Обжиг гипсового камня в гипсоварочном котле.

Обжиг гипсового сырья осуществляется в гипсоварочных котлах, при температуре 140-180 ⁰С.

Гипсоварочный котёл – тепловой агрегат, представляющий собой стальной цилиндр со сферическим днищем (рис. 6, приложение 1.2) Для перемешивания гипсового сырья котёл снабжён мешалкой, состоящей из вала с лопастями. Котёл закрыт крышкой с патрубком и трубой для отвода пара. Чтобы обеспечить прогрев сырья в котлах устанавливаются жаровые трубы. Топочные газы обогревают сначала днище, затем боковые поверхности котла и проходя по жаровым трубам, уходят в дымовую трубу. Диаметр варочного котла равен 3 м и больше, высота до 6 м, емкость 3-15 м³.

Рис. 6. Схема гипсоварочного котла.

После прогрева котла включается вал с лопастями и постепенно загружается в котёл гипсовый порошок. Продолжительность варки от 1 до 3 часов. Первые 20 – 30 мин порошок нагревается до 60-70 ⁰С. Подъём температуры осуществляется до 170-200 ⁰С. Выдержка гипса во время варки – 3-4 часа, при температуре 140-180 ⁰С. Такой режим варки гипса увеличивает прочность и уменьшает водопотребность строительного гипса.

Для повышения марки гипса вводится в котёл раствор поваренной соли (NaCI) – 0,1-0,15 %. Недостаток котла – прерывность работы, процесс варки трудно механизировать. После варки в котле вяжущее поступает в камеру томления гипсового порошка. Предусматривается томление гипса в камере в течение 45-60 мин, т.к. в готовом продукте содержится полугидрат, частично-растворимый ангидрит, который нежелателен. И содержатся частицы необожженного гипса (двуводного) CaSO₄ ^. 0,5H₂O.

В камере томления осуществляется реакция дегидратации двугидрата до полугидрата - βCaSO₄ ^. 0,5H₂O.

Томление необходимо для выравнивания модификации состава гипсового вяжущего.

Для транспортирования вяжущих веществ, применяется закрытый транспорт – шнеки.

II. Обжиг предшествует помолу

Технологическая схема производства строительного гипса во вращающейся печи.

Технологическая схема производства строительного гипса во вращающейся печи представлена на рис. 7 (приложение 1.3) Рис. 7. Технологическая схема производства гипса во вращающейся печи. 1 – бункер дроблёного гипсового сырья (хранится по фракциям: 10-20; 20-30; 30-35мм), 2 – бункер топлива (каменного угля), 3 – питатель, 4 – топка, для сжигания угля, 5 – вращающаяся печь (сушильный барабан): диаметр 1,6-2,2 м; П=5-15 т/час, 6 – электрофильтр, 7 – элеватор, 8 – бункер обожженного гипса, 9 - шаровая мельница (происходит дополнительная дегидритация гипса), 10 – бункер над пневмонасосом, 11 – пневмонасос, 12 – трубопровод, 13 – силосы, 14 – рукавный фильтр.

III. Совмещенный помол и обжиг Технологическая схема производства строительного гипса при совмещенном помоле и обжиге.

В отличии от гипсоварочных котлов, строительный гипс, обжигаемый в сушильных барабанах, или вращающихся печах, находиться в прямом контакте с теплоносителем. Обжигается гипсовый камень в виде щебня размером до 20 мм.

Обжиговой частью вращающейся печи служит наклонный стальной цилиндр длиной до 20 м и диаметром до 2,5 м. Барабан установлен на роликовых опорах и постоянно вращается. Расход условного топлива составляет 40-50 кг на 1 т обожженного продукта.

Достоинства технологической схемы: - более простая, компактная схема, требует меньше капитальных вложений; - малый расход электроэнергии; - прочность гипса повышается. Недостаток: большой расход тепла при обжиге сырья.

По этой технологической схеме совмещаются процессы измельчения и обжига гипсового камня. В шаровую мельницу подаётся гипсовый щебень, и одновременно нагнетаются горячие дымовые газы. При тепловой обработке гипсовый камень повергается помолу до превращения его в тонкий порошок.(рис. 8, приложение 1.4)

Рис. 8. Технологическая схема производства гипса при совмещенном помоле и обжиге. 1 – бункер гипсового камня, 2 – пластинчатый питатель, 3 – щековая дробилка, 4 – пластинчатый питатель, 5 – молотковая дробилка, 6 – элеватор, 7 – бункер дробленого сырья, 8 – питатель (обычного тарельчатый), 9 – приемная воронка мельницы, 10 – шаровая мельница для совмещенного помола и обжига, 11 – сепаратор (разделитель), 12 – шнек (аэрожелоб) – возвращается крупная фракция для повторного измельчения крупных фракций, 13 – пылеуловитель (групповые или спаренные циклоны), 14 – батарейные циклоны или рукавные фильтры, 15 – шнек, 16 – элеватор, 17 – бункер готового гипса.

При совмещенном помоле и обжиге в строительном гипсе образуется большой процент двугидрата, поэтому строительный гипс отличается быстрыми сроками схватывания, большей водопотребностью и снижением прочности.

Свойства гипса, полученного в различных тепловых установках, представлены в таблице 4.

Свойства строительного гипса, полученного в различных тепловых агрегатах

Таблица 4

Показатель	Единицы измерения	Гипсоварочные котлы	Совмещенный помол и обжиг	Вращающиеся печи
Водопотребность	% по массе	50-65	65-70	48-50
Предел прочности на сжатие высушенных образцов	МПа	10-12,5	7,5-10	12,5-15

Твердение строительного гипса.

