Kết tinh thạch cao tăng tốc siêu âm
- Trộn và phân tán siêu âm đẩy nhanh quá trình kết tinh và phản ứng đông kết của thạch cao (CaSO4・2 giờ2O).
- Việc áp dụng siêu âm công suất vào bùn thạch cao làm tăng tốc độ kết tinh, do đó giảm thời gian đông kết.
- Bên cạnh việc cài đặt nhanh hơn, các tấm tường được sản xuất thể hiện mật độ giảm.
- Sự phân tán siêu âm của các vật liệu nano gia cố (ví dụ: CNT, sợi nano hoặc silica) vào thạch cao dẫn đến độ bền cơ học cao và độ xốp thấp.
Siêu âm để cải thiện sản xuất thạch cao
Để bắt đầu phản ứng đông kết của canxi sunfat hemihydrate và nước, canxi sunfat hemihydrate phải được phân tán đều vào nước để chuẩn bị bùn đồng nhất. Phân tán siêu âm đảm bảo rằng các hạt được làm ướt hoàn toàn để đạt được quá trình hydrat hóa hoàn toàn hemihydrat. Quá trình trộn siêu âm của bùn thạch cao làm tăng tốc độ đông kết do quá trình kết tinh nhanh hơn.
Các thành phần bổ sung như máy gia tốc và vật liệu nano gia cố cũng có thể được trộn rất đồng đều vào bùn thạch cao.
Nguyên lý hoạt động của phân tán siêu âm
Khi siêu âm công suất cao được ghép vào chất lỏng hoặc bùn, hiện tượng xâm thực được tạo ra bằng sóng siêu âm sẽ xảy ra. siêu âm cavitation tạo ra các điều kiện khắc nghiệt cục bộ bao gồm lực cắt cao, tia chất lỏng, nhiễu loạn vi mô, nhiệt độ cao, tốc độ làm nóng và làm mát cũng như áp suất cao. Những lực cắt cavitation đó vượt qua lực liên kết giữa các phân tử để chúng được giải tụ và phân tán thành các hạt đơn lẻ. Hơn nữa, các hạt được gia tốc bởi các tia chất lỏng xâm thực để chúng va chạm với nhau và do đó bị phá vỡ thành kích thước hạt nano hoặc thậm chí là hạt sơ cấp. Hiện tượng này được gọi là phay ướt siêu âm.
Siêu âm công suất tạo ra các vị trí tạo mầm trong dung dịch để đạt được quá trình kết tinh nhanh chóng.
Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về kết tinh sono – kết tinh được hỗ trợ siêu âm!
máy phân tán siêu âm công nghiệp
Phân tán siêu âm của các chất phụ gia
Trong nhiều quy trình hóa học, siêu âm được sử dụng để trộn các chất phụ gia như chất làm chậm (ví dụ: protein, axit hữu cơ), chất điều chỉnh độ nhớt (ví dụ như chất siêu dẻo), chất chống cháy, axit boric, hóa chất chống nước (ví dụ như polysiloxanes, nhũ tương sáp), sợi thủy tinh, chất tăng cường chống cháy (ví dụ: vermiculite, đất sét và / hoặc silica bốc khói), các hợp chất polyme (ví dụ như PVA, PVOH) và các chất phụ gia thông thường khác vào công thức để cải thiện công thức của thạch cao, các hợp chất khớp nối kiểu đông kết và xi măng thạch cao và để giảm thời gian đông kết của nó.
Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về pha trộn và pha trộn phụ gia siêu âm!
Hệ thống siêu âm công nghiệp
Hielscher Ultrasonics là nhà cung cấp hàng đầu của bạn về hệ thống siêu âm công suất cao cho các ứng dụng để bàn và công nghiệp. Hielscher cung cấp bộ xử lý siêu âm công nghiệp mạnh mẽ và mạnh mẽ. Của chúng tôi UIP16000 (16kW) là bộ xử lý siêu âm mạnh nhất trên toàn thế giới. Hệ thống siêu âm 16kW này dễ dàng xử lý khối lượng lớn ngay cả bùn có độ nhớt cao (lên đến 10.000cp). Biên độ cao lên đến 200μm (và cao hơn theo yêu cầu) đảm bảo rằng vật liệu được xử lý đúng cách để đạt được mức độ phân tán, khử kết tụ và phay mong muốn. Quá trình siêu âm cường độ cao này tạo ra bùn hạt nano cho tốc độ đông kết nhanh và các sản phẩm thạch cao cấp.
Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000 |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi trong lĩnh vực xử lý siêu âm giúp chúng tôi tham khảo ý kiến của khách hàng từ các nghiên cứu khả thi đầu tiên đến việc thực hiện quy trình trên quy mô công nghiệp.
Văn học/Tài liệu tham khảo
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Ảnh hưởng của siêu âm công suất đến tính lưu động và đông kết của bột xi măng poóc lăng; tại: Hội nghị quốc tế lần thứ 17 về vật liệu xây dựng 23 – 26 tháng 9 năm 2009, Weimar.
- Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; trong: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Zhongbiao, Người; Trần, Nguyệt Huệ; Yang, Miao (2012): Chuẩn bị và tính chất của râu canxi sunfat / vật liệu tổng hợp cao su tự nhiên. Nghiên cứu vật liệu tiên tiến tập 549, 2012. 597-600.
Sự thật đáng biết
Sản xuất tấm thạch cao
Trong quá trình sản xuất tấm thạch cao, một bùn nước của thạch cao nung – được gọi là canxi sunfat hemihydrate – được trải ra giữa các tờ giấy trên và dưới. Sản phẩm được tạo ra phải được di chuyển liên tục trên băng tải cho đến khi bùn đông kết. Sau đó, tấm được làm khô cho đến khi nước thừa trong tấm thạch cao bay hơi. Trong sản xuất ván tường thạch cao, người ta biết là thêm các chất khác nhau vào bùn để tăng cường quá trình sản xuất hoặc bản thân ván. Ví dụ, người ta thường làm giảm trọng lượng của bùn bằng cách kết hợp các chất tạo bọt để cung cấp một mức độ sục khí làm giảm mật độ của tấm tường cuối cùng.
canxi sunfat
Canxi sunfat (hoặc canxi sunfat) là một hợp chất vô cơ có công thức CaSO4 và hydrat liên quan. Ở dạng khan của γ-anhydrit, nó được sử dụng như một chất hút ẩm đa năng. Một hydrat đặc biệt của CaSO4 được gọi là thạch cao của Paris. Một hydrat quan trọng khác là thạch cao, xuất hiện tự nhiên dưới dạng khoáng chất. Đặc biệt thạch cao được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng công nghiệp, ví dụ như vật liệu xây dựng, chất độn, polyme, v.v. Tất cả các dạng CaSO4 xuất hiện dưới dạng chất rắn màu trắng và khó hòa tan trong nước. Canxi sunfat gây ra độ cứng vĩnh viễn trong nước.
Hợp chất vô cơ CaSO4 xảy ra ở ba cấp độ hydrat hóa:
- Trạng thái khan (tên khoáng sản: “anhydrit”) với công thức CaSO4.
- Dihydrate (tên khoáng chất: “thạch cao”) với công thức CaSO4(H2O)2.
- hemihydrat với công thức CaSO4(H22O) 0,5. Các hemihydrat cụ thể có thể được phân biệt là alpha-hemihydrate và beta-hemihydrate.
Phản ứng hydrat hóa và mất nước
Khi áp dụng nhiệt, thạch cao chuyển thành khoáng chất mất nước một phần – cái gọi là canxi sunfat hemihydrate, thạch cao nung hoặc thạch cao của Paris. Thạch cao nung có công thức CaSO4· (nH2O), trong đó 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Nhiệt độ từ 100 ° C đến 150 ° C (212 ° F – 302 ° F) là cần thiết để loại bỏ nước bị ràng buộc trong cấu trúc của nó. Nhiệt độ và thời gian sưởi ấm chính xác phụ thuộc vào độ ẩm môi trường xung quanh. Nhiệt độ cao tới 170 ° C (338 ° F) được áp dụng cho quá trình nung công nghiệp. Tuy nhiên, ở những nhiệt độ này, sự hình thành γ-anhydrit bắt đầu. Năng lượng nhiệt được cung cấp cho thạch cao tại thời điểm này (nhiệt của quá trình hydrat hóa) có xu hướng xua đuổi nước (dưới dạng hơi nước) thay vì làm tăng nhiệt độ của khoáng chất, nhiệt độ này tăng chậm cho đến khi nước biến mất, sau đó tăng nhanh hơn. Phương trình cho mất nước một phần như sau:
Đặc tính thu nhiệt của phản ứng này có liên quan đến hiệu suất của vách thạch cao, mang lại khả năng chống cháy cho các cấu trúc dân cư và các cấu trúc khác. Trong một vụ hỏa hoạn, cấu trúc phía sau một tấm vách thạch cao sẽ vẫn tương đối mát mẻ khi nước bị mất từ thạch cao, do đó ngăn ngừa và làm chậm thiệt hại cho khung (thông qua quá trình đốt cháy các thành viên gỗ hoặc mất độ bền của thép ở nhiệt độ cao) và hậu quả là sụp đổ kết cấu. Ở nhiệt độ cao hơn, canxi sunfat giải phóng oxy và do đó hoạt động như chất oxy hóa. Đặc tính vật liệu này được sử dụng trong nhôm nhiệt. Trái ngược với hầu hết các khoáng chất, khi bù nước chỉ đơn giản là tạo thành bột nhão lỏng hoặc bán lỏng, hoặc vẫn còn dạng bột, thạch cao nung có một đặc tính khác thường. Khi trộn với nước ở nhiệt độ môi trường, nó sẽ chuyển về mặt hóa học trở lại dạng dihydrat ưa thích, trong khi nó là vật lý “khung cảnh” thành một mạng tinh thể thạch cao cứng và tương đối mạnh như thể hiện trong phương trình dưới đây:
Phản ứng tỏa nhiệt này giúp bạn dễ dàng đúc thạch cao thành nhiều hình dạng khác nhau bao gồm tấm cho vách thạch cao, que cho phấn bảng đen và khuôn (ví dụ: để cố định xương gãy hoặc cho đúc kim loại). Trộn với polyme, nó đã được sử dụng như một loại xi măng sửa chữa xương.
Khi được nung nóng đến 180 ° C, một dạng gần như không có nước, được gọi là γ-anhydrit (CaSO4·nH2O trong đó n = 0 đến 0,05), được hình thành. γ-Anhydrit chỉ phản ứng chậm với nước để trở lại trạng thái dihydrat, do đó nó được sử dụng rộng rãi làm chất hút ẩm thương mại. Khi được nung nóng trên 250 °C, xảy ra dạng khan hoàn toàn của β-anhydrit. β-anhydrit không phản ứng với nước, ngay cả trong các khoảng thời gian địa chất, trừ khi được nghiền rất mịn.
trát
Thạch cao là vật liệu xây dựng được sử dụng làm vật liệu phủ bảo vệ và / hoặc trang trí cho tường, trần nhà và để đúc và đúc các yếu tố xây dựng trang trí.
Vữa là thạch cao, được sử dụng để sản xuất đồ trang trí phù điêu.
Các loại thạch cao phổ biến nhất được pha chế từ thạch cao, vôi hoặc xi măng làm thành phần chính. Thạch cao được sản xuất dưới dạng bột khô (bột thạch cao). Khi bột được trộn với nước, một hỗn hợp cứng nhưng có thể sử dụng được sẽ được hình thành. Phản ứng tỏa nhiệt với nước giải phóng nhiệt thông qua quá trình kết tinh, sau đó thạch cao ngậm nước cứng lại.
thạch cao
Thạch cao, hoặc thạch cao của Paris, được sản xuất bằng cách xử lý nhiệt (khoảng 300 ° F / 150 ° C) thạch cao:
CaSO4·2H2O + nhiệt → CaSO4·0,5 giờ2O + 1,5 giờ2O (giải phóng dưới dạng hơi nước).
Thạch cao có thể được tạo hình lại bằng cách trộn bột khô với nước. Để bắt đầu đông kết thạch cao chưa biến đổi, bột khô được trộn với nước. Sau khoảng 10 phút, phản ứng cài đặt bắt đầu và hoàn tất sau khoảng 45 phút. Tuy nhiên, một môi trường thạch cao hoàn chỉnh đạt được sau khoảng 72 giờ. Nếu thạch cao hoặc thạch cao được nung nóng trên 266 ° F / 130 ° C, hemihydrate sẽ được hình thành. Bột hemihydrate cũng có thể được chuyển hóa thành thạch cao khi phân tán trong nước.