Модификации полуводного гипса

Дробилки могут быть молотковые или щековые и они дробят исходный гипсовый камень на щебень с размерами частиц от 0 …20-35 мм.

Полученный таким образом гипсовый щебень ( если в этом есть необходимость) подвергают грохочению с целью получения фракций 0…10; 10…20; 20…35 мм. После грохочения фракции гипсового щебня направляются далее в бункер гипсового щебня-7 расположенный над печью обжига-11.Щебень различных фракций обжигают раздельно потому что для каждой фракции требуется отдельный, соответствующий режим обжига.

Из бункера -7 гипсовый щебень с помощью тарельчатого питателя направляется непрерывно во вращающуюся печь. В зависимости от конструкции вращающейся печи, обжиг гипсового щебня может осуществляться двумя методами:

1. При непосредственном  соприкосновении с горячими газами, которые образуются при сжигании  топлива .

2. Или за счет наружного  обогрева стенок барабана вращающейся  печи.

Вращающиеся печи для обжига гипсового камня типа сушильного барабана могут работать на жидком, газообразном или твердом топливе. В зависимости от используемого вида топлива разрабатываются и технологии обжига. Например, при входе в печь температура газов при прямотоке -950…1000 °С, при противотоке- – 750…800°С. При выходе из печи температура газов при прямотоке-– 170…220°С, при противотоке – 100…110°С.

Обожженный гипсовый щебень поступает далее из сушильного барабана (из печи) в бункер обожженного щебня -12 с помощью элеватора или же в зависимости от конструкции расходные бункеры могут располагаться прямо под сушильным барабаном. Равномерное питание шаровой мельницы обеспечивается питателем лоткового типа-8 который расположен под бункер обожженного щебня-12.

В шаровую мельницу обожженный щебень поступает с температурой в 80…100°С. В шаровой мельнице -16 производится помол обожженного гипсового щебня и выравнивание вещественного состава гипса за счет перехода пережога и недожога в полугидрат. Далее из шаровой мельницы готовый продукт направляется в бункер готового гипса -15 с помощью элеватора.

Из бункера готового гипса продукт направляется в бункеры хранения или на расфасовку. В процессе производства гипсового камня используют пылеосадительные камеры -13, обеспечивающие высокую очистку воздуха от пыли.

Сырьем для гипса служит в основном природный гипсовый камень, состоящий из двуводного сульфата кальция (CaS04 * 2Н20) и различных механических примесей (глины и др.). В качестве сырья могут использоваться также гипсосодержащие промышленные отходы, например фосфогипс, а также сульфат кальция, образующийся при химической очистке дымовых газов от оксидов серы с помощью известняка. Все это указывает на то, что проблем с сырьем для гипсовых вяжущих нет.

Получение гипса включает две операции:

– термообработку гипсового камня на воздухе при 150… 160 °С; при этом он теряет часть химически связанной воды, превращаясь в полуводный сульфат кальция Р-модификации.

– тонкий размол продукта, который можно производить как до, так и после термообработки; гипс — мягкий минерал (твердость по шкале Мооса — 2), поэтому размалывается он очень легко.

При предварительном размоле гипс обжигают в гипсоварочных котлах. Таким способом производят обычный гипс р-модификации (далее просто «гипс»).

При нагревании природного двуводного гипсового камня происходит частичная его дегидратация, при этом образуется полуводный сульфат кальция р-модификации

 

СаSО4 • 2Н2О = СаSО4 • 0,5Н2О + 1,5Н2О.

 

Обжиг тонкоизмельченного природного гипса протекает при низких температурах (110… 180 °С) в котлах; кристаллизацион­ная вода при этом выделяется в виде водяного пара, поэтому говорят, что гипс «варят» в котле. Из полуводного гипса СаSО4 • 0,5Н2О состоят все низкообжиговые гипсовые вяжущие. Прочность при сжатии полуводного гипса невысокая — 2….25 МПа, плотность — 2600…2750 кг/м, насыпная плотность — 800… 1000 кг/м3; цвет порошка — белый или серый.

Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоемкость производства (в 4…5 раз меньше, чем для получения портландцемента) делают гипс перспективным, дешевым и экологичным вяжущим.

Порошок гипсового вяжущего, затворенный водой, образует пластичное тесто, которое быстро схватывается и твердеет, при этом полуводный (строительный) гипс присоединяет воду и превращается в двуводный:

 

СаSО4 • 0,5Н2О + 1,5Н2О= СаSО4 •2Н2О.

 

Реакция гидратации протекает быстро, с выделением теплоты и заканчивается через несколько минут после затворения. Внешне это выражается в превращении пластичного теста в твердую камнеподобную массу.

