К ВОПРОСУ АКТИВАЦИИ НЕРАСТВОРИМОГО АНГИДРИТА

Поведение кристаллогидрата сульфата кальция при дегидратации, температуры фазовых переходов, подбор активаторов твердения и механизм гидратации нерастворимого ангидрита (An II) в различных средах, классификация активаторов твердения, влияние на все эти процессы генезиса гипсового сырья, несмотря на кажущуюся простоту и изученность этих вопросов, и в настоящее время являются объектами исследований и дискуссии многих ученых разных стран мира.

В представленной работе сделана попытка нахождения ответа на некоторые из этих вопросов, исходя из более тщательного изучения химизма процессов гидролиза, растворения и гидратации An II.

Нерастворимый ангидрит (An II) в обычных условиях не гидратируется и не твердеет. Для его активации необходимо нарушить координацию ионов Ca²⁺ в кристаллической решетке сульфата кальция, что достигается введением активаторов твердения или тонким помолом An II [1].

В качестве активаторов твердения, как правило, используют вещества, увеличивающие растворимость An II и являющиеся центрами кристаллизации [2]. Наиболее эффективны химические добавки, имеющие общий ион Ca²⁺ с гипсом и дающие щелочную среду водной вытяжки: известь, силикаты и алюминаты кальция.

Рост гипсовой фазы при гидратации An II происходит из слабо концентрированного раствора, содержащего ионы Ca²⁺ и SO₄^2–, и протекает медленно. Процесс гидратации лимитируется стадией растворения An II. В связи с чем, формирование структуры гипсового камня протекает в термодинамически более равновесных условиях, чем камня на основе строительного гипса.

Активаторы твердения влияют как на растворимость An II, воздействуя на активные центры его поверхности, так и активируют молекулы воды. При этом нарушается равновесие систем: ион дефекта – вода, растворенный ион – вода и изменяется величина рН среды.

В свою очередь кислотность среды влияет на растворимость и механизм гидратации различных фаз сульфата кальция. По нашему мнению, механизм гидратации An II в кислой и щелочной среде различен. В кислой среде гидратация сульфата кальция идет через образование кислых солей, при незначительной роли гидролиза. В щелочной среде, наоборот, определяющим в процессе гидратации является образование основных солей и усиление гидролиза сульфата кальция.

В зависимости от влияния на воду активаторы предлагается разделить на три группы:

1. Активаторы (Акт.), являющиеся акцепторами электронных пар;

Акт. + H-OH → Акт.-OH^– + H⁺

2. Активаторы, являющиеся донорами электронных пар;

Акт. + H-OH → Акт.-H⁺ + OH^–

3. Активаторы, образующие с водой неустойчивые гидраты.

Акт. + nH-OH → Акт.- OH + (n-1)H₂O

В связи с этим возможны три типа гидратации An II.

1. Гидратация An II в присутствии активаторов, создающих кислую среду.

Добавки 1 группы увеличивают растворимость сульфата кальция. Это должны быть сульфатные добавки (CuSO₄, MgSO₄, FeSO₄, Al₂(SO₄)₃), которые обеспечивают более быструю кристаллизацию сульфата кальция из раствора и способствуют образованию зародышей гидратной фазы. При высокой кислотности среды (pH<4,0) возможна обратная дегидратация двуводного гипса до An II.