Производство гипсовых вяжущих

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

Факультет дистанционных образовательных технологий

Кафедра технологии цемента и композиционных материалов

Курсовая работа

По дисциплине: «Химия вяжущих материалов»

на тему: «Производство гипсовых вяжущих»

Выполнил:

Студент гр. 13ХЦд-31в

Терехов А.Н.

Принял:

Горбачева М.М.

Искитим 2011

Содержание

Введение

1. Характеристика гипсового вяжущего

2. Способы получения гипсовых вяжущих

3. Химия гипсовых вяжущих

4. Применение, изготовление

5. Расчет количества оборудования

6. Заключение

Введение

Гипсовые материалы и изделия относятся к прогрессивным строительным материалам благодаря простоте, экономичности и малой энергоемкости производства гипсовых вяжущих (на производство 1 т гипсового вяжущего расходуется соответственно в 4,5 и 4,9 раза меньше топлива и электроэнергии, чем на производство 1 т портландцемента). Страна располагает достаточными запасами природного гипсового сырья и огромным количеством гипсосодержащих отходов.

Отечественный и зарубежный опыт применения гипсовых материалов в строительстве и результаты научно - исследовательских разработок в этой области показывают, что применение гипсовых материалов совершенно недостаточно. Перегородки из гипсокартонных листов (ГКЛ) и в некоторых случаях из пазогребневых плит, подвесные потолки, ряд отделочных материалов в помещениях с относительной влажностью воздуха до 75 % - в настоящее время наиболее известные варианты применения гипсовых изделий. Значительно меньше гипсовые материалы применяются в шпаклевках, клеях, штукатурных растворах. И совсем мало в качестве теплоизоляционных ячеистых бетонов (пеногипс, газогипс). Фосфогипс и вяжущие на его основе, несмотря на доказанную перспективность, практически не применяются для устройства оснований автомобильных дорог и в качестве добавок в асфальтобетонные смеси, и едва ли не фантастикой представляется для многих строителей возможность получения надежного гипсобетона для возведения жилых и производственных зданий.

Это обусловлено рядом отрицательных свойств как гипсовых вяжущих, так и изделий на их основе. Так, вяжущие на основе полугидрата сульфата кальция (строительный гипс) обладают высокой водопотребностью (50 - 70%), низкой водостойкостью, а изделия из них характеризуются значительной ползучестью при увлажнении, ограниченной прочностью, малой морозостойкостью, необходимостью длительной сушки изделий при их производстве и др. недостаточное применение материалов из неводостойких гипсовых вяжущих даже в тех условиях, где они могли бы успешно применяться, связаны как с названными недостатками, так и вытекающими из этого опасениями потребителей.

1. Характеристика гипсового вяжущего

Гипсовые вяжущие - группа воздушных вяжущих веществ, в затвердевшем состоянии состоящих из двуводного сульфата кальция (CaSO4 • 2Н2О), включает в себя собственно гипсовые вяжущие (далее для краткости - гипс) и ангидритовые вяжущие (ангидритовый цемент и эстрихгипс).

Гипс (в строительной практике иногда используют устаревший термин алебастр от гр. alebastros - белый) - быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaSO4 • 0,5Н2О, получаемого низкотемпературной (< 200° С) обработ­кой гипсового сырья.

Гипсовые вяжущие вещества изготовляют из гипсо­вого камня, представляющего собой, в основном, двуводный гипс - CaSO4-2H2O, ангидрита, состоящего главным образом из безводного гипса - CaSО4, и неко­торых отходов химической промышленности, содержа­щих преимущественно двуводный или безводный суль­фат кальция. Химически чистый двуводный гипс состоит из 32,56% СаО; 46,51% SO3 и 20,93% воды, а ангид­рит - из 41,19% СаО и 58,81% SO3.

