Порошковые материалы

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 водо-потребностью.

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 водо-потребностью 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 полуводный гипс получается в виде крупных хорошо оформленных плотных кристаллов «модификации, характеризующихся пониженной водо-потребностью».

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

Гипсовое вяжущее -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 (20- 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 пароварочных 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. 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 двустадийном 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, роликомаятниковых 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 шарнирно соединяются с билодержателями, которые, в свою очередь, шарнирно 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 вверх шахты. Отсюда тонкие частицы вместе с газами поступают в пылеосадительные устройства, а грубые выпадают из потока и возвращаются в мельницу. Обычно в 1м3 газов содержится около 1 кг гипсовой пыли. Изменяя 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 пылеосадительные 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 на 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, на 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.

Гипсовое вяжущее можно получать различными способами. Их сущность состоит в том, что сырье (в виде мелкой щебенки или порошка) первоначально подвергают тепловой обработке, при которой из двуводного гипса выделяется кристаллизационная вода в капельножидком состоянии, и он переходит в а-полугидрат, имеющий вид крупных плотных кристаллов. Затем полученный материал сушат в условиях, исключающих возможность гидратации полугидрата, после чего его измельчают.

 

Тепловая обработка двуводного гипса с получением а-полугидрата может осуществляться в автоклавах в среде насыщенного пара при давлении 0,15-0,3 МПа и в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении и 105-110СС.

Автоклавные способы, в свою очередь, разделяют на такие, при которых обезвоживание осуществляют в автоклаве, а сушку продукта- специальном аппарате или же обезвоживание и сушку проводят в одном аппарате. Кроме того, при одних способах в аппараты для обезвоживания гипса пар подают извне, а при других - пар образуется в аппарате испарением воды из гипса во время его нагревания  («самозапаривание» гипса).

По способу Ф. Т. Садовского и А. С. Шкляра, гипсовый камень в виде щебня с размером кусков 10-40 мм пропаривают и сушат в автоклаве-запарнике (демпфере). Он представляет собой вертикально установленный стальной резервуар высотой около 4 м и диаметром 2,2 м с герметически закрывающимися люками для загрузки и разгрузки щебенки.

В загруженный запарник первоначально подают насыщенный пар для тепловой обработки сырья под давлением 0,13 МПа при 124 °С в течение 5 ч. В это время из двуводного гипса выделяется вода в жидком состоянии, причем образуется полугидрат в виде хорошо оформленных крупных кристаллов. Вода, получающаяся при конденсации пара, а также выделяющаяся из двуводного гипса во время тепловой обработки отводится через специальное устройство. По окончании прогрева гипса давление пара снижается до атмосферного. Далее в запарник подаются горячие топочные газы для сушки полученного полугидрата при 120-140 °С в течение 3-6 ч. Весь цикл обработки занимает 10-12 ч. Высушенный материал размалывают в шаровых мельницах. Недостаток способа - значительная продолжительность тепловой обработки и повышенный расход топлива.

Способ самозапаривания Б. Г. Скрамтаева и Г. Г. Булычева отличается от предыдущих тем, что предусматривает создание избыточного давления в запарниках в результате испарения из гипсового камня гигроскопической и части гидратной воды. Для этой цели были разработаны два типа самозапарников (вертикальный и вращающийся горизонтальный).

А. С. Разоренов и М. Т. Власова в 1940 г. показали возможность получения гипсовых изделий тепловой обработкой двуводного гипса в автоклавах. Двугидрат измельчают в порошок, смешивают с заполнителями и водой, из получаемой смеси формуют изделия, запариваемые в формах.

При этом двугидрат переходит в полугидрат. После термообработки изделия извлекают из автоклава и они остывают в формах. В это время полугидрат связывается с водой, образуется двуводный гипс, что сопровождается твердением изделий.

По способу Г. Н. Богданович а-полугидрат получается варкой с перемешиванием водной суспензии порошка двуводного гипса в автоклаве под давлением 0,15-0,3 МПа (отн.) в течение 1,5-2 ч. При этом в суспензию вводят ПАВ - ССБ (3% по массе двугидрата) или мылонафт (i^2,4%) для модификации кристаллов полугидрата. Полученная водная суспензия полугидрата с 5/Г=0,4...0,б после охлаждения до 100 °С из автоклава направляется на изготовление изделий. Этот способ отличается кратковременным циклом, исключением потерь сырья в виде отходов мелочи, а также сушки продукта, а часто и изделий.

 

4. Портландцемент для производства асбестоцементных изделий

 Применение портландцемента в производстве асбестоцементных изделий характеризуется рядом особенностей.

При изготовлении асбестоцементных изделий начальная гидратация цемента протекает при очень высоком водоцементном отношении; в процессе производства из сильно обводненной асбестоцементной массы отфильтровывается, отсасывается и отжимается значительное количество воды. Частички цемента должны быть достаточно тонкими, чтобы   удерживаться на волокнах асбеста; вместе с тем излишняя их дисперсность может вызвать повышенную водо-потребность вяжущего, отрицательно отражающуюся на обезвоживании и уплотнении изделии. В связи с этим портландцемент, по ГОСТ 9835-77, должен иметь тонкость помола, характеризуемую удельной поверхностью не менее 2200 и не более 3200 см2/г.

Клинкер для этого цемента должен содержать (%): C3S не менее 52, а СзА не менее 3 и не более 8. Содержание СаО слабо допускается не более 1, a MgO - до 5 %.

 

Для интенсификации помола клинкера допускается введение добавок, не ухудшающих качество цемента, в количестве не более 0,5 % по массе цемента. Начало схватывания этого цемента должно наступать не ранее 1,5 ч, а конец - не   позднее 10 ч от начала затворения.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий делят на марки 400 и 500, определяемые на образцах из раствора 1:3 по ГОСТ 310.1-76  (с изм.) - ГОСТ 310.4-81.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий характеризуется практически такими же строительными свойствами, что и обычный портландцемент, и отличается от него более интенсивным твердением и ростом прочности в начальные сроки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

Байков А. А. Труды в области вяжущих веществ и огнеупорных материалов. Т.5. М.: изд. АН СССР, 1948.