Технологическая линия по производству высокопрочного гипса

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТИЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительного инжиниринга и материаловедения

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 по дисциплине  “Вяжущие средства”

на тему: “Технологическая линия по производству высокопрочного гипса”

 

 

 

 

 

Выполнил: Субботина Е.О.

гр. ПСКбзу-12

 

Проверил: Сарайкина К.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2014г.

 

Содержание:

1. Теоретический раздел

1.1. Вещественный, химический  и минералогический состав гипсового вяжущего

1.2. Физико-химические процессы, проходящие при твердении гипсового вяжущего. Температурные условия твердения

1.3. Условия разрушения (коррозии) гипсового вяжущего

1.4. Показатели качества  гипсового вяжущего и методы  их определения

1.5. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения  продукта. Гарантии производителя

1.6. Область применения  гипсового вяжущего

1.7. Сырьевые материалы  для производства гипсового вяжущего. Приемка, маркировка, транспортирование  и хранение сырьевых материалов

1.8. Технологические схемы  производства гипсового вяжущего

1.9. Технологические факторы, влияющие на качество продукта

2. Расчетно-проектный раздел

2.1 Расчетная функциональная  технологическая схема производства  продукта

2.2 Расчет производственных  шихт и составление материального  баланса основной технологической  установки

2.3 Расчет производственной  программы технологической линии

2.4 Подбор основного механического  оборудования

2.5 Оценка энергетической  эффективности процесса 

 

1. Теоретический раздел

1.1 Вещественный, химический и минералогический  состав высокопрочного гипса.

Высокопрочный гипс - материалы высшего качества, получаемые из гипсового камня этот тип гипса, изготавливают способом термической обработки гипсового камня высокого сорта. Для этого применяют герметичные аппараты с  паровым давлением (автоклавы). У получающегося в итоге гипса снижается водопотребность. Благодаря этому в процессе твердения получается прочный гипсовый камень с меньшим количеством пор.

Применяются в областях, где используются уникальные свойства гипса (способность образовывать растворы с высокой текучестью, быстротвердеющие и образующие мелкопористую удобную в обработке каменную массу).Высокопрочный гипс - это α-полугидрат, получаемый, в отличие от β-полугидрата, т.е. обычного гипса, нагревом гипсового камня в автоклаве под давлением. Однако объективно, если судить по физическим свойствам, в эту группу придется включить и некоторые виды β-гипса, имеющие сопоставимые марки и существенно не отличающиеся в других качествах. Тогда, в порядке возрастания прочности, эти материалы можно расположить так:

Основным источником сырья для производства высокопрочных 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 высокопрочных гипсовых вяжущих материалов следует рассматривать гипсосодержащие отходы ряда производств (фосфогипс, фторангидрит, титаногипс, витаминный гипс, борогипс и др.).

Гипс относится к классу сульфатов и представляет собой двуводный сульфат кальция (СаSО4 -2Н2 О). Химический состав чистого гипса, % по массе: СаО – 32,6; ЗО3 – 46,5; Н^О – 20,9. Кроме кристаллизационной воды, гипс имеет гигроскопическую влагу, находящуюся на поверхности гипсового камня и в его порах. Кристаллизуется гипс в моноклинной сингонии, кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Кристаллы обладают весьма совершенной спайностью по плоскости симметрии, по которой они раскалываются на гладкие блестящие пластинки, в других направлениях спайность менее совершенная.

Строение кристаллической решетки высокопрочного гипса слоистое и характеризуется строго закономерным расположением атомов. Две анионные группы SO4 , тесно связанные с ионами Са, образуют двойные слои, между которыми располагаются молекулы воды. Ионы кальция окружены шестью ионами кислорода группы SО4 и двумя молекулами воды. Каждая молекула воды связывает ион кальция с одним ионом кислорода того же двойного слоя и с одним ионом кислорода соседнего двойного слоя.

 

Химический состав гипсовых, ангидритовых и гипсосодержащих пород некоторых месторождений

Месторождение	Состав в пересчёте на окислы, %							Содержание СаSО4 -2Н2 О (%)
	СаО	SО	SiО2	А12 03	Fе2 03	МgО	Н2 0
Гипс
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
Заларинское (Иркутская обл.)	31… 32	42… 43	2,1. ..2,8	0,3… 0,5		1,4.. .1,6	18,7. ..19,0	77,3

1.2. Физико-химические процессы, проходящие  при твердении высокопрочного гипсового вяжущего. Температурные условия твердения вяжущего

Схватывание и твердение α- и β-модификаций обусловлено переходом их при взаимодействии с водой в двугидрат. При гидратации полугидрата выделяется 133 кДж на 1 кг полугидрата.

По теории Ле Шателье (1887 г.), при смешении полуводного гипса с водой он растворяется с образованием насыщенного водного раствора. В растворе он взаимодействует с водой и переходит в двуводный. Так как растворимость полугидрата в воде, считая на CaS04 , составляет около 8 г, а равновесная растворимость двугидрата около 2 г на 1 л, то раствор становится пересыщенным по отношению к двугидрату. Поэтому в жидкой фазе возникают условия для образования зародышей кристаллов двуводного гипса и выделения их из раствора. Это в свою очередь вызывает уменьшение концентрации полугидрата в жидкой фазе и создает возможность для растворения новых порций этого вещества и образования пересыщенного раствора CaS04 • 2Н2 0. По мере выделения из раствора все новых и новых количеств двуводного гипса кристаллики его растут, переплетаются, срастаются и обусловливают схватывание и твердение исходной смеси гипса с водой. Нарушение структуры твердеющего гипса после начала его схватывания приводит к резкому снижению его прочности.

По теории А. А. Байкова (1923), процессы твердения полуводного гипса, а также других минеральных вяжущих веществ, образующих гидратные соединения, можно разделить на три периода.

В первый период, начинающийся с момента смешения гипса с водой, растворяется полугидрат и образуется его насыщенный раствор.

Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу, Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы в виде геля, что сопровождается схватыванием массы.

В третий период частички двугидрата коллоидных размеров перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

CaSO4 ·0,5H2 O+H2 O → Ca+2 +SO4 -2 +H+ +OH- (I) → CaSO4 ·2H2 O+Ca+2 +SO4 -2 +H+ +OH- (II) → ↓CaSO4 ·2H2 O+Ca+2 +SO4 -2 +H+ +OH- (III)

Следует подчеркнуть, что, по А. А. Байкову, эти периоды не следуют строго один за другим. Они налагаются так, что в твердеющей массе одновременно протекают процессы коллоидообразования, характерные для второго периода, и процессы перекристаллизации в более крупные частички. Дальнейшее высыхание затвердевшей системы приводит к значительному увеличению прочности.

Изучение твердения вяжущих веществ, особенно в последние десятилетия, позволило глубже проникнуть в его сущность, однако полного представления об этих процессах еще нет. Основные теории твердения вяжущих веществ (Ле Шателье, Михаэлиса, Байкова) подверглись дальнейшему развитию. Установлено, что в ряде их положений есть общие элементы.

Высокопрочный гипс — быстросхватывающееся вяжущее вещество. По СниП I-B.2-69 начало схватывания высокопрочного гипса должно быть не ранее 4 мин, а конец схватывания — в пределах 8—20 мин от начала затворения гипсового теста.

Сроки схватывания высокопрочного гипса зависят: от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества, вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличия добавок и др.

Повышение температуры гипсового теста до 40—45° С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, — замедлению. При температуре гипсовой массы 90—100° С схватывание и твердение прекращаются. Это объясняется тем, что при указанных и более высоких температурах растворимость полуводного гипса становится меньше растворимости двугидрата. В результате прекращается переход полугидрата в двугидрат, а следовательно, и связанное с ним твердение. Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителям песком, шлаком, опилками и т. Д. Быстрое схватывание полуводного гипса является в большинстве случаев положительным его свойством, позволяющим быстро извлекать изделия из форм. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в высокопрочный гипс при затворении вводят различные добавки.

По механизму действия В. Б. Ратинов разделяет модифицирующие добавки для регулирования сроков схватывания вяжущих веществ, в том числе и гипсовых, на четыре класса.

Первый класс — это добавки, изменяющие растворимость вяжущих веществ и не вступающие с ними в химические реакции. Схватывание гипса ускоряется, если эти добавки (NaCl, КС1, Na2S04 и др.) усиливают растворимость полугидрата в воде; наоборот, оно замедляется, если добавки (аммиак, этиловый спирт и др.) снижают его растворимость. Некоторые добавки (например, NaCl) при одних концентрациях в растворе увеличивают растворимость полугидрата и, следовательно, являются ускорителями, а при других, уменьшая растворимость, являются замедлителями.

Второй класс — вещества, реагирующие с вяжущим веществами с образованием труднорастворимых или мало диссоциирующих соединении. Добавки этого класса (для гипса — фосфат натрия, борная кислота и др.) образуют на поверхности полугидрата защитные пленки труднорастворимых соединений, в результате чего схватывание гипса замедляется.

Третий класс — вещества, являющиеся готовыми центрами кристаллизации. Они ускоряют схватывание. У добавок первого и третьего классов имеется «пора эффективности», под которым подразумевают концентрацию добавки, дающую максимальный замедляющий или ускоряющий эффект. Обычно этот эффект достигается при введении добавок в воду затворения в количестве до 2—3%

Четвертый класс — поверхностно-активные добавки. Он адсорбируются частичками полуводного и двуводного гипса и уменьшают скорость образования зародышей кристаллов. Эти добавки (сульфитно-дрожжевая бражка, известково-клеевой и кератиновый замедлители и др.) известны как пластификаторы и замедлители схватывания гипса. Адсорбируясь частичками полугидрата, они придают тесту повышенную подвижность и снижают количество воды затворения, необходимой для получения смеси требуемой подвижности.

К этому же классу относится и эффективный замедлитель схватывания В. В. Помазкова. Этот замедлитель получается обработкой увлажненных древесных опилок (с 2— 3% серной кислоты) паром в автоклаве под давлением 0,4— 0,6 Мпа в течение 4 ч. Полученную массу нейтрализуют известью, высушивают и измельчают. Введение 0,1% этого замедлителя замедляет схватывание до 20—30 мин.

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.

 Техническими условиями на высокопрочный гипс (ТУ 31—57) объемное расширение ограничивается 0,2%. Для уменьшения расширения в гипс при помоле вводят до 1 % негашеной извести, что снижает коэффициент расширения при твердении с 0,3 до 0,08—0,1%. Расширение гипса уменьшается с увеличением содержания в тесте воды, а также при введении в него замедлителей схватывания.

1.3. Условия разрушения (коррозии) гипсового  вяжущего 

Коррозия строительного материала – необратимый процесс ухудшения характеристик и свойств строительного материала в конструкции в результате химического и/или физико-химического и/или биологического воздействий или процессов в самом материале.

I вид коррозии.

Вещество растворяется в мягких неминерализованных водах (питьевая, речная). Стойкость оценивается коэффициентом размягчения , К=0…1.

Гипс является неводостойким, т.к. Кразм. = 0,35-0,45

CaSO4 ·2H2 O+H2 O → Ca+2 +SO4 -2 +H+ +OH- +H+ + OH-

Бороться с I видом коррозии можно введением в вяжущее ПАВ, понижающих пористость. В технологии строительно-монтажных работ используют гидроизоляционные материалы.

II вид коррозии.

На материал действует среда, которая полностью переводит материал в растворимое соединение. Например:

CaSO4 ·2H2 O+ 2HCL→ H2 SO4 ·2H2 O +CaCL2

Для защиты от этого вида коррозии используют гидроизоляционные материалы.

III вид коррозии.

На материал действует агрессивная среда и в нем формируются химические новообразования, увеличивающиеся в объеме. Эту коррозию называют «физическая коррозия».