Производство строительного гипса

Т о н к о с т ь   п о м о л а строительного гипса по сравнению с другими вяжущими веществами сравнительно невысока. Более тонкий помол повышает скорость гидратации гипса, но одновременно увеличивает и его водопотребность.

По стандарту (ГОСТ 125-70) тонкость помола строительного гипса, характеризуемая остатком на сите № 02 (918 отв./см²), для 1-го сорта составляет не более 15 %, для 2-го - 20 %, а для 3-го - 30 %.

Деформативность. Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме приблизительно на 0,5 - 1%. Такое увеличение объема еще не окончательно схватившейся гипсовой массы не имеет вредных последствий. Наоборот, в ряде случаев оно очень ценно (например, при изготовлении архитектурных деталей), так как при этом гипсовые отливки хорошо заполняют формы и точно передают их очертания.

Способность строительного гипса расширяться  зависит от содержания в нем растворимого ангидрита. Установлено, что полугидрат расширяется при твердении на 0,5 - 0,15%, а растворимый ангидрит - на 0,7 - 0,8%. Поэтому гипс, обожженный при повышенных температурах и содержащий повышенное количество растворимого ангидрита, характеризуется большим расширением при твердении.

Ползучесть  гипсовых изделий значительно уменьшается при введении в него портландцемента совместно с пуццолановыми (гидравлическими) добавками.

Долговечность. Изделия из полуводного гипса, являющегося воздушным вяжущим веществом, характеризуются большой долговечностью при службе их в воздушно-сухой среде. При длительном воздействии воды, особенно при низких температурах, когда изделия в водонасыщенном состоянии систематически то замерзают, то оттаивают, они  разрушаются.

Плотные гипсовые изделия выдерживают обычно 15 - 20 и более циклов замораживания и оттаивания. О значительной долговечности гипсовых изделий при службе их в конструкциях жилых зданий свидетельствуют хорошо сохранившиеся наружные стены домов, построенных 20 - 40 лет назад в Горьком, Уфе, Стерлитамаке, Куйбышеве, Свердловске,  Гурьеве  и других городах [2, стр. 59].

Водостойкость   изделий   можно   несколько   повысить:

1. применением интенсивных способов уплотнения гипсобетонных смесей при формовании;
2. введением в гипс и изделия из него небольшого количества синтетических смол, кремнийорганических соединений и др.;
3. нанесением покровных пленок или пропитыванием изделий растворами синтетических смол, гидрофобными веществами, баритовым молоком и т. п.

 

1.4 Применение строительного  гипса

 

Строительный  гипс широко применяется для производства различных строительных изделий: панелей и плит для перегородок, листов для обшивки стен и перекрытий (гипсовая сухая штукатурка), стеновых камней, архитектурно-декоративных изделий, вентиляционных коробов и т. д.

Изделия из строительного  гипса изготовляются без заполнителей (гипсовые) или с применением их (гипсобетонные). В качестве заполнителей используют древесные опилки, котельные и доменные шлаки, кварцевый песок.

Для армирования  гипсовых изделий применяют деревянные рейки, картон, камыш,  растительные  волокна,  древесную фибру, измельченную бумажную массу и другие волокнистые материалы. Обычная стальная арматура без защитного поверхностного слоя (нементно - битумных, цементно - полистирольных и других обмазок) не может применяться в гипсовых изделиях, так как она подвергается коррозии.

Из строительного  гипса можно изготовлять ячеистые изделия (пено- и газогипс), представляющие собой термоизоляционный строительный материал с равномерно распределенными мелкими воздушными порами, образующимися вследствие введения в гипсовое тесто пено- или газообразующих веществ.

Гипсовые изделия обладают сравнительно небольшой объемной массой, несгораемостью и рядом других ценных свойств. Гипсовые изделия применяются в сборном строительстве, что позволяет индустриализовать процесс строительного производства. Недостатками гипсовых изделий являются значительное снижение прочности при увлажнении, а также ползучесть, т. е. пластические (остаточные) деформации под нагрузкой, увеличивающиеся со временем, особенно если изделие увлажняется, поэтому гипсовые изделия не рекомендуется применять в помещениях   с   повышенной   влажностью.

Строительный гипс используют для изготовления известково-гипсовых штукатурных растворов внутренних стен зданий. В известково-гипсовых растворах на одну объемную часть гипса берут от одной до пяти объемных частей известкового теста, которое замедляет схватывание и увеличивает пластичность раствора. С целью уменьшения расхода вяжущего и во избежание появления трещин при твердении извести к смеси прибавляют до трех объемных частей песка или другого заполнителя: шлака, пемзы, древесных опилок и т. п. Строительный гипс можно применять для штукатурки и без добавки извести, однако тогда необходимо введение замедлителей схватывания.

Гипс используют для изготовления архитектурных  и скульптурных изделий. Из гипса делают искусственный мрамор, в состав которого кроме гипса входят мраморная мука и красители (пигменты); затворяют эту смесь клеевой водой. В состав смеси иногда вводят сернокислый калий.

Из-за большой  пористости затвердевший гипс обладает малой теплопроводностью, поэтому он вместе с асбестом и другими материалами входит в состав термоизоляционных композиций.

В стекольном производстве гипс применяют для  фиксации стеклоизделий при полировке, в частности в производстве зеркального стекла [1, стр. 45].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ХАРАКТЕРИСТИКА  СЫРЬЯ

 

Основным  источником сырья для производства гипсовых материалов и изделий являются природные месторождения гипса и ангидрита, а также в небольшой степени месторождения гипсосодержащих пород. Кроме того, в качестве перспективного сырья для получения гипсовых вяжущих материалов следует рассматривать гипсосодержащие отходы ряда производств (фосфогипс, фторангидрит, титаногипс, витаминный гипс, борогипс и др.).

В данном курсовом проекте приведен способ производства строительного гипса Г3, в качестве сырья для которого используется природный гипсовый камень.

 

2.1 Общие сведения  о гипсовом камне

 

Гипс относится к классу сульфатов и представляет собой двуводный сульфат кальция (CaSO₄ · 2H₂O). Химический состав чистого гипса, % по массе: СаО - 32,6; SO₃ - 46,5; Н₂О - 20,9. Кроме кристаллизационной воды, гипс имеет гигроскопическую влагу, находящуюся на поверхности гипсового камня и в его порах.

Чистый гипс - бесцветный и прозрачный, но обычно в связи  с наличием примесей имеет серую, желтоватую, розоватую, бурую, иногда чёрную окраску. Блеск стеклянный, излом занозистый. Растворяется в НСl и частично в воде. Растворимость гипса в воде зависит от температуры и составляет при температуре 0, 18, 40 и 100 °С соответственно 1,7; 2,0; 2,1 и 1,7 г/л. В зависимости от структуры различают [4, стр. 9]:

 

• зернистый  плотный гипс с сахаровидным изломом, иногда называемый алебастром (рисунок 1);

 

 

Рисунок 1 – Алебастр

 

• пластинчатый гипс, залегающий в виде плоских  прозрачных кристаллов, называемый гипсовым шпатом (рисунок 2);

 

• тонковолокнистый гипс с шелковистым блеском, сложенный из правильно расположенных нитевидных кристаллов, называемый селенитом (рисунок 3).

 

 

 

 

Рисунок 2 – Гипсовый шпат

 

 

Рисунок 3 – Селенит

 

Плотность гипсового  камня зависит от количества и  вида примесей и составляет 2,2 – 2,4 г/см³. Объемная масса гипсовой щебенки составляет 1200 – 1400 кг/м³, влажность колеблется в значительных пределах (3 – 5 % и более). Содержание воды в различных партиях гипсового камня неодинаково и зависит от его физических свойств, относительной влажности воздуха, времени года и условий хранения.

 

2.2 Месторождения, запасы  и добыча гипсового камня

 

Мировые разведанные запасы гипса составляют более 7500 млн. т. Российская Федерация располагает уникальной по мировым масштабам минерально-сырьевой базой производства гипса, разведанные запасы которой составляют около половины мировых разведанных запасов.

Запасы гипса стран СНГ (без России) составляют около 1000 млн. т (около 14 % мировых запасов). Наиболее крупными запасами из них обладают Республика Украина (около 450 млн. т) и Республика Казахстан (около 250 млн. т).

Из стран  дальнего зарубежья наибольшими запасами обладают США (около 1000 млн. т), Канада (около 500 млн. т), ряд европейских стран - Франция, ФРГ, Испания, Италия, Югославия, Греция; значительными запасами обладают ряд азиатских стран - Китай, Индия, Таиланд, Иран, ряд стран Африки, Австралия. Мировые ресурсы гипса во много раз превышают разведанные запасы [4, стр. 14].

Добыча гипса в зависимости  от горно-геологических условий  осуществляется как открытым, так и подземным способом. При открытом способе разработки обеспечиваются: наибольшая производительность труда и наименьший процент потерь полезного ископаемого (по сравнению с подземным способом разработки). Создаются благоприятные условия для селективной разработки пропластков гипса различного качественного состава.

Наиболее перспективным оборудованием для разработки залежей гипса при открытом способе являются карьерные комбайны непрерывного действия.

Большинство месторождений  гипсовых и ангидритовых пород России (18 из 24-х) разрабатываются открытым способом, однако более половины всего объёма гипса и ангидрита, добываемых в России, дают 6 месторождений, разрабатываемых подземным способом. При подземной разработке гипса в России применяется в основном камерно-столбовая система добычи [4, стр. 21].

 

Таблица 3 – Химический состав гипсовых пород некоторых месторождений

Месторождение	Состав в  пересчёте на окислы, %							Содержание CaSO4 · 2H2O, %
	СаО	SO3	SiO2	А12О3	Fe2O3	MgO	Н2О
Гипс
Новомосковское (Тульская обл.)	29,9...31,5	36,3---42,2	2,4...5,3	0,4...1,1	0,2...0,4	1,3...3,4	17,7...19,8	71,0...93,1
Шедокское (Краснодарский край)	31,5	45,1	0,88	0,32	0,11	0,32	20,9	73,3...99,7
Баскунчакское (Астраханская обл.)	29,0...34,5	42,6...50,1	0,03...6,53	до 1	0,02...0,63	до 1,1	14,0...20,8	67,1...99,2
Камско-Устьинское (Республ. Татарстан)	30,7...35,3	36,4...48,1	0,1...0,9	0,04... 1,31	0,0...0,2	0,0...1,4	16,3...21,6	71,5...99,9
Звозское (Архангельская обл.)	31,7...36,7	35,8...45,9	0,04... 1.68	0,02...0,42	0,01...0,04	0,28...4,26	16,4...20,2	83...98
Заларийское (Иркутская обл.)	31...32	42...43	2,1...2,8	0,3...0,5		1,4...1,6	18,7...19,0	77,3

 

2.3 Требования, применяемые  к гипсовому камню

 

При производстве строительного  гипса Г3 в качестве сырья применяют  гипсовый камень с размером фракций 60 – 300 мм.

По стандарту (ГОСТ 4013-82) гипсовый камень по содержанию гипса  подразделяют на сорта, указанные в таблице 4.

 

Таблица 4 – Сорта гипсового камня

 

Сорт	Содержание в гипсовом камне, %, не менее
	гипса (СаSО4 · 2Н2О)	кристаллизационной воды
1 2 3 4	95 90 80 70	19,88 18,83 16,74 14,64

 

В гипсовых породах лучших месторождений обычно содержится до 2 – 5% примесей, но часто их количество достигает 10 – 15 % и более.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ДЕГИДРАТАЦИЯ ДВУВОДНОГО ГИПСА

 

Основой производства гипсовых вяжущих материалов является тепловая обработка двугидрата, при  которой происходит обезвоживание (дегидратация) CaSO₄ · 2H₂O до полуводного CaSO₄ · 0,5Н₂О и безводного CaSO₄. В связи с тем, что вода в кристаллической решетке природного гипса связана относительно слабо, она начинает выделяться уже при температуре порядка 60 °C. Дегидратация может иметь место и при более низких температурах, если парциальное давление водяных паров в окружающей среде меньше упругости диссоциации CaSO₄ · 2H₂O при данной температуре.

 

 

Рисунок 4 –  Схема термических превращений  модификаций двуводного гипса [1, стр. 15]

 

Реакция дегидратации гипса является эндотермической и протекает с поглощением тепла:

CaSO₄ · 2H₂O = β-CaSO₄ · 0,5H₂O + 1,5H₂O (пар) – 85266 Дж/моль

 

Механизм  и кинетика процесса дегидратации двуводного сульфата кальция изменяются в зависимости от технологических условий его проведения. При обжиге в открытых аппаратах окружающей средой являются воздух со сравнительно низкой относительной влажностью и вода, которая выделяется из гипса в виде водяных паров. При дегидратации гипса в закрытых аппаратах при повышенном давлении, когда среда насыщена водяными парами, вода выделяется из гипса в капельно-жидком состоянии.