Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ПРОДУКТА КАЛЬЦИНАЦИИ ГИПСА

Настоящее изобретение относится к способу кондиционирования продукта кальцинации гипса и, в частности, к способу увеличения содержания полугидрата в продукте кальцинации.

Гипс (дигидрат сульфата кальция) доступен в качестве сырья природного происхождения или в виде синтетического побочного продукта десульфуризации дымовых газов. Производство гипсосодержащих изделий, таких как гипсокартон, обычно включает следующие стадии:

- проведения процесса кальцинации дигидрата сульфата кальция (CaSO₄.2H₂O) при температуре выше около 150°С, чтобы отогнать химически связанную кристаллизационную воду, и получить продукт кальцинации (также известный как штукатурный гипс или строительный гипс), в основном включающий полугидрат сульфата кальция (CaSO₄.1/2H₂O);

- смешивания штукатурного гипса с водой для получения суспензии и отливки суспензии в предварительно заданную форму;

- отверждения штукатурного гипса, чтобы получить твердый продукт. На этой стадии полугидрат сульфата кальция становится повторно гидратированным для получения кристаллов дигидрата.

Обычно штукатурный гипс, формируемый кальцинацией, включает другие фазы в дополнение к полугидрату сульфата кальция. В частности, штукатурный гипс может содержать ангидрит сульфата кальция (CaSO₄). Эта форма сульфата кальция не имеет химически связанных молекул воды и нежелательна из-за ее негативного влияния на время схватывания и/или водопотребления суспензии штукатурного гипса.

Поэтому желательно уменьшить содержание ангидрита сульфата кальция в штукатурном гипсе.

Поэтому в наиболее общем виде настоящее изобретение может предложить обработку кондиционирования с целью повышения доли фазы полугидрата в продукте кальцинированного штукатурного гипса. Более конкретно, обработка кондиционирования включает термообработку кальцинированного продукта во влажной среде при температуре ниже температуры кальцинации.

Было установлено, что такая обработка кондиционирования может помочь уменьшить водопотребление штукатурного гипса. Кроме того, было установлено, что обработка кондиционирования может привести к уменьшению удельной поверхности штукатурного гипса, что может помочь уменьшить общее время схватывания суспензии штукатурного гипса при сохранении текучести суспензии на ранних стадиях процесса гидратации.

Кроме того, было установлено, что присутствие частиц дигидрата в штукатурном гипсе во время обработки кондиционирования может содействовать снижению содержания частиц ангидрита. Считается, что это вызвано выделением химически связанных молекул воды из частиц дигидрата, эти молекулы воды затем доступны для активации превращения частиц ангидрита в частицы полугидрата. Присутствие частиц дигидрата в штукатурном гипсе во время процесса кондиционирования, как полагают, способствует лучшему распределению влаги по сравнению с другими способами, такими как введение пара в штукатурный гипс.

В частности, было установлено, что превращение фазы ангидрита в полугидрат может быть усилено за счет поддержания высокой объемной плотности частиц штукатурного гипса во время обработки кондиционирования. Такая высокая степень уплотнения как полагают, способствует обмену молекул воды между частицами.

Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение может предложить способ кондиционирования штукатурного гипса, включающий следующие стадии:

- подачи дозы частиц штукатурного гипса в реакционный сосуд, частицы штукатурного гипса включают полугидрат сульфата кальция и/или ангидрита, сульфата кальция, а также дигидрата сульфата кальция; и

- кондиционирования частиц штукатурного гипса при температуре по меньшей мере 100°С и влажности по меньшей мере 70%, причем в ходе стадии кондиционирования частиц штукатурного гипса объемная плотность частиц штукатурного гипса внутри реакционного сосуда составляет по меньшей мере 1 г/см³.

Предпочтительно, объемная плотность частиц штукатурного гипса в реакционном сосуде составляет по меньшей мере 1,5 г/см³, более предпочтительно, по меньшей мере 2 г/см³.

