СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО
PRODUCTION METHOD OF GYPSUM BINDING MATERIAL

Изобретение относится к способам получения гипсового вяжущего из отходов производства фтористого водорода и может быть использовано при переработке кислых фторангидритовых отходов производства плавиковой кислоты в вяжущее.
2
Известен способ получения гипсового вяжущего из кислых отходов производства фтористого водорода (см. патент Россия №2002717, кл. С04В 28/14, С04В 11/06, опубл. 15.11.1993), включающий смешение в две стадии кислого фторангидрита, с предварительно подготовленной активированной известью в количестве 3,0-7,0 мас.% с одновременной нейтрализацией и измельчением смеси до удельной поверхности 3000-5000 см/г.
Известен также способ получения гипсового вяжущего из кислых отходов производства фтористого водорода (см. патент Россия №2070169, кл. С04В 11/06, С04В 11/20, опубл. 12.10.1996), включающий нейтрализацию кислого неохлажденного фторангидритового отхода известьсодержащим агентом при совместном помоле, причем вяжущее получают из смеси неохлажденного кислого фторангидритового отхода производства фтористого водорода и 5,0-20,0 мас.% отхода производства фтористого водорода из шламохранилища.
Однако недостатками данного способа является использование избытка отхода производства плавиковой кислоты из шламохранилища - фторгипса как одного из составляющих, способствующих повышению полноты и высокой скорости нейтрализации серной кислоты, что делает данный способ дорогостоящим и усложненным в связи с необходимостью добычи и дальнейшей переработки фторгипса с рекультивированного шламохранилища.
Таким образом, известный способ получения гипсового вяжущего из кислого отхода производства фтористого водорода является наиболее близким аналогом предлагаемого способа и выбран в качестве прототипа.
Технической задачей, решаемой предлагаемым способом, является процесс получения гипсового вяжущего за счет совместного помола неохлажденного фторангидритового отхода и известьсодержащего агента (феррохромовые шлаки самораспадающиеся (ТУ-14-11-325-97)), подаваемого в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического в шаровую мельницу с одновременной подачей воды в барабан мельницы и выдерживании полученного вяжущего в бункере томления не менее 5 часов, что значительно упрощает технологию, снижает энергетические и временные затраты, а также повышает конечную прочность гипсового вяжущего.
Указанная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения гипсового вяжущего из кислого отхода производства фтористого водорода, включающем смешение и нейтрализацию указанного отхода феррохромовыми шлаками самораспадающимися, одновременно с помолом его в шаровой мельнице в кислый отход дополнительно вводят воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы кислого отхода, а нейтрализующий агент подают в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического. Полученное вяжущее затем выдерживают в бункере томления не менее 5 часов.
Получение гипсового вяжущего осуществлялось из кислого отхода производства фтористого водорода Полевского криолитового завода. Необходимый кислый отход производства фтористого водорода, полученный из печи разложения флюоритового концентрата с внутренним обогревом при температуре 220-230 С°, массой 10 кг с содержанием свободной серной кислоты 5,0 мас.% помещают в шаровую мельницу вместе с нейтрализующим агентом, вводимом в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического и одновременно подают воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы кислого отхода. Нейтрализацию и помол в шаровой мельнице ведут до полной нейтрализации серной кислоты. Полученное вяжущее выдерживают в бункере томления не менее 5 часов, при этом контролируют содержание кристаллизационной воды в вяжущем.
Введение в неохлажденный кислый фторангидритовый отход производства фтористого водорода воды в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы исходного кислого отхода и феррохромовых шлаков в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического в процессе нейтрализации, а также выдерживание режима томления не менее 5 часов, позволяет получить активные формы сульфата кальция за счет тепла горячего фторангидрита и экзотермической реакции нейтрализации серной кислоты, обеспечивает условия для гидратации исходного фторангидрита и образования, а также роста преимущественно кристаллов α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего, что позволяет получить более высокую конечную прочность вяжущего по сравнению со сложной литьевой технологией, приведенной в прототипе, где максимальный предел прочности составляет - 25 МПа.
Увеличение (более 14,0 мас.%) количества подаваемой воды и уменьшение (менее 10,0 мас.%), а также сокращение времени томления вяжущего (менее 5 часов) приводит к нарушению условий образования активных форм сульфата кальция и снижению роста кристаллов α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего. Увеличение количества феррохромовых шлаков самораспадающихся до 10,0-15,0 мас.% избытка от стехиометрического соотношения не целесообразно, поскольку количество активных форм сульфата кальция и предел прочности увеличивается незначительно.
Полученное гипсовое вяжущее затворяли водой при нормальной водопотребности, после чего формовали образцы размером 4×4×16 см. Твердение образцов до марочной прочности велось в течение 28 суток на воздухе (воздушный режим твердения). Предел прочности на сжатие определяли на прессе УММ-2. Для идентификации химического состава вяжущего использовали рентгенофазовый анализ, в результате которого установлено преимущественно присутствие α-модификации полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего за счет процесса гидратации исходного фторангидрита.
Технологические параметры полученного гипсового вяжущего и характеристики целевого продукта, полученного заявленным способом, приведены в таблице.
Как видно из приведенных примеров, данный способ по сравнению с прототипом обеспечивает при существенном упрощении процесса снижение энергетических и временных затрат, получение гипсового вяжущего с высокой конечной прочностью за счет процесса гидратации исходного фторангидрита и образования а также роста активных форм α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего
Применение способа обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
- значительное упрощение технологического процесса за счет исключения из процесса стадии добычи и дальнейшей переработки фторгипса;
- сокращение энергоемкости процесса, за счет введения воды и более активного использования тепла неохлажденного фторангидрита и экзотермической реакции нейтрализации серной кислоты;
- получение гипсового вяжущего высокой прочности за счет процесса гидратации исходного фторангидрита и образования, а также роста активных форм α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего;
- возможность использования вяжущего через 5 часов выдержки в бункере томления.
ТаблицаТехнологические параметры полученного гипсового вяжущего
№ примера
Количество вводимой воды, мас.%
Время выдержки вяжущего в бункере томления, ч
Предел прочности, МПа
Количество вводимых шлаков, от стехиометрического, мас.%
Состав вяжущего, мас.%
α-CaSO<sub>4</sub>·0,5H<sub>2</sub>O
CaSO<sub>4</sub>
1
7,0
3
17
10,0
50,60
49,40
2
10,0
3
20
5,0
65,00
35,00
3
10,0
5
25
5,0
70,50
29,50
4
14,0
3
17
0,0
60,80
39,20
5
14,0
5
24
0,0
68,00
32,00
6
14,0
8
26
5,0
71,00
29,00
7
18,0
5
14
15,0
45,70
54,30
прототип
-
-
по литьевой технологии 25 МПа