Двуводный гипс - мягкий минерал, его твердость по шкале Мооса равна 2. Твердость ангидрита колеблется в пределах 3-3,5. Плотность двуводного гипса 2,2-2,4, а ангидрита - 2,9-3,1. Растворимость двуводного гипса, пересчитан­ного на CaSO4 в воде, равна 2,05г в 1л воды при 20°С. Растворимость ангидрита - 1г на 1л воды.

Для производства гипсовых вяжущих веществ серь­езное значение имеет характер кристаллизации двувод­ного гипса (мелко - или крупнокристаллический) и нали­чие примесей (глины, кремнезема, известняка, органи­ческих веществ и некоторых других). Мелкокристалли­ческий гипс дегидратируется быстрее и при менее высо­кой температуре. Цвет гипсового камня, не содержащего существенного количества примесей, приближается к белому. Примеси придают гипсу различные оттенки. Окислы железа окрашивают его в желтовато-бурые то­на, а органические примеси - в серые. Небольшое ко­личество примесей, равномерно распределенное в массе сырья, не вызывает заметного ухудшения качества ко­нечного продукта. Вредно влияют крупные включения примесей. Известны месторождения глиногипса, носяще­го местные названия: гажа, ганч, арзык. Эти породы представляют собой смесь двуводного гипса, глины или лёсса и некоторого количества кремнезема и известняка. Примеси известняка в гипсовом камне являются баллас­том в производстве, так как гипсовый камень в этом слу­чае обжигается при невысоких температурах. В высоко­обжиговом гипсе, получаемом при температуре, прибли­жающейся к температуре разложения известняка или превышающей ее, примесь известняка повышает содер­жание свободной окиси кальция. Поэтому качество сырья оценивается в зависимости от его назначения, причем во всех случаях необходимо знать не только хи­мический состав, но и физическую структуру сырья и характер распределения в нем примесей. Содержание CaSO4·2H2O в предварительно высушенном до постоян­ной массы гипсовом камне должно быть согласно ГОСТ 4013-74 не менее 95, 90, 80 и 70% соответственно для 1, 2, 3 и 4-го сортов.

Повышенное количество примесей снижает качество строительного гипса, особенно недопустимо содержание примесей в сырье для производства формовочного, тех­нического и медицинского гипса. В тех районах, где сырье сильно загрязнено примесями, можно применять искусственное обогащение сырья, что улучшает качество материала и способствует расширению    сырьевой базы

Гипсовый камень применяется не только для изготов­ления гипсовых вяжущих, но и в качестве сырья для производства сульфатированных шлаковых цементов, для совместного получения портландцемента и серной кислоты, как добавка к портландцементу для замедле­ния сроков схватывания, а также во многих других про­изводствах.

Ангидрит вследствие частичной гидратации в естест­венных условиях содержит некоторое количество хими­чески связанной воды (до 8%). Обычно он белого цвета, но иногда примеси придают ему различные оттенки, которые позволяют использовать его для изготовления скульптур. Гипсовый камень широко распространен в природе, ангидрит встречается реже.

Из отходов химической промышленности, которые могут быть использованы для производства гипсовых вя­жущих, следует отметить фосфогипс, представляющий собой отход производства экстракционной фосфорной кислоты, содержащий до 96% двуводного сульфата каль­ция с примесью фосфатов, фторидов, кремнезема и неко­торых других соединений. Фосфогипс получают в виде шлама с большим количеством воды. В связи с тем что количество получаемого отхода с каждым годом возрас­тает, весьма важно использовать его для производства гипсовых вяжущих.

