Модификации полуводного гипса

Содержание

 

Введение

1. Характеристика сырья                                                                                  5
2. Вещественный, химический и минералогический состав полуводного гипса                                                                                                                         6
3. Модификации полуводного гипса                                                               8

3.1 Получение α-модификации                                                                        11

4. Технологическая схема производства полуводного гипса и ее   описание                                                                                                                 15
5. Применение полуводного гипса                                                                19
6. Технологическое улучшение производства полуводного гипса            20
7. Список использованной литературы                                                         23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Производство вяжущих веществ представляет собой комплекс химических и физико-механических воздействий на исходные материалы, осуществляемых в определенной последовательности.

Вяжущие вещества - основа современного строительства. Их широко применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, а также разнообразных бетонов (тяжелых и легких). Из бетонов изготовляют все возможные строительные изделия и конструкции, в том числе армирование сталью (железобетонные, армосиликатные и др.) Из бетонов на вяжущих веществах возводят отдельные части зданий и целые сооружения (мосты, плотины и т.п.) Гипсовыми вяжущими веществами называют порошковидные материалы, состоящие из полуводного гипса и получаемое обычно тепловой обработкой двуводного гипса в пределах 105-2000С.Гипс по условиям тепловой обработки, скорости схватывания и твердения делят на 2 группы: низкообжиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые вяжущие быстро схватываются и твердеют; состоят они главным образом из полуводного гипса, полученного тепловой обработкой гипсового камня при t 383-4530С. К ним относятся строительный (алебастр) формовочный высокопрочный (технический) и медицинский гипс, а также гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов.

Высокообжиговые медленно схватываются и твердеют, состоят преимущественно из безводного сульфата кальция, полученного обжигом при температуре 873-1173К. К ним относятся ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент), высокообжиговый гипс (эстрих- гипс) и отделочный гипсовый цемент.

По разнообразии объектов применение одно из первых мест среди вяжущих занимает гипс. Применение гипсовых материалов и изделий способствует экономии топлива, цемента, снижению трудоемкости и стоимости строительства. Гипс применяется в качестве штукатурного материала, для изготовления орнаментальных украшений и при отделке зданий. Кроме того, используют для изготовления гипсобетонных прокатных перегородок и перегородочных плит.

К сожалению, производство и применение гипсовых изделий в строительной промышленности Кыргызстана по сравнению с другими странами - дальнего и ближнего зарубежья находится еще в самом зачаточном состоянии. В Кыргызстане имеется колоссальный запас гипсового камня, но они почти не используются в промышленности строительных материалов.

 

 

 

 

1 Характеристика  сырья

 

Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служит природный ангидрит (СаSO4) в основном природный гипс (СаSО2*2Н2О), а также гипсосодержащие отходы химической промышленности.

Природный гипс (гипсовый камень) имеет осадочное происхождение. Состав химически чистого двуводного гипса: 32,56% СаО, 46,51% SO3 и 20,93% Н2О. это минерал белого цвета, обычно содержащий некоторе количество примесей глины, известняка. Двуводный гипса является мягкими минералом твердость его по шкале Мооса равна. Плотность составляет 2200-2400кг/м3.

Примеси известняка являются балластом в производстве строительного гипса, так как последний обжигаются при температуре ниже температуры диссоциации углекислого кальция. Влажность гипсового камня составляет 3-5% и более.

Природный ангидрит - горная порода осадочного происхождения, состоящая из СаSО4. Под действием грунтовых пород вод ангидрит медленно гидратируется и переходит в двуводный гипс, поэтому обычно содержит 5-10% и более двуводного гипса.

Ангидрит порода более плотная и прочная, чем двуводный гипс. Его истинная плотность 2,9-3,1г/см3. чистый ангидрит белого цвета, но в зависимости от содержания в ней примесей имеет различные оттенки.

Отходы химических производств – это дополнительный источник сырья для производства гипсовых вяжущих и рационально используют в качестве побочных продуктов химической промышленности – фосфогипса, борогипса, фторогипса и др.

Гипсоносный горизонт приурочен нижнетретичным красноцветным отложением. Общая протяжность 1100м, мощность 40-50м. падение северо-западное под углом 25-400. гипс в глинах присутствует в виде цементирующего примеси, маломощных (5-10см) прожилков, линзочек и отдельных желваков размером 15-20см. Суммарное содержание гипса в породе не превышает 30-40%. В верхней части горизонта залегает пласт белого и красноватого гипса, загрязненным глинистым материалом. Пласт прослежен на протяжении 150м при мощности 3-5м.