Для получения заданной прочности гипсовых изделий используется эффект гидратационного твердения тонко размолотого порошка полугидрата с образованием двуводного гипса.

При затворении полуводного гипса водой протекает реакция гидратации

CaSO₄ · 0,5H₂O + 1,5H₂O → CaSO₄ · 2H₂O

Полуводный гипс Вода Двуводный сернокислый кальций

CaSO₄·0,5H₂O + → CaSO₄·2H₂O

При гидратации наблюдается увеличение температуры до 30°С.

Реакция гидратации экзотермическая, сопровождается выделением теплоты (≈122 кДж/кг полугидрата).

Механизм твердения полугидрата гипса представляется следующим образом: при затворении полугидрата водой он начинает растворяться с образованием насыщенного по отношению к полугидрату раствора.

Так как растворимость полугидрата почти в четыре раза выше растворимости двуводного гипса, раствор, насыщенный по отношению к полуводному гипсу, является перенасыщенным по отношению к двуводному гипсу, вследствие чего последний будет выделяться из раствора.

Одновременно идет процесс образования гелеобразных частиц гидрата за счет прямого присоединения воды к зернам полугидрата.

Получающийся при этом гидрат с течением времени кристаллизуется.

Этот процесс продолжается до полной гидратации полугидрата и кристаллизации двуводного сульфата кальция.

В процессе формирования кристаллов двуводного гипса происходит их рост, взаимное переплетение, образование структурных каркасов.

Дополнительному сращиванию кристаллов между собой способствует испарение воды иззатвердевшего двуводного гипса.

Полное высушивание завершает период формирования кристаллического каркаса и обеспечивает максимальную прочность гипсовым изделиям.

Добавки, регулирующие схватывание и твердение строительного гипса.

Для регулирования сроков схватывания вяжущих веществ применяются добавки четырех классов.

Первый класс - это добавки, изменяющие растворимость вяжущих и не вступающие с ними в химические реакции. Схватывание ускоряется, если добавки усиливают растворимость полугидрата в воде (например, NaCl, KCl, и т.д.) Схватывание замедляется, если добавки снижают растворимость полугидрата в воде (например, аммиак, этиловый спирт и т.д)

Второй класс - вещества, реагирующие с вяжущими веществами с образованием трудно растворимых соединений (фосфат натрия, бур, борная кислота). Они образуют на поверхности полугидрата защитные пленки, при этом схватывание гипса замедляется.

Третий класс – вещества являющиеся центрами кристаллизации Ca  2 H₂O, ускоряют схватывание гипсовых вяжущих.

Четвертый класс – поверхностно активные добавки. Они адсорбируются частичками гипса и уменьшают скорость образования кристаллов. Добавки снижают количество воды затворения. К ним относятся пластификаторы и суперпластификаторы.

Свойства строительного гипса.

Марка строительного гипса определяется пределами прочности при изгибе и при сжатии образцов 40х40х160, приготовленных из теста нормальной густоты (диаметр расплыва теста на приборе Суттарда 180±5 мм) в возрасте 2 часа с момента затворения гипса водой. Для марок Г-2, Г-4, Г-5Г-25 минимальный предел прочности при сжатии должен быть соответственно 2; 4; 525 МПа, а при изгибе – 1,2; 2,0; 2,58 МПа.

По ГОСТ 125 строительный гипс делится на 12 марок (табл. 5):

Таблица 5

Марка вяжущих	Предел прочности образцов балочек 40х40х160 мм, изготовленных из теста нормальной густоты, (тверд. 2 часа)
	Rсж(МПа)	Rизг(МПа)
2	2	1,2
3	3	1,8
4	4	2,0
5	5	2,5
6	6	3,0
7	7	3,5
10	10	4,5
13	13	5,5
16	16	6
19	19	6,5
22	22	7
25	25	8

По срокам схватывания строительный гипс делится на 3 класса (табл. 6):

Таблица 6

Вид вяжущих	Сроки схватывания (мин)
	Начало (не ранее)	Конец (не позднее)
А. Быстросхватывающиеся	2	15
Б.Нормальносхватывающиеся	6	30
В. Медленносхватывающиеся	20	Не нормируется

По тонкости помола строительный гипс делится на 3 группы (табл. 7):

Таблица 7

Вид вяжущего	Остаток на сите № 0,2 не более
Грубого помола	23
Среднего помола	14
Тонкого помола	2

Водостойкость строительного гипса.

Водостойкость вяжущего вещества характеризуется коэффициентом размягчения (Кразм)

, (1) где:

предел прочности при сжатии влажного материала;

предел прочности при сжатии сухого материала.

При и более, материал является водостойким.

У строительного гипса <0,3;

Для повышения водостойкости, существуют много способов:

• уплотнение гипсового камня;

• введение силикатов и т.д.

В настоящее время эффективным способом повышения водостойкости является введение в строительный гипс, портландцементного клинкера совместно с активной минеральной добавкой (гидравлическая добавка).

На этой основе получено новое гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ).

Формуемость строительного гипса.

Строительный гипс обладает хорошей формующей способностью. При затвердевании строительный гипс увеличивает объём на 1-1,5 %. Это свойство строительного гипса используется при заполнении форм архитектурно-декоративных изделий.

Применение строительного гипса

Строительный гипс марок Г-2 ÷ Г-7 применяют для изготовления панелей и плит перегородок, гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, стеновых камней, архитектурно-декоративных изделий, вентиляционных коробов, штукатурных и шпаклевочных смесей, наливных полов под различные покрытия.

Вяжущие марок Г-5 ÷ Г-7 применяют для отливки моделей и форм в фарфорофаянсовой, керамической, авиационной промышленности, в машиностроении.