|
Процесс производства гипсовых
вяжущих складывается из двух основных операций: измельчения исходного сырья
(природного гипса) и обжига, т. е. превращения двуводного гипса в полуводный.
Различают три принципиальные технологические схемы изготовления гипсовых
вяжущих с преобладающим содержанием р-полугидра- та: предварительная сушка и
измельчение гипсового камня в порошок и последующий обжиг в гипсоварочных
котлах; совмещение операций сушки, помола и обжига двуводного гипса; обжиг
гипса в виде кусков с последующим измельчением полугидрата в порошок.
технологическая схема производства гипсового вяжущего с
применением гипсовароч- ного котла периодического действия. Гипсовый камень
попадает в приемный бункер и пластинчатым питателем 2 направляется вначале в
щековую дробилку, а затем в молотковую. Элеватором 3 гипсовая щебенка
поднимается в бункер 4 и с помощью тарельчатого питателя подается в шахтную
мельницу. Здесь одновременно с измельчением происходит сушка гипсовой крупки
горячими газами, выходящими из гипсоварочного котла 13. Молотый гипс потоком
горячего газа из мельницы увлекается в пылеосадительную систему 6, состоящую
из циклонов, рукавного фильтра и бункеров 8 и 20, и далее системой винтовых
питателей — в гипсоварочный котел 13. Тонкая фракция гипса из рукавного
фильтра с помощью винтового конвейера 11 отводится в бункер 12. Одновременно
с гипсом в гипсоварочный котел из бака 9 подают солевые добавки. Обогревают
котлы твердым или газообразным топливом. Пар из котла отводится в атмосферу.
После завершения варки (обжига) вяжущее выгружают в камеру томления для
выдержки и выравнивания модификационного состава.
Гипсоварочный котел ( 2.11) — стальной барабан с
разборным сферическим днищем, снабженный мешалкой для перемешивания гипса. Котел
обмуровывают кирпичной кладкой. Обогрев котла осуществляют топочными газами,
которые подогревают не только днище, но и боковые стенки, проходя по
кольцевым каналам, попадают в жаровые трубы, откуда подаются в шахтную
мельницу или дымовую трубу. Вместимость гнпсо- варочных котлов 12—15 м3.
Варочные котлы позволяют получать вяжущее хорошего качества, так как при
варке не происходит непосредственного контакта теплоносителя и гипсового
порошка, и он не засоряется продуктами сгорания топлива.
В процессе варки происходит дегидратация двуводного гипса
с выделением воды в виде пара. В это время гипсовый порошок «кипит».
Температура его практически не меняется, так как идет интенсивное испарение
воды. Чем больше двуводного гипса переходит в полуводный, тем интенсивность
«кипения» снижается, что указывает на завершение процесса варки. Несоблюдение
технологии варки может привести к снижению качества гипсового вяжущего. Так,
увеличение температуры более 200 °С приводит к обезвоживанию гипса и снижению
его качества. Изменение времени выдержки тоже отрицательно сказывается на
свойствах гипса.
Гипсовое вяжущее хорошего качества получается при варке
его в течение 3—4 ч при 140—160°С. Такое вяжущее характеризуется водогипсовым
отношением 0,4— 0,45, а предел прочности при сжатии 15—16 МПа. В варочных
котлах получают в основном p-полугидрат. Увеличить содержание а-полугидрата
можно введением в варочный котел солевых растворов (например, 0,1 %- ного
раствора поваренной соли).
Гипсоварочные котлы отличаются простотой конструкции и
обслуживания. Расход электроэнергии составляет 20—25 кВт-ч на 1 т гипса. К
недостаткам котлов можно отнести периодичность работы, быстрый выход из строя
днищ и сложность автоматизации производственного процеса. Гипсоварочные котлы
непрерывного действия пока не нашли распространения из-за сложности
конструкции и недостаточной надежности работы движущихся частей при
повышенных температурах.
В практике используют и другие, схемы совместного помола и
обжига. Они отличаются от рассмотренной применением других типов мельниц или
рециркуляции газов, прошедших пылеосадительные устройства. В этом случае
удается полнее использовать теплоту топочных газов. Однако при этом
увеличивается расход электроэнергии— до 30—35 кВт-ч на 1 т гипсового
вяжущего.
При получении гипсового вяжущего по данной схеме
дегидратация двуводного гипса может происходить в самой мельнице, в
трубопроводах и в пылеосадитель- ной системе. Причем зависит это от типа
мельницы. В тихоходных мельницах дегидратация проходит почти полностью в ее
камерах, а в быстроходных дегидратация в камерах осуществляется лишь частично
и продолжается в основном в трубопроводе и пылеосадительной системе.
При обжиге гипса в кусках во вращающихся сушильных
барабанах (печах) с последующим помолом ( 2.13) поступивший на заводе
гипсовый камень дробят до размеров 10—35 мм. Куски подают в приподнятый конец
барабана, а топочные газы направляют как по ходу движения материала —
прямотоком, так и противотоком. При прямотоке температура газов может
достигать 900 °С, а при противотоке она не должна превышать 600—700 °С.
Температура отходящих газов при прямотоке 160—180°С, при противотоке—100°С.
Куски, прошедшие барабан, поступают в бункера, где выдерживаются в течение 2
сут. Вызвано это неравномерностью обжига гипса. Во время вылеживания
происходит дегидратация неразложившегося природного гипса и переход
безводного гипса в полугидрат.
Размалывают вылежавшийся гипс в трубных мельницах до
нужной тонкости помола. Полученное гипсовое вяжущее отличается пониженным
водопотреблением по сравнению с вяжущим из варочных котлов, а значит, большей
прочностью.
Для получения из обычного природного гипса гипсового
вяжущего «-модификации существуют два способа: обработка паром под давлением
и варка в жидких средах.
По способу Ф. Т. Садовского и А. С. Шкляра гипсовое
вяжущее с преобладанием «-модификации получают в автоклаве (демпфере) —
вертикально установленном металлическом резервуаре высотой до 4 и диаметром
около 2 м. В его верхней части расположены два герметически закрывающихся
люка для загрузки гипсовой щебенки, внизу устроен люк для разгрузки.
В демпфер подают под давлением пар в течение 5 ч.
Выделяющаяся из двугидрата вода по системе трубопроводов отводится наружу.
После прогрева гипсовой щебенки в аппарат подают горячие топочные газы для
сушки полугидрата. Сушат гипс 3—5 ч при температуре 120—140 °С. Готовый
материал выгружают и измельчают в мельницах. Недостатки данного способа — его
периодичность и длительность (10—12 ч). Кроме того, необходимость соблюдения
фракционного состава щебня гипсового камня сопровождается получением большого
количества отсева мелкой фракции, что удорожает процесс. Прогрев паром
требует устройства котельной установки.
Существуют и другие методы получения а-полугидрата под
давлением. Так, Б. Г. Скрамтаев и Г. Г. Булычев предложили способ
«самозапаривания», при котором дымовые газы обогревают герметически закрытый
сосуд с гипсом. Гипсовый камень разогревается, и вода испаряется. В результате
в сосуде создается повышенное давление, и дегидратация проходит аналогично
вышеописанному способу. Гипсовое вяжущее, полученное обработкой паром под
давлением, отличается увеличенными размерами кристаллов, меньшей
водопотребностью и большей прочностью.
Получение гипсового вяжущего а-модификации варкой в жидких
средах позволяет отказаться от аппаратов, работающих под давлением. Процесс
дегидратации проходит в обычных условиях, а химические реакции протекают при
105—110 °С и идут более равномерно. Этот способ основан на том, что
температура кипения растворов выше, чем чистой воды. Недостатком способа
является необходимость тщательной промывки и длительной сушки вяжущего.
Основные свойства гипсового вяжущего—сроки схватывания,
нормальная густота и прочность при сжатии и растяжении, которые
регламентируются ГОСТ 125—79. Марку гипсового вяжущего определяют по
прочности на сжптие образцов-балочек размером 40X40X160 мм и через 2 ч после
затворения водой, соответствующей нормальной густоте.
Согласно ГОСТ 125—79, гипсовое вяжущее подразделяется на
три группы (А, Б и В) в зависимости от сроков схватывания. Группа А
(быстротвердеющее) — начало схватывания не ранее 2, конец — не позднее 15
мин. Группа Б (нормальнотвердеющее)—начало схватывания не ранее 6, конец — не
позднее 30 мин. Группа В (медленнотвердеющее)—начало схватывания не ранее 20
мин, а конец схватывания не нормируется.
Регламентируется стандартом и тонкость помола гипсового
вяжущего. Различают вяжущее грубого (индекс I), среднего (индекс II) и
тонкого (индекс III) помола, что соответствует остаткам на сите № 02
соответственно 23, 14 и 2 %.
Различают гипсовое вяжущее марок от Г-2 до Г-25 (2—25
МПа). Применение индексов позволяет сокращенно записывать свойства гипсового
вяжущего. Так, гипсовое вяжущее марки Г-4, нормального твердения и среднего
помола обозначают Г-4БП.
Применяют гипсовые вяжущие в строительстве довольно широко
при изготовлении гипсовых перегородок, сухой гипсовой штукатурки,
вентиляционных коробои и других деталей, работающих в условиях относительной
влажности ниже 65%'» мелкоштучных стеновых камней для малоэтажных зданий, а
также для изготовления декоративно-художественных деталей и украшений.
Используют гипс и в медицине, и в машиностроении, и в керамической
промышленности. Общее производство гипсовых вяжущих составляет около 5 % всех
минеральных вяжущих веществ.
|