Производство гипсовых вяжущих

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

Факультет дистанционных образовательных технологий

Кафедра технологии цемента и композиционных материалов

Курсовая работа

По дисциплине: «Химия вяжущих материалов»

на тему: «Производство гипсовых вяжущих»

Выполнил:

Студент гр. 13ХЦд-31в

Терехов А.Н.

Принял:

Горбачева М.М.

Искитим 2011

Содержание

Введение

1. Характеристика гипсового вяжущего

2. Способы получения гипсовых вяжущих

3. Химия гипсовых вяжущих

4. Применение, изготовление

5. Расчет количества оборудования

6. Заключение

Введение

Гипсовые материалы и изделия относятся к прогрессивным строительным материалам благодаря простоте, экономичности и малой энергоемкости производства гипсовых вяжущих (на производство 1 т гипсового вяжущего расходуется соответственно в 4,5 и 4,9 раза меньше топлива и электроэнергии, чем на производство 1 т портландцемента). Страна располагает достаточными запасами природного гипсового сырья и огромным количеством гипсосодержащих отходов.

Отечественный и зарубежный опыт применения гипсовых материалов в строительстве и результаты научно - исследовательских разработок в этой области показывают, что применение гипсовых материалов совершенно недостаточно. Перегородки из гипсокартонных листов (ГКЛ) и в некоторых случаях из пазогребневых плит, подвесные потолки, ряд отделочных материалов в помещениях с относительной влажностью воздуха до 75 % - в настоящее время наиболее известные варианты применения гипсовых изделий. Значительно меньше гипсовые материалы применяются в шпаклевках, клеях, штукатурных растворах. И совсем мало в качестве теплоизоляционных ячеистых бетонов (пеногипс, газогипс). Фосфогипс и вяжущие на его основе, несмотря на доказанную перспективность, практически не применяются для устройства оснований автомобильных дорог и в качестве добавок в асфальтобетонные смеси, и едва ли не фантастикой представляется для многих строителей возможность получения надежного гипсобетона для возведения жилых и производственных зданий.

Это обусловлено рядом отрицательных свойств как гипсовых вяжущих, так и изделий на их основе. Так, вяжущие на основе полугидрата сульфата кальция (строительный гипс) обладают высокой водопотребностью (50 - 70%), низкой водостойкостью, а изделия из них характеризуются значительной ползучестью при увлажнении, ограниченной прочностью, малой морозостойкостью, необходимостью длительной сушки изделий при их производстве и др. недостаточное применение материалов из неводостойких гипсовых вяжущих даже в тех условиях, где они могли бы успешно применяться, связаны как с названными недостатками, так и вытекающими из этого опасениями потребителей.

1. Характеристика гипсового вяжущего

Гипсовые вяжущие - группа воздушных вяжущих веществ, в затвердевшем состоянии состоящих из двуводного сульфата кальция (CaSO4 • 2Н2О), включает в себя собственно гипсовые вяжущие (далее для краткости - гипс) и ангидритовые вяжущие (ангидритовый цемент и эстрихгипс).

Гипс (в строительной практике иногда используют устаревший термин алебастр от гр. alebastros - белый) - быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaSO4 • 0,5Н2О, получаемого низкотемпературной (< 200° С) обработ­кой гипсового сырья.

Гипсовые вяжущие вещества изготовляют из гипсо­вого камня, представляющего собой, в основном, двуводный гипс - CaSO4-2H2O, ангидрита, состоящего главным образом из безводного гипса - CaSО4, и неко­торых отходов химической промышленности, содержа­щих преимущественно двуводный или безводный суль­фат кальция. Химически чистый двуводный гипс состоит из 32,56% СаО; 46,51% SO3 и 20,93% воды, а ангид­рит - из 41,19% СаО и 58,81% SO3.

Двуводный гипс - мягкий минерал, его твердость по шкале Мооса равна 2. Твердость ангидрита колеблется в пределах 3-3,5. Плотность двуводного гипса 2,2-2,4, а ангидрита - 2,9-3,1. Растворимость двуводного гипса, пересчитан­ного на CaSO4 в воде, равна 2,05г в 1л воды при 20°С. Растворимость ангидрита - 1г на 1л воды.

Для производства гипсовых вяжущих веществ серь­езное значение имеет характер кристаллизации двувод­ного гипса (мелко - или крупнокристаллический) и нали­чие примесей (глины, кремнезема, известняка, органи­ческих веществ и некоторых других). Мелкокристалли­ческий гипс дегидратируется быстрее и при менее высо­кой температуре. Цвет гипсового камня, не содержащего существенного количества примесей, приближается к белому. Примеси придают гипсу различные оттенки. Окислы железа окрашивают его в желтовато-бурые то­на, а органические примеси - в серые. Небольшое ко­личество примесей, равномерно распределенное в массе сырья, не вызывает заметного ухудшения качества ко­нечного продукта. Вредно влияют крупные включения примесей. Известны месторождения глиногипса, носяще­го местные названия: гажа, ганч, арзык. Эти породы представляют собой смесь двуводного гипса, глины или лёсса и некоторого количества кремнезема и известняка. Примеси известняка в гипсовом камне являются баллас­том в производстве, так как гипсовый камень в этом слу­чае обжигается при невысоких температурах. В высоко­обжиговом гипсе, получаемом при температуре, прибли­жающейся к температуре разложения известняка или превышающей ее, примесь известняка повышает содер­жание свободной окиси кальция. Поэтому качество сырья оценивается в зависимости от его назначения, причем во всех случаях необходимо знать не только хи­мический состав, но и физическую структуру сырья и характер распределения в нем примесей. Содержание CaSO4·2H2O в предварительно высушенном до постоян­ной массы гипсовом камне должно быть согласно ГОСТ 4013-74 не менее 95, 90, 80 и 70% соответственно для 1, 2, 3 и 4-го сортов.

Повышенное количество примесей снижает качество строительного гипса, особенно недопустимо содержание примесей в сырье для производства формовочного, тех­нического и медицинского гипса. В тех районах, где сырье сильно загрязнено примесями, можно применять искусственное обогащение сырья, что улучшает качество материала и способствует расширению    сырьевой базы

Гипсовый камень применяется не только для изготов­ления гипсовых вяжущих, но и в качестве сырья для производства сульфатированных шлаковых цементов, для совместного получения портландцемента и серной кислоты, как добавка к портландцементу для замедле­ния сроков схватывания, а также во многих других про­изводствах.

Ангидрит вследствие частичной гидратации в естест­венных условиях содержит некоторое количество хими­чески связанной воды (до 8%). Обычно он белого цвета, но иногда примеси придают ему различные оттенки, которые позволяют использовать его для изготовления скульптур. Гипсовый камень широко распространен в природе, ангидрит встречается реже.

Из отходов химической промышленности, которые могут быть использованы для производства гипсовых вя­жущих, следует отметить фосфогипс, представляющий собой отход производства экстракционной фосфорной кислоты, содержащий до 96% двуводного сульфата каль­ция с примесью фосфатов, фторидов, кремнезема и неко­торых других соединений. Фосфогипс получают в виде шлама с большим количеством воды. В связи с тем что количество получаемого отхода с каждым годом возрас­тает, весьма важно использовать его для производства гипсовых вяжущих.

2. Способы получения гипсовых вяжущих

Производство строительного гипса, в основном, сос­тоит из дробления, помола и тепловой обработки - де­гидратации (обжига). При одних   технологических схемах помол предшествует обжигу, при других - следует за ним, иногда помол и обжиг совмещают в одном ап­парате. Дегидратация гипсового камня может осущест­вляться в варочных котлах, вращающихся печах (су­шильных барабанах), аппаратах для совместного помо­ла и обжига, запарочных аппаратах и некоторых других установках. В варочные котлы поступает материал, из­мельченный до требуемой конечной тонкости помола вя­жущего: во вращающиеся печи - с размером кусков от 10 до 35мм, а в запарочные аппараты — вплоть до 400мм. В связи с этим в одних случаях требуется лишь предварительное (до обжига) дробление материала, а в других - дробление и тонкое измельчение. Выбор того или иного обжигательного аппарата зависит от масшта­бов производства, свойств сырья, требуемого качества готовой продукции и ряда других факторов.

Дробят гипсовый камень в щековых, конусных и мо­лотковых дробилках. Помол гипсового камня, в котором содержится влага, затрудняется. Высушенный, а тем более обожженный гипс размалывается легче, расход электроэнергии в этом случае меньше. При тонком по­моле гипсового камня в шаровых мельницах и в некото­рых других аппаратах необходима предварительная его сушка, например в сушильных барабанах, с тем что­бы содержание влаги не превышало 1%. Целесообразно совместить процесс сушки и помола в одном аппарате, например в шахтной, ролико-маятниковой или шаровой мельнице. Наибольшее распространение получили шахт­ные мельницы.

Шахтная мельница состоит из быстроходной молот­ковой мельницы (рис. 2.1) и расположенной над ней пря­моугольной металлической шахты высотой 12—15 м. Горячие дымовые газы подаются из специального под­топка или гипсоварочных установок через сборный ка­нал и подводящие патрубки 1 в боковые каналы 2, от­куда поступают под ротор. Температура газов, поступа­ющих в мельницу, 300-500°С, а выходящих из мельни­цы – 85-105°С. Ниже места выхода теплоносителя из подводящих каналов расположена сама молотковая мельница, на вал 5 которой насажен ротор с кольцами. На них шарнирно укреплены молотки - била 3. На высоте около 1м от верхнего края помольной камеры укреп­ляется входная течка для подачи дробленого гипсового камня. Встречая при своем падении быстро вращающие­ся молотки, раздробленный до кусков размером не более 40мм гипсовый камень измельчается в тонкий по­рошок.

Поскольку в мельницу непрерывно поступают горя­чие газы, процесс помола идет одновременно с сушкой материала, а также с некоторой его дегидратацией. От­сасываемый вверх по шахте 4 поток газа одновременно сушит, сепарирует и транспортирует измельчаемый по­рошок.

Рис. 2.1 Шахтная мельница

Этот поток газов уносит в пылеосадительную систему те фракции материала, которые способны удерживаться во взвешенном состоянии при данных скорос­тях потока. Более крупные частицы выпадают из потока на определенной высоте и возвращаются на дополни­тельный помол. Скорость газов в шахте – 4-6 м/с. С ее увеличением помол становится более грубым, а с умень­шением - более тонким. Изготовляют шахтные мель­ницы различных размеров и производительности. Диа­метр ротора колеблется в пределах 800-1500 мм, а про­изводительность составляет 5-20 т/ч при остатке на си­те с сеткой № 02 измельченного продукта не выше 15%. Число бил в мельницах 21-100, частота вращения вала 730-960 оборотов в минуту.

При совмещении сушки и помола в одном аппарате любой конструкции необходимо направлять газопыле­вую смесь в пылеосадительные устройства. Обычно очистка производится в несколько ступеней. Для первой ступени очистки используют пылеосадительные камеры и циклоны, для второй ступени - циклоны и батарейные циклоны, а для третьей - электрофильтры, которые улавливают наиболее тонкие частицы.

Наиболее распространенный способ получения строи­тельного гипса - варка в гипсовых котлах.    Схема производства с применением варочных котлов приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема производства строительного гипса с применением ва­рочных котлов

1 - мостовой грейферный кран; 2 - бункер гипсового камня; 3 - лотковый питатель; 4 - щековая дробилка; 5, 6 — ленточные транспортеры; 7 - бункер гипсового щебня; 8- тарельчатый питатель; 9 - шахтная мельница; 10 - сдвоенный циклон; 11 - батарея циклонов; 12 - вентилятор; 13, 15 - рукавные фильтры; 14 - пылеосадительная камера; 16 - шнек; 17 - бункер сырого мо­лотого   гипса;   18 - гипсоварочный   котел;   19 - камера   томления;   20 - бункер готового гипса

На заводах применяют в основном два типа котлов: малой (3м3) и большой вместимости (15-25м3).

Гипсоварочный жаротрубный котел вместимостью 15м3 (рис. 2.3) представляет собой вертикальный сталь­ной цилиндр 4 со сферическим днищем 1, обращенным своей выпуклой стороной внутрь цилиндра. Котел имеет четыре внутренние жаровые трубы 3, расположенные го­ризонтально в два ряда одна над другой. Эти трубы служат газоходами для топочных газов, увеличивая по­верхность теплопередачи от горячих газов к гипсу и способствуя более равномерному нагреву гипса. Котел обмурован кирпичной кладкой, нижняя часть которой образует топку, а верхняя - систему газоходов. Топочные газы обогревают сначала днище котла, которое яв­ляется одновременно и сводом топки. Затем эти газы направляются через пламенные влеты в кольцевой ка­нал, образуемый цилиндром котла и обмуровкой, и про­ходят через жаровые трубы. Отработанные газы удаля­ются через дымовую трубу 5.

Рис. 4. Гипсоварочный котел вместимостью 15м3

Котел снабжен перемешивающим устройством, состо­ящим из вертикального вала 12 с прикрепленными к не­му нижними и верхними лопастями 2 и 11. Нижние ло­пасти выгнуты по профилю днища и отстоят от него на расстоянии 50-60мм, верхние - прикреплены к валу таким образом, что при вращении проходят между верх­ними и нижними трубами. Мешалка вращается со ско­ростью 18-20 об/мин. Котел закрывается крышкой 13, снабженной патрубком 6, через который удаляются нары воды. Сырой гипсовый порошок подается в варочный котел загрузочными шнеками 7. Когда открываются ши­беры 8, готовый продукт выгружается из котла через течку 10 и поступает в бункер томления 9. Продолжи­тельность цикла варки в котле 90-120 мин. Выход го­тового продукта за один цикл равен 10-15 т. Расход ус­ловного топлива 40-50кг на 1т обожженного продукта.

При варке из материала, словно из кипящей жид­кости, бурно выделяются пары воды, причем подвижность порошка подобна подвижности жидкости. Первое «кипение» гипсового порошка происходит при температуре 140-150°С и характеризуется, в основном, образо­ванием полугидрата. Второе «кипение» наблюдается три 170-190°С, оно сопровождается полным обезвоживанием полугидрата. При первом и втором кипении происходит осадка материала, т. е. уровень его в котле снижается. Вторая осадка менее интенсивна.

Измельченный в порошок гипсовый камень запружают в предварительно разогретый котел при непрерывной ра­боте мешалки. Загрузив первую порцию материала, ожи­дают появления признаков кипения, после чего продол­жают засыпку гипсового порошка постепенно, чтобы гипс был все время в кипящем состоящий и сохранял хо­рошую подвижность. Сырой гипсовый порошок не обла­дает достаточной подвижностью, что затрудняет работу мешалки. При выгрузке на дне котла оставляют слой гипса в 50-60мм, после чего начинают очередную заг­рузку.