₂SO₄ ) = 0.034 моль;

m(H₂SO₄ ) = 0,034 моль * 98 г/моль = 3,3 г;

m_р—ра(H₂SO₄ ) = = 16,5 г;

V_р—ра(H₂SO₄) = = 14,5 мл;

Так как кислоту нужно взять в избытке, то для реакции возьмём 20 мл 20% раствора H₂SO₄ .

Из кислоты, имеющейся в лаборатории (92% раствор с ρ = 1,83 г/мл) надо получить 20 мл 20% раствора H₂SO₄ (ρ = 1,14 г/мл):

m_р-ра(20% H₂SO₄ ) = 1,14 г/мл * 20 мл = 22,8 г;

m_в—ва(20% H₂SO₄ ) = = 4,56 г;

ДА БУДЕТ ТВЕРДЬ! | Наука и жизнь

Адамов мост, цепочка коралловых атоллов и отмелей в Полковском проливе на карте Шри-Ланки.

Вид Адамова моста из космоса (фото НАСА).

Примерно так мог бы выглядеть Адамов мост, поднятый из воды по методу голландского геохимика. На снимке показан семимильный мост, проложенный обычным способом через мелкие островки и отмели у берегов Флориды.

‹

›

Идея, как это иногда бывает у изобретателей, пришла во сне (см. «Наука и жизнь» № 8, 2004 г.). Однажды ночью геохимику из Утрехтского университета в Голландии Рулофу Схейлингу приснился бредовый сон. Во сне он лил кислоту на морское дно, и из моря поднялся остров. Увеличение площади суши за счет моря — острая проблема для Голландии, и, возможно, она сидит в подсознании каждого голландца. Проснувшись, геохимик сначала рассмеялся: вот какая чушь может присниться! А потом стал думать, нет ли здравого зерна в этой идее? Ведь при реакции, например, известняка с серной кислотой возникает сернокислая соль кальция — гипс, который в объеме больше известняка. Так что если привидевшееся во сне дно было сложено известняковыми породами…

Схейлинг пошел в лабораторию, взял блок известняка, просверлил в нем вертикальный канал и вставил в него широкую стеклянную трубку. Ежедневно он наливал в эту трубку небольшое количество разбавленной серной кислоты. Через несколько дней из трубки начал расти столбик гипса, точно ствол невиданного растения. Экспериментатора поразило необыкновенно большое приращение объема минерала — почти вдвое по сравнению с исходным. Расширяться в стороны гипс не мог, его сдерживал со всех сторон прочный известняк, и гипс выпирал вверх.

Подтвердив на опыте, что приснившийся ему процесс действительно эффективен, Схейлинг стал прикидывать его возможности. Известняк подстилает морское дно во многих мелководных районах. Можно попытаться, закачивая в скважины, проделанные в пластах, серную кислоту, создавать в море защитные сооружения от прибоя и цунами, целые искусственные острова.

Вещий сон случился в 1988 году. С тех пор Схейлинг разрабатывает свою идею и получил ряд подтверждений ее перспективности. Несколько лет назад после доклада на конференции в Рио-де-Жанейро бразильские коллеги рассказали ему о случае с одним местным заводом удобрений. Его владельцы много лет не могли понять, что происходит: земля под строениями вспучивалась. Со временем в заводских полах появились трещины, потом стали прогибаться стальные фермы, и завод полностью разрушился. Геохимика пригласили на место происшествия, и он быстро разобрался что к чему. Кислотные отходы производства удобрений просачивались в почву, а завод построен на известняках. Сделать что-либо было уже невозможно, оставалось учесть печальный опыт на будущее.

О другом случае Схейлингу рассказали на родине, в Голландии. На нефтеперерабатывающем заводе в Роттердаме серную кислоту, применяющуюся в некоторых процессах, хранили в стальном резервуаре, частично вкопанном в песок. Однажды резервуар дал течь, но, вместо того чтобы впитать просочившуюся кислоту, песок стал вспучиваться, поднимая стальной бак. Подводящие трубы лопнули, и разлилось немало кислоты. Оказалось, что в песке было много обломков морских ракушек, они превратились в гипс и подняли тяжелый резервуар.

Получив такие подтверждения своей идеи, геохимик добился гранта от Нидерландского технологического фонда и стал проводить натурные эксперименты. Выяснилось, что при инъекции раствора серной кислоты в известняк быстро образующийся гипс забивает поры породы и не позволяет кислоте распространяться дальше. Ученые преодолели эту проблему: введенная сначала соляная кислота «проедает» дорогу для серной, а возникающий хлористый кальций не забивает пор.

У берегов Голландии на глубине 500 метров под дном Северного моря залегает известняк. Половина территории страны лежит ниже уровня моря, и от воды ее защищает сложная система песчаных валов, плотин и дамб. «Если ввести в эти пласты серную кислоту, известняк расширится и поднимет морское дно, создав естественную защиту у наших берегов», — говорит Схейлинг. Другая его идея — расширить площадь Роттердамского порта и создать в море новый международный аэропорт.

Но пока голландское правительство не проявляет большого энтузиазма. Поэтому изобретатель обратил взгляд в другую часть земного шара — к Шри-Ланке.

Между островом и Индостанским полуостровом лежит цепь отмелей и коралловых атоллов, называемая Адамовым мостом. Частично они выступают из воды, а самые погруженные в воду находятся не глубже девяти метров. По местному преданию, рай находился на Шри-Ланке, и, когда Адама и Еву оттуда изгнали, они прошли по этой цепочке на континент. Отсюда и название. И сами атоллы состоят из карбоната кальция, и под ними лежит толстый слой древнего известняка. По расчетам Схейлинга, если начать впрыскивать в этот подстилающий известняк кислоту, Адамов мост станет подниматься из океана со скоростью примерно метр в месяц, а через полгода образуется прочная сухопутная связь острова с материком. Кислоту можно брать из отходов индийской химической промышленности. По расчетам, для подъема 500-метрового отрезка моста на 2,5 метра потребуется около миллиона кубометров серной кислоты — годовой объем отходов большого химического завода. На весь мост — его длина около 30 километров — понадобится почти 130 миллионов кубометров кислоты. Заодно можно будет избавиться от накапливающихся отходов.

Конечно, возникает вопрос: достаточна ли прочность гипса? Схейлинг говорит, что, по данным эксперимента в заброшенном известняковом карьере, кислота распространяется от скважины, через которую ее впрыскивают, только на 2,5 метра в стороны. Глубоко под выступившей из воды полоской моста будут располагаться пятиметровые в диаметре гипсовые колонны-подпорки, со всех сторон окруженные прочным известняком. На известняк и будет передаваться нагрузка. Кроме того, указывает геохимик, в Германии существуют целые города, со времен Средневековья стоящие на подземных гипсовых куполах, и гипс выдерживает.

Еще одно возражение: гипс сравнительно легко растворяется в воде. Но подземные гипсовые колонны не будут соприкасаться с водой.

Пожалуй, самый серьезный вопрос: а нужен ли Индии и Шри-Ланке такой мост? Сейчас вдоль Адамова моста ходит паром. Уже несколько лет между правительствами двух стран ведутся переговоры о строительстве обычного моста на опорах. Такой мост с шестиполосным автомобильным движением и двумя рельсовыми путями обойдется почти в миллиард американских долларов, так что любой более дешевый вариант будет приветствоваться. Правда, могут возникнуть политические затруднения: считается, что сухопутная дорога между Индией и Шри-Ланкой облегчит контрабанду наркотиков. Можно вспомнить, что из-за сомнений и опасений политиков почти полтора века не осуществлялся проект соединения Англии с материком через Ла-Манш, хотя рыть тоннель начинали и бросали дважды, а уровень технологии позволял завершить туннель гораздо раньше, чем произошло в действительности (см. «Наука и жизнь» № 8, 1991 г.).

На карте мира Схейлинг намечает и другие проекты. Он хотел бы своим методом создать волноломы для защиты от прибоя у меловых утесов Дувра (Англия), у мексиканского полуострова Юкатан, поставить в Ормузском проливе (Персидский залив) и на юге Красного моря плотины приливных электростанций, поднять участки суши на Мальдивах, чтобы избежать повторения катастрофических последствий цунами. Можно было бы расширить пригодную для строительства площадь суши у Гибралтара и у мелких островов на юге Японии. Но все эти крупные проекты «геохимического преобразования природы» требуют сначала испытания в малом масштабе. В лаборатории и в заброшенной каменоломне пока все вроде выглядит убедительно…

По материалам журнала «Нью Сайентист» (Англия).

Растворимость гипса в воде при 25°C

Гипс как сельскохозяйственный продукт

Сьюзен В. Фиск

6 февраля 2019 г. — Уоррен Дик работает с гипсом более двух десятилетий.Можно подумать, что он специалист по гипсокартону и штукатурке, потому что и то, и другое сделано из гипса. Но использование гипса, которое изучает Дик, может быть вам незнакомо: на сельскохозяйственных угодьях.