Полуводный гипс растворяется в воде почти в 4 раза лучше, чем двуводный (растворимость соответственно 8 и 2 г/л в пересчете на CaS04). При смешивании с водой полуводный гипс растворяется до образования насыщенного раствора и тут же гидратируется, образуя двугидрат, по отношению к которому раствор оказывается пересыщенным. Кристаллы двуводного гипса выпадают в осадок, а полуводный гипс вновь начинает растворяться и т. д. В дальнейшем процесс может идти по пути непосредственной гидратации гипса в твердой фазе.

Конечной стадией твердения, заканчивающегося через 1…2 ч, является образование кристаллического сростка из достаточно крупных кристаллов двуводного гипса. Часть объема этого сростка занимает вода (точнее, насыщенный раствор CaS04 * 2Н20 в воде), не вступившая во взаимодействие с гипсом (о причинах присутствия этой воды чуть ниже). Если высушить затвердевший гипс, то прочность его заметно (в 1,5. ..2 раза) повысится за счет дополнительной кристаллизации гипса из указанного выше раствора по местам контактов уже сформированных кристаллов. При повторном увлажнении процесс протекает в обратном порядке и гипс теряет более половины прочности. Поэтому гипс относят к воздушным вяжущим.

Присутствие свободной воды в только что затвердевшем гипсе объясняется тем, что для гидратации гипса в соответствии с уравнением химической реакции нужно около 20 % воды от его массы, а для образования пластичного гипсового теста — 50…60 % воды. Очевидно, что после затвердевания такого теста (т. е. после завершения гидратации) в нем останется 30…40 % (от массы гипса) свободной воды, что составляет около половины объема материала. Этот объем воды образует поры, временно занятые водой, а пористость материала определяет его свойства (плотность, прочность, теплопроводность и др.).

Разница между количеством воды, необходимым для твердения вяжущего и для получения из него удобоформуемого теста,— основная проблема технологии материалов на основе минеральных вяжущих.

Для гипса проблема снижения водопотребности и соответственно снижения пористости и повышения прочности была решена путем получения гипса термообработкой не на воздухе, а в среде насыщенного пара (в автоклаве при давлении 0,3…0,4 МПа) или в растворах солей (СаС12 * MgCl2 и др.). В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация полуводного гипса — а-гипс, имеющая водопотребность 35…40%.

Гипс ct-модификации называют высокопрочным гипсом, так как благодаря пониженной водопотребности он образует при твердении менее пористый и более прочный камень, чем обычный гипс (3-модификации. Из-за трудностей производства высокопрочный гипс не нашел широкого применения в строительстве.

В некоторых технологических схемах получения гипса помол предшествует обжигу или помол и обжиг совмещены в одном аппарате. Гипс строительный относится к быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим, обладает довольно высокой прочностью, не влагостоек. Гипс твердеет в результате реакции гидратации, присоединяя при этом 1,5 молекулы воды по реакции:

 

CaSO4×0,5H2O+1,5H2O=CaSO4×2H2O.

 

 Для регулирования сроков схватывания и улучшения физико-механических свойств гипса вводят специальные добавки.

 

 

 

 

 

5 Применение полуводного гипса

 

Строительный гипс применяется в производстве гипсолитовых, гипсобетонных плит, перегородочных панелей, деталей строительного назначения, при изготовлении сложных строительных растворов и т.д.

В штукатурных работах применяют гипсовые вяжущие всех марок, среднего и тонкого помола, нормального и медленного схватывания. Добавка гипсовых вяжущих ускоряет схватывание известково-песчаных растворов и повышает проч­ность штукатурного слоя, придает его поверхности гладкость и белизну. Гипсовые вяжущие марок Г-2…Г-7 применяют для изготовления гипсовых деталей и гипсобетонных изделий: панелей для перегородок, листов сухой штукатурки, растворов для внут­ренней штукатурки и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих; марок Г-5…Г-25 тонкого помола с нормальными сроками схва­тывания — для изготовления форм и моделей фарфоровых, фаян­совых и других керамических изделий (формовочный гипс). Гипсовые вяжущие служат основой для приготовления мастик для приклеивания гипсокартонных листов.

Гипс хорошо сцепляется с древесиной и поэтому его целесообразно армировать деревянными рейками, картоном или целлюлозными волокнами и наполнять древесными стружками и опилками.

Гипсовые материалы не только являются негорючими материалами, но в силу своей пористости замедляют передачу теплоты, а при действии высоких температур в результате термической диссоциации выделяют воду, тем самым тормозя распространение огня.

