Бизнес Ресурс

Все строительные вяжущие вещества можно разделить на две основные группы – неорганические (или минеральные), к которым относятся известь, гипс, портландцемент и различные его разновидности, и органические (или черные вяжущие), к которым, в основном, причисляются все продукты перегонки каменного угля и нефти – битумы, дегти. Вяжущие вещества лежат в основе любого строительства. Они используются для приготовления кладочных и штукатурных растворов, различных видов бетонов (легких и тяжелых). Из бетонов с добавлением вяжущих веществ возводят отдельные части зданий и целые сооружения, любые строительные конструкции, в том числе и армированные сталью. К первым вяжущим веществам, которые получали искусственно, относится строительный гипс, который производится путем обжига гипсового камня при сравнительно невысокой температуре.

Специалисты относят к гипсовым вяжущим материалам порошковидные материалы, которые состоят из полуводного гипса и производятся при тепловой обработке двуводного гипса. В зависимости от условий тепловой обработки, от которых напрямую зависит скорость схватывания и отвердевания материала, гипсовые вяжущие вещества подразделяются на низко- и высокообжиговые. Низкообжиговые вяжущие материалы состоят большей частью из полуводного гипса, который получается путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 400-450 градусов Цельсия. Эти материалы, к которым относятся медицинский гипс, строительный алебастр и пр., быстро схватываются и отвердевают. Высокообжиговые вяжущие материалы (отделочный гипсовый цемент, ангидритовый цемент, высокообжиговый гипс) состоят из безводного сульфата кальция, который получают в результате обжига при более высокой температуре (от 850 градусов Цельсия). Они схватываются и отвердевают медленнее материалов первой группы.

Гипс отличается наибольшим разнообразием объектов применения среди всех остальных вяжущих материалов. Материалы и изделия из него позволяют сэкономить на цементе и топливе, уменьшить трудоемкость и стоимость строительства. Гипс широко используется для изготовления гипсобетонных прокатных перегородок и перегородочных плит, орнаментальных украшений и в качестве штукатурного материала.

Итак, сферы применения гипса в строительстве и отделке если не безграничны, то, по крайней мере, очень широки. Рассмотрим более подробно технологию производства этого материала. Как мы уже упоминали выше, строительный гипс производится из гипсового камня, который в свою очередь является продуктом измельчения горной породы осадочного (то есть химического) происхождения, состоящего из природного минерала. Гипсовый камень обладает следующими свойствами: прочность при сжатии – около 80 Мпа, истинная плотность – 2200-2400 кг/м3, твердость по шкале Мооса – 2. Средняя плотность гипсового щебня составляет в насыпном состоянии от 1300 до 1600 кг/кв3.

В природе гипс встречается, как правило, в виде трех основных разновидностей, которые отличаются друг от друга кристаллической структурой: алебастр (плотный мелко- или крупнозернистый минерал с беспорядочно ориентированными в пространстве кристаллами), гипсовый шпат (пластинчатый минерал слоистой структуры с плоскими полупрозрачными кристаллами) и селенит (волокнистый минерал с нитевидными вкраплениями кристаллов с шелковистым отливом).

В результате переработки гипсового камня получают вяжущие материалы светлого (ближе к белому) цвета. Однако наличие различных примесей может придавать гипсу и иные оттенки – от серого до розового или желтого. В качестве таких примесей, изменяющих окраску материала, могут выступать сера, кварц, пирит, бораты, карбонаты и прочие добавки. Производство любых вяжущих материалов – это комплекс химических и физико-механических воздействий на исходные материалы, которые проводятся в определенной последовательности. В частности, производство строительного гипса из плотных гипсовых пород включает в себя три основных этапа: дробление гипсового камня, его помол, сушка и обжиг. На завод гипсовый камень доставляется в виде кусков диаметром 300-500 мм. Это достаточно большие размеры, поэтому гипсовый камень предварительно отправляется на ленточном конвейере на дробление при помощи мельницы (шнековой и молотковой дробилки). Сначала кусочки дробятся до размера 30-50 мм, а потом измельчаются в крупу с размерами частиц до 15 мм. На современных производствах дробление гипсового камня осуществляется в один этап при помощи больших молотковых дробилок. Для измельчения щебенки до состояния порошка используются различные виды мельниц (например, роликомаятниковые). Влажный гипсовый камень плохо измельчается, поэтому этот этап часто совмещается с сушкой. В этом случае в мельницу подаются отходящие от котлов дымовые газы. Изменяя их скорость, можно регулировать тонкость помола гипса (чем больше скорость потока, тем грубее будут исходные материал и наоборот).

Из получившейся в результате этих манипуляций пылевой смеси выделяют гипсовый порошок в пылеочистительные системы. Все заводы, где производятся строительные материалы, в обязательном порядке оснащаются многоступенчатые системы очистки воздуха. Пылеосадительные устройства позволяют создать подходящие санитарные условия для работы и предотвратить (или хотя бы значительно сократить) производственные потери. Сырой гипс загружается в котел при помощи винтового конвейера. В процессе варки двуводный гипс становится полуводным, а пары воды отводятся через трубы. Полуводный гипс обжигают при температуре до 160 градусов Цельсия в течение 1,5-3 часов, после чего его выпускают в бункер. После охлаждения в бункерах выдерживания гипс отправляется на склад готовой продукции.

Так вкратце выглядит технологический процесс производства гипса. Однако он имеет определенные нюансы, которые будут рассмотрены ниже.

Гипсовые вяжущие материалы производятся путем термической обработки гипсового сырья до полугидрата сульфата кальция. Обжигается гипс в специальных вращающихся печах. Такая печь представляет собой наклонный металлический барабан, по которому медленно передвигается предварительно раздробленный на небольшие куски гипсовый камень. В барабане гипс обжигается топочными газами, которые образуются в результате сжигания различных видов топлива в топочных устройствах при печах.

В большинстве случаев на производствах применяются также сушильные барабаны, которые обогреваются при помощи газов. Кроме того, часто используются печи с обогревом топочными газами наружной поверхности барабана, а также печи, в которых топочные газы сначала обмывают барабан снаружи, а потом проходят через его внутреннюю часть. При использовании моделей печи с непосредственным обогревом между рабочей частью барабана и топкой нередко устанавливают дополнительную смесительную камеру. Она способствует снижению температуры выходящих из топки газов, которые смешиваются в ней с холодным воздухом.

Так как газы в барабане передвигаются с большой скоростью, из-за чего из него вылетают мелкие частицы гипса, то за барабаном обычно устанавливают обеспыливающие устройства и дымососы. Часть барабана, в которой наиболее интенсивно проходит процесс дегидратации, специалисты рекомендуют немного расширить. Благодаря этому в ней замедляется движение газового потока и материала, который обладает особенно большой подвижностью (особенно во время «кипения»). В рабочей полости барабана есть специальное приспособление для перемешивания гипса в процессе обжига. Таким образом обеспечивается равномерная дегидратация сырья. Кроме того, в процессе перемешивания создается большая поверхность соприкосновения обжигаемого материала с горячим газовым потоком, что также благоприятно влияет на конечный продукт.

Во вращающихся печах гипс обжигается двумя основными методами – прямотока и противотока. В первом случае гипсовый камень подвергается воздействию высоких температур в самом начале обжига, а во втором – в конце. При использовании прямоточного метода материал не пережигается, температура газов, которые поступают в печь, составляет около 1200 градусов Цельсия, а температура газов, выходящих из нее, – около 440 градусов. При этом при противотоке температура входящих газов достигает 1000 градусов, а выходящих – около 380 градусов. Очевидно, что при использовании метода прямотока значительно повышается расход топлива, так как в зоне максимальных температур осуществляется лишь подогрев и сушка материала (подготовительный этап обработки сырья). Процесс же дегидратации непосредственно осуществляется в зоне более низких температур. По этой причине вращающиеся печи, которые работают по принципу противотока, считаются более экономичными.

Также с целью экономии выходящий из печи горячий материал сразу же направляется в бункера томления или же подвергается горячему помолу. В последнем случае свойства гипса будут значительно лучше, так как за счет дегидратации оставшегося двугидрата и связывания освобождающейся воды растворимым ангидритом осуществляется выравнивание минерального состава готового материала.