«Гипс является хорошим источником как кальция, так и серы, которые нужны сельскохозяйственным культурам для получения хороших урожаев», — говорит Дик. «Мы также обнаружили, что он улучшает многие другие характеристики почвы. Гипс помогает почве лучше впитывать воду и уменьшает эрозию. Он также сокращает перемещение фосфора из почвы в озера и ручьи и улучшает качество различных фруктов и овощей, помимо других преимуществ.

Гипс — это минерал, который естественным образом встречается в различных местах и ​​может быть добыт из-под земли. Но исследование Дика сосредоточено на гипсе, извлеченном из угольных электростанций.

Гипс, получаемый на угольных электростанциях, называется гипсом для десульфурации дымовых газов, так как он получается в результате процесса, при котором сера удаляется из дымовых труб для уменьшения загрязнения воздуха. «Извлекаемый гипс имеет хорошее качество, — говорит Дик. «Частицы гипса маленькие и однородные по размеру, что делает их достаточно реакционноспособными.Это может быть реальной выгодой в сельском хозяйстве. Мы также определили, что он безопасен для использования в сельском хозяйстве, благодаря многим исследованиям. Повторное использование его в сельскохозяйственных целях вместо того, чтобы выбрасывать его на свалки, дает многочисленные преимущества».

Гипс имеет высокое содержание как кальция, так и серы. Кроме того, химическая формула гипса делает эти питательные вещества более доступными для растений, чем некоторые другие распространенные источники этих питательных веществ. С химической точки зрения гипс представляет собой сульфат кальция . Его использование часто путают с использованием извести, которая представляет собой карбонат кальция .

Гипс очень незначительно изменит pH почвы, но может способствовать лучшему развитию корневой системы сельскохозяйственных культур, особенно на кислых почвах, даже без значительного изменения pH. Это связано с тем, что гипс противодействует токсичному действию растворимого алюминия на развитие корней. Алюминий естественным образом встречается в почве и часто не представляет проблемы для сельскохозяйственных культур. Но когда почва становится кислой, алюминий становится доступным для растений, и он может остановить или убить их.

Еще одним преимуществом гипса является то, что он является умеренно растворимым минералом.Это означает, что кальций может проникнуть глубже в почву, чем кальций из извести (карбонат кальция). Это может препятствовать поглощению алюминия на глубине и способствовать более глубокому укоренению растений. Когда корней больше и они могут прорастать глубже в профиль почвы, они могут поглощать больше воды и питательных веществ даже в более засушливые периоды вегетационного периода.

Несмотря на умеренную растворимость, гипс может быть отличным источником серы в течение нескольких вегетационных периодов. Исследования показали, что сера доступна не только в год внесения, но может продолжать поставлять серу в течение одного или двух лет после этого, в зависимости от начальной нормы внесения. Гипс как серное удобрение принес пользу кукурузе, сое, рапсу и люцерне.

Гипс также может помочь улучшить структуру почвы. Многие из нас смотрят на почву как на однородное статическое вещество. На самом деле почва представляет собой смесь неорганических частиц, органических частиц и сложную смесь поровых пространств, воды и почвенных микробов. Его состав меняется в зависимости от погодных явлений, таких как ливни, обработки почвы или по мере того, как растения потребляют питательные вещества для роста. Фермеры должны хорошо управлять своей почвой, чтобы год за годом поддерживать высокие урожаи сельскохозяйственных культур.

Улучшение структуры почвы помогает фермерам решить некоторые распространенные сельскохозяйственные проблемы. Добавление гипса в почву уменьшает эрозию за счет увеличения способности почвы впитывать воду после осадков, тем самым уменьшая сток. Применение гипса также улучшает аэрацию почвы и просачивание воды через почвенный профиль. Недавнее исследование показало преимущество применения гипса для улучшения движения воды через профиль к водосточным желобам. Это также уменьшает перемещение фосфора за пределы поля.

Какие бы решения фермеры ни пытались реализовать при использовании гипса, у них есть несколько вариантов применения.Конечно, тип метода нанесения будет определяться причинами использования гипса. Мелкоизмельченный гипс можно растворить в поливной воде и применить таким образом. Фермеры могут взять гипс и нанести его на верхний слой почвы перед посадкой или сразу после сбора урожая. Его также можно наносить на сенокосы после укоса. Если требуется обработка почвы (опять же, в зависимости от состояния почвы), гипс можно внести в почву с помощью почвообрабатывающего оборудования.

Хотя гипс используется в сельском хозяйстве уже более 250 лет, его полезные свойства все еще изучаются.Кроме того, повторное использование гипсовых побочных продуктов угольных электростанций снижает потребность в добыче гипса из геологических месторождений. Это также экономит место на свалке. Гипс не может решить все сельскохозяйственные проблемы, но это проверенный ресурс для добавления питательных веществ и улучшения структуры почвы.

«Это отличный пример переработки отходов и их полезного использования», — говорит Дик.

Дик, почетный профессор Университета штата Огайо, представил «Урожайные и экологические преимущества гипса в качестве удобрения для почвы» на собрании Американского общества агрономов и Американского общества растениеводства в ноябре 2018 года.Тезисы собрания и записанную презентацию можно найти здесь. Финансирование исследований было получено из различных федеральных, государственных и коммерческих источников.

Об агрономии Последние новости

ИЗДАТЕЛЬСТВО CSIRO | Почвенные исследования

Abstract

Растворимость и скорость растворения 3 источников гипса [реагент ч.д.а. (АР), фосфогипс (ФГ), рудный гипс (МГ)] с 6 фракциями МГ (>2,0, 1,0–2,0, 0,5–1.0, 0,25–0,5, 0,125–0,25, <0,125 мм) были исследованы в тройной деионизированной воде (TDI) и морской воде, чтобы изучить их пригодность для улучшения бокситовых остатков. Растворимость гипса в морской воде была выше (3,8 г/л), чем в ТДИ (2,9 г/л) из-за эффекта ионной силы, при этом растворение как в ТДИ, так и в морской воде соответствовало кинетике первого порядка. Константы скорости растворения варьировались в зависимости от источника гипса (AR > PG > MG) из-за различий в реакционной способности и площади поверхности, при этом суспензии раствора 1 : 20 гипс :  достигают насыщения в течение от 15 с (AR) до 30 минут (MG>2.0 мм). Также была исследована способность бокситового остатка поглощать Ca из раствора. Количество адсорбированного всего раствора Ca оказалось небольшим (5%). Эти низкие скорости адсорбции кальция в растворе в сочетании со сравнительно высокими скоростями растворения исключают применение гипса к остаткам суспензии песка/морской воды в качестве метода улучшения состояния остатков. Наоборот, прямое внесение гипса в полевые условия обеспечило бы более эффективное использование гипса. Кроме того, образование труднорастворимого покрытия CaCO ₃ вокруг частиц гипса после смешивания с сильнощелочным раствором морской воды/надсадочной жидкости значительно снижает скорость растворения гипса.

Благодарности

Авторы признательны Грэму Кервену и Дэвиду Эпплтону за помощь в проведении химических анализов, а также Бернхарду Веру за его предложения, идеи и комментарии. Статистическая помощь, оказанная Розмари Копитке, также с благодарностью отмечена, как и помощь Рона Раша и Ким Сьюэлл (Центр микроскопии и микроанализа, Университет Квинсленда) с использованием СЭМ.Мы также с благодарностью восприняли поддержку Яна Фултона, а также его помощь в размещении исследования в контексте глиноземной промышленности.

Эта работа проводилась в рамках программы экологических исследований, финансируемой Alcan Gove Pty Ltd.

Ссылки

Бартон FM, Уайлд Н.М.
(1971 ) Скорость растворения поликристаллических образцов гипса и орторомбических форм сульфата кальция методом вращающегося диска.  Труды Общества Фарадея 67 , 3590–3597.
| Перекрестная ссылка | Академия GoogleАкадемия Google |

Беннет AC, Адамс Ф.
(1972 ) Растворимость и произведение растворимости гипса в почвенных растворах и других водных растворах. Журнал Американского общества почвоведов 36 , 1972.

Бернер Р.А.
(1981) Кинетика выветривания и диагенеза. «Обзоры по минералогии». (Ред. AC Lasaga, RJ Kirkpatrick)
стр.111–134. (Минералогическое общество Америки: Вашингтон, округ Колумбия)

Бок Э
(1961 ) О растворимости безводного сернокислого кальция и гипса в концентрированных растворах хлорида натрия при 25°С, 30°С, 40°С и 50°С.  Canadian Journal of Chemistry 39 , 1746–1751.

Болан Н.С.,
Сайерс Дж. К., Самнер М. Э.
(1991 ) Растворение различных источников гипса в водных растворах и в почве.  Журнал науки о продуктах питания и сельском хозяйстве 57 , 527–541.
Френкель Х,
Герстль З., Альперович Н.
(1989 ) Биржевое растворение гипса и мелиорация солонцовых почв. Журнал почвоведения 40 , 599–611.

