Анализ существующих технологий производства вяжущего

 

 

             Кафедра: Строительные материалы  и технологии

 

                   Производство  ангидритового вяжущего

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Вяжущие вещества»

             

 

 

 

               

                                                       

:

 

 

 

 

 

 

                              Саратов 2013

 

 

                                               Реферат

         Данный курсовой проект состоит из пояснительной записки, содержащей  … листов печатного текста, ….рисунков, ….таблиц  и графической части, состоящей из четырех листов формата А4 (Технологическая схема производства, план и разрезы (продольный, поперечный) с компоновкой оборудования.)

      

 Ключевые  слова: конусная дробилка,  неподвижный  конус, подвижный конус, эксцентрик, станина. 

 

         В проекте рассмотрены основные  параметры и подробное описание  основных деталей конусной дробилки, предназначенной  для производства  кубовидного щебня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             Содержание

Введение………………………………………………………………

3.Анализ  существующих технологий производства  вяжущего

1.1.Характеристика  выпускаемого вяжущего…………………….

1.2.Характеристика  сырьевых материалов для производства  вяжущего……………………………………………………………

1.3.выбор  и обоснование технологии производства  вяжущего...

1.4.Новое  в производстве вяжущего.………………………………

4.Технологическая  часть

2.1.Режим работы предприятия……………………………………

2.2.Расчет  производительности предприятия…………………….

2.3.Расчет  состава сырьевой смеси………………………………… 

2.4.Расчет  потребности предприятия в сырьевых  материалах…..

2.5.Выбор  технологического оборудования………………………

2.6.Расчет  складов  сырьевых материалов  и готовой продукции..

2.7.Разработка  технологии производства вяжущего………………

3.Контроль  производства и качества выпускаемой  продукции….

4.Охрана  труда  на предприятии……………………………………

Заключение……………………………………………………………

Список литературы…………………………………………………..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     Введение

      Целью данного курсового проекта является построение технологической линии по производству ангидритового вяжущего - преимущественно нового вяжущего, отвечающего необходимым требованиям, более дешевого, прочного, менее энергоемкого. Задачи: расчет функциональной схемы режима работы предприятия, расчет производительности предприятия, расчет состава сырьевой смеси,расчет потребности предприятия в сырьевых материалах. Выбор технологического оборудования, расчет складов сырьевых материалов и готовой продукции. Разработка технологии производства вяжущего.

Альтернатива  гипсу — ангидритовый цемент. Трудно переоценить использование в  жилищном строительстве гипса и  изделий на его основе. Долговечность, огне- и пожаростойкость, возможность изготовления изделий, отвечающих высоким требованиям архитектуры, экологическая безопасность эксплуатации материалов обеспечивают гипсовым материалам такие преимущества, благодаря которым их применение должно стать приоритетным в строительстве и реконструкции зданий.

Гипсовые  материалы и технологии строительства  прочно вошли в нашу жизнь. Современная  номенклатура изделий на основе гипса  разнообразна. Это в первую очередь  гипсовые вяжущие и сухие смеси, гипсокартонные листы, плиты и панели перегородок, акустические и отделочные плиты и т. д.

В зависимости  от исходного сырья и технологии его переработки получают следующие  вяжущие материалы: гипс строительный, гипс формовочный, гипс высокопрочный, ангидритовое вяжущее вещество, высокообжиговый гипс, гипсовые вяжущие вещества из гипсосодержащих пород.

Строительный  гипс. Строительный гипс (ГОСТ 125—70) —  низкообжиговое вяжущее вещество, получаемое путем термической обработки природного гипсового камня, измельченного до или после этой обработки.

Формовочный гипс. Формовочный гипс (МРТУ 2131—67) предназначается для производства архитектурных изделий. Для изготовления формовочного гипса сырье должно содержать не менее 96% CaS04*2H20. Его измельчают значительно тоньше, чем при получении строительного гипса, поэтому формовочный гипс схватывается быстрее, обладает большей прочностью — 300—500 кгс/см2.

