книги из ГПНТБ / Волженский А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение)

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-

ного режима тепловой обработки гипса. К сырью для производства формовочного гипса предъявляются высо­ кие. требования. Содержание двугидрата в гипсовом камне должно быть не менее 96%.

Для получения вяжущего с однородным модификационным составом варку гипса (или обжиг во вращаю­ щихся барабанах) необходимо производить по удлинен­ ному циклу (варка в котле колеблется от 2 до 4 ч). Рекомендуется в котле оставлять небольшую часть полугидрата от предыдущей варки, так как при этом обес­ печивается . большая скорость дегидратации гипса.

Для получения вяжущего высокой дисперсности не­ обходимо производить двух- и даже трехступенчатый помол гипса с его сепарацией. Одним из возможных способов улучшения гранулометрического состава гип­ са является его вибропомол. Так, при 5—10-минутном домоле (3-полугидрата в мельнице М200 его дисперс­ ность увеличивается с 3000—4000 до 8000—10 000 см21г. При этом 95—97% частиц вяжущего имеют размеры меньше 60 мк. За счет такого домола прочность гипса возрастает на 15—25% и примерно на Ю°/0 увеличива­ ются пористость отливок и скорость капиллярного под­ соса. Измельчение p-лолугидрата до удельной поверх­ ности выше 10 000 см21г нецелесообразно, так как при этом ускоряются процессы твердения, вяжущее комкуется и заметно снижается прочность отливок при их хранении.

П.4. АНГИДРИТОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Ангидритовыми вяжущими веществами называют по­ рошкообразные материалы, состоящие из природного или искусственно получаемого ангидрита и активизаторов его твердения. К их числу относятся собственно ан­ гидритовое вяжущее (или цемент) и высокообжиговый гипс (или эстрих-гипс).

Основные свойства ангидритовых вяжущих приведе­ ны в табл. II.2.

Ангидритовое вяжущее

Ангидритовое вяжущее или ангидритовый цемент — материал, получаемый совместным помолом природного - или искусственно приготовленного ангидрита (обжигом

66

при 600—700°С) с активизаторами твердения. В зави­ симости от этого ангидритовое вяжущее называют безобжиго.вым или обжиговым.

В зависимости от природы активизаторов разли­ чают:

68

а) ангидритовые вяжущие с сульфатными активизаторами, такими, как Na2S04, NaHS04, K2SO4, KHSO4, A12(S 04), FeS04 и алюмокалиевые квасцы КА1 (БСДЬ- •12Н20;

б) ангидритовые вяжущие с добавками щелочных активизаторов твердения, например, 2—5% извести, 5—8% обожженного доломита, 10—15% основного до­ менного шлака, 10—20% топливных зол от массы вя­ жущего.

По мнению П. П. Будникова, при твердении ангид­ ритового вяжущего на поверхности частиц под воздей­ ствием активизаторов в начале образуется комплексная соль, включающая ангидрит, а затем она распадается с образованием двугидрата.

По мере повышения степени гидратации ангидрита прочность его возрастает. При твердении в отличие от низкообжиговых гипсовых вяжущих ангидритовые вя­ жущие не увеличиваются в объеме.

По СНиП I-B. 2-69 ангидритовое вяжущее имеет марки 50, 100, 150, 200. Через сутки предел прочности при сжатии образцов из вяжущего этих марок должен быть не менее 25, 70, 90 и ПО кгс/см2.

Для производства обжигового ангидритового вяжу­ щего используют гипсовые породы, содержащие не ме­ нее 95% CaS04-2H20. Возможно также использование гипсовых и ангидритовых отходов различных отраслей промышленности. Отходы не должны содержать в боль­ шом количестве растворимых в воде веществ, вызываю­ щих выцветы на изделиях и штукатурке.

Количество активизаторов, вводимых в ангидрито­ вые вяжущие, дано в табл. II. 3.

Свойства активизаторов в значительной степени от­ ражаются на свойствах ангидритовых вяжущих. Вяжу­ щие на сульфатных активизаторах характеризуются по­ вышенной скоростью твердения и прочностью,.понижен­ ной водостойкостью и склонностью к выцветам по срав­ нению с вяжущими с известковым, доломитовым и шла­ ковым активизаторами.

Производство обжигового ангидритового вяжущего состоит из следующих основных операций:

дробление гипсового камня в дробилке до кусков размером 50—100 и 30—40 мм соответственно при об­ жиге в шахтных и вращающихся печах;

69

выносными топками) или во вращающихся печах. В зо­ не обжига при 600—750°С материал выдерживают в те­ чение 3—4 ч, в зоне охлаждения — 6—8 ч. Продолжи­ тельность пребывания материала в шахтной печи с уче­ том времени подогрева достигает 16—18 ч. Расход ус­ ловного топлива составляет 7—8 % массы готового про­ дукта;

дробление охлажденного ангидрита в молотковой или валковой дробилке до размера кусков не более 0,6—0,8 см;

подготовка активизаторов твердения (сульфата нат­ рия и медного купороса) — сушка их в барабане или других сушилках с последующим измельчением до раз­ мера зерен не более 2—3 мм;

приготовление смеси сульфата натрия и дробленого ангидрита или медного купороса и ангидрита в соотно­ шении 1:10 (по массе) в мельнице;

совместный помол в шаровой мельнице всех состав­ ных частей ангидритового цемента. По СНиП I.-B. 2-69 ангидритовый цемент следует измельчать до остатка на сите № 008 не более 15%.

Производство обжигового ангидритового вяжущего с известковым или доломитовым ускорителем твердения значительно проще по сравнению с описанным. Из­ весть или доломит подвергают измельчению в молот­

. 70

новых или валковых дробилках до размера зерен не бо­ лее 2—5 мм, после чего они через дозирующие устрой­

должно храниться в бункерах высотой не более 5 ж во избежание слеживания.

При использовании доменного шлака или зол от сжигания топлива осуществляется их сушка до влажно­ сти не более 0,5—1% и затем совместный помол с ан­ гидритом.

При производстве безобжигового ангидритового вя­ жущего природный ангидрит дробят до размера кусков не более 2—3 см в щековых (или других) дробилках, затем сушат его при температуре 170—180°С до влаж­ ности не более 0,5—1% и, наконец, измельчают в ша­ ровой (или других) мельницах совместно с активизаторами твердения.

Хранение ангидритового вяжущего на сухих складах в течение 1—2 месяцев существенного изменения в свой­ ствах не вызывает.

При производстве отделочного ангидритового вяжу­ щего маложелезистый гипс совместно с алюмокалиевы­ ми квасцами обжигают 1 или 2 раза.

При изготовлении способом двукратного обжига от­ сортированный от примесей и пустой породы гипс с раз­ мером кусков 5—15 см обжигают при 180—200°С в камер­ ных печах с выносными топками, ibкоторых до минимума сведена возможность загрязнения гипса сажей и золой. Полученный полуводный гипс вновь тщательно сорти­ руют с удалением из него загрязненного и неравномер­ но обожженного материала и далее подвергают пропит­ ке раствором квасцов. Последние в количестве 3—4,5% массы гипса предварительно растворяют в воде, на­ гретой до 80°С. Для пропитки куски гипса на 1—2 ч загружают в деревянные чаны с горячим раствором. Далее их подвергают обжигу при 650—700°С в тече­ ние 3—4 ч в камерной или иной печи. При этом чем выше температура и чем продолжительнее вторичный обжиг, тем медленнее схватывается и твердеет получен­ ный продукт. Обожженный материал подвергают из­ мельчению фарфоровыми шарами в шаровых мельни­ цах, офутерованных кремнем, до остатка 0—1% на сите № 02 и не более 10—15% на сите № 008.

При способе с однократным обжигом отсортирован­

71

ный гистс дробят в щебень размером до 2—3 см, про­ питывают 10%-иым раствором квасцов, высушивают, об­ жигают в печи при 600°С и измельчают в порошок. Не­ достатком этого способа является трудность равномер­ ного пропитывания плотных, видов гипсового камня раствором.

Отделочное ангидритовое вяжущее иногда готовят простым обжигом двуводного гипса при 600—750°С с последующим затворением полученного и измельчен­ ного в порошок ангидрита раствором квасцов из расче­ та 2—3% сухой соли от массы ангидрита.

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс)

Высокообжиговый гипс получают обжигом двувод­ ного гипса (редко ангидрита) при 800—1000°С с после­ дующим помолом в порошок. Активизатор твердения ангидрита — окись кальция в количестве 2—3% обра­ зуется в процессе обжига сырья при разложении суль­ фата и карбоната кальция. Продукт оптимального со­

мых основных сульфатов, силикатов, алюминатов и фер­ ритов кальция — 2—4%; полуводного гипса в количе­ стве 8—15%, что соответствует 0,5—0,9% гидратной во­ ды в продукте; глинистых примесей — не более 7—10% и сернистого кальция — не более 0,1%.

Для производства вяжущего при обжиге в шахтных печах должны использоваться гипсовые породы с проч­ ностью на сжитие не менее 50 кгс/см2. Материал повы­ шенного качества получают из сырья, содержащего до 3—4% равномерно распределенных доломита или из­ вестняка, а также до 5—7% глинистых примесей.

Схватывание и твердение высокообжигового гипса (так же, как и ангидритового цемента) при затворении его водой обусловлено образованием двуводного гипса из безводного сернокислого кальция. Скорость гидра­ тации ангидрита в зстрих-гиясе возрастает в условиях щелочной среды, которая возникает при растворении в воде окиси кальция в присутствии полуводного гипса, а также сульфатов калия и натрия. Для обеспечения твердения изделий из высокообжигового гипса они дол­

72