Способ получения высокопрочного гипса

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО ГИПСА В АППАРАТАХ САМОЗАПАРИВАНИЯ

Существовавшая до последнего времени технология производства полуводного гипса в напольных, камерных, шахтных и

вращающихся печах, а также в варочных котлах не имела бла

гоприятных перспектив для значительного повышения прочности полуводного гипса; поэтому исследовательская мысль была направлена на изыскание нового технологического процесса, обеспечивающего получение гипса высоких марок.

В результате проведенных научно-исследовательских экспериментов появились два принципиально новых предложения:

1) обрабатывать гипс. насыщенным водяным паром при избыточном давлении и 2) получать полуводный гипс путем варкн в жидких средах [8]. Получение высокопрочного гипса путем пропаривания гипсовой щебенку при избыточном давлении заинтересовало технологов больше, нежели варка его в жидких средах; поэтому последовал целый ряд различных вариантов

способа получения гипса при избыточном давлении.

Некоторые из этих вариантов прошли проверку в производственных условиях и были оценены с точки зрения рекомендации их к внедрению в промышленность. Впервые в СССР опытная установка по предложению канд. техн. наук И. А. Переде — рия [2] была сооружена в 1938 г. в Москве на Краснопресненском силикатном заводе. В феврале 1938 г. на этой установке, работавшей под руководством автора предложения, был получен полуводный гипс высокой активности, названный И. А. Передернем «высокопрочный гипс ГП». Данные об этом гипсе были опубликованы 10 февраля 1938 г. в московской газете «Строительный рабочий». Изучением опыта производства и строительных свойств гипса ГП занимались: экспериментальная станция Московского городского управления промышленности стройматериалов и научно-исследовательская и экспериментальная станция Моссовета.

Исследования подтвердили предложения И. А. Передерия о возможности получить гипс более высокой активности; одновременно было установлено, что гипс ГП обладает способностью сохранять литейные свойства при 35—40% воды затво — рения вместо обычных 55—70% для полуводного гипса. При 30% воды затворения гипсовые кубики в высушенном состоянии приобретали прочность на сжатие, доходящую до 250 кг/см2. Это было новостью, так как такой прочностью, получаемой обычными способами, полуводный гипс не обладал, если образцы изготовлялись из теста нормальной густоты.

Технологическая схема производства высокопрочного гипса ГП состоит из следующих операций: 1) дробления гипсового камня до крупности 10—50 мм; 2) пропаривания гипсового щебня насыщенным паром при давлении 1,3 ат (124°) в течение 6 часов; 3) выгрузки из автоклава пропаренного гипсового щебня в бункер; 4) сушки пропаренного продукта при t = 120° в течение 2—2,5 час.; 5) помола высушенного продукта в порошок. Тонкость помола характеризовалась 10%-ным остатком на сите 144 отв/см2.

При опытной проверке П. В. Лапшиным способа производства гипса ГП в технологическом процессе его изготовления был установлен один существенный дефект, отражающийся на качестве получаемого вяжущего. Дефект этот заключается в том, что т. Передерий предлагал после пропарки охлаждать гипсовый щебень, выгружая его из автоклава в бункер, с целью удаления из гипса влаги в процессе остывания щебня. Охлажденный гипсовый щебень затем вновь нагревался до t = 120°, при которой гипс высушивался до состояния полуводного гипса.

В 1941 г. тт. Ф. Т. Садовский и А. С. Шкляр предложили свой способ получения высокопрочного гипса. Способ этот впервые был проверен на опытной установке Наркомстроя в г. Стерлитамаке. Первая партия промышленного высокопрочного гипса ’была получена 3 апреля 1942 г. Эта установка действует и по настоящее время. Продукция, получаемая этим способом, отличается непостоянным качеством. На действующих заводах по. производству этого гипса не более 50% выпускаемой продукции соответствует требованиям Временных технических условий на гипс строительный — высокопрочный (ТУ 33-44) (Наркомстрой и НКПСМ). Гипс, удовлетворяющий этим техническим условиям, имеет следующие показатели:

Сроки схватывания начало 3—6

Прочность при растяжении……………………………………. 24—40 кг/см3

Прочность при сжатии…………………………………………… 150—250 ,

Остальные 50% выпускаемого гипса характеризуются более короткими сроками схватывания и меньшей прочностью. Гипро — индустроем Наркомжилгражданстроя УССР разработана Временная инструкция по производству высокопрочного гипса (У-И-01-45), где установлена следующая технологическая схема: 1) дробление гипсового камня до крупности 15—50 мм; 2) пропаривание гипсового щебня при избыточном давлении 1,2—1,3 ат в течение 4,5—5,5 час. и при давлении в 1,6 ат— 1 час.; 3) сброс давления до атмосферного и сушка пропуском горячих газов непосредственно через гипсовый щебень. Первые 30 мин. газ из топливника подается с температурой + 200° и затем в последующие 3—3,5 час. с температурой 140—150°. Однако практика эксплоатации заводов показала в большинстве случаев более удлиненные сроки сушки. Основным дефектом способа производства высокопрочного гипса Садовского и Шкляра является снижение температуры гипсового щебня после пропарки в момент перехода к сушке, т. е. примерно то же самое, что и у способа, предложенного И. А. Передернем. Несмотря на то, что процессы пропаривания и сушки совершаются в одном и том же агрегате в непосредственной последовательности без перерыва, все же температура гипсового щебня в агрегате снижается до 35—40°. В этом случае образовавшаяся в процессе пропаривания полуводная модификация гипса вновь, гидратируется и переходит в двуводную, т. е. образуется дву — гидрат вторичного происхождения. Дальнейший, хотя бы и немедленно начавшийся процесс сушки, представляет собой по — существу процесс регенерации гипса.

Прежде чем перейти к описанию технологического процесса производства высокопрочного гипса по методу «самозапарива — ния», необходимо разъяснить, в чем состоит дефект в технологии производства гипса ГП и гипса, получаемого по способу Садовского, и почему метод самозапаривания более совершенный.

Кандидаты техн. наук П. И. Боженов 191 и И. А. Передерий [2], рассматривая первый теорию высокопрочного гипса, второй—

-теорию технологии высокопрочного гипса, оба пришли к безу — ; словно правильному выводу, что «основными обусловливающими качество гипса операциями являются запарка насыщенным паром и сушка»; остальные операции имеют либо подчиненное, либо чисто организационное значение. Однако у обоих авторов толкование влияний процессов пропаривания и сушки на изменение кристаллической решетки гипса совершенно противоположные. И А. Передерий утверждает, что «Процесс удаления воды из гипсового камня после пропаривания необходимо вести тщательно и по режиму, безусловно обеспечивающему перекристаллизацию в гипсовом камне[1], и не прибегая к удалению влаги из гипсового камня любыми средствами». И. А. Передерий считает, что перекристаллизация гипсового камня происходит в процессе сушки, а не в процессе запарки. П. И. Боженов пишет: «Опыт показывает, что перекристаллизация гипсового камня в агрегате протекает в процессе запарки, т. е. при повышенной температуре в среде насыщенного пара».

Исследования автора, проведенные в ЦНИПС в 1943 г. и опубликованные в книге «Высокопрочный гипс по методу само- запаривания» [41, а также и более поздние работы, позволили прийти к заключению, что перекристаллизация гипсового камня происходит в процессе его запаривания, т. е. в процессе дегидратации двуводного гипса.

Ф. Т. Садовский и А. С. Шкляр, склоняясь к той же точке зрения, что перекристаллизация гипсового камня происходит в процессе запарки, предложили в целях сохранения температуры гипсового камня, не позволяющей гипсу гидратироваться, использовать пропарник в качестве аппарата, в котором процесс запарки и сушки можно вести без перерыва. Авторы не учли огромных потерь тепла в процессе сброса пара и выравнивания давления в пропарнике с давлением атмосферным. Потери тепла, как и следовало обкидать, оказались столь большими, что основное условие нарушалось, и гипсовый камень вновь гидратировался. Таким образом, невольно они повторили ошибку И. А. Передерия, так как допустили охлаждение, а следовательно, и гидратацию пропаренного гипсового щебня.

