Переработка фосфогипсов полученных из фосфоритов Каратау на термофосфогипсовый спек и сернистый газ

ПЕРЕРАБОТКА ФОСФОГИПСОВ ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ФОСФОРИТОВ КАРАТАУ НА ТЕРМОФОСФОГИПСОВЫЙ СПЕК

И СЕРНИСТЫЙ ГАЗ Атакузиев Темир Азимович, д.т.н., профессор Шамуратова Шахида Мирсагатовна, к.т.н., доцент Мамажанова Лола Анваровна, ст. преподователь

Ташкентский химико-теxнологический институт (ТХТИ), Узбекистан

В статье Показано возможность синтеза белитового активированного спека с одновременном получением сернистого газа (SO2) при относительно низких температурах 1200-1300°С. Активированный спек при добавление к клинкеру и при помоле до 20% повышает прочность портландцемента до 20%.

Ключевые слова: сырьевые материалы, фосфогипс, шлаки, термофос-фогипсовых спек, двухкальциевый силикат, охлаждения, химический состав.

Для проведения исследования в качестве сырьевых материалов использовались: фосфогипс Алмалыкского химического завода, в качестве кре-неземсодержащего компонента - отход Алмалыкского горнометаллургического комбината и уголь Ангренского разреза.

Подготовка сырьевых материалов для лабораторных исследований осуществлялась следующим образом:

Предварительно высушенные сырьевые материалы измельчались в лабораторной шаровой мельнице до полного прохождения через сито 008. Отбор средних проб производился согласно ГОСТа 3477-81. Химический анализ сырьевых материалов и смесей, продуктов обжига производились согласно ГОСТу 5382-73. Химический анализ сырьевых материалов приведен в таблице 1.

Таблица

Химический состав сырьевых материалов, %

№ Материал SiÜ2 AI2O3 Fe2Ü3 CaÜ MgÜ SO3 P2O5 Пр ШШ Сум ма

1. Фосфо-гипс-1 7,17 0,18 0,18 30,70 0,20 42,64 0,10 0,46 18,17 100,0

2 Фосфо-гипс-2 14,80 0,27 0,24 26.64 0,11 36,52 1,18 0,22 20,02 100,0

3 Каолиновая глина 59,57 25,49 1,52 0,60 0,61 0,20 0,95 10,59 100,0

4 Хвосты 59,50 13,88 4,69 2,45 2,82 1,35 - 5,48 9,83 100,0

5 Шлаки АГМК 29,84 6,51 37,33 1,73 0,44 0,83 23,32 100,0

С помощью рентгенофазовых анализов выявлены фазовые составы сырьевых материалов. По фазовому составу фосфогипс Алмалыкского химического завода представлен в основном двуводным гипсом (ё =7,4;, 4,29; 3,06; 2,86;2,66; 2,54; 2,215; 1,899; и 1,884 А0) и содержит кремнезем (ё=3,34;2,28 А0), а каолинитовая глина - каолинит (ё=7,22; 4,36; 4,26; 3,85; 3,56; 3,35; 2,56 и 2,46А0). Известняк Ахангаранского месторождения характеризуется в основном кальцитом (ё=3,86; 3,03; 2,50; 2,29; 2,09; 1,905 и 1,874 А0) (рис.1).

Рисунок 1 - Рентгенограммы каолинитовой глины (а), известняка (б) и фосфогипса (в).

Для составления сырьевых смесей, из предварительно подготовленных материалов, отвешивались компоненты в соответствии с произведенным расчетом. Расчет сырьевых смесей производился согласно методике (1). Сырьевые смеси в соответствующих пропорциях тщательно перемешивали в лабораторной шаровой мельнице. Затем смешивали небольшим количеством дистиллированной воды до тестообразного состояния и готовили шарики диаметром 10-20 мм или призмы, которые высушили при температуре 150-2000С в течение двух часов и обжигали. Продукт обжига измельчали до полного прохождения через сито 008. Изменение соотношения компонентов в зависимости от КН приведены в таблице 2. Химический состав сырьевых смесей приведен в таблицах 3.

