Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

При тепловой обработке гипсовых пород различных месторождений в заводских условиях можно получать продукты, значительно различающиеся по содержанию отдельных модификаций. Это обусловливается неоднородностью исходного сырья, условиями тепловой обработки и, в частности, скоростью и длительностью нагревания, а также близостью и даже совпадением многих свойств а- и р-модификаций полугидратов, обезвоженных полугидратов и растворимых ангидритов. Характерно, например, что а- и -модификации сульфата кальция в, ряде случаев могут быть получены одновременно при тепловой обработке двуводного гипса в одном, и том же аппарате   и   даже в одном куске материала.

Улучшению качества полу водного гипса способствует некоторое увеличение продолжительности тепловой обработки, так как создаются более благоприятные условия. для дегидратации гипса и получения продукта с пониженной водоп отребностыо.

Интенсивное выделение воды из двуводного гипса в виде пара приводит к образованию частичек полугидрата с рыхлой губчатой структурой, характеризующейся большой внутренней поверхностью. Это обусловливает повышенную реакционную способность материала. Такая структура характерна для р-полугидрата, отличающегося повышенной водопотребностью при затворении водой в тесто нормальной густоты. Наоборот, при дегидратации двуводного гипса в среде насыщенного пара (особенно под давлением выше атмосферного), а также при его тепловой обработке в водных растворах солей при температуре около 110°С и выше полуводиый гипс получается в виде крупных хорошо оформленных плотных кристаллов «-модификации, характеризующихся пониженной водопотребностью.

Таким образом, регулируя процессы тепловой обработки, можно получать вяжущие с заданными свойствами.

Гипсовое вягжущее -модификации полуводного гипса по традиции называют строительным гипсом. По ГОСТ 125—79 и ГОСТ 23789—79 он характеризуется по прочности при сжатии образцов марками от Г-2 до Г-16 (2— 16 МПа).

Как указывалось, при обжиге протекает эндотермическая реакция CaSO4-2H2O = CaSO4-0,5H2OH-l,5H2O с поглощением   588 кДж теплоты на 1 кг полугидрата.

Двуводный гипс при переходе в полуводный теоретически теряет воду в количестве 15,76 % своей массы. Следовательно, теоретический коэффициент выхода полуводного гипса равен: 1 —(15,76)/100«0,842, а соответствующий коэффициент расхода двугидрата на единицу   массы     полугидрата   составляет:   1:0,842=1,188.

В действительности при получении полуводного гипса и других гипсовых вяжущих из гипсового сырья, содержащего гигроскопическую влагу и часто характеризующегося пониженным по сравнению с теоретическим содержанием   гидратной   (кристаллизационной)  воды   и наличием некоторых количеств примесей, практический коэффициент выхода 'продукта ВЩ) будет отличаться от теоретического.

Заводы по производству гипсовых вяжущих (строительного гипса) принято размещать как вблизи месторождений гипсового сырья, так и на значительных расстояниях от них, что в каждом отдельном случае определяют на основе технико-экономических данных с учетом местных условий.

Производство строительного гипса из плотной гипсовой породы состоит из трех главных операций: дробления гипсового камня, помола и обжига материала. Основные способы производства строительного гипса, применяемые в настоящее время, можно разделить на следующие три группы, характеризующиеся: предварительной сушкой и измельчением сырья в порошок с последующей дегидратацией гипса (обжиг гипса в пшсовароч-ных котлах); совмещением операций сушки, помола и обжига двуводного гипса; обжигом гипса в виде кусков различных размеров в шахтных, вращающихся, камерных и других печах. Полугидрат в порошок измельчают после обжига.

Производство строительного гипса с применением гипсоварочных котлов ( 2). Гипсовый камень доставляют обычно из рудников и карьеров в кусках и глыбах до 300—500 мм (реже в виде щебня фракций 10— 50 мм), что вызывает необходимость его дробления в одну или две стадии в щековых и молотковых дробилках. Щековые дробилки обычно применяют при двустадий-ном дроблении для первичного измельчения гипсового камня до кусков размеров 30—50 мм. Молотковые дробилки используют, как правило, для вторичного дробления кусков в мелкий щебень размером до 10—15 мм. Более экономично дробление гипсового камня в одну стадию в крупных молотковых дробилках до частиц размером 0—25 мм.

Тонкое измельчение гипсового щебня осуществляют в шахтных, роликом аятниковых и других мельницах. При выборе мельниц для измельчения двуводного гипса следует учитывать необходимость получения порошка, частицы которого имели бы кубическую форму, а не лещадную. Этого в значительной степени удается достичь в дробилках и мельницах, измельчающих материал ударным воздействием. При кубической форме обеспечивается наиболее быстрое и равномерное удаление гидратной воды из кристаллов гипса.

