Технологическая линия по производству ангидритового вяжущего

       Федеральное агентство по образованию

       Государственное образовательное учреждение

       высшего профессионального образования

       ПЕРМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

       Строительный  факультет

       Кафедра строительных материалов и специальных технологий 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

       по дисциплине «Вяжущие вещества» 

       НА  ТЕМУ: Технологическая линия

         по производству  ангидритового вяжущего 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Выполнила студентка группы ПСК-07-1

       ___________

       Проверила доцент, кандидат технических наук

       Катаева Людмила Ивановна___________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Пермь, 2009

       Оглавление 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Теоретический реферативный раздел  

       Введение 

       Целью данного курсового проекта является построение технологической линии по производству ангидритового вяжущего -  преимущественно нового вяжущего, отвечающего необходимым требованиям, более дешевого, прочного, менее энергоемкого. Задачи: расчет функциональной технологической схемы производства ангидритового вяжущего, расчет производственных шихт и составление материального баланса основной технологической установки.  

       Альтернатива  гипсу — ангидритовый цемент. Трудно переоценить использование в жилищном строительстве гипса и изделий на его основе. Долговечность, огне- и пожаростойкость, возможность изготовления изделий, отвечающих высоким требованиям архитектуры, экологическая безопасность эксплуатации материалов обеспечивают гипсовым материалам такие преимущества, благодаря которым их применение должно стать приоритетным в строительстве и реконструкции зданий.

       Гипсовые  материалы и технологии строительства  прочно вошли в нашу жизнь. Современная  номенклатура изделий на основе гипса разнообразна.  Это в первую очередь гипсовые вяжущие и сухие смеси, гипсокартонные листы, плиты и панели перегородок, акустические и отделочные плиты и т. д.

       В зависимости от исходного сырья  и технологии его переработки  получают следующие вяжущие материалы: гипс строительный, гипс формовочный, гипс высокопрочный, ангидритовое вяжущее вещество, высокообжиговый гипс, гипсовые вяжущие вещества из гипсосодержащих пород.

       Строительный  гипс. Строительный гипс (ГОСТ 125—70) —  низкообжиговое вяжущее вещество, получаемое путем термической обработки природного гипсового камня, измельченного до или после этой обработки.

       Формовочный гипс. Формовочный гипс (МРТУ 2131—67) предназначается для производства архитектурных изделий. Для изготовления формовочного гипса сырье должно содержать не менее 96% CaS0₄*2H₂0. Его измельчают значительно тоньше, чем при получении строительного гипса, поэтому формовочный гипс схватывается быстрее, обладает большей прочностью — 300—500 кгс/см².

       Высокопрочный гипс. Высокопрочный (технический) гипс получают обработкой дробленого гипсового камня паром при давлении до 1,3 кгс/см² и температуре 124° С с последующей сушкой при температуре 140—160° С и размолом в порошок. При этом получаются более крупные кристаллы CaSО₄*0,5H₂O, чем у строительного гипса. Такая структура полуводного гипса обладает меньшей водопотребностью (40—45%), что позволяет получать более плотные и прочные растворы. Так, их прочность через 7 суток достигает 150—400 кгс/см². Используется он в основном для нужд металлургической промышленности; в отделочных работах его целесообразнее применять при изготовлении гипсовых изделий.

       Применение  гипса. При штукатурных работах  гипс добавляют в известковопесчаные растворы, чтобы увеличить их прочность и ускорить срок схватывания. Добавка гипса придает поверхности штукатурного слоя большую гладкость и белизну; его применяют и как основное вяжущее вещество в мастиках, которыми приклеивают листы сухой штукатурки. Употребляют гипс также для изготовления архитектурнохудожественных деталей. В гипсовом растворе смачивают паклю при конопатке оконных и дверных проемов и перегородок.

       Однако  в настоящее время проблема применения гипсовых материалов, изготовляемых на российских предприятиях, стоит достаточно остро.

       Во-первых, ощущается острый дефицит качественного сырья, запасы гипсового камня первого сорта на многих месторождениях практически исчерпаны, так как перед заводами всегда стояла задача получения гипсовых вяжущих с высокими требованиями к качеству.

       Во-вторых, себестоимость гипсового вяжущего очень высока, одной из причин этого обстоятельства является низкая производительность существующего оборудования, к тому же, на большинстве действующих предприятий продукция изготовляется на старом энергоемком оборудовании. Поэтому получаемые на российских предприятиях гипсовые вяжущие часто имеют высокую цену при низком уровне качества.

       Альтернативным  выходом из сложившейся ситуации может быть применение неоправданно забытого ангидритового цемента. Этот материал, представляющий собой вяжущее, по области применения очень сходный со строительным гипсом. В настоящее время ангидритовый цемент на предприятиях стройиндустрии не производится. Однако химическим производством нашей страны были накоплены большие запасы техногенных гипсов, например, отходов производства некоторых кислот. Эти продукты экологически безопасны и безвредны для здоровья человека. В их составе присутствует растворимый и нерастворимый ангидрит, а также полуводный и двуводный гипс.

       Ангидритовым  вяжущим называется воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из безводного сернокислого кальция, получаемого обжигом природного двуводного гипса при 600—700 °С с последующим тонким помолом продукта обжига или из природного камня - ангидрита совместно с различными добавками—катализаторами. В качестве добавок применяют известь, различные сульфаты, обожженный доломит, основной гранулированный доменный шлак, золу и ряд других материалов. 

       Производство  строительных материалов на основе ангидритовых вяжущих в Германии берет начало в конце 40-х годов прошлого столетия (XX века). Основой для производства были месторождения природного ангидрита в Нижней Саксонии. С тех пор по сегодняшний день потребление ангидрита в строительной индустрии с каждым годом неуклонно растет. Одной из причин этому – низкая себестоимость вяжущего из природного ангидрита. Энергозатраты на его производство приблизительно в 12 раз ниже по сравнению с энергозатратами на изготовление такого же количества портландцемента и в 3 раза ниже по сравнению со строительным гипсом. При этом прочностные показатели ангидритового вяжущего сравнимы с портландцементом. [2] 
 
 
 
 

       Характеристики  ангидритового вяжущего 

       Твердение ангидритового вяжущего [4], [10] 

       Процесс твердения ангидритового цемента  заключается в гидратации нерастворимого ангидрита с последующей его перекристаллизацией. В присутствии воды и катализатора на поверхности частиц ангидрита образуются неустойчивые сложные гидраты:

       CaSO₄+(соль)*nH₂O→(соль)* mCaSO₄*nH₂O.

       Первичный неустойчивый гидрат типа (соль)* mCaSO₄*nH₂O распадается затем по реакции:

       (соль)* mCaSO₄*nH₂O→ (соль)*H₂O+ CaSo₄*2H₂O.

       Образовавшийся  в результате гидратации ангидрита  двугидрат кристаллизуется, в ходе чего происходит процесс схватывания и твердения цемента.

       Теория  твердения ангидритового цемента различает в этом процессе 3 основных периода:

1. Образование на поверхности частиц ангидрита комплексной соли, её распад, растворение ангидрита и его гидратация, причём её положительный тепловой эффект в значительной степени компенсируется отрицательным тепловым эффектом растворения;
2. Коллоидообразование (образование геля двуводного гипса) и выделение центров кристаллизации, ускоряющих кристаллизацию гидратированного ангидрита. В этот период, сопровождающийся быстрым выделением тепла, происходит схватывание ангидритового цемента;
3. Постепенная кристаллизация двуводного гипса (скорость кристаллизации зависит от природы катализатора), в ходе которой тепло выделяется в незначительном количестве. В этот период ангидритовый цемент твердеет.

       Ход твердения цемента может изменяться в зависимости от различных факторов, например, от химического состава ангидрита, степени его измельчения, гранулометрического состава порошка, формы поверхности и пористости частиц ангидрита, однородности зерен, природы катализатора. Влиянием этих факторов и можно в значительной степени объяснить наблюдаемые иногда колебания в количестве выделяющегося тепла (при гидратации, схватывании и твердении) и в конечной прочности ангидритового цемента.

         В отличие от полуводного гипса,  который в процессе гидратации быстро и полно реагирует до образования двугидрата, преобразование ангидрита в двуводный гипс зачастую не доходит до конца, а сама реакция протекает очень медленно.

       Твердение этого вяжущего обусловлено образованием двугидрата. При твердении ангидритовый цемент в объеме не увеличивается. Ангидритовое вяжущее является воздушным вяжущим веществом. Гидравлическими свойствами он не обладает. После предварительного твердения во влажной среде ангидритовый цемент продолжает набирать прочность в воздушно-сухих условиях. При длительном хранении в воде прочность затвердевшего вяжущего снижается, а при последующем высыхании снова восстанавливается. Водостойкость ангидритового цемента несколько повышается при введении в него доменного шлака в качестве активнзатора.

       Выделяют 2 способа ускорения реакции гидратации и активизации твердения ангидритового вяжущего: повышение тонкости помола ангидрита и введение ускорителя твердения (активизатора).

       Принцип действия активизаторов основывается на их способности влиять на процессы растворения ангидрита при затворении его водой. Процесс гидратации ангидрита в значительной мере зависит от вида активизатора. Наиболее распространенные способы активизации твердения можно разделить по химическому составу вводимых добавок:

• сульфатная активизация (с помощью сульфатов щелочных металлов, сульфатов тяжелых металлов, кислых сульфатов. Например, Na₂S0₄, NaHS0₄, K₂SO₄, Al₂(S0₄)₃, FeS0₄),
• щелочная активизация (Ca(OH)₂, NaOH)
• преимущественно щелочная активизация (портландцементный клинкер, доменный шлак, шлакопортландцемент и др.),
• смешанная активизация (щелочной компонент и добавка сульфата).

       Известно, что сульфатные активизаторы повышают прочность, а щелочные придают материалу  постоянство объема. Следовательно, каждому ангидриту для создания на его основе материала с комплексом заданных свойств требуется определенная комбинация, подходящих ему активизаторов твердения.