Объемный вес необожженного гипса 1,27, обожженного гипса 1,165. нормальная густота 75%. Сроки схватывания: начало через 6мин, конец через 8мин. время текучести 5мин. предел прочности при растяжении в возрасте 7 дней – 3,85кг/см2. гипсоносные глины непригодны как сырье для строительных целей и получения удобрения. Отдельные обогащенные гипсами участки таких глин могут использоваться для производства низкосортного гипса и ганжа. В пласте штуфной пробы содержание СаSО4*2Н2О достигает 91%.

 

 

2 Вещественный, химический и минералогический состав гипсового вяжущего

 

Основным источником сырья для производства гипсовых материалов и изделий являются природные месторождения гипса и ангидрита, а также в небольшой степени месторождения гипсосодержащих пород. Кроме того, в качестве перспективного сырья для получения гипсовых вяжущих материалов следует рассматривать гипсосодержащие отходы ряда производств (фосфогипс, фторангидрит, титаногипс, витаминный гипс, борогипс и др.).

Природные гипс и ангидрит являются практически мономинеральными горными породами, каждая из которых состоит из одноименного минерала (гипса или ангидрита), обычно с некоторой примесью кварца, карбонатов, глинистого материала, реже битуминозных веществ, пирита и др. Обычно в земной коре залежи гипса и ангидрита встречаются совместно.

Гипс относится к классу сульфатов и представляет собой двуводный сульфат кальция (СаSО4 -2Н2О). Химический состав чистого гипса, % по массе: СаО – 32,6; ЗО3 – 46,5; Н2О – 20,9. Кроме кристаллизационной воды, гипс имеет гигроскопическую влагу, находящуюся на поверхности гипсового камня и в его порах. Кристаллизуется гипс в моноклинной сингонии, кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Кристаллы обладают весьма совершенной спайностью по плоскости симметрии, по которой они раскалываются на гладкие блестящие пластинки, в других направлениях спайность менее совершенная.

Строение кристаллической решетки гипса слоистое и характеризуется строго закономерным расположением атомов. Две анионные группы SO4, тесно связанные с ионами Са, образуют двойные слои, между которыми располагаются молекулы воды. Ионы кальция окружены шестью ионами кислорода группы SО4 и двумя молекулами воды. Каждая молекула воды связывает ион кальция с одним ионом кислорода того же двойного слоя и с одним ионом кислорода соседнего двойного слоя.

Чистый гипс – бесцветный и прозрачный, но обычно в связи с наличием примесей имеет серую, желтоватую, розоватую, бурую, иногда чёрную окраску. Блеск стеклянный, излом занозистый. Растворяется в НС1 и частично в воде. Растворимость гипса в воде зависит от температуры и составляет при температуре 0, 18, 40 и 100°С соответственно 1,7; 2,0; 2,1 и 1,7 г/л. В зависимости от структуры различают:

— зернистый плотный гипс с сахаровидным изломом, иногда называемый алебастром.

— пластинчатый гипс, залегающий в виде плоских прозрачных кристаллов, называемый гипсовым шпатом.

-тонковолокнистый гипс с шелковистым  блеском, сложенный из правильно расположенных нитевидных кристаллов, называемый селенитом.

Ангидрит относится к классу сульфатов и представляет собой безводный сульфат кальция (Са8О4). Химический состав чистого ангидрита, % по массе: СаО – 41,2, 5О3 – 58,8. Кристаллизуется ангидрит в ромбической син-гонии обычно в виде мелких кристаллов толстотаблитчатой, призматической или кубообразной формы; обладает совершенной спайностью по трём взаимно перпендикулярным направлениям. Обычно встречается в виде землистых, реже волокнистых агрегатов. Цвет белый, сероватый, реже голубой, розоватый или темно серый. Блеск стеклянный, излом неровный. Растсворяется в H2SO4, частично в HCl и очень слабо в воде. Во влажной среде медленно поглощает воду и переходит в гипс.

Гипсосодержащие породы являются смесью мельчайших кристаллов гипса с глиностопесчаным материалом. Эти породы известны под разными названиями: глиногипс, гипс землистый, гажа, ганч и др. По своей структуре все эти породы представляют тонкодисперсную механическую смесь или рыхлые, слабосцементированные образования серого, желтоватого или бурого цветов. Свыше 80% материала представлено частицами размером мене 0,01 мм. Истинная плотность материала около 2 г/см3, твердость по шкале Мооса менее 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Модификации полуводного гипса

 

Гипсовые вяжущие - по традиции с некоторой условностью, отвечающей практическим целям, разделяют на: строительный гипс, состоящий из р-модификации полугидрата; формовочный гипс того же состава с повышенными техническими свойствами; технический (высокопрочный) гипс, состоящий из а-полуводного гипса.

- Высокообжиговые (бета-модификации полугидрата сульфата кальция CaSO4*0,5H2O): получаются путем обжига гипса при температуре 120 – 180°C. Измельченный жженый гипс бета-модификации называют строительным гипсом или алебастром.

- Низкообжиговые (альфа-полугидраты сульфата кальция): получаются путем обжига гипса при температуре 95 – 100°C. Продукт измельчения гипса альфа-модификации называется высокопрочным гипсом.

В ряде случаев нагревание до 75—80°С достаточно для медленного обезвоживания гипса, протекающего наиболее интенсивно при таких температурах, при которых давление водяных паров, выделяющихся из нагреваемого гипса," значительно превышает атмосферное. Вместе с тем по ряду опытов переход двугидрата в полугидрат отмечается даже при комнатной температуре и относительной влажности воздуха ниже 20 %. При влажности же около 5 % и меньше начинается медленное обезвоживание и полугидрата.

Образование модификаций полуводного гипса зависит от условий тепловой обработки.

По данным Д. С. Белянкина, Л. Г. Берга и других, а-полугидрат образуется при обработке гипса при температуре выше 97—100°С в среде насыщенного пара и в воде или в растворах некоторых солей, т.е. в условиях, при которых вода из гипса выделяется в жидком состоянии. В технике для этой цели применяют тепловую обработку при 107—125 °С и выше.

fi-модификация полуводного  гипса получается при обычном  нагревании гипса до 100—160 °С в  открытых аппаратах, сообщающихся  с атмосферой, при удалении из  него воды в виде перегретого  пара. Истинная плотность а- и  р-полугидратов равна соответственно 2,72— 12,75 и 2,62—2,66 г/см3.

Теоретически в полуводных модификациях сульфата кальция содержится 6,2 % гидратной воды, но в кристаллах а-модификации часто остается небольшое Количество (0,1—0,2%) воды (сверх установленного теоретически) в виде твердого раствора. Удаляют ее высушиванием при 50—60°С. Удельная теплоемкость а- и р-полугидратов соответственно 0,8 и 0,84 кДж/(кг-°С); а-полугидрат кристаллизуется в виде хорошо образованных крупных прозрачных игл или призм. Показатели его светопреломления: Ng—1,583 и д/р—1,559. (3-полугидрат состоит из мельчайших агрегатов плохо выраженных кристалликов, величина и форма которых зависят от условий тепловой обработки, макро- и микроструктуры исходного сырья, наличия примесей и т.п. Показатели его светопреломления: Ng = = 1,556 и N„= 1,550. По данным О. Флерке и др., а-и (3-полугидраты не различаются по строению кристаллической решетки. Различие же в скорости пх гидратации и в теплоте растворения объясняется неодинаковой степенью дисперсности кристаллов этих двух модификаций полугидрата.

В процессе затворения а-полугидрата водой благодаря пониженной дисперсности его кристаллов требуемую подвижность теста можно получить при меньшем расходе воды, чем при затворении р-полугидрата, отличающегося тонкокристаллической структурой и повышенной скоростью гидратации. В результате затвердевший гипс из а-полугидрата приобретает повышенную плотность и прочность по сравнению с |3-полугидратом. Прочность же затвердевшего гипса, полученного из а- или р-полу-гидрата при одинаковом водогипсовом отношении, примерно одинакова; а-полугидрат схватывается несколько медленнее р-полугидрата.

Образование а-полугидрата, а также нерастворимого ангидрита из CaS04-2H20 в водной среде объясняется разной растворимостью этих модификаций сульфата кальция при различных температурах. Как показано на  1, полуводный гипс (кривая QF) при температурах ниже 97 °С более растворим по сравнению с двуводным гипсом (кривая Аа) и ангидритом. Поэтому в данной области температур его раствор является метастабильным и из него CaS04 выделяется в виде двугидрата. При температурах выше 97 °С CaSO4-0,5H2O растворим в воде менее, чем CaS04-2H20, что предопределяет стабильность раствора без его перехода в последний.