Помол влажного двуводного гипса затруднителен, поэтому на современных заводах эту операцию совмещают обычно с сушкой гипса. На  3 приведена схема шахтной мельницы для сушки и одновременного измельчения гипса. Она состоит из камеры измельчения 6, вала 4, ротора с билами 5 и шахты 3 высотой 12—15 м. Била шар-нирно соединяются с билодержателями, которые, в свою очередь, шарннрно крепятся к диску ротора. Гипсовый камень в виде щебня размером до 3—4 см подается тарельчатым питателем через течку в верхнюю часть камеры измельчения на быстро вращающиеся била. Для повышения износоустойчивости била наплавляют твердыми сплавами слоем толщиной 5—8 мм.

Для подсушки гипса из топок варочных котлов через патрубки 2 и боковые каналы 1 в мельницу подают горячие газы с температурой 300—400 °С. В этой мельнице из гипса удаляется и некоторая часть кристаллизационной воды. Поток газов увлекает измельченный и подсушенный материал из камеры измельчения в верх шахты. Отсюда тонкие частицы вместе с газами поступают в пы-леосадительные устройства, а грубые выпадают из потока и возвращаются в мельницу. Обычно в 1 м3 газов содержится около 1 кг гипсовой пыли. Из меняя скорость потока тазов в шахте с помощью вентилятора высокого давления, устанавливаемого обычно за циклонами, можно регулировать тонкость помола гипса. Чем больше скорость потока, тем грубее помол, и наоборот. Смесь дымовых газов с воздухом проходит через шахту и пы-леосадительные устройства под действием разрежения, создаваемого вентилятором, и частично в результате вращения ротора самой мельницы. В зависимости от желаемой тонкости помола гипса скорость движения газов в,шахте поддерживается в пределах 3,5—6 м/с.

Производительность шахтных мельниц от 3 до 25 т/ч. Расход электроэнергии при измельчении в них двуводного гипса до остатка около 10 % на сите № 02 достигает 8—10 кВт-ч/т без учета расхода энергии на приведение в движение вентиляторов и питателей.

После выхода из мельниц газопылевую смесь направляют в систему пылеочистительных устройств, в которых из газового потока осаждается гипсовый порошок. От эффективности работы пылеосадительных устройств в значительной мере зависят санитарные условия иа заводе и на прилегающей к нему территории, а также производственные потери. Поэтому на современных гипсовых заводах устанавливаются многоступенчатые системы очистки. На первой ступени улавливаются крупные частицы, на второй осаждаются тонкие фракции и, наконец, иа последней ступени газы очищаются от мельчайших частиц. На первой ступени применяют циклоны и иногда пылеосадительные камеры, на второй — циклоны и батарейные циклоны, и для окончательной очистки — электрофильтры.

Циклоны имеют верхнюю цилиндрическую и нижнюю коническую части. В циклоне взвешенные частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются на внутреннюю поверхность цилиндра и по ней соскальзывают в коническую часть — пылесборник. Коэффициент очистки газов циклонами при концентрации гипсовой пыли 600—700 г/м3 достигает 95% и понижается до 60 % при концентрации 1 кг/м3.

Циклоны просты по конструкции и надежны в работе. Температура очищаемых в них газов может достигать 400 °С.

Батарейные циклоны — группы параллельно соединенных циклонов малого диаметра. Их устанавливают [(в тех случаях, когда необходимо очищать большие объемы газа, содержащего тонкую пыль) вместо одного или двух циклонов большого диаметра. В НИИОГазе разработаны конструкции из 2, 4, 6 и 8 циклонов диаметром 200—1100 мм. Объединение циклонов меньшего диаметра в секции дает возможность, не уменьшая их производительности, довести степень очистки газов до 80—-98 %.

Электрофильтры различают трубчатые и пластинчатые, а в зависимости от направления входящих газов — вертикальные и горизонтальные. В гипсовой промышленности для очистки газов применяют аппараты с горизонтальным ходом газов. Производительность вертикальных электрофильтров 20—36 тыс. м3/ч, а горизонтальных — 28—46 тыс. м3/ч. При скорости движения газов в электрофильтрах обоих типов в пределах 0,7—1 м/с коэффициент очистки достигает 0,98—0,99. С увеличением скорости газового потока коэффициент очистки значительно снижается.

Наилучшие показатели работы электрофильтров достигаются при относительной влажности газов 20—30 % и температуре до 200 °С. При этом если газы до очистки содержат не более 40—60 г/м3 пыли, то после очистки содержание ее не превышает 0,8 г/м3. При меньшем содержании пыли в очищаемых газах количество ее после очистки еще меньше. Расход электроэнергии на обеспыливание 1000 м3 газовой смеси в этих фильтрах составляет около 0,4 кВт • ч.