книги / Производство гипсовых вяжущих материалов из гипсосодержащих отходов

дальник 10 и расширительный бак поступает на ленточный ва^ куум-фильтр 11, фильтрат из которого через емкость 27 направ­ ляется для репульпации фосфогипса насосом 23 или на станцию нейтрализации, где ее нейтрализуют в два этапа: сначала известью до рН=3, затем после отделения выпавшего осадка осветленная часть обрабатывается раствором NaOH до рН=8, при этом в оса­ док выпадает дакальцийфосфат и частично трикальцийфосфат.

Такой способ нейтрализации промывных вод позволяет кон­ центрировать вымываемые из фосфогипса фториды и фосфаты, а также заметно снизить потери полезных компонентов. Осветлен­ ная жидкость (после отделения осадка фосфатов) подвергается деминерализации методом электродиализа. Получаемый при этом щелочной католит используют для нейтрализации промывочной воды, а кислый анолит направляют для промывки фосфогипса. Влажный полугидрат (8—10%) с ленточного фильтра конвейером 12 подается в сушилку 13, соединенную с топкой (29). Высушен­ ный материал осаждается в циклонах 14,15, далее конвейером 16 и элеватором 17 поступает далее в шаровую мельницу 18.

Готовый продукт пневмотранспортом 31 подается в силосный склад 19. Газы с тонкой, неулавливаемой циклоном пылью, по­ ступают в мокрый скруббер 36, орошаемый раствором метасили­ ката натрия для улавливания фтористых соединений. Суспензия, поступающая из скруббера в емкость 32, центробежным насосом 33 подается на ленту фильтра 34, из которого фильтрат возвра­ щается в емкость 32 для обогащения метасилликатом натрия. Твердая фаза с ленты фильтра направляется на сушку и смеши­ вается с вяжущим.

На опытно-промышленной технологической линии получен удельный съем 0,8 т/мЗ автоклава, что на 25% выше удельного съема оборудования технологической обжиговой линии строи­ тельного гипса. Как показали испытания опытных партий, полу­ чаемых из фосфогипса, вяжущее применимо для изготовления тех изделий, которые традиционно изготовляются на основе при­ родного гипсового сырья. В табл. 34 приведены составы и свойст­ ва некоторых изделий, изготовленных на основе вяжущего из

фосфогипса, качественные показатели которых полностью отве­ чают требованиям' существующих стандартов, а в ряде случаев значительно превосходят их.

Высокие качественные показатели изделий, изготовленных на основе вяжущего, полученного из фосфогипса в кислой среде, позволяют рекомендовать его для широкого внедрения в про­ мышленность строительных материалов вместо природного сырья.

3.2.ПОЛУЧЕНИЕ ВЯЖУЩЕГО ПОВЫШЕННОЙ ВОДОСТОЙКОСТИ ИЗ ФОСФОГИПСА

Сцелью расширения области применения вяжущего, получае­ мого из фосфогипса, и изготовления ограждающих гипсобетон­ ных изделий и других изделий, эксплуатируемых в условиях по­ вышенной влажности, получено вяжущее, которое в отличие от вяжущего, получаемого из фосфогипса по технологии, описанной

впредыдущей главе, имеет высокий коэффициент размягчения и получается в щелочной среде. Автоклавная обработка фосфогипса проводится в присутствии портландцемента или пуццолановой до­ бавки (трепел, опока, вулканический туф). Поэтому вяжущее со­ стоит не только из а-полугидрата, но и из продуктов взаимодейст-

Рис. 43. Схема переработки фосфогипса в вяжущее повышенной водо­ стойкости

вия исходных компонентов [3, 10, 20]. Указанный состав обеспе­ чивает вяжущему повышенную водостойкость с коэффициентом размягчения 0,6—0,8. В отличие от известного способа получения вяжущего в кислой среде получение водостойкого вяжущего осуществляется в щелочной среде и может быть выполнено дву­ мя способами.

Схема технологической линии производства по первому спосо­ б у приведена на рис. 43, она сходна с описанной для получения вяжущего в кислой среде, но имеются и существенные отличия.

В репульпатор 1 загружается фосфогипс, вода из теплообменника

идеминерализованный фильтрат после промывки фосфогипса для получения суспензии Ж:Т = 3:1, далее центробежным насосом 2 подается на дисковый вакуум-фильтр J, откуда фильтрат через ре­ сивер За поступает в промежуточную емкость 27, а твердая часть конвейером 4 перегружается в расходную емкость 5, в которую поступают дозируемые весовыми дозаторами 35 вода, портланд­ цемент в количестве 8—12% массы фосфогипса и трепел 4—6%,

хранящиеся в бункерах соответственно 20 и 21. В эту же емкость 5, обогреваемую паром и регистрами, из емкости 27 насосом 23 подается послеавтоклавный щелочной фильтрат для создания сус­ пензии Ж:Т = 1.

Суспензия, нагретая до 65—70°С, поршневым насосом 6 перетя­ гивается в автоклав-реактор 9. На основном трубопроводе уста­ новлен смеситель 7, куда из емкости 8 насосом 6а подается рас­ твор РКП — малеиновая кислота. Продолжительность гидротер­ мальной обработки суспензии в автоклаве 35—60 мин, причем она обеспечивается подачей нагретой до 65—70°С суспензии в верх­ нюю часть автоклава, где она перемешивается якорной мешалкой. При нижней разгрузке автоклава пульпа сравнительно медленно по спирали опускается вниз, проходя все зоны нагрева. Так обес­ печивается непрерывная работа автоклава, который обогревается также через рубашку и ’’острым” паром, поступающим в реак­ ционную зону в верхней части нижней трети автоклава.

а-полугидрат через регулировочный вентиль 24, теплообмен­ ник 10 и расширительный бак поступает на ленточный вакуумфильтр 11. Поскольку в щелочной среде остаточные фториды и фосфаты переходят в нерастворимые соединения, фильтрат имеет щелочную реакцию и может повторно использоваться для приго­ товления суспензии фосфогипса. а-полугидрат ленточным кон­ вейером 12 подается в сушилку 13. Пылевидные продукты сушки улавливаются циклонами 14. Высушенный продукт, твердая фа­ за, поступающая из циклонов, конвейером 16 и элеватором 17 через бункер 30 подаются в шаровую мелышщг 18. Готовая про­ дукция с удельной поверхностью 3,5—4 тыс. м^/г винтовым пнев­ монасосом направляется в силосный склад 19. Пыль от шаровой мельницы улавливается циклоном 32, рукавным фильтром 36 и конвейером направляется на смешение с продуктом.

Следовательно, схема технологической линии получения вяжу­ щего повышенной водостойкости по этому способу, отличается от прежней прежде всего отсутствием узла улавливания фтористых соединений, что значительно уменьшает объем сточных вод, под­ лежащих нейтрализации, а это в свою очередь снижает капиталь­ ные затраты на строительство цеха.

Второй способ получения из фосфогипса вяжущего повышен­ ной водостойкости осуществляется на этой же технологической линии, но отличается следующим: кислая суспензия, после про­ мывки фосфогипса нейтрализуется известью, а портландцемент и трепел вводятся в вяжущее во время его помола. Преимущество второго способа перед первым состоит в том, что производитель­ ность фильтров не снижается, не увеличивается расход топлива на сушку материала и не ограничивается количество добавляемого цемента, что позволяет получать вяжущее с более высоким коэф­ фициентом размягчения (0,7—0,9). Недостатком второго спосо­ ба являются более низкие (на 25—30%) прочностные показатели вяжущего по сравнению с вяжущим, получаемым по первому способу.

Следовательно, вопрос о выборе схемы производства вяжуще­ го зависит от назначения и экономической эффективности его

использования. Оба способа получения вяжущего проверены на опытной установке ВНИИСТРОМа. Качественные характеристики вяжущих повышенной водостойкости, полученные по первому и второму способу, приведены в табл. 35. Следует отметить, что первый способ рекомендован к внедрению на Уваровском хими­ ческом заводе, где построен цех по производству высокопрочного вяжущего из фосфогипса.

Т а б л и ц а 35. Показатели вяжущего, полученного различными способами

3.3. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЯЖУЩЕГО ПОВЫШЕННОЙ ВОДОСТОЙКОСТИ

Получаемое из фосфогипса вяжущее повышенной водостойкос­ ти позволяет применять его для изготовления изделий, эксплуати­ руемых в условиях повышенной влажности. Гипсокерамзитобетон на этом вяжущем обладает достаточной морозостойкостью, чтобы применять его в ограждающих конструкциях [18] и гипсо­ бетонных панелях для строительства одноэтажных жилых домов, рекомендованных к широкому внедрению в малоэтажном строи­ тельстве [14]. По предварительным данным, только в Нечерно­ земной полосе потребность в вяжущем повышенной водостой­ кости для малоэтажного строительства к 1987 г. составит более 2»5 млн. т. Это вяжущее послужило основой для получения гипсоНерлитовой сухой штукатурной смеси для машинного нанесения Мокрого штукатурного слоя [3]. Опытная партия смеси испытана в Минске с использованием машины СО-149, созданной Минским филиалом ВНИИ строительных машин и инструментов и рекомен­ дованной к внедрению [43]. По данным ЦНИИОМТП, потреб­ ность в штукатурных смесях составит в 1990 г. ~ 4 млн. т. С ис­ пользованием этого вяжущего разработан состав для изготовле­ ния стяжек полов под паркет и линолеум.

Предварительные испытания вяжущего повышенной водостой­ кости, получаемого из фосфогипса, выполненные институтом ВНИИУКРнефть, показали возможность использования его для Крепления скважин в районе вечной мерзлоты в качестве тампо­

нажного, потребность которого составит к 1990 г. не менее 500 тыс. т. Вяжущее повышенной водостойкости с положительным ре­ зультатом испытано на Хорошевском заводе ЖБИ при изготовле­ нии санитарно-технических кабин [10, 30]. Ориентировочный объем возможного использования вяжущего для их производства составит примерно 150 тыс. т. На основе этого вяжущего изготов­ лена партия гипсопесчаного кирпича, которая по всем показате­ лям, в том числе и по морозостойкости не уступает показателям силикатного кирпича, а по себестоимости ниже его. Общая потреб­ ность в высокопрочном вяжущем из фосфогипса, в том числе и вяжущем повышенной водостойкости, на перспективу показана в табл. 36.

Т а б л и ц а 36. Ориентировочная потребность в вяжущем из фосфогипса [9]

' Экономическая эффективность производства вяжущего из фосфогипса. Основными экономическими преимуществами производства гипсового вяжущего из фосфогипса является сни­ жение затрат на сырье, исключение затрат на складирование и хра­ нение фосфогипса, получение возможности организации непре­ рывного процесса производства, что в свою очередь позволит комплексно механизировать и автоматизировать производство вяжущего и достичь более высокого уровня производительности труда по сравнению с действующими заводами, перерабатывающи­ ми на вяжущее природное гипсовое сырье.

Производство вяжущего из фосфогипса на Уваровском хими­ ческом заводе (Тамбовская обл.), на котором производится для выброса и складирования 465 тыс. т фосфогипса, позволяет полу­ чить 360 тыс. т высококачественного вяжущего с экономическим эффектом свыше 2 млн. руб/год. В Тамбовской обл., а также и в других ближних областях нет гипсовых заводов, поэтому здесь постоянно ощущается острый дефицит в стеновых и перегородоч­ ных материалах. В связи с этим гипсовое вяжущее указанного за­ вода предполагается направить на производство стеновых блоков, перегородочных панелей и плит, что в значительной мере удовлет­ ворит потребность строительства в этом регионе.

Так, на таких передовых предприятиях, как Новомосковский гипсовый комбинат и комбинат’’Гипсобетон” (Московская обл.), использующих природное сырье, выработка на одного работающе­ го составляет 1500-2000 т/год. На проектируемом производстве вяжущего из фосфогипса среднегодовая выработка (согласно проекту) на одного работающего на Уваровском химическом за­ воде составит свыше 5000 т/год. В настоящих расчетах для сравне­ ния взяты данные по Новомосковскому комбинату, работающе­ му на собственном самом дешевом сырье и выпускающему строи­ тельный гипс самой низкой себестоимости. Сравнение себестои­ мости 1 т вяжущего, получаемого из фосфогипса Уваровского за­ вода и строительного гипса Новомосковского комбината, показы­ вает, что она находится на одном уровне и составляет около 5 руб/т. Нужно учитывать еще и то, что вяжущее из фосфогипса имеет более высокие прочностные показатели. Удельные капита­ ловложения на производство'1 т строительного гипса из природ­ ного сырья складываются из следующего: по нормативам удель­ ных капиталовложений при разработке проектов с пересчетом на мощность 360 тыс. т/год составляет 16,4 руб., а удельные капита­ ловложения на производство 1 м3 гипсового природного сырья при производительности 450 тыс. м^/год по нормативам для дробильно-сортировочных заводов на 1 т вяжущего 11,58 руб.

Таким образом, ориентировочно удельные капиталовложения на организацию производства 1 т строительного гипса из природ­ ного материала на заводе, работающем на собственном сырье, составляют: 16,5 руб/т + 11,58 руб/т = 28,08 руб/т. Ориентировоч­ ные удельные капиталовложения на организацию производства из фосфогипса высокопрочного гипсового вяжущего по техно­ логии ВНИИСТРОМа и ИОНХ АН Армянской ССР, рассчитанные по действующим сметным ценам и ценам на оборудование, сос­ тавляют для 1 т высокопрочного вяжущего из фосфогипса 23,1 руб.

Расчеты показывают, что условно-годовая экономическая эффективность при производстве высокопрочного вяжущего из фосфогипса на Уваровском химическом заводе достигает более 500 тыс. руб. Если же учесть, что со строительством цеха вяжу­ щего отпадает необходимость в затратах на выброс и складиро­ вание фосфогипса, составляющие свыше 5,3 руб/т, то общая экономическая эффективность цеха на этом заводе составит бо­ лее 2 млн. руб.

Экономическая эффективность организации производства вы­ сокопрочного вяжущего материала из обременительного отхода производства несомненна, она позволит высвободить из-под от­ ходов немалые площади культурных земель и решить вопросы защиты водоемов от загрязнений. Например, отвалы фосфогипса Череповецкого ПО ’’Аммофос”, где производятся фосфорная кислота и удобрения, занимают 250 га культурных земель.

ГИПРОХИМом разработано ТЭО возможного использования фосфогипса в народном хозяйстве и его экономическая эффек­ тивность (табл. 37). Как свидетельствуют данные, наиболее эф­ фективно использовать фосфогипс для производства высоко­ прочного вяжущего. Для удовлетворения выявленной потребнос­ ти в вяжущем, составляющем около 6,6 млн. т, необходимо пере­ рабатывать свыше 7 млн. т фосфогипса. Капиталовложения на строительство заводов составляют 130 млн. руб., а народнохозяй­ ственный эффект —43,8 млн. руб.

Т а б л и ц а 37. Экономическая эффективность использования фосфогипса в народном хозяйстве

Эффективность производства вяжущего повышенной водо­ стойкости из фосфопшса. Разработка технологии вяжущего по­ вышенной водостойкости позволяет существенно расширить об­ ласти применения изделий на основе гипсовых вяжущих. Это дает основание надеяться на возможность полного использования фос­ фогипса для производства полезного продукта.

Годовая потребность проектируемого цеха Уваровского хими­ ческого завода в материалах и энергоресурсах определялась на основании принятой проектной мощности и расходных коэффи­ циентов согласно технологической части проекта (табл. 38).

Та б л и ц а 38. Ориентировочная годовая потребность в сырье

иматериалах Уваровского завода

Для расчета эффективности производства высокопрочного вяжущего повышенной водостойкости из фосфогипса за основу была взята калькуляция себестоимости (ГЦПВ) гипсоцементнопуццоланового вяжущего (аналогичного назначения), выпускае­ мого комбинатом ’’Гипсобетон” из природного сырья Новомос­ ковского месторождения. Капитальные затраты на строительство технологического цеха по производству вяжущего повышенной водостойкости из фосфогипса составляют 8918 тыс. руб. Себе­ стоимости 1 т ГЦПВ: 8918/414 = 21,49 руб. и вяжущего повышен­ ной водостойкости из фосфогипса находятся приблизительно на одном уровне, т.е. 10,2 и 10,5 руб. Годовая экономическая эф­ фективность производства вяжущего повышенной водостойкости из фосфогипса составляет свыше 600 тыс. руб.

Как было отмечено, потребность в вяжущем повышенной водостойкости настолько велика, что ее можно удовлетворить лишь строительством большого числа предприятий с технологией, аналогичной технологии Уваровского химического завода.

Технология производства высокопрочных вяжущих перера­ боткой сырья в жидких средах с применением в первоначальном варианте РКП разрабатывалась ВНИИСТРОМом для природного гипсового сырья [39], но затем эта технология совместно с ИОНХ АН Армянской ССР была откорректирована применительно к пе­ реработке фосфогипса [2]. Она оказалась универсальной и позво­ ляет перерабатывать на высокопрочное вяжущее не только фосфогипс, но и другие гипсосодержащие отходы промышленности. Из природного низкосортного гипсового сырья эта технология дает возможность получать высокачественные вяжущие материа­ лы и поднять производство на более высокую техническую сту­ пень [50]. Особенно эффективна эта технология для переработ­ ки отхода борогипса, содержащего большое количество соедине­ ний бора в виде микровключений в кристаллы сульфата кальция.

Переработка на вяжущее гипсосодержащих отходов в кислой среде предусматривает полную перекристаллизацию сульфата кальция, а поэтому возникают условия, когда боратные частицы отделяются от сульфата кальция, разлагаются с переходом бор­ ной кислоты в жидкую фазу, из которой она и может быть эффек­ тивно извлечена. Это обстоятельство позволяет получать из бо­ рогипса не только высококачественное вяжущее, но и борную кислоту. В табл. 39.показаны результаты испытания вяжущих, по­ лученных гидротермальной обработкой различных сульфатных от­ ходов в кислой среде.

Двуокись кремния, содержавшаяся до 25% в борогипсе, как показали опытные работы,может быть использована для приго­ товления безобжигового гипсосиликатного вяжущего, которое получается смешением борогипса и извести с добавлением напол­ нителя. Из этой бетонной смеси формуют изделия, которые для набора прочности рекомендуется подвергать пропариванию [36].

Т а б л и ц а 39. Свойства вяжущих, полученных гидротермальной обработкой гипсосодержащих отходов в жидкой среде с РКП

ашаритовый

Данные табл. 43 подтверждают универсальность разработанной технологии. Она обеспечивает возможность производства для строительных целей высококачественных вяжущих из гипсосодер­ жащих отходов химических производств по себестоимости, не превышающей себестоимости строительного гипса, получаемого на гипсовых заводах из природного сырья. Прочностные показа­ тели вяжущего из отходов промышленности, более чем в 3 раза превышающие эти показатели строительного гипса, позволяют производить на их основе изделия высокого качества.

Развитие производства высокопрочных вяжущих решает проблему повышения эффективности использования природных ресурсов и попутного сырья с одновременным сохранением окру­ жающей среды, что имеет важное значение для народного хозяй­ ства страны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.с. 177319 СССР, МКИЗ с 04 В 11/02. Способ получения гипса / П.Ф. Гордашевский (СССР) // Открытая. Изобретения. - 1 9 6 5 .-№ 2 4 .- С . 25.

2. А.с. 307075 СССР, МКИЗ С 04 В 11/02. Способ получения гипса / П.Ф. Гордашевский, Г.О. Григорян, Е.И. Золотарская (СССР) II Открытия. Изобретения. — 1971. — № 20. - С. 24.

3. А.с. 745879 СССР, МКИ^ С 04 В 11/02. Способ получения вяжущего / П.Ф. Гордашевский, В.В. Иваницкий, В.П. Плетнев (СССР) И Открытия. Изобретения. - 1980. - № 25. — С. 22.

4. А.с. 400547 СССР, МКИЗ С 04 В 11/02. Способ производст­ ва гипсовых вяжущих веществ / Ю.Г. Мещеряков, П.И. Боженов, Г.Г. Дреганов (СССР) // Открытая. Изобретения. - 1973. -

№40 .- С . 25.

5.Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. Фосфогипс: Исследование, применение. —Ташкент, 1980. — 156 с.

6.Богданович Г.Н. Силикатные и гипсовые материалы. — Киев. - 1964.- С . 24.