книги из ГПНТБ / Волженский А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение)
.pdfкулирующего 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
Рис. |
11.13. Производство высокопрочного гипса в жидких |
средах |
||||
(по |
способу А. В Волженского, |
А. |
В. Ферронской и А. Е. |
Венца) |
||
/ —бункер; 2—тарельчатый питатель; 3—шаровая мельница; 4—емкость |
для |
|||||
рабочего раствора; 5—емкость; 6 и 8—насосы; 7—кристаллизатор |
с |
мешал |
||||
кой; |
9—конденсатор; /0—установка |
для |
фильтрации; / / —емкость |
для |
про |
|
|
мывки; 12—сушка; 13—мельница; |
14—бункер полуводного |
гипса |
|
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
нее |
13 и 11 кгс/см2, |
а при сжатии — не |
менее |
75 и |
65 |
кгс/см2 соответственно для I и II |
сорта. Объем |
||
ное расширение отливок из этого гипса |
должно |
быть |
||
не |
более 0,15%, а |
водопоглощение — не менее |
30%. |
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
быстрота и равномерность «набора |
черенка». |
||
В зарубежной практике наряду с варочными котла |
|||
ми для производства |
формовочного |
гипса |
применяют |
сушильные барабаны. |
|
|
|
Высокое качество |
формовочного |
гипса |
достигается |
правильным подбором исходного материала, его измель чением до нужной дисперсности, применением оптималь-
3—879 |
65 |
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
Т а б л и ц а |
11.2. |
Свойства ангидритовых вяжущих |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Ангидрито |
Высокообжи |
Отделочное |
Безобжиго- |
Показатели |
вое ангидри |
||||||||
вое вя.кущее |
говый гипс |
ангидритовое |
товое |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
вяжущее |
вя.кущее |
Плотность |
|
|
|
|
|
|
|||
(удельный |
|
2,8—2,9 |
|
2,85-2.9 |
3 |
||||
вес) |
в г/сж3 . |
2,9—3 |
|||||||
Объемная |
мас |
|
|
|
|
||||
са |
в |
рыхло |
|
|
|
|
|||
насыпном |
со |
|
|
|
|
||||
стоянии |
|
в |
|
|
|
|
|||
кг/мь |
|
. . . . |
800—1000 |
900—1Ю0 |
800—1000 |
1000—1200 |
|||
Водопотреб- |
|
|
|
|
|
||||
ность при за- |
|
|
|
|
|||||
творении |
в |
|
|
|
|
||||
тесто |
|
нор |
|
|
|
|
|||
мальной |
|
гу |
|
|
|
|
|||
стоты |
в |
% . |
35 -4 0 |
30—35 |
37—43 |
25—30 |
|||
Сроки |
схваты |
|
|
|
|
||||
вания |
|
теста |
|
|
|
|
|||
нормальной |
|
|
|
|
|||||
густоты |
в ч: |
|
|
|
|
||||
начало |
|
|
|
|
|
||||
|
схватыва |
|
|
|
|
||||
ния |
|
. . . . |
0,5—2 |
2—3 |
1—2 |
2—4 |
|||
|
конец схва |
|
|
|
|
||||
|
тывания |
|
2—4 |
4—6 |
2—4 |
4—8 |
|||
Предел прочно |
|
|
|
|
|||||
сти |
при |
рас |
|
|
|
|
|||
тяжении |
|
об |
|
|
|
|
|||
разцов |
из те |
|
|
|
|
||||
ста |
нормаль |
|
|
|
|
||||
ной |
густоты |
|
|
|
|
||||
через 7 суток |
|
|
|
|
|||||
твердения |
во |
|
|
|
|
||||
влажном воз |
|
|
|
|
|||||
духе в кгс/см2 |
20—30 |
15—25 |
30—35 |
Ш—15 |
|||||
То же, через 28 |
|
|
|
|
|||||
суток |
|
твер |
|
|
|
|
|||
дения |
|
. . . . |
25—45 |
