Основы технологии гипсовых вяжущих веществ

Гипсовыми вяжущими называют тонкоизмельченные продукты тепловой обработки естественных или искусственных разновидностей сульфата кальция (CaSO₄), способные после затворения водой схватываться, твердеть и превращаться в камень на воздухе. Различают низкообжиговые и высокообжиговые гипсовые вяжущие. Низкообжиговые -получают при температуре140-180^оС. Они состоят из полуводного гипса и быстро твердеют. Высокообжиговые – получают при температуре 600-1000^оС. Они состоят из безводного сульфата кальция – ангидрита и медленно твердеют.

Дегидратация двуводного гипса

В основу технологического процесса гипсовых вяжущих веществ положена реакция удаления воды частично или полностью из сырья. При частичном удалении воды получают низкообжиговый гипс α- или β-модификаций. Гипс α-полугидрат образуется при температуре более 100^оС в среде насыщенного пара. β-полугидрат образуется при выходе воды из сырья в виде пара, что заметно отражается на свойствах α- и β-модификаций гипса. Гипс β-полугидрат характеризуется повышенной растворимостью в воде, большей скоростью гидратации, требует большего количества воды затворения (50-70% от массы гипса). Для α-полугидрата вода затворения составляет 30-45%. Реакция получения полуводного гипса

CaSO₄*2H₂O = CaSO₄*0.5H₂O + 1.5H₂O

α-полугидрат - высокопрочный гипс,

β-полугидрат – строительный гипс.

При полном удалении воды из сырья получают высокообжиговые вяжущие, способные твердеть в результате появления в составе вяжущего свободной CaO, образующейся при частичной диссоциации CaSO₄.

CaSO₄*2H₂O = CaSO₄ + CaO_(св.) + 2H₂O

Сырье –природный гипсовый камень - CaSO₄*2H₂O или природный ангидрит - CaSO₄, а также отходы химической промышленности – фосфогипс и борогипс.

Технология производства

Технологический процесс производства гипсовых вяжущих состоит в измельчении гипсового камня и последующей тепловой обработки (дегидратации). Степень измельчения определяется выбором аппарата для тепловой обработки.

1.Шахтные печи - материал подают виде кусков размером 70-300мм (одно- или двухступенчатое дробление в щековых, конусных или молотковых дробилках).

2.Вращающиеся печи – размер кусков 10-35мм.

3. Варочные котлы – в виде порошка (помол совмещается с сушкой гипсового камня - не путать с дегидратацией!). Для помола используют аэробильные, шахтные и роликово-маятниковые мельницы Подсушка сырья осуществляется топочными газами, разбавленными до температуры 300-400^оС.

Тепловая обработка гипса (дегидратация)

1.Варка в котлах периодического действия – получила наиболее широкое распространение.

Преимущества- простота конструкции установки, чистота и однородность получаемого продукта.

Недостатки – агрегат периодического действия, требующий затрат времени на загрузку и разгрузку; обечайки и днище котла часто прогорают, что требует времени на ремонтные работы.

Котел представляет собой сварной барабан с крышкой и сферическим днищем, емкостью до 25м³. Внутри имеется 6 или 8 жаровых труб. Оборудуется котел лопастной мешалкой, обеспечивающей перемешивание гипса и равномерный его прогрев. Котел вмурован в кирпичную кладку, под котлом находится топка. Топочные газы обогревают котел снаружи, а затем направляются в жаровые трубы. Загрузка сырца осуществляется шнеком или пневматически при включенной мешалке. Гипс поступает в котел при температуре 60-70^оС и в течение 30 мин нагревается до 120-150^оС, при этом начинается его интенсивная дегидратация (кипение). Продолжительность варки 1,5-3 часа. По окончании варки гипс поступает в бункер на вылеживание, улучшающее его качество. Производительность котлов емкостью 15м³ – 7 т/ч, 25м³ -11 т/ч.

2.Производство гипса в сушильных барабанах позволяет выпускать более дешевый гипс. Обогрев может происходить как по прямотоку, так и по противотоку. При прямотоке дымовые газы на входе имеют температуру 800-1000^оС, а на выходе 69-70^оС. Полученный продукт имеет более высокие прочностные показатели и отличается пониженной водопотребностью (48-57), что на 20-25% снижает его расход при приготовлении растворов и бетонов.

3.В последние годы получили распространение установки совмещенного помола и обжига – мельницы, в которых тепловая обработка происходит в размольной камере при температуре 700-800^оС. Измельченный и дегидратированный продукт поступает в пылеуловители. Достоинства – высокая производительность и компактность установки. Недостаток – наличие недожога и пережога частиц сырья в зависимости от их размера, т.е. узкофракционного сырья.

Перечисленные способы обжига гипсового сырья осуществляются при атмосферном давлении, когда вола из гипсового камня удаляется в виде пара, а полученный гипс в основном состоит из β-полугидрата ( строительный гипс, алебастр).

Для получения гипсовых вяжущих повышенной прочности, состоящих в основном из α-полугидрата, создают условия, чтобы вола удалялась из гипсового камня в капельно-жидком состоянии. Существуют 2 способа получения этой модификации гипса:

- автоклавный – обезвоживание гипса происходит в среде насыщенного пара под давлением;

- тепловая обработка в жидких средах, когда гипс обезвоживается при кипячении в растворах некоторых солей при атмосферном давлении.