Диссертация (1141458), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Щукиным и его сотрудникамипри исследованиивнутренних напряжений, развивающихся при структурообразованиигипсового камня установлено [56, 57], что их развитие не всегда можетотрицательно сказываться на прочностигипсового камня.В случаеподдержания во времени необходимых условий кристаллизационногоструктурообразования и непрерывности процесса, напряжения не приводятк разрушению структуры. Следовательно, условиями, обеспечивающимиобразование кристаллизационных сростков между частицами дигидрата,являются пересыщение, время контактирования и твердость частиц. Приоптимальныхусловиях,внутреннеедавлениеструктурообразования может наоборот, могутвпроцессеувеличивать площадьединичного контакта, а, следовательно, и прочность за счет пластическихдеформаций, а не разрушать структуру гипсового камня.Необходимоесближениечастицдигидрата,обеспечивающеевозникновение фазовых контактов между ними, определяется величинойпересыщения. А.Ф.
Полаком и учениками его школы [45, 52] установленафункция изменения расстояния между кристаллами h, в зависимости отстепени пересыщения дисперсионной среды би физико-химическойнеоднородности ч между исходной фазой и зародышеобразованием2 ln ln 4 1 h 2 ln * ln * kT ln * где – расстояние между молекулами двуводного гипса ; * –необходимая величина пересыщения, обеспечивающая возможность роста36кристаллов ( * 1,2 ); = 2 2 – энергетические затраты на отрыв одноймолекулы (условная энергия). Когда зерна двуводного гипса могут бытьсближены до минимального расстоянияh~3 0 ( 0 – размер молекулы), тостепень пересыщения может быть достаточно незначительной 1 [27].Когда степень пересыщения весьма высока – тогда наоборот, расстояниемежду зернами двуводного гипса может быть больше 3 0 .«Материнская»поверхность,накоторойможетпроисходитьзакрепление «зародыша» неоднородна, как отмечают многие авторы, онаповерхность кристалла гипса практически не бывает «молекулярногладкой» [59].
Конфигурация поверхности имеет сложную форму, гдеприсутствуют плоские участки грани гипсового кристалла, вершины, ямки,ребра и другие элементы [56, 57, 58]. В случаеопределенногоструктурного соответствия между кристаллизующимся веществом ифазообразующей поверхностью, на которой закрепляется зародыш [59], атакже соизмеримости их величины с величиной зародыша, то процесс«закрепления»будет значительно облегчен, как иего дальнейшеезарастание [55].Если же подобный структурный элемент образует полость (рисунок)с соприкасающимся кристаллом [55], то твердое вещество в данном местеможет конденсироваться самопроизвольно при соблюдении условия (1 ) ,где – угол раскрытия полости, т.е. полость самостоятельно заполняетсядигидратом, находящемся в растворе, и кристаллы срастаются, образуямонолит.При помоле осуществляется активации поверхности кристалловгипса [85, 117, 121, 144], поэтому когда они сближаются, то они вызываютнасыщение в структуре камня активированных межмолекулярных связейи водостойких контактов, тем самым упрочняя всю структуру гипсового37камня.Растворимостьувеличиваетсядигидратачерезувеличениеудельной поверхности.
Благодаря этойhεобработкеполученгипсовыйкаменьискусственныйнаосновеактивированного природного камня ифосфогипса, имеющий прочность науровне Г19. Если прессование также приводит к разрушению гипсовыхкристаллов,тогдасистема имеет весьма выгодные условия дляперекристаллизации.Как подчеркивает в своих работах Ю.Г. Мещеряков, высокоеизмельчение ведет не только к частичной дегидратации двуводногогипса при измельчении, но и к изменению структуры кристаллическихрешеток самих веществ, их аморфизации на поверхности зерен.
Однакокаких-либо доказательств частичной дегидратации при измельчениидвуводного гипса автором не приводится.Подобное высказывание о структурном превращении веществадигидрата,обнаруживаетсяивработах,опубликованныхЮ.Б.Потаповым. Но и здесь справедливо отметить, что такая «частичнаядегидратация» происходит в результатевесьма длительного помолапорошка-дигидрата в мельнице до достижения очень высокой удельнойповерхности. Это, в свою очередь, возможно только при наличииспециального оборудования с высокой производительностью.Образованиеискусственногокамняприпрессованииактивированных высокодисперсных смесей обосновывается авторами,как результат гидратации «обезвоженных сульфатов кальция», а также«эффектом упорядочения структуры метастабильного двугидрата» [2, 6,14, 15].38Используяметодпрессованиявысокодисперсногопорошкадвуводного гипса, характеризующегося высокой удельной поверхностью(мало достижимой в реальном традиционном производстве или требующейдополнительных энерго- и трудозатрат) – 112 м2/кг, при влажности пресспорошков 10-12 %, с использованием величины давления, равной 20 МПабыли получены плиты для облицовки (средняя плотность прессованногообразца – 2280 кг/м3, предел прочности при изгибе 10,6 МПа, соизмерим спрочностью гипсовых изделий, полученных на основе традиционногообжигового вяжущего) [33].
Это также, в свою очередь, подтверждаетвозможностьполученияматериалов,обладающихповышеннойпрочностью, на основе тонкодисперсного гипсового порошка без введениякаких-либо структурообразующих добавок.На прочность тонкопористых дисперсных структур влияет не толькопрочность самих кристаллов, образующих композит, но и число контактовна единичной площади сечения и средняя прочность каждого контакта,причем в большей степени, чем прочность кристалла, [58]. Увеличениевеличины удельной поверхности вещества отобеспечивает рост числа300 м 2/кг до 1000 м2/кгвозможных контактов в 80 100раз посравнению с исходным и наоборот. Такой рост числа фазовых контактовпри прессовании с отводом воды высокодисперсной системы, которыетрансформируютсявкристаллизационныеконтакты,обеспечиваетполучение структуры с высокой прочностью.
Способ фильтрпрессованияматериалов из фосфогипса под давлением 20 МПа, с характеристикойудельной поверхности 900-1000 м2/кг, получен гипсовый камень спрочностью на сжатие –23,3МПа (на 28 сутки твердения) [27].Суммарное количество фазовых контактов определяется какразмером самих зерен, так и способомих упаковки (геометрическогорасположения) [152]. Образование кристаллической структуры в системедвуводного гипса требует подбора удельной поверхности [33, 60],39гранулометрического состава твердой фазы, применения возможностеймоделирования дисперсной системы как комбинации частиц, имеющихразные размеры, статистически распределенных в пространстве.
За счетувеличения количества кристаллизационных контактов можно повыситьпрочность структуры [27]. Но, в настоящее время, нет конкретного ответана вопрос о количественном и масштабном соотношении частиц в смеси.Как отмечают исследователи: достичь максимальной плотности частицудается только в случае измельчения гипсового материалав течениеконкретного времени [14].Помимоэтого,в процесседлительногопомолапроисходитсглаживание поверхности частиц, имеющих угловатую форму, изменениехарактеристик дисперсности системы, распределения частиц по размерам.Влияние размеров частиц и их геометрической формы на плотность пристохастическом распределении частиц (зерен) в объеме в источниках нерассмотрено.Активация при измельчении и тонкий помол относятся к разрядуэнергоемких процессов, к тому же они и весьма сложны технологически.Затраты на помол вырастают, а измельчение становится невозможным попричине налипания зерен на внутреннюю поверхность самой мельницыи мелющие тела, образования агрегатов, начиная с предельной длякаждого конкретного материала степени измельчения.
Именно поэтомупри таком тонком измельчении гипсового камня крайне необходима сушкаииспользованиеспециализированногооборудованиядляпомола,включения в состав оборудования сепараторов, которые были быпредназначены именно для отделения от порошка мелких фракций.Выявлено, что в результате помола в шаровой мельнице природногогипсового камня разных месторождений, налипание и образованиеагрегатов начинаются с достижения удельной поверхности в интервале0,6 – 0,8 м2/г и зависитот вида и влажности сырья [12]. При этом40обозначено максимально возможное время помола дигидрата в шаровоймельнице, для фосфогипса, по данным исследований Ю.Б.
Потапова, оносоставляет 4 часа [14].Прессование материалов из измельченного порошка дигидрата сминеральнымидобавками,безиспользованиявяжущихвеществ,интересно в первую очередь со стороны экономики технологическогопроцесса, а также со стороны экономии затрат, в т.ч. – топлива иэнергии.Прессованием порошков двуводного гипса изготовлены материалыв условиях лаборатории и промышленного производства,пределпрочности при сжатии которых достигал 40 МПа. В формовочнуюсмесь поочередно вводились соли N2SO4, NaCl или NaF в количестве до1,5 % от массы двуводного гипса и минеральные пигменты.
Авторамибылорекомендованоиспользоватьпресс-порошкисудельнойповерхностью (Sуд.), составляющей 1,0 – 1,2 м2/г [7].Способом полусухого прессования пресс-порошков с удельнойповерхности (Sуд.) 300 м2/кг на основе природного гипсового камня ихлористого натрия был получен гипсовый камень, прочность которогосоставила 7,5 МПа, априSуд.= 1200 м2/кг – прочность при сжатиисоставила около 40 МПа [33].Вслучаеиспользованиясовместноговоздействиямехано-химической активации и добавки [48], на систему дигидрата оказываетсявлияние, в ней происходят фазовые превращения.
Предполагается, чтопроцесс структурообразования активированной смеси осуществляетсяпосредством изменения дисперсности, роста дефектности структуры иповышения растворимости [48].Врезультатепредварительноймехано-химическойобработкидвуводного гипса с модификаторами на поверхности зерен дигидрата41образуются оболочки, которые могут придавать модифицированномукамню качественно иные характеристики [50, 59].Такимобразом,рассмотреннымивышеисследованиямиподтверждается способность дигидрата формировать достаточно прочныекристаллизационные структуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
