Файл: Волженский А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение).pdf

30—34 ч. Автоклав с внешним обогревом вмурован в печь (рис. II. 12). Общий цикл производства гипса по этой схеме составляет 39—41 ч.

С. С. Печуро рекомендует устанавливать внутри ав­ токлавов трубчатые холодильники, через которые после термообработки паром гипсового камня пропускают во­ ду для предотвращения «температурного провала» и об­ разования в нем «вторичного» двугидрата. Этот способ обеспечивает получение гипса высокого качества с устой­ чивыми показателями его свойств.

А. С. Разоренов и М. Т. Власова в 1940 г. предложи­ ли способ получения гипсовых изделий, формуемых из

порошка двуводного гипса и подвергаемых термообра­ ботке в автоклаве. При этом двугидрат переходит в полугидрат. После термообработки изделия извлекают из автоклава. ГТри остывании бетона в формах полугидрат присоединяет воду, образуя двуводный гипс, что и обес­ печивает твердение изделий.

В Польше подобный способ предложен К. Эйманом. Анализируя описанные выше способы производства высокопрочного гипса, можно отметить следующее: к недостаткам автоклавного метода производства высоко­ прочного гипса относится образование в ряде случаев растворимого ангидрита при сушке продукта, длитель­ ный цикл автоклавизации, образование двугидрата при некоторых способах изготовления (например, в демпфе­

рах).

59

Впоследнее время большое внимание было уделено способам получения высокопрочного гипса термообра­ боткой двуГидрата в водных растворах некоторых солей или других веществ при атмосферном или повышенном давлении.

Вкачестве жидких сред могут применяться растворы многих солей, выбор которых определяется необходимо­ стью .кратковременной дегидратации двугидрата при ми­ нимальных затратах и возможностью получения высо­ коактивного .вяжущего.

Хорошие результаты получаются при термообработ­

ке двуводного гипса в растворах хлористого кальция (с небольшой добавкой ССБ, FeCl3 или КС1 в количе­ стве 0,1—5% массы раствора).

По данным Ю. Я. Эйдука и О. Ф. Баумана, скорость разложения двугидрата зависит от катиона и аниона соли и их концентрации и возрастает в следующем по­ рядке: SC>4~, NO3, Г, Вг', СГ и Са2+, Mg2+, Cd2+,

Zn2+, к+, NH4+, Na+.

На огранение кристаллов и придание им оптималь­ ной изометрической формы наиболее благоприятно вли­

яют Mg2+ и анионы МОзИ SO4- .

Можно использовать также любые анионоактивные ПАВ, например, относящиеся к группе двухосновных карбоновых кислот и их производных, или алкиларил- ■сульфонаты. По данным П. Ф. Гордашевско-го, наиболее эффективными являются сульфонолы, а также бытовые и промышленные моющие средства, получаемые на их основе [53].

При термообработке порошка двугидрата в жидких средах происходит интенсивная теплопередача от горя­ чего солевого раствора к частицам двуводного гипса; он равномерно нагревается и быстро перекристаллизовывается в полугидрат с выделением воды в жидком состоянии. Происходит интенсивный рост плотных и крупных кристаллов а-полугидрата в жидкой среде. Все это создает предпосылки для получения высококачест­ венных продуктов в короткие сроки.

В настоящее время наметились следующие два спо­ соба производства: без сушки полученного анполугидрата и с его сушкой.

По первому способу (Г. Н. Богданович) смесь по­ рошка двуводного гипса с водой подвергают тепловой

60

обработке в автоклаве при непрерывном перемешивании в течение 2—3 ч при 128—132°С. В водогипсовую смесь при этом вводят поверхностно-активные вещества (ССБ или СДБ, мылонафт, асидол-мылонафт и др.) в количе­ стве 1,5—3% массы гипса.

Количество воды составляет 4050%. Начало схва­ тывания полученной смеси а-полугидрата с водой при добавке 2—3% ССБ наступает через 2—3 ч, а конец — через 3—4 ч. Прочность образцов на сжатие достигает 300—400 кгс/см2. Недостатком этого способа является необходимость формовать изделия па месте изготовле­ ния вяжущего. Кроме того, при этом способе возможно образование выцветов на изделиях, некоторое снижение прочности изделий вследствие значительного содержания добавки в воде затворения и затруднено достижение оп­ тимального зернового состава вяжущего с целью повы­ шения его прочности.

