Минеральные вяжущие вещества – порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой (затворении) пластичную, удобоукладываемую массу, затвердевающую со временем в прочное камневидное тело.

Классификация по способу затвердевания:

1. Воздушные

При затворении водой твердеют только на воздухе. Образованный камень сохраняет свои свойства только на воздухе. (строительный гипс, высокопрочный гипс, строительная известь)

2. Гидравлические

При затворении водой т

3. Автоклавные

4. Кислотоупорные

Гипсовые вяж вещ-ва – это продукты полной или частичной дегидротации дигидрата сульфата кальция CaSO₄.2H₂O

ОаО Белгипс

ОАО Забудова – высокопрочный гипс

Классификация гипсовяж материалов:

По вещественному составу:

Полуводные (строительный гипс и высокопрочный гипс)CaSO₄0,5H2O

Безводные CaSO₄(Ангидритовые вяжущие и Эстрих-гипс

По температуре полчения:

Низкообжиговые(строительный и выспрочн гипс)

Высокообжиговые(Эстрих-гипс)

По прочности:

Низкопрочные. Не Более 7МПа. Строительный гипс

Высокопрочные троит.в. Прочность при сжатии прев 7 МПа(Эстрих-гипс, высокопрочные гипс, ангидритовый гипс)

По водостойкости:

Неводостойкие(строительный гипс и высокопрочный гипс)

Водостойкие(Эстрих гипс и Ангидритовые вяж условно)

Свойства гипсовых вяжущих веществ:

-марка. Определяется по пределу прочности при сжатии. Для этого изготавливают образцы балочки размером 40x40x160 из гипсового тела норм густоты. После твердения (2 час) изделие испытывают на изгиб а затем половинки испытывают на сжатие. Результат испытания даст марку. Г4 – 4(-4.9)МПа Предел прочности при сжатии.

-нормальная густота. Определяется на приболе Сутторга по расплыву конуса из гипсового теста. Нормальная густота гипсового теста характерезуется расплывом конуса 180+-5мм. Если расплыв конуса меньше – доб вода. Выражается в % и определяется как отношение массы воды к массе гипсового вяжущего. Водогипсовое отношение 55-60% для строительного гипса, 25-30% для высокопрочного.

-тонкость помола. Определяется остатком на сите номер 02. Остаток на этом сите после просеивания должен составлять для грубого помола не более 23%, для среднего – не более 14%, для тонкого – не более 2%.

-сроки схватывания. Определяют на приборе Вика. Для этого готовят гипсовое тесто норм густоты, помещают его в кольцо прибора Вика, а затем через опр промежутки времени опускают иглу. Если игла не доходит до основания прибора на 1-2 мм – фиксируют начало схватывания гипсового теста. Если игла прибора погружается в тесто на 1-2 мм – фиксируют конец схватывания гипсового теста.

-водостойкость. Определяется и характерезуется коэфициэнтом размягчения, который определяется как отношение предела прочности при сжатии образцов, хранившихся в водных условиях, к тому же образцов, хран. В сухих условиях. У неводостойских образцов коэф размягчения 0.2-0.4. У высокообжиговых 0.6-0.8.

Сырьевые материалы для производства гипсовых вяжущих веществ

Сырьевыми материалами являются водные и безводные сульфаты кальция. Могут быть природными, техногенными и синтетическими. Природными сырьевыми материалами являются: природный гипсовый камень (осн компонент дигидрат сульфата кальция), природный ангидрит (CaSO4). Природный гипсовый камень встречается в природе в виде алебастра. Этот гипс характеризуется зернистой структурой, встречается в виде селенита, кот характеризуется волокнистой структурой, и гипсовый шпат (пластинчатая структура). В РБ природного сырья почти нет – 1 глубокая залеж.

