К.т.н., доц. Клименко В.Г.

аспирант Гасанов С.К.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА ГИПСА ИЗ РАСТВОРОВ

CaCl₂ И (NH₄)₂SO₄

Современное развитие общества характеризуется все возрастающим использованием различных композиционных материалов, позволяющих получать изделия с заранее заданными характеристиками. В строительной индустрии примером таких материалов могут служить сухие гипсовые строительные смеси, использование которых в последнее время нашло широкое распространение, как в России, так и в зарубежных странах. Условием получения таких материалов является высокая культура производства, наличие исходных веществ со строго определенными характеристиками (состав, строение, размер частиц и т.д.), оптимальные параметры производства. В производстве гипсовых вяжущих важную роль играет морфология кристаллов гипса, как в исходном сырье, так и в конечных продуктах гидратации.

Целью представленной работы являлось получение кристаллов синтетического гипса определенной формы и размера.

Для достижения данной цели выбран химический метод получения гипса путем взаимодействия растворов CaCl₂ и (NH₄)₂SO₄ [1]. В работе использован CaCl₂ безводный (гранулированный), квалификации ч., ГОСТ 4460-77, с массовой долей основного вещества >96,7 % и (NH₄)₂SO₄ квалификации ч.д.а., ГОСТ 3769-78, с массовой долей основного вещества 99,3 %. Исходные реагенты для синтеза брались в стехиометрическом соотношении согласно уравнению.

2H₂O + (NH₄)₂SO₄ + CaCl₂ → CaSO₄∙2H₂O + NH₄Cl

Известно, что размер кристаллов, растущих из растворов, в значительной степени зависит от концентрации этих растворов. В связи с эти, в работе изучены 10, 20 и 30 % растворы исходных веществ. Для дальнейших опытов выбраны 20 % растворы, удовлетворяющие как с технологической стороны, так и по размерам кристаллов.

Синтез гипса проводили при температуре 30…40 ^оС, так как при такой температуре растворимость гипса наибольшая, что способствует его быстрой кристаллизации и образованию мелких кристаллов. При добавлении CaCl₂ в раствор (NH₄)₂SO₄ гипс выпадает в осадок не сразу, а через некоторое время, так как происходит его растворение в избытке (NH₄)₂SO₄. Если реагенты сливать в обратном порядке, то гипс выпадает в осадок сразу. Величина рН раствора (NH₄)₂SO₄ равна 5,3 – 5,5, а раствора CaCl₂ - 8,2 – 10,2. После окончания реакции суспензия гипса имеет нейтральную среду. Гипс отделяли фильтрованием на вакуум-фильтре, промывкой дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы Cl^– и сушкой при 50-60 ^оС. По результатам РФА, в полученном продукте, установлено наличие только гипса (рефлексы при межплоскостном расстоянии (d), Å: 7,628; 4,291; 3,801; 3,069; 2,876). Показатель совершенства структуры гипса (Кg) [2], вычисленный по результатам РФА, равен 0,749, что указывает на техногенное происхождение гипса. Масса твердых веществ в фильтрате 10 %. На рентгенограмме осадка, образующегося после сушки фильтрата, (рис. 1) фиксируется в основном NH₄Cl (рефлексы при d, Å: 2,747; 2,241; 1,941; 1,735). Кроме того, отмечено присутствие (NH₄)₂SO₄ (рефлексы при d, Å: 5,324; 4,396; 3,883; 3,296; 3,143) и двойной соли коктаита (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]∙H₂O (рефлексы при d, Å: 9,936; 5,810). Образованием коктаита можно объяснить отсутствие в твердой части фильтрата гипса (см. рис. 1).

Анализ гранулометрии гипса выполнен с помощью анализатора частиц «ANALYSETTE22 NanoTecPlus» в насыщенном растворе гипса. Синтезированный гипс имеет удельную поверхность 470 м²/кг, плотность 2,320 кг/м³, доля частиц с размером 10,83 мкм составляет 50 %, с размером 2,8 мкм – 10 % и с размером 26,06 мкм – 90 %. Синтезированный гипс на 80 % состоит из частиц размером 10,83–26,06 мкм. Кристаллы гипса призматические вытянутые (рис. 2). При прессовании они растрескиваются вдоль оси симметрии (см. рис. 2а).

Рис.1. РФА твердого остатка после сушки фильтрата

а) б)

Рис. 2. Микроструктура синтезированного гипса. Увеличение: (а) 5 мкм; (б) 10 мкм.

Выход целевого продукта составляет 80-85 %. Потери 15 – 20 % гипса объясняются образованием растворимой двойной соли (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]∙H₂O.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карякин Ю.В. Чистые химические вещества [Текст] Ю.В. Корякин, И.И. Ангелов. М.: Химия, 1974. – 151 с.

2. Клименко В.Г. Многофазовые гипсовые вяжущие [Текст] / В.Г. Клименко. Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. – 198 с.