Генстат (2002 г.). «GenStat для Windows. Выпуск 6.1». 6-е изд. (VSN International Ltd: Оксфорд)

Гобран Г.Р., Миямото С.
(1985 ) Скорость растворения гипса в водных растворах солей. Почвоведение 140 , 89–93.

Гринберг, А.Э.,
Клешери Л.С.
и
Итон, AD (1992). «Стандартные методы исследования воды и сточных вод». (Американская ассоциация общественного здравоохранения: Вашингтон, округ Колумбия)

Джексон, М.Л. (1958). «Химический анализ почвы». (Констебль: Лондон)

Кемпер ВД,
Олсен Дж., ДеМуй СиДжей
(1975 ) Скорость растворения гипса в проточной воде. Американское общество почвоведов Proceedings 39 , 458–463.

Керен Р, Каушанский П
(1981 ) Покрытие из карбоната кальция на поверхности частиц гипса. Журнал Американского общества почвоведов 45 , 1242–1244.

Керен Р., О’Коннор Г.А.
(1982 ) Растворение гипса и рекультивация натриевой почвы под влиянием скорости потока воды. Журнал Американского общества почвоведов 46 , 726–732.
Керен Р, Шайнберг И
(1981 ) Влияние скорости растворения на эффективность промышленного и добытого гипса в улучшении инфильтрации солонцовой почвы. Журнал Американского общества почвоведов 45 , 103–107.

Линдси, В. Л. (1979). «Химические равновесия в почвах». (John Wiley & Sons: Нью-Йорк)

Лю С.Т., Нонколлас Г.Х.
(1971 ) Кинетика растворения дигидрата сульфата кальция. Журнал неорганической и ядерной химии 33 , 2311–2316.

| Перекрестная ссылка | Академия GoogleАкадемия Google |

Маршалл В.Л.,
Слашер Р., Джонс Э.В.
(1964 ) Водные системы при высокой температуре XIV. Растворимость и термодинамические закономерности для CaSO4 в растворах NaCl-h3O от 40 до 200°C, от 0 до 4 молялей NaCl. Журнал химических и инженерных данных 9 , 187–191.

МакЭлни А. Э.
(2003) Оценка способности лабораторных тестов кислых сульфатов почвы прогнозировать экологический риск и улучшение извести.Кандидатская диссертация, Университет Квинсленда.

Благородный AD, Рэндалл PJ
(1998 ) Скорость растворения некоторых австралийских источников гипса. Австралийский журнал экспериментального сельского хозяйства 38 , 273–277.

| Перекрестная ссылка | Академия GoogleАкадемия Google |

Оберг Северная Каролина, Штайнлехнер Э.Х.
(1996) Работа с красным шламом и песком: новые мысли о старой проблеме. «Легкие металлы: Ежегодное собрание TMS 1996». Анахайм, Калифорния.стр. 67–73. (TMS)

Паркхерст Д.
(2003 ) Геологическая служба США .. (По состоянию на январь 2004 г.) http://water.usgs.gov/owq/software.html

Шаффер Л.Х.
(1967 ) Растворимость гипса в морской воде и концентратах морской воды при температуре от комнатной до 65°С. Журнал химических и инженерных данных 12 , 183–189.

Танджи К.К.
(1969 ) Растворимость гипса в водных электролитах в зависимости от ассоциации ионов и ионной силы до 0.15 М и при 25°С. Наука и технологии в области окружающей среды 3 , 656–661.

Вонг JWC, Хо GE
(1993 ) Использование отходов гипса для восстановления растительности на отложениях красного шлама: исследование теплиц. Управление отходами и исследования 11 , 249–256.

| Перекрестная ссылка | Академия GoogleАкадемия Google |

Гипс как добавка к почве: использовать или потерять?

Почвенная добавка гипс недостаточно изучена и имеет ограниченное применение на известковых почвах Мичигана.

Гипс, или сульфат кальция, стал горячей темой в индустрии удобрений, и, хотя эта добавка к почве широко рекламируется, она недостаточно изучена. Ниже приведен краткий справочный список о гипсе.

Гипс НЕ является известью.

• Чтобы отрегулировать pH почвы, продукты известкования должны содержать карбонат (CO3-), который вступает в реакцию с ионами водорода, чтобы нейтрализовать кислотность почвы.
• Гипс представляет собой сульфат кальция (CaSO4). Хотя кальций вытеснит ионы водорода, эти ионы останутся в растворе и не будут регулировать рН почвы.

Гипс можно использовать как источник кальция и серы, однако помните:

• Гипс более растворим, чем известь, и может быстрее добавлять кальций в почву. Это может привести к снижению уровня калия или магния в почве. Следите за этим, тестируя почву.
• Почвы Мичигана обычно представляют собой почвы на известковой основе, что означает, что они получены из материалов с высоким содержанием кальция, что приводит к естественному высокому содержанию кальция в почвах.
• Гипс можно использовать в качестве источника серы, однако он имеет тенденцию быть менее растворимым, чем другие источники, такие как сульфат аммония.

Гипс может улучшить инфильтрацию воды и корней в солевых почвах.

• Натриевые почвы очень редки в Мичигане.
• Натриевые почвы содержат много натрия, мало кальция и имеют проблемы с проникновением воды и корнями из-за воздействия натрия на структуру.
• Было показано, что кальций в гипсе, наряду с дренажем и обработкой почвы, снижает уровень натрия в натриевых почвах.
• Пониженный уровень натрия улучшит структуру почвы, что приведет к лучшему проникновению воды и корней в натриевые почвы.

Было показано, что гипс эффективен при лечении алюминиевой токсичности на почвах с pH ниже 4,5.

• При pH ниже 4,5 алюминий в почве подавляет способность ионов водорода повышать pH.

Сульфат может действовать как противоион на частицы почвы, увеличивая поглощение алюминия из почвенного раствора. Сульфат алюминия менее токсичен для растений, чем ион алюминия в отдельности.

Была ли эта статья полезной для вас?

Расскажите, почему

Представлять на рассмотрение

Механизм извлечения воды из гипсовой породы колонизирующими пустыню микроорганизмами

Значение

Это исследование представляет собой углубленный анализ того, как микроорганизмы способны выживать в самом засушливом неполярном месте в мире, пустыне Атакама, Чили. Мы показываем, что эти организмы извлекают воду из гипсовых пород в этой пустыне, позволяя этим колонизирующим микроорганизмам поддерживать жизнь в этих экстремальных условиях. Мы считаем, что результаты этой работы могут не только пролить свет на то, как микроорганизмы могут получать воду в суровых ксерических условиях, но и дать представление о потенциальной жизни в еще более экстремальных условиях, таких как Марс, а также предложить стратегии для передовых методов хранения воды. .

Abstract

Микроорганизмы в самых засушливых пустынях по всему миру обитают внутри скал в качестве стратегии выживания.Вода необходима для жизни, а способность каменного субстрата удерживать воду необходима для его обитаемости. Здесь мы сообщаем о механизме, с помощью которого гипсовые породы из пустыни Атакама в Чили обеспечивают водой колонизирующие его микроорганизмы. Мы показываем, что микроорганизмы могут извлекать кристаллизационную воду (то есть структурно упорядоченную) из породы, вызывая фазовое превращение гипса (CaSO ₄ · 2H ₂ O) в ангидрит (CaSO ₄ ). Чтобы исследовать и подтвердить механизмы извлечения воды и фазового превращения, обнаруженные в естественной геологической среде, мы культивировали изолят цианобактерий на образцах гипсовой породы в контролируемых условиях.Мы обнаружили, что цианобактерии, прикрепленные к кристаллическим плоскостям с высокой поверхностной энергией ({011}) образцов гипса, образуют тонкую биопленку, которая вызывает растворение минералов, сопровождающееся экстракцией водой. Этот процесс привел к фазовому превращению в безводный сульфат кальция – ангидрит, который образовался в результате переосаждения и последующего присоединения и выстраивания нанокристаллов. Результаты этой работы не только проливают свет на то, как микроорганизмы могут получать воду в суровых ксерических условиях, но также дают представление о потенциальной жизни в еще более экстремальных условиях, таких как Марс, а также предлагают стратегии для передовых методов хранения воды.