Для производства строительного гипса самого высокого качества во вращающемся барабане печи обжигается дробленый гипсовый камень с однородным размером частиц. Если частицы в составе массы будут разного размера, то материал будет обжигаться неравномерно. Мелкие частицы обычно пережигаются, иногда до состояния нерастворимого ангидрита, а внутренняя часть крупных зерен сохраняется в виде неразложившегося двугидрата.

Как правило, в печь загружается материал с размером зерен до 0,035 м. Зерна же размером менее 0,01 м отсеиваются. При истирании материала в печи в процессе дегидратации (в первую очередь это касается более мягких пород гипсового камня) образуются пылевидные частицы, которые уносит потоком газов, в результате чего они быстрее проходят через печь. Правда, небольшое их количество все же успевает полностью дегидратироваться.

Специалисты рекомендуют обжигать фракции 0,01-0,2 м и 0,02-0,035 м раздельно друг от друга. Отсеянные фракции с размером зерен меньше указанного можно использовать после дополнительного помола для производства строительного гипса или же для изготовления сыромолотого гипса, который используется для гипсования солонцовых почв.

Итак, технологическая линия по производству порошкового гипса, где в качестве исходного сырья используется природный гипс, состоит из следующих узлов: подготовка исходного сырья (загрузочный агрегат, измельчительное устройство, бункер-погрузчик), склад хранения подготовленного сырья (при больших объемах производства), размол сырья (загрузочный аппарат, дробительное устройство, измельчительное устройство с пылеулавливателем), обжиг (загрузочная машина, печь для выпаривания с пылеуловителем, шейкер, печь), упаковка готовой продукции, система электронного управления и контроля. Для производства строительного гипса вам понадобятся вращающие печи, варочные котлы и/или установки совмещенного помола и обжига. Попробуем сравнить эти различные виды оборудования. Гипсоварочный котел выглядит как цилиндр с вогнутым внутрь сферическим днищем, изготовленным из жароупорной стали и обмурованный кирпичной кладкой. Под таким котлом находится топка, в качестве свода которой выступает днище самого котла. Внутри котла друг над другом вмонтированы четыре жаровые металлические трубы. Продукты сгорания топлива омывают днище котла, а затем обогревают его боковые стенки, после чего газы выводятся в жаровые трубы, нагревают их и удаляются через дымовую трубу. Такая схема работы позволяет равномерно обогревать сырье и увеличивает эффективность использования газов. Вертикальный вал с верхней и нижней мешалками, установленный внутри котла, равномерно перемешивает материал.

Варочные котлы получили большое распространение на производственных предприятиях, так как они достаточно удобны, просты в использовании и обслуживании, легко регулируются и позволяют контролировать режимы обжига. Содержимое такого котла не соприкасается напрямую с пламенем и дымовыми газами, поэтому материал не загрязняется сажей и золой. Впрочем, без недостатков такое оборудование тоже не обходится. В первую очередь, это быстрая изнашиваемость днища и обечаек котла, периодичность работы (такое оборудование не может работать постоянно) и сложность в улавливании гипсовой пыли. Кроме того, хотя гипсоварочный котел и измельчает сырье, но для улучшения качества строительного материала применяется последующий его домол в шаровых мельницах.

Вращающие же печи могут действовать непрерывно, в отличие от варочных котлов, что обеспечивает более удобную схему работы. В них можно обжигать гипсовый камень более крупного дробления, нежели в варочных котлах, где невозможно обеспечить идеальное перемешивание сырья. Кроме того, при условии предварительной обработки (измельчения) сырья, правильно выбранных условий обжига и помола обожженного продукта вращающиеся печи позволяют производить высококачественный строительный материал. Длина вращающихся печей, которые используются для обжига гипса, достигает 14 метров, а диаметр – 2 метров. Производительность такой печи может составлять от 5 до 15 тонн гипса в час.

Один средний по размерам завод может выпускать до 100 тысяч тонн порошкового гипса в год. Общий штат работников такого предприятия (включая персонал, обслуживающий линии, административных сотрудников и руководителей) составляет 25-30 человек.