20—35 |
35—45 |
15—25 |
|||
Предел прочно |
|
|
|
|
|||||
сти |
при |
сжа |
|
|
|
|
|||
тии |
образцов |
|
|
|
|
||||
из |
теста |
нор |
|
|
|
|
|||
мальной |
гус |
|
|
|
|
||||
тоты через 28 |
|
|
|
|
|||||
■суток тверде |
|
|
|
|
|||||
ния во влаж |
|
|
|
|
|||||
ном |
воздухе, |
150—300 |
1:50—200 |
250—350 |
100—200 |
||||
в |
кгс/см2 . . |
3 * |
67 |
Показатели |
Ангидрито |
вое вяжущее |
Предел прочно |
|
|||
сти |
при сжа |
|
||
тии |
трамбо |
|
||
ванных |
|
об |
|
|
разцов |
с пес |
|
||
ком |
(1:3 |
по |
|
|
массе) |
через |
|
||
28 суток твер |
|
|||
дения |
|
' во |
|
|
влажном воз |
|
|||
духе в кгс/см2 |
Ю0—250 |
|||
Усадка |
|
при |
|
|
твердении |
|
|
||
пластичных |
|
|||
растворов че |
|
|||
рез |
90 |
суток |
|
|
твердения |
в |
|
||
мм/м: |
|
|
|
|
состава |
1 |
: 0, |
0,6 |
|
1:2 |
и 1:3 |
(по |
|
|
.массе) |
|
. . . |
0,45 |
|
Истираемость, |
|
|||
определенная |
|
|||
иа |
образцах |
|
||
состава 1:0 и |
|
|||
1:2 |
|
(вяжу |
|
|
щее: |
песок) |
|
||
после |
28 |
су |
|
|
ток |
тверде |
|
||
ния, в г[см2 . |
0,3—0,6 |
|||
Отношение |
|
|
||
прочности |
|
|
||
на сжатие во |
|
|||
донасыщен |
|
|||
ных образцов |
|
|||
к |
прочности |
0,58—0,62 |
||
высушенных |
Продолжение табл. II.2
Высоксгобжи- |
Отделочное |
Безобжиго- |
вое ангидри» |
||
говый гипс |
ангидритовое |
товое |
|
вяжущее |
вяжущее |
'100—300 |
50— 150 |
0,4
0,3—0,5
0,6—0,65
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
Т а б л и ц а II.3. Количество активизаторов |
твердения |
|
|||
|
в ангидритовых вяжущих (в % от массы вяжу |
||||
|
щего) |
|
|
|
|
|
Активиэатор |
|
Количество |
||
|
|
в % |
|||
Бисульфат или сульфат натрия совместно с медным |
0,6—0,8 |
||||
•или железным купоросом |
.......................................... |
|
|||
Известь в гашеном и |
негашеном в и д е ..................... |
|
2—5 |
||
Доломят, |
обожженный |
при 800—9 0 0 ° € ..................... |
не менее |
5 - 8 |
|
Основной |
доменный |
шлак, |
содержащий |
|
|
46% СаО, 9% АЬОз и не более 3% MgO . . . |
10—15 |
||||
Отходы от производства глинозема из бокситов |
3—8 |
||||
Сернокислый глинозем |
..................................... |
|
..... |
\ —5 |
|
Алюмокалиевые квасцы ............................................... |
топлива, содержащие |
2—4 |
|||
Золы и шлаки от сжигания |
■10—20 |
||||
окись кальция в количестве |
более ,10% . . . . |
||||
обжиг двуводного гипса в шахтных печах |
(обычно с |
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
ства направляются в установленном |
количестве вместе |
с ангидритом в мельницу тонкого |
помола. Вяжущее |
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
става |
содержит |
нерастворимого |
ангидрита — 85—75%, |
окиси |
кальция |
свободной или в |
составе водоразлагае |
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
жны |
находиться во влажном состоянии в течение |
1—2 |
месяцев. |
72