Наиболее перспективным является второй способ по­ лучения а-полуводного гипса. При этом способе опас­ ность регидратации а-полугидрата уменьшается по сравнению с автоклавным способом с раздельными про­ париванием и сушкой, так как температура отфильтро­ ванного или промытого продукта находится в пределах

85—100°С.

А. В. Волженокий, А. В. Ферронекая и А. Е. Венец [26] рекомендуют получать высокопрочный гипс по двум схемам: при атмосферном или повышенном дав­ лении.

Дегидратация молотого двугидрата при атмосферном давлении осуществляется при 106—108°С в водном раст­ воре хлористого кальция (20—25%-ной концентрации)

облегчить фильтрацию, промывку (в случае необходимо­ сти) и сушку, а также уменьшить вероятность образо­ вания при этом двугидрата или растворимого ангидри­ та, необходимо а-полугидрат получать в виде возможно более крупных кристаллов с обязательным помолом их после сушки до оптимального зернового состава.

■При повышенном давленйи дегидратация молотого двугидрата происходит в 0,2%-ном водном растворе ма­ леинового ангидрида или в 5%-ном растворе Al2 (S 04h при 2 ат (120°С) также с последующей фильтрацией,

61

сушкой и помолом а-полугидрата. Как в первом, так и во втором случае в исходную суспензию с целью уско­ рения дегидратации двугидрата и получения оолее круп­ ных кристаллов а-полугидрата авторы рекомендую! вводить затравки — кристаллы а-полугидрата. Экспери­ менты показали, что при температуре водного раствора хлористого кальция ниже 1о6—10б“С ооразуется метастабильный водный раствор CaSO-t, в котором скорость образования новых центров кристаллизации ниже ско­ рости роста кристаллов а-полугидрата, что обеспечива­ ет получение крупных кристаллов последнего. Возмож­ ный в метастабильном растворе индукционный период (при дегидратации) ликвидируется введением доста­ точного количества готовых затравок— кристаллов а-полугидрата. Оптимальная концентрация готовых за­ травок а-полугидрата размером 0,05 мм оказалась рав­ ной 5% (при исходном гипсовом порошке фракции 0—0,1 мм, нагреваемом в растворе хлористого кальция при 106—108°С). Дегидратация при этом протекает в течение 40—50 мин. Еще более снижается продолжи­ тельность дегидратации при применении в качестве ис­ ходного сырья вторичного двугидрата различного про­ исхождения.

Способ получения высокопрочного полуводного гип­ са с введением затравок в кипящую суспензию исход­ ного двугидрата может открыть возможности рацио­ нального использования гипсосодержащих отходов хи­ мической промышленности, а также вторичного (схва­ тившегося) гипса и гипсового камня со значительным содержанием загрязнений, так как достаточно большая разница в размерах зерен а-полугидрата и примесей позволяет эффективно осуществлять обогащение про­ дукта.

Авторы этого способа предлагают также схему изго­ товления а-полугидрата с использованием непрерывно действующего корытообразного кристаллизатора с ме­ шалкой, применяемого в химической промышленности.

По этой схеме (рис. II. 13) дробленый гипсовый ка­ мень из бункера тарельчатым питателем подается в шаровую мельницу мокрого помола. Сюда же одновре­ менно подается отфильтрованный рабочий раствор до­ бавок. Помол сырья производится до размера частиц не более 0,1 мм при соотношении жидкой и твердой фаз 0,55. Емкость 4 служит для хранения и пополнения цир-

62

кулирующего в системе рабочего раствора. Из мельни­ цы суспензия попадает в емкость 5, откуда насосом по­ дается в корытообразный кристаллизатор с мешалкой, обогреваемый глухим водяным паром. Испаряемая в кристаллизаторе вода остается в конденсаторе и служит для промывки отфильтрованного а-полугидрата (спо­ соб при атмосферном давлении) или для других целей. Часть суспензии готового сс-полу-гидрата направляется насосом снова в кристаллизатор в качестве затравки.

7

Основная масса подается на непрерывно действующую установку для фильтрации, промывки и сушки ос-полу- гидрата, который затем размалывается на мельнице до оптимального зернового состава. Готовое вяжущее по­ дается в бункер.

