Kristalizimi i gipsit i përshpejtuar me ultratinguj
- Përzierja dhe dispergimi me ultratinguj përshpejtojnë kristalizimin dhe reaksionin e ngurtësimit të gipsit (CaSO4･2H2O).
- Zbatimi i ultratingujve me fuqi të lartë në suspensionin e gipsit përshpejton kristalizimin, duke zvogëluar kështu kohën e ngurtësimit.
- Përveç ngurtësimit më të shpejtë, pllakat e prodhuara për mure kanë dendësi më të ulët.
- Dispergimi me ultratinguj i nanomaterialeve përforcuese (p.sh. CNT, nanofibra ose silicë) në gips sjell rezistencë të lartë mekanike dhe porozitet të ulët.
Ultratinguj për prodhim të përmirësuar të gipsit
Për të nisur reaksionin e ngurtësimit të hemihidratit të sulfatit të kalciumit dhe ujit, hemihidrati i sulfatit të kalciumit duhet të dispergohet në mënyrë të njëtrajtshme në ujë, në mënyrë që të përgatitet një suspension homogjen. Dispergimi me ultratinguj siguron që grimcat të lagen plotësisht, në mënyrë që të arrihet hidratimi i plotë i hemihidratit. Përzierja me ultratinguj e suspensionit të gipsit përshpejton ngurtësimin falë kristalizimit të përshpejtuar.
Edhe përbërës shtesë, si përshpejtuesit dhe nanomaterialet përforcuese, mund të përzihen në mënyrë shumë të njëtrajtshme në suspensionin e gipsit.
Parimi i funksionimit të dispergimit me ultratinguj
Kur energjia e ultratingujve me fuqi të lartë transmetohet në një lëng ose suspension, ndodh kavitacioni i gjeneruar nga ultratingujt. Kavitacioni ultrasonik krijon kushte ekstreme në nivel lokal, përfshirë forca të larta prerëse, rryma të vrullshme lëngu, mikroturbulenca, temperatura të larta, ritme të shpejta ngrohjeje dhe ftohjeje, si dhe presione të larta. Këto forca prerëse të kavitacionit kapërcejnë forcat lidhëse ndërmjet molekulave, kështu që ato deaglomerohet dhe dispergohen si grimca të veçanta. Për më tepër, grimcat përshpejtohen nga rrymat e vrullshme të lëngut të krijuara nga kavitacioni, kështu që përplasen me njëra-tjetrën dhe, për pasojë, copëtohen deri në madhësi nanometrike ose edhe në madhësinë e grimcave parësore. Ky fenomen njihet si bluarje e lagësht me ultratinguj.
Ultratingujt me fuqi të lartë krijojnë vende bërthamëzimi në tretësirë, duke mundësuar kristalizim të përshpejtuar.
Klikoni këtu për të mësuar më shumë rreth sonokristalizimit – kristalizimit të asistuar me ultratinguj!
Dispergues industrial me ultratinguj
Dispergimi i aditivëve me ultratinguj
Në shumë procese kimike, trajtimi me ultratinguj përdoret për të përzier në formulim aditivë si agjentë vonues (p.sh. proteina, acide organike), modifikues të viskozitetit (p.sh. superplastifikues), agjentë kundër djegies, acid borik, kimikate që sigurojnë qëndrueshmëri ndaj ujit (p.sh. polisiloksane, emulsione dylli), fibra qelqi, përmirësues të rezistencës ndaj zjarrit (p.sh. vermikulit, argjila dhe/ose silicë pirogjenike), përbërje polimerike (p.sh. PVA, PVOH) dhe aditivë të tjerë konvencionalë, për të përmirësuar formulimin e suvasë, masave ngurtësuese për mbushjen e fugave dhe çimentove të gipsit, si dhe për të zvogëluar kohën e ngurtësimit të tij.
Klikoni këtu për të mësuar më shumë rreth përzierjes dhe homogjenizimit të aditivëve me ultratinguj!
Sisteme industriale me ultratinguj
Hielscher Ultrasonics është furnizuesi juaj kryesor i sistemeve me ultratinguj me fuqi të lartë për aplikime në tavolinë laboratori dhe në industri. Hielscher ofron procesorë industrialë me ultratinguj të fuqishëm dhe të qëndrueshëm. Procesori ynë UIP16000 (16kW) është procesori me ultratinguj më i fuqishëm në botë. Ky sistem me ultratinguj 16kW përpunon me lehtësi vëllime të mëdha edhe të suspensioneve me viskozitet të lartë (deri në 10 000cp). Amplitudat e larta deri në 200µm (dhe më të larta sipas kërkesës) sigurojnë që materiali të trajtohet siç duhet, në mënyrë që të arrihet niveli i dëshiruar i dispergimit, deaglomerimit dhe bluarjes. Ky trajtim intensiv me ultratinguj prodhon suspensione me nanogrimca për ritme të shpejta ngurtësimi dhe produkte gipsi të cilësisë superiore.
Qëndrueshmëria e pajisjeve me ultratinguj të Hielscher mundëson funksionim 24/7 me ngarkesë të rëndë dhe në mjedise kërkuese.
Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | më e madhe | grup pajisjesh UIP16000 |
Përvoja jonë e gjatë në përpunimin me ultratinguj na ndihmon t’i këshillojmë klientët tanë që nga studimet e para të fizibilitetit deri te zbatimi i procesit në shkallë industriale.
Literaturë/Referenca
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Ndikimi i ultratingujve me fuqi të lartë në rrjedhshmërinë dhe ngurtësimin e pastave të çimentos Portland; në: Konferencën e 17-të Ndërkombëtare për Materialet e Ndërtimit, 23rd – 26th September 2009, Weimar.
- Rössler, Ch. (2009): Ndikimi i ultratingujve me fuqi të lartë në sjelljen e rrjedhjes dhe të ngurtësimit të suspensioneve të çimentos; në: Vëllimin e punimeve të Konferencës së 17-të Ndërkombëtare për Materialet e Ndërtimit ibausil, botuar nga Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, f. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Zhongbiao, Man; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Përgatitja dhe vetitë e kompoziteve me kristale fijeformë të sulfatit të kalciumit dhe gomë natyrore. Advanced Materials Research vëll. 549, 2012. 597-600.
Fakte që ia vlen të dini
Prodhimi i pllakave të gipsit
Gjatë procesit të prodhimit të pllakave të gipsit, një suspension ujor i gipsit të kalcinuar – i ashtuquajturi hemihidrat i sulfatit të kalciumit – shpërndahet midis fletëve të sipërme dhe të poshtme të letrës. Produkti i krijuar në këtë mënyrë duhet të lëvizë vazhdimisht mbi një shirit transportues derisa suspensioni të jetë ngurtësuar. Pllaka më pas thahet derisa uji i tepërt në pllakën e gipsit të ketë avulluar. Në prodhimin e pllakave të gipsit për mure, njihet praktika e shtimit të substancave të ndryshme në suspension për të përmirësuar procesin e prodhimit ose vetë pllakën. Për shembull, është e zakonshme të zvogëlohet pesha e suspensionit duke përfshirë agjentë shkumëzues për të siguruar një shkallë ajrosjeje që ul dendësinë e pllakës përfundimtare për mure.
Sulfati i kalciumit
Sulfati i kalciumit (ose sulfati i kalciumit) është një përbërje inorganike me formulën CaSO4 dhe hidratet përkatëse. Në formën anhidre të γ-anhidritit, ai përdoret si tharës për përdorim të përgjithshëm. Një hidrat i veçantë i CaSO4 njihet si gips i Parisit. Një hidrat tjetër i rëndësishëm është gipsi, i cili gjendet në natyrë si mineral. Veçanërisht gipsi përdoret gjerësisht për zbatime industriale, p.sh. si material ndërtimi, mbushës, në polimere etj. Të gjitha format e CaSO4 paraqiten si lëndë të ngurta të bardha dhe treten shumë pak në ujë. Sulfati i kalciumit shkakton fortësi të përhershme të ujit.
Përbërja inorganike CaSO4 gjendet në tri nivele hidratimi:
- gjendje anhidre (emri i mineralit: “anhidrit”) me formulën CaSO4.
- dihidrat (emri i mineralit: “gips”) me formulën CaSO4(H2O)2.
- hemihidrat me formulën CaSO4(H22O)0.5. Hemihidrate të veçanta mund të dallohen si alfa-hemihidrat dhe beta-hemihidrat.
Reaksionet e hidratimit dhe dehidratimit
Kur nxehet, gipsi shndërrohet në një mineral pjesërisht të dehidratuar – të ashtuquajturin hemihidrat të sulfatit të kalciumit, gips të kalcinuar ose gips të Parisit. Gipsi i kalcinuar ka formulën CaSO4·(nH2O), ku 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperatura midis 100°C dhe 150°C (212°F – 302°F) janë të nevojshme për të larguar ujin e lidhur në strukturën e tij. Temperatura dhe koha e saktë e ngrohjes varen nga lagështia e mjedisit. Për kalcinimin industrial përdoren temperatura deri në 170°C (338°F). Megjithatë, në këto temperatura fillon formimi i γ-anhidritit. Energjia termike që i jepet gipsit në këtë fazë (nxehtësia e hidratimit) priret të shpenzohet për largimin e ujit (si avull uji) në vend që të rrisë temperaturën e mineralit, e cila rritet ngadalë derisa të jetë larguar uji dhe më pas rritet më shpejt. Ekuacioni për dehidratimin e pjesshëm është si më poshtë:
Vetia endotermike e këtij reaksioni ndikon në performancën e gipskartonit, duke u dhënë rezistencë ndaj zjarrit strukturave të banimit dhe strukturave të tjera. Në rast zjarri, struktura pas një pllake gipskartoni do të mbetet relativisht e ftohtë ndërsa gipsi humbet ujë, duke parandaluar dhe vonuar kështu dëmtimin e skeletit mbajtës (nga djegia e elementeve prej druri ose humbja e rezistencës së çelikut në temperatura të larta) dhe shembjen pasuese të strukturës. Në temperatura më të larta, sulfati i kalciumit çliron oksigjen dhe vepron kështu si agjent oksidues. Kjo karakteristikë e materialit përdoret në aluminotermi. Ndryshe nga shumica e mineraleve, të cilat, kur rihidratohen, thjesht formojnë pasta të lëngshme ose gjysmë të lëngshme, ose mbeten në formë pluhuri, gipsi i kalcinuar ka një veti të pazakontë. Kur përzihet me ujë në temperaturën e ambientit, ai rikthehet kimikisht në formën e parapëlqyer të dihidratit, ndërsa fizikisht po “ngurtësohet” duke formuar një rrjetë kristalore gipsi të ngurtë dhe relativisht rezistente, siç tregohet në ekuacionin më poshtë:
Ky reaksion ekzotermik e bën kaq të lehtë derdhjen e gipsit në forma të ndryshme, përfshirë pllaka për mure gipskartoni, shkopinj shkumësi për dërrasën e zezë dhe kallëpe (p.sh. për të imobilizuar kockat e thyera ose për derdhje metalesh). I përzier me polimere, ai është përdorur si çimento për riparimin e kockave.
Kur nxehet në 180°C, formohet një trajtë pothuajse pa ujë, i ashtuquajturi γ-anhidrit (CaSO4·nH2O ku n = 0 deri në 0,05). γ-Anhidriti reagon vetëm ngadalë me ujin për t’u rikthyer në gjendjen e dihidratit, prandaj përdoret gjerësisht si agjent tharës tregtar. Kur nxehet mbi 250°C, formohet trajta plotësisht anhidre e β-anhidritit. β-anhidriti nuk reagon me ujin, madje as në shkallë kohore gjeologjike, përveçse kur është bluar shumë imët.
Suva
Suvaja është një material ndërtimi që përdoret si material veshës mbrojtës dhe/ose dekorativ për mure e tavane, si dhe për të formuar në kallëpe dhe për të derdhur elemente dekorative ndërtimi.
Stukoja është punim me suva që përdoret për të krijuar zbukurime në reliev.
Llojet më të zakonshme të suvasë formulohen me gips, gëlqere ose çimento si përbërës kryesor. Suvaja prodhohet si pluhur i thatë (pluhur gipsi). Kur pluhuri përzihet me ujë, formohet një pastë e trashë, por e punueshme. Reaksioni ekzotermik me ujin çliron nxehtësi përmes një procesi kristalizimi, pastaj suvaja e hidratuar ngurtësohet.
Suva gipsi
Suvaja e gipsit, ose gipsi i Parisit, prodhohet nëpërmjet trajtimit termik (rreth 300°F / 150°C) të gipsit:
CaSO4·2H2O + nxehtësi → CaSO4·0.5H2O + 1.5H2O (çlirohet si avull).
Gipsi mund të formohet sërish duke përzier pluhurin e thatë me ujë. Për të nisur ngurtësimin e suvasë së pamodifikuar, pluhuri i thatë përzihet me ujë. Pas rreth 10 minutash, fillon reaksioni i ngurtësimit dhe përfundon pas rreth 45 minutash. Megjithatë, ngurtësimi i plotë i gipsit arrihet pas rreth 72 orësh. Nëse suvaja ose gipsi nxehet mbi 266°F / 130°C, formohet hemihidrati. Pluhuri i hemihidratit mund të shndërrohet gjithashtu në gips kur dispergohet në ujë.