Таблица 2 - Изменение соотношения компонентов в зависимости от КН

Номер смеси КН Кол-во углерода, % Количество компонентов

фосфогипс каолин шлаки

1 0,50 2,94 96,87 4,13 -

2 0,33 3,16 85,75 14,25 -

3 0,67 4,40 96,52 9,48 -

4 0,50 4,11 98,32 1,68 -

5 0,33 3,68 96,71 3,19 -

6 0,67 - 99,64 0,36 -

7 0,50 - 99,18 0,82 -

8 0,33 - 98,50 1,50 -

9 0,50 3,59 86,98 - 13,02

10 0,33 3,31 77,47 - 22,53

Таблица 3 - Химический состав сырьевых смесей,%

Номера шихты 1 8102 Ге203 М2О3 СаО М§0 80э Р2О5 Пр шш Сумма

16,65 0,43 0,83 25,64 0,22 0,15 1,13 0,44 54,52 100,0

2 21,18 0,87 2,21 23,19 0,49 0,43 1,01 0,97 49,65 100

3 14,98 0,51 1,34 30,31 0,13 0,26 0,62 0,29 51,53 100,0

4 17,78 0,57 3,03 28,34 0,19 0,69 0,58 0,53 48,45 100,0

5 21,82 0,65 5,47 25,50 0,28 1,25 0,53 0,40 44,07 100,0

6 14,75 1,04 1,34 30,24 0,09 0,18 0,61 0,52 51,21 100,0

7 16,93 1,98 2,87 28,34 0,08 0,42 0,57 0,93 47,86 100,0

8 20,06 3,31 5,08 25,62 0,07 0,78 0,49 1,51 43,05 100,0

9 15,57 5,27 1,20 27,52 0,08 0,05 0,56 0,10 47,60 100,0

10 15,98 6,19 1,35 26,78 0,08 0,06 0,55 0,13 46,91 100,0

При исследовании возможности получения термофосфогипсовых спеков и сернистого газа нами были использованы Ангренская каолинитовая глина, шлаки и флотационные хвосты Алмалыкского горнометаллургического комбината. В зависимости от КН и от вида алюмосили-катного материала химический состав продуктов обжига менялся. Как видно из таблицы 3 содержание оксида кальция меняется от 23,19 до 30,24%. А оксид алюминия от 0,83 до 5,47% и двуокись кремния от 14,95 до 21,81%. Эти факторы способствуют образованию термофосфогипсовых спеков разного минералогического состава. Изменение минералогического состава продуктов обжига также влияет на активность портландцемента. Исследование показали, что с повышением содержания двух кальциевого силиката в термофосфогипсовых спеках активность цемента увеличивается. Наличие в спеках окиси алюминия говорить, что в продуктах обжига имеются алюминаты кальция, которые обладают хорошими вяжущими свойствами (табл 4).

Таблица 4 - Химический состав продуктов обжига

№ 8102 А1203 Бе203 СаО Mg0 803 Р205 Пр Сумма

1 36,61 1,83 0,95 56,38 0,48 0,33 2,48 0,94 100

2 42,07 4,39 1,73 46,06 0,97 0,85 2,01 1,93 100

3 30,00 2,76 1,05 63,53 0,27 0,55 1,29 0,60 100

4 34,40 5,88 1,10 54,98 0,37 0,35 1,15 1,13 100

5 39,01 9,78 1,16 45,60 0,51 2,23 0,94 0,73 100

6 30,24 2,73 2,14 61,99 1,95 0,36 1,27 1,05 100

7 32,48 5,52 3,79 54,35 0,17 0,81 1,09 1,77 100

8 35,23 8,93 5,92 44,99 0,13 1,36 0,86 2,65 100

9 29,72 2,30 10,07 52,53 0,16 0,11 1,07 0,20 100

10 30,10 2,55 11,67 50,45 0,15 0,12 1,03 0,24 100

Применение шлаков и хвостов АГМК в качестве второго компонента способствует полному разложению сульфата кальция (фосфогипса). Это объясняется тем, что в этих материалах содержание составляет оксидов железа 0,9, 11, 7 алюминия 1,1; 11,7 и кремния 29,8; 42,5 соответственно.

В зависимости от времени нахождения материала при высоких температурах, а также скорости охлаждения его кристаллы имеют различные размеры. Кристаллическая структура клинкера сушественно влияет на свойства термофосфогипсовых спеков. Установлено, что мелкокристаллическая структура продуктов обжига влияет на свойства цемента при введении спеков в цемент. Существенное значение в связи с этим имеет скорость охлаждения, а также начальная температура материала, поступающего на охлаждение.

Охлаждение нагретого материала с большой скоростью с целью фиксации в нем высокотемпературных превращений минералогического состава и микроструктуры. Охлаждение целесообразно в том случае, когда высокотемпературное состояние неравновесное и его необходимо сохранить при нормальных условиях.

Термофосфогипсовые спеки, полученные при относительно низких температурах, поступают на охлаждения с более низкой начальной температурой, поэтому роль охлаждения в этом случае остается неясной.

Учитывая изложенное, мы изучали влияние режима охлаждения на свойства продуктов обжига, полученных обжигом сырьевых смесей при температурах 1150, 1200 и 12500С. Сырьевые смеси готовили из фосфо-гипса, каолина, шлаков и хвостов Алмалыкского горно-металлургического комбината с разным содержанием восстановителя. При охлаждении тер-мофосфогипсовых спеков часть расплава переохлаждается и затвердевает в стекло.

Результаты химического и рентгенофазового анализа показали, что основным минералом термофосфогипсовых спеков является двух кальциевый силикат. Известно, что образцы а-2СаО " БЮг , стабилизированные

Na2O и Fe2O3, при медленном охлаждении до 1160-11800С и последующей резкой охлаждения частично переходит в в- модификацию, что сопровождалось выпадением избытка растворенного вещества в виде мелких цепочек.

Медленное охлаждение до более низких температур приводило к полному исчезновению высокотемпературной формы и образованию характерных кристаллов белита.

При быстром охлаждении большое количество MgO переходит в стекловидную фазу либо остается в микрокристаллическом состоянии. При медленном охлаждении кристаллы MgO достигают размеров 20-120 мкм.

Список литературы

1. Атакузиев Т.А., Мамажанова Л.А. Синтез и твердение модифицированных оксидами цветных металлов сульфоалюмината кальция//Химическая технология контроль и управление. Международный научно-технический журнал, №3, 2012. —С .1114.

2. Атакузиев Т.А., Зайнитдинова Б.З., Хакимова Г.Н., Мамажанова Л.А. Синтез сульфат содержащих цементов на основе фосфогипса по малоэнергоемкой технологии// Materials of the IV international scientific conference "Ecological education and ecological culture of the population", Prague, 2016.

Atakuziev Temir Azimovich, doctor of tech. science, professor

Tashkent institute of chemical-technology, Tashkent, Uzbekistan

Shamuratova Shahid Mirsagatovna, cand. of tech. science, associate professor

Tashkent institute of chemical-technology, Tashkent, Uzbekistan

Mamajanov Lola Anvarovna, senior teacher

Tashkent institute of chemical-technology, Tashkent, Uzbekistan

PHOSPHOGYPSUM PROCESSING OBTAINED FROM THE KARATAU PHOSPHORITE TERMOFOSFOGYPSUM ON SPEC AND SULFUR DIOXIDE

Abstract. It is shown the possibility of synthesizing belite activated cake with simultaneous production of sulfur dioxide (SO2) at relatively low temperatures 1200-1300°C. Activated when spec addition to the clinker and grinding up to 20% increases the strength of Portland cement and 20%.

Keywords: raw materials, phosphogypsum slag, termofosfogypsum spec, dicalcium silicate, cooling, chemical composition