Спосіб виробництва гіпсоволокнистих плит і фасонних виробів

1 Спосіб виробництва гіпсоволокнистих плит та фасонних виробів із суміші дипдрату сульфату кальцію, скелетних матеріалів та води, який відрізняється тим, що включає тужавлення суміші з використанням води під тиском, вищим за тиск насиченої пари 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що тужавлення суміші проводять у межах температури 110-200 °С, краще -130-180 °С 3 Спосіб за будь-яким з пп 1-2, який відрізняється тим, що використовують просіяну фракцію порошку дипдрату сульфату кальцію з розміром часток менше 0,2 мм, краще - менше 0,05 мм 4 Спосіб за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що використовують дипдрат сульфату кальцію як порошок мінералу та/або ГІПСОВІ ВІДХОДИ ХІМІЧНОГО виробництва, краще гіпсу з ВІДХОДІВ газу та/або фосфогіпсу, а також порошку з розмелених гіпсових форм керамічного виробництва, що непридатні для повторного застосування 5 Спосіб виробництва гіпсоволокнистих плит за п 1, який відрізняється тим, що формування плити здійснюють шляхом подачі води під тиском, що перевищує тиск насиченої пари, між поверхнями пластин преса, між якими знаходиться матеріал основи 6 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що суміш для виробництва гіпсоволокнистих плит включає додаткові матеріали, а саме сульфат амонію 7 Спосіб виробництва фасонних виробів за п 1 або 2, який відрізняється тим, що після тужавлення здійснюють охолодження у закритих формах вже стужавілої суміші 8 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що охолодження здійснюють протягом періоду, меншого за 1 годину, краще - за 2-10 хвилин 9 Спосіб за будь-яким з пп 1-8, який відрізняється тим, що масову частку скелетного матеріалу і наповнювачів дипдрату регулюють у межах 0-0,35, краще-0,1-0,25 О со 1 Ю Згідно З винаходом запропоновано спосіб виробництва гіпсоволокнистих плит та фасонних виробів, що в основному містять гіпс або гіпс, змішаний зі скелетними матеріалами та наповнювачами Замість широко відомого напівпдрату сульфату кальцію (CaSO4-1/2H2O - тут і далі напівпдрат) як базовий матеріал, згідно з винаходом, використано дипдрат сульфату кальцію (CaSO4-2H2O - тут і далі - дипдрат) У виробництві гіпсоволокнистих плит особливо ВІДОМІ дві групи способів [Р Takacs Faipar (англійською "Woodworking Industry") 8, 140-149 (1993)], Згідно З першим базовим матеріалом є напівпдрат, який одержують з дипдрату в окремій печі для прожарювання гіпсу Цей зв'язуючий матеріал пе ремішують з водою, потрібною для його затужавлення наповнювачами та скелетними, а також іншими матеріалами 3 суміші формують мат, який потім пресують При пресуванні гіпс твердне і утворюється плита Вміст вологи у продукті регулюють примусовою фінальною сушкою Спосіб називають вологим, напіввологим або сухим в залежності від КІЛЬКОСТІ використаної води, а також місця та часу додавання води Згідно З другим способом як базовий матеріал використовують порошок дипдрату Суспензію виготовляють з дипдрату, наповнювачів та скелетних матеріалів, інших добавок, а також води ВІДПОВІДНО, мат спочатку виготовляють, а потім депдратують Дипдрат, що утворює головну складову мата, спочатку прожарюють (депдрують) при висо 57723 кому тиску чи в автоклаві, а потім отриманий напівпдрат пдратують знов водою на тому ж МІСЦІ, одночасно зменшуючи температуру та тиск Вміст вологи у ствердженій плиті регулюють аналогічно кінцевою сушкою РІЗНИЦІ МІЖ ОСНОВНИМИ принципами цих двох способів не існує Кожний з них базується на дегідратації та репдратацм гіпсу, яка відома вже кілька сторіч Нема різниці при проведенні операцій втрати та повторного введення кристалізаційної води (де- та репдратацм} в одну чи кілька стадій Отже, як це відомо, наприклад, з патентної заявки Німеччини №34 19558 А1, операції дегідратації та репдратацм проводять в одному автоклаві В цих операціях водну суспензію готують з суміші, що містить дуже подрібнений дипдрат, волокнистий матеріал, наприклад, відходи паперових волокон, у КІЛЬКОСТІ не більше 10% за масою, а також речовини, що регулюють тужавіння Після подачі на безкінечну сітчасту стрічку розбавлена шламоподібна суспензія на стрічковому пресі з одночасним застосуванням вакуума та тиску втрачає воду до вологості, меншої за 40% Після розрізання безкінечного мату на ділянки бажаного розміру необроблені плити спочатку прожарюють у автоклаві, потім у один прохід репдратують Температуру в автоклаві спочатку підтримують спочатку 135-145°С, а далі, щоб