Ультразвуковая ускоренная кристаллизация гипса
- Ультразвуковое смешивание и диспергирование ускоряют реакцию кристаллизации и схватывания гипса (CaSO4・2Ч2O).
- Применение силового ультразвука к гипсовой суспензии ускоряет кристаллизацию, тем самым сокращая время схватывания.
- Помимо более быстрого схватывания, производимые стеновые панели демонстрируют меньшую плотность.
- Ультразвуковое диспергирование армирующих наноматериалов (например, УНТ, нановолокон или диоксида кремния) в гипс приводит к высокой механической прочности и низкой пористости.
Ультразвук для улучшения производства гипса
Для того чтобы инициировать реакцию схватывания гемигидрата сульфата кальция и воды, гемигидрат сульфата кальция необходимо равномерно диспергировать в воде, чтобы получить однородную суспензию. Ультразвуковая дисперсия обеспечивает полное увлажнение частиц для достижения полной гидратации полугидрата. Ультразвуковое перемешивание гипсового раствора ускоряет время схватывания за счет ускоренной кристаллизации.
Дополнительные ингредиенты, такие как ускорители и армирующие наноматериалы, также могут быть очень равномерно смешаны с гипсовой суспензией.
Принцип работы ультразвукового диспергирования
Когда ультразвук высокой мощности соединяется с жидкостью или суспензией, происходит кавитация, генерируемая ультразвуком. ультразвуковая кавитация Создает локально экстремальные условия, включая высокие силы сдвига, струи жидкости, микротурбулентность, высокие температуры, великие скорости нагрева и охлаждения, а также высокое давление. Эти кавитационные силы сдвига преодолевают силы связи между молекулами, так что они деагломерируются и диспергируются как отдельные частицы. Кроме того, частицы ускоряются кавитационными струями жидкости таким образом, что они сталкиваются друг с другом и тем самым расщепляются до наночастиц или даже первичных частиц. Это явление известно как ультразвуковой мокрый фрезерование.
Мощный ультразвук создает центры зарождения в растворе, что позволяет добиться ускоренной кристаллизации.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о сонокристаллизации – Ультразвуковая кристаллизация!
промышленный ультразвуковой диспергатор
Ультразвуковое диспергирование присадок
Во многих химических процессах ультразвук используется для смешивания добавок, таких как замедлители (например, белки, органические кислоты), модификаторы вязкости (например, суперпластификаторы), противогорящие агенты, борная кислота, водостойкие химические вещества (например, полисилоксаны, восковые эмульсии), стекловолокна, усилители огнестойкости (например, вермикулит, глины и/или дымчатый диоксид кремния), полимерные соединения (например, ПВА, ПВОХ) и другие традиционные добавки в рецептуру для улучшения рецептуры штукатурки. схватывающих составов для швов и гипсовых цементов и для сокращения времени его схватывания.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом смешивании и смешивании добавок!
Промышленные ультразвуковые системы
Hielscher Ultrasonics является вашим ведущим поставщиком мощных ультразвуковых систем для настольных и промышленных применений. Hielscher предлагает мощные и надежные промышленные ультразвуковые процессоры. Наш UIP16000 (16 кВт) является самым мощным ультразвуковым процессором в мире. Эта ультразвуковая система мощностью 16 кВт легко обрабатывает большие объемы даже высоковязких шламов (до 10 000 сП). Высокие амплитуды до 200 мкм (и выше по запросу) обеспечивают надлежащую обработку материала для достижения желаемого уровня дисперсии, деагломерации и измельчения. Эта интенсивная ультразвук позволяет получать наночастицы суспензий, обеспечивающие быструю скорость схватывания и превосходные изделия из гипса.
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
| От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | UIP4000 |
| н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Наш многолетний опыт в области ультразвуковой обработки помогает нам консультировать наших клиентов от первого технико-экономического обоснования до внедрения процесса в промышленных масштабах.
Литература/Литература
- Питерс, С.; Stöckigt, M.; Рёсслер, Ч. (2009): Влияние Power-Ultrasound на текучесть и схватывание портландцементных паст; на: 17-я Международная конференция по строительным материалам 23 – 26 сентября 2009 г., Веймар.
- Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; in: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Чжунбяо, Ман; Чэнь, Юэхуэй; Янг, Мяо (2012): Получение и свойства композитов из сульфата кальция и натурального каучука. Advanced Materials Research vol. 549, 2012. 597-600.
Факты, которые стоит знать
Производство гипсокартона
В процессе изготовления гипсокартона в него вводится водный раствор из кальцинированного гипса – так называемый полугидрат сульфата кальция – разложен между верхним и нижним листами бумаги. Созданный таким образом продукт должен непрерывно перемещаться по конвейерной ленте до тех пор, пока суспензия не схватится. Затем лист сушат до тех пор, пока лишняя вода в гипсокартоне не испарится. Известно, что при производстве гипсовых стеновых плит в суспензию добавляют различные вещества для улучшения производственного процесса или самой плиты. Например, обычно вес суспензии облегчают путем добавления пенообразователей для обеспечения такой степени аэрации, которая снижает плотность окончательной стеновой панели.
Сульфат кальция
Сульфат кальция (или сульфат кальция) — неорганическое соединение с формулой CaSO4 и связанные с ним гидраты. В безводной форме γ-ангидрита он используется в качестве влагопоглотителя общего назначения. Особый гидрат CaSO4 известен как гипс Парижа. Еще одним важным гидратом является гипс, который встречается в природе в виде минерала. В частности, гипс широко используется в промышленности, например, в качестве строительного материала, наполнителя, в полимерах и т.д. Все формы CaSO4 выглядят в виде белых твердых веществ и плохо растворяются в воде. Сульфат кальция вызывает постоянную жесткость в воде.
Неорганическое соединение CaSO4 Происходит на трех уровнях гидратации:
- безводное состояние (название минерала: “Ангидрита”) с формулой CaSO4.
- дигидрат (название минерала: “гипс”) с формулой CaSO4(Ч2O)2.
- гемигидрат с формулой CaSO4(Н22O)0,5. Специфические полугидраты можно выделить как альфа-гемигидраты и бета-гемигидраты.
Реакции гидратации и обезвоживания
При нагревании гипс превращается в частично обезвоженный минерал – так называемый гемигидрат сульфата кальция, кальцинированный гипс или гипс Парижа. Кальцинированный гипс имеет формулу CaSO4· (nH2O), где 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Температура от 100°C до 150°C (212°F – 302 ° F) необходимы для удаления воды, которая связана в его структуре. Точная температура и время нагрева зависят от влажности окружающей среды. Для промышленного прокаливания применяются температуры до 170 ° C (338 ° F). Однако при таких температурах начинается образование γ-ангидрита. Тепловая энергия, поступающая к гипсу в это время (теплота гидратации), имеет тенденцию идти на вытеснение воды (в виде водяного пара), а не на повышение температуры минерала, которая медленно повышается до тех пор, пока вода не исчезнет, а затем увеличивается более быстро. Уравнение для частичного обезвоживания выглядит следующим образом:
Эндотермическое свойство этой реакции имеет отношение к характеристикам гипсокартона, придавая огнестойкость жилым и другим конструкциям. При пожаре конструкция за листом гипсокартона будет оставаться относительно прохладной, так как вода теряется из гипса, тем самым предотвращая и замедляя повреждение каркаса (из-за возгорания деревянных элементов или потери прочности стали при высоких температурах) и последующее разрушение конструкции. При более высоких температурах сульфат кальция выделяет кислород и тем самым действует как окислитель. Эта характеристика материала используется в алюминотермии. В отличие от большинства минералов, которые при регидратации просто образуют жидкие или полужидкие пасты, или остаются порошкообразными, кальцинированный гипс обладает необычным свойством. При смешивании с водой при температуре окружающей среды он химически возвращается в предпочтительную форму дигидрата, в то время как физически он является “оправа” в жесткую и относительно прочную кристаллическую решетку гипса, как показано в уравнении ниже:
Эта экзотермическая реакция позволяет легко отливать гипс в различные формы, включая листы для гипсокартона, палочки для мела на школьной доске и формы (например, для иммобилизации сломанных костей или для металлических отливок). В смеси с полимерами он используется в качестве цемента для восстановления костей.
При нагревании до 180°C образуется почти безводная форма, так называемый γ-ангидрит (CaSO4·nH2O, где n = от 0 до 0,05), образуется. γ-ангидрит лишь медленно реагирует с водой, возвращаясь в дигидратное состояние, поэтому он широко используется в качестве коммерческого осушителя. При нагревании выше 250°C образуется полностью безводная форма β-ангидрита. β-ангидрит не вступает в реакцию с водой даже в геологических масштабах, если только он не очень тонко измельчен.
штукатурка
Штукатурка – это строительный материал, который используется в качестве защитного и/или декоративного облицовочного материала для стен, потолков, а также для формовки и отливки декоративных строительных элементов.
Лепнина – это штукатурка, которая используется для изготовления рельефных украшений.
Наиболее распространенные типы штукатурки изготавливаются из гипса, извести или цемента в качестве основного ингредиента. Штукатурка выпускается в виде сухого порошка (гипсового порошка). Когда порошок смешивается с водой, образуется жесткая, но пригодная для работы паста. В результате экзотермической реакции с водой выделяется тепло в процессе кристаллизации, после чего гидратированная штукатурка затвердевает.
гипсовая штукатурка
Гипсовая штукатурка, или парижская штукатурка, производится путем термической обработки (около 300°F / 150°C) гипса:
CaSO4·2Ч2O + тепло → CaSO4·0,5 ч2O + 1,5 ч2O (выпускается в виде пара).
Гипс можно повторно сформировать, смешав сухой порошок с водой. Чтобы начать схватывание немодифицированной штукатурки, сухой порошок смешивают с водой. Примерно через 10 минут начинается реакция на схватывание, которая завершается примерно через 45 минут. Однако полное схватывание гипса достигается примерно через 72 часа. Если штукатурка или гипс нагреваются выше 266 ° F / 130 ° C, образуется гемигидрат. Порошок гемигидрата также может превращаться в гипс при диспергировании в воде.