1.4.4. Отримання гіпсу в середовищі насиченому парою

Запарювальний апарат (демпфер) є герметичним вертикальним металевим циліндром з люками для завантаження і вивантаження матеріалу. В нижній частині апарату є решітка (сито зневоднення) на яку завантажують гіпсовий щебінь розміром 15-40 мм. Через решітку стікає конденсат, а при продуванні відводяться топочні гази. Пара подається в апарат зверху через перфоровану трубу, розташовану в центрі. Термообробку здійснюють насиченою парою під тиском 0,23 МПа при 114 ^оС впродовж 5-8 год. Потім в тому ж апараті матеріал сушать газами з температурою 120-160 ^оС впродовж 3-5 годин, після чого подають на розмелювання. Недоліками цього методу є нерівномірність сушіння і великі витрати палива.

В апаратах “самозапарювання” надлишковий тиск створюється за рахунок випаровування з гіпсового каменю частини гідратної води. Подрібнений гіпсовий камінь завантажують в герметичний “самозапарник”, що обертається. Трубами, які знаходяться всередині апарату, подають теплоносій з температурою близько 600 ^оС. Дегідратація відбувається в середовищі пари під тиском 0,23 МПа протягом 5-5,5 годин. Надлишок пари періодично скидають. Після запарювання матеріал сушать в цьому ж апараті при тиску 0,13 МПа протягом 1,5 години, а потім при атмосферному тиску. Загальна тривалість циклу 12-14 годин. Отриманий продукт подрібнюють в млинах.

В автоклавах запарюють гіпсовий камінь розміром кусків 100-400 мм протягом 6 годин при тиску 0,6 МПа. Після цього протягом 1,5 годин тиск зменшують до атмосферного, 7 годин сушать при закритих кришках автоклаву, 10 годин сушать при відкритих кришках і декілька годин охолоджують. Загальний цикл запарювання і сушіння гіпсового каменю складає 28-30 годин. Отриманий продукт розмелють.

1.4.5. Отримання гіпсу варінням в рідкому середовищі

Невисока температура отримання напівгідрату дає можливість отримувати -модифікацію кип’ятінням гіпсового каменю в розчинах деяких солей у відкритих ємностях при атмосферному тиску. В рідкому середовищі відбувається інтенсивна передача тепла від соляного розчину до частинок гіпсу, що прискорює хемічні реакції. Для цього використовують водні розчини солей CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Na₂CO₃, NaCl та ін. Тривалість варіння в залежності від виду розчину і його концентрації складає 45-90 хвилин. Отриманий гіпс відокремлюють від рідини центрифугуванням, промивають до повного видалення солей, сушать при 70-80 ^оС і розмелюють в порошок.

Високоміцне гіпсове зв’язне також отримують кип’ятінням меленого гіпсового каменю в воді з додатком 1,5-3 % поверхнево-активних речовин (сульфітно-спиртової бражки, асидолу, милонафту). Температура кипіння такого розчину 128-132 ^оС, тривалість варіння 70-90 хвилин.

1.5. Твердіння низьковипалених гіпсових зв’язних речовин

Твердіння – це перетворення пластичного тіста в результаті складних фізичних і хемічних процесів в міцний каменеподібний стан. В процесі твердіння можна виокремити три етапи:

1) період текучості до початку тужавіння, коли маса має велику рухомість;

2) період тужавіння, коли маса втрачає рухомість, залишаючись ще достатньо пластичною, здатною деформуватись під тиском зовнішніх чинників;

3) кінець тужавіння – момент, що відповідає перетворенню маси в каменеподібне тіло, після якого пошкодження матеріалу призводить до втрати міцності.

З хемічної точки зору процес твердіння низьковипаленого гіпсу обох модифікацій полягає у взаємодії між зв’язним матеріалом і водою:

CaSO_4*0,5H₂O + 1,5H₂O = CaSO_4*2H₂O

З фізичної точки зору, основою твердіння є різна розчинність напівгідрату (близько 8 г/л) і двогідрату (близько 2 г/л), що веде до постійного пересичення розчину і кристалізації цементуючої фази CaSO_4*2H₂O.

Згідно теорії Ле-Шательє (1882 р.) напівгідрат розчиняється у воді з утворенням насиченого розчину, потім відбувається його гідратація і кристалізація двогідрату. Внаслідок цього розчин стає ненасиченим стосовно напівгідрату і нові порції CaSO_4*0,5H₂O переходять в розчин. Процес протікає доти допоки увесь напівгідрат не перетвориться в двогідрат і не закристалізується. За цією теорією через пів години після гідратації повинна бути досягнута максимальна міцність, проте вона досягається лише через декілька днів.

Міхаеліс запропонував колоїдну теорію твердіння згідно якої всі гідратні сполуки є гелі, що з часом висихають. Проте згідно даних рентгенофазового аналізу продукти твердіння гіпсу є кристалічними сполуками.

Байков об’єднав дві теорії і згідно сучасних поглядів твердіння гіпсу можна розділити на три періоди:

I – індукційний (продовжується до початку тужавіння) – утворюються незв’язані один з одним зародки двогідрату. При цьому консистенція гіпсового тіста залишається рідкою.

II – (період до кінця тужавіння) після накопичення достатньої кількості зародків двогідрату починається ріст кристалів. Оскільки окремі кристали зрощуються неідеально зовнішній об’єм суміші збільшується. Поступове зростання і переплетення кристалів призводить до збільшення міцності і перетворення суміші в каменеподібне тіло.

III – в затверділому, але ще вологому гіпсі відбуваються процеси перекристалізації, що призводять розчинення частини двогідрату і росту великих кристалів.

Гідратація напівводного гіпсу є екзотермічним процесом і супроводжується виділенням тепла.