Как показали проведенные расчеты, при такой тех­ нологии интенсивность перекристаллизации двугидрата в сс-полугидрат увеличивается более чем в 3 раза по сравнению с другими внедренными или предложенными способами получения полуводного гипса. Интенсифика; ция процесса перекристаллизации компенсирует увели­ чение расходов на амортизацию и обслуживание уста­ новки. Поэтому можно ожидать, что себестоимость по­ лученного по предлагаемому способу вяжущего при

63

большом объеме производства будет незначительно от­ личаться от себестоимости обычного строительного гипса.

Высокопрочный а-полуводный гипс, полученный по этой технологии, при нормальной' густоте 30—33% име­ ет прочность на сжатие (по ТУ 31-57) 400—500 кгс/см2. Это достигается в результате получения мономинерального продукта с компактными кристаллами и последу­ ющим размолом последних до оптимального зернового состава.

Технология варки гипса в растворах поверхностно­ активных веществ существенно не отличается от спосо­ ба с применением растворов солей. Она включает в се­ бя тонкий помол гипсового камня (если не имеется в ви­ ду переработка фосфогипса или других отходов двугидрата), варку в дегидраторах периодического или не­ прерывного действия в водных растворах поверхностноактивных веществ, промывку горячей водой для удале­ ния остатков ПАВ, обезвоживание во вращающихся фильтрах или центрифугах и сушку, если необходимо получить готовое гипсовое .вяжущее.

Из известных за рубежом способов производства а-полуводного гипса следует отметить метод Джули- ни—■Шильде [100]. На опытном заводе в ФРГ этим ме­ тодом производится высокопрочный гипс в количестве 60 г в .сутки. Установка рассчитана главным образом на переработку сульфатных отходов химических произ­ водств (суперфосфата), борной кислоты, криолита, а также органических кислот. Этот гипс рекомендуется применять после его получения во влажном состоянии. Не исключено также получение и порошкообразного вяжущего. В этом случае необходимо проводить сушку возможно быстрее, чтобы температура гипсовой массы после центрифуги не снизилась ниже 85.—90о,С. Предел прочности при сжатии и изгибе гипса в зависимости от величины водогипсового фактора колеблется соответст­ венно от 50 до 625 кгс/см2 и от 25 до 145 кгс/см2.

Н .З. ФОРМОВОЧНЫЙ гипс

Формовочным гипсом называется вяжущее, получае­ мое обжигом природного гипса с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тон-

64

кий порошок. От строительного этот гипс отличается более тонким помолом (остаток на сите № 02 не более 0,5 и 1,5% соответственно для I и II сорта) и большей прочностью. Такой гипс применяют в фарфоро-фаянсо­ вой промышленности для отливок форм. В качестве фор­ мовочного гипса для машиностроительной и металлур­ гической промышленности применяется высокопрочный гипс автоклавной обработки или смесь его с обычным, получаемым обжигом.

По СНИП I-B.2-69 на гипс формовочный для фар­ форо-фаянсовой промышленности предел прочности обцазцов при растяжении через сутки должен быть не ме­

Содержание нерастворимых примесей должно быть -не более 0,5 и 1% соответственно для I и II сорта. Содержа­ ние примесей железа и угля не допускается.

По ТУ 31-57 на гипс формовочный для машинострои­ тельной и металлургической промышленности предел прочности образцов при растяжении через сутки дол­ жен быть не менее 14, а через 7 суток — не менее 25 кгс/см2. Объемное расширение отливок из такого гип­ са должно быть не более 0,15%. В формовочном гипсе не допускается наличие механических включений час­ тиц железа, обнаруживаемых магнитом, и угля.

В отечественной практике основным тепловым аппа­ ратом для производства формовочного гипса, идущего на нужды фарфоро-фаянсовой промышленности, являются гипсоварочные котлы, которые позволяют осуществлять режим по заданной температурной кривой. Этот гипс обеспечивает необходимую пористость отливки, которая может колебаться в среднем от 30 до 40%, и всасываю­ щую способность, необходимую для быстрого удаления влаги из керамической массы. Последний показатель является особенно важным, так как от него зависит

правильным подбором исходного материала, его измель­ чением до нужной дисперсности, применением оптималь-