Вода играет множество ролей в функционировании организма: она не только имеет решающее значение для метаболических процессов, но также выступает в качестве структурного компонента материалов и тканей (1, 2). Несмотря ни на что, даже в самых засушливых местах на Земле, где ничего не растет, было обнаружено, что микроорганизмы колонизируют каменные (каменные) субстраты в качестве последнего пристанища для жизни (3, 4). Отфильтровывая УФ-излучение и улучшая доступ к воде, горная порода обеспечивает защиту и стабильность неожиданному разнообразию таксонов микробов, включая цианобактерии, актинобактерии, Chloroflexus и протеобактерии (4, 5).Такие скопления эндолитных (внутри горных пород) микроорганизмов были обнаружены в пустыне Атакама в Чили, одной из самых засушливых и древнейших пустынь на Земле (6⇓–8) и окружающей среде, аналогичной Марсу (9). Индекс засушливости (AI) пустыни Атакама, отношение среднего запаса воды и потенциальной эвапотранспирации, может составлять всего 0,0075 (10), тогда как пороговое значение AI 0,05 используется для определенных гипераридных пустынь (11). В гипераридной сердцевине пустыни записи относительной влажности воздуха (RH) показывают длительные периоды относительной влажности ниже 60% ( SI Приложение , рис. S1), иллюстрирующий нехватку воды. Важно отметить, что активность воды 0,585 ( _w ; относительная влажность 58,5%) является нижним пределом, при котором обнаруживается метаболическая активность (12). Таким образом, понимание того, как микроорганизмы получают воду в условиях экстремального ксерического стресса, может дать представление о потенциальной жизни на Марсе в прошлом или настоящем, а также помочь в разработке новых технологий хранения и сбора воды (13, 14). Ксерический стресс определяется здесь как нехватка воды (высушивание), вызывающая биохимический, метаболический, физический и физиологический стресс (1).Диапазон активности воды для начала ксерического стресса варьирует от 0,91a _w до 0,585a _w в зависимости от микроорганизмов (1, 12).

Одним из видов минералов, обычно встречающихся в пустыне Атакама, является гипс (7), гидратированный сульфат кальция (CaSO ₄ ·2H ₂ O). В то время как этот субстрат содержит другие минералы, такие как сепиолит, которые потенциально могут смягчить ксерические напряжения из-за своей пористой структуры и способности поглощать и удерживать воду (8, 15), вода, обнаруженная в гипсе, является кристаллической, до 20. 8% всей массы хранится в его решетке. Таким образом, разумно предположить, что гипс может служить источником воды для организмов, живущих в условиях экстремального ксерического стресса (16). На самом деле было установлено, что растение с неглубокими корнями, Helianthemum squamatum , живет на гипсе и извлекает воду из скал во время засушливого лета на северо-востоке Испании (17). Однако механизм, с помощью которого эта вода извлекается из гипса, а также ее результирующее воздействие на горную породу, остаются неустановленными.

Изучены переходы между различными фазами геологических минералов сульфата кальция — гипса, бассанита и ангидрита (15, 18⇓–20).Известно, что гипс может частично или полностью терять свою структурную или «кристаллическую» воду и впоследствии переходить либо в полугидритовую фазу, бассанит (CaSO ₄ ·1/2H ₂ O), либо в безводную фазу, ангидрит ( CaSO ₄ ), в различных средах (18, 22). Кроме того, гипс, обнаруженный в эвапоритовых минералах в верхней части земной коры, может подвергаться обратимому превращению в ангидрит после циклов дегидратации-гидратации при определенных геохимических условиях (18). Диаграммы состояния CaSO ₄ и воды были разработаны, чтобы показать влияние температуры и давления на растворимость и стабильность различных фаз (15, 19). Гипс является термодинамически стабильной фазой при температуре ниже 40 °C, но становится нестабильным при повышении температуры, превращаясь в ангидритную фазу (19). Кинетика этих фазовых превращений гипс-ангидрит контролируется дополнительными условиями окружающей среды, такими как кислотность и ионная сила, которые потенциально могут влиять на водородные связи между молекулами воды и ионами сульфата внутри кристаллов гипса.Например, присутствие H ⁺ может способствовать извлечению кристаллизационной воды (т. е. структурно упорядоченной) внутри кристаллов гипса за счет образования H ₃ O ⁺ , что увеличивает растворимость минерала (20).

Здесь мы используем комбинацию микроскопии и спектроскопии для характеристики образцов гипса как из геологических, так и из лабораторных сред, выявляя процессы, посредством которых колонизирующие микроорганизмы получают воду из своего субстрата, и последующее воздействие на горную породу. Мы сообщаем, что гипсовые породы превращаются в ангидриты из-за потери кристаллизационной воды в процессе, вызванном микроорганизмами. Результаты этого исследования дадут представление о механизмах выживания организмов, живущих в экстремальных условиях, и, таким образом, могут быть использованы для определения источников хранения воды для внеземных исследований или проживания.

Микроорганизмы, живущие в гипсовых породах

Наблюдение за гипсовой породой, собранной в пустыне Атакама, показало зеленую зону колонизации под поверхностью (белая стрелка на рис.1 A ), что свидетельствует о наличии фотосинтезирующих микроорганизмов (7). Снимки микрокомпьютерной томографии (µ-CT) (рис. 1 B ) выявили микробные колонии внутри породы. Кроме того, компьютерная томография выявила поры, присутствующие в матрице породы, и колонизирующие их микроорганизмы, как сообщалось ранее (6⇓–8). Дальнейшие наблюдения, проведенные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) (рис. 1 C и D ), показали, что микроорганизмы предпочтительно прикреплялись к определенным граням кристаллов гипса.Рамановская спектроскопия и картирование ( SI, Приложение , рис. S2) и микрофотографии СЭМ ( SI, Приложение , рис. S3) подтвердили, что микробные клетки собираются преимущественно на плоскостях {011} гипса. Вполне вероятно, что эти специфические плоскости имеют более шероховатую поверхность (23), что обеспечивает более сильную адгезию, но также может способствовать ускоренному доступу воды (т. е. за счет улучшенной кинетики растворения) (24, 25). Цианобактериоподобные клетки идентифицировали по морфологическим признакам в микробных колониях (рис.1 D ). В качестве обобщения наших наблюдений за гипсовыми породами представлена ​​схема (рис. 1 E ) микроорганизмов, колонизирующих породы при ксерических стрессах (1).

Рис. 1.

Микроорганизмы живут в гипсовых породах пустыни Атакама. ( A ) Фотография образцов гипсовой породы. Зеленый цвет, указанный белой стрелкой, показывает область, заселенную микроорганизмами. ( B ) КТ-изображения гипсовых пород, на которых видны микроорганизмы, живущие внутри.Желтый и красный цвета обозначают колонии микроорганизмов внутри камня. ( C и D ) СЭМ-изображения гипса. Внеклеточный матрикс, окружающий клетки цианобактерий в образцах гипса, обозначен зеленым цветом в D . ( E ) Схема микробной колонизации и их расположения в гипсовой породе. УФ, ультрафиолет.

Для дальнейшего изучения границы микроб-субстрат мы применили комбинацию элементного и структурного анализа к колонизированным гипсовым породам.В частности, информация об элементах породы была получена с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС) и картирования. Кроме основных элементов в гипсе (S, Ca, O, C) также обнаружены Si, Al, Mg, Na, Fe (рис. 2 A – C ), скорее всего из сепиолита, глинистый минерал, ранее обнаруженный в гипсе из пустыни Атакама ( Приложение SI , рис. S4) (6, 8). Структурная информация, в частности, фазы, существующие в гипсовых породах, были идентифицированы с помощью рентгеновской дифракции (XRD) в областях с микроорганизмами и без них (рис.2 D ). Интересно, что на участках, населенных микроорганизмами, наблюдался ангидрит, тогда как участки субстрата без микроорганизмов состояли только из гипса. Карты инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) были получены в областях с микроорганизмами для дальнейшего подтверждения существования ангидритной фазы (21, 26). Полученный спектр показывает снижение интенсивности пиков, характерных для кристаллизационной воды (рис. 2 E , выделено оранжевым цветом), что указывает на превращение в ангидрит в этой области.FTIR-картирование (рис. 2 F и G ) дополнительно подтвердило существование ангидритной фазы вокруг гипсовой фазы. Эти результаты показывают, что микроорганизмы, вероятно, ответственны за превращение гипса в ангидритную фазу. В предыдущих исследованиях было показано, что гипс может превращаться в ангидрит, теряя кристаллизационную воду при отжиге при 440 К (27). Таким образом, вполне вероятно, что микроорганизмы также могут управлять этой трансформацией, извлекая воду, необходимую им для выживания.Для проверки этой гипотезы в лаборатории в контролируемых условиях были проведены культуральные эксперименты.

Рис. 2.

Структура и химический состав образца гипсовых пород из пустыни Атакама. ( A ) Оптическая микроскопия тонкого поперечного сечения образца гипса с черными примесями в каменной матрице. ( B ) Энергодисперсионное рентгеновское картирование (EDX) образцов гипсовой породы. Зона отображения обозначена красной рамкой в ​​ A . Белая область представляет собой гипс, а черная область показывает Si, Al, Mg, O и Fe.( C ) Средний спектр (количество импульсов в секунду [cps] в зависимости от энергии) картирования EDX в B . ( D ) Рентгенограмма образцов гипса на участках с микробами и без них. Ангидритная фаза наблюдается на участках с микробами. ( E ) FTIR-картирование и спектры области с микробами в гипсовых породах. Выделенная область, также показанная на вставке , от 3000 см ^-1 до 3800 см ^-1 указывает на присутствие пиков воды кристаллизации в кристаллах гипса.( F ) Изображение оптической микроскопии показывает область картирования. (Масштабная линейка, 100 мкм.) ( G ) FTIR-карта пиковой интенсивности на высоте 3400 см ^-1 , указывающая на кристаллизационную воду в кристаллах гипса. Синяя область представляет фазу ангидрита, а зеленый и желтый цвет указывают на наличие гипса.

Гипс как источник воды для микроорганизмов.3

А ). Гипсовые образцы (куски гипсовых камней среднего размера 0,5 × 0,8 × 0,5 мм) подвергали культивированию в двух различных условиях: 1) цианобактерии в «сухих условиях» (определяемых как добавление инокулята на субстрат и оставление его сохнуть во время инкубации). период) и 2) цианобактерии во «влажных условиях» (определяемых как добавление питательной среды к субстрату в течение инкубационного периода в дополнение к инокуляту). Через 30 дней инкубации клетки на гипсовых пластинках и внутри них имели ярко-зеленый цвет, что указывало на присутствие фотосинтетических пигментов (рис.3 В ). Присутствие и распределение цианобактерий в субстрате дополнительно подтверждалось сосуществованием углерода и азота с помощью картирования ЭДС (рис. 3 C ) и визуализации СЭМ (рис. 3 D ). На всех гипсовых купонах были клетки цианобактерий; однако из-за разницы в условиях культивирования конечный состав гипсовой подложки был другим. XRD показывает, что ангидрит присутствовал в образцах гипса, выращенных в «сухих условиях», но не был обнаружен в гипсе без микроорганизмов (отрицательный контроль) или в образцах, выращенных в гидратированных условиях (т.д., в жидкой среде; Рис. 3 E ). Это говорит о том, что «сухие условия» способствовали извлечению воды цианобактериями из гипсовой породы, что приводит к ее превращению в ангидрит. Эти результаты подтверждают наши наблюдения за гипсовыми породами, собранными в пустыне Атакама. Что еще более важно, мы обнаружили, что пиковая интенсивность XRD фазы ангидрита была выше в образцах, культивированных с большим количеством клеток цианобактерий, что еще раз подтвердило нашу гипотезу о роли микроорганизмов в фазовых превращениях, наблюдаемых в гипсе.

Рис. 3.

Культура цианобактерий на образцах гипса. ( A ) Схема цианобактерий, культивируемых в сухих и жидких средах. ( B ) Оптическое микроскопическое изображение образцов гипса, показывающее колонию цианобактерий (зеленый цвет) на гипсе после экспериментов с культивированием. ( C ) ЭДС-картирование цианобактерий, культивируемых на гипсе. ( D ) СЭМ-изображения образца гипса после культивирования, показывающие пористую структуру и прикрепление цианобактерий (зеленый цвет) на поверхности.Биопленка находится вокруг цианобактерий. ( E ) XRD контроля гипсовой породы (черная кривая; т. е. без воздействия микробов), образцы, культивированные при низкой концентрации (LC) и высокой концентрации (HC) цианобактерий как в сухой, так и в жидкой среде. Дифракционные пики, отмеченные черными квадратами, относятся к фазе ангидрита, а отмеченные звездочками — к гипсу. ( F ) FTIR образцов в контрольной группе и культурах цианобактерий при низких и высоких концентрациях.На поверхности образцов гипса с культурами цианобактерий обнаружены специфические полосы поглощения, соответствующие органическим кислотам. ( G ) Рамановская спектроскопия образцов гипса, культивированных с высокой концентрацией цианобактерий. На поверхности образца обнаружены как гипс, так и ангидрит. Красный и синий спектры представляют две разные области, указанные в I . Абсорбция из воды в гипсе отмечена желтой полосой. ( H и I ) Картирование фаз гипса и ангидрита по данным рамановской спектроскопии.( H ) Оптическая микрофотография показывает область отображения (черный ящик), использованную в I . ( I ) Фазовая карта гипса (красный) и ангидрита (синий).

СЭМ-анализ культивированного гипса также показал наличие внеклеточного материала, образующего биопленочный матрикс, покрывающий цианобактерии (рис. 3 D и Приложение SI , рис. S5) (28). ИК-Фурье-анализ гипсовых образцов, культивированных с высокими концентрациями цианобактерий, показал значительно более интенсивные полосы поглощения для C = O и O-H, что указывает на существование более высоких концентраций органического материала.Здесь вполне вероятно, что это органическое вещество богато остатками карбоновой кислоты (рис. 3 F ) (26, 29, 30). Наличие органических кислот в биопленке, окружающей клетки цианобактерий, также было подтверждено с помощью рамановской спектроскопии (рис. 3 G ) (31⇓–33). Кроме того, последующие рамановские карты подчеркивают фазовое превращение гипса в ангидрит (рис. 3 H , чистый гипс и рис. 3 I , смесь гипса и ангидрита). Основываясь на этих результатах, вполне вероятно, что органические кислоты в биопленке вступали в реакцию и травили гипсовую породу, высвобождая воду в ее решетке для цианобактерий.По мере роста бактерии производят больше органической кислоты и, таким образом, извлекают дополнительную воду, что вызывает дальнейшее преобразование гипса. Точно так же было подтверждено, что бактериальные биопленки на поверхности зубов содержат кислоты (например, молочную кислоту), которые могут привести к растворению фосфата кальция и разрушению зубной эмали (34, 35).

Механизмы фазового превращения гипса в ангидрит

Чтобы лучше понять превращение гипса в ангидрит этими микроорганизмами, были получены микрофотографии с помощью СЭМ и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) кристаллов гипса и ангидрита на разных стадиях превращения.Основываясь на наших наблюдениях, мы описываем фазовое превращение гипса и ангидрита в виде четырех последовательных стадий (рис. 4). Первоначально микроорганизмы прикрепляются и образуют биопленку на плоскостях {011} гипсовых частиц (рис. 4 A и SI Приложение , рис. S1). До какого-либо взаимодействия с микробами частицы гипса являются монокристаллическими (как видно с помощью ПЭМ на рис. 4 B ). Биопленка, покрывающая гипс (рис. 4 А и С и СИ Приложение , рис. S4) содержит органические кислоты (19), которые вызывают растворение минералов, позволяя извлекать воду, которую могут усваивать микроорганизмы. Наблюдение за поверхностью образцов гипса показывает пористую структуру, украшенную биопленочными мостиками, что свидетельствует о движущей силе растворения минералов (рис. 4 C ). ПЭМ высокого разрешения (HRTEM) и электронная дифракция на выбранных участках (SAED) (рис. 4 D и H , врезка , соответственно) показывают нанокристаллы ангидрита, случайно осажденные вблизи поверхности растворяющегося гипса, что позволяет предположить, что происходит фазовое превращение гипса в ангидрит.Фазовое превращение гипса в ангидрит имеет два процесса: растворение гипса и осаждение ангидрита, которое можно описать как CaSO4⋅nh3O↔Ca(aq)2++SO4(aq)2−+nh3O, где n – гидратация номер (19, 36, 37). Таким образом, фазовое превращение определяется растворимостью различных фаз в этой конкретной среде, и было доказано, что ангидрит является более стабильной фазой и имеет более низкую растворимость (19, 20). Кислая среда, создаваемая микроорганизмами, а также экстракция воды могут усиливать и облегчать фазовое превращение.По мере образования дополнительного ангидрита эти «первичные» нанокристаллы прикрепляются посредством ближнего выравнивания, образуя иерархически собранные мезокристаллы (рис. 4 E и F ). Наблюдается смещение кристаллических плоскостей двух соседних нанокристаллов, образовавшихся в процессе ориентированного прикрепления ( SI Приложение , рис. S6). Дополнительная сборка (рис. 4 G и H ) этих первичных частиц дает более крупные частицы ангидрита. Наблюдается дальняя ориентация этих нанокристаллов вдоль направления [002] (рис.4 H ), с отчетливо присутствующими границами раздела этих выровненных первичных частиц (см. микрофотографию HRTEM на рис. 4 H , , вставка ).

Рис. 4.

