Айналмалы пеште гипсті күйдірудің технологиялық процесі

Шикізаттарға сипаттама

Құрылыс гипсін арнайы қайнататын қазандарда және пештерде күйдіру арқылы өндіреді. Гипстік шикізат есебінде гипсті және ангидридті тасты (СаS0₄), кейбір өндіріс қалдықтарын (фосфогипс, борлыгипс) қолданады.

Бірінші сортты гипс өндірісі үшін табиғи гипсті тастың құра- мындағы СаS0₄ • 2Н₂0 мөлшері 90%-дан аз болмауы керек, ал екінші сортта 65%-дан аз емес.Табиғи гипс тасы — шөгінді тау жынысы, ақ түсті, Моос шкаласы бойынша қаттылығы 2, тығыздығы 2200—2400 кг/м³.

 

Гипсті-цементтіпуццоланды байланыстырушылар /ГЦПБ/

Қолайлы мөлшерде гипстік байланыстырушыларды, цементті жэне активті минералдық коспаларды ұнтақталған қалыптарында жақсылап араластыру арқылы алады. Өздерінің активтігіне байланысты гипсцементпуццоландық байланыстырушының құрамында бұлардың мөлшері мына төмендегі шамада болады:

Гипстік байланыстырушылар - 50-65 %, портландцемент М300, 400 - 15-25 %, активті минералдық қоспалар - 10-25 пайыз. Портландцемент пен активті минералдық қоспаның орындарына пуццоландық портландцемент алуга болады.

Гипс байланыстырушыларын қазанда гипс қайнату тәсілімен алатын заводтарда портландцементті және активті минералдық қоспаларды немесе пуццоландық цементті қайнату процесінің соңына бірнеше минут қалғанда тікелей қазанга салады. Сөйтіп ГЦПБ алынуын біраз жеңілдетеді. ГЦПБ екі маркасы болады: М100 және ГЦПБ ұнтақтылыгы МІОО үшін № 2 електегі қалдық бойынша – 15 пайыздан, М150 үшін- 10 пайыздан көп болмау керек.

Гипс байланыстырушыларының - модификациясы негізінде алынган ГЦПБ өте сапалы. Мұндай ГЦПБ негізінде алынған бетон 2-4 сағ. қатайганнан кейінгі қысқандағы мықтылық шегі 60-100 кПа, 3 тэуліктен кейінгі - 15-20 МПа, ал 28 тэуліктен кейінгі - 20-40 МПа. Сонымен, ГЦПБ негізінде дайындалган бетон 2-3 саг. қатайғанда маркалық мықтылығының 30-40 пайызын көрсетеді. Ал қатаю жылдамдығын бұдан да тездету үшін ГЦПБ жасалган бұйымдарды 70-80°С булайды. Бұл құрылыс бұйымдарыньщ аязга төзімділігінің маркасы 20 - 50.

 

Технологиялық бөлім

Айналмалы пеште гипсті күйдірудің технологиялық процесі

Гипсті қазандықтағы қайнамалы қабатта пісіру әдісі іс жүзінде кең тараған. Осындай казандықтар, тік оське орнықтырылған, араластырғышы бар болатты цилиндр түрінде дайындалады. Оның ішіне гипсті ұнтақ артылады. Қазандықтың шет-шетінен қыздыратын құбырлар жүргізген. Гипс 100—105°С температурада пісіріледі — бөлінген су буының есебінен «қайнайды». Қазандықтың түбіндегі тор арқылы дайын өнім жинақтайтын қорапқа түседі. Көлемі 2 м³ қазандықтьщ қуаттылығы сағатына 1000 кг дейін. Жоғарғы берікті құрылыс гипсін қазандықтарда қысыммен (автоклавтарда) қайнатады. Өнімді дайын жағдайына дейін келтіруге 1—1,5 сағат уақыт шығындалады.

Қазіргі уақытта гипсті тұтқырларды күйдіру процесі жоғарғы температурада жүреді, айналмалы пештердегі өндірістің өзі эколо- гиялық жағынан едәуір тиімді деп саналады. Мұндай әдіс тек құры- лыс гипсін ғана емес, сонымен қатар басқа да гипсті тұтқырларды өндіруге мүмкіндік тудырады.