Вторая основная операция — сушка гипсового щебня в про — еарнике — имеет также ряд дефектов, влияние которых на качество гипса бесспорно. Процесс сушки гипсового щебня в пропарнике протекает по следующей схеме. Пропарник представляет автоклав цилиндрической формы, установленный вертикально (рис. 1); через верхний его люк производится загрузка пропарника гипсовым щебнем, через нижний люк обработанный щебень высыпается в бункер. Горячие газы из топливника подаются через верхний торец пропарника, а внизу пропарника эти газы отсасываются через боковое отверстие. Таким обра-

зом, mo предложению Ф. Т. Садовского и А. С. Шкляра, горячие газы должны, поступая сверху вниз, омыть весь щебень и, увлажнившись, выбрасываться в атмосферу; при этом должно было получиться равномерное высушивание гипсового щебня в пропарнике. В действительности же этого не происходит по следующим обстоятельствам:

а — зажим крышек; б — крышка загрузочного люка; в — ввод сушильных газов; г — пароподводя — .щие кольцевые трубы; д — обезвоживающее сито; е — затвор; ж — крышка выгрузочного люка; з — вывод газов

1) Гипсовый щебень, попадая самотеком в пропарник, укладывается неравномерно, так как в одних местах он распределяется более плотным слоем, а в других, наоборот, с образованием пустот; поэтому горячий газ, попадая в пропарник, при проходе через щебень, естественно устремляется туда, где он встречает наименьшее сопротивление, т. е. в более рыхлые слои, минуя слои уплотненные. Это обстоятельство приводит к тому, что в некоторых (уплотненных) местах гипс, получая недостаточно тепла, остается не- просушенным, а следовательно, в этих местах остается неразложенным двуводный сернокислый кальций.

2) При выпуске пара из пропарника по окончании пропаривания сразу же снижается температура в пропарнике; в первый момент до 90—95°, а через час до

Рис. 2. Режим запарки и сушки гипса в демпфере

40—45° (рис. 2). Поэтому впускаемые в пропарник горячие газы в верхних слоях насыщаются влагой, а опускаясь ниже, они охлаждаются и вследствие этого начинается их перенасыщение влагой. Последняя конденсируется на нижележащих ‘Слоях щебня и его насы
где верхние слои высушиваются, а нижележащие — увлажняются до полного насыщения гипсового щебня водой. Последний же период сушки представляет собой процесс, при котором полуводный гипс в верхних слоях щебня пересушивается, переходя в ангидрит. Средние слои гипсового щебня высушиваются до полугидрата, а нижние слои остаются не просушенными, так как невозможно при температуре 90—95° влажный двугид — рат дегидратировать до состояния полугидрата в столь короткий срок как 1—2 часа. Следовательно, большая часть гипсового щебня проходит стадию регенерации. На этом основании явления, происходящие с гипсом в процессе его обработки по способу Садовского—Шкляра, можно охарактеризовать следующими уравнениями:

1 стадия — пропарка 2(CaS042H20)->2(CaS04. V2H2O) + (ЗН20— вода, отщепившаяся, но не удаленная из гипса);

II стадия — сброс пара и переход к сушке

2 (CaS04. V2 Н20)+ЗН20 -* 2 (CaS04. Va Н20)+(«Н20 — оставшиеся и стремящиеся гидратировать полуводный гипс), где я по способу Садовского—Шкляра, наличие отмеченных выше модификаций гипса является обязательным; количественно’ они могут меняться в зависимости от температуры и длительности сушки. В целях уменьшения в смеси двуводного гипса вторичного происхождения практически на заводах срок сушки стараются удлинять. Гипс ГП благодаря тому, что процесс запарки отделен от процесса сушки, іможет и не иметь двуводного гипса вторичного происхождения, но все же основной продукт—полуводный гипс, как правило, также вторичного происхождения. И. А. Передерий на опытной установке сушил после пропарки гипс в виде щебня. В своей книге [2] он также предлагает после пропаривания гипсовый щебень охладить, а затем сушить его при температуре 120°.

Это предложение является нецелесообразным; продукт получится гораздо равномернее, и быстрее пойдет процесс высушивания, если охлажденный пропаренный гипсовый щебень размолоть до требуемой тонкости помола, а затем уже варить его в варочном котле или совместить помол с высушиванием в молотковых мельницах. Такой процесс производства целесообразнее, но от регенерации гипса он не спасает.

Предложенный автором совместно с проф. Б. Г. Скрамтае — вым способ производства высокопрочного гипса путем самозапаривания рассчитан на то, чтобы нагретый гипсовый щебень не охлаждался до тех пор, пока не будет закончен весь процесс тепловой его обработки. Тепловая обработка гипса, т. е. пропаривание и сушка производятся также в одном аппарате; но благодаря тому, что в аппарат подается тепло непрерывно (в процессе перехода от пропаривания к сушке при атмосферном давлении), никаких условий для гидратации гипса не создается. В этом случае возможно получить полуводный гипс и растворимый ангидрит только первичного происхождения; поэтому активность самозапарочного гипса должна быть выше, что и подтвердилось на практике производства этого гипса.

Второй отличительной чертой способа самозапаривания является то, что для образования избыточного (до 1,3 ат) давления в аппарате используется вода, содержащаяся в самом гипсовом щебне в свободном состоянии (гигроскопическая), и вода связанная (кристаллизационная). При нагревании гипсового щебня вначале (при 100°) образуется пар из свободной воды, а затем при нагревании выше 107—110° начинается дегидратация гипса и перевод отщепленной воды также в состояние пара. Таким образом, при методе самозапаривания не требуется устройства специальной котельной для процесса пропаривания гипсового щебня; наоборот, образующийся при запаривании избыточный пар может быть использован для подогрева сырья и для отопления помещений.

Рис. 3а. Вертикальный разрез аппарата самозапаривания

Источник

Способ получения высокопрочного гипса

Владельцы патента RU 2613388:

Настоящее изобретение относится к способу получения высокопрочного гипса варкой в жидких средах при атмосферном давлении. Технический результат заключается в наибольшей степени конверсии двуводного гипса, эффективной предварительной обработке двуводного гипса перед варкой. Способ включает предварительную механическую активацию двуводного гипса и последующую обработку активированного двуводного гипса водой при температурах 97-100°C в течение 4 часов, причем последующей обработке подвергают двуводный гипс, в котором количество запасенной энергии, соответствующее изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, не менее 312 кДж/моль и суммарное количество энергии, соответствующее изменению поверхности областей когерентного рассеяния и микродеформаций, в диапазоне от 5,6 до 5,8 кДж/моль. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу получения высокопрочного гипса варкой в жидких средах при атмосферном давлении.

При подводе тепловой энергии гипс CaSO₄⋅2H₂O теряет полторы молекулы кристаллизационной воды, в результате чего дигидрат сульфата кальция превращается в полугидрат сульфата кальция CaSO₄⋅0,5H₂O.

Получение альфа-полугидрата сульфата кальция — высокопрочного гипса возможно путем выделения воды из кристаллической решетки дигидрата сульфата кальция в капельно-жидком состоянии. Такие условия создаются либо при дегидратации в автоклавах под давлением 0,13-0,7 МПа и температуре 124-174°C, либо при варке в жидких средах (Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник / Под ред. А.В. Ферронской – М.: Ассоциация строительных вузов, 2004. — 487 с.).

Известен автоклавный способ производства высокопрочного гипса (Минеральные вяжущие вещества: технология и свойства. Учебник для ВУЗов / А.В. Волжский, Ю.С. Буров, B.C. Колокольников. — М.: Стройиздат, 1979. 467 с.) путем тепловой обработки двуводного гипса паром под давлением 0,13 МПа при 124°C в течение 5 ч. В это время из двуводного гипса выделяется вода в жидком состоянии, причем образуется полугидрат в виде хорошо оформленных крупных кристаллов. Вода, образующаяся при конденсации пара, а также выделяющаяся из гипса во время тепловой обработки, отводится через специальное устройство. По окончании прогрева гипса давление пара снижается до атмосферного. Далее в запарник подаются горячие топочные газы для сушки полученного полугидрата при 120-140°C в течение 3-5 ч. Весь цикл обработки занимает 10-12 ч. Высушенный материал размалывают в шаровых мельницах.

Недостаток способа — значительная продолжительность тепловой обработки и повышенный расход топлива.

Распространение получило производство высокопрочного гипса способом «самозапаривания» в автоклавах (Минеральные вяжущие вещества: технология и свойства. Учебник для ВУЗов / А.В. Волжский, Ю.С. Буров, B.C. Колокольников. — М.: Стройиздат, 1979. 467 с.), предусматривающим создание избыточного давления за счет испарения из гипсового камня гидратной воды. Дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрываемый вращающийся «самозапарник», куда подают топочные газы с температурой около 600°C. Проходя по находящимся внутри аппарата трубам, газы нагревают материал. Дегидратация гипса протекает в паровой среде при повышенном давлении 0,23 МПа в течение 5-5,5 часов. Излишки пара периодически сбрасываются. После запаривания материал сушат в этом же аппарате, снижая для этого давление в течение 1,5 часов до 0,13 МПа, а затем до атмосферного. Общая продолжительность цикла составляет 12-24 ч. Полученный материал тонко измельчают в мельницах.

Недостатками способа являются невысокая производительность и длительность технологического цикла, что обусловливает достаточно высокую стоимость высокопрочного гипса.

Известен способ производства высокопрочного гипса (патент РФ №2360875 от 10.07.2009), заключающийся в том, что дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрывающийся аппарат, повышают температуру внутри аппарата до 60-70°C, после чего аппарат герметизируют и создают в нем избыточное давление 0,13 МПа, нагревают дробленый гипсовый камень до температуры 124°C и осуществляют баротермальную выдержку с последующей сушкой и выгрузкой полученного вяжущего, отличающийся тем, что избыточное давление в 0,13 МПа создают путем нагнетания внутрь аппарата атмосферного воздуха, баротермальную выдержку осуществляют в течение 3-5 ч, во время которой периодически удаляют конденсат, сушку осуществляют в течение 30 мин после снижения давления до 0,1 МПа, затем вакуум-насосом создают разрежение 0,05-0,075 МПа и продолжают сушку до стабилизации температуры и давления. В результате такой обработки достигается повышение производительности способа производства высокопрочного гипса и улучшение его качества.

Недостатками способа являются сложность аппаратурного оформления процесса.

Преимущества способа варки в жидких средах — возможность в жидкой среде изменять температуру, давление, выбирать реагенты — активизаторы, их концентрацию и др., что позволяет осуществлять процесс непрерывно и повысить его производительность за счет повышения тепло- и массообмена. В качестве жидких сред могут применяться растворы многих солей. Относительно низкая температура дегидратации двуводного гипса позволяет получать высокопрочный гипс и при атмосферном давлении путем кипячения дробленого гипсового камня в растворах солей (CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Na₂CO₃ и др.), повышенная температура кипения которых позволяет осуществлять процесс дегидратации гипса. Длительность варки зависит от вида раствора и его концентрации и составляет 45-90 мин. Полученный таким образом продукт, состоящий в основном из альфа-полугидрата, отделяют от жидкой среды центрифугированием, промывают до полного удаления солей, сушат при 70-80°C и размалывают в порошок. Такая технология позволяет получить продукт высокого качества и сократить длительность производственного цикла (Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: Учеб. для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 2000. — 303 с.).

Недостатком данного способа является необходимость применения дополнительных реагентов, присутствие в получаемом альфа-полугидрате значительных количеств солей и других веществ, ухудшающих его качество, и, как следствие, необходимость их отмывки с помощью многократной промывки горячей водой, концентрирования образующихся при этом промывных вод путем упаривания и обезвоживания продукта в центрифугах или фильтрах.

Известен способ получения высокопрочного гипса путем варки измельченного двуводного гипса в жидкой среде (патент РФ №2392241 от 20.06.2010). При этом используют гипс, измельченный в шарокольцевой мельнице в течение 20-40 мин в присутствии добавок алкилиденфосфоновых кислот в количестве 0,005-0,05%, а варку осуществляют в воде при температуре 93-96°C в течение 1-2 ч. Такой способ получения высокопрочного гипса позволяет использовать в качестве жидкой среды воду вместо солевого раствора и исключить стадию утилизации солевого раствора после отделения полученного вяжущего, а также понизить температуру варки двуводного гипса со 100°C до 93-96°C.

Данный способ по совокупности сходных признаков, а именно предварительная механообработка, варка в воде при температурах не более 100°C, принят нами за прототип.

Недостатком данного способа является необходимость применения реагентов на стадии измельчения, создание условий для равномерного распределения добавок алкилиденфосфоновых кислот в двуводном гипсе перед варкой, отсутствие критериев выбора продолжительности измельчения.

Настоящее изобретение решает задачу эффективного получения высокопрочного гипса, позволяющего исключить применение добавок алкилиденфосфоновых кислот на стадии измельчения и обеспечить целенаправленную и эффективную предварительную обработку двуводного гипса перед варкой в воде.

Решение указанной задачи достигается за счет целенаправленной предварительной механической активации двуводного гипса перед обработкой водой, что позволяет повысить эффективность и экономичность процесса получения альфа-полугидрата сульфата кальция.

Поставленная задача решается в способе получения альфа-полугидрата сульфата кальция, включающего предварительную механическую активацию двуводного гипса и последующую обработку активированного двуводного гипса водой при температурах 97-100°C при атмосферном давлении в течение 4 часов, отличающемся тем, что последующей обработке водой подвергают двуводный гипс с запасенным количеством запасенной энергии, соответствующим изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, не менее 310 кДж/моль и суммарным количеством запасенной энергии, соответствующим изменению поверхности областей когерентного рассеяния и микродеформаций, от 5,6 до 5,8 кДж/моль.

Оценку степени деформации кристаллической решетки двуводного гипса проводилась по количеству запасенной энергии с помощью методики, изложенной в работе Е.В. Богатыревой, А.Г. Ермилова «Оценка доли энергии, запасенной при механической активации минерального сырья» Неорганические материалы, 2008, том 44, с. 242-247:

где ΔE_d — количество энергии, запасенной в виде изменения межплоскостных расстояний кристаллической решетки соединения:

K — коэффициент относительного изменения объема элементарной ячейки соединения (по модулю);

E_latt — энергия кристаллической решетки соединения;

ΔE_S — количество энергии, запасенной в виде поверхности областей когерентного рассеивания (ОКР):

;

— поверхностная энергия соединения до активации;

V_mol — мольный объем соединения;

D_i, D₀ — размеры областей когерентного рассеивания соединения после механической активации и до нее соответственно.

ΔE_ε — количество энергии, запасенной в виде микродеформаций:

E_Y — модуль Юнга соединения;

ε_I, ε_o — среднеквадратичная микродеформация соединения после механической активации и до нее соответственно.

Термин «механическая активация» означает процесс механического воздействия на твердые тела, в ходе которого происходит деформация кристаллической решетки твердого тела с образованием линейных и точечных дефектов, например, сдвиг слоев, изменение объема элементарный ячеек и т.п. При этом часть механической энергии, подведенной к твердому телу во время активации, усваивается твердым телом с увеличением запаса свободной (внутренней и поверхностной) энергии.

Термин «запасенная энергия» характеризует избыточную энергию, которую приобретает материал после механической активации.

В качестве устройств, используемых для механической активации, могут использоваться центробежные, вибрационные мельницы промышленного типа, дезинтеграторы, известные специалисту в данной области техники.

Количество запасенной энергии, соответствующее изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки двуводного гипса, и суммарное количество запасенной энергии, соответствующее изменению поверхности областей когерентного рассеивания и микродеформаций, могут быть оценены в процессе механической активации на периодически отбираемых пробах активируемого материала либо могут быть спрогнозированы заранее путем проведения пробной механической активации при различных режимах.

Оценка количества запасенной энергии позволяет не только оценить, но и контролировать реакционную способность активированного материала не по степени или скорости его реагирования, то есть на конечном этапе конверсии, а по степени его структурных изменений сразу после извлечения из активатора.

Авторами настоящего изобретения было установлено, что количество запасенной энергии, соответствующей изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки двуводного гипса, областей когерентного рассеивания и микродеформаций, коррелирует со степенью конверсии двуводного гипса в альфа-полугидрат.

Наибольший эффект активирования проявляется при количестве запасенной энергии, соответствующем изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, не менее 310 кДж/моль и суммарном количестве запасенной энергии, соответствующем изменению поверхности областей когерентного рассеяния и микродеформаций, в диапазоне от 5,6 до 5,8 кДж/моль. Степень конверсии двуводного гипса в альфа-полугидрат при этом составляет 85-90%, а суммарная степень конверсии двуводного гипса достигает 93-99,4%. У неактивированного двуводного гипса в тех же условиях степень конверсии составляет 4%.

Снижение суммарного количества запасенной энергии, соответствующего изменению поверхности областей когерентного рассеивания и микродеформации до 4,7 кДж/моль двуводного гипса при количестве запасенной энергии, соответствующем изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, 481 и 889 кДж/моль, сопровождается снижением степени конверсии двуводного гипса в альфа-полугидрат в тех же условиях гидротермальной обработки до 66 и 82% соответственно. Суммарная степень конверсии двуводного гипса достигает 81,4 и 82,6% соответственно.

Увеличение суммарного количества запасенной энергии, соответствующего изменению поверхности областей когерентного рассеивания и микродеформации, до 6 кДж/моль при количестве запасенной энергии, соответствующем изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, 738 кДж/моль сопровождается снижением степени конверсии двуводного гипса в альфа-полугидрат в тех же условиях до 2%.

При условии, что количество запасенной энергии, соответствующее изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, составляет не менее 310 кДж/моль и суммарное количество запасенной энергии, соответствующее изменению поверхности областей когерентного рассеяния и микродеформаций, находится в диапазоне от 5,6 до 5,8 кДж/моль, степень конверсии двуводного гипса в альфа-полугидрат составляет 85-90%, а суммарная степень конверсии двуводного гипса достигает 93-99,4% после обработки активированного таким образом двуводного гипса водой при температуре 97-100°C в течение 4 часов при атмосферном давлении.

Настоящее изобретение более подробно разъяснено ниже со ссылкой на примеры его осуществления, служащие исключительно для иллюстративных целей и никоим образом не ограничивающих объем настоящего изобретения, определяемого приложенной формулой изобретения.

Механической активации подвергали двуводный гипс, содержащий более 90% фракции крупностью более 0,060 мм.

Активацию проводили в центробежной планетарной мельнице марки ЛАИР-0.015 с развиваемым ускорением 25 g. Соотношение массы мелющих тел и массы загруженного двуводного гипса составляло 80:1, степень заполнения барабана мельницы шарами составляла 60%.

Конкретные примеры исполнения представлены в Таблице.

Обозначения в таблице: Мш:Мк — соотношение массы мелющих тел и массы загруженного двуводного гипса; Z — степень заполнения барабана мельницы шарами, %; τ_а — продолжительность механической активации; Т:Ж — соотношение твердой и жидкой составляющих в пульпе при конверсии; E_latt=18161,93 кДж/моль (определена методом Ферсмана — Ферсман А.Е. Избранные труды. Том IV. — М.: Изд-во АН СССР, 1958. — 588 с.); Vmol=74,78 см 3 /моль; и E_Y=110 ГПа (определены по методике, изложенной в работе Зуев В.В., Аксенова Г.А., Мочалов Н.А. и др. Исследование величин удельных энергий кристаллических решеток минералов и неорганических кристаллов для оценки их свойств // Обогащение руд. 1999. №1-2. С. 48-53); τ_обр. — продолжительность обработки водой.

Представленные данные показывают, что количество запасенной энергии, соответствующей изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки двуводного гипса, областей когерентного рассеивания и микродеформаций коррелирует со степенью конверсии двуводного гипса в альфа-полугидрат.

Хотя настоящее изобретение описано в деталях выше, для специалиста в указанной области техники очевидно, что могут быть сделаны изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения, определяемые приложенной формулой изобретения.

1. Способ получения высокопрочного гипса, включающий предварительную механическую активацию двуводного гипса и последующую обработку активированного двуводного гипса водой при температурах 97-100°С при атмосферном давлении, отличающийся тем, что последующей обработке подвергают двуводный гипс, в котором количество запасенной энергии, соответствующее изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, составляет не менее 310 кДж/моль и суммарное количество запасенной энергии, соответствующее изменению поверхности областей когерентного рассеяния и микродеформаций, находится в диапазоне от 5,6 до 5,8 кДж/моль.

2. Способ по п. 1, в котором механическую активацию осуществляют с использованием дезинтеграторов, центробежных и вибрационных мельниц промышленного типа.

3. Способ по п. 1, в котором запасенное количество энергии, соответствующее изменению межплоскостных расстояний кристаллической решетки, изменению поверхности областей когерентного рассеивания и микродеформаций, оценивают путем анализа степени структурных изменений отбираемых проб активируемого материала либо прогнозируют путем проведения пробной механической активации при различных режимах.

4. Способ по п. 1, в котором количество энергии, запасенной в виде изменения межплоскостных расстояний кристаллической решетки соединения, определяют по формуле

где K — коэффициент относительного изменения объема элементарной ячейки соединения (по модулю), E_latt — энергия кристаллической решетки соединения;

количество энергии, запасенной в виде поверхности областей когерентного рассеивания (ОКР), оценивают по формуле

где — поверхностная энергия соединения до активации, V_mol — мольный объем соединения, D_i, D₀ — размеры областей когерентного рассеивания соединения после механической активации и до нее соответственно,

а количество энергии, запасенной в виде микродеформаций оценивают по формуле

где E_Y — модуль Юнга соединения, ε_I, ε_o — среднеквадратичная микродеформация соединения после механической активации и до нее соответственно.

5. Способ по п. 1, в котором последующую обработку водой подвергнутого механической активации двуводного гипса осуществляют в течение примерно 4 часов.

Источник