Способы получения высокопрочного гипса

Способ производства высокопрочного гипса

Владельцы патента RU 2360875:

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а конкретно к способам производства высокопрочного гипса. Технический результат — повышение производительности способа производства высокопрочного гипса и повышение его прочности. В способе производства высокопрочного гипса, заключающемся в том, что дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрывающийся аппарат, повышают температуру внутри аппарата до 60-70°С, после чего аппарат герметизируют и создают в нем избыточное давление 0,13 МПа, нагревают дробленый гипсовый камень до температуры 124°С и осуществляют баротермальную выдержку с последующей сушкой и выгрузкой полученного вяжущего, избыточное давление в 0,13 МПа создают путем нагнетания внутрь аппарата атмосферного воздуха, баротермальную выдержку осуществляют в течение 3-5 часов, во время которой периодически удаляют конденсат, сушку осуществляют в течение 30 минут 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.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а конкретно к способам производства высокопрочного гипса.

Известен способ получения гипсового вяжущего в автоклаве (см. а.с. СССР №578277 от 02.06.76, МКИ С04В 11/02), включающий обработку гипсового камня насыщенным водяным паром при давлении 1-6 ати, продувку сухим теплоносителем при повышенном давлении и окончательную подсушку горячим воздухом, при этом продувку осуществляют сухим теплоносителем с температурой 110-120 градусов Цельсия при давлении 2-8 ати до полного замещения им насыщенного пара, а окончательную подсушку осуществляют циклически: вакууммирование до остаточного давления 360-260 мм рт.ст. — продувка воздухом при температуре 120-150 градусов Цельсия в течение 3-15 минут.

Недостатком известного способа является его низкая производительность и повышенный расход теплоносителя.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят способ получения высокопрочного строительного гипса способом самозапаривания (см. Г.В.Нагибин и др. Технология теплоизоляционных и гипсовых материалов, М., Высшая школа, 1973 г., стр.321), который заключается в том, что дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрывающийся аппарат, где его подвергают сушке и подогреву при температуре 60-70°С, после этого аппарат герметизируют и нагревают дробленый гипс примерно до 124°С, после чего вследствие дегидратации двуводного гипса давление в аппарате достигает 1,3 атм (0,13 МПа), затем подают в аппарат насыщенный пар и нагревают гипсовый камень дымовыми газами, которые подают по находящимся внутри аппарата трубам. После окончания процесса дегидратации осуществляют сушку гипсового камня при атмосферном давлении.

Недостатком известного способа является то, что он имеет невысокую производительность и невысокое качество гипса.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение производительности способа производства высокопрочного гипса и улучшение его качества.

Указанная цель достигается тем, что в способе производства высокопрочного гипса заключающемся в том, что дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрывающийся аппарат, повышают температуру внутри аппарата до 60-70°С, после чего аппарат герметизируют и создают в нем избыточное давление 0,13 МПа, нагревают дробленый гипсовый камень до температуры 124°С и осуществляют баротермальную выдержку с последующей сушкой и выгрузкой полученного вяжущего, избыточное давление в 0,13 МПа создают путем нагнетания внутрь аппарата атмосферного воздуха, баротермальную выдержку осуществляют в течение 3-5 часов, во время которой периодически удаляют конденсат, сушку осуществляют в течение 30 минут 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.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрывающийся аппарат, затем повышают температуру внутри аппарата до 65°С, после чего аппарат герметизируют и создают в нем избыточное давление в 0,13 МПа, нагревают дробленый гипсовый камень до температуры 124°С и осуществляют баротермальную выдержку с последующей сушкой и выгрузкой полученного вяжущего, причем избыточное давление в 0,13 МПа создают путем нагнетания внутрь аппарата атмосферного воздуха, баротермальную выдержку осуществляют в течение 4 часов, во время которой периодически удаляют конденсат, сушку осуществляют в течение 30 минут после снижения давления до 0,1 МПа, затем вакуум-насосом создают разрежение 0,06 МПа и продолжают сушку до стабилизации температуры и давления.

Осуществление предложенного способа позволит повысить производительность труда при производстве гипса на 20-25%, а прочность гипса повысить более чем на 15%.

Способ производства высокопрочного гипса, заключающийся в том, что дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрывающийся аппарат, повышают температуру внутри аппарата до 60-70°С, после чего аппарат герметизируют и создают в нем избыточное давление 0,13 МПа, нагревают дробленый гипсовый камень до температуры 124°С 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.

Источник

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