 

Құрылыс гипсінің касиеттері. Сумен араластырылған соң, гипс тез арада ұстасады және қатаяды. Қатаю процесінде гипстің көлемі шамамен 1% ұлғаяды, мұның өзі гипс тасындағы ішкі жүйенің тығыздығымен байланысты. Құрылыс гипсінің ұсталуы су мен гипстің араласуынан соң, 4—5 минуттан кейін басталады. Ұстасудың аяқталуы 6-дан 30 минутқа дейінгі аралықта болады. Нормальды қоюлықтағы гипс қамырын өндіру үшін 50—70% су қажет, ал жоғарғы беріктіктегі гипстен қалыпты қоюлықтағы қамырды өндіруде су сұранысы 30—45% толық гидратациялануы үшін гипс массасының 18— 19% мөлшерін құрайтын ғана су қажет. Гипсті бұйымдарды ылғалды жағдайда қолдануға болмайды, себебі гипстің беріктігі бұл жағдайда 50%-ға дейін кемиді. Суға төзімділігін арттыру үшін гипстен дайындалған бұйымдар мен бөлшектерді қанықтыру арқылы оқшаулау ұсынылады. Осыдан басқа гипстің суға тұрақтылығын арттыру үшін оған сөнбеген әкті, цементті, шлакты-ұнды, күлді және т.б. құрамында белсенді аморфты кремнеземі бар ұнтақталған заттарды қосу арқылы гипстің суға төзімділігі арттырылады.

Жарты сулы кальций сульфатының негізіндегі гипсті тұтқыр заттар (СаS0₄ • 0,5Н₂О) қысқандағы беріктігі жағынан 12 маркаға бөлінеді: Г2-ден Г25-ке дейін (2—25 МПа). Мұндай жағдайда гипсті бұйымның майысқыштығы, беріктігі 1,2-ден 8,0 МПа-ға дейін өзгереді. Қысылуға беріктік шегіне қарай стандарт бойынша гипсті тұтқыр заттар мына маркаларға бөлінеді (3-кесте).

Гипсті тұтқыр заттың ұнтақтығы өскен сайын оның беріктігі өседі. Құрылыс гипсі сапасы жағынан үш сортқа бөлінеді. Құрылыс гипсіне қойылатын талаптар 4-кестеде келтірілген.

Гипсті тұтқырдың ерігіштігі, яғни қанықты ерітіңдінің концентрациясы, оның кристалл өлшемдеріне байланысты. 25°С температурадағы гипстің кальций тотығына есептегендегі ерігіштігі, кристалл өлшемдері 2 мкм болганда 2,08 г/л жетеді, ал кристалл өлшемдері 3 мкм жетсе, онда 2,47 г/л болады. Кальцийдің сулы тотыгы бар ортадағы кальций сульфатының ерігіштігі төмендейді. Егер суға тұз немесе азот қышқылын, сондай-ақ кейбір тұзды ерітінділерді қосатын болсақ, онда гипстің ерігіштігі артады.

Төменгі температурада күйдірілген гипс байланыстырушыларының қасиеттері ұқсас. Басты айырмашылығы - олардың су талапкерлігінде. Нормалды қою гипс қамырын алу үшін /3- модификациялы гипс өз массасынан 50 - 70% су қажет етеді, ал сс -модификациялы гипсі - 30 - 45%. Жарты гидраттың екі гидратқа көшкендегі гидратация процесі үшін осы судың небәрі 18,6 пайызы қажет. Химиялық процеске қатыспаған судың артығы кептіру мезгілінде ажырайды. Сондықтан, қатайған гипстің кеуектігі 30-50 % болады. а - модификациялы гипсінің кеуектігі аздау болады, сондықтан, оның мықтылығы /3 - модификациясынан жоғарылау.

Жылумен оңдеу аркылы алынған жарты гидратты кальций сульфаты үшін стандарт /МОСТ 125 - 79/ бойынша 12 маркаға бөлінеді /МПа/ Г -2, Г - 3, Г -5, Г - 6, Г - 7, Г - 10, Г - 13, Г - 16, Г -19, Г - 2, Г - 25. Сонымен қатар, игендегі ең аз мықтылығының мәні -1,2-ден 8 МПа-ге дейін.

Тор көзінің мөлшері 0,2 мм електегі қалдығы арқылы /пайызбен/ анықталатын диірменде тарту ұнтақтылығы бойынша гипс байланыстырушылары үш топқа бөлінеді:

1. Ірілеу тартылған - електегі қалдығы 23 %; 2.0рташа тартылған - електегі қалдыгы 14%; 3. Майда тартылған - електегі қалдығы2%.

Гипс байланыстырушылары жеделдете ұстасады және тез қатаяды. Қатаю жылдамдығы бойынша олар үш класқа болінеді: тез қатаюшы /А/, нормалды қатаюшы /Б/, баяу қатаюшы /В/. Әр класқа сай ұстасу мезгілдерінің басы - 2,6 жэне 20 мин. ерте болмау керек, соңы - 15 және 30 мин. /класс В үшін нормасы жоқ/ кеш болмау керек. Гипстің ұстасу мезгілдері шикізаттың сапасына, оны ондіру жағдайына, сақталуының ұзақтығына, құйған судың молшеріне, су мен гипсті араластырар кезіндегі температураға, араластыру жағдайына, қоспаның қосылуына және т.б. факторларға байланысты.

Гипстің ұстасу мезгілін едэуір тездету үшін қалыпты қоюлыққа керекті судан аз сумен араластырады немесе гипс қамырының температурасын 40-45 °С-ка дейін котеру арқылы да тездетуге болады. Ал, бұл температурадан жоғарырақ жылытса, қатаю жылдамдығы баяулайды. Гипс массасының температурасы 90-100 °С-қа дейін котерілгенде, ұстасу және қатаю процестері тіпті тоқталады. Себебі, бұл жэне бұдан жоғарғы температурада жарты сулы гипстің судағы ерігіштігі екі гидраттық гипс ерігіштігінен көп томен болып кетеді. Осы жағдайға байланысты жарты гидраттың екі гидратқа кошуі тоқтайды, демек, осыған байланысты қатаюы да тоқтайды.

Егер гипсті толтырушылармен /құммен, шлакпен, ағаш ұнтағымен, керамзитпен, перлитпен және т.б./ араластырса, онда оның ұстасуы баяулайды. Гипстің тез қатаюы одан әртүрлі бұйымдар жасарда оте тиімді қасиет. Бірақ, кейбір жағдайларда гипстің тез ұстасуы онша қолайлы болмай, қайта ондірісте кедергі болып шығады. Сондықтан, гипс қамырының ұстасуын тездету немесе баяулату үшін оны сумен араластырар кезде кейбір қоспалар қосады, демек, қосындылар қолдана отырып гипстің ұстасуын керекті мезгілге реттейді. В.Б. Ратинов бұл қоспаларды эсер ету механизмдеріне байланысты 5 класқа бөлуді ұсынған. I класс - күшті және әлсіз электролиттер / Ма₂S0₄,КСІ

т.б./ және кейбір электролиттерге жатпайтындар. Бұлар жарты және екі гидраттың суда ерітімділігін өзгертеді, гипстер түйіршіктерін қиын еритін жұқа қабықпен қаптамайды.

Егер HСІ,КСІ,Nа₂S0₄ және т.б. қоспалары жарты гидраттың суда еруін тездететін болса, онда гипстің қатаюы жылдамдайды. Ал, егер аммиак, этил спирті жэне сол сияқтылар оның суда еруін нашарлатса, онда қатаю мерзімі қайта баяулайды. Гипстің қатаю жылдамдығы бұл қоспалардың концентрациясына да байланысты. Сондықтан, оларды тэжірибе жүзінде тексерген жөн.

II класс - екі сулы гипстің кристалдану процесіне ұйытқы болатын кристалданған дайын СаS0₄ -2Н₂0;СаНР0₄ -2Н₂0 және сол сияқты заттар. Бұлар гипстің қатаюын тездетеді.

Бұл екі кластағы қоспалардың «тиімділік табалдырығы» болады, демек, гипстің ұстасуын максимум жылдамдататын немесе максимум баяулататын концентрациясы бар. Әдетте, мұндай әсер бұларды гипс араластыруға қажет суға 2-3 пайызға дейін қосқанда қамтамасыз етіледі.

III класс - жарты және екі сулы гипс түйіршіктері өз беттеріне тартып алатын және кристалдар туындыларының пайда болу жылдамдығын азайтатын сыртқы беті активті заттар /сульфитноспирттік барда, кератинді, әктілі желім және сол сияқты баяулатушылар/.

Бұл қоспалар құрылыста гипс қамырын жұмсартушы және оның ұстасуын баяулатушы заттар тобы деп аталады. Себебі, жарты гидратты түйіршіктерінің сыртына сорбцияланып, керекті жылжымалы гипс қамырын алу үшін қажет су мөлшерін азайтады, гипс қамырының жылжымалылығын асырады.

IV класс - жарты гидрат түйіршіктерінің бетіне қиын еритін бірікпеден қорғаушы пленка кұрайтын заттар /фосфаттар, сілті металдарының бораттары, натрий фосфаты, бура, бор қышқылы/ сондықтан да, бұлар гипс қамырының ұстасуын баяулататын заттар болып табылады.

V класс - турлі кластарға жататын заттардан тұратын күрделі қоспалар. Бұл сияқты күрделі қоспаларды қолдана отырып, гипс қамырының жылжымалылығын, ұстасу мезгілін, қатаюын, гипстің мықтылығын керекті бағытта өзгертуге болады. Бірақ, мұндай нэтижелерге тэжірибе жүзінде зерттеп барып алынған күрделі қоспалар арқылы жетуге болады.

Басқа минералдық байланыстырушылармен салыстырғанда жарты сулы гипстің ерекшелігі - оның қатайғанда көлемін I пайызға шекті ұлғаюында. Бұл ұлғаю, элі ұстасу процесі алаңсыз бітпеген массада болатындықтан, қалыпты тығыздап, жақсылап толтыруына эсер етеді. Гипстің осы қасиеті оны түрлі көркем бұйымдар құю үшін кең қолдануға мүмкіндік береді.

Гипстің ең бір үлкен кемшілігі - оның жүк астында едэуір жайыла деформациялануы мен суға төзімсіздігінде. Суға төзімділігін біраз арттыру үшін бұйымдар жасар алдында түйірленген және майдаланған домна қоқысын, гидрофобты қоспаларды қосу керек.Алынған өнім - «өлтіре күйдірілген» сусыз ангидрид/ СаS0₄/ суда ерімейтін зат. Оның суда еритін және ұстасатын, қатаятын қасиеттерін қоздыру үшін оған түрлі катализаторлар /3-^4% эк, 10+15% домна қоқсы, натрий сульфаттары мен бисульфаттарының {Nа₂S0₄,МаНS0₄) қоспасына 0,5 - 1,0 пайыз темір немесе мыс купорасы қосылған араласпа жэне т.б./ қосып диірменде ұнтақтайды. Алынған өнім ангидрит цементі деп аталады. Оның ұстасу мезгілінің басы 30 мин. ерте, ал соңы - 24 сағ. кем болмайды. Ұнтақтылығы № 008 елегіндегі қалдығы бойынша 15 %-дан кем болу керек.

Қалыпты қою қамырдан жасалған үлгінің созғандағы мықтылық шегі/ МПа/:

1 тэуліктен кейін -2 - 2,5; 7 Тэуліктен кейін - 3 - 3,5; 28 тэуліктен кейін - 3,5 - 4,5; Қысқандағы мықтылық шегі /МПа/:7 тәуліктен кейін - 20-25; 28 тэуліктен кейін - 25-35;Бұл СаО катализатор ролін атқарады. Сондықтан, эстрих - гипс суда ериді, гидратацияланады. Үстасу мезгілінің басы 2 сағаттан ерте болмайды, ал соңы - 16-36 сағаттан соң бітеді. Нормалдық қою гипс қамырын алу үшін 28-32 % су жұмсалады. Қысқандағы мықтылық шегі 28 тәулік шағында 5-20 МПа.

Биік күйдірілген гипстің ерекшелігі - оның суга және аязға төзімділігінің жоғарылығында. Сондықтан да оны кейде гидравликалық гипс деп те атайды. Суға төзімділігінің басымдылығын оның тыгыздығының жоғары екеніне жэне суды аз қажет ететіндігіне сүйене түсіндіруге болады. Оның үстіне бұл гипс үйкеліске төзімді, сондықтан да оны жіксіз еден төсеуге немесе линолеум астын тегістетуге жиі қолданады, қабырға қалауға және жасанды мрамор дайындау үшін де қолданады.

Төмен температурада куйдірілген гипстік байланыстырушы заттарды құрғақ гипс сылағын, бөлме қоршайтын плиталар мен панельдер, архитектуралық бөлшектер, дыбыс өшіретін бұйымдар және т.б. материалдар жасауға қолданады.

 

3.2 Гипсті байланыстырғыштардың қатаюы мен байланысуы

Гипстін катаюы. Гипстің қатаю процесі оның гидратациясымен байланысты, яғни жарты сулы жагдайынан екігидратты кристалды гипске айналады:

СаS0₄ • 0,5Н₂О +1,5Н₂0= СаS0₄ • 2Н₂0.

 

Гипсті тұтқырлы бұйымдарды кептіруде олардың беріктігі артады. Ол үшін гипсті бұйымдарды температурасы 70°С-ға дейінгі арнайы кептіру камераларында кептіреді. Құрылыс гипсінен бөлме аралық қалқалағьпп қабырғалық плиталарды, гипскартоңды табақтарды, қабырғалық блоктарды, қақпалы бұйымдарды өндіреді. Құрылыс гипсін, сондай-ақ ғимараттагы қабырғалардың ішкі бөлігін сылау мен өрлеуге, безендіретін заттар дайындауға қолданады. Гипстің отқа жоғары төзімділігін ескере отырып, одан желдеткіш қондырғыларының бөлшектерін, лифт кабиналарьш қаптайтьш табақтарды дайындайды.

Гипсті тасымалдау мен сақтау. Гипсті тұтқырлар мен бұйымдарды тасымалдау мен сақтау кездерінде оларды ылғал әсерінен сақтайтын шараларды қолданған жөн. Ашық ауада гипсті тұтқырды бір айдан көп емес уақытқа сақтауға болады, әйтпесе тұтқыр 20%-ға дейін және одан да көп беріктігін жоғалтады.

Гипстің қатаюына қоспалардың әсері. Ұстасу уақыты бойынша, гипсті тұтқырларды ұстасудың басталуы 2,6 минуттан ерте емес, ал ұстасудың аяқталуы 15 минуттан кеш емес тез қатаятын (А), қалыпты қатаятын (Б) ұстасудың басталуы 20 минуттан ерте болмайтын, ал аяқталуы 30 минуттан кем болмайтын және ұстасу уақыттары нормаланбайтын баяу қатаятын (В) түрлерге бөлінеді.

Тез қатаятын гипсті тұтқырларға құрылыстық, жоғарғы беріктік, қалыптайтын және медициналық гипстерді жатқызуға болады; кәдімгі қалыпты және баяу қатаятын гипсті тұтқырлар — ангидридті цементті және гипсті, жоғарғы температурада күйдірліген эстрих гипсті қамтиды.

Қату мерзіміне қарай гипсті тұтқыр заттарды мына түрлерге бөлуге болады

Гипсті тұтқыр заттың қатуын баяулату үшін қосылатын суға желім немесе ЛСТ (лигносульфат техникалық) қосуға болады (гипс салмағынан 0,1...0,3 мөлшерде). Осы қосымша заттар гипс бөлшектерінің бетін қаптап, олардың суда еруін баяулатады, соның есебінен гипстің қатуы да баяулайды.

α-гипсті тұтқыр заттардың қатуын тездетету үшін ас тұзын, натрий сульфатын қосуға болады (гипс салмағынан 0,2...3 мөлшерде).

 

3-кесте. Гипсті тұтқыр заттардың түрлері

Тұтқыр заттың қатуына қарай	Қату мерзіміне карай индексі	Қату уакыты, минут
Тұтқырлануы	Аякталуы
Тез қататын	А
Орташа қататын	Б
Баяу қататын	В		Тұтқыр- ланбаған

4-кесте. Ұсақтық дәрежесіне қарай гипсті тұтқыр заттардың тұрлері

Ұсақтық дәрежесіне қарай гипсті тұтқыр заттардың түрлері	Ұсақтық дәрежесінің индексі	02 електе қалып қойған қалдық
Нашар ұсақталған	I
Орташа ұсақталған	II
Әбден жаншылған	III

 

Гипсті тұтқырлардың ұстасу уақыттары мен қатаюы шикізат қасиеттеріне, дайындау шартына, сақтау уақыты мен шартына, қоспа мен судың мөлшеріне (су мен гипс қатынасы — С/Г), судың температурасына, араластыру шартына байланысты. Жартысулы гипстің ерігіштігін өсіретін заттарды жылдамдатқыштар (катализаторлар), ал ерігіштігін кемітетіндерді баяулатқыштар деп атайды. Бұдан басқа, гипсті тұтқырдың гидратациялану жылдамдығы ерігіш заттың кон- центрациясы мен табиғатына байланысты. Мысалға, хлорлы натрий (NaС1) жарты гидратты гипстің қатаюын жылдамдатады, сонымен қатар ангидридті цементтің қасиеттеріне әсер етеді. Хлорлы кальций (СаС1₂) жарты гидратты гипстің қасиеттеріне әсер етпейді, бірақ эстрих гипс пен ангидридтің гидратациялану процесін баяулатады. Хлорлы магний (МgС1₂), жарты гидратты гипстің гидратациялануын жылдамдатады және керісінше эстрих гипс пен ангидридтің гидратациясын бәсендетеді.

Ұстасу процесін баяулату үшін гипсті тұтқырларға арнайы қоспалар — баяулатқыштарды қосады. Баяулатқыштар ретінде сүйек желімін, казеинді, глицеринді, желатинді, магний мен кальций тұздары ж.б. пайдаланады. Осы мақсатқа 60°С-қа дейін қыздырылған суды да қолдануға болады.

Беріктігі жоғарғы гипс. Екі сулы табиғи гипс тасын температура 550—700°С жагдайында қысқа уақытты күйдірген соң, оған натрий мен алюминийдің сульфаттарын және басқа да тұздарды қосып, майда ұнтақтау арқылы жоғарғы берікті гипсті өндіреді. Гипстің бұл түрі баяу қатаяды, бірақ оның қысқандығы беріктігі 30 МПа-ға жетеді. Кәдімгі жағдайда оның түсі ақ.

Жоғарғы берікті гипс қамырының қалыпты қоюлыгы 40—50%, кәдімгі құрылыс гипісіндегідей 60—70% емес, жеті тәуліктен кейінгі беріктігі 15—40 МПа-ға жетеді.

Құрылыста жорғарғы берікті гипсті еденнің құйылмалы жабы- лымдарын төсеу үшін, сондай-ақ металлургия өндірісінде қалыптарды дайындауда қолданады.

Ангидридті цемент — табиғи гипс тасын температура 600—700°С күйдіріп алынған сусыз гипсті ұнтақтау арқылы алынған өнім. Ангидридті цементтің беріктігін арттыру үшін оған катализатор есебінде әкті, күйдірілген доломитті, домналы шлакты, қатпар тасты, натрий мен кальцийдің сульфаты мен сулы сульфаттарын қосады. Ангидридті цемент баяу қатаятын тұтқыр зат: ұстасудың басталуы 1—1,5 сағат, ұстасудың аяқталуы 24 сағатқа дейін болады.

Ангидридті цементтің суға шьщамдылығы құрылыс гипсіне қараганда жоғары. Қысқандағы беріктігі жағынан ангидридті цемент 50, 100, 150, 200 деген маркаларға бөлінеді. Нағыз тығыздығы 2,8—2,9 г/см³, тығыздалғаннан кейінгі төгілмелі тығыздығы — 1200—1500 кг/м³.

Ангидридті цементке домналы шлак қосатын болсақ, оның суға шьщамдылығы артады. Ангидридті цементтен өңдірілген бұйымдар алма-кезек мұздану мен ерудің 15 циклі әсер еткен жағдайдың өзінде бұзылмайды.

Ангидридті цементтерді тұрғын үйлердің едендерін жіксіз жабу, әр түрлі мәнерлі сылақты ерітінділерді өндіру, органикалық және анорганикалық толтырғыш негізіндегі жеңіл бетондарды алу, ауыр бетондарды қолдану, сонымен қатар жасанды гранитті өндіру жұмыс-тарында қолданады.

Ангидридті цементтен алынған құрылыс бұйымдар пайдалану кезіндегі ауа ылғалдығы 60—70%-дан көп емес жерлерде қолдануға тағайындалған.