Виробництво гіпсових в'яжучих при низькотемпературному випалюванні

Виробництво низьковипалювального гіпсу складається з по­передньої підготовки сировини, що полягає в сушінні і подрібненні гіпсового каменю, дегідратації гіпсового каменю в процесі теплової обробки, наступному тонкому помелу або поме­лу, що передує дегідратації.

Іноді тонкому помелу піддається і природний гіпс (первинний помел), і готове в'яжуче (вторинний помел). Послідовність опе­рацій при виробництві гіпсу залежить від виду агрегату, в якому відбувається його дегідратація.

Зараз найпоширеніші дві технологічні схеми. За першою схе­мою дегідратація відбувається у варильних котлах періодичної або безперервної дії, в яких матеріал безпосередньо не стикається з топковими газами. При застосуванні варильних котлів гіпс потрібно попередньо подрібнювати. За другою схемою дегідра­тація кускового гіпсу відбувається в сушильних барабанах, а ви­палений продукт піддається наступному помелу. Є також схеми для одночасного помелу і дегідратації гіпсу.

Гіпсовий камінь надходить на завод із кар'єрів у вигляді кусків розміром до 350 мм або щебеню. Кусковий гіпс піддають попередньому одно- або двохстадійному подрібненню. Для цьо­го на першій стадії застосовують щокові, а на другій — також і молоткові дробарки. Конусні дробарки застосовують як на першій, так і на другій стадії.

Кар'єрна вологість гіпсового каменю може коливатися у знач­них межах залежно від його структури, обводненості родовища, пори року та багатьох інших факторів. Найбільшою мірою во­логість залежить від сумарної площі поверхні кусків — чим менший розмір кусків, тим вологість більша. Так, наприклад, за інших од­накових умов вологість кусків розміром 60 мм становить 1%, кусків розміром 10 мм — 4%, а кусків розміром 5 мм — близько 10%.

Вологий гіпсовий камінь має підвищену в'язкість. Тому попе­редньо його потрібно підсушувати, що полегшує процес подріб­нення і збільшує продуктивність помельного устаткування.

Як правило, процес сушіння поєднують з процесом помелу. Для одночасного сушіння і помелу застосовують аеробільні, шахтні і ролико-маятникові млини. В усі ці млини подаються розбавлені топкові гази з температурою (300...400) °С. Дрібні ча­сточки виносяться з помельних агрегатів струменем гарячих газів у пилоосаджувальні пристрої (циклони, батарейні циклони або електр офільтри).

Звичайно 1 таких газів містить близько 1 кг гіпсового пи­лу. Тонкість помелу гіпсу можна регулювати зміною швидкості руху газів. Потужність шахтних млинів становить (5...25) т/год, ролико-маятникових-до 10 т/год.

Варіння в гіпсоварильних казанах. Серед агрегатів, у яких проводиться теплова обробка гіпсу, найпоширенішими є ва­рильні котли, їх перевага перед іншими агрегатами полягає в простоті конструкції, чистоті й однорідності продукту, що добу­вається.

Недоліком казанів є періодичність дії, а отже, зайві затрати часу на завантаження і вивантаження. Крім цього, днище й оби­чайки казан часто прогоряють, тому потрібний додатковий час на ремонтні роботи.

Заводи устатковані, як правило, казан місткістю 15 , про­дуктивністю 7 т/год, а останнім часом встановлюються також ка­зани місткістю 25 , продуктивністю понад 11 т/год. Гіпсова-рильні котли — це зварні барабани з кришкою і сферичним дни­щем. У котлах місткістю 15 в середині розміщено чотири, а в котлах більшої місткості — шість або вісім жарових труб. Котли устатковані мішалками, обертові лопаті яких перемішують гіпс, для забезпечення рівномірного нагрівання. Прикріплені до мішалки відрізки ланцюгів зчищають гіпс із днища, оберігаючи його від прогоряння. Котел вмуровано в цегляний мур, під ним споруджено топку, топкові гази якої обігрівають котел ззовні, а потім проходять по жарових трубах.

Завантажують гіпс у котел або конвейєром, або пневматично при ввімкнутій мішалці. При цьому зберігається добра рухливість гіпсу.

Звичайно при надходженні в казан гіпс, має температуру (60...70) °С, протягом перших 30 хв варіння він нагрівається до температури (120... 150) °С, при якій розпочинається його інтен­сивна дегідратація (кипіння). В процесі дегідратації температура в казані залишається сталою, а після закінчення дегідратації тем­пература починає підніматися, а гіпс-осідати. Для повного пере­творення гіпсу на півгідрат звичайно після кипіння його нагріва­ють ще на (20...30) °С, оскільки навіть (1... 2)% двогідрату в гото­вому продукті різко погіршують його властивості, прискорюючи строки тужавіння і збільшуючи водопотребу. При перегріванні гіпсу понад (170... 180) °С виникає небезпека утворення розчин­ного ангідриту, який негативно впливає на властивості будівель­ного гіпсу. Як правило, варіння гіпсу триває (1,5...3) год. Однак збільшення тривалості варіння до (4...6) год приводить до зни­ження водопотреби і підвищення міцності гіпсу майже вдвоє.