Техногенное. Отходы производств, содержащих сульфаты кальция. Пример – фосфогипс – отход производства экстракционной фосфорной кислоты. (2) Фосфогипс не используется в качестве сырья в производстве гипсовяжущих, несмотря на то что это сырье относится к сырью первого сорта. Содержание дигидрата кальция в фосфогипсе составляет 95-97%. Примеси: остаточная серная кислота, фосфорная кислота, HF, CaF2, соли фосфорной кислоты. Самая вредня примесь CaHPO4, т.к. структура этой соли сходна со структурой дигидрата сульфата кальция, поэтому эти две соли сокристализуются. Существуют несколько способов очистки фосфогипса от примесей. Самый простой – это водная промывка (самый не эффективный). Нейтрализация примесей известковым молоком. Термический способ (самый дорогой). Кроме фосфогипса известно и другое техногенное сырье – сульфогипс. Это отход, образующийся при очистке дымовых газов известковым молоком, образующегося на ТЭЦ, работаэщих на каменном угле. Борогипс, отход, образующийся при произв борной кислоты. Цитрогипс – лимонной кислоты.

Синтетическое сырье. В отдичии от техногенного, синтетический гипс получают целенаправленно, разлощение серной кислоты природным карбонатом: CaCO3+H2SO4=CaSO4.2H2O+CO2; CaCO3.MgCO3(доломит)+H2SO4=CaSO4.2H2O+MgSO4+CO2. Чистота 97-98%. В настоящее время ведутся разработки по получению синтетического дигидрата кальция, т.к. РБ имеет неплохие запасы доломита и мела. Синтетический гипс – импортозамещающий товар.

Физико-химические основы процесса получения гипсовых вяжущих веществ (дегидротации дигидрата кальция)

В основе получения низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ лежит разложение дигидрата кальция на полугидрат и воду CaSO4.2H2O=CaSO4.0.5H2O+1.5H2O (107 градусов Цельсия, эндотермическая). Реакция обратимая, поэтому рассмотрим различные технологические параметры влияющие на равновесие и скорость реакции: температура, давление, концентрация. Повышение температуры, давление понизить, концентрация увеличить (Ле Шателье)(либо подводится сырье, либо отводят готовый продукт из зоны реакции) – смещение равновесия вправо. Увеличение температуры (Ван Гоффа, каждые десять градусов увеличивается скорость в 4 раза), давление не влияется (сырье и продукт твердые), концентрация увеличивается (согласно закону действующих масс, скорость прямопропорциональна концентрации веществ в степенях, равным их стехеометрическим коэфициентов) – ускоряют реакцию. Кроме того на скорость реакции влияет дисперсность, чем меньше размер частиц, тем быстрее протекает реакция.

Уравнение скорости эндогенного процесса.

В промышленном производстве концентрацию и давление обычно, не изменяют, однако температуру повышают. Примеси: NaCl, KСl – положительно влияют на скорость реакции. При их содержании до 1% температура разложения дигидрата сульфата кальция снижается, а это положительно сказывается на себестоимости продукции, поскольку процесс протекает при более низких температурах, а значит, снижается расход топлива на обжиг. Если процесс дегидротации дигидрата сульфата кальция протекает в аппаратах сообщающихся с атмосферой, т.е. в аппарате поддерживается атмосферное давление, и вода из дигидрата удаляется в виде пара – образуется β-полугидрат сульфата кальция. Имеет игольчатую форму, его кристаллы мелкие, кристаллы поризованы (из-за того что вода удалялась в виде пара) и имеют большую удельную поверхность: 0.3-0.5 м²/г. Ввиду высокой удельной поверхности растет водопотребление, а чем больше воды требуется дла затворения, тем ниже прочность такого вяжущего. Если процесс дегидротации протекает в аппаратах, не сообщающихся с атмосферой, в аппарате может создаваться как избыток так и напряжение, то вода будет удаляться в виде жидкости, при этом образуются крупные призматические кристаллы с высокой плотности α-полугидрата сульфата кальция. Удельная поверхность: 0.09-0.12 м²/г. Вследвие низкой удельной поверхности снижается водопотребность такого вяжущего, т.е. меньше воды используется для его затворения, т.е. выше прочность. β-полугидрат сульфата кальция является основным компонентом строительного гипса, α-полугидрат – высокопрочного.