Высокопрочный гипс. Высокопрочный (технический) гипс получают обработкой дробленого гипсового  камня паром при давлении до 1,3 кгс/см2 и температуре 124° С с последующей сушкой при температуре 140—160° С и размолом в порошок. При этом получаются более крупные кристаллы CaSО4*0,5H2O, чем у строительного гипса. Такая структура полуводного гипса обладает меньшей водопотребностью (40—45%), что позволяет получать более плотные и прочные растворы. Так, их прочность через 7 суток достигает 150—400 кгс/см2. Используется он в основном для нужд металлургической промышленности; в отделочных работах его целесообразнее применять при изготовлении гипсовых изделий.

Однако  в настоящее время проблема применения гипсовых материалов, изготовляемых  на российских предприятиях, стоит  достаточно остро.

Во-первых, ощущается острый дефицит качественного  сырья, запасы гипсового камня первого  сорта на многих месторождениях практически  исчерпаны, так как перед заводами всегда стояла задача получения гипсовых вяжущих с высокими требованиями к качеству.

Во-вторых, себестоимость гипсового вяжущего очень высока, одной из причин этого  обстоятельства является низкая производительность существующего оборудования, к тому же, на большинстве действующих предприятий  продукция изготовляется на старом энергоемком оборудовании. Поэтому  получаемые на российских предприятиях гипсовые вяжущие часто имеют  высокую цену при низком уровне качества.

Альтернативным  выходом из сложившейся ситуации может быть применение неоправданно забытого ангидритового цемента. Этот материал, представляющий собой вяжущее, по области применения очень сходный со строительным гипсом. Также химическим производством нашей страны были накоплены большие запасы техногенных гипсов, например, отходов производства некоторых кислот. Эти продукты экологически безопасны и безвредны для здоровья человека. В их составе присутствует растворимый и нерастворимый ангидрит, а также полуводный и двуводный гипс.

       Ангидритовым вяжущим называется воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из безводного сернокислого кальция, получаемого обжигом природного двуводного гипса при 600—700 °С с последующим тонким помолом продукта обжига или из природного камня - ангидрита совместно с различными добавками—катализаторами. Ангидритовое вяжущее было предложено П. П. Будниковым следующего состава: известь — 2...5%; смесь бисульфата или сульфата натрия с железным или медным купоросом — по 0,5... 1% каждого; доломит, обожженный при 800...900°С, — 3...8%, основной гранулированный доменный шлак — 10...15%. Железный и медный купоросы уплотняют поверхность затвердевшего ангидритового цемента, вследствие чего катализаторы не выделяются и не образуют выцветы на поверхности изделия. Действие катализаторов объясняется тем, что ангидрит обладает способностью образовывать комплексные соединения с различными солями в воде неустойчивого сложного гидрата, который затем распадается, образуя CaSO₄•2H₂O.

  Производство строительных материалов на основе ангидритовых вяжущих в Германии берет начало в конце 40-х годов прошлого столетия (XX века). Основой для производства были месторождения природного ангидрита в Нижней Саксонии. С тех пор по сегодняшний день потребление ангидрита в строительной индустрии с каждым годом неуклонно растет. Одной из причин этому – низкая себестоимость вяжущего из природного ангидрита. Энергозатраты на его производство приблизительно в 12 раз ниже по сравнению с энергозатратами на изготовление такого же количества портландцемента и в 3 раза ниже по сравнению со строительным гипсом. При этом прочностные показатели ангидритового вяжущего сравнимы с портландцементом. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ существующих технологий производства вяжущего

       1.1 Характеристики ангидритового вяжущего

         Процесс твердения ангидритового цемента заключается в гидратации нерастворимого ангидрита с последующей его перекристаллизацией. В присутствии воды и катализатора на поверхности частиц ангидрита образуются неустойчивые сложные гидраты:

                 CaSO4+(соль)*nH2O→(соль)* mCaSO4*nH2O.

         Первичный неустойчивый гидрат типа (соль)* mCaSO4*nH2O распадается затем по реакции:

                 (соль)* mCaSO4*nH2O→ (соль)*H2O+ CaSo4*2H2O.