2. Способы получения гипсовых вяжущих

Производство строительного гипса, в основном, сос­тоит из дробления, помола и тепловой обработки - де­гидратации (обжига). При одних   технологических схемах помол предшествует обжигу, при других - следует за ним, иногда помол и обжиг совмещают в одном ап­парате. Дегидратация гипсового камня может осущест­вляться в варочных котлах, вращающихся печах (су­шильных барабанах), аппаратах для совместного помо­ла и обжига, запарочных аппаратах и некоторых других установках. В варочные котлы поступает материал, из­мельченный до требуемой конечной тонкости помола вя­жущего: во вращающиеся печи - с размером кусков от 10 до 35мм, а в запарочные аппараты — вплоть до 400мм. В связи с этим в одних случаях требуется лишь предварительное (до обжига) дробление материала, а в других - дробление и тонкое измельчение. Выбор того или иного обжигательного аппарата зависит от масшта­бов производства, свойств сырья, требуемого качества готовой продукции и ряда других факторов.

Дробят гипсовый камень в щековых, конусных и мо­лотковых дробилках. Помол гипсового камня, в котором содержится влага, затрудняется. Высушенный, а тем более обожженный гипс размалывается легче, расход электроэнергии в этом случае меньше. При тонком по­моле гипсового камня в шаровых мельницах и в некото­рых других аппаратах необходима предварительная его сушка, например в сушильных барабанах, с тем что­бы содержание влаги не превышало 1%. Целесообразно совместить процесс сушки и помола в одном аппарате, например в шахтной, ролико-маятниковой или шаровой мельнице. Наибольшее распространение получили шахт­ные мельницы.

Шахтная мельница состоит из быстроходной молот­ковой мельницы (рис. 2.1) и расположенной над ней пря­моугольной металлической шахты высотой 12—15 м. Горячие дымовые газы подаются из специального под­топка или гипсоварочных установок через сборный ка­нал и подводящие патрубки 1 в боковые каналы 2, от­куда поступают под ротор. Температура газов, поступа­ющих в мельницу, 300-500°С, а выходящих из мельни­цы – 85-105°С. Ниже места выхода теплоносителя из подводящих каналов расположена сама молотковая мельница, на вал 5 которой насажен ротор с кольцами. На них шарнирно укреплены молотки - била 3. На высоте около 1м от верхнего края помольной камеры укреп­ляется входная течка для подачи дробленого гипсового камня. Встречая при своем падении быстро вращающие­ся молотки, раздробленный до кусков размером не более 40мм гипсовый камень измельчается в тонкий по­рошок.

Поскольку в мельницу непрерывно поступают горя­чие газы, процесс помола идет одновременно с сушкой материала, а также с некоторой его дегидратацией. От­сасываемый вверх по шахте 4 поток газа одновременно сушит, сепарирует и транспортирует измельчаемый по­рошок.

Рис. 2.1 Шахтная мельница

Этот поток газов уносит в пылеосадительную систему те фракции материала, которые способны удерживаться во взвешенном состоянии при данных скорос­тях потока. Более крупные частицы выпадают из потока на определенной высоте и возвращаются на дополни­тельный помол. Скорость газов в шахте – 4-6 м/с. С ее увеличением помол становится более грубым, а с умень­шением - более тонким. Изготовляют шахтные мель­ницы различных размеров и производительности. Диа­метр ротора колеблется в пределах 800-1500 мм, а про­изводительность составляет 5-20 т/ч при остатке на си­те с сеткой № 02 измельченного продукта не выше 15%. Число бил в мельницах 21-100, частота вращения вала 730-960 оборотов в минуту.

При совмещении сушки и помола в одном аппарате любой конструкции необходимо направлять газопыле­вую смесь в пылеосадительные устройства. Обычно очистка производится в несколько ступеней. Для первой ступени очистки используют пылеосадительные камеры и циклоны, для второй ступени - циклоны и батарейные циклоны, а для третьей - электрофильтры, которые улавливают наиболее тонкие частицы.

Наиболее распространенный способ получения строи­тельного гипса - варка в гипсовых котлах.    Схема производства с применением варочных котлов приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема производства строительного гипса с применением ва­рочных котлов

1 - мостовой грейферный кран; 2 - бункер гипсового камня; 3 - лотковый питатель; 4 - щековая дробилка; 5, 6 — ленточные транспортеры; 7 - бункер гипсового щебня; 8- тарельчатый питатель; 9 - шахтная мельница; 10 - сдвоенный циклон; 11 - батарея циклонов; 12 - вентилятор; 13, 15 - рукавные фильтры; 14 - пылеосадительная камера; 16 - шнек; 17 - бункер сырого мо­лотого   гипса;   18 - гипсоварочный   котел;   19 - камера   томления;   20 - бункер готового гипса

На заводах применяют в основном два типа котлов: малой (3м3) и большой вместимости (15-25м3).

Гипсоварочный жаротрубный котел вместимостью 15м3 (рис. 2.3) представляет собой вертикальный сталь­ной цилиндр 4 со сферическим днищем 1, обращенным своей выпуклой стороной внутрь цилиндра. Котел имеет четыре внутренние жаровые трубы 3, расположенные го­ризонтально в два ряда одна над другой. Эти трубы служат газоходами для топочных газов, увеличивая по­верхность теплопередачи от горячих газов к гипсу и способствуя более равномерному нагреву гипса. Котел обмурован кирпичной кладкой, нижняя часть которой образует топку, а верхняя - систему газоходов. Топочные газы обогревают сначала днище котла, которое яв­ляется одновременно и сводом топки. Затем эти газы направляются через пламенные влеты в кольцевой ка­нал, образуемый цилиндром котла и обмуровкой, и про­ходят через жаровые трубы. Отработанные газы удаля­ются через дымовую трубу 5.

Рис. 4. Гипсоварочный котел вместимостью 15м3

Котел снабжен перемешивающим устройством, состо­ящим из вертикального вала 12 с прикрепленными к не­му нижними и верхними лопастями 2 и 11. Нижние ло­пасти выгнуты по профилю днища и отстоят от него на расстоянии 50-60мм, верхние - прикреплены к валу таким образом, что при вращении проходят между верх­ними и нижними трубами. Мешалка вращается со ско­ростью 18-20 об/мин. Котел закрывается крышкой 13, снабженной патрубком 6, через который удаляются нары воды. Сырой гипсовый порошок подается в варочный котел загрузочными шнеками 7. Когда открываются ши­беры 8, готовый продукт выгружается из котла через течку 10 и поступает в бункер томления 9. Продолжи­тельность цикла варки в котле 90-120 мин. Выход го­тового продукта за один цикл равен 10-15 т. Расход ус­ловного топлива 40-50кг на 1т обожженного продукта.

При варке из материала, словно из кипящей жид­кости, бурно выделяются пары воды, причем подвижность порошка подобна подвижности жидкости. Первое «кипение» гипсового порошка происходит при температуре 140-150°С и характеризуется, в основном, образо­ванием полугидрата. Второе «кипение» наблюдается три 170-190°С, оно сопровождается полным обезвоживанием полугидрата. При первом и втором кипении происходит осадка материала, т. е. уровень его в котле снижается. Вторая осадка менее интенсивна.

Измельченный в порошок гипсовый камень запружают в предварительно разогретый котел при непрерывной ра­боте мешалки. Загрузив первую порцию материала, ожи­дают появления признаков кипения, после чего продол­жают засыпку гипсового порошка постепенно, чтобы гипс был все время в кипящем состоящий и сохранял хо­рошую подвижность. Сырой гипсовый порошок не обла­дает достаточной подвижностью, что затрудняет работу мешалки. При выгрузке на дне котла оставляют слой гипса в 50-60мм, после чего начинают очередную заг­рузку.

Томление (горячее магазинирование) основано глав­ным образом на том, что оставшееся небольшое коли­чество зерен двугидрата переходит в полугидрат за счет запаса тепла в материале. Под действием выделяющего­ся при этом пара обезвоженный гипс может гидратироваться и превратиться в полугидрат. Такое «выравнива­ние» качества материала в процессе вызревания весьма полезло. Бункер томления является и промежуточной емкостью, куда быстро выгружается из котла готовый гипс, который после дозревания транспортируется на склад.