Полугидрат сульфата кальция получают в гипсоварочных котлах, барабанных дегидраторах, автоклавах, гидротермальных установках. Основные технологические сиадии получения гипсовяжущих:

1. Складирование сырьевых материалов;

2. Дробление и помол сырья;

3. Сушка сырья (чаще всего совмещена с помолом);

4. Дегидротация;

5. Гомогенизация;

6. Помол готового продукта;

7. Складирование готового продукта.

Безводный гипсовый камень доставляется на предприятие и загружается в приемный бункер 1, откуда ленточным конвейером 2 подается на дробление в щековую дробилку 3, где дробится до размера кусков 30-50мм, а затем с помощью элеватора 4 подается в расходный бункер 5. Из бункера 5 гипсовый щебень тарельчатым питателем 6 подается в шахтную мельницу 7. В мельнице 7 одновременно происходит процесс помола и сушки сырья. Сушка сырья осуществляется дымовыми газами, образующимися в выносной топке 18 в результате сгорания топлива. Размер частиц гипса регулируется скоростью подачи дымовых газов. Помол осуществляется в молотковой мельнице, расположенной в низу шахты. В мельнице в процессе помола образуется пыле-газовая смесь, состоящая из тонко молотого гипса и дымовых газов. Эта смесь поступает в систему пыле очистки, где происходит разделение на твердой и газовой фаз. Система пылеочистки включает Циклон 8, систему батарейных Циклонов 9 и рукавный Фильтр 11. Очищенные дымовые газы с помощью вентилятора 10 выбрасываются в атмосферу. А уловленный тонкомолотый гипс собирается винтовым конвейером 12 и подается в расходный бункер 14, откуда дозируется в гипсоварочный котел 15. Пре собой цилиндр с вогнутым внутрь сферическим днищем. Снаружи котел обмурован кирпичной кладкой, под котлом расположена топка, под которой образуются дымовые газы, с помощью которых осуществляется обогрев котла. Для обеспечения равномерного температурного поля в котле имеются жаровые трубы. Дымовые газы отдают тепло стенкам котла, а затем поступают в жаровые трубы. Кроме того в котле имеется перемешивающее устройство, состоящее из вала и верхней и нижней мешалок. Загрузка природного гипса осуществляется сверху через загрузочный шнек. Выгрузка готового продукта осуществляется снизу через разгрузочный люк. В гипсоварочном котле протекает процесс дегидротации при температуре примерно 160-180 градусов. В процессе дегидротации образуется β-полугидрат сульфата кальция. Кроме него может образовываться безводный гипс и альфа-полугидрат. Строительный гипс может содержать некоторое количество неразложивщегося дигидрата сульфата кальция. В гипсоварочном котле может наблюдаться явление микро-автоклава. Если в гипсоварочный котел попалп крупная частица дигидрата сульфата кальция, то возможно образованияследующих продуктов. Поскольку частица нагревается неравномерно, а нагреваются поверхностные слои:

Рисунок 1.

Поэтому полученное вяжущее будет содержать бета-, альфа-полугидрата, которые будут улучшать прочностные свойства, CaSO­₄, дигидрата. Полученные в гипсоварочном котле вяжущие указанного химического состава направляется в бункер томления 16, где происходит гомогенизация строительного гипса или усреднение его химического состава. Усреднение химического состава осуществляется за счет физической теплоты вяжущего. В бункере томления разлагается дигидрат сульфата кальция, а выделившаяся из него вода присоединяется к безводному гипсу и среднее количество полугидрата увеличивается. Из бункера томления строительный гипс системой транспортирующих устройств: винтовым конвейром 12, элеватором 4 подают в силоса 17, откуда готовы вяжущие направляют на склад. Образующие в гипсоварочном котле дымовые газы направляются на очистку сначала в батарейный циклон 13, а затем в рукавный фильтр 11. Очищенные газы с помощью вентилятора 10 выбрасываются в атмосферу. А уловленная в аспирационной системе пыль присоединяется с помощью винтового конвейера 12 к основному потоку. По данной технологической схеме получают строительный гипс на ОАО «Белгипс».