Спосіб одержання гіпсового в’яжучого та установка для його здійснення

1 Способ получения гипсового вяжущего, включающий дробление исходного гипсового сырья, его гидротермальную обработку насыщенным водяным паром в автоклаве, сушку влажным и сухим теплоносителем и помол, отличающийся тем, что дробление ведут до размера частиц 20 - 120 мм, гидротермальную обработку ведут при избыточном давлении 0,08 - 0,2 мпа и температуре 115 - 130°С в течение 1,5 - 3,5 ч, в сушильной камере с раздаточным коллектором теплоносителя ведут сушку в три этапа на первом этапе влажным теплоносителем с температурой 180 -200"С, на втором этапе температуру влажного теплоносителя снижают до 140 - 160"С и на третьем этапе сушку ведут сухим теплоносителем с температурой 110 - 140°С до полного удаления влаги из ма Изобретение относится к области получения гипсовых вяжущих из отработанных гипсовых изделий /гипсовые формы фарфорофаянсового производства, брак гипсовых заводов/, гипсосодержащих отходов /фосфогипс, цитрогнпс и др /, природного гипсового камня и может быть использовано в промышленности стройматериалов, керамической и фарфорофаянсовом производстве, химической и пищевой промышленности для переработки гипсосодержащих отходов и природного гипсового камня. Для производства строительных изделий из гипса /гипсокартонных листов, декоративных и акустических плит, панелей, блоков ^MSJ.vrmrxy_^ товления гипсовых форм для фарффофаянс*?ро»Г] го и керамического производства необходим гйояь-. шой расход гипсового сырья /природнр.го^ камня/, запасы которого уменьшаются, а вскрьггйё йбШх месторождений требует больших финансовьоЁШ^ териала и получением продукта с заданными физико - механическими характеристиками 2 Установка для получения гипсового вяжущего, содержащая вертикальный цилиндрический автоклав с верхней крышкой для загрузки и выгрузки гипсового сырья, герметичный паровоздушный тракт, включающий теплогенератор, вентипяторы высокого давления и отсасывающий, патрубки для подачи и выхлопа воздуха, отличающаяся тем, что автоклав снабжен перфорированными контейнерами не менее двух, установленными друг на друга и оснащенными вертикальными цилиндрическими перорированными газораспределителями, расположенными аксиально по отношению к контейнерам, а установка снабжена сушильной камерой, состоящей из не менее двух спаренных ячеек для размещения в них контейнеров с пропаренным материалом, каждая из которых имеет крышку с отражателем, и раздаточного коллектора теплоносителя 3 Установка по п 2, отличающаяся тем, что в нижней части газораспределителя имеется фланец, с помощью которого он сочленен с раздаточным коллектором теплоносителя сушильной камеры. 4 Установка no n 2, отличающаяся тем, что боковая стенка контейнера выполнена откидной и, снабжена замком рат. Одним из путей решения данной проблемы является создание технологии и оборудования по переработке гипсосодержащих отходов в вяжущее В течение года только на заводах Украины скапливается 40,0 - 50,0 тысяч тонн бракованных строительных изделий из гипса и 35,0 - 40,0 тысяч тонн гипсовых форм, используемых на фарфорофаянсовых и керамических заводах, а также миллионы тонн гипсосодержащих отходов - попутных продуктов, образующихся в различных химических производствах. Все это вывозится в отвалы, т.к. до настоящего времени не существует технологической линии по переработке вышеуказанных отрРх^ЩоТГттаівяжущее Эти отвалы занимают пахотные земли Находящиеся в отвалах вредные приШ&Я подідействием атмосферных осадков вымы"пвдиО1$£Еуи,[попадая в грунт и водоемы, создают сесерьезную ^ Г Р° 3 У окружающей среде Таким обра м О in ю о о см 20055 зом, создание технологии и оборудования для переработки различных гипсосодержащих отходов на вяжущее позволит одновременно решить две проблемы - ресурсосбережения и экологии Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ производства гипса, включающий дробление исходного гипсового сырья до размера 50-60 мм, его гидротермальную обработку насыщенным водяным паром в автоклаве при давлении 1,0 -1,3 ати в течение 4 часов, затем при давлении 2 ати в течение 2 - 3 часов и сушку в две стадии, на первой - перегретым паром при температуре 140 - 16О"С в течение 4 - 5 часов, а на второй стадии сухим теплоносителем при температуре 140 - 160°С в течение 60 мин. Такая обработка природного гипсового камня позволяет улучшить свойства получаемого гипсового вяжущего и сократить продолжительность технологического цикла. Выбранное в качестве прототипа устройство, с помощью которого осуществляется известный способ получения гипсового вяжущего, представляет собой автоклав, содержащий теплоизолированный вертикальный цилиндрический сосуд, имеющий загрузочное и выгрузочное устройства и устройство для отбора конденсата. Во внутренней полости сосуда расположена теплообменная трубчатка, которая занимает незначительный объем, по сравнению с объемом автоклава. Автоклав снабжен замкнутым герметичным паровоздушным трактом, состоящим из парового калорифера, вентилятора высокого давления и патрубков для подсоса и выхлопа воздуха. В известном автоклаве пропарку гипсового сырья ведут насыщенным водяным паром, сушку ведут также в автоклаве в два этапа, сначала перегретым паром /влажным теплоносителем/, а затем сухим теплоносителем. Обработка природного гипсового камня в таком автоклаве позволяет улучшить свойства получаемого вяжущего и в некоторой степени сократить время гидротермальной обработки и сушки. Основной недостаток известного способа получения гипсового вяжущего и устройства для его осуществления состоит в том, что они могут быть использованы для получения вяжущего только из природного гипсового камня. Искусственные камни, полученные из гипсосодержащих отходов, имеют прочность ниже, чем природный камень, и в процессе гидротермальной обработки будут комковаться и слипаться в большом объеме автоклава, а нижняя выгрузха вообще невозможна Теплофизические процессы, происходящие при переработке гипсосодержащих отходов в вяжущее, значительно отличаются от теплофизических процессов в природном камне в силу различий в структуре и химико-морфологических свойствах исходных материалов, Кроме того, наличие теплообменной трубчатки в автоклаве уменьшает его полезный объем, что снижает производительность, а проведение процесса пропарки и сушки в одном аппарате /автоклаве/ снижает его экономичность. Осуществление сушки пропаренного гипсового материала в большом объеме автоклава приводит и неравномерности прогрева материала и образованию нео днородного по модификационному составу вяжущего, что ухудшает качество получаемого гипса Так как в известном способе исходное сырье должно быть только монофракционного состава /50-60 мм/, мелкие отходы, получаемые в процессе дробления природного гипсового камня, используются для получения строительного гипса, что приводит к нерациональному использованию высококачественного гипсового сырья. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа получений гипсового вяжущего, 9 котором за счет осуществления сушки пропаренного гипсового сырья в отдельной сушильной камере расширяются технологические возможности способа, а также улучшается качество получаемого гипсового вяжущего, по трехступенчатому режиму интенсифицируется технологический процесс, повышается экономичность использования автоклава, в качестве исходного сырья может быть использован как природный гипсовый камень, так и гипсосодержэщие отходы, что расширяет технологические возможности способа и позволяет получать гипсовое вяжущее повышенного качества с заданными физикомеханическими показателями, удовлетворяющее требованиям различных отраслей промышленности. Поставленная задача решается тем, что в способе получения гипсового вяжущего, включающем дробление исходного гипсового сырья, его гидротермальную обработку насыщенным водяным паром в автоклаве, сушку влажным и сухим теплоносителем и помол, согласно изобретению, дробление гипсового сырья ведут до размера частиц 20-120 мм, гидротермальную обработку ведут при температуре 115-1300С и давлении 0,08 - 0,2 МПа в течение 1,5-3,5 часов, сушку осуществляют в сушильной камере в три этапа, на первом этапе влажным теплоносителем с температурой 180-200°С до достижения температуры поверхности материала 13Q-140°G, на втором этапе температуру влажного теплоносителя снижают до 160-140°С и сушку ведут до достижения температуры поверхности материала 110 "С, на третьем этапе сушку ведут сухим теплоносителем с температурой 110140 ОС до полного удаления влаги из материала. Дробление материала перед гидротермальной обработкой до размера 20-120 мм позволяет увеличить полифракционность используемого сырья и уменьшить количество отходов высококачественного сырья. Такой разбег в размерах кусков исходного сырья не оказывает существенного ВЛИЯНИЙ на время перекристаллизации. Гидротермальная обработка исходного материала при температуре 115-130 °С и давлении 0,08-0,2 МПа в течение 1,5-3,5 часов обеспечивает полную перекристаллизацию двугидрата и способствует образованию более совершенных кристаллов как атак и р -полугидрата. Постоянство давления автоклавной обработки исключает неравномерность прогрева попифракционного материала, а сравнительно невысокая температура пара исключает образование нерастворимых форм ангидрита. Снижение давления в автоклаве ниже 0,08 МПа приводит к резкому замедлению процесса перекристаллизации, а увеличение давления 20055 более 0,2 МПа приводит к более интенсивной перекристаллизации двугидрата кальция в полугидрат При этом образуется множество мелких, несовершенных кристаллов, что ухудшает качество получаемого вяжущего Времени пропарки менее 1,5 часа недостаточно для полноты протекания реакции дегидратации и перекристаллизации дигидрата в полул*драт При увеличении времени обработки более 3,5 часа изменения качества получаемого вяжущего не происходит ни в сторону ухудшения, ни в сторону улучшения Поэтому это время является нетехнологичным Дегидратация и перекристаллизация гипсового сырья во время пропарки существенно меняет структуру материала, превращая ее в типичную капиллярно-пористую с высокоразвитой поверхностью Сушка таких материалов зависит от перемещения влаги внутри материала, изменения ее агрегатного состояния и от удаления ее с поверхности материала в окружающую среду Учитывая свойства обрабатываемого материала, сушку целесообразно проводить в три этапа Сушка материала на первом этапе влажным теплоносителем с температурой 180-200'С позволяет избежать пережога верхних слоев материала при максимальной интенсивности процесса При использовании теплоносителя с температурой ниже 180"С время сушки затягивается Температура 200°С является критической так как при дальнейшем ее увеличении в поверхностных слоях высушиваемого материала образуются обезвоженные формы сульфата кальция, ухудшающие качество конечного продукта Снижение температуры влажного теплоносителя на втором этапе сушки до 160-140"С необходимо для исключения возможности образования на поверхности материала обезвоженных модификаций сульфата кальция Третий этап сушки является самым ответственным с точки зрения влияния на качество получаемого гипсового вяжущего Быстрое повышение температуры поверхности высушиваемого материала, вызванное уменьшением поступления влаги и переносом зоны испарения вглубь пор и капилляров, требует ограничения температуры теплоносителя, чтобы не допустить обезвоживания низших гидратов сульфата кальция, но при этом удалить полностью остаточную влагу, т к, наличие даже 2-4 % влаги в полученном гипсовом вяжущем значительно ухудшает его качество Поэтому третий этап сушки целесообразно проводить сухим теплоносителем при температуре 110140еС Проведение процесса сушки в отдельной сушильной камере позволяет получить гипсовое вяжущее, состоящее одновременно из двух модификаций аи р -полугидрата, что имеет большое практическое значение при использовании полученного гипсового вяжущего, особенно в фарфорофаянсовой и керамической промышленности В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известкой установки для получения гипсового вяжущего, s которой снабжение автоклава перфорированными контейнерами для гидротермалоной обработки полифракционного исходного сырья позволяет избежать залипання и комкования пропариваемого материала, что дает возможность получать гипсовое вяжущее как из природного гипсового камня, так и из гипсосодержащих отходов, за счет чего расширяются технологические возможности установки, а снабжение ее сушильной камерой, вынесенной за пределы автоклава и состоящей из спаренных ячеек для размещения в них контейнеров с пропаренным материалом дает возможность увеличить количес-" тво технологических циклов пропарки и трехэтапной сушки, что позволяет повысить производительность и экономичность установки и получать качественное гипсовое вяжущее, состоящее одновременно из двух модификаций а и (3 -полугидрата Поставленная задача решается тем, что в установке для получения гипсового вяжущего, содержащей вертикальный цилиндрический автоклав с верхней крышкой для загрузки и выгрузки гипсового сырья, герметичный паро-воздушный тракт, включающий теплогенератор, вентиляторы высокого давления и отсасывающий патрубки для подачи и выхлопа воздуха, согпасно изобретению, автоклав снабжен перфорированными контейнерами не менее двух, установленными друг на друга и оснащенными вертикальными цилиндрическими перфорированными гаэораспределителями, расположенными аксиально по отношению к контейнерам, а установка снабжена сушильной камерой, состоящей из не менее двух спаренных ячеек для размещения контейнеров с пропаренным материалом, каждая из которых имеет крышку с отражателем, и раздаточного коллектора теплоносителя Кроме того, задача решается тем, что в нижней части гэзораспределителя имеется фланец, с помощью которого газораспределитель сочленен с раздаточным коллектором теплоносителя сушильной камеры Кроме того, задача решается тем, что боковая стенка контейнера выполнена откидной и снабжена замком Снабжение автоклава установленными друг на друга перфорированными контейнерами, оснащенными вертикальными цилиндрическими перфорированными газораспределителями, расположенными аксиально по отношению к контейнерам, позволяет ликвидировать неравномерность прогрева материала по ходу движения теплоносителя в процессе сушки Проведение процесса сушки в отдельной сушильной камере, состоящей из спаренных ячеек, как в прототипе, позволяет существенно интенсифицировать процесс, повысить экономичность использования оборудования Снабжение ячеек сушильной камеры крышками с отражателями предотвращает стекание конденсата на высушиваемый материал, что приводит к улучшению качества готового продукта Выполнение газораспределителя с фланцем, при помощи которого он сочленен с раздаточным (коллектором теплоносителя сушильной камеры, создает замкнутый контур циркуляции теплоносителя Изобретение поясняется чертежами, где на фиг 1 схематически изображена предлагаемая установка, на фиг 2 - контейнер с газораспределителем, расположенный в сушильной камере. 20055 Установка для получения гипсового вяжущего содержит вертикальный цилиндрический автоклав 1 с верхней крышкой 2 для загрузки и выгрузки гипсового сырья, герметичный паро-воздушный тракт, включающий теплогенератор 3, вентиляторы 4 и 5 высокого давления и отсасывающий соответственно, патрубки 6 и 7 для подсоса и выхлопа воздуха соответственно. Автоклав снабжен несколькими перфорированными контейнерами 8, установленными друг на друга и оснащенными вертикальными цилиндрическими перфорированными газораспределителями 9, расположенными аксиально по отношению к контейнерам 8. Установка снабжена сушильной камерой 10, состоящей из спаренных ячеек 11 для размещения в них контейнеров 8 с пропаренным материалом, и раздаточного коллектора 12 - теплоносителя сушильной камеры 10. Каждая ячейка 11 сушильной камеры 10 имеет крышку 13 с отражателем 14 для предотвращения конденсации влаги и отекания ее в высушиваемый материал. В нижней части перфорированного газораспределителя 9 имеется фланец 15, с помощью которого газораспределитель 9 сочленен с раздаточным коллектором 12 теплоносителя. Боковая стенка 16 контейнера 8 выполнена откидной и снабжена замком 17, что обеспечивает разгрузку контейнера при его наклоне на 45 0 от вертикали с помощью опрокидывателя 18 при перегрузке в бункер 19. Для измельчения гипсового вяжущего используют дробильно-помольное оборудование - комбинированную дробилку 20 и шаровую мельницу 21. Предлагаемый способ получения гипсового вяжущего осуществляется в описанной установке следующим образом. Сырье в виде кусков природного гипсового камня или дробленых гипсовых отходов с размером частиц 20-120 мм помещается в контейнеры 8, которые, например, с помощью тельфера /на чертеже не показан/ загружается в автоклав 1. После этого автоклав 1 герметизируется и в него подается насыщенный водяной пар с температурой 110140 "С и поднимают давление до 0,08 -0,18 МПа. Гидротермальную обработку материала ведут в течение 1,5 - 3,5 часов. После окончания перекри сталлизации давление в автоклаве поднимают до 0,2 МПа и выдерживают материал в течение 0,5 часа для гарантированной дегидратации дигидрата кальция и уменьшения снижения температуры материала перед сушкой. Затем давление в автоклаве 1 сбрасывают, контейнеры 8 с пропаренным материалом перегружают в сушильную камеру 10 для удаления выделившейся в процессе дегидратации влаги. Теплоноситель в контейнере подается через цилиндрический перфорированный гэзораспределитель 9 Сушка пропаренного материала осуществляется в три этапа вынужденной конвенцией теплоносителя, циркулирующего по замкнутому контуру. На первом этапе сушку ведут влажным теплоносителем с температурой 180-200°С. Перегрев теплоносителя осуществляется в теплогенераторе 3. Наличие влаги в теплоносителе позволяет в начальный период сушки поднять температуру теплоносителя выше температуры перехода полугидрата сульфата кальция в нерастворимый ангидрит, т.е. выше 174°С Сушку материала на первом этапе ведут до достижения температуры поверхности материала 130 -140°С. На втором этапе температуру влажного теплоносителя снижают до 160140 С и продолжают сушку до достижения температуры поверхности материала 110°С. На третьем этапе сушку ведут сухим теплоносителем с температурой 110-140°С до полного удаления остаточной влаги из материала. Для использования полученного продукта в качестве вяжущего его необходимо измельчить, для чего контейнеры 8 с высушенным материалом выгружают из сушильной камеры 10 с помощью опрокидывателя 18 в бункер 19, откуда направляют в дробилку 20, а затем в шаровую мельницу 21. Помол высушенного материала ведут до тонины, при которой остаток на сите 900 отв /см2 составляет 1-1,5%. Преимущества установки заключаются в том, что она может использоваться для переработки на вяжущее как природных, так и искусственных камней, удобна в эксплуатации, позволяет получать вяжущее с заданными физико-механическими характеристиками. 20055 в / Фиг. 1 /О 8 9 Фиг 2 Тираж 50 екэ Поліграфічний комбінат ВАТ "Патент" вул Гагаріна, 101, м Ужгород, 88000 Україна (03122)3-72-89 2-59-54