Механизмы фазового превращения гипс–ангидрит. Процесс описан в четыре этапа. Стадия I: микроорганизмы прикрепляются к кристаллам гипса и образуют биопленку. ( A и B ) Изображения SEM и TEM выделяют кристаллы гипса. Подтверждение монокристаллического гипса, полученное с помощью TEM и SAED (, вкладыш ), показано в B .Стадия II: ( C и D ) растворение гипса и экстракция водой с последующим осаждением нанокристаллов ангидрита. ( C ) На периферии частиц гипса наблюдается пористая структура, свидетельствующая об их растворении. ( D ) Зародышеобразование ангидрита на поверхности кристаллов гипса. Анализ SAED (, вставка ) свидетельствует о случайном распределении нанокристаллов ангидрита. Стадия III: ( E и F ) Рост кристаллов ангидрита.( E ) СЭМ-изображение показывает крупные ограненные частицы ангидрита на поверхности гипса. ( F ) ПЭМ в светлом поле демонстрирует ближнее выравнивание нанокристаллов ангидрита, предполагая прилипание частиц. Рисунок SAED (, вставка ) указывает на выравнивание нанокристаллов в процессе прикрепления. Стадия IV: ( G и H ) Завершение фазового превращения гипс-ангидрит. ( G ) СЭМ-изображение частиц ангидрита с выделением огранки поверхности.( H ) ПЭМ-изображение в светлом поле и SAED указывают на предпочтительное выравнивание вдоль направления [002]. В синей рамке (, вставка ) показаны границы раздела между нанокристаллами, наблюдаемые с помощью HRTEM, обозначенные желтыми кружками. (Масштабная линейка, 5 нм.) ( I ) Резюме и схема фазового превращения гипса в ангидрит, индуцированного микроорганизмами. Микроорганизмы прикрепляются и образуют биопленки на плоскостях {011} кристаллов гипса; гипс растворяется, и происходит извлечение воды. Исходя из кристаллической структуры гипса, вода кристаллизационного слоя подвергается воздействию плоскостей {011}, но не плоскостей {010}.По мере растворения и потери кристаллизационной воды монокристаллический гипс трансформируется путем осаждения нанокристаллического ангидрита. Эти нанокристаллы ангидрита осаждаются на поверхности кристаллов гипса. Наблюдается ближнее ориентирование нанокристаллов ангидрита. Крупные кристаллы ангидрита микрометрового размера образуются в результате прикрепления и выравнивания частиц.

Схема механизма индуцированного цианобактериями фазового превращения гипса в ангидрит показана на рис. 4 I .Микроорганизмы преимущественно прикреплялись к плоскостям {011} в исходных образцах гипса, найденных в пустыне Атакама (рис. 1 C и Приложение SI, рис. S5). Это также наблюдается в экспериментах с контролируемой культурой цианобактерий (рис. 4 A ). Исследование кристаллической структуры гипса ( SI Приложение , рис. S7) показывает, что вода внутри минерала была обнажена в плоскостях {011}, но экранирована плоскостями {010} (38), что может объяснить преимущественное колонизация этих организмов.При потере кристаллизационной воды моноклинные кристаллы гипса становятся неустойчивыми и переходят в орторомбические кристаллы ангидрита. Относительно нерастворимый ангидрит (т. е. в кислых условиях) впоследствии осаждается в виде нанокристаллов ангидрита вблизи поверхности гипса (20). По мере того, как происходит это фазовое превращение, нанокристаллы ангидрита, по-видимому, выравниваются и прикрепляются друг к другу упорядоченным образом, образуя мезокристаллы, что позволяет предположить, что дополнительный рост происходит по неклассическому пути (39, 40).Этот механизм роста отличается от классических путей роста кристаллов, которые обычно происходят путем присоединения мономера за мономером (40). Это ориентированное присоединение первичных частиц обеспечивает средство для уменьшения свободной энергии системы без созревания Оствальда, что приводит к более крупным кристаллам. Этот процесс также наблюдается в механизмах роста кристаллов гипса в синтетических средах (41). Поверхности конечных кристаллов ангидрита шероховатые, выделены многочисленными интерфейсами от нанокристаллов (42, 43).

Выводы

Эндолитические микроорганизмы пустыни Атакама адаптировались к крайне засушливой среде, используя свой каменистый субстрат, такой как гипс, не только для защиты от сильного солнечного излучения, но и в качестве источника воды. Микроорганизмы, такие как цианобактерии, населяющие эти породы, извлекают воду, включенную в решетку гипса (кристаллизационную воду), что приводит к одновременному фазовому превращению в ангидрит. Органические кислоты были обнаружены в биопленках, окружающих эти микроорганизмы.Последующее травление происходило на высокоэнергетических кристаллических плоскостях гипса, высвобождая воду для микроорганизмов. Эксперименты в контролируемых условиях с культурами цианобактерий, выращенными на образцах природных гипсовых пород, также собранных в пустыне Атакама, подтвердили вышеупомянутые наблюдения в геологической среде. В частности, культивирование цианобактерий на гипсовых породах в сухой среде приводило к фазовому превращению гипса в ангидрит, при этом степень фазового превращения прямо коррелировала с количеством клеток в культуре.В условиях гидратированной культуры не наблюдалось фазового превращения, что указывает на то, что извлечение воды из породы происходит только в условиях дефицита воды. Анализ этого фазового превращения выявил специфический путь, включающий растворение гипсовой фазы органическими кислотами в микробных биопленках с последующим осаждением нанокристаллов ангидрита, которые затем растут за счет прикрепления частиц. Результаты текущего исследования не только дают представление о конкретных взаимодействиях между микроорганизмами и минералами, но также могут предложить потенциальные стратегии для технологий хранения воды в экстремальных условиях, включая внеземные среды обитания.

Материалы и методы

Сбор гипсовых пород.

Колонизированные гипсовые породы были собраны в пустыне Атакама, Чили (координаты GPS: 20°43′ ю.ш., 069°58′ з.д.; 944 м над уровнем моря) в марте 2018 г. Образцы хранились в стерильных пакетах Whirlpack в темном и комнатной температуры (~25 °C) перед дальнейшей обработкой.

Характеристика материалов.

РЭМ и ЭЦП.

Образцы гипса, собранные в пустыне Атакама, оттаивали на воздухе в течение 24 часов перед характеризацией СЭМ/ЭДС. Гипсовые породы разламывали долотом, а затем напыляли Pt/Pd. Затем поверхности изломов визуализировали с помощью СЭМ с полевой эмиссией (MIRA3 GMU; TESCAN), работающего при напряжении 20 кВ. Для анализа EDS образцы гипса сначала заливали эпоксидной смолой (Epofix Cold-Setting Embedding Resin; Electron Microscopy Sciences), полировали до плоского состояния и оценивали с помощью СЭМ (MIRA3 GMU; TESCAN), работающего при 20 кВ, и системы Quantax 400 EDS, оснащенной двойные детекторы xFlash 6 SSD (Bruker).

Порошок XRD.

Участки с зелеными колониями и без них в гипсовых породах были выделены и измельчены в мелкий порошок.Использовали рентгеновский дифрактометр (Empyrean; PANalytical) с Cu-Kα-излучением с напряжением генератора 45 кВ и током трубки 40 мА. Диапазон сканирования (2θ) составлял от 10° до 70°.

ИК-Фурье.

Образцы гипсовых пород заливались эпоксидной смолой. Ультрамикротом (RMC MT-X; Boeckeler Instruments) использовали для получения гладких поверхностей образцов для FTIR-картирования. Карта размером 70 × 70 мкм была создана с использованием ИК-Фурье-спектрометра (серия Cary 600; Agilent Technologies) с германиевым кристаллом с ослабленным полным отражением.

Рамановская спектроскопия.

Образцы гипса после культивирования высококонцентрированными цианобактериями исследовали с помощью рамановской спектроскопии, выполненной с помощью конфокального рамановского микроскопа WITec, оснащенного термоэлектрически охлаждаемой камерой устройства с зарядовой связью и широкополосным спектрометром UHTS300 в диапазоне от видимого до ближнего инфракрасного диапазона, в сочетании с MIRA3-TESCAN SEM. Спектры снимали с помощью объектива Zeiss 100× в камере SEM под вакуумом с лазером 532 нм. На поверхности гипсового образца была получена карта размером 40 × 40 мкм.

ТЕМ.

Образцы залитого гипса, сделанные на ультрамикротоме (RMC MT-X; Boeckeler Instruments) для получения электронно-прозрачных срезов (∼70 нм). Компания Field Electron and Ion Company (FEI) Tecnai12 (работает при 120 кВ) и FEI Titan Themis 300 (работает при 300 кВ; Thermo Fisher Scientific) использовались для получения светлопольных изображений TEM и HRTEM соответственно.

Выделение, культивирование и анализ цианобактерий.

Изолят цианобактерий был получен путем инкубации измельченного колонизированного гипса, собранного в пустыне Атакама (6), в жидкой среде BG11 (44, 45) в течение 5 недель при 25 °C, при 24 мкмоль фотонов⋅м ⁻² ⋅с ⁻¹ белого света.Колонии выделяли из среды BG11 с 1% агара (масса/объем), и изолят G-MTQ-3P2 был идентифицирован как Chroococcidiopsis sp. с использованием секвенирования гена 16S рибосомной РНК.

Гипсовые образцы (толщина 0,5 мм × 0,8 мм × ~0,5 мм) были изготовлены с помощью алмазной пилы. Для культуральных экспериментов купоны стерилизовали автоклавированием (20 мин при 121 °C) и помещали в 96-луночные планшеты. Сто микролитров культуры цианобактерий (изолят G-MTQ-3P2), выращенной в среде BG11, использовали для инокуляции каждого гипсового образца при двух плотностях клеток: 10 ⁵ клеток/мл или 10 ⁸ клеток/мл.Контроли инокулировали в стерильную среду BG11; 96-луночные планшеты инкубировали при 25 °C под действием 24 мкмоль фотонов⋅м ^-2 ⋅с ^-1 белого света или в темноте в течение 30 дней в «влажных» или «сухих» условиях. Во «влажных условиях» периодически добавляли среду BG11, чтобы поддерживать тонкий слой жидкости поверх каждого образца. В «сухих условиях» в течение инкубационного периода никакой дополнительной среды не добавляли. Один образец из каждого состояния был измельчен в мелкий порошок для XRD (Empyrean; PANalytical).Для остальных образцов была проведена SEM, TEM и FTIR характеристика на основе вышеупомянутых методов.