Із гіпсоварильних казанів гіпс надходить у бункер "томління", що є проміжною місткістю для зберігання гіпсу й виконує певну технологічну функцію. У ньому відбувається дегідратація за­лишків двогідрату за рахунок фізичної теплоти матеріалу, а водя­на пара, що виділяється при цьому, витрачається на гідратацію зневодженого півгідрату і розчинного ангідриту. Тому після ви­лежування якість гіпсу поліпшується.

Частину казанів періодичної дії переобладнано для безпе­рервного варіння. Вони мають трубу, що відходить від дна, для випуску готового продукту. Після кипіння гіпсу півгідрат відразу ж спускається на дно і вивантажується. Завантаження і виванта­ження виконують так, щоб рівень гіпсу в казані зберігався ста­лим. Потужність такого казана на (25...40)% перевищує по­тужність звичайних казанів однакової місткості, а витрата пали­ва — менша.

Для безперервного варіння гіпсу застосовують також реакто-ри-теплообмінники з обертовими конвейєрами-теплообмінника-ми і масляним теплоносієм. Розроблена подібна установка, в якій гіпсовий порошок нагрівають електронагрівниками, розміщени­ми на зовнішній поверхні гвинтового конвейєра і всередині вала. У першій секції підтримується температура гріючої поверхні близько 300 °С, чим забезпечується швидке прогрівання гіпсу до температури дегідратації (115... 125) °С, у наступних секціях тем­пература гріючої поверхні дещо нижча (близько 220) °С, а темпе­ратура матеріалу близько 150 °С. Така температура не допускає утворення зневодненого півгідрату й розчинного ангідриту, що позитивно відбивається на якості готового продукту. Регулюван­ням кількості пари, що відводиться з установки, можна створити умови для переважного добування а-півгідрату.

Хоч при варінні в котлах гіпс і піддається попередньому по­мелу, помел його після дегідратації є необхідною операцією.

Вторинний помел здійснюється в стрижньових або трубних млинах. В процесі помелу відбувається дегідратація гіпсу, що не розклався, а розчинні форми ангідриту гідратуються і переходять у півгідрат. Цьому процесу сприяє підвищення температури гіпсу під час помелу до (115... 120) °С, тому, якщо здійснюється вторин­ний помел, відпадає потреба в камерах томління, оскільки проце­си, що відбуваються при гарячому магазинуванні, у млині протікають швидко і повно. При вторинному помелі часточкам надається лускоподібна форма, що позитивно впливає на плас­тичні властивості гіпсу. Інтенсифікації процесу дегідратації у ва­рильних казанах можна досягти за рахунок введення в гіпс деякої кількості солей, які знижують парціальний тиск пари над гіпсом, сприяючи зниженню температури дегідратації. У практиці гіпсо­вих заводів набула поширення добавка розчину кухонної солі гу­стиною 1,2 г/с , який добавляють у варильний казан у кількості (0,10...0,15)% маси гіпсу. При цьому не тільки знижується темпе-

ратура дегідратації, але й поліпшується якість готової продукції. Недолік гіпсу, що містить добавку NaCI, — підвищена гігро­скопічність і втрата активності при зберіганні. Тому його бажа­но використовувати відразу ж після виготовлення.

Дегідратація гіпсу в обертових барабанах. Основна перевага обертових барабанів безперервність процесу виробництва. По­ряд з цим вони мають істотний недолік, що полягає в нерівномірності випалювання. При короткочасному перебуванні кусків гіпсу в барабані в центрі їх можуть залишитись зерна двогідрату, що не розклався, оскільки в поверхневих шарах кус­ка внаслідок стикання з гарячими топковими газами може відбу­ватися зневодження аж до утворення розчинного і навіть нероз­чинного ангідриту. Суворо дотримуючись технологічного режи­му в обертових барабанах, можна добути високоякісне в'яжуче.

Для випалювання гіпсу застосовують обертові барабани, що використовуються в інших галузях промисловості для сушіння. Обігрівання може здійснюватись як за прямотечією, так і за про­титечією. При прямотечії димові гази на вході в барабан мають температуру (800... 1000), а на виході — (160... 180) °С. При про­титечії — відповідно (600...800) і (60...70) °С.

Існують також випалювальні барабани, в яких матеріал не стикається з димовими газами. У таких печах швидкість руху па­роповітряної течії, що переміщується всередині, та його об'єм не­значні, з течією виноситься незначна кількість найдрібніших час­точок гіпсу і тому система очищення газів спрощена.

В обертові барабани звичайно завантажують щебінь розмі­ром (10...20) і (20...35) мм, дрібняк використовують або для гіпсування грунтів, або після помелу він надходить у гіпсова-рильні котли. Випалений щебінь вилежується в проміжних бунке­рах, а потім розмелюється у кульових млинах.

Інші методи випалювання гіпсу. У зв'язку з тим що темпера­тура дегідратації гіпсу низька. Існує кілька варіантів суміщеного помелу й випалювання. При цьому як помельний агрегат викори­стовуються різні швидкохідні млини (шахтні, роликові, ае-робільні). Гіпсовий камінь із щокової дробарки потрапляє через відповідний бункер і живильник у млин, куди надходять розбав­лені до потрібної температури топкові гази. У млині одночасно відбуваються сушіння, дегідратація і помел. Дрібні часточки ви­носяться потоком газів у шахту або трубу, а крупні випадають з потоку і повертаються на домелювання. Готовий гіпс осад-

жується послідовно в циклоні, батареї малих циклонів і рукавно­му фільтрі, звідки по системі шнеків готова продукція надходить у силоси на зберігання. Так, випалений гіпс дуже швидко тужавіє (початок тужавіння (2...3), кінець — (6...8) хв). Склад гіпсу неод­норідний, у ньому міститься значна кількість розчинного ангідриту і двогідрату.

Помел і дегідратацію гіпсу можна одночасно проводити та­кож і в кульовому млині, де, завдяки тривалішому, ніж у швид­кохідних млинах, перебуванню матеріалу, якість гіпсу вища і відповідає вимогам стандарту. Недоліком кульових млинів є їх не­пристосованість до введення топкових газів з високою температу­рою. До агрегатів безперервної дії належать також агломераційні решітки та установки для випалювання в киплячому шарі.

Агломераційна решітка — це нескінченна металева сітка, на­тягнута між двома барабанами. Верхня гілка сітки підтримується спеціальними роликами для запобігання провисанню. На сітку із завантажувального бункера надходить гіпсовий камінь, причому завантаження проводиться так, щоб безпосередньо на сітку по­трапляв крупніший щебінь, а зверху дрібніший. Таке завантажу­вання виключає провалювання гіпсу. Стрічка з гіпсом, що ру­хається, проходить через камеру випалювання, у верхній частині якої розміщено пальники, нижня частина камери сполучена з си­стемою пилоосаджувальних пристроїв. Гіпс випалюється проме­нистою енергією факела і при безпосередньому стиканні з гаря­чими газами. Відхідні гази надходять у бункер сирого гіпсу для його попереднього обігрівання. У випаленому матеріалі містить­ся значна кількість розчинного ангідриту.

Установка для випалювання в киплячому шарі складається з газової топки і камери випалювання. Топкові гази, проходячи крізь шар матеріалу, переводять його у псевдозріджений стан, випалюють і сприяють переміщенню його до вивантажувального пристрою. Відхідні гази видаляють по спеціальних газоходах. Ус­тановку можна повністю автоматизувати. Витрата палива стано­вить 32 кг/т.

Випалювальні барабани та апарати для суміщеного випалю­вання і помелу — це установки, сполучені з зовнішньою атмосфе­рою. Середовищем, що стикається з випалювальним матеріалом, у цих апаратах є повітря або продукти згоряння палива з невеликою відносною вологістю. Тому в процесі дегідратації кристалізаційна вода виділяється у вигляді пари, а основною фазою в'яжучого, що

добувається, є b-півгідрат, що має тонку, майже аморфну структу­ру, велику водопотребу (60-80%) і невисоку механічну міцність у зливках. У варильних казанах, зокрема великої місткості, можуть створюватись також умови для виділення води у крапельно-рідко­му стані. В результаті у будівельному гіпсі, добутому у варильних котлах, крім b-півгідрату міститься деяка кількість а-півгідрату, що має кристалеву будову і меншу водопотребу, тому якість гіпсу, добутого у варильних котлах, як правило, вища.

Високовипалювальний гіпс має три марки: Г10, Г15, Г20 за­лежно від границі міцності на стиск у 28-добовому віці зразків із тіста нормальної густини. Так само, як і ангідритовий цемент, ви­соковипалювальний гіпс у початковий період тверднення (до 1...2 місяців) повинен перебувати у вологому стані. Твердне висо­ковипалювальний гіпс тільки тоді, коли часточки в'яжучого ма­теріалу тісно стикаються одна з одною, тому масу, що твердне, потрібно ущільнювати трамбуванням. Тверднення естрихгіпсу супроводжується незначною усадкою.

Серед усіх гіпсових в'яжучих високовипалювальний гіпс відрізняється найвищими водо- і морозостійкістю. Іноді його на­зивають гідравлічним гіпсом. Підвищена водостійкість пояс­нюється більшою густиною і меншою водопроникністю.

Високовипалювальний гіпс відрізняється підвищеною стійкістю проти стирання і тому найчастіше застосовується для виготовлення безшовних підлог і підготовок під лінолеум.