книги / Фосфогипс и его использование

сом 4 под давлением через форсунку 6 впрыскивают во вращающуюся печь 8, работающую в режиме противотока. В печи происходят сушка, затем дегидра­ тация фосфогипса, диссоциация карбоната кальция и спекание материала при 850—880 °С, который из печи поступает в приемный бункер 14. Отходящие газы очищают в циклоне 3 и электрофильтре 5, а уловленную пыль вновь возвра­ щают в печь 8.

Обожженный материал подвергают грубому помолу (дроблению) в мо­ лотковой дробилке 13, а затем через расходный бункер направляют в шаровую мельницу 12. Воздух из бункера и от аспирации мельницы очищается в си­

Основные проектные технико-экономические показатели

* По нашим данным затраты топлива выше (см. рис. 3-3).

** В числителе — для вяжущего с добавкой фтористых солей, в знаменателе — алунитовой породы.

3.5. ПРОИЗВОДСТВО ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ ИЗ ФОСФОПОЛУГИДРАТА

Фосфополугидрат сульфата кальция по содержанию основного вещества (a-форма), водопотребности, плотности и ряду дру­ гих показателей соответствует автоклавным (высокопрочным) гипсовым вяжущим марок Г-10—Г-19 по ГОСТ 125—79. Одна­ ко вследствие особенностей условий получения (концентрация раствора фосфорной кислоты и содержание примесей), в отли­ чие от автоклавных вяжущих из природного сырья и фосфогип­ са, в исходном виде фосфополугидрат практически не обладает вяжущими свойствами.

Установлено (рис. 3-30), что причиной недостаточных вяжущих свойств являются пониженная скорость растворения и растворимость фосфополугидрата {23Г|.

Низкая гпдратацнонная активность фосфополугндрата сульфата кальция объясняется [231] образованием на поверхности кристаллов пассивирующих пленок и изменением кристаллохнмическпх характеристик полугидрата в ре­ зультате внедрения примесей. При растворении в большом количестве дистил-

Рис. 3-30.

С Са504 ’ 2 / Л £ c a S 0 4 -0,5H 20>% Кинетика гидратации и изменения концентрации C aS04 при твердении различных видов полугидрата сульфа­ та кальция:

/ — полугидрат а-модификацни из природ­

ные линии — изменение концентрации CaS04, растворенного в жидкой фазе сус­ пензии

лированной воды на месте кристаллов фосфополугидрата остается полупроз­ рачная нерастворившаяся часть, которая полностью сохраняет форму исходного кристалла, хотя составляет от 3,7 до 4,4% от массы исходного фосфополу­ гидрата. Эта часть является как бы каркасом (скелетом) исходного кристалла, внутри которого располагается полугидрат сульфата кальция. Химический состав нерастворившейся части фосфополугидрата различных предприятий: 7,42— 12,8% СаО; 2,41—6,25% S 0 3; 3,55—5,81% F; 14,49—21,18% Р20 5; 13,21— 15,78% РЗМ; 9,76— 16,07% Н20; 6,66— 17,70% остатка, нерастворимого в со­ ляной кислоте.

Сделан вывод о том, что не растворившаяся в воде часть фосфополугид­ рата не механическая примесь, а содержит в своем составе активные соединения, оказывающие существенное влияние на его гидратацию. Образование каркаса

тверждается другими исследователями [249, 251, 252].

Основные работы по использованию фосфополугидрата для получения гип­ совых вяжущих ведутся в трех направлениях:

гидратация до гипса и получение качественного сырья для производства автоклавных и обжиговых вяжущих;

активация с сушкой и получением гипсовых вяжущих или использование во влажном состоянии для изготовления изделий или гранул и брикетов для цементной промышленности;

обжиг до ангидрита с введением активаторов твердения и других добавок. Гидратацию фосфополугидрата (до гипса) можно проводить в виде сус­ пензии или при его естественной влажности. Гидратация в суспензии позволяет получить более «очищенное» сырье и соответственно вяжущее более высокого качества [2311. Недостатком данного способа является высокая влажность полученного сырья, что имеет большое значение при его переработке обжиго­ вым способом. При производстве из полученного гипса автоклавных вяжущих его влажность не имеет значения ;[173]. Для производства обжиговых вяжу­ щих более предпочтительна гидратация фосфополугидрата с естественной влажностью. Это обеспечивает сравнительно невысокую влажность сырья (при­

мерно 5— 10%) и соответственно низкий расход топлива при обжиге.

На основе фосфополугидрата получены различные виды вяжущих, пока­ затели свойств которых не уступают показателям свойств вяжущих из природ­ ного гипсового камня I и II сортов (содержание гипса соответственно не ме­ нее 95 и 90%). Данные зарубежных фирм также подтверждают чистоту полу­ чаемого этим способом сырья и качество вяжущих на его основе [пат. 1950658 ФРГ, 1977; 164]. Такой вариант утилизации фосфополугидрата, на наш взгляд, является практически единственным перспективным вариантом, по­

скольку он в наибольшей степени обеспечивает стабильность и высокое каче­ ство готового продукта. Однако наиболее «привлекательным» с экономической точки зрения является второе направление, т. е. непосредственное получение изделий из влажного фосфополугидрата или его сушка и получение порошко­ образного вяжущего. Именно этим можно объяснить наибольшее число работ в этом направлении [164, 231, 246—251].

На основе фосфополугидрата Винницкого химкомбината им. Я. М. Сверд­ лова разработана технология вяжущего, основанная на снижении пассиви­ рующего действия пленок механической обработкой и нейтрализацией кислых примесей [231]. Получено гипсовое вяжущее, соответствующее требованиям нормативных документов.

Работами УПИ им. С. М. Кирова показана возможность получения вяжу­ щего в процессе сушки фосфополугидрата с последующим введением актива­ торов твердения, в качестве которых рекомендуются различные фтористые со­ ли. Лучшие результаты получены при введении кремнефтористоводородной

количества вводимой кислоты. При содержании кислоты 0,4% (в пересчете на фтор) интервал минимальный, а при более высоком— увеличивается [246]. Активирующее действие добавки разработчики объясняют образованием кол­ лоидного фторида кальция, который способствует гетерогенному зарождению кристаллов гипса. На наш взгляд, такое объяснение нельзя считать полным, так как из данных рис. 3-30 следует, что лимитирующей стадией при тверде­ нии фосфополугидрата является скорость его растворения.

По данным ЛИСИ, нейтрализация фосфополугидрата различными щелоч­ ными добавками в сочетании с механической обработкой в бегунах позволяет без сушки фосфополугидрата получить смеси, из которых методом прессова­ ния можно изготавливать различные виды изделий [24, 250]. Данный способ рекомендован для внедрения на Волховском алюминиевом заводе.

Гипрохиму фирмой «Ргауоп» (Бельгия) передана проба фосфополугидрата, полученного при производстве экстракционной фосфорной кислоты дигидрат- но-полугидратным способом, который обладает вяжущими свойствами. По результатам испытаний, выполненных во ВНИИстроме, этот материал имеет следующие показатели свойств:

Третье направление, т. е. обжиг фосфополугидрата до ангидрита, описано в предыдущем разделе.

Однако, несмотря на простоту большинства способов и неплохие (по ли­ тературным данным) показатели свойств, ни одно из предложений не реализо­ вано даже в постоянно действующих опытных установках. По мнению автора, в настоящее время отсутствует необходимая для внедрения стабильность и воспроизводимость технологических параметров и показателей свойств вяжу­ щих и изделий, так как они в решающей степени определяются свойствами фосфополугидрата, «заложенными» при его образовании.

Из ориентировочного технико-экономического анализа опи­ санных направлений использования фосфополугидрата в строи­ тельстве следует, что при условии положительного решения еще имеющихся вопросов, наиболее перспективным является его непосредственное (без обжига, гидратации, дегидратации и т. п.)

использование для изготовления строительных изделий и гра­ нул или брикетов для цементной промышленности на месте об­ разования, а также получение путем сушки и помола порошко­ образного вяжущего, использование которого возможно в дру­ гом месте. Причем успех может быть обеспечен только при ус­ ловии комплексного подхода к проблеме, заключающегося в том, что полугидратный процесс экстракции фосфорной кис­ лоты должен рассматриваться как процесс, предназначенный

втом числе для получения фосфополугидрата со свойствами, необходимыми для его успешного последующего использования

впроизводстве гипсовых вяжущих или строительных изделий.

Некомплексный подход к использованию сырья привел к тому, что усилия специалистов по производству ЭФК ранее были направлены на получение пас­ сивированного фосфополугидрата, «удобного» для транспортирования в отва­ лы, а специалистов по строительным материалам — на его активацию. Послед­ нее, по мнению автора, проще и целесообразнее осуществить в процессе кри­ сталлизации полугидрата, что возможно только при совместных исследованиях и заинтересованности в конечном результате (получение ЭФК и вяжущего или изделий) обеих сторон. При таком подходе не исключена целесообразность двухстадийного (дигидратно-полугидратного) процесса получения ЭФК (см. гл. 1).

3.6. НОМЕНКЛАТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

По виду и назначению гипсовые материалы подразделяют на сухие смеси заводского изготовления, перегородочные, листовые, стеновые и отделочные изделия.

Сухие смеси заводского изготовления. Такие смеси предназначены для вы­ полнения различных видов работ в строительстве. Обязательным условием их успешного применения является тщательное смешение в заводских условиях всех компонентов смеси с тем, чтобы на строительной площадке ввести в них

(«мокрой» штукатурки) внутренних поверхностей стен, а также потолков и пе­

Кроме того, при нанесении на оштукатуриваемую поверхность смеси долж­ ны обладать способностью заглаживаться металлическим инструментом и нс растрескиваться.

Для придания необходимых свойств в смеси необходимо вводить водо­ удерживающую добавку (высокомолекулярные полимеры: метилцеллюлозу, полиоксиэтилцеллюлозу и др.). В зависимости от вида вяжущего необходимо применение замедлителей (для гипсовых) или, наоборот, ускорителей (для ан­

гидритовых) вяжущих. Смеси, с одной стороны, должны иметь замедленное начало твердения, а с другой — приобретать через 2—3 ч достаточную проч­ ность.

Г и п с о в ы е с м е с и д л я у с т р о й с т в а с а м о н и в е л и р у ю щ и х с я с т я ж е к и о с н о в а н и й п о л о в предназначены для выравнивания и прида­ ния требуемой тепло- и звукоизоляции конструкции перекрытия различных

Дополнительным требованием является прочность верхнего поверхностного слоя и отсутствие «высолов», что является причиной недостаточной приклейки материалов к стяжке. Весь комплекс свойств и соответственно качество стяжки обеспечиваются несколькими условиями: применением вяжущих с высокой прочностью и соответственно низкой стандартной (ГОСТ 125—79) водопотребностью; наличием добавок-разжижителей, снижающих водопотребность и при­ дающих массе тиксотропные свойства, что предотвращает водоотделение и ослабление поверхностного слоя и быстроту высыхания стяжек. Смеси могут

швов, дефектов и неровностей поверхностей. В зависимости от конкретного назначения требуемые свойства меняются в широких пределах. Обязательным

шахтах в зависимости от назначения должны удовлетворять следующим тре­ бованиям:

В каждом конкретном случае применения предъявляются дополнительные требования по водостойкости, быстроте твердения и другим показателям.

Технология производства сухих смесей сводится к хранению, подаче, дози­ рованию и перемешиванию исходных порошкообразных компонентов. Как пра­ вило, используют периодическое дозирование и смешение исходных компонен­ тов, что обеспечивает более точный состав и стабильность свойств смесей. При отсутствии добавок с необходимыми свойствами возможна их предварительная подготовка (сушка, помол и т. п.). Смеси отгружают в мешках или контей­ нерах.

Перегородочные изделия. Изделия предназначены для устройства ненесущих перегородок в зданиях различного назначения с сухим, нормальным, влажным и мокрым режимом помещений по СНиП-3—79.

Рис. 3-31.

Технологическая схема изготовления гипсобетонных перегородочных панелей способом проката:

/ — передаточная тележка; 2 — вагонетка; 3 —тельфер; 4 — опрокидыватель; 5 — венти­ лятор; 5 — емкости; 7 — обгонный ленточный конвейер; 3 — сушилка; 9 — скребковый кон­

ный конвейер для деревянных каркасов; 17 — кран; 18 — панелевоз

Рис. 3-32.

Технологическая схема производства гипсовых перегородочных плит на стен­ довой установке:

/ — силос; 2 — винтовой конвейер; 3 —дозатор воды; 4 — дозатор вяжущего; 5 — мешалка;

Панели имеют деревянный каркас, их изготовляют из гипсобетона с ис­ пользованием только нормально и быстротвердеющих вяжущих (ГОСТ 125— 79), так как кантование панелей и их перенос на сушильные вагонетки произ­ водят уже через 7—20 мин после формования. Гипсобетон содержит мелкий заполнитель (песок, шлак, мелкую фракцию гипсового камня и др.) и компо­ нент для армирования (преимущественно опилки). Расход материалов на 1 м2 панели толщиной 80 мм в среднем составляет:

скают двух типов — пазогребневые и пазовые. Плиты формуют на стендовых кассетных установках (рис. 3-32) или карусельных машинах. Наиболее прог­ рессивным типом являются формы с жесткими вертикальными стенками, изде­ лия из которых извлекают выталкиванием (выпрессованием) гидравлическими толкателями. Это обеспечивает необходимую точность геометрических разме­ ров плит.

Высокая точность геометрических размеров (отклонение размеров по тол­ щине не более ±0,5 мм) и наличие пазогребневого замка по периметру плиты позволяют производить сборку перегородок на тонком (до 1 мм) слое гипсо­ вого клея.

П а н е л и п о л о с о в ы е п е р е г о р о д о ч н ы е (временные ТУ) изготав­ ливают экструзионным или литьевым способом. Они должны отвечать следую­ щим требованиям:

Листовые изделия. Эти изделия предназначены для отделки стен, потол­ ков, колонн, устройства полов, перегородок и других конструкций в зданиях различного назначения, а также для изготовления декоративных и звукопогло­ щающих изделий.

Г и п с о к а р т о н н ы е л и с т ы (ГКЛ) представляют собой конструкцию из гипсового сердечника и картона, которым облицованы все плоскости ГКЛ, за исключением торцевых. Благодаря прочному сцеплению картона и сердеч­ ника, при небольшой толщине ГКЛ имеют высокий предел прочности на изгиб и ряд других свойств, делающих их незаменимыми при выполнении различных работ в строительстве. ГКЛ выпускают на высокомеханизированных конвейер­ ных линиях с годовой мощностью до 15 млн. м2 (за рубежом — до 25 млн. м*). Скорость формования листов достигает 50—60 м/мин. Технологическая схема производства ГКЛ приведена на рис. 3-33.

Гипсовый сердечник изготавляют из пеногипсового раствора и армируют для повышения ударной прочности рубленым стекловолокном или распущен­ ной бумажной макулатурой. Расход нормально и быстротвердеющего гипсо­ вого вяжущего на 1 м2 листа толщиной 10 мм — около 7 кг, стекловолокна

и оттаивания. Долговечность обеспечивается применением водо- и морозостойких композиционных вяжущих и (или) наружной защитой конструкций стен другими материалами или изделиями (декоративно-защитная отделка водо- и морозостойкими составами, защита асбестоцементными, полимерными и дру­ гими листовыми изделиями и т. п.). Для всех видов стеновых изделий морозо­ стойкость (сохранение прочности и массы при периодических циклах замо­ раживания и оттаивания во влажном состоянии) в зависимости от вида зданий и конструкции стены должно быть не менее 15, 25 и 35 циклов. Соответственно, для изготовления этих изделий наиболее целесообразно применение компози­ ционных гипсовых вяжущих.

К а м н и б е т о н н ы е с т е н о в ы е на г и п с о в о м в я ж у щ е м изго­ товляют преимущественно по литьевой технологии на карусельных машинах мощностью около 20 млн. штук условного кирпича в год (условный кирпич имеет размеры 250X 120X 65 мм). Для их изготовления применяют местные заполнители (шлак, песок, опилки, золы и др.) или только чистое вяжущее.

В соответствии с ГОСТ 6133—83 и другой нормативно-технической доку­ ментацией камни должны удовлетворять следующим требованиям:

сплошными с легкими заполнителем (керамзит) или пустотелыми с последую­ щим заполнением пустот местными легкими материалами. При изготовлении керамзитобетонных блоков и панелей можно использовать типовые бетонные узлы для аналогичных изделий на основе цемента. Однако в отличие от послед­ них для гипсобетонных изделий отпадает необходимость длительной тепловой обработки паром, так как требуемая распалубочная прочность приобретается

вестественных условиях за 0,5—3,0 ч.

Всоответствии с нормативными документами блоки и панели должны отвечать следующим требованиям:

специальных формовочных машин. Они представляют собой монолитный «кол­ пак», включающий наружные стены, перегородки и перекрытие (покрытие). После формования их полностью отделывают и оснащают необходимыми эле­ ментами (санитарно-техническое оборудование, оконные блоки, электропровод­ ка и т. п.) в заводских условиях.