На ряде заводов практикуется вторичный помол гип­са после варочных котлов в шаровых и стержневых мель­ницах при ограниченном доступе воздуха. Здесь под влия­нием развивающегося от трения и удара шаров тепла ускоряются процессы дозревания гипса. Вторичный по­мол придает частицам гипса чешуйчатую форму, что улучшает пластичность и формовочные свойства готово­го продукта.

В процессе обезвоживания предварительно измель­ченного гипса в варочных котлах он не соприкасается с газовым потоком и непрерывно перемешивается, что пре­дохраняет его от загрязнения и обеспечивает получение сравнительно однородного продукта. Варочные котлы просты в обслуживании, процесс варки в них легко ре­гулировать и контролировать. В первый период варки в котлах создаются условия, при которых все промежутки между частицами гипса заполнены насыщенным водяным паром. В результате образуется некоторое количество α-полугидрата. Создание такой среды объясняется дав­лением лежащих выше слоев загруженного порошкооб­разного материала и большим сопротивлением этих слоев выходу водяных паров. В последующие периоды варки все большее значение приобретает подъем темпе­ратуры материала и перегрев водяных паров. Снижается относительная влажность среды в котлах. В этих усло­виях образуется β-полугидрат. Увеличивая вместимость котлов и соответственно высоту слоя материала, тон­кость его помола, а также продолжительность цикла вар­ки, можно повысить содержание α-полугидрата в гото­вом продукте.

Основной недостаток варочных «отлов — периодич­ность их работы, что затрудняет автоматизацию процес­са термической обработки. Кроме того, днище и обечай­ки быстро изнашиваются, сложно улавливать гипсовую пыль, увлекаемую паром, выделяющимся при дегидрата­ции двугидрата.

В последнее время процесс управления варкой авто­матизируют, что позволит выпускать однородный про­дукт более высокого качества. Разработаны также кон­струкции непрерывно работающих варочных котлов: прямоточные трубчатые котлы и котлы с интенсивной циркуляцией материала.

Схема производства строительного гипса во вращаю­щихся  печах   (сушильных барабанах)   представлена  на рис. 2.4. В этих печах можно вести непрерывный обжиг на различном топливе. Топливо сжигается в отдельных топках. Гипс во вращающихся печах можно обжигать как по методу прямотока, так и противотока.

Рис. 2.4. Схема производства строительного гипса с применением вра­щающихся печей

1 - лотковый питатель; 2 - бункер гипсового камня; 3 - ленточный транспор­тер; 4 - молотковая дробилка; 5 - элеваторы; 6 - шнеки; 7 - бункер гипсо­вого щебня; 8 - тарельчатые питатели; 9 - бункер угля; 10 - топка; 11 - вращающаяся печь типа сушильного барабана; 12 - бункер обожженного щебня; 13 - пылеосадительная камера; 14 - вентилятор; 15 - бункер готово­го гипса; 16 - шаровая мельница

В первом случае гипс омывается газами высокой температуры в на­чальный период обжига, а во втором - в конце ого. Тем­пература входящих в печь газов при прямотоке 950 - 1000°С, а при противотоке 750-800°С. Температура от­ходящих из печи газов при прямотоке 170-220°С, а при противотоке 100-110°С.

Выходящий из печи обожженный материал необходи­мо направлять в бункера томления или сразу же разма­лывать. При помоле продукт быстрее становится более однородным за счет обнажения внутренних слоев зерен, более быстрой дегидратации оставшегося двугидрата и гидратации растворимого ангидрита.

Более распространены печи типа сушильных бараба­нов с перемешивающими устройствами. Здесь гипс об­жигают газы, проходящие внутри барабана и соприка­сающиеся с материалом. Обжиг можно вести и путем обогрева топочными газами наружной поверхности вра­щающегося барабана. Возможно также сочетание обоих процессов, причем сначала топочные газы омывают барабаны снаружи, а затем они проходят через его внут­реннюю полость. При наружном обогреве барабан полностью обмуровывают специальной кладкой. В некото­рых печах топочные газы смешивают в смесительных ка­мерах с дополнительно подаваемым воздухом, чтобы сни­зить их температуру.

Во вращающуюся печь целесообразно загружать гип­совый камень с частицами возможно более однородных размеров, что обусловливает равномерность обжига. Максимальный размер зёрен не выше 35мм, причем пыль и мелочь менее 10мм должны быть отсеяны. Же­лательно обжигать раздельно фракции 10-20 и 20-35мм. Отсеянную фракцию с размером зерен менее 10мм можно использовать после дополнительного помола для производства строительного гипса в варочных котлах или для получения сыромолотого гипса, применяемого для гипсования солонцовых почв.

Вращающиеся печи - непрерывно действующие ап­параты, позволяющие применять простую и компактную технологическую схему. В этих печах рекомендуется об­жигать твердый гипсовый камень. В противном случае при истирании движущегося в печи материала образует­ся мелочь и продукция получается недостаточно одно­родной по качеству.

Во вращающихся печах обжигают дробленый гипсо­вый камень более крупный размеров, чем в варочных котлах. Однако при тщательной подготовке материала, оптимальном режиме обжига и последующем помоле во вращающихся течах можно получить строительный гипс высокого качества.

Вращающимися печами в гипсовой промышленности служат обычно применяемые для сушки сыпучих мате­риалов сушильные барабаны длиной 8-14м и более, диаметром 1,6 и 2,2м. Их производительность 5-15т/ч. Расход условного топлива 45-60кг на 1т строительно­го гипса.

Строительный гипс можно получать, совмещая про­цессы помола и обжига. Двойная термическая обработ­ка (сушка и варка), даже при совмещении процессов сушки помола, усложняет производственный процесс. При этом в шахтной и ролико-маятниковой мельницах гипс не только размалывается и сушится, но и в неко­торой степени дегидратируется. Однако содержание гидратной воды остается еще весьма высоким, поэтому нуж­но доваривать гипс в варочном котле для полного прев­ращения его в полугидрат. Из-за этого применяют и схемы производства строительного гипса, при которых он
окончательно дегидратируется до полугидрата в самом
помольном аппарате (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема   производства   строи­тельного гипса с совмещенным помо­лом и обжигом

1 - молотковая дробилка; 2 - щековая дробилка; 3 - ленточный транспортер; 4 - приемный бункер; 5 - элеватор; 6 - весо­вой дозатор; 7 - топка; 8 - воздушный сепаратор; 9 - система пылеосаждения первой ступени; 10 - бункер готовой про­дукции; 11 - вентилятор; 12 - система пы­леосаждения второй ступени; 13 -— шнек возврата материала; 14 - шаровая мель­ница

Температура поступающих в него дымовых газов должна быть более высокой, чем при совместном процессе сушки и помола, и достигать
600-800°С. Температура же отходящих из установки га­зов 110-150°С. Расход условного топлива 40-50кг на 1т готового продукта. Установки для обжига гипса в процессе помола и во взвешенном состоянии очень ком­пактны.

Совмещенный помол и обжиг гипса могут осуществ­ляться в шахтной, шаровой и ролико-маятниковой мель­ницах. При обжиге во взвешенном состоянии в установ­ках для совместного помола и обжига гипса наиболее крупные зерна из-за быстрого обжига остаются в глу­бине негидратированными, вследствие чего в конечном продукте содержится некоторое количество двугидрата, что вызывает быстрое схватывание (2-5 мин). Строи­тельный гипс можно получить также в агрегатах непре­рывного действия с обжигом измельченного гипсового камня в кипящем слое.

На заводах по производству строительного гипса среднегодовая выработка на одного рабочего составляет 1000-1100т, на передовых заводах она достигает 2000 т и выше.

Во всех аппаратах, работающих при нормальном дав­лении и сообщающихся с атмосферой, получают конеч­ный продукт, состоящий преимущественно из β-полугидрата. Для выпуска высокопрочного гипса, представлен­ного в основном α-модификацией полугидрата, служат установки, в которых гипс обрабатывают насыщенным водяным паром под давлением, а затем сушат. Обраба­тывать гипс паром под давлением можно в различных аппаратах. Запарочный аппарат (вертикальный авто­клав) Ф. Т. Садовского и А. С. Шкляра (рис. 2.6) пред­ставляет собой замкнутый вертикальный металлический резервуар 3 с затворами для загрузки 4 и для выгруз­ки 7. Внутри резервуара помещается не доходящая до дна перфорированная труба 1. На расстоянии 50мм от стенок цилиндра имеется дырчатый кожух 2. При за­грузке гипсовый камень распределяется по всему сече­нию аппарата конусом. Пар поступает по трубе 5 и от­водится по трубе 6. Эти аппараты объединяются в бата­реи из четырех, шести и более штук.

Рис. 2.6. Запарочный аппарат

Дробленый гипсовый камень с размерам кусков 15-60мм загружают в запарочный аппарат, затем закры­вают загрузочный люк и подают насыщенный пар, пака давление не достигнет 0,23МПа (температура 124°С). Это давление поддерживают в течение 5-8 ч. Затем вы­пускают пар и скопившуюся воду, и гипсовую щебенку немедленно продувают горячими топочными газами с температурой 160°С в течение 3,5-6 ч. Газы подаются вентиляторам через внутреннюю трубу и удаляются че­рез .кожух и трубу 8. Полученный гипс размалывают в шаровой мельнице.

Недостаток описанного метода - неравномерность сушки и резкий перепад температур при переходе с за­паривания на сушку. Это частично вызывает обратный процесс - гидратацию с образованием вторичного дву­гидрата вследствие взаимодействия полугидрата с остав­шейся в порах гипсового щебня капельно-жидкой влагой. Присутствие вторичного двугидрата делает гипс быстросхватывающимся. Кроме того, при этом способе произ­водства не используется мелочь гипсового камня, воз­растает расход топлива и электроэнергии, повышается стоимость готового продукта, а также возникает необхо­димость устройства котельной для получения пара.

Гипсовый камень обрабатывают паром и в горизон­тальных автоклавах при давлении 0,7МПа в течение 5-6 ч с последующей сушкой в тех же автоклавах. Куски гипса размерам 150-400 мм загружают на полоч­ные вагонетки. При сушке пар пропускают по располо­женным в автоклаве калориферным трубам.

Б. Г. Окрамтаев и Г. Г. Булычев предложили способ производства высокопрочного гипса по методу самозапа­ривания. Гипсовый щебень помещают в герметически закрывающийся аппарат, где его запаривают под дав­лением насыщенным паром, получаемым не из отдель­ной установки, а путем отщепления воды из двуводного гипса при нагревании его до температуры, превышаю­щей 100°С. Гипс в этом аппарате нагревается топочны­ми газами, проходящими  по   трубам   внутри аппарата.

Самозапарочный вращающийся аппарат (рис. 2.7) сос­тоит из барабана 3 с люками 2, куда загружается и от­куда выгружается гипсовый щебень с размером кусков не более 25мм. Внутри барабана имеются огневые тру­бы, по которым проходят горячие дымовые газы. Газы подводятся через коробку и отводятся через коробку 4.

3130

Рис. 8. Самозапарочный вращающийся аппарат

Барабан вращается со скоростью 0,6об/мин. Общая длительность цикла самозапаривания 12-14 ч. Можно применять для этой цели и вертикальный самозапароч­ный аппарат.

Высокопрочный гипс, состоящий преимущественно из α-полугидрата, можно получать путем варки гипсового порошка как при атмосферном, так и гари повышенном давлениях в насыщенных солевых растворах, кипящих при температуре выше температуры дегидратации двугидрата (растворы сернокислого магния, поваренной со­ли, соды, хлористого кальция) или в воде в присутствии поверхностно-активных веществ (сульфитно-дрожжевая бражка, мылонафт, асидол-мылонафт, сульфонол). В жидких средах температура распределяется равномерно, теплопередача происходит более интенсивно, химические реакции и связанные с ними структурно-кристаллические изменения веществ протекают быстрее и более полно. Готовый продукт отличается большей однородностью и не содержит двугидрата и ангидрита. Этот способ произ­водства является особенно эффективным при использо­вании в качестве сырья фосфогипса. Недостатком спосо­ба получения гипсовых вяжущих в жидких средах яв­ляется необходимость быстро использовать получаемую водогипсовую смесь или сушить ее с удалением большого количества воды.

3. Химия гипсовых вяжущих

Строительным гипсом называют воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса. Изготовляют eго путем тепловой обработки при­родного гипсового камня с последующим или предшест­вующим этой обработке размолом в тонкий порошок. Разложение двуводного гипса при обжиге происходит по следующему уравнению:

CaSO4 · 2Н2О = CaSO4 · 0,5 Н2О + 1,5 Н2О.

Теоретический состав полуводного гипса: 38,63% СаО; 55,16% SO3 и 6,21% Н2О. Обезвоживание двувод­ного гипса является эндотермической реакцией. Для пе­ревода 1кг двуводного гипса в полугидрат теоретически требуется затратить 582 кДж тепла, а для перевода в ангидрит - 727 кДж. С учетом потерь тепла в производ­стве практический расход его будет несколько выше тео­ретического, но все же для получения строительного гипса требуется меньше тепла, чем на изготовление дру­гих вяжущих.

Гипсовый камень при нагревании сравнительно легко дегидратируется (обезвоживается) и в зависимости от степени нагревания дает ряд продуктов, значительно от­личающихся по свойствам. Степень обезвоживания гип­са зависит от температуры и длительности нагревания, а также от давления водяных паров. При нагревании уже до 65°С двуводный гипс начинает медленно пере­ходить в полуводный. Поэтому при некоторых аналити­ческих определениях гипсовых материалов нельзя во из­бежание искажения результатов поднимать температу­ру выше этого предела.

При 107-115°С двуводный гипс сравнительно быстро теряет часть воды и превращается в полуводный гипс CaSO4·0,5H2O, который известен в двух модификациях: α и β (рис. 3.1). Полуводный гипс в виде α - модификации образуется в том случае, когда вода выделяется из двугидрата в жидком состоянии, а в виде β – модификации - когда она выделяется в парообразном состоянии. Эти модификации отличаются размерами кристаллов, пока­зателями преломления и некоторыми свойствами. В про­изводственных условиях полуводный гипс, получаемый в герметически закрывающихся

аппаратах при нагрева­нии гипса в атмосфере насыщенных водяных паров, бу­дет состоять главным образом из α-модификации, а по­лучаемый в аппаратах, сообщающихся с атмосфе­рой, - из β-модификации. Во время сушки возможен переход α- в β-модификацию.

Рис.  3.1. Схема процессов, протекающих при термической

Полугидрат в α-модификации состоит из крупных кристаллов в виде длинных прозрачных игл или призм, β-полугидрат представляет собой мелкие кристаллы с не­четко выраженными гранями. При затворении водой α-полугидрат вследствие меньшей водопотребности и по­ниженной пористости обладает более высокой проч­ностью. При одинаковых же водогипсовых отношениях обе модификации полугидрата по прочности приближа­ются друг к другу; α-полугидрат схватывается медлен­нее β-полугидрата.