СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГИПСОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR PRODUCTION OF GYPSUM CONSTRUCTION MATERIALS

Предлагаемое изобретение относится к области производства гипсовых строительных материалов из промышленных отходов - фосфополугидрата (ФПГ) и фосфогипса (ФГ).
Фосфополугидрат состоит преимущественно из полуводного сульфата кальция и является вяжущим веществом, он содержит ортофосфорную кислоту и до 35% влаги по массе, весьма медленно схватывается и твердеет, что не позволяет использовать его в производстве гипсовых строительных изделий.
Фосфогипс состоит из двуводного сульфата кальция и является сырьем для производства гипсовых вяжущих, он содержит те же примеси, что также затрудняет его промышленную переработку.
Использование фосфополугидрата и фосфогипса требует предварительной нейтрализации кислот в жидкой фазе отхода, например, путем введения извести (Симановская Р.Э. Исследования в области химии и технологии вяжущих материалов, полученных из фосфогипса. - В кн. - Гипс и фосфогипс. Сб. научн. тр. НИУИФ. М.: Госхимиздат. 1958, с.224).
Фосфополугидрат и фосфогипс - влажные дисперсные промышленные отходы, состоящие из кристаллов сульфатов кальция размером менее 60 мкм. Это сыпучие материалы и производство из них строительных изделий требует применения интенсивных способов укладки и уплотнения. Сравнительно высокая кислотность формовочных смесей обусловлена тем, что кристаллы сульфата кальция в ФПГ и ФГ образуют агрегаты, и вода, находящаяся в агрегате, не влияет на удобоукладываемость смесей (иммобилизованная вода).
При производстве изделий из ФПГ и ФГ необходимо выполнить следующие операции.
1. Нейтрализовать кислоты в жидкой фазе.
2. Разрушить агрегаты и повысить удобоукладываемость смеси.
3. Иногда следует понизить влажность ФПГ и ФГ с целью снижения затрат на сушку.
Наиболее близким по технической сущности является «Способ приготовления сырьевой смеси для производства строительных изделий из фосфополугидрата (А.с. 1235843, приоритет от 25.12.1984 г.). По этому способу отход производства глинозема из нефелинового концентрата - нефелиновый шлам - смешивается с ФПГ и смесь обрабатывается на бегунах. При обработке с целью ускорения процессов схватывания и твердения к смеси добавляют водный раствор сильной кислоты (серной и др.). При взаимодействии кислоты с нефелиновым шламом выделяется кремнегель, который адсорбирует примеси.
Целью предлагаемого изобретения является снижение влажности ФПГ и ФГ, нейтрализация кислот в жидкой фазе отходов, ускорение твердения и повышение удобоукладываемости формовочных смесей.
Поставленная цель достигается тем, что для разрушения агрегатов ФПГ и ФГ обрабатывают на бегунах, обеспечивающих давление от 1,0 до 6,5 МПа, в течение 4-12 мин. В процессе обработки вводится добавка для нейтрализации кислот (известь, шлаки и др.). При необходимости после обработки производится вторичная фильтрация жидкой фазы, позволяющая понизить В/Т и влажность сформованных изделий приблизительно в 2 раза, что сокращает затраты на сушку.
При приготовлении формовочных смесей можно применять различные смесители- бегуны, дезинтеграторы, бетономешалки и др. (Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высшая школа. 1987, - 414 с.).
Однако для перехода ФПГ и ФГ из сыпучего состояния в пластическое необходимо применение смесителя, обеспечивающего разрушение агрегатов под действием сравнительно высокого давления, а также смесителя, позволяющего регулировать продолжительность обработки под давлением. Этим требованиям отвечают бегуны, которые применяются при приготовлении формовочных смесей в керамическом производстве, в металлургии и др. Выпускаются бегуны различного объема, рассчитанные на разные удельные давления при обработке.
В предлагаемом решении обработка ФПГ и ФГ на бегунах позволяет решить 3 задачи.
1. Произвести нейтрализацию кислот в жидкой фазе путем введения и распределения добавок, которые являются смесями твердых веществ и расход которых зависит от равномерности распределения в смеси.
2. Повысить удобоукладываемость формовочной смеси без добавления воды и облегчить процессы формования изделий.
3. Понизить влажность изделий и затраты на сушку путем введения операции повторной фильтрации после обработки на бегунах.
Таким образом, предлагаемый способ в совокупности признаков проявляет новые свойства и соответствует критерию существенных отличий. Результаты испытаний образцов приведены в примерах.
Пример 1
Проба ФПГ Волховского алюминиевого завода (ВАЗ) отобрана с карусельного фильтра цеха экстракции. Обработка проведена на промышленных бегунах ремонтно-механического цеха ВАЗ (удельное давление - 3,5 МПа). Влажность ФПГ - 31%. Для нейтрализации кислот в жидкой фазе введена строительная известь 1 сорта Угловского завода в количестве 2% массы ФПГ (в пересчете на сухой отход). В процессе обработки отбирались пробы. Удобоукладываемость смеси характеризовалась пластической прочностью (Rпл) и определена на коническом пластометре. Скорость процессов схватывания определена по стандартной методике (ГОСТ 125).
Результаты испытаний приведены в табл.1
Таблица 1
Продолжительность обработки на бегунах, мин
Пластическая прочность, МПа
Сроки схватывания, мин
Начало
Конец
2
0,62
0-15
0-35
4
0,56
0-15
0-20
6
0,44
0-15
0-20
10
0,41
0-10
0-17
12
0,42
0-10
0-16
14
0,44
0-10
0-15
Без обработки и активатора
8 ч 30 мин
15 ч 40 мин
Из табл.1 следует, что обработка под давлением 3,5 МПа в течение 2 мин незначительно изменяет Rпл, при этом смесь не переходит из сыпучего состояния в пластическое, что затрудняет процессы формования изделий. Длительная обработка, более 14 мин, не изменяет Rпл, но повышает расход энергии на обработку. В зависимости от бегунов оптимальная продолжительность обработки изменяется, но она не выходит за пределы 4-12 мин.
Сыпучий ФПГ с фильтра медленно схватывается, это сильно замедляет процессы формования и вызревания строительных изделий и по этой причине ФПГ для этих целей в настоящее время не используется. Введение извести и обработка на бегунах позволяют получить пластичные быстросхватывающиеся смеси, пригодные для формования изделий на оборудовании, предназначенном для переработки вяжущих из природного сырья.
Пример 2
Методика подготовки и испытания смесей те же, что и в примере 1. Обработка пробы ФПГ проведена на бегунах различной конструкции при разном удельном давлении (Руд): лабораторных бегунах Руд=1,0 МПа, бегунах ремонтно-механического цеха ВАЗ (Руд=3,5 МПа) и бегунах кирпичного завода №4, СПб (Руд=6,5 МПа).
Для бегунов названных типов определена оптимальная продолжительность обработки.
Результаты испытаний приведены в табл.2.
Таблица 2
Удельное давление, МПа
Продолжительность обработки, мин
Rпл, МПа
Сроки схватывания, мин
Начало
Конец
1,0
8
0,42
10-00
16-00
3,5
6
0,41
11-00
14-00
6,5
4
0,40
9-00
11-00
С повышением Руд продолжительность обработки сокращается. Обработка на бегунах позволяет получить пластичную быстросхватывающуюся формовочную смесь, независимо от конструкции бегунов и Руд.
Пример 3
Проба ФПГ отобрана с карусельного фильтра цеха экстракции ВАЗ. Влажность пробы после фильтрации - 31,2%. Проба обработана на бегунах ремонтно-механического цеха ВАЗ в течение 6 мин под давлением 3,5 МПа. Для нейтрализации кислот в жидкой фазе в процессе обработки на бегунах введена строительная известь в количестве 2% массы сухого ФПГ. После обработки на бегунах проведена вторичная фильтрация жидкой фазы на карусельном фильтре цеха экстракции. Влажность остатка на фильтре после вторичной фильтрации 15,2%, т.е она понизилась приблизительно в 2 раза. Снижение влажности при производстве строительных изделий позволяет сократить технологический цикл и затраты энергии на сушку.
Недостатком ФГ в сравнении с природным гипсовым камнем является высокая влажность, достигающая 35,0% массы. Влажность природного гипсового камня не превышает 5-7%. При приготовлении вяжущего из ФГ последний необходимо высушить перед обжигом, что повышает затраты на производство. Вторичная фильтрация позволяет понизить влажность до 12-16%, что повышает конкурентоспособность изделий из ФПГ.
Следовательно, по сравнению с прототипом предлагаемый способ, предусматривающий введение добавки для нейтрализации кислот и обработку на бегунах в течение 2-12 мин под давлением 1,0-6,5 МПа, а также вторичную фильтрацию, позволяет понизить затраты на производство и повысить конкурентоспособность строительных изделий из ФГ и ФПГ.
Предлагаемый способ позволяет получать гипсовые строительные материалы и изделия - панели, плиты, блоки, сухие смеси и др. при пониженных затратах на производство. В этих условиях изделия из ФПГ и ФГ могут конкурировать с аналогичной продукцией, изготовленной из природного гипсового камня.
В отвалах предприятий химической промышленности РФ накоплены сотни миллионов тонн ФГ, и предлагаемый способ будет способствовать решению проблемы его промышленной переработки.