Exploatarea gipsului în Anglia

Student,Aritina Haliuc

1

Cuprins

1. Generalităţi despre gips

2. Importanţă gips

3. Istoric exploatare gips

4. Necesarul de gips din Anglia

5. Comerţ

6. Resurse de gips - Anglia

7. Exploatarea şi prelucrarea gipsului

8. Reciclare

9. Depozitele de gips şi tasarea/surparea-studiu de caz, zona Ripon

10. Concluzii

1.Generalităţi despre gips

2

Gipsul este un mineral incolor care face parte din grupa sulfaţilor având formula chimică: CaSO4 • 2 H2O (sulfat de calciu). Este uşor insolubil în apă, având duritate mică pe scara Mohs - 2, cristalizând în sistem monoclinic. Gipsul se prezintă sub formă de cristale tabulare, columnare sau prismatice şi sub formă de agregate sau mase granulare. Poate să formeze cruste sau noduli cu structură radiară. În ceea ce priveşte culoare, de regulă, gipsul este alb sau incolor dar poate apărea sub o gamă variată de culori, galben, maroniu, verde, roşu spre roz şi chiar negru (Fig.1).(Wenk, Bulakh, 2004)

Fig.1. Selenit, varietate gips, Debrishyre, England

În funcţie de procentul de gips pur conţinut, mineralul poate fi:- gips de calitate superioară - conţine mai mult de 85% gips;- gips de calitate inferioară – conţine gips în proporţie de 50-85%,- anhidritul – mai puţin de 50% gips;- alabastru – procentul de gips conţinut este foarte mic. (Porter, 2008)

Etimologic, cuvântul ,,gips” provine de la cuvântul grec ,,gipsos” care înseamnă ,,cretă” sau ,,ipsos”. În limba engleză veche, gipsul a fost numit ,,piatra lance – spear stone” referindu-se la previziunile sale cristaline. La începutul secolului al-XIX-lea, gipsul era considerat un fertilizator miraculos pentru culturile agricole. (Wenk, Bulakh, 2004)

Încă din cele mai vechi timpuri - Neolitic, gipsul a fost folosit în special în construcţii (unele dintre vechile clădiri pot fi admirate şi astăzi –Piramidele Egiptene) dar şi în picturi, sculpturi şi decoraţiuni. (Porter, 2008)

Gipsul natural a luat naştere în epoci geologice succesive prin evaporarea apei din bazinele marine puternic mineralizate sau prin hidratarea anhidritului în marne, argile sau calcare. Apare atât în formă masivă şi cristalină, cu cristale incolore sau colorate şi sub formă fibroasă. (Porter, 2008)

Gipsul poate fi utilizat la fabricarea diferitelor produse, după cum urmează:- gips sintetic:

- ghips-carton, folosit în construcţii la finisarea pereţilor şi a plafoanelor; - ipsos, folosit în construcţii;

- gips natural:- îngrăşământ, folosit în agricultură;- folosit ca şi aşternut la fermele de creştere a animalelor şi păsărilor;- ca şi coagulant pentru brânza tofu, devenind astfel o sursă de calciu alimentar;- utilizat în creme şi şampoane sau alte produse de îngrijire;- un ingredient al medicamentelor din medicina chineză tradiţională –Shi Gao;

3

- ingredient în obturaţiile dentare;- utilizat în producerea ceramicii, faianţei;

- ipsosul de Paris, folosit în diferite scopuri: atele chirurgicale, matrițe de turnare şi modelare; se obţine prin arderea pulberi de ghips-obţinută prin măcinarea ghipsului, CaSO4.2H2O la 150-165 C, unde trei sferturi din apa conţinută în pulbere se evaporă formând aşa-numitul ipsos de⁰ Paris (denumit după o carieră din regiunea Montmarte, Paris care a furnizat ghips ars pentru o perioadă lungă de timp); când pulberea-ipsosul se amestecă cu apă rezultă o pastă tare care, după întărire, va deveni din nou ghips-procesul este foarte important în reciclare şi poate fi repetat la nesfârşit.

2.Scurt istoricÎn Anglia, exploatarea şi prelucrarea resurselor de gips a început în jurul anului 1250, la

iniţiativa lui Henric al III-lea de a produce ipsos pentru construcţii. Această idee a fost împrumutată de la Paris. Din anul 1800, a început exploatarea gipsului din depozitul din Nottinghamshire, în Cumbria exploatarea de suprafaţă a început în 1828 iar cea subterană din 1895. Începând cu anul 1974, pe piaţa engleză de exploatare a gipsului operau 5 mari companii care au fost preluate, din 1994, de BRB Indutris Ltd- British Gypsum. (Brook, 2010)

3.Importanţă gipsÎn Anglia, atât gipsul cât şi anhidritul sunt minerale de importanţă economică naţională

utilizate în diferite ramuri industriale. În natură, acestea apar sub formă de mase netede sau nodulare care pot avea până la câţiva metri grosime fiind produsul evaporării apei marine. Gipsul se formează prin hidratarea anhidritului de la suprafaţă care, de regulă, trece la anhidrit sub 40-50m adâncime, variind în funcţie de condiţiile geografice locale. Comparativ cu gipsul, anhidritul apare mai mult în adâncime.(Skinner et al., 2004)

Gipsul sintetic (sulfatul de calciu) poate fi considerat un produs al diferitelor procese industriale şi cuprinde: desulfo-gipsul, titano-gipsul, fluoro-gipsul, boro-gipsul. Cel mai important proces industrial de obţinere a gipsului sintetic este desulfurizarea gazelor de evacuare – FGD, prin care dioxidul de sulf este captat din emisiile staţiilor de ardere a cărbunilor. Cantitatea de desulfo-gips rezultată depinde de capacitatea termocentralei şi de conţinutul de sulf din cărbune. Produsul rezultat, numit şi desulfo-gips, este utilizat pentru a suplimenta cerea de gips natural în diferite procese industriale. De regulă, în Anglia, gipsul sintetic are o puritate mult mai ridicată - 96% decât gipsului natural - 80%.

Titano-gipsul este o altă sursă de gips sintetic rezultat în urma procesului de obţinere al dioxidului de titan, un pigment artificial, inert din punct de vedere chimic.

Fluoro-gipsul este generat în timpul producţiei de acid fluorhidric şi acid sulfhidric prin prelucrarea fluorinei. Acidul fluorhidric este utilizat în diferite procese industriale printre care şi fabricarea produselor ce conţin substanţe fluorurate, cum ar fi teflonul sau agenţi frigorifici.

Boro-gipsul este obţinut la fabricile ce rafinează boraţi de calciu pentru a produce borax şi acid boric.

De asemenea, gipsul precipită pe membranele osmotice, membranele cu osmoza inversă sau în procesul de nanofiltrare, metode utilizate la purificarea apei sărate, dulci sau a apei uzate unde concentrațiile de calciu şi sulfaţi sunt ridicate. Aceste concentraţii sunt un obstacol în procesul de potabilizare al apei.

4.Necesarul de gips-Anglia

4

În Anglia, cerea de gips vine, în special, din partea companiilor din sectorul construcţiilor unde gipsul este utilizat în producerea ipsosului, a gipscartonului şi a cimentului. În viitorul apropiat, datorită extinderii zonelor locuibile va creşte şi numărului de noi şcoli, spitale, case de locuit, centre comerciale, birouri ceea ce va duce şi la creşterea cererii de materiale de construcţii şi a materiilor prime utilizate, printre care şi gips.

Gipsul este utilizat în special în producerea ipsosului şi a gips-cartonului, mineralul devenind materia primă pentru industria producătoare de materiale de construcții. În ultima perioadă, gipsul sintetic este utilizat în producerea gips-cartonului, în timp ce gipsul natural este utilizat la producerea ipsosului datorită conţinutul ridicat de argilă, mult mai uşor de folosit. În Anglia, anhidritul a fost exploatat la scară largă fiind sursă primă de sulf pentru producerea îngrăşămintelor – sulfat de amoniu şi acid sulfuric.