         Образовавшийся в результате гидратации ангидрита двугидрат кристаллизуется, в ходе чего происходит процесс схватывания и твердения цемента.

Теория  твердения ангидритового цемента  различает в этом процессе 3 основных периода:

1. Образование на поверхности частиц ангидрита комплексной соли, её распад, растворение ангидрита и его гидратация, причём её положительный тепловой эффект в значительной степени компенсируется отрицательным тепловым эффектом растворения;
2. Коллоидообразование (образование геля двуводного гипса) и выделение центров кристаллизации, ускоряющих кристаллизацию гидратированного ангидрита. В этот период, сопровождающийся быстрым выделением тепла, происходит схватывание ангидритового цемента;
3. Постепенная кристаллизация двуводного гипса (скорость кристаллизации зависит от природы катализатора), в ходе которой тепло выделяется в незначительном количестве. В этот период ангидритовый цемент твердеет.

 

Ход твердения  цемента может изменяться в зависимости  от различных факторов, например, от химического состава ангидрита, степени его измельчения, гранулометрического состава порошка, формы поверхности и пористости частиц ангидрита, однородности зерен, природы катализатора. Влиянием этих факторов и можно в значительной степени объяснить наблюдаемые иногда колебания в количестве выделяющегося тепла (при гидратации, схватывании и твердении) и в конечной прочности ангидритового цемента.

 В  отличие от полуводного гипса,  который в процессе гидратации  быстро и полно реагирует до  образования двугидрата, преобразование ангидрита в двуводный гипс зачастую не доходит до конца, а сама реакция протекает очень медленно.

Твердение этого вяжущего обусловлено образованием двугидрата. При твердении ангидритовый цемент в объеме не увеличивается. Ангидритовое вяжущее является воздушным вяжущим веществом. Гидравлическими свойствами он не обладает. После предварительного твердения во влажной среде ангидритовый цемент продолжает набирать прочность в воздушно-сухих условиях. При длительном хранении в воде прочность затвердевшего вяжущего снижается, а при последующем высыхании снова восстанавливается. Водостойкость ангидритового цемента несколько повышается при введении в него доменного шлака в качестве активнзатора.

Выделяют 2 способа ускорения реакции гидратации и активизации твердения ангидритового  вяжущего: повышение тонкости помола ангидрита и введение ускорителя твердения (активизатора).

Принцип действия активизаторов основывается на их способности влиять на процессы растворения ангидрита при затворении его водой. Процесс гидратации ангидрита в значительной мере зависит от вида активизатора. Наиболее распространенные способы активизации твердения можно разделить по химическому составу вводимых добавок:

• сульфатная активизация (с помощью сульфатов щелочных металлов, сульфатов тяжелых металлов, кислых сульфатов. Например, Na2S04, NaHS04, K2SO4, Al2(S04)3, FeS04),
• щелочная активизация (Ca(OH)2, NaOH)
• преимущественно щелочная активизация (портландцементный клинкер, доменный шлак, шлакопортландцемент и др.),
• смешанная активизация (щелочной компонент и добавка сульфата).

Известно, что сульфатные активизаторы повышают прочность, а щелочные придают материалу постоянство объема. Следовательно, каждому ангидриту для создания на его основе материала с комплексом заданных свойств требуется определенная комбинация, подходящих ему активизаторов твердения.

В ангидритовый цемент рекомендуется вводить известь  в количестве 3—5 %, смесь бисульфата или сульфата натрия с железным либо медным купоросом в количестве 0,5—1 % каждого. Обожженный доломит вводят в количестве 3—8 %, а основной гранулированный  доменный шлак— 10—15 %. Активизаторы добавляют в ангидритовый цемент обычно при помоле ангидрита. Те из них, которые хорошо растворимы в воде, можно вводить с водой затворения.

Наиболее  оптимальным для ангидритового  вяжущего является следующий режим  твердения: сначала влажная среда, а затем сушка. Максимальный остаток на сите с сеткой № 008—15%.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Характеристика сырьевых материалов для производства вяжущего

Гипсовый  ангидрит - горная порода осадочного происхождения, состоящая преимущественно из минерала - безводного сернокислого кальция CaSO4. Залежи ангидрита обычно подстилают слой двуводного гипса. Под действием грунтовых вод ангидрит медленно гидратируется и переходит в двуводный гипс. Поэтому в природе ангидрит редко состоит из одного безводного сернокислого кальция и обычно содержит до 5-10% и более двуводного гипса. Ангидрит - порода более плотная и прочная, чем двуводный гипс. Химически чистый ангидрит содержит, % по массе: СаО — 41,2; S03 — 58,8. Ангидрит состоит из преимущественно мелких кристаллов. Цвет имеет белый, сероватый, реже голубой, розоватый или тёмно-серый. Блеск стеклянный, излом неровный. Растворяется в H2S04, частично в НCl и очень слабо в воде. Во влажной среде медленно поглощает воду и переходит в гипс. вердение

       Таблица. 1.Химический состав ангидритового камня

Оксиды	Содержание оксида, %
CaO	39,0…40,8
SO3	55…58
SiO2	0,1…0,48
Al2O3	0,03
Fe2O3	3,60
MgO	0,1…2,7
H2O	2,1…5,46

 

 

                               Таблица.2.Показатели качества сырья

Свойства	Ангидрит
Истинная плотность, г/см3	2,89
Твёрдость по шкале Мооса	3,0…3,5
Предел прочности, МПа: при сжатии при растяжении	80 7
Коэффициент хрупкости	11,0
Температура плавления	1450
Удельная магнитная восприимчивость	-0,37*10-3
Диэлектрическая проницаемость	5,7…7,0
Истинная прочность	2900-3100 кг/м3

       В природе ангидрит встречается реже, чем двуводный гипс. В России месторождения ангидрита встречаются в Башкирии.

Содержание  гипса в гипсоангидритовом камне  определяют по серному ангидриту  SO3.

                          Таблица. 3.Сорта гипсоангидритового камня

Сорт	Содержание в гипсоангидритовом  камне, %, не менее
	Гипса и ангидрита в пересчете  на Ca(SO)4*2H2O	Серного ангидрита SO3
1	95	44,18
2	90	41,85
3	80	37,20

 

 

 

 

 

 

1.3 Выбор и обоснование технологии  производства вяжущего Анализ существующих технологических схем производства

В отечественной  и зарубежной практике для производства ангидритовых вяжущих используют различные гипсосодержащие отходы. Установлено, что для этих целей возможно использование гипсосодержащих отходов, которые практически непригодны для изготовления строительного и высокопрочного гипсов и состоят преимущественно из нерастворимого ангидрита (фторангидрита).

При этом, как и при производстве ангидритовых вяжущих из природного сырья, при  производстве этих вяжущих из гипсосодержащих отходов, имеют место два способа: обжиговый и безобжиговый.

Определенный  опыт получения ангидритовых вяжущих  из гипсосодержащих отходов накоплен в отечественной (МХТИ им. Д.И. Менделеева, ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова, НИУИФ, Минский НИИ строительных материалов и др.) и зарубежной (фирмы «Клаудиус Петере», «Бабкок-БШХ», «Кнауф», «Ламбер индустри» и другие) практике.

Свойства  вяжущего из природного ангидрита несколько  хуже, чем у приготовленного из искусственного обожженного ангидрита. При производстве ангидритового вяжущего гипсовый камень обжигается в шахтных или во вращающихся печах. Помол осуществляется после обжига.

Гипсовый  камень обжигают обычно в шахтных  печах с выносными топками  или во вращающихся печах. При  обжиге в шахтных печах его  предварительно измельчают в щековых  дробилках до кусков размеров 50—100 мм, а во вращающихся — до 30—40 мм. При производстве ангидритового  цемента из природного ангидрита  последний лишь сушат при 170—180 °С для улучшения размалываемости.

Отделочный  цемент получают также обжигом природного гипсового камня при 600...750°С с последующим затворением измельченного ангидрита растворами квасцов, буры и других солей при концентрации их из расчета 2...3% массы ангидрита. Отделочный цемент, получаемый при двустадийном обжиге, характеризуется улучшенными свойствами.

На заводах  фирмы «Лафарж» для дегидратации гипсового сырья используют установку фирмы «Келсайдин». По этой технологии порошкообразный материал подается сверху в реактор. Дегидратация гипсового порошка происходит во взвешенном состоянии при его передвижении вниз, благодаря газовоздушному теплоносителю, поступающему в реактор из генератора тепла. Готовый продукт выгружается в нижней части реактора.

Фирмы «Бабкок-БШХ» и «Кнауф» используют для производства ангидритового или многофазового гипсового вяжущего колосниковую печь. В этом случае куски гипсового сырья различных фракций размером 5...50 мм укладывают на колосниковую решетку слоями. Решетка движется со скоростью 20...35 м/ч. Температура верхнего слоя материала в камере обжига не превышает 700°С, а нижнего - 300°С. Производительность колосниковых печей достигает 1200 т/сут.

На колосниковой решетке гипсовое сырье не подвергается истиранию. Это позволяет получать материал требуемого зернового состава. Производство практически не пылит, а поэтому не требует установки  обеспыливающих устройств.

В этой схеме  предусмотрено вторичное использование  теплоносителя с температурой 230...270°С путем подачи из зоны охлаждения и обжига в камеру сгорания. Термическая эффективность агрегата при этом превышает 70%.

Производство строительного гипса из плотной гипсовой породы состоит из трех главных операций: дробления гипсового камня, помола и обжига материала.

Основные способы производства строительного гипса, применяемые в настоящее время, можно разделить на следующие три группы,

характеризующиеся:

1.предварительной сушкой и измельчением сырья в порошок с последующей дегидратацией гипса (обжиг гипса в гипсоварочных котлах);

2.обжигом гипса в виде кусков различных размеров в шахтных, вращающихся и других печах; полугидрат в порошок измельчают после обжига;

3.совмещением операций сушки, помола и обжига двуводного гипса.

Строительный гипс на установках совмещенного помола и обжига получают по следующей схеме.

Добываемый гипсовый камень имеет влажность W = 5%, а также содержит  92% CaSO4∙2H2O и 8% примесей. Насыпная плотность гипса составляет 1,35 г/см³.

Из карьера на завод гипсовый камень попадает с помощью автотранспорта. Выбор автотранспорта  обусловлен более низкими затратами по сравнению с другими видами транспортировки. На завод гипс попадает в виде кусков размером  до 300 мм, что вызывает необходимость его дробления.

Гипсовый камень выгружается в траншейно-бункерный склад, находящийся ниже уровня земли. Поступающий со склада гипсовый камень загружают в бункер, откуда он ленточным транспортером  направляется в щековую дробилку, где измельчается до частиц размером 100 мм, а затем через ленточный транспортер и магнитный сепаратор  в молотковую дробилку, где измельчается до частиц размером не более 10-15 мм в поперечнике. Раздробленный материал элеватором  и питателем  через расходный бункер подают в шаровую мельницу, в которой гипсовый щебень проходит совместный помол и обжиг. В шаровую мельницу из специальной топки поступают дымовые газы с температурой 600-700 0С. В мельнице материал в процессе измельчения дегидратируется до полуводной модификации, выносится из нее газовым потоком, проходит через сепаратор, где выделяются крупные частицы, поступающие через классификационную спираль обратно на дополнительное измельчение, и направляется в пылеосадительные устройства. В них обезвоженный гипс выделяется из газового потока и системой транспортных устройств  направляется на склад готовой продукции. Очищенные газы отсасываются винтовым пневмонасосом. Воздух, пройдя рукавные фильтры, уходит из силоса в атмосферу .

Силосы соединяются между собой трубками, по которым воздух может переходить из одного силоса в другой и удаляться через один или сразу через несколько фильтров. Наполнение силоса контролируется тензометрами.

Разгружаются силосы пневматически. Для этого днище силоса устроено с наклоном, а 20-25% площади покрыто коробками с аэроплитами. В коробке под давлением нагнетается охлаждённый и обезвоженный воздух. Насыщенный воздухом гипс приобретает свойства жидкости и стекает в отверстие в центре днища. Аэрация силоса служит также для того, чтобы гипс не слёживался и охлаждался.

Разгружают силосы с помощью донного пневморазгружателя, который работает следующим образом. Через воронку разгружателя гипс попадает на аэроплиты, к которым подводится сжатый воздух. Гипс на этих плитах насыщается проходящим через них воздухом и приобретает текучесть. Легкоподвижный гипс транспортируется сжатым воздухом, дополнительно подаваемым в коробку шибера, и направляется к разгрузочному патрубку. Поток гипса можно регулировать и полностью выключать коническим клапаном. Между воронкой и аэроплитами установлена задвижка, служащая для полного отключения подачи гипса из силоса в разгружатель. 

Выбор оборудования осуществляется исходя их потребной производительности для каждой операции по справочникам и каталогам.

 

 

 

          1.4. Новое в производстве вяжущего

При изучении вопроса выявлено, что  наиболее перспективным с точки  зрения использования в производстве строительных материалов является фторангидрит, он не требует обжига, свойства его легко регулируются. Фторангидрит – отход производства плавиковой кислоты – образуется в результате реакции флюорита с 98-% серной кислотой: CaF2+H2SO4→CaSO4 + 2HF . Утилизация огромных отвалов фторангидрита окажет положительное влияние на окружающую среду, а использование техногенного сульфата кальция в строительных материалах позволит обеспечить им высокую конкурентоспособность за счет низкой цены вяжущего.

 Фторангидрит состоит из очень мелких первичных кристаллов CaSO4, агломерированных во вторичные агрегаты. Благодаря высокой удельной поверхности он обладает некоторой реакционной способностью. Природный ангидрит представляет собой крупные кристаллы и приобретает реакционную способность лишь при очень тонком измельчении. Таким образом, фторангидритовое вяжущее без добавок обладает низкой активностью, что определяет его медленное схватывание, набор прочности, низкую степень гидратации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Технология производства ангидритового  вяжущего на основе                  техногенного ангидрита

 

Исследование  технологических параметров позволило  разработать технологию производства ангидритового вяжущего (рисунок 6).

 

Кислый 

техногенный

ангидрит 

Известняк

(Sуд=550-600 м²/кг)

Дозирование

Нейтрализация в

стержневой мельнице

Негашеная

известь

(Sуд=250-300 м²/кг)

Дозирование

Помол ангидритового

вяжущего 

Склад готовой  продукции

Добавка –

 ускоритель 

схватывания

Нейтрализованный  до рН~7-8

техногенный

ангидрит

Рисунок 6 –  Технология производства ангидритового  вяжущего на основе               техногенного ангидрита 

 

Опытные партии вяжущих на основе техногенного ангидрита, а именно, ангидритового  вяжущего воздушного твердения и  композиционного ангидритового  вяжущего повышенной водостойкости  оптимальных составов были использованы при проведении опытно-промышленных испытаний строительных материалов на их основе.

 

 

 

 

                       4.Технологическая часть

                   2.1 Режим работы предприятия

Режим работы предприятия определяется в зависимости  от характера производства и мощности предприятия. Производство гипса осуществляется в шаровой мельнице путем совместного  помола и обжига, где целесообразнее выбирать непрерывную работу оборудования(305 дней  в году), выбираем режим работы в 3 смены, по 8 часов каждая.

Вычисляем годовой  фонд времени при 3-хсменном режиме работы ,

где m – число  выходных и праздников (m = 60).

Годовой фонд времени работы технического оборудования составляет:

, 
где k_и – коэффициент использования оборудования (0,85-0,95).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     2.2 Расчет производительности предприятия

Производительность  предприятия по годовой продукции  определяется по формулам:

т/сутки,

 т/смена,

т/час, 
где N – число рабочих дней; P – число смен (P = 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      2.3 Расчет состава сырьевой смеси