Технологическая линия по производству высокопрочного гипсового вяжущего

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ПЕРМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительный  факультет

Кафедра строительных материалов и специальных  технологий 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

  по дисциплине  «Вяжущие вещества» 

НА  ТЕМУ: Технологическая линия по производству высокопрочного гипсового вяжущего  
 
 
 
 

                                                                                                                                                                

Выполнил

студент группы ПСК-08-2

Горкунова Елена Алексеевна   

Проверила

  Катаева Людмила Ивановна 
 
 
 

Дата   выдачи задания на курсовой

проект________________________ 

Дата  защиты курсового 

проекта ______________________ 

Оценка  за курсовой

проект_______________________ 
 
 
 

Пермь 2010

Содержание:

1. Теоретический раздел

1.1. Вещественный, химический и минералогический  состав гипсового вяжущего………................................................................................................................……3

1.2. Физико-химические  процессы, проходящие при твердении гипсового вяжущего. Температурные условия твердения……...………………………………………...………....5

1.3. Условия разрушения (коррозии) гипсового вяжущего…………………………………………..………………………….……………..…8

1.4. Показатели качества гипсового вяжущего и методы их определения……………………………….………………………………..…………….……9

1.5. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения продукта. Гарантии производителя…………………………………………………………..……………….…….14

1.6. Область применения гипсового вяжущего……………………………………………...20

1.7. Сырьевые  материалы для   производства гипсового вяжущего. Приемка, маркировка, транспортирование и хранение сырьевых материалов……………………………………………………………………………….…….21

1.8. Технологические схемы производства гипсового вяжущего.……………………………………………………………………….……….……..23

1.9. Технологические факторы, влияющие на качество продукта………………….....…...24 

2. Расчетно-проектный раздел

2.1 Расчетная функциональная технологическая схема производства продукта………...25

2.2 Расчет производственных шихт и составление материального баланса основной технологической установки…………………………………………………………………..26

2.3 Расчет производственной программы технологической линии………………………..28

2.4 Подбор основного механического оборудования………………………………………..29

2.5 Оценка энергетической эффективности процесса ………………………………………31

Список литературы……………………………………………………………………….….. .32 
 

1. Теоретический раздел

1.1 Вещественный, химический  и минералогический состав гипсового вяжущего [1],[2]

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; Н^О – 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.

              Таблица 1

Химический  состав гипсовых, ангидритовых и гипсосодержащих  пород некоторых месторождений [2] 

 

1.2. Физико-химические процессы, проходящие при твердении гипсового вяжущего. Температурные условия твердения вяжущего [2], [3]

Схватывание и твердение α- и β-модификаций обусловлено переходом их при взаимодействии с водой в двугидрат. При гидратации полугидрата выделяется 133 кДж на 1 кг полугидрата.

По теории Ле Шателье (1887 г.), при смешении полуводного  гипса с водой он растворяется с образованием насыщенного водного  раствора. В растворе он взаимодействует с водой и переходит в двуводный. Так как растворимость полугидрата в воде, считая на CaS0₄, составляет около 8 г, а равновесная растворимость двугидрата около 2 г на 1 л, то раствор становится пересыщенным по отношению к двугидрату. Поэтому в жидкой фазе возникают условия для образования зародышей кристаллов двуводного гипса и выделения их из раствора. Это в свою очередь вызывает уменьшение концентрации полугидрата в жидкой фазе и создает возможность для растворения новых порций этого вещества и образования пересыщенного раствора CaS0₄ • 2Н₂0. По мере выделения из раствора все новых и новых количеств двуводного гипса кристаллики его растут, переплетаются, срастаются и обусловливают схватывание и твердение исходной смеси гипса с водой. Нарушение структуры твердеющего гипса после начала его схватывания приводит к резкому снижению его прочности.

По теории А. А. Байкова (1923), процессы твердения полуводного гипса, а также других минеральных вяжущих веществ, образующих гидратные соединения, можно разделить на три периода.

В первый период, начинающийся с момента смешения гипса с водой, растворяется полугидрат и образуется его насыщенный раствор.

Во втором периоде вода взаимодействует с  полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу, Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы в виде геля, что сопровождается схватыванием массы.

В третий период частички двугидрата коллоидных размеров перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

CaSO₄·0,5H₂O+H₂O → Ca⁺²+SO₄^-2+H⁺+OH^-(I) → CaSO₄·2H₂O+Ca⁺²+SO₄^-2+H⁺+OH^-(II) → ↓CaSO₄·2H₂O+Ca⁺²+SO₄^-2+H⁺+OH^-(III)

Следует подчеркнуть, что, по А. А. Байкову, эти периоды не следуют строго один за другим. Они налагаются так, что в твердеющей массе одновременно протекают процессы коллоидообразования, характерные для второго периода, и процессы перекристаллизации в более крупные частички. Дальнейшее высыхание затвердевшей системы приводит к значительному увеличению прочности.