Доступность данных.

Все данные, подтверждающие результаты этого исследования, являются самостоятельными.

Благодарности

Мы благодарим доктора Красимира Божилова из Калифорнийского университета в Риверсайде за помощь в проведении ПЭМ-анализа. Эта работа была поддержана финансированием от НАСА (грант NNX15AP18G) для J.D. и Армейского исследовательского бюро (ARO) (грант W911NF-18-1-0253) для D.К. и Дж.Д. Также Д.К. признает финансирование от ARO (гранты W911NF-16-1-0208 и W911NF-17-1-0152).

Сноски

• Вклад авторов: W. H., J.D., and D.K. проектное исследование; WH, EE, TW, LC и MD проводили исследования; У.Х., Э.Э., Дж.Д. и Д.К. проанализированные данные; и W.H., E.E., J.D. и D.K. написал бумагу.

• Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

• Эта статья является прямой отправкой PNAS.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.2001613117/-/DCSupplemental.

Насколько быстро гипс выделяет кальций и серу? – Доктор Тим Дженкинс

Для улучшения структуры почвы и снижения ее засоления гипс лучше всего рассматривать в рамках долгосрочной программы. В течение трех лет ежегодного или двухкратного применения можно значительно улучшить структуру почвы. Скорость действия можно ускорить, внося в почву гипс и добавляя в почву органические вещества, если это целесообразно.Нормы внесения для улучшения структуры почвы могут варьироваться от 500 кг/га до 5 тонн/га и более. Меньшие нормы можно использовать в ситуациях, когда достаточно небольшого улучшения почвы и/или решается вопрос о потребностях в сере.

Гипс содержит сульфат кальция в форме дигидрата (две молекулы воды на каждый сульфат кальция), что делает его несколько более растворимым, чем безводная форма сульфата кальция. Небольшое количество гипса может сразу раствориться в почвенном растворе (предел 0.24 г на 100 мл воды при 20°С). Как только почвенный раствор достигает предела содержания сульфата кальция в растворе, гипс снова начинает осаждаться. Таким образом, происходит быстрое поступление кальция и сульфата в почвенный раствор для поглощения растениями или воздействия на почву, но общая скорость высвобождения из гипса контролируется скоростью, с которой кальций и сульфат поглощаются или перемещаются из почвенного раствора.

При растворении гипса с каждым ионом кальция высвобождается один ион сульфата. Поскольку атом серы легче атома кальция, количество выделяемой серы составляет около 75% от количества кальция по весу.

Сульфат кальция гораздо более растворим, чем карбонат кальция (известь), и со временем высвобождает кальций со значительно большей скоростью, чем выветривание извести. Время высвобождения варьируется в зависимости от почвенных условий, включая уровень влажности (чем высыхает медленнее), дренаж (более высокая скорость воды в почве означает большую способность гипса растворяться по мере движения кальция вниз), уровень растворимой соли (более высокий уровень некоторых солей может привести к медленнее), уровень натрия (более высокий уровень натрия делает это быстрее, так как кальций переходит в места обмена, позволяя большему количеству гипса растворяться) и общую способность почвы (и растений) «поглощать» кальций и сульфат из почвенного раствора. но при нормах внесения более 500 кг/га, как правило, ожидается, что они будут применяться в течение нескольких месяцев и больше, как один год, а не несколько месяцев.

Ценность серных удобрений является добавленной стоимостью помимо обеспечения кальцием. Сульфат связывается с кальцием до тех пор, пока не растворится, и таким образом высвобождается за то же время, что и кальций, хотя и быстрее, чем скорость высвобождения элементарной серы. Это действительно означает, что высвобождение не будет продолжаться так долго в почве (хотя часть, органически включенная либо растениями, либо микробами, может войти в органический цикл и, таким образом, иметь пролонгированный эффект). Несколько более высокая скорость высвобождения, чем у элементарной серы, в некоторых случаях является преимуществом, например.г. где текущая культура ограничена низкой доступностью серы – и в определенных почвенных условиях, когда высвобождение элементарной серы может быть замедлено еще больше, т.е. засушливые районы или соломенные пастбища). Гипс предлагает это преимущество легкодоступной серы, но при этом является органически приемлемым. Я вижу роль обеих форм серы.

При обычном применении гипса для улучшения структуры почвы или уменьшения засоления добавляется больше серы, чем действительно необходимо для роста сельскохозяйственных культур в этот сезон. Во многих случаях значительная часть серы будет выщелачиваться, и это фактически один из способов действия гипса. В почвах с высоким содержанием натрия действие гипса заключается в выщелачивании натрия вместе с сульфатом (два натрия на каждый сульфат-ион) – натрий выщелачивается легче, чем кальций, и кальций остается – это улучшает структуру почвы за счет снижения уровня натрия и увеличения уровня кальция (флокуляционный эффект). В тяжелых почвах легкодоступный сульфат помогает продвигать кальций дальше вниз по профилю почвы, что несколько быстрее улучшает структуру почвы через профиль корней и даже в недра — это будет одним из свойств, изучаемых в текущих полевых испытаниях.

Химия интересная. Как упоминалось выше, только небольшое количество сульфата кальция может находиться в растворе сразу, а больше просто снова выпадает в осадок в виде гипса. Это влияет на скорость высвобождения и замедляет выщелачивание (если только сульфат натрия не выщелачивается из почвы с высоким содержанием натрия, и в этом случае это весьма желательно, поскольку состояние почвы может улучшиться при снижении уровня натрия).

Очистка прудовой воды с помощью гипса – работает ли это? [Обновлено]

Очень важно иметь чистый пруд, так как мутная вода может быть вредна для ваших водных растений и рыб.Фото с сайта publicdomainpictures.net

Кристально чистая вода часто свидетельствует о хорошо сбалансированной экологии в зрелых прудовых системах. Он позволяет солнечному свету проникать во все слои водной толщи. Это поддерживает сообщество первичных производителей, которые полагаются на световую энергию для преобразования доступных питательных веществ в органическое вещество, которое становится жизненно важным источником пищи для высших форм жизни.

Чистая вода не только функциональна, но и красива, и позволяет оценить живое содержимое пруда.Это облегчает наблюдение за экологическими связями, которые позволяют им выживать и размножаться. К сожалению, многие обычные ситуации могут разрушить этот почти романтический образ чистого пруда. Нарушение отложений (особенно глины) и эрозия из-за проливных дождей могут резко повысить уровень минеральной мутности.

Когда вода в пруду становится полностью мутной, подводные растения могут погибнуть, жабры рыб могут повредиться, а полезные сообщества планктона могут погибнуть. Важно своевременно устранять мутность воды, чтобы предотвратить необратимый ущерб жизни пруда.Одной из наиболее распространенных мер снижения мутности является использование химических добавок, таких как гипс. Эта статья расскажет вам о его химическом составе, правильном применении и способе действия.

Что такое гипс и как он работает?

Гипс считается наиболее распространенным из сульфатных материалов и коммерчески добывается в карьерах по всему миру. Джеймс Петтс из Лондона, Англия, CC BY-SA 2.0, через Wikimedia Commons

Гипс, или сульфат кальция (CaSO4), представляет собой природный водорастворимый минерал, который часто встречается в системах осадочных пород.Считающийся наиболее распространенным из сульфатных минералов, он откладывается в соленой воде, озерах, вулканическом паре и горячих источниках. Он образуется при контакте серной кислоты с карбонатом кальция. В настоящее время гипс добывается в промышленных масштабах в карьерах по всему миру. Он также может быть получен синтетическим путем на многих типах перерабатывающих заводов.

Сегодня гипс является основным компонентом мела для школьных досок, гипсокартона и гипса. Его применение распространяется на аквакультуру, где его часто считают разновидностью извести.Будучи pH-нейтральным химическим веществом, это идеальная добавка, которую можно использовать без риска радикального изменения уровня pH как в почве, так и в воде. Благодаря своему химическому составу он может помочь уменьшить мутность в прудах, заставляя частицы глины тонуть.

В земляных прудах отрицательно заряженные частицы глины остаются взвешенными в толще воды, потому что они отталкивают друг друга. Сами по себе отдельные частицы глины настолько мелкие и легкие, что не могут осесть даже в стоячей воде. Когда гипс вводят в воду, он служит коагулянтом, образующим мостики между отрицательно заряженными частицами глины. Таким образом, они могут начать собираться и образовывать «хлопья» или «хлопья». Как только скопления становятся достаточно большими, они могут опускаться на дно пруда и оставаться там.

Когда использовать гипс

Коричневая вода может быть признаком цветения планктона. К сожалению, гипс не так хорош для удаления существующих цветков, но может помочь предотвратить их появление. эвтрофикация и гипоксия / CC BY 2.0

Поскольку гипс является соединением кальция, его следует использовать только в прудах с низкой жесткостью воды (ниже 37.5 частей на миллион). Если жесткость воды вашего пруда превышает 50 частей на миллион, гипс может оказаться неэффективным для уменьшения мутности. Кроме того, он более эффективен в довольно щелочных прудах (> 50 частей на миллион), потому что его сульфатный компонент должен предположительно снижать щелочность до уровня жесткости.

При столкновении с мутным прудом вам также необходимо учитывать источник взвешенных веществ. Если это источник минералов или отложений, гипс может быть эффективным в качестве химической добавки. Напротив, если помутнение вызвано цветением планктона, коагулянтное действие гипса будет неэффективным для снижения микробной плотности.Технически он может снизить вероятность цветения планктона за счет увеличения жесткости, осаждения фосфатов и повышения прозрачности воды, но его не следует использовать в качестве решения проблемы существующего цветения.

Гипс следует вносить в прудовую воду только после определения и устранения источника взвешенных веществ. В противном случае его повторное использование может стать дорогостоящим, а его эффективность может быть сочтена недолговечной или очень низкой. Если параметры жесткости и щелочности воды не соответствуют указанным выше, рассмотрите возможность использования альтернативных химических добавок, которые больше подходят для более низкой щелочности или высокой жесткости.

Виды гипса

Существуют разные виды гипса, подходящие для разных ситуаций. Например, сверхтонкий гипс можно использовать в качестве кондиционера почвы для сельскохозяйственных культур и газонов. Брайан Широ, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

В зависимости от источника и степени обработки существует несколько типов гипса. Некоторые из них больше подходят для использования в качестве удобрения для почвы, а не в качестве добавки для прудовой воды. Используемый тип/размер частиц также будет определять, как наиболее эффективно распределить материал по пруду.Обратите внимание, что нормы внесения каждого из них будут варьироваться в зависимости от свойств воды в вашем пруду и уровня ее мутности.

• Ультратонкий гипс – этот тип можно использовать в качестве осветлителя воды, добавки к компосту и кондиционера почвы для сельскохозяйственных культур и газонов. Размер его частиц аналогичен размеру пыли – меньше или равен 1,5 мм. Поскольку он такой тонкий, он предположительно быстро действует и его можно наносить вручную.
• Гранулированный гипс – Этот тип образует меньше пыли по сравнению с ультрадисперсным гипсом. Его использование аналогично, но в идеале его следует разбрасывать с помощью разбрасывателя удобрений (наземный эквивалент моторной лодки) или растворять в чистой воде перед применением в виде суспензии. Размер частиц может достигать 3 мм.
• Пылевидный гипс – Этот тип имеет сильно различающиеся размеры частиц, что приводит к пролонгированному высвобождению.
• Гранулированный гипс – образует наименьшее количество пыли, а также очищает воду за счет медленного выделения. Частицы имеют размер от 3 до 6 мм и с меньшей вероятностью образуют однородную суспензию.

Стоимость и эффективность гипса

Гипс не является наиболее рентабельным решением для больших прудов для аквакультуры, но для небольших прудов стоимость незначительна, так как требуется лишь небольшое количество. Фото с сайта

Залогом эффективности гипса является его правильное нанесение при соблюдении соответствующих условий. Он считается эффективным примерно в 65% случаев в достаточно щелочной воде. По сравнению с другими поправками этот уровень эффективности можно считать слабым.

Эффективная обработка гипсом должна уменьшить мутность в течение нескольких дней и иметь долгосрочные результаты. Однако естественные причины (например, наводнения, проливные дожди, назойливая рыба) могут повторно взвесить или внести больше плавучих отложений. Без надлежащего управления земельными ресурсами или если не будут устранены источники отложений, гипс может оказаться неэффективным.

По стоимости гипс считается среднеценовым решением (сельскохозяйственная известь дешевле) мутности воды. Повторное использование не будет рентабельным, тем более, что эффект от применения гипса должен быть долгосрочным.Для небольших прудов, требующих минимального использования любого типа поправок, стоимость гипса можно считать незначительной. Из этого следует, что большие пруды для аквакультуры, требующие ежегодного использования тонн гипса, потребуют значительных затрат. Тонна гипса может стоить более 150 долларов США, в зависимости от степени обработки или чистоты материала. 50-фунтовый мешок сверхтонкого гипса будет стоить около 10 долларов США.

Безопасно ли использовать гипс в рыбоводных прудах?

Некоторые рыбы могут терпеть или даже процветать в мутном пруду, но обычно страдают декоративные рыбы.Jay Cross / CC BY 2.0

Гипс, как правило, безопасен для использования в рыбных прудах, если он применяется в адекватных дозах. Его также следует распределить по всему пруду, а не просто сбрасывать в одну зону. Вода в пруду, которая остается мутной или мутной в течение длительного периода времени, может быть более вредной для его обитателей. Некоторые виды рыб и ракообразных могут терпеть или даже процветать в мутной системе, но другие (например, большинство декоративных рыб) будут страдать в мутной воде.

Применение гипса в виде суспензии вместо порошка поможет предотвратить его накопление в системах органов рыб.Старайтесь искать лабораторный или обработанный гипс с более высокой степенью чистоты, так как сырой гипс может быть загрязнен другими видами сырья.

Как наносить гипс и определять дозировку

Вы можете использовать набор для проверки воды, чтобы проверить уровни щелочности и жесткости вашего пруда. Если жесткость <37,5 ppm и щелочность >50 ppm, ваш пруд соответствует общим требованиям для использования гипса. Институт истории науки, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

После того, как вы определили, что взвесь глинистых отложений является основной причиной мутности, проверьте жесткость и щелочность вашего пруда.Если они соответствуют общим требованиям для использования гипса (жесткость <37,5 ppm, щелочность >50 ppm), вам следует провести тест в ведре или стеклянной банке. Это поможет вам определить подходящую дозировку гипса для уровня мутности вашего пруда. Также важно получить измерения объема вашего пруда в зависимости от его площади поверхности и глубины.

Точно измерьте количество воды, которое входит в каждое ведро или банку. В каждой емкости должно быть одинаковое количество воды, которую вы должны собрать из идеального сечения водяного столба. Старайтесь не трогать дно пруда при наборе воды. Чтобы упростить задачу, постарайтесь иметь по 1 галлону воды как минимум в 5 прозрачных контейнерах. Отложите один контейнер в сторону и наклейте на него этикетку — это будет вашим контролем.

Для оставшихся 4–5 контейнеров проверьте различные концентрации стандартной гипсовой суспензии (приготовленной путем смешивания 2 столовых ложек гипса с галлоном чистой прудовой воды). Промаркируйте контейнеры в соответствии с количеством навозной жижи, добавленной в каждую (например, банка 1 для 1 столовой ложки навозной жижи, добавленной на галлон мутной прудовой воды, банка 2 на 2 столовые ложки навозной жижи и т. д.).Тщательно перемешайте смеси и оставьте их в покое на 12 часов.

Определите наименьшую возможную концентрацию (наименьшее количество столовых ложек гипсовой суспензии), которая смогла очистить воду в пруду, и обратитесь к таблице ниже, чтобы определить правильную дозировку. Обязательно используйте точные преобразования при расчете доз для небольших объемов пруда. Предварительно смешайте соответствующее количество гипса с прудовой водой и как можно более равномерно распределите его по пруду.

90

альтернативы гипсума

Если ваш пруд не соответствует общему Требования к использованию гипса, вы можете рассмотреть другие химические коагулянты, такие как сульфат магния (на фото).Ондржей Мангл, общественное достояние, через Wikimedia Commons

Если химический состав воды в вашем пруду не соответствует требованиям для использования гипса, рассмотрите возможность использования других химических коагулянтов для снижения уровня мутности. К ним относятся сельскохозяйственная известь (карбонат кальция), английская соль (сульфат магния), квасцы (сульфат алюминия) и синтетические полимеры. Использование этих поправок также потребует проведения ведро-тестирования перед их применением. Вы можете протестировать все это одновременно, чтобы сравнить результаты.

Гашеная известь (гидроксид кальция) и негашеная известь (оксид кальция) следует рассматривать как альтернативу гипсу только в том случае, если в пруду нет рыбы. Сено можно использовать в качестве органической добавки, но учтите, что оно может повышать кислотность воды и снижать уровень кислорода.

Как всегда, особое внимание к предотвращению повышения мутности будет наиболее эффективным средством поддержания чистоты воды. Использование вкладыша для пруда в районах с высоким содержанием глины решит проблему взвеси наносов внутри самого пруда.Чтобы предотвратить попадание наносов из-за стока или из-за эрозии границ пруда, было бы полезно сохранить густо засаженные края.