В сухих условиях эксплуатации или при предохранении от действия воды (гидрофобизирующие покрытия, пропитки и т. п.) гипс очень перспективное с технической и экологической точек зрения вяжущее.

Главная область применения гипса — устройство перегородок. Они могут быть заводского изготовления в виде панелей «на комнату», из гипсовых камней или из гипсокартонных листов. Последние также широко применяют для отделки («обшивки») стен и потолков. Гипсоволокнистые материалы используют как выравнивающий слой под чистые полы. Из гипса делают акустические плиты. В различных вариантах его применяют для огнезащитных покрытий металлических конструкций. Небольшое по объему, но важное направление использования гипса: декоративные архитектурные детали (лепнина) и скульптура. Для отделочных работ в интерьере применяют сухие смеси на основе гипса.

Гипс используют для изготовления форм (например, для керамики) — формовочный гипс и в медицине для фиксации при переломах — медицинский гипс. Два последних вида гипса отличаются от строительного несколько повышенными требованиями к тонкости помола и химическому составу.

 

 

6 Технологическое улучшение производства полуводного гипса

 

Автоматизированная система управления установкой по производству строительного гипса (далее система) предназначена для обеспечения работы всех эле­ментов технологического оборудования в автомати­ческом и ручном режимах. Система представпредставляет собой комплекс аппаратных и программных средств, совместно выполняющих задачу по управлению техно-бытъ условно разделена на три уровня.

Все технологическое оборудование смонтировано па металлической строительной этажерке, размеры которой в плане составляют 15x10 м. Максимальная высота оборудования 16 м. Технологическая установка монтируется в крытом производственном помещении и не требует многоярусных железобетонных строительных конструкций.

Для уменьшения мест погрузки и зависания гипсового материала компоновка технологической установки выполнена таким образом, чтобы количество и длина транспортеров и подъемников были минимальны. В качестве транспортеров используются винтовые кон­вейеры длиной не более 5 м и один ленточный элеватор. Для уменьшения мест отложения гипсового продукта внутри газоходов и воздуховодов длина, количество и число поворотов выбрано минимальным.

В качестве основного агрегата обжига в технологи­ческой установке используется жаротрубный гипсоварочный котел. Жаровые трубы расположены в три яруса по две на каждом ярусе. Полный объем котла 25 м3, рабочий объем 20 м3. Скорость вращения мешалки 20 об/мин. Увеличенный объем котла по сравнению с применяемыми па многих российских предприятиях обжиговыми агрегатами позволяет увеличить произво­дительность установки, производить варку гипсового продукта как в периодическом, так и в непрерывном ре-Гипсоварочный котел монтируется на строительной этажерке за верхнюю часть. Он не опирается днищем на металлические опоры и футеровку котла, что позволяет облегчить обслуживание днища и футеровки.

Для помола гипсовой щебенки применяется молотковая мельница с диаметром ротора 1300 мм и длиной 1300 мм. Для улучшения вентиляции мельницы и соответственно увеличения ее производительности по гипсовому продукту топочные газы подводятся к мельнице с боковых сторон аксиально сверху вниз. Гипсовая щебенка подается тангенциально.

Для аспирации мельницы применяется двухступенчатая система очистки - с помощью циклонов и рукавных фильтров. Пары гипса, образованные при его де­гидратации в гипсоварочном котле, не направляются в общую аспирационную систему, а удаляются собственным вентилятором после обеспыливания в рукавном фильтре. Парогазовый факт выполняется коротким, не более 2 м, для уменьшения возможности отложения материала на входе в рукавный фильтр. Регенерация рукавного фильтра осуществляется с помощью обратной продувки сжатым воздухом при отключении системой дух перед подачей в рукавный фильтр подогревается.

Для сжигания топлива используется горелка немец­кой фирмы WETSHAUPT. Горелка имеет ряд преимуществ: компактна, надежна в эксплуатации, имеет свою систему управления, которую можно связать с контрол­лером системы автоматизации гипсоварочной линии. Это позволяет регулировать температуру топочных газов непосредственно с операторской стойки.

С 2007 г. большой опыт по варке гипса был накоплен ТОО «Гипсо Газ Синтез» (г. Текели, Республика Казахстан). За это время на комбинате перерабатывался гипс различных месторождений, в том числе синтетический, полученный при нейтрализации серной кислоты извест­няком.

За период промышленного освоения и эксплуатации на заводе перерабатывался: гипсовый камень месторождения Бурултау Жамбыльской области с содержанием основного вещества 72—76 мас. %; синтетический бри­кетированный гипс с содержанием основного вещества 76-82 мас. %; гипсовый камень одного из месторожде­ний Узбекистана с содержанием основного вещества 90-96 мас. %.