Pe de altă parte, anhidritul este utilizat în amestec cu gipsul pentru a produce cimentul de Portland, unul dintre cele mai utilizate tipuri de ciment. Producția cimentului începe în cariera de calcar, cu excavarea pietrei de calcar și a argilei. Apoi, acestea sunt sfârâmate în bucăți de mărimea unei monede şi împreună cu un material care conţine fier, sunt omogenizate într-o pudră, numită ”faină brută”. ,,Făina brută” este încălzită la o temperatură de 1.450 ˚C. Această temperatură transformă ,,făina” într-un material nou, numit clincher. Clincherul este răcit brusc, se amestecă cu gips şi este măcinat până se transformă într-o pulbere fină. Acesta este cimentul Portland. Pentru obținerea diferitelor tipuri de ciment se adaugă zgură si/sau cenușă de termocentrală (material ce rezultă din arderea cărbunelui sau a altor materiale de proveniență minerală).

În ceea ce priveşte exploatarea gipsului în Anglia, începând cu anii 90, se observă un declin în exploatarea gipsului natural datorită apariţiei desulfo-gipsului. La nivelul anului 2004, cantitatea de desulfo-gips produs a fost de 1.400.000 tone fiind în continuă creştere datorită extinderii instalaţiilor de tip FGD (Fig.2). Deşi se urmăreşte scăderea cantităţii de cărbune utilizat în termocentrale şi utilizarea bio-combustibililor, care vor genera mai puţin desulfo-gips, aceasta va fi compensată de noile fabricii ce se vor construi. Industria gipsului nu se bazează pe desulfo-gips ca o sursă pe termen lung.

5

Gips/anhidrit Importuri Gips sinteticdesulfo-gips,titano-gips

1.7milioane t 0.8 milioane t1.4 milioane t

Cantitatea totală: 3.9milioane t

Plăci gips-cartonTencuială,Ipsos1.0 milion t

Alte folosinţa0.3 milioane t

Ciment 0.6 milioane t

Fig.2. Necesarul şi consumul de gips la nivelul anului 2004, Anglia(Mineral Planning Factsheet)

5.ComerţPână în anii 80, rezervele de gips ale Angliei erau suficiente pentru acoperirea

necesităţilor naţionale, însă o dată cu extinderea companiilor multi-naţionale care nu aveau acces la rezerve de gips autohtone, necesarul de gips a crescut semnificativ. Astfel, a început importarea gipsului natural şi sintetic din sud-estul Spaniei şi Germania. (Pellant, 1992)

6.ResurseGipsul şi anhidritul sunt minerale ce se găsesc în Anglia în rocile ce datează din Permian

şi Triassic, şi mai puţin în cele din Jurasic. Gipsul fiind uşor solubil şi dizolvându-se foarte rapid în apropierea suprafeţei, resursele acestuia sunt mult mai limitate comparativ cu cele de anhidrit. Rezervele de gips din Anglia au circa 50.000.000 tone de gips, aceasta fiind suficientă pentru următorii 40 de ani. (Pellant, 1992)

Cele mai importante rezerve de gips se găsesc în depozitul Tutbury Gypsum din Leicestershire, Nottinghamshire, Staffordshire şi depozitul Newark Gypsum din estul Nottinghamshire (reprezentate cu albastru- depozitele de vârstă Jurasică, roz-depozitele de vârstă Triasică şi bej pentru cele de vârstă Permiană - Fig.3.). Depozitul de gips Tutbury se prezintă sub forma unui singur layer cu o grosime de aproximativ 3,5m şi este adus la suprafaţă doar prin

6

lucrările subterane ce au loc în minele: Barrow Mine din Leicestershire – are circa 18.000.000 tone gips, alimentând una dintre cele mai mari fabrici de tencuieli din Anglia, Marblaegis Mine din Nottinghamshire şi Fauld Mine din Staffordshire având aproximativ 4.000.000 tone gips – gipsul fiind utilizat în industria cimentului (Fig.4.).

Fig.3. Hartă geologică, Marea Britanie (http://www.thegeologytrusts.org/pub/our-earth-heritage/)

În contrast, depozitul Newark se prezintă sub forma unor benzi nodulare (Fig.5.) de diferite grosimi şi cu grad de puritate diferit, întinzându-se pe 15-18m. Benzile individuale de gips au între 0,3-1m şi sunt exploatate prin lucrări de suprafaţă, adăpostind circa 10.000.000 tone gips. Unele din aceste benzi de gips au un grad de puritate foarte ridicat, fiind sursa principală de gips de calitate superioară din Anglia.

7

Fig.4. Principalele exploatări subterane, de suprafaţă şi fabrici de prelucrare a gipsului(Mineral Planning Factsheet)

Fig.5. Benzi nodulare de gips, mina Marblaegis

Depozitele de gips şi anhidrit din Cumbria apar în rocile de vârstă Permiană, în Valey of Eden, adăpostind circa 6.000.000 tone gips ce este prelucrat la fabrica Kirkby Thore (Fig.6.). Cel

8

mai mare depozit de gips se găseşte la East Sussex, Leicestershire, în rocile de vârstă Jurasică ce adăpostes circa 20.000.000 tone gips.

Fig.6. Fabrica British Gypsum, Kirkby Thore

7.Exploatare şi prelucrare gipsuluiÎn proporţie de 80%, gipsul şi anhidritul sunt aduse la suprafaţă prin mineritul subteran

utilizând metoda pilonilor (Fig.7) şi a galeriilor (Fig.8) şi tehnici de forare şi explozie. Metoda de minerit prin piloni şi galerii este una din cele mai vechi metode şi presupune extragerea materialului pe un plan orizontal şi lăsarea unor aşa-numiţi piloni de rocă neatinşi. Aceşti piloni vor susţine pereţii minei şi vor împiedica prăbuşirea stratului superior al minei permiţând accesul în toate galeriile formate. Numărul şi grosimea acestor piloni sunt foarte importante atât pentru siguranţa minerilor cât şi pentru rentabilitatea minei. (Brook, 2010)

Fig.7. Metoda pilonilor, mina Marblaegis Fig.8. Formare galerie, mina Marblaegis

Forarea şi explozia au impact mai mic asupra zonelor înconjurătoare şi permit o mai bună recuperare a resurselor. Aceste metode de minerit au o rata de extragere a mineralului de peste 75%, nu generează surpări şi nu produc deşeuri semnificative. (Brook, 2010)

9

În Anglia, în minele subterane de gips sau anhidrit se lucrează în trei schimburi, pentru a asigura continuitatea exploatării şi a satisface cererea de pe piaţă. De regulă, se desprinde roca cu ajutorul explozivilor sau a maşinilor de dragat (Fig.9), apoi gipsul este sfărâmat în subteran cu maşini speciale (Fig.10), materialul rezultat este adus la suprafaţă cu ajutorul benzilor electrice (Fig.11) sau a mini-vagoanelor. La suprafaţă, gipsul este filtrat pentru a elimina argilitul apoi este sfărâmat din nou şi pisat până se transformă într-o pudră fină. (Brook, 2010)

Fig.9. Scoaterea gipsului din rocă, Fig.10. Sfărâmarea gipsului în subteran, mina, Marblaegis mina Marblaegis

Fig.11. Benzi transportatoare de gips, mina Marblaegis

Exploatarea în suprafaţă a gipsului presupune dislocarea şi excavarea mineralelor din rocă (cu ajutorul excavatoarelor de mare capacitate – Fig.12), încărcarea şi transportarea acestora cu maşini speciale către staţiile sortare, apoi sfărâmarea şi sortarea acestora la staţiile de sortare (Fig.13) şi transportarea către fabricile de prelucrare din apropiere.

10

Fig.12. Extragerea mineralelor, Fig.13. Sfărâmarea şi sortarea mineralelor, exploatarea Bantycock exploatarea Bantycock

Gipsul sau anhidritul utilizat la fabricarea cimentului este furnizat fabricilor doar sfărâmat pentru a putea fi amestecat cu clincher iar cel folosit la fabricarea ipsosului este pisat până se transformă într-o pudră fină apoi este tratat termic pentru a elimina trei sferturi din apa conţinută. (Brook, 2010)

8.Reciclare În ceea ce priveşte reciclare produselor/materiilor secundare rezultate în urma proceselor

industriale, doar gipsul sintetic pare a fi o problemă pentru mediul înconjurător. Dintre tipurile de gips sintetic, cel mai dăunător pentru mediu este desulfo-gipsul care presupune îndepărtarea dioxidului de sulf din emisiile termocentralelor. Dioxidul de sulf este unul dintre principali poluanţi gazoşi emişi de activităţilor antropice care formează depozite acide cu efecte negative atât asupra mediului cât şi a sănătăţii umane.

În ultimul deceniu, la termocentralele din Anglia, cantitatea de desulfo-gips produsă a fost mult mai mică decât se anticipa datorită, atât, conţinutul redus de sulf din cărbunele utilizat cât şi cantităţii mici de curent electric produs. În condiţiile unei dezvoltări durabile, desulfo-gipsul este considerat un produs ce poate înlocui gipsul natural însă, pentru acţiunile pe termen lung apar câteva inconveniente:- desulfo-gipsul este un produs rezultat în urma arderii cărbunelui de la termocentrale, scăzându-le eficiența;- cărbunele utilizat în prezent în termocentralele din Anglia este importat şi are un conţinut scăzut de sulf comparativ cu cel autohton;- costurile instalaţiilor de producere a desulfo-gipsului sunt comparabile cu costurile exploatării şi prelucrării gipsului natural;- se urmăreşte înlocuirea termocentralelor cu alte metode ce nu vor avea efecte negative asupra mediului determinând astfel şi scăderea cantităţii de desulfo-gips.

Uniunea Europeană a impus prin Directiva Landfill (Council Directive 99/31/EC, 26 aprilie 1999)  reciclarea deşeurilor rezultate atât în urma exploatării cât şi a prelucrării gipsului natural şi sintetic. Se permite doar depozitarea gipsului care conţine mai puţin de 10% sulfat de

11

calciu. Avantajul procesării acestui mineral este reprezentat de faptul că gipsul poate fi reciclat nelimitat pentru a obţine plăci de ghips-carton.

Anglia a introdus un serviciu special de colectare a deşeurilor din construcţii şi demolării – gips-carton şi ipsos, sau a deşeurilor rezultate în urma prelucrării gipsului pentru a asigura reciclarea acestora. Acest serviciu aparţine companiei Mid UK Recycling Limited care asigură colectarea deşeurilor, selectarea, curăţarea, tratarea, sfărâmarea şi pisarea până se transformă întro-o pudră fină ce va fi împachetată şi re-introdusă în procesul de prelucrare (Fig. 14-15).

Fig.14. Plăci ghips-carton, sfărâmate Fig.15. Deşeuri de ghips-carton împachetate

9.Depozitele de gips şi tasarea/surparea - studiu de caz zona RiponÎn arealul Ripon, gipsul din rocile Permiene este rezultatul precipitării apei marine; acesta

fost acoperit de rocile noi formate, s-a deshidratat şi a format anhidritul. Prin erodarea straturilor mai tinere, anhidritul reacţionează cu apele subterane formând, în apropierea suprafeţei, gipsul.Expunerea continuă a gipsului la apele subterane nesaturate în sulfat de calciu va conduce la dizolvarea rapidă şi la formarea unor sisteme de peşteri sau fisuri subterane de diferite dimensiuni. Arealele susceptibile la dizolvarea gipsului din subteran reprezintă o problemă destul de gravă atât pentru inginerii cât şi pentru urbanişti. Cea mai afectată zonă de astfel de surpări şi fisuri este zona Ripon, de pe coasta de est a Angliei. (Cooper, 2006)

Atât factorii geologici cât şi cei hidrogeologici au un rol foarte important în dizolvarea gipsului. Geologia acestei zone se prezintă sub forma rocilor de vârstă Permiană acoperite cu depozite superficiale (terase post-glaciale, sedimente aluviale, depozite holocene de turbă). Trebuie de subliniat faptul că deşi în zona Ripon, surpările au afectat câteva locuinţe şi anexe (Fig. 16-17), pagubele produse şi riscul la care oamenii sunt expuşi nu se poate compara cu riscul şi efectele inundaţiilor din zonă. Specialişti afirmă faptul că pe o suprafaţă de 30km2, în timpul unui an, are loc, în medie, un singur eveniment de acest fel – surpare sau fisură. (Cooper, 2006)

12

Fig.16 Surparea unui garaj, Ripon Fig.17. Surparea unei suprafeţe de teren agricol,Ripon

ConcluziiSe poate afirma faptul că, în viitor, cererea de gips va creşte considerabil, asemenea

necesarului de alte materiale prime utilizate în construcţii. Gipsul sintetic nu poate fi considerat un înlocuitor permanent al gipsului natural pentru că depinde de arderea cărbunelui în termocentrale. O dată cu încetarea utilizări termocentralelor, cantitatea de gips sintetic va scădea iar exploatarea resurselor naturale de gips şi importurile vor creşte semnificativ.

O dată cu incertitudinile în cantitatea de gips sintetic disponibilă şi creşterea costurilor importurilor va fi necesară descoperirea unor noi materiale indigene pentru a înlocui gipsul natural şi a acoperi cerea de pe piaţă.

Bibliografie1. Pellant C., 1992, Rocks and minerals, Dorling Kindersley Limited, London;

13

2. Wenk R., Bulakh A., 2004, , Cambridge University Press, London;3. Toghill P., 2004, The geology of the Britain – An introduction, Airlife Publishing,

London;4. Skinner B., Porter S., Park J., 2004, Dynamic Earth- An introduction to physical

geology, Willey and Sons, London;5. Woodcock N., 2005, Geology and environment of Britain and Ireland, University

College Press, London;6. Porter R., 2008, The making of geology-Earth Science in Britain 1660-1815,

Cambridge University Press, London;7. Miller F., Vandome A., McBrewster J., 2010, Geology of Great Britain ,VDM Publishing

House, London;8. Wood R., 1978, On the rocks: A geology of Britain, BBC Books, Manchester;9. Ramsay A., 2008, The physical geology and geography of Great Britain, BiblioBazaar,

London;10. Stationary Office of Price, 1978, British Gypsum Ltd. - Increases in the Prices of Gypsum

and related products, The Stationary office Press, UK:11. Auvray et al., 2004, The aging of gypsum in underground mines, Engineering geology,

Vol. 74, Issues 3-4, Pg. 183-196;12. ***Brook D., 2010, Apects of gypsum, Harrow and Hillingdon Geological Society,

http://www.hhgs.org.uk/monthly_meetings/previous_meetings/aspects_of_gypsum/aspects_of_gypsum.htm, 10 Martie, 2012;

13. ***British Gypsum Ltd., http://www.british-gypsum.com/, 12 Martie, 2012;14. ***Gypsum supplies group, http://www.gypsumsupplies.co.uk/, 15 martie, 2012;15. ***Mineral planning factsheet, British Geological Survey, www. gypsum supplies.co. uk/ ,

21 Martie, 2012;16. ***Gypsum and plasteboard wastes, Environmental Agency, http://www.environment-

agency.gov.uk/business/topics/waste/32148.aspx, 21 Martie, 2012;17. ***Cooper, A., 2006, Gypsum dissolution geohazards at Ripon, North Yorkshire, UK,

http://iaeg2006.geolsoc.org.uk/cd/PAPERS/TRIPUK2.PDF, 21 Martie 2012;18. ***Dunster A., 2007, Flue gas desulphurisation – FGD, gypsum in plasterboard

manufacture, http://www.smartwaste.co.uk/filelibrary/Plasterboard_FGD_gypsum.pdf, 21 Martie 2012;

19. ***Partial financial impact assessment of a quality protocol for the production an duse of gypsum from waste plasterboard, Environmental Agency, http://www.environment-agency.gov.uk/static/documents/Business/Financial_impact_assessment_for_gypsum__.pdf, 21 Martie, 2012.

20. ***The Geology Trust, http://www.thegeologytrusts.org/pub/our-earth-heritage/, 27 Martie, 2012.

14