Высокая объемная плотность частиц штукатурного гипса достигается за счет статического выдерживания частиц в реакционном сосуде. Способы кондиционирования штукатурного гипса известного уровня техники (такие, как описаны, например, в US 2012/0060723 и US 2011/0150750), требуют нахождения штукатурного гипса в технологическом газе, например, в псевдоожиженном состоянии. Таким образом, объемная плотность штукатурного гипса была значительно ниже, чем в настоящем изобретении, например, около 0,7-0,9 г/см³.

Обычно время кондиционирования составляет по меньшей мере 30 минут, предпочтительно, по меньшей мере один час.

Обычно температура обработки составляет по меньшей мере 130°С. В общем, давление внутри реакционного сосуда в течение стадии обработки частиц штукатурного гипса составляет менее 2 бар.

В общем, частицы штукатурного гипса, подаваемые в реакционный сосуд, включают ангидрит, сульфат кальция. Обычно он находится в виде ангидрита III сульфата кальция, который является растворимой формой ангидрита сульфата кальция. Ангидрит III сульфат кальция, может присутствовать в количестве до 70% масс. Однако количество ангидрита III сульфата кальция составляет предпочтительно ниже 15% масс. Обычно количество ангидрита сульфата кальция составляет более 10% масс.

Обычно частицы штукатурного гипса, подаваемые в реакционный сосуд включают дигидрат сульфата кальция в количестве более 3% масс., предпочтительно более 5% масс. Обычно количество дигидрата сульфата кальция составляет менее 20% масс., предпочтительно менее 10% масс.

Частицы дигидрата сульфата кальция, присутствующие в штукатурном гипсе, могут быть результатом неполной кальцинации гипсового материала (например, за счет пониженного времени кальцинации или температуры кальцинации). В альтернативном примере способа по изобретению дигидрат сульфата кальция может быть добавлен отдельно к кальцинированному штукатурному гипсу.

Обычно штукатурный гипс подают в реакционный сосуд в количестве, необходимом для заполнения по меньшей мере 80%, предпочтительно 85% внутреннего объема сосуда. То есть, объем насыпного материала штукатурного гипса внутри реакционного сосуда (включая зазоры между смежными частицами штукатурного гипса) составляет по меньшей мере 80% и предпочтительно, по меньшей мере 85% от внутреннего объема сосуда.

Изобретение теперь будет описано только с помощью примера.

Примеры 1-5

Гипс (дигидрат сульфата кальция) кальцинируют в пшсоварочном котле при температуре 190°С около 1 часа. После кальцинации дополнительное количество гипса (дигидрат сульфата кальция) добавляют к продукту кальцинации для получения продукта кальцинации, обогащенного гипсом. Затем эту смесь переносят в актоклав. Актоклав герметизируют и помещают в печь при 130°С в течение 4 часов для кондиционирования штукатурного гипса. После этой обработки, кондиционированный штукатурный гипс сразу же помещают в металлический ковш и охлаждают.

В таблице 1 представлены содержание ангидрита и дигидрата, водопотребность и удельная площадь поверхности продукта кальцинации, обогащенного гипсом, до и после кондиционирования в актоклаве. Каждый пример выполняют с различной маркой гипса, значение D50 каждой марки гипса указано в таблице.

Удельная площадь поверхности измерена с помощью BET.

Как показано в таблице 1, обработка кондиционирования снижает содержание ангидрита и дигидрата в штукатурном гипсе и дополнительно снижает водопотребление и удельную площадь поверхности.

Примеры 6 и 7 и сравнительный пример 1

Гипс (дигидрат сульфата кальция) кальцинируют в гипсоварочном котле при температуре 190°С около 1 часа для получения продукта кальцинации. После кальцинации дополнительное количество гипса (дигидрат сульфата кальция) добавляют к продукту кальцинации, соответствующее 5% масс., продукта прямой кальцинации, для получения продукта кальцинации, обогащенного гипсом. Затем эту смесь переносят в актоклав. Актоклав герметизируют и помещают в печь на 2 часа для кондиционирования штукатурного гипса. После этой обработки, кондиционированный штукатурный гипс сразу же помещают в металлический ковш и охлаждают.

В таблице 2 приведены содержание ангидрита и дигидрата, водопотребление и удельную площадь поверхности штукатурного гипса в зависимости от температуры печи. Соответствующие параметры для продукта прямой кальцинации (то есть, без обогащения гипсом) также приведены для справки.

Удельную площадь поверхности измеряют с помощью BET.

Примеры 8-10 и сравнительный пример 1

Гипс (дигидрат сульфата кальция) кальцинируют в гипсоварочном котле при температуре 190°С около 1 часа для получения продукта кальцинации. После кальцинации дополнительное количество гипса (дигидрат сульфата кальция) добавляют к продукту кальцинации, соответствующее 8% масс., продукта кальцинации, чтобы получить гипс, обогащенный продуктом кальцинации. Затем эту смесь переносят в актоклав. Актоклав герметизируют и помещают в печь при 130°С для кондиционирования штукатурного гипса. После этой обработки кондиционированный штукатурный гипс сразу же помещают в металлический ковш и охлаждают.

В таблице 3 приведены содержания ангидрита и дигидрата, водопотребление и удельная площадь поверхности штукатурного гипса в зависимости от времени кондиционирования. Соответствующие параметры для продукта прямой кальцинации (то есть без обогащения гипсом) также приведены для справки.

Примеры 11-13 и сравнительный пример 1

Гипс (дигидрат сульфата кальция) кальцинируют в гипсоварочном котле при температуре 190°С около 1 часа для получения продукта кальцинации. После кальцинации дополнительное количество гипса (дигидрат сульфата кальция) добавляют к продукту кальцинации для получения продукта кальцинации, обогащенного гипсом. Затем эту смесь переносят в актоклав. Актоклав герметизируют и помещают в печь при 130°С на 2 часа для кондиционирования штукатурного гипса. После этой обработки, кондиционированный штукатурный гипс сразу же помещают в металлический ковш и охлаждают.

В таблице 4 показаны содержание ангидрита и дигидрата, водопотребление и удельная площадь поверхности штукатурного гипса в зависимости от степени обогащения гипсом. Соответствующие параметры продукта прямой кальцинации (то есть без обогащения гипсом) также приведены для справки.

Примеры 14-16 и сравнительный пример 1

Гипс (дигидрат сульфата кальция) кальцинируют в гипсоварочном котле при температуре 190°С около 1 часа для получения продукта кальцинации. После кальцинации дополнительное количество гипса (дигидрат сульфата кальция) добавляют к продукту кальцинации для получения продукта кальцинации, обогащенного гипсом. Затем эту смесь переносят в актоклав. Актоклав герметизируют и помещают в печь при 130°С на 4 часа для кондиционирования штукатурного гипса. После этой обработки, кондиционированный штукатурный гипс сразу же помещают в металлический ковш и охлаждают.

В таблице 5 представлены содержания ангидрита и дигидрата, водопотребление и удельная площадь поверхности кондиционированного штукатурного гипса в зависимости от степени заполнения актоклава продуктом кальцинации обогащенным гипсом. Соответствующие параметры продукта прямой кальцинации (то есть без обогащения гипсом) также приведены для справки.

Примеры 17 и 18 и сравнительный пример 1

Гипс (дигидрат сульфата кальция) кальцинируют в гипсоварочном котле при температуре 190°С около 1 часа для получения продукта кальцинирования. После кальцинации дополнительно количество гипса (дигидрат сульфата кальция) добавляют к продукту кальцинации для получения продукта кальцинации обогащенного гипсом. Затем эту смесь переносят в актоклав. Актоклав герметизируют и помещают в печь при 130°С на 1 час для получения кондиционирования штукатурного гипса. После этой обработки кондиционированный штукатурный гипс сразу же помещают в металлический ковш и охлаждают.

В таблице 6 показаны содержания ангидрита и дигидрата, водопотребление и удельная площадь поверхности штукатурного гипса в зависимости от давления внутри автоклава. Соответствующие параметры продукта прямой кальцинации (то есть без обогащения гипсом) также приведены для справки.