Технология производства гипса

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Гипс известен еще с древних времен и до сих пор популярен как в строительстве, так и в других отраслях промышленности, а также в медицине. Формула природного (двуводного) гипса СаSO4 х2H2O. Даже многие современные материалы не превосходят его по некоторым техническим характеристикам. Если говорить о строительстве, то чаще всего гипс используется в виде порошка, который получают путем обжига и перемалывания гипсового камня. Применяется в качестве вяжущего для приготовления различных строительных растворов, а также из него изготавливают различные декоративные элементы. Для работы с гипсом, его необходимо развести в определенной пропорции с водой, при необходимости добавить наполнитель, после чего он превратиться в пластичный состав, и можно приступать непосредственно к работе с ним.

В условиях рыночной экономики наметились определенные тенденции в производстве и применении строительных материалов. Во-первых, происходит быстрое развитие производства материалов и изделий, обеспечивающих значительное снижение массы возводимых зданий, базирующиеся на использовании местного сырья. Во-вторых, значительно возрастают масштабы производства материалов, изделий и конструкций по энергосберегающим технологиям. В-третьих, для современного строительства характерна тенденция роста доли экологически безопасных материалов и изделий, при этом расширяется сырьевая база за счет использования вторичного сырья и отходов различных производств, что обеспечивает снижение затрат при производстве материалов и изделий на 12…20%; в 2…3 раза позволяет снижать потребность в капитальных вложениях на развитие материальной базы строительства и одновременно решать задачу охраны окружающей среды. Если рассматривать гипсовые вяжущие материалы с позиции этих тенденций, то они находятся в более предпочтительном положении по сравнению с другими широко применяемыми в настоящее время аналогичными строительными материалами и изделиями. Обусловлено это повсеместным распространением гипсового сырья и гипсосодержащих отходов, простотой и экологичностью их переработки в гипсовые вяжущие, а последних - в гипсовые материалы с более низким, по сравнению с другими минеральными вяжущими изделиями, расхода топлива и энергии; низкими удельными капиталовложениями и металлоемкостью оборудования гипсовых предприятий по сравнению цементными, что особенно важно при организации производства на предприятиях средней и малой мощности. По химическому составу гипс не токсичен, при его переработке не выделяется в окружающую среду СО₂. Поэтому получаемые из него вяжущие не являются аллергенами и не вызывают заболевание силикозом. Производимые на его основе строительные материалы и изделия имеют самые высокие показатели свойств (легкость, малую тепло- и звукопроводность, высокие огне- и пожаростойкость, а также декоративность). Нельзя не отметить и то, что гипсовые материалы и изделия создают благоприятный микроклимат в помещениях за счет способности поглощать избыточную влагу и отдавать ее, когда в помещениях «сухо». Вот почему в зарубежных странах за последние 20 лет возросло применение гипсовых материалов и изделий на единицу объема строительных работ. Основными видами гипсовых материалов за рубежом являются гипсокартонные и гипсоволокнистые листы, а также мелко- и среднеразмерные плиты и блоки. Здесь получили достаточно широкое применение декоративно-отделочные и акустические изделия, а также в больших объемах гипсовые смеси различного функционального назначения. Однако, указанные гипсовые материалы и изделия используются, как правило, только внутри зданий с относительной влажностью воздуха не более 60%, что связано с присущим им отрицательным свойствам (низкой водо- и морозостойкостью, а также высокой ползучестью). Это, а также повышение требований к качеству и эффективности гипсовых вяжущих, материалов и изделий и привело исследователей в России и других странах к необходимости уделять большое внимание исходному сырью и его переработке в высококачественные гипсовые вяжущие, а последних - в материалы и изделия с новыми свойствами, новыми принципами их получения, а также разработке современных технологий.

Описание конструкции

гипс гипсоварочный дробление тепловой

Гипсоварочный котел

Конструкция котла: Кроме обжига гипсового камня в кусках размером 10-40 мм во вращающихся печах, его обжигают в виде порошка в варочных котлах и в установках во взвешенном состоянии в потоке горячих газов.

Варочные котлы являются наиболее распространенными аппаратами периодического действия. Котел состоит из сварной цилиндрической обечайки, к которой на болтах прикреплена вторая обечайка, снабженная крышкой. Днище котла имеет сферическую форму и состоит из круглого центрального вкладыша и расположенных вокруг него чугунных сегментов. В случае прогара одного из них он может быть легко заменен новым. Котел установлен на трех чугунных опорах, закрепленных на бетонном фундаменте. В крышке расположено несколько отверстий: центральное- для прохода вала лопастной мешалки, два других - для загрузки сырого гипса и отвода водяных паров, образующихся при дегидратации гипса. Два последних отверстия могут быть расположены также в боковой стенке верхней обечайки. Выгрузку готового гипса производят через течку, расположенную в нижней части обечайки котла и закрываемую шибером.

Котлы большой мощности для увеличения поверхности нагрева с целью обеспечения равномерного прогрева гипса имеют два-три ряда жаровых труб, вальцованных свободными своими концами в обечайку котла.

Снаружи, на уровне высоты нижней обечайки, котел заключен в кирпичную обмуровку. Под днищем котла в ней расположена тонка. Конструкция топки зависит от рода сжигаемого топлива.

На рисунке котел снабжен полумеханической топкой типа ПМЗ. Выше днища обмуровка котла отстоит на расстоянии 0,45-0,5 м от его стен. Благодаря этому между внутренней стенкой обмуровки и стенкой котла образуется кольцеобразное пространство, разделенное поперечными перегородками на два отсека. Большой отсек вокруг котла сообщается через отверстия в его поду и каналы в стенках с топочной камерой и жаровыми трубами. Меньший - только с противоположными концами жаровых труб и подключен к дымовой трубе.

Для варки гипсового порошка применяют гипсоварочные котлы периодического и непрерывного действия. Недостатком гипсоварочных котлов периодического действия является периодичность работы, что ограничивает их производительность, поэтому предпочтение отдается котлам непрерывного действия.

Технологический процесс состоит из отдельных стадий производства:

· дробления исходного сырья

· его помола и сушки

· обжига гипсовой мучки в котлах гипсоварочных

Первая стадия производства

Гипсовый камень фракции до 500 мм. поступает с помощью погрузчика и транспортной системы, состоящей из питателей и ленточного конвейера в щековую дробилку, где он дробится до фракции 20-60 мм. В щековой дробилке рабочими элементами являются две щеки: неподвижная и качающаяся, которая циклично приближается и ударяется от неподвижной щеки. При сближении щек кусок гипсового камня разрушается в результате приложения к нему концентрированных силовых воздействий в точках (на линия) соприкосновения с вершиной волны на броневых облицовочных плитах, установленных как на подвижной, так и на неподвижной щеках. Вершины волн на противоположных плитах смещены на Ѕ шага волны так, что в целом в куске возникает раскалывающе-разламывающие напряжения. Размер фракции регулируется размером выходной щели дробилки. Для регулирования производительности питателя используется шиберная заслонка, регулируемая приводом. Размеры ленточного конвейера подбирается исходя из габаритов участка дробления исходного материала, а также его производительности.

Вторая стадия производства

Измельчённый материал до фракции 20 - 60 мм, пройдя железоотделитель, подаётся мельницы тонкого помола. Тонкий помол гипсового камня может осуществляться в аэробильных, шахтовых, роликово-маятниковых, шаровых, молотковых и других мельницах. Основной помольной установкой для измельчения гипса является шахтная мельница, представляющая собой молотковую мельницу с гравитационным сепаратором. Эта мельница служит не только для помола, но и для сушки гипса. В отдельных случаях - и для обжига сыромолотой муки (например, при получении медицинского гипса). Можно применять серийно выпускаемые для угольной промышленности помольные установки, включающие молотковую мельницу и центробежный сепараторов. В таких установках материал измельчается, нагревается и подсушивается. Молотковые сепарируемые мельницы относятся к группе быстроходных молотковых размольных машин и состоят из корпуса, ротора с билами, привода и встроенного сепаратора. Подача материала в мельницу осуществляется по направлению вращения ротора. В результате ударов бил щебень измельчается в порошок. Тонкость помола материала и производительность мельниц зависят от скорости газового потока. В качестве теплоносителя используются отходящие дымовые газы гипсоварочных котлов. Температура дымовых газов при входе в мельницу, в зависимости от выбранного теплового режима обжига гипса в котлах, находится в пределах от 300 до 500 °С. Измельченный, высушенный и отсепарированный до остатка не более 2 - 5% на сите №02 гипсовый порошок выносится в пылевоздушном потоке в систему пылеосаждения. Газопылевая смесь после выхода из мельниц проходит через систему пылеулавливающих устройств (циклоны, батареи циклонов, рукавные фильтры и электрофильтры). Движение газов в системе принудительное и осуществляется за счет работы центробежных вентиляторов. Осажденный в системе пылеочистки гипсовый порошок поступает в расходные бункеры над варочными котлами. В зависимости от температуры газов при выходе из мельниц (85…105°С) температура порошка может колебаться от 70 до 95…10°С.

Третья стадия производства

Варка гипсового порошка происходит в гипсоварочном котле топочными газами с температурой 800-900 °С, подаваемыми по наружным каналам, созданным футеровкой котла и жаровым трубам. Теплоносителем в этих проходах служат продукты сгорания природного газа (жидкого светлого топлива) в специальной топке. Варка гипса производится при постоянном перемешивании и длится 1…2 часа и более. Гипс в варочном котле непосредственно не соприкасается с дымовыми газами, его температура составляет 100-180 °С. Сжигание газообразного (жидкого) топлива происходит в печи обогрева. Первый период - Рабочая температура до 110…120°С соответствует нагреву порошка от температуры при загрузке до температуры начала интенсивной дегидратации гипса. Далее наступает процесс обезвоживания испарения кристаллизационной (гидратной) воды. Этот период внешне характеризуется «кипением массы». Третий период характеризуется быстрым подъемом температуры и резким снижением интенсивности реакций дегидратации. По мере прекращения парообразования и увеличения плотности полученных продуктов дегидратации гипса масса уплотняется и снижается ее уровень в котле (первая «осадка» порошка). Вторая «осадка» порошка наблюдается в последний период варки и соответствует обезвоживанию полугидрата сульфата кальция до растворимого безводного сульфата кальция (ангидрита). Готовый продукт выгружается из котла в приемный бункер, откуда механическим или пневматическим транспортом передается в силосные склады для хранения и отгрузки потребителям.

Физико-химические процессы протекающие в обрабатываемом материале при тепловой обработке

Расход тепла на 1 кг двуводного гипса для превращения его в полуводный гипс теоретически составляет 138,6 ккал тепла, а для перевода в ангидрит -- 173 ккал. Практический расход тепла для обжига гипса несколько выше теоретического, так как в производстве имеются потери тепла, но все же для получения строительного гипса требуется небольшая затрата тепла по сравнению с его расходом для изготовления других вяжущих веществ.

В результате термического пре вращения двуводного гипса в полугидрат перестраивается кристаллическая решетка, при удалении молекул воды происходит разрыв связей ионов Ca2+ и SO4 2- с молекулами H2O и смещение цепочек (-Ca - SO4 - Ca - SO4 - Ca -) на величину 0,317·нм. Структуру полугидрата CaSO4 можно представить как деформированную моноклинную кристаллическую решетку двуводного гипса, рис. 3. Между цепочками (- Ca - SO4 - Ca -) в направлении оси «С» расположены полые каналы, в которых находятся молекулы воды. Связь молекул воды с ионами кальция очень слабая из-за большого межатомного расстояния 0,306 - 0,375 нм., тогда как у кристаллов двуводного гипса это расстояние составляет 0,244·нм. При удалении воды из кристаллов двугидрата CaSO4· в виде пара (в открытых аппаратах) происходит его диспергирование и разрыхление кристаллической решетки, при этом образуется в - форма CaSO4·0,5H2O. Кристаллы в - полугидрата CaSO4 мелкие, плохо сформированы, по- этому вяжущее из него отличается высокими значениями дисперсности, водопотребности, пористости и пониженными значениями прочности.

Если вода из двугидрата CaSO4· удаляется в капельно- жидком состоянии, т.е. процесс протекает в замкнутом пространстве (автоклаве) или при варке в жидких средах, образуется б - CaSO4·0,5H2O. В этом случае происходит замещение кристаллов двугидрата CaSO4 плотно упакованными призматическими кристаллами б - полугидрата CaSO4. В дальнейшем наблюдается перекристаллизация б - полугидрата CaSO4, сопровождающаяся увеличением толщины кристаллов и уменьшением их длины. Кристаллы б - полугидрата CaSO4 крупные, плотные, имеют четкий призматический габитус, поэтому гипсовое вяжущее на основе б - полугидрата CaSO4 имеет меньшую водопотребность, медленнее гидратируется и характеризуется меньшей пористостью и повышенными значениями прочностных свойств.

Размещено на Allbest.ru