Производство водостойких вяжущих веществ из гипсосодержащих отходов

Автор: Е. Г. Демченко, С. А. Завьялов, Н. И. Беломеря
Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей XXIII всеукраїнської наукової конференції аспірантів і студентів — Донецьк, ДонНТУ — 2013, Том 2, с. 202–203.

Основным источником сырья для производства гипсовых материалов и изделий являются природные месторождения гипса и ангидрита, а также в небольшой степени месторождения гипсосодержащих пород. Но в связи с возрастанием мирового потребления материалов на основании гипсовых вяжущих, увеличилось количество гипсосодержащих отходов, следовательно, возросла потребность в их переработке. Поэтому, в качестве перспективного сырья для получения гипсовых вяжущих материалов следует рассматривать гипсосодержащие отходы производств. Наиболее эффективным путем расширения объемов утилизации гипсосодержащих отходов является получение на их основе водостойких гипсовых вяжущих.

Нами изучены различные способы производства водостойких гипсовых вяжущих с использованием гипсосодержащих отходов в виде фосфогипса. При этом определились два направления:

• производство водостойких фосфогипсовых вяжущих с использованием — или β–модификаций полугидрата сульфата кальция, получаемых из фосфогипса с помощью различных видов тепловой обработки в щелочной среде;
• производство водостойких фосфогипсовых вяжущих с одновременным производством изделий, минуя тепловую обработку фосфогипса.

По первому направлению выделили два основных способа получения водостойких вяжущих:

• традиционный способ получения гипсоцементно-пуццолановых вяжущих, заключающийся в тщательном смешивании α– или β–модификаций полугидрата сульфата кальция, полученных из фосфогипса в щелочной среде с портландцементом и активной минеральной добавкой в определенном соотношении;
• способ, по которому сырьевую смесь, состоящую из фосфогипса, портландцемента и минеральной добавки (или пуццоланового портландцемента) подвергают гидротермальной обработке в щелочной среде под давлением. Сырьевая смесь готовится смешиванием фосфогипса и гидравлических добавок с водой до соотношения Ж: Т = 1:1. Затем приготовленная смесь поступает в реактор-автоклав для гидротермальной обработки и в процессе смешивания, а также гидротермальной обработки фосфорнокислые примеси нейтрализуются гидроксидом кальция, поэтому материал имеет щелочную реакцию. После автоклавной обработки смесь фильтруют, сушат и измельчают.

Рассмотренные способы производства водостойких гипсовых вяжущих с использованием фосфогипсовых отходов, по первому направлению, могут быть широко распространены на производство аналогичных вяжущих.

Подтвердили способ производства ангидритового вяжущего повышенной водостойкости из фосфогипса. Это вяжущее получали обжигом при температуре 900-1000 °С трехкомпонентной сырьевой смеси, состоящей из 90-95 мас.% фосфогипса, фтор- и кальцийсодержащих добавок.

Фосфогипс не подвергали предварительной очистке от примесей, на стадии приготовления сырьевого шлама происходит нейтрализация кислотных примесей фосфогипса путем их взаимодействия с Са(ОН)₂ или СаСО₃. При этом образуются нерастворимые фосфаты кальция.

Дозирование сырьевых компонентов осуществляется так, чтобы сырьевой шлам содержал CaF₂ (в пересчете на F) 1,0-1,5 мас.%; отношение Т: Ж= 1,5:2,а также рН сырьевого шлама составляет 10-11. Технологическая схема по данному способу приведена на рис.

Рисунок – Технологическая схема производства ангидритового вяжущего повышенной водостойкости из фосфогипса: 1 – репульпатор; 2 – шламбассейн; 3 – насос; 4 – вращающаяся печь (3,6×100 м); 5 – циклон; 6 – электрофильтр; 7 – абсорбер; 8 – молотковая дробилка; 9 – бункер; 10 – шаровая мельница; 11 – пневмонасос; 12 – силос.

Согласно этой схеме сырьевые материалы подают в репульпатор 1, где тщательно перемешивают, затем сырьевой шлам перекачивается в шлам бассейн 2, откуда насосом 3 подаётся во вращающуюся печь 4, работающую в режиме противотока. Отходящие из печи газы очищаются в циклоне 5 и электрофильтре 6, а уловленная пыль возвращается в печь. Обеспыленные газы пропускаются через абсорбер 7. Полученный в результате спекания ангидритовый клинкер дробят в молотковой дробилке 5 и затем через расходный бункер 9 направляется на помол в шаровую мельницу 10. Измельченное ангидритовое вяжущее пневмонасосом 11 перекачивается в силос готового продукта 12.

Полученное вяжущее имеет следующие строительно-технические свойства: нормальная густота 22-26 %; сроки схватывания (в тесте нормальной густоты): начало — не ранее 10 мин, конец — не позднее 90 мин; предел прочности: при сжатии 40–45 МПа, при изгибе 10–15 МПа на 28 сутки воздушно-влажного твердения; коэффициент водостойкости &mdash 0,8–0,9.

Описанные выше способы производства водостойких фосфогипсовых вяжущих, хотя и обеспечивают высокое качество этим вяжущим, в ряде случаев могут оказаться не конкурентноспособными по стоимости с аналогичными вяжущими из природного сырья. Для повышения водостойкости гипсовых вяжущих необходимо ввести активные добавки (трепел, золу и т. д.) в количестве 20–40 % по массе смеси всех компонентов. Получаемые этим способом вяжущие имеют марку Г-5 — Г-7.

Список источников

1. Вяжущие материалы / А. А. Пащенко, В. П. Сербин, Е. А. Старчевская. – К.: Вища школа, 1993. – 440 с.
2. Справочник по производству гипса и гипсовых изделий / Под ред. К. А. Зубарева. – М.: ЮНИТИ, 1995. – 464 с.
3. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение) / Под ред. А. В. Ферронской. – М.: Издательство АСВ, 2004. – 488 с.