В четвертому розділі проведена оптимізація складу композиційного в'яжучого. Основною задачею було отримання в'яжучого з використанням максимальної кількості відходів виробництва, із заміною цементу хімічно активованою золою - винос та із збереженням при цьому фізико-механічних властивостей матеріалу. Для збільшення та покращення міцності і водостійкості до складу суміші додавали пластифікуючі добавки “Релаксол”, які сприяли зменшенню водопотреби.

В якості незалежних змінних використовували Х1 - відношення золи - винос до цементу, Х2 - відношення води до фосфогіпсу, Х3 - кількість добавки “Релаксол”

Границі варіювання компонентів Х1, Х2, Х3 приймали на основі результатів попередніх експериментів та з врахуванням загальноприйнятих норм витрат та рекомендацій, при цьому вміст Х1 - змінювався в межах 0,23 - 0,6; Х2 - в межах 0 - 2; Х3 - від 0 до 1 процента. При цьому були стабілізовані такі фактори: вміст заповнювача, який складав три частини; рухливість суміші; час активації золи - винос, який складав 10 - 12 хвилин; час інтенсивного перемішування; режим пропарки (t = 80оC 3+6+3 год.). При проведенні досліджень забезпечувались стабільні реологічні властивості сумішей. Рухливість сумішей у всіх зразків суміші становили 70 - 80 мм по циліндру Суттарда. При цьому В/Т змінювалось в межах 0,445 - 0,475 для різних складів.

Критерії оптимізації: Rст, Rзг - відповідно границя міцності при стиску, і при згині висушених зразків при температурі 50 - 60 оС.

Отримані результати послужили основою для побудови математичних рівнянь регресію міцності зразків. При цьому був проведений послідовний регресивний аналіз, орієнтований за виключенням оцінок, які мають найменшу гаусівську точність.

Реалізація плану експерименту забезпечила результати по наступним критеріями: В/Т; ; cв; Rзг; Rвcт; Rсcт.

Однією із важливих задач експерименту є максимальна заміна цементу активованою золою-винос, із збереженням міцності малоклінкерних композиційних матеріалів. Виявлено, що міцність зразків після пропарки, з збільшенням концентрації кислот у водному розчині збільшується.

В результаті статистичної обробки експериментальних даних отримані адекватні рівняння регресії для міцності при стиску, по яких побудована ізоповерхня міцності при стиску. За середніми результатами отримана модель:

Rст = 29,45 - 0,89Х1 - 1,64 Х12 - 0,5 Х1 Х2 - 0,55 Х1 Х3 + 0,81 Х22 - 1,5 Х2Х3 + 0,61 Х3 - 2,84Х32 (1)

Враховуючи технологічну доцільність максимального використання золи - винос, фактор Х1 - золоцементне відношення був застабілізований, що дало можливість отримати двухфакторну математичну модель впливу Х2 - водний розчин кислот, Х3 - добавка “Релаксол” на міцність композиційного в'яжучого:

R(х1орt) = 29,61 - 0,18 Х2 + 0,9 Х22 - 1,5 Х2 Х3 + 0,61 Х3 - 2,97Х32 (2)

Шляхом використання сучасних комп'ютерних програм побудовано ізолінії міцності при стиску з оптимальною точкою R (x2, х3) = 30,5 МПа при співвідношенні компонентів кількості водного розчину 1,8 та дозування добавки пластифікатора “Релаксол” 0,5 %.

Як видно максимальна міцність досягається в діапазоні Х2 = 1,8 - 2,2 і Х1 = 0,5. Очевидно в промисловому виробництві інші технологічні фактори в тому числі і фактор масштабності можуть внести певні корективи в оптимізацію характеристик в'яжучого.

З метою дослідження мікроструктури і мінерально-фазового складу зразків, виготовлених на основі цементнозольних в'яжучих були проведено дослідження матеріалів, виготовлених з використанням цементнозольного в'яжучого і кварцевого піску. Зразки розчинів: № 1 - зола-винос хімічно активована в складі в'яжучого 3 % розчином сірчаної кислоти; № 2 - склад в'яжучого портландцемент 70 %, зола-винос Ладижинської ТЕС - 30 %; № 3 - склад, аналогічний зразку № 2, але зола-винос оброблена кислими розчинами, отриманими після відмиванням фосфогіпсу (H2SO4 і H3PO4.до 4 %); № 4 склад, аналогічний зразку №3 , при відмиванні фосфогіпсу використовували дефлокулюючу добавку "С - 3"; № 5 - склад, аналогічний зразку № 3, при відмиванні фосфогіпсу використовували дефлокулюючу добавку "Релаксол"; № 6 склад в'яжучого, аналогічний зразку № 2, золу-винос використовували хімічноактивованою 3 % кислим розчином ортофосфорної кислоти (H3PO4).

Аналізуючи криві, у яких до цементу додається однакова кількість 30 % хімічно активованої і неактивованої золи-винос, можна зробити висновок про те, що хімічно активована зола-винос є більш реакційноактивною. У зразка з активованою золою, на кривій ДТА, більш глибокий ендоефект, ніж у зