Процессы, происходящие при нагревании двуводного гипса

Сырьевые материалы

Производство гипсовых вяжущих материалов

Тема 6

Гипсовые вяжущие вещества изготовляют из природного гипсового камня (природного гипса), представляющего собой в основном двуводный гипс - CaSO₄∙2H₂O, ангидрита, состоящего главным образом из безводного гипса - CaSO₄, и некоторых отходов химической промышленности, содержащих преимущественно двуводный или безводный сульфат кальция.

Двуводный гипс является мягким минералом, его твёрдость по шкале Мооса равна 2. Твёрдость ангидрита колеблется в пределах 3…3,54. Истинная плотность двуводного гипса 2,2…2,4, а ангидрита – 2,9…3,1 г/см³. Растворимость в воде двуводноо гипса, пересчитанного на CaSO₄ равна 2,05 г на 1 л воды, при 20 ^ОС. Растворимость ангидрита – 1 г/л.

Природный гипсовый камень содержит некоторое количество примесей глины, песка, известняка, органических веществ и др. Цвет гипсового камня, не содержащего примесей, приближается к белому. Примеси придают гипсу различные оттенки. (стр. 19)

Известны месторождения глиногипса, носящего местные названия: гажа, ганч, арзык.

Примеси известняка в гипсовом камне в производстве строительного гипса являются балластом, поскольку гипсовый камень обжигается при невысоких температурах. В высокообжиговом гипсе, получаемом при температуре, приближающейся к температуре разложения известняка или превышающей её, примесь известняка повышает содержание свободной извести.

Гипсовый камень применяется не только для изготовления гипсовых вяжущих, но и в качестве сырья для производства сульфатированных шлаковых цементов, как добавка к портландцементу для замедления сроков схватывания, а также в ряде других производств.

Ангидрит в естественных условиях частично гидратируется и переходит в двуводный гипс, содержащий некоторое количество химически связанной воды (до 8 %). Обычно белого цвета, но иногда примеси придают ему различные оттенки.

Гипсовый камень широко распространён в природе. Ангидрит встречается реже.

Из отходов химической промышленности, которые могут быть использованы для производства гипсовых вяжущих, следует отметить фосфогипс, который представляет собой в основном двуводный гидрат сульфата кальция с примесью 1…1,5 % пятиокиси фосфора и некоторого количества кремнезёма и полуторных окислов.

Следует иметь в виду, что, в частности, при высоком содержании в фосфогипсе Р₂О₅ после тепловой обработки получается либо вообще нетвердеющий материал, либо низкопрочное вяжущее.

В основе получения всех гипсовых вяжущих лежит способность двуводного сульфата кальция дегидратироваться с изменением состава и структуры.

При температуре ≈ 65^ОС CaSO₄∙2H₂O начинает медленно переходить в полуводный CaSO₄∙0,5H₂O.

При температуре 100-140^ОС он быстро теряет часть воды и быстро дегидратируется до полугитрата

CaSO₄∙2H₂O → CaSO₄∙0,5H₂O + 1,5H₂O.

Полуводный гипс в зависимости от условий, в которых происходит дегидратация, образуется в виде α- или β- модификации, отличающиеся по структуре: α-полугидрат образуется при температуре чуть выше температуры кипении воды, но при повышенном давлении водяного пара, в результате чего образуются плотные крупные кристаллы с гладкой поверхностью; β-полугидрат получают при атмосферном давлении, вода при дегидратации выходит в виде пара, что приводит к сильному разрыхлению и образованию мелких зёрен полугидрата. β-полугидрат отличается повышенной растворимостью, большей скоростью гидратации, но для получения подвижного гипсового теста он требует большего количества воды (50…70 %) от массы гипса по сравнению с 30…45 % для α-полугид-рата и соответственно имеет меньшую прочность.

С повышением температуры до 200 ^ОС процесс обезвоживания ускоряется и, начиная примерно с 200 ^ОС, гипс переходит в растворимый ангидрит СаSO₄, который также может быть в двух модификациях. Растворимые ангидриты требуют воды на 25…30 % больше, чем полугидраты, и дают камень меньшей прочности. Поэтому следует избегать образования растворимого ангидрита при тепловой обработке гипсового камня.

На с 320-360 ^ОС, растворимый ангидрит переходит в нерастворимый «намертво обожжённый», который практически не взаимодействует с водой и не твердеет.

При температурах более 800 ^ОС начинается частичная диссоциация сернокислого кальция

СаSO₄→СаО+SO₂+О₂,

и в составе продукта появляется свободная известь.

Различают низкообжиговые и высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают при температурах 140…180 ^ОС. Они состоят в основном из полуводного гипса (CaSO₄∙0,5H₂O) и быстро твердеют. К ним относятся строительный, высокопрочный, формовочный и медицинский гипс.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие получают при температурах 600…1000 ^ОС. Они состоят преимущественно из ангидрида (СаSO₄) и медленно твердеют. К ним относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый эстрих-гипс.

Дата добавления: 2014-11-29