перетворити напівпдрат у дипдрат - нижче 100°С Температура 142°С і тиск 4 бар, позначені у прикладі опису, є одною точкою на кривій насиченого пару Інші ВІДОМІ способи можна вважати подальшим розвитком попередньої базової концепції Отже, наприклад, згідно з ЕР №173351 А2 різниця полягає тільки у тому, що напівпдрат одержують при високому тиску, але не в автоклаві З ЕР №309709 А1 виходить, що на першій стадії плити прожарюють при 100-170°С в автоклаві при атмосферному тиску, потім їх стверджують, тобто репдратують, водою на тому ж МІСЦІ Спосіб за ЕР №294566 А1 є подальшим прикладом зменшення недоліків попередніх тужавлення, способів, згідно з якими воду, що містить також прискорювачі тужавлення, пропускають через прожарену плиту Як найзначніші недоліки відомих способів слід відзначити значну втрату енергії при повторних нагрівах обладнання великої маси, крім того, процеси де- та репдратацм можуть закінчуватися через кілька годин Отже, метою винаходу є виробництво з дипдрату композитних плит та фасонних виробів на основі гіпсу зі сприятливими технологічними параметрами пом'якшенням недоліків попередніх способів, а крім того, зменшення капітальних витрат та вартості виробництва В основі винаходу лежить спостереження, що протягом перетворень, які мають місце при вищеозначених тиску^емпературі, дипдрат як базовий матеріал, який включає окремі кристали, рекристалізується [кристали "поєднуються у рості" (зрощуються), їх розмір збільшується, а форма змінюється] та утворює гіпсову матрицю [яка є основою для утворення будь-якого виробу на ГІПСОВІЙ ОСНОВІ] без перебігу будь-яких де- та репдраційних процесів Отже, згідно з нашими спостереженнями умо ви перетворень полягають у тому, що тиск оточуючого дипдрат середовища повинен бути вищим за парціальний тиск пари над дипдратом Значна різниця у порівнянні з традиційними способами полягає утому, що ці способи здійснюють згідно з залежністю тиск-температура для насиченої пари чи при нижчому тиску, у той же час, згідно з винаходом процес проводять при тиску, вищому за тиск насиченої пари, бажано, згідно з залежністю тиск-температура для дипдрату і навіть вищому тиску Термін "тиск" означає тиск навкруги плити чи фасонного виробу Ці умови нереалізовані у будь-якому з вищеописаних способів, отже, рекристалізація згідно з винаходом не здійснюється у них навіть протягом якогось часу Довідник "Gmelms Handbuch der Anorgamschen Chemie"[vol/8,№28, Part 1, Verlag Chemie/Weinheim (1961)] містить майже всі базові дані, що відносяться до хімії гіпсу 3 довідника витікає, що ряд ДОСЛІДНИКІВ [наприклад, Van't Hoff (1900), а також Toriumi (1938)] визначали діаграму стану для гіпсу Представлені там базові дані в широкому діапазоні використовують і зараз Всі дослідники вивчали тільки зміни стану дипдрату при тиску, нижчому за криву залежності тиск-температура, частина вище цієї кривої не була досліджена, оскільки вважали, що дипдрат у цій зоні знаходиться у рівноважному стані Отже, згідно з винаходом запропоновано спосіб виробництва гіпсоволокнистих плит та фасонних виробів з суміші дипдрату сульфату кальцію, скелетних матеріалів, води та звичайних добавок Спосіб згідно з винаходом включає ствердження суміші водою, що має тиск, перевищуючий тиск насиченої пари Практичне втілення способу згідно з винаходом описано нижче З метою одержання кристалів прийнятної форми для формування сприятливішої кристалічної структури гіпсу, а також прискорення рекристалізаційного процесу, як додаткові, можна використовувати сульфати, наприклад, сульфат алюмінію Штучні наповнювачі та скелетні матеріали, призначені для зміцнення продуктів, виготовлених способом згідно з винаходом, можуть бути органічного походження (бажано, стружка, целюлозні та синтетичні волокна) та/або неорганічного (скляні чи вуглецеві волокна) Наповнювачі та скелетні матеріали означають волокнисті чи гранульовані матеріали, що надають продукту сприятливіші параметри, а також - групи матеріалів, домішуванням яких можна зменшити вартість Трансформаційний процес не залежить від присутності наповнювачів та скелетних матеріалів чи добавок, крім того, ці матеріали ВІДОМІ [G Kuhne Baystoffmdustne 2 40-46 (1989)] За способом згідно з винаходом тиск, як функція температури, не має теоретичного та технічного обмеження З підвищенням температури на 20-30°С час обробки можна зменшити у кілька разів, однак, внаслідок приблизно екпоненційного зростання тиску виникає необхідність у застосуванні важкого обладнання при високих температурах Отже, зростання температури вище 180°С неприйнятне Згідно З вимогами застосування параметри продукту, виробленого згідно з винаходом, можуть 57723 змінюватися у широких межах Так, наприклад, можна виготовити, як полегшений продукт з густиною 900кг/м3та МІЦНІСТЮ на згин 5мПа, так і продукт з густиною 1400кг/м3 та МІЦНІСТЮ на згін у З рази вищою Один з варіантів кращого втілення винаходу представлений способом виробництва плит на ГІПСОВІЙ основі Його можна застосовувати на заводській лінії, пристосованій для виробництва цементних плит з ствердженням дюксидом карбону (MTompa UNITED NATIONS TIM/SEM, 1991/14 R5) Базові матеріали наповнювачів та скелетних матеріалів треба подрібнювати до окремих волокон традиційними способами Як такий матеріал найчастіше використовують паперові відходи Як варіант, розмелений дипдрат змішують у мішалці з вибраними добавками, обов'язково з наповнювачами та скелетними матеріалами, а також з невеликою КІЛЬКІСТЮ води, необхідної для адгезії та пластифікації 3 суміші формують мат Способи виготовлення мата не відрізняються від звичайних Мат формують на окремих сітках Мат разом з сіткою переміщують до гідравлічного однорівневого преса під розмір великих плит, закритого по краях Плита преса має отвори, перпендикулярні її поверхні, для введення та випуску гарячої води Після закриття преса плиту пресують з гарячою водою, яку подають через отвори Формується гіпсова матриця, плита стверджується за короткий час Потім воду зливають через ці отвори і відкривають прес Гарячу плиту з преса переносять до кінцевого сушильника Після цього плиту залишається тільки підрівняти та упакувати Додаткового ствердження не потрібно Злиту воду використовують для замішування наступної плити, отже, ВІДХОДІВ води нема Протягом операції гіпс залишається дипдратом у будь-який момент Систему преса та інших технічних пристроїв та способів передачі теплоти можна варіювати в залежності від потреби якого у ГІПСОВОЛОКНИСТІЙ плиті 70-80% за масою, гіпсовий камінь можна розмелювати без будь-якої попередньої обробки Придатними для використання способом згідно з винаходом є не тільки порошок розмеленого гіпсу, а також гіпс ХІМІЧНОГО походження та з газових ВІДХОДІВ, а також ГІПСОВІ форми керамічного виробництва, непридатні для повторного використання Для цієї мети найкориснішим є гіпс з ВІДХОДІВ газу, що обумовлено поліпшеною структурою його часток, його можна використовувати без попередньої обробки (брикетування, сушки, прожарювання, розмелення) Форми гіпсу з ВІДХОДІВ газу мають вищий вміст дигідрату і з нього можна виробити МІЦНІШІ плити Необхідні нижчі витрати енергії на розмелювання гіпсового каменю (у випадку гіпсових форм та мінерального гіпсу), що призводить до меншої КІЛЬКОСТІ технічних проблем Крупнозернистий та розмелений гіпс, гіпс з ВІДХОДІВ газу можна зберігати навіть у відкритому МІСЦІ Дощ та змерзання не призводять до його змін, не викликають ствердження, як наприклад, у випадку прожареного гіпсу чи цементу Здатність дигідрату до зберігання необмежена Суміші, що приготовані з посилюючими матеріалами та/або наповнювачами, а також з водою, можна зберігати протягом необмеженого часу на відміну від вологого способу, при якому твердіння починається у момент додавання води і не може бути зупинено У випадку поломки, особливо при використанні сітчастого преса або пристрою системи закріплення суміш твердне у змішувачі [PTakats Faipar 8 140-149 (1993)] За способом згідно з винаходом твердіння починається тільки у пресі Загальну КІЛЬКІСТЬ матеріалу з кромок та бракованих можна використати повторно, отже, відходи не утворюються Спосіб повністю безпечний ДЛЯ ДОВКІЛЛЯ Другий з варіантів кращого втілення винаходу представлений способом виробництва будівельних блоків та фасонних виробів на ГІПСОВІЙ ОСНОВІ Традиційно блоки виробляють змішуванням прожареного гіпсу (напівпдрату) з водою та виливанням шламу у форму, де він твердне і звідки його можна видалити Потім надлишкову воду видаляють сушкою До цих пір невідомо жодного способу виробництва будівельних блоків з безпосереднім використанням як базового матеріалу дигідрату Інший з варіантів кращого втілення винаходу включає утворення суспензії з розмеленого дигідрату, води та гранульованих добавок і и нагрівання в автоклаві вище 100°С Гарячу суміш переносять у закриту форму, з подальшим посиленням тиску Внаслідок того, що парціальний тиск перевищує рівноважний тиск дигідрату, речовина рекристалізується, твердне, тобто в процесі охолодження утворює гіпсову матрицю Фасонні вироби охолоджують та видаляють з форми, а надлишкову воду видаляють сушкою Спосіб згідно з винаходом забезпечує такі технічні та економічні переваги у порівнянні з вологим, напівсухим та сухим способами виробництва плит Нема необхідності прожарювати гіпс, вміст Звичайно, речовини, що екстраговані з деревини та інших складових погіршують твердіння гіпсу чи цементу За способом згідно з винаходом не виникає ніяких проблем, оскільки вони у цьому середовищі не виявляють шкідливого впливу і навіть прискорюють утворення сприятливої кристалічної структури Можна позбавитися загальних витрат на печі прожарювання гіпсу, які складають 30-40% від загальної вартості (піч ДЛЯ прожарювання та ЛІНІЯ виробництва плит) у комплексному технологічному процесі Зменшуються витрати на теплоту (приблизно 1200мДж/гонну) та електроенергію (приблизно ЗОквт^онну) у печі для прожарювання Протягом гарячого пресування теплота необхідна для нагрівання плит та покриття теплових втрат При перетворенні теплота необхідна тільки для нагрівання плит, оскільки перетворення само по собі нейтральне При гарячому пресуванні тільки невелика частина теплоти призначена для прожарювання гіпсу Потрібно менше будівельне устаткування Спосіб згідно з винаходом потребує меншої площі, ніж традиційні, оскільки не є необхідними печі для прожарювання Головну частину обладнання мож 57723 на скомпонувати з раніше створеного обладнання, яке широко використовується Менші сушильники та менше теплоти потрібно, оскільки плита виходить з пресу у сушильник гарячою, тому можна позбутися теплоти для прогріву плити У порівнянні зі способами виробництва плит на основі дипдрату спосіб згідно з винаходом має такі переваги У попередніх способах час ре- та дегідрування може складати кілька годин, він зменшується до кількох (2-10) хвилин у способі на базі рекристалізації Внаслідок повторних нагрівань та охолоджень обладнання великої маси у ньому можуть виникати великі напруги і при виконанні цих операцій втрати енергії дуже великі За способом згідно з винаходом наступне охолодження устаткування не є необхідним Внаслідок довготривалої обробки зі скелетного матеріалу (наприклад, ВІДХОДІВ паперу) вимиваються речовини, що інгібують процес твердіння Цієї проблеми у способі згідно з винаходом не існує Спосіб згідно з винаходом детальніше ілюстровано нижченаведеними необмежуючими прикладами Приклад 1 Спосіб виробництва плит Гомогенну суміш утворюють з 0,2 частин за масою ВІДХОДІВ паперу, подрібненого до волокон, 1 частини просіяної фракції з розміром менше 0,2мм порошку дипдрату, 0,2 частин за масою води та 0,001 частин за масою сульфату алюмінію 3 цієї суміші на окремій СІТЦІ формують мат товщиною приблизно 5 см Мат переносять у прес разом з сіткою і після закриття преса водою під тиском 1,4мПа та з температурою 160°С просочують пли Комп'ютерна верстка Т Чепелєва 8 ту через отвори, що перпендикулярні плиті преса, протягом 5 хвилин Наприкінці періоду пресування тиск у плиті зменшують до атмосферного через вищевказані отвори та відкривають прес Далі готову плиту сушать у сушильнику для плит до вмісту вологи приблизно 3% за масою Параметри готового продукту такі МІЦНІСТЬ на згин 8мПа та густина 1150кг/м3 У порівнянні зі способом, описаним у прикладі 1, спосіб, відомий з патентної заявки Німеччини №34 19558 А1, продукт з приблизно тими ж властивостями виготовлено з суміші матеріалів приблизно того ж складу з меншими на порядок енергетичними витратами Це обумовлено тим, що за способом згідно з-винаходом обладнання великої маси, яке нагрівають до робочої температури, а потім охолоджують до нижче 100°С при кожному робочому циклі, відсутнє Параметри також сильно відрізняються При роботі обох пристроїв, наприклад, при 160°С, за способом для порівняння насичену пару під тиском О.бЗмПа вводять до автоклаву протягом приблизно 2-х годин, у той же час за способом згідно з винаходом використовують воду під тиском 1,4мПа 5 хвилин Приклад 2 Спосіб виробництва фасонних виробів Суміш утворюють з 1 частини порошку дипдрату, 0,6 частин за масою води та 0,01 частин за масою сульфату алюмінію та нагрівають при 170°С в автоклаві Гарячу суміш розливають у форми, які закривають, та зменшенням їх внутрішнього розміру доводять тиск до 1,7мПа При охолодженні протягом приблизно 10 хвилин продукт твердне Форму відкривають при 100°С і видаляють фасонний виріб, який потім сушать Густина продукту 900кг/м3 Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна