СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО Российский патент 1994 года по МПК C04B11/02 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано на гипсовых заводах при изготовлении гипсовых вяжущих и изделий на их основе.

В промышленности строительных материалов известны два принципиально различных способа получения гипсовых вяжущих; Один из них предусматривает термическую обработку гипсового камня в среде насыщенного водяного пара при давлении выше атмосферного. Таким образом получают высокопрочный гипс α -модификации, состоящий из довольно крупных, хорошо ограненных кристаллов полугидрата сульфата кальция ( α -CaSO₄˙0,5H₂0).

Рядовой или строительный гипс, гипс, состоящий из мелких кристаллов β -модификации полугидрата сульфата кальция, получают термической обработкой гипсового камня при нормальном давлении. В самом общем виде все известные способы получения строительного гипса включают в себя следующие операции: дробление гипсового камня на щебень фракции 0-40 мм; помол материала до заданной тонкости, чаще всего до остатка на сите 02 не более 14-15%; термическая обработка (дегидратация) гипсового камня, которая в зависимости от избранной технологической схемы осуществляется до, после или во время помола. Наиболее распространенными способами являются варка гипса в гипсоварочных котлах и обжиг в сушильных барабанах [1,2]. Характерным недостатком всех известных способов изготовления строительного гипса является то, что получаемое вяжущее имеет невысокую прочность, следовательно, ограниченную область применения.

Высокопрочный гипс, получаемый в горизонтальных или вертикальных автоклавах при давлении насыщенного водяного пара от 0,13 до 0,8 МПа с последующей сушкой и помолом, имеет более высокие прочностные показатели, чем строительный гипс. Однако известные способы получения высокопрочного гипса отличаются длительностью производственного цикла, высокими энергозатратами, невозможностью полной автоматизации технологии, так как автоклавная обработка кускового материала требует периодической остановки автоклавов, выгрузки материала и последующей загрузки сырья.

Кроме того существуют области использования гипсовых вяжущих, где ни та, ни другая разновидность гипса в чистом виде не может быть использована. Так, например, для изготовления гипсовых форм в фарфорофаянсовой и машиностроительной промышленности требуется вяжущее, обеспечивающее высокую прочность форм и достаточно высокую пористость приходится в определенных соотношениях смешивать гипсовые вяжущие α - и β -модификации, что является дорогим и неэффективным процессом, требующим дополнительного оборудования и производственных площадей.

Оптимальным является непосредственное производство такого гипсового вяжущего, которое сочетало бы эти свойства и кроме того, в процессе производства их можно было бы регулировать в необходимом направлении.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления гипсового вяжущего материала [2]. Предлагается способ изготовления вяжущего вещества, представляющего собой смесь различного вида гипсовых вяжущих с преобладанием α -полугидрата сульфата кальция. Сущность способа заключается в том, что горячий α -полугидрат с температурой 20-90^оС подвергается ступенчатой гидратации, при которой часть α -полугидрата переходит в двугидрат, после чего полученный продукт, представляющий собой смесь полуводного и двуводного гипса, за счет повторного нагревания вновь частично дегидратируется. Предлагаемый способ позволяет получать гомогенную смесь различных видов гипса.

Однако предлагаемый способ имеет следующие недостатки. Основным компонентом смеси является α -полугидрат сульфата кальция, полученный по автоклавной технологии со всеми присущими этому способу недостатками. Кроме того ступенчатая гидратация α -полугидрата с последующим нагреванием еще больше усложняет процесс, увеличивает его длительность, значительно повышает энергозатраты. Присутствие в смеси двугидрата сульфата кальция ухудшает его свойства, а именно сокращает сроки схватывания и снижает прочность. Кроме того по предлагаемому способу невозможно контролировать фазовый состав продукта, а следовательно, и его свойства.

Целью изобретения является повышение прочности вяжущего, возможность регулирования его свойств.

Цель достигается тем, что в способе изготовления гипсового вяжущего, включающем дробление, дегидратацию двуводного гипса и помол, процесс дегидратации двуводного гипса с размером кусков от 10 до 500 мм ведут в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ-поле) мощностью 0,5-50 кВт в течение 10-60 мин до получения смеси гипсового вяжущего, содержащего , мас.%: α -полугидрат сульфата кальция 70-90; β -полугидрат сульфата кальция 10-30, электромагнитное поле взаимодействует со всей массой вещества, и при существующих условиях теплообмена в кусковом материале разогрев вещества в объеме происходит более интенсивно, чем на поверхности куска. В связи с этим дегидратация куска гипса в поле СВЧ начинается в объеме, а не с поверхности куска, как это происходит во всех известных способах. Вследствие того, что существуют естественные препятствия для удаления газообразных продуктов реакции (водяного пара), в объеме куска возникает повышенное давление водяного пара (выше атмосферного), т.е. создаются условия для образования α -полугидрата, подобно тому, как это происходит при автоклавной обработке. В объеме куска по разветвленному цепному механизму происходит образование кристаллов α -полугидрата и относительно быстро реакция охватывает весь объем. На поверхности куска, где давление водяных паров близко к атмосферному, дегидратация происходит с образованием β -полугидрата сульфата кальция.

После окончания дегидратации полученный продукт измельчается, в результате чего образуется исключительно гомогенная смесь, состоящая, в зависимости от размера кусков, на 70-90% из α -по- лугидрата и на 10-30% из β -полугидрата сульфата кальция. Таким образом в установке, работающей под атмосферным давлением, реализуется принцип получения высокопрочного гипса, осуществляемый до сих пор только в автоклавах. Установка состоит из магнитрона, создающего поле СВЧ, волноводов и нагревательной камеры, где осуществляется процесс дегидратации гипса. За счет варьирования размеров кусков появляется возможность получать вяжущее с различным соотношением α - и β -полугидрата, а значит с заранее заданными и регулируемыми свойствами. Кроме того дегидратация гипса в поле СВЧ идет значительно интенсивнее, чем в автоклаве. Длительность процесса в поле СВЧ составляет 10-60 мин в зависимости от размера куска, а цикл автоклавной обработки колеблется от 8 до 36 ч. Сокращение энергозатрат на 20-40% достигается значительным уменьшением потерь тепла в окружающую среду.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Дегидратацию гипсового камня с размером кусков 40-60 мм вели в установке, создающей после СВЧ с мощностью магнитрона 3 кВт. Процесс осуществляли при подаваемой мощности 600-700 Вт в течение 25 мин до полного перехода двугидрата в полугидрат сульфата кальция. Полученный продукт измельчали в шаровой мельнице до остатка 10% на сите 02. Готовое вяжущее испытывали по ГОСТ 125-79 "Вяжущие гипсовые".

Параллельно из того же камня известными способами был получен строительный гипс (в гипсоварочном котле при атмосферном давлении) и высокопрочный гипс (в автоклаве при давлении 0,15 МПа).

Сравнительные характеристики полученных материалов представлены в таблице.

Представленные результаты свидетельствуют о том, что гипс, полученный в поле СВЧ, по прочностным показателям почти вдвое превосходит строительный гипс и несколько уступает высокопрочному. Однако по сравнению с высокопрочным он получен в 10 раз быстрее и со значительно меньшими затратами тепла.

Использование предлагаемого способа получения гипсового вяжущего в поле СВЧ обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: интенсифицирует технологический процесс, сокращает производственный цикл; заранее задает свойства вяжущего и при необходимости регулирует их; повышает прочность; снижает энергозатраты; осуществляет непрерывный полностью автоматизированный технологический процесс.

Используется в промышленности строительных материалов. Способ изготовления гипсового вяжущего, включающий дробление, дегидратацию двуводного гипса и помол, предусматривает дробление двуводного гипса до фракции 10 - 500 мм и проведение дегидратации в электромагнитном поле сверхвысокой частоты мощностью 0,5 - 50 кВт в течение 10 - 60 мин до получения гипсового вяжущего, содержащего, мас. %: альфа-полугидрат сульфата кальция 70 - 90; бетта-полугидрат сульфата кальция 10 - 30. Марочная прочность получаемого вяжущего 70 кг/см² . 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО, включающий дробление, дегидратацию двуводного гипса и помол, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности вяжущего и возможности регулирования его свойств, дробление двуводного гипса ведут до фракции 10 - 500 мм, а дегидратацию осуществляют в электромагнитном поле сверхвысокой частоты мощностью 0,5 - 50 кВт в течение 10 - 60 мин до получения гипсового вяжущего, содержащего, мас% : альфа-полугидрат сульфата кальция - 70 - 90, бетта-полугидрат сульфата кальция - 10 - 30.