Технология бета-полугидрата сульфата кальция из фосфогипса в непрерывном потоке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Писарев, Сергей Владиславович

• Писарев, Сергей Владиславович
• кандидат технических наук
• 1996

Оглавление диссертации кандидат технических наук Писарев, Сергей Владиславович

Введение

Глава I. Состояние вопроса получения вяжущих веществ из фосфогипса. . . . Ю

Глава 2. Материалы и методики исследований

2.1. Материалы

2.2. Методика и опытные установки для технологических исследований.

Глава 3. Физико-химические основы технологии бета-полугидрата кальция из фосфогипса. . 2>

3.1. Кинетика влагопотерь при термообработке фосфогипса .Ъ

3.2. Формирование основных технических свойств бета-полугидрата при термообработке кислого фосфогипса

3.3. Термообработка нейтрализованного фосфогипса

3.4. Повторное использование фильтрата при производстве вяжущего из фосфогипса.

3.5. Выводы.

Глава 4. Технология вяжущего из фосфогипса (бета-полугид рата сульфата кальция).7В

4.1. Требования к конструкции оборудования и опытно-промышленные установки для термообработки фосфогипса

4.2. Параметры опытно-промышленной технологии вяжущего бета-модификации из фосфогипса.8?

4.3. Опытно-промышленные испытания

4.4. Выводы.

Глава 5. Вопросы внедрения и экономическая эффективность производства.ИЪ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология бета-полугидрата сульфата кальция из фосфогипса в непрерывном потоке»

Р1' ■

Существование и развитие топливно-энергетической, горно* добывающей» химической и т.п. отраслей промышленности» в которых конечен! продукт составляет .лишь небольшую долю от перерабатываемого сырья., обуславливают образование различного рода отходов. Накапливаясь,: как правило, вблизи крупных;промышленных центров, такие отходы не только отчуждают значительные земельные-, зачастую плодородные, угодия, но и наносят в раде' случаев, существенный урон окружающей среде, приводя порой к необратимым экологическим ■ изменениям.

Одним из таких обременительных отходов является фоефогипс, образующийся при производстве .экстракционной. фосфорной кислоты в ' • Щ'- ' процессе сернокислотного разложения., апатитов и фосфоритов'по• реакции:

Са5(Ю4)зГ + 5Ы2304 + Ю^О — 5 (Са 304 * ¿Т^О) +ЗН3Р04+0, 5Н2Г2

Выход фосс|огшса-джгвдра.та составляет 1,6 т из I т перерабаты-^ ваемой исходной руды. . На X т получаемого из апатитов образуется 4,4 т фосфогшгса, Годовой' .выход фосфргипса в мире' составляет в среднем около' 60 млн,. т . С 1-4 1 .

Термин "фосфогшс" , отражающий. особенности состава этого ма~ териала, общепринят в странах СНГ. В зарубежных же странах материал, образующийся при производстве фосфорной кислоты; из апатитов, ж фосфоритов, называют либо химическим, либо синтетическим, либо фосфатным, либо промышленным сырш" гипсом (ФРГ), гицсополупро-дуктом (Великобритания), промышленным вяжущим (Франция) Г I ] .

М \

Большая часть фосфогшхса не используется и направляется на. хранение в хвостохраншщща.- '"Транспортирование фосфогипса б отвал и его хранение связаны со знаштелъншш капитальными и эксплуатационными затратами» составляющими соответственно 30 и 10 процентов стоимости сооружения и эксплуатации основного производства СБ] . Вввду значительности проблемы утилизации фосфогмпса в других . отраслях хозяйства, в промышленно развитых странах в больших масштабах ведутся работы в этом направлении. Анализ выполненных научно-исследовательских работ и накопленного опыта работы отечественных ж зарубежных Предприятий показывает, что основными путями использования фосфогипса в строительстве являются:" / >■ получение гипсовых, вяжущих;

- получение портландцемента-и серной кислоты; .-.••. использование фосфогшса в качестве' наполнителя;

- использование:фосфогшса в качестве, минерализатора в цементных сырьевых смесях и регулятора сроков схватывания цементного теста, .""••'

Но мнению многих С106 3 исследователей, не отрицая иных путей ■ использования фосфогшса в строительстве, наиболее перспективным и массовый направлением может быть производство гипсовых вяжущих материалов и строительных элементов на юс основе, позволяющее ~ экономить залежи природного гипсового камня. Такой вывод основы' вается не только на- сравнительной простоте технических решений ; по получению гипсовых вяжущих из фосфогшса по отношению к дру~-гим направлениям, но и на оценке эшфективйости применения различных материалов в строительстве* " • : Увеличение объемов производства,, гшсовых материалов и изделш является-одним из пока малоисполъзуемых в нашей стране 4 источников повышения интенсификации- строительного производства-, ■ снижения его материалов ж энергоемкости.

Как известно, гипсовые вяжущие обладают целым радон ценных свойств. Они быстро схватываются ж твердеют без тепловой обработки, материалы на их основе отличаются повышенными тепло- и звукоизоляционными свойствами, обеспечивают относительно высокую огнезащиту "отроительных конструкций,' отличаются'общепризнанными декора' тивнымн свойствами.

По данным С 6 ] для изготовления I т гипсового вяжущего 'расходуется' в 4,5 раза меньше тошшвно-энергетжческих ресурсов по сравнению' с производством I т цемента, в 2 ра за меньше удельных .капиталовложений при одновременном сокращении-в 3 -раза'металлоемкости технологического оборудования.

1 ' Гипсовые, изделия по .всем экономическим показателям эффектив*-. нее железобетонных, в том числе легкобетонных; и керамических материалов и изделий. Экономический анализ показывает С 6,7 ] , что применение гипсовых вяжущих весьма эффективно не только,для производства традиционная: изделий из этого материала (перегородки, , декоративные плиты, сантехкабины), но и стеновых материалов и -изделии., Гипсобетонные стены в условиях малоэтажного, особенно сельского, строительства являются на 10-50 процентов эффективнее • стен из глиняного кирпича и'керамзитобетонных панелей и, на 30-60 ■ процентов менее энергоемкими, чем последние. Весьма, существенно, что наиболее целесообразно развитие пшсобетонных стеновых мате- . риалов в виде мелках блоков, организация производства которых требует значительно меньше удельных капитальных вложений и- текущих затрат, а транспортирование и монтаж не . связаны с применением специальном техники. :

Несмотря на очевидные преимущества, гипсовая промышленность нашей страны и по объемам производства, и по техническому уровню существенно отстает от аналогичной промышленности других развитых стран. Так, если в СССР в 90-е годы на 1000 человек населения выпускалось гипсовых материалов и изделий в год 18 т, то в США - 59 т, в Великобритании - 60,7 т, во Франции - 67,5 т С 6] .

Высокая экономическая эффективность гипсовых материалов и изделий, наличие большого трудо- и энергосберегающего эффекта при их производстве и применении взамен цементных бетонов и растворов и сравнительно низкая капиталоемкость конечной продукции предопределили необходимость проведения в первую очередь исследований по разработке эффективной технологии производства из фосфогипса гипсового вяядгщего.

Целью настоящей работы является разработка теоретических принципов и освоение непрерывной, малоэнергоемкой и безотходной технологии переработки фосфогипса, позволяющей получать гипсовое вяядгсцве стабильных характеристик в соответствии с нормативными требованиями.

Основными положениями для выполнения теоретических и экспериментальных исследований послужили работы отечественных и зарубежных ученых и исследователей Будникова II.П., Гордашевского Д.Ф., Волженского A.B., Воробьева Х.С., Ферронской A.B., Булычева Г.Г., .Панютина А.Г., Иваницкого В.В., Приходько В.А., Ратинова В.В., Печуро С.С. и других.

Научная новизна работы заключается в еле,дующем:

1) разработаны физико-химические принципы технологии бета-полугидрата сульфата кальция из фосфогипса для обеспечения ее воспроизводимости в промышленных условиях;

2) установлено, что свободная вода в фосфогипсе при содержании ее до 18-20$ по массе является капиллярно- пленочной, и вследствии ее прочной связи с дигидратсм сульфата кальция удаление ее при содержании более указанного значения целесообразно осуществлять способами механического обезвоживания, а менее -преимущественно нагреванием;

3) выявлено, что тепловые затраты на удаление свободной воды превышают теоретически необходимые, что необходимо учитывать при составлении тепловых балансов установок для термообработки фосфогипса;

4) установлена возможность повторно-многократного использования фильтрата, образующегося в результате фильтрации нейтрализованной пульпы фосфогипса, на стадии подготовки фосфогипса к термообработке для его репульпации;

5) определены требования к конструкции теплового аппарата по термообработке фосфогипса, учитывающие специфичность свойств исходного материала, для получения качественного вяжущего со стабильными свойствами.

Практическое значение работы заключается в освоении опытно-промышленного производства вязнущего из фосфогипса и стеновых изделий на его основе, применимости результатов исследований для фосфогипса других предприятий. Для Невинномысского ПО "Азот", Балаковского ПО "Ми^добрения", Алмалыкского химического завода выполнены исходные данные для проектирования промышленного производства.

Результаты исследований внедрены в виде опытно-промышленной линии по непрерывному производству вяжущего из фосфогипса и стеновых изделий на его основе в Лермонтовском производственном объединении "Алмаз" с годовым экономическим эффектом 215,2 тыс. руб. (в ценах 1984 г.) при мощности линии 22 тыс. т вяжущего в год.

Работа выполнена в институте "ОргстройННИпроект* МИСИ им. В.В.Куйбышева и Лермонтовском ПО "Алмаз" под руководством доктора технических наук, профессора Волженского A.B. и кандидата технических наук Приходько В.А.

По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы и получено одно авторское свидетельство на изобретение.

Автор выражает признательность кандидату технических наук Приходько В.А., инженерам Корневу В.И. и Левченко А.Б. за неоценимую помощь в работе над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Писарев, Сергей Владиславович

Выводы и предложения:

I. Считать предъявленную опытно-промышленную технологию производства гипсового вяжущего бета-модификации из фосфо-гипса на Лермонтовском горно-химическом рудоуправлении производительностью 1,8 т в чао принятой. г

• 2. Предприятиям-разработчикам, совместно со Свердловским институтом ШИХиммаш или другими специализированными организациями ускорить разработку и иопытания теплового агрегата сушки и дегидратации фосфогилса часовой производительность» боле© 3 т/час,

3. Институту ВШИотром им« П.П. Еудникова:

3.1. Совместно'с разработчиками провести дополнительные исследования вяжущего из фосфогипса для определения возможно гс влляняя оксидов щелочных металлов на эксплуатационные характеристики изделий ;

3.2. Провести соответствующие испытания вяжущего из фосфогилса и разработать предложения о возможном расширении номенклатуры выпускаемых изделий, в чаотнооти, перегородочных пазогребневых плит, отделочных изделий и др.

4.Рекомендовать разработчикам ускорить завершение проектирования опытно-прошшшнного цеха переработки фосфогилса в гипсовое вяжущее «о-дн остью 120 тыо.тн. и и злели." на его основа, а Министерству утвердить проект и решить вопросе, строительства цеха в те^даей пятилетке. .

Материалы работы комиссии, включающие программу и журнал испытаний, научнр-техкические отчеты, документы рабочей комиссии предприятия, а так же сопутствующие дс:<у-менты работы межведомственной комиссии находится в деде

А 02-14 Лермонтовского

З.АЛТОСЯН

С.И.Стоаио

- А.^'.^йдашуска^ л ЯХЯргаусканв^

I ( ь!

-химического рудоуправления.

•"й.Б.Удачкин В.Шаталов И.Зайнетдинов Л.Н.Чумаков

A.Н.Иванов

Й. М.Розвадовский

B,Г, Вишнев ~ А* Приходько

Шокик . ницкий

П.Соколов '

Горно-химическое Рудоуправление

- -г i

Заключение на фосфогип0|предназначенный для изготовления конструкционных плит для жилищного строительства.

Московский НИИ гигиены им.Ф.Ф.Эриемаиа по просьбе предприятия а/я А-1940 рассмотрел рецептуру стеновых блоков и перегородочных плит из вящущего В-модификации на основе фоофогипса.

Ранее проведенные институтом исследования строительных конструкций на основе фосфогипса показали,что из указанных материалов в окружающую среду выделяется только фтор,в концентрациях,более низких допустимых.

На основании ранее проведенных исследований,анализа рецептуры и технологического процесса считаем возможным применять в жилищном строительстве наружные стеновые блоки и перегородочные ВШТИ на основе фосфогипса.

Руководитель лаборатории полимерных материалов к*м,н. ф с^' ВД.Стяжкин

Ч I. Л 1 .?> от г т СурУ//.

Зам* Главного гооударств енного врана т. Халитову Р.И. 101000, Москва, Вадковокий переулок, д. 18/20.

Об утверждении рецептуре на строительные еле-мента ив гипсового вяжущего

Навим предприятием разработаны составы композиция для стеновых камней, перегородочных и Декоративных плит из вяжущего на оонове фоофогипса, предназначенных для проммвленного и гражданокого строительства.

Прооим на основании заклвчения МНИИГ им. Ф.Ф.Эрио-мана утвердить рецептуру стеновых камней, перегородочных и декоративных плит для выпуска опытной партии перечисленных изделий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Писарев, Сергей Владиславович, 1996 год

1. Osiecica Е, Cement - Wapnb - Gips ,8-9,246-250,1978.

2. Wirsching F. (3»psum Uümans Encyk lopäciie der technischen Chemie, Band 12, ßebr, Knauf Westdeutsche 64<pswerUev Weinheim, i9?8.■ 3.' Ветте'ринге К. Утжяжзащш: фосфогшгса. Доклад в обществе -производителей.удобрений. Перевод & 4001. М., НИУИФ,. 1982.

3. Виноградов D.M., Исакович Г.А. Экономическая ©.фиктивность -применения гипсовых материалов и изделий в строительстве. "Строительные ■материалы", 1980, ЛЗ.

4. Буданов Б.Ф., Корнюшин В.И. Экономическая ¡эффективность производства и применения новых видов гипсовых вяжущих и изделий в строительстве. Тр. ВНМЙстром, №5 2/80. М., 1984.

5. Воробьев I.C. Гипсовые вяжущие и изделий, М., Стройиз-дат, 1983.

6. ВаВСОСК - ÜSH, Herstellung - Verfahren mitöipskoeUr.(проспект фирмы).

7. Патент 1 1950658 (#РГ). Способ очистки гипса - отхода 'химической промышленности. Заявл, 18.10.69. Опубл. 16.06.71.

8. Заявка Л. 52 - 9992 (Япония). Способ получения высококачественного кристаллического полуводного гипса. Заявл. 17.02.76. Опубл., 22.08.77. !

9. Заявка II 52 - 3919 (Япония). Способ придания cL-полу-^ гидрату гипса свойств ^-полугидрата. Заявл, 24.12.74. Опубл.3101.77.

10. Патент № 328949 (Австрия), Способ выделения cL-полупщ-рата сульфата кальция из суспензии с последующей переработкой полугзядрата в порошок или гипсовые изделия. Заявл. 15.02.73.

11. Гордашевский П.Ф*, Иванищий B.B. Высокопрочный гипс из фосфогипса для строительных целей. "Строительные материалы", 1971, 18. '

12. А.е. Л 530004 (СССР). Способ получения гипсового вяжущего. Опубл. в Ей, 1976, JI36.

13. A.c. № 177319 (СССР), Способ получения гипса. Опубл. в Ей, 1965, 124.

14. A.c. 1307075 (СССР), Способ получения гипса. Опубл. в Ей, 1971, 120,.22, Патент Ж 2303593 (Франция). Способ очистки синтетического гипса. Заявл. 25.04.75,

15. Патент № 57 - 22II8 (Япония). Повышение качества гипса, являющегося побочным продуктом производства фосфорной кислоты. Заявл. 14.07,80.

16. Патент II 2432002'^(Франция). Способ получения гипса из фосфогипса* Заявл. 26.07.78,

17. Патент 1I.I579I0 (Яехословакия). Способ получения -полуводного пшса. Заявл. 06.10.71.

18. Патент $ 75476 (Румыния). Способ получения ji>-пблуводно-го 'гипса из фосфогипса, Заявл. 28.08,75.

19. Виденов Н. Прерабатване. на отпадния фосфогипса до строит елни изделия.чрез экструзия. "Строители! материали и силикатна промышленное", 1981, Ü6 (Болгария).

20. Стонис С.Н., Казшгонас А.Л., Бачаускене М.К. Гипсовые вяжущие из фосфогипса, Технология получения, перспективы развития производства. "Строительные материалы", 1984, Ш.

21. Казилшас А.Л., Стонис С.Н., Вектарис Б.Ю. О, механизме' процесса нейтрализавди. фосфогипса. В. кн. "Строительные материалы. Тезисы докладов республиканской конференции". Каунас, 1981.

22. Стонис С.Н. Технология переработки фосфогшса.в строительный гипс. В кн. "Тезисы докладов республиканской научно-технической коныерёнций по производству и применению в строительстве вяжущих и изделие на основе фосфогипса"» Каунас, 1983.

23. A.c. Л 951839 (СССР). Способ очистки шлама гипса-отхода химических производств. Заявл. 25.08.78. Опубл. 28.06.79.

24. A.c.' & 1224287 (СССР). Способ получения |>-полугидрата сульфата кальция. Заявл, 27.12.82. Опубл. 08.09.83.

25. Разработать технологию производства, гипсовых вяжущих материалов с использованием гнпсосодержащих отходов.промышленности. Научно-исследовательский отчет 'И 6497193, Киев, НШСШ, 1975.

26. Сейкетова В.Б. Разработка технологии фосфогипсового вяжущего и изучение его свойств. Автореферат диссертации на.а е.4 соискание ученой степени.кандидата технических наук. М., 1983.

27. Гордашевский П.Ф. Об использовании фосфогипса. "Химическая промышленность", 1966, №10.

28. Йваницкзй Б.В., Терехов В.А., Клыкова Л.Я. Гипсовые вя-. жущие типа J> -полугидрата из фосфогипса. Тр. ВБИИстром,.№52/80, M., 1984. '

29. Гордашевский П.#., Плетнев В.П., Золотарская E.H. Состо-. яние научно-исследовательских разработок по использованию.фосфогипса. в производстве гипсовых вяжущих. Тр. ВНИИстром,. М8/76. М.,. 1982. •

30. Клыкова 1.Я. Физщш-хшические ж технологические - основы получения гипсовых вяжущих. Тр. ЕНЙИстром,, 148/76. M., 1982.

31. Эйдук Ю.Я., Вайвод A.Я., Фрейденфельд S.S. К вопросу о физико-химических свойствах альфа- и бета-полугидрата сульфата кальция. "Химия и химическая технология",'т.2, 1959, 16.

32. Вернадский Ф.Г» Исследование кинетики структурообразо-ванишзлолуводного гипса. В сб. "Управление структурообразованием в производстве строительных материалов". Киев, 1968.

33. Болконский A.B., Венец А.Е. 0 количестве модификаций ■ сульфата кальция. "Строительные материалы", 1965,., JS0.'- 49. Рублевская М,Г» Применение гипса в современном строитель-д стве Польши. "Строительные материалы", 1964, 14.

34. Золотов ВЖ, Макаров В.Й. Механизм образования кристаллов полуводного гшса. ДАН СССР, т.170, 1966, 1й2.

35. Золотов В.А. 0' модификациях полуводного гипса» Изв. АН СССР, "Неорганические материалы", т.З, 1967, М.

36. Ласис A.D. О природе связи водьт в полуводном гипсе. "Строительные материалы", 1971, М.

37. Гордашевский П.Ф. 0 влиянии некоторых технологических ■ примесей на свойства фосфогипса. Сб. трудов РОСНЙЙША, 1963,1 26.

38. Евстатиев А., Тодоров К. Возможности за. исползуване на фосфогипсови смеси в строителството. "Строителни материали' и си: ликатна промышленности, 1984, 16 (Болгария).

39. A.c. 11800152 (СССР). Способ получения гипсового вяжущего. Заявл.,13.07.78. Опубл.30.01.81. .

40. A.C. №537054 (СССР). Добавка,. Заявл. 15.06.73. Опубл. 21.07,76.

41. A.c. 1 745879 (СССР). Способ получения вяжущего, Заявл. 28.04.75. Опубл. 30.07.80.

42. A.c. № 162919 (Чехословакия). Способ получения cL-полу-гидрата. Заявл. 15.10.74. Опубл. 13.03.76.

43. Патент В 3574648 (США). Способ получения вяжущего из фосфогипса. Заявл,. 09.05.63. Опубл. 18,12.67, ■

44. Патент М 3653826 (США). Способ получения фосфорной кислоты и фосшогипса с улучшенными свойствами. Заявл, 21,09,67. Опубл,.16.09,68.

45. Приходько В.А., Писарев С.В., 'Воженский A.B. Зависимо- ' сть параметров дегидратации фосфогйпса от его кислотности. "Строительные материалы'1, 1987, & 5.

46. Разработка и освоение непрерывного технологического процесса получения вяжущего -гипса из фосфогйпса.и строительных материалов из него для малоэтажных зданий. Отчет о НИР*, йнв. Ш. Ц-86-*25. М., Оргстройниипроект, 1986.

47. Волженский' A.B.Ферронская A.B. Гипсовые вяжущие и изделия, М., Стройиздат, 1974.

48. Расширение областей применения гипсового вяжущего из фосфогйпса;•оценка долговечности.изделий и материалов на егоА, основе. Отчет о НИР. йнв. 111^-89-21. М., Оргстроиниипроект, 1989;.

49. Будников' П.П.• Гипс,'. его исследование и применение.' М.,., Стройиздат, 1943.

50. Воженский A.B., Иванникова Р.В. Гшсоцеметные и типсо-г шлаковые вяжущие вещества. "Строительные материалы, изделия и конструкции", 1969, М.,.'.■'

51. Панютжн А.Г. Строительный гипс в стеновых конструкциях. зданий, М,, Стройиздат, 1963.. 4 82. Волженский A.B. Об оценке прочностных свойств вяжущих."Строительные материалы", 1984, №12.

52. Ильинский В.М. Применение гипса для стен. '"Строительная промышленность", 1949, 16.. 84. Эвенчик С.Д. Тезисы доклада межведомственной комиссии при МХП СССР по вопросам использования фосфогйпса. М,, Гшрохим, ;. 1969.

53. ГОСТ 125-79. Вяжущие гипсовые. Технические условия.no.Щ 86. ГОСТ 23789-79. Вяжущие- гипсовые. Методы испытаний.

54. ГОСТ 5382-73. Цементы. Методы етмического анализа.

55. ГОСТ 4013-74. Камень гипсовый для производства вяжущих материалов, -'

56. Горшков B.C., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-- ■ химического' анализа ^вяжущих веществ. М."Высшая школа", I98I.

57. ГОСТ 20851.1-75 - ГОСТ" 20851.4-75. Удобрения минераль- ' ные. Методы анализа. ;

58. A.c.-I I0I506 (СССР). Метод разложения нерастворимых силикатных пород сплавлением с едкимищелочами, Опубл. 10.01.56.

59. ТУ 6-08-418-80,-Фосфогипс для сельского хозяйства.

60. Белянкин Д.С., Берг Я, С. Гипс и-продукты его обезвоживания. "Местные строительные материалы", вы*9, 1949.

61. Булычев Г.-Г. Смешанные гипсы*. М., Госстройиздат, 1952/

62. Хшерович Байер В.Е. Гидрофобно-пластифнцирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М., Стройиздат, 1979.

63. Дконсон И., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. Пер. с английского. М., "Мир", 1980. ,

64. Кассандрова 0.И. Лебедев В.В, ^Обработка результатов наблюдений. М., "Наука", 1970.