Производство высокопрочного гипса

Добыча природного гипса  в зависимости от горно-геологических  условий осуществляется как открытым, так и закрытым способом. При открытом способе разработка обеспечивается наименьшие потери полезного ископаемого, создаются благоприятные условия для селективной выработки гипса различного состава и снижаются затраты по сравнению с подземной добычей.

Требования к качеству природного гипса регламентируются ГОСТ 4013-82 (табл. 3).

 

Таблица 3 - Сорта гипса

 

Сорт	Содержание в гипсовом камне, %, не менее
	CaSO∙2Н2О	Кристаллизационной воды
1	95	19,88
2	90	18,83
3	80	16,74
4	70	14,64

 

Гипсовые вяжущие производятся только из гипсового камня, в то время  как ангидритовое вяжущее (цемент) как из гипса, так и ангидритового камня, содержащего не менее 30% гипса.

Фосфогипс по содержанию основного вещества можно отнести  к гипсовому сырью первого  сорта, т.к. в нем содержание CaSO₄·2H₂O не менее 96%.

В последнее время  проявляется интерес к использованию синтетического гипса, который в отличие от техногенных продуктов является не отходом других производств, а специально получается из серной кислоты и карбонового сырья-мела, известняка или доломита. Достоинства такого подхода заключается в возможности получения на стадии синтеза требуемой формы и размера кристаллов CaSO₄·2H₂O, что является очень важным вкладом в прочность гипсовых вяжущих.

 

 

 

 

 

 

3. Расчетная часть

 

В данном разделе произведен расчет материального баланса по производству высокопрочного гипса. Материальный баланс рассчитан в соответствии со следующей характеристикой сырья: карьерная влажность гипсового камня – 9%; состав высокопрочного гипсового вяжущего, масс. %:  CaSO₄·0,5H₂O – 82; CaSО₄ – 2,2; CaSO₄·2H₂O – 4,1; остальное – примеси.

Расчет ведется на 1 тонну высокопрочного гипсового  камня.

Содержание CaSO₄·0,5H₂O в высокопрочном гипсе составляет:

1000 кг – 100%

х (кг) – 82%

х = 1000*82/100 = 820 кг

Содержание CaSO₄·2H₂O в высокопрочном гипсе составляет:

1000 кг – 100%

у (кг) = 4,1%

у = 1000*4,1/100 = 41 кг

Содержание CaSO₄ в высокопрочном гипсе составляет:

1000 кг – 100%

z (кг) – 2,2%

z = 1000*2,2/100 = 22 кг

Примеси  в высокопрочном  гипсе:

1000- (820+41+22) = 117кг

Рассчитываем массу  разложившегося CaSO₄·2H₂O в уравнении дегидратации до CaSO₄·0,5H₂O. Составляем уравнение дегидратации CaSO₄·2H₂O до CaSO₄·0,5H₂O:

 

          а                              820                 b

CaSO₄·2H₂O→ CaSO₄·0,5H₂O + 1,5H₂O

         172 145                       27

 

Содержание CaSO₄·2H₂O:

a = 820*172/145 = 973 кг

Рассчитываем количество воды, необходимое для дегидратации CaSO₄·2H₂O до CaSO₄·0,5H₂O:

b = 820*127/145 = 153 кг

Составляем уравнение  дегидратации CaSO₄·2H₂O до CaSO₄:

 

 

 

 

 

 

 

 

                  n                          22              m

CaSO₄·2H₂O→ CaSO₄ + 2H₂O

             172                        136             36

 

Содержание CaSO₄·2H₂O:

n = 172*22/136 = 28 кг

Рассчитываем количество воды, необходимое для дегидратации  CaSO₄·2H₂O до CaSO₄:

k = 36*22/136 = 6 кг

Рассчитываем содержание CaSO₄·2H₂O в природном гипсовом камне:

m (CaSO₄·2H₂O) = 28 + 973 + 41 = 1042 кг

Масса сухого природного гипса:

1042 + 117 = 1159 кг

Определяем карьерную влажность природного гипсового камня:

1159 кг – 91%

d (кг) – 9%

d = 1159*9/91 = 115 кг

Рассчитаем массу воды в высокопрочном гипсе:

115 + 153 + 6 = 274 кг

 

Приход	кг	Расход	кг
Природный гипсовый камень:	1274	Высокопрочный гипс:	1000
- CaSO4·2H2O	1042	-CaSO4·0,5H2O	820
-примеси	117	-CaSO4·2H2O	41
-вода	115	-CaSO4	22
		-примеси	117
		Вода	274
Итого	1274	Итого	1274

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Описание технологического процесса п олучения высокопрочного гипса с дегидратацией и сушкой материала в раздельных аппаратах

 

Гипсовый камень бульдозером  загружается в приемный бункер 1, из которого конвейером 2 подается в щековую дробилку 3. Дробленый камень конвейером 4 направляется на классификацию на грохот 5, в котором на резиновых ситах происходит выделение кусков кубической формы, что обеспечивает более равномерную степень дегидратации в демпфере. После этого ленточным конвейером 6 и элеватором 7 гипсовый камень классифицируется на фракции и затем конвейером 9 распределяется по бункерам 10, установленным над демпферами 11. В каждый демпфер загружают примерно 10 т и поднимают давление до 0,13-0,15 МПа, что соответствует температуре 124˚С.

  Цикл работы демпфера  следующий: загрузка 10-15 мин, подъем  давления до 0,13 МПа и изотермическая  выдержка 7-8 ч, а затем производится  сброс давления и материал  сразу выгружается.

В процессе дегидратации куски гипса становятся пористыми вследствие удаления полтора моля кристаллизационной воды из структуры CaSO₄·2H₂O. Однако выделившаяся вода в капельножидком состоянии продолжает оставаться внутри микро- и макропор материала до тех пор, пока давление в демпфере будет повышенным и упругость паров выделившейся воды будет ниже упругости пара внешней среды. С понижением давления в аппарате упругость паров перегретой воды, находящейся в порах, становится выше внешнего давления, в результате чего начинается интенсивное испарение кристаллизационной воды за счет физической теплоты, сохраняющейся в кусках -полугидрата.

В процессе дегидратации куски гипса прочно сцепляются между  собой за счет образования переплетающихся  длинных крсталлов  - CaSO₄·0,5H₂O в местах контакта. Для предотвращения этого нежелательного явления следует применять более плотный гипсовый камень без мелкой фракции и вводить в демпфер регулятор кристаллизации, который обеспечивает получение кристаллов полугидрата призматической формы. В качестве таких добавок используют ЛСТМ-1 и другие органические вещества.

Сброс давления в демпфере вызывает резкое снижение температуры  материала. Это крайне нежелательное явление получило название “температурного провала”, поскольку оно при температуре ниже 90̊ С ведет к образованию CaSO₄·2H₂O.

Сушка дегидратированного продукта производится в сушильном  барабане  17 продуктами сгорания топлива, поступающими из топки 18, по принципу

 

 

 

противотока. Температура  дымовых газов на входе 800-850˚С на выходе 100 - 110̊ С, а по материалу температура при его выходе из аппарата 120-140˚С. В процессе сушки происходит дегидратация остаточного количества CaSO₄·2H₂O. Кроме того, имеет место и негативное явление- пережог мелких частиц материала, состоящих из -CaSO₄·0,5H₂O, до растворимого CaSO_4.

Отходящие дымовые газы обеспыливаются вначале в циклоне 30, затем в электрофильтре 8, куда они подаются вентилятором 31, после чего хвостовым дымососом выбрасываются в атмосферу.

Высушенный продукт  ленточным конвейером 19 и элеватором 20 подается в бункер 21, из которого питателем 22 направляется в трубную двухкамерную мельницу 23, работающую в замкнутом цикле с воздушно-циркуляционным сепаратором 25. Подача гипсового порошка в сепаратор 25 производится элеватором 24. Для снижения расхода электроэнергии на помол в мельницу подается в качестве интенсификатора ЛСТМ-1.

Мелкая (годная) фракция  вяжущего пневмокамерным  насосом 26 перекачивается в силос 27, из которого продукт направляется в бункер 28 и затем в упаковочную машину 29. Высокопрочный гипс, получаемый по такой технологии, имеет марку Г-15-Г-17 при остатке на сите № 02 не более 1%.

Достоинством данной технологии является раздельное осуществление  дегидратации и сушки, что позволяет  увеличить производительность, снизить  расход электроэнергии до 24,7 кВт/ч и условного топлива до 67 кг на 1 т вяжущего.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Высокопрочный гипс отличается значительной плотностью и меньшей по сравнению со строительным гипсом водопроницаемостью, поэтому он более стоек к действию воды и различных атмосферных воздействий.

Цвет высокопрочного гипса белый. Введением в него различных красок можно получить цветные изделия, а отдельных кусков окрашенных пород – мозаичные изделия. Изделия из высокопрочного гипса мало тепло- и звукопроводны, но по сравнению с изделиями из строительного гипса отличаются высокой морозостойкостью, повышенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям.

Высокопрочный гипс можно применять для изготовления бесшовных полов и подготовок под линолеум. Его можно также применять для получения кладочных штукатурных растворов для внутренних стен зданий, искусственного мрамора и других строительных нужд.

Преимуществом также является экологический эффект от применения промышленных отходов взамен природных материалов.

С экономической точки зрения, высокопрочный гипс является прогрессивным строительным материалом, т.к. при его производстве, снижаются не только экономические затраты, но и растут его социально-этические свойства, такие как достигаемый экологический эффект и облегчение труда рабочих.

Применение данного строительного материала, позволит расширить рынки сбыта воздушных гипсовых вяжущих и увеличить рентабельность предприятий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Сулименко, Л. Г. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учеб. для вузов / Л. Г. Сулименко. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2000. – 303 с.
2. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение): справ.; под общ. ред. А. В. Ферронской. – М.: изд-во АСВ, 2004. – 488 с.
3. Пащенко, А. А. Вяжущие материалы / А. А. Пащенко, В. П. Сербин, Е. А. Старчевская. – 2-е изд. – Киев: Вища школа, 1985. – 440 с.
4. Кузьменков, М. И. Вяжущие вещества и технология производства изделий на их основе / М. И. Кузьменков, Т. С. Куницкая. – Минск: БГТУ, 2003. – 212 с.
5. Бутт, Ю. М. Химическая технология вяжущих материалов: учеб. для вузов / Ю. М. Бутт, М. М. Сычев, В. В Тимашев; под ред. В. В. Тимашева. – М.: Высшая школа, 1980. – 472 с.
6. Кузьменков, М. И. Химическая технология вяжущих веществ: учеб. пособие для студентов специальностей “Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий”, “Производство строительных изделий и конструкций” / М. И. Кузьменков, О. Е. Хотянович. – Минск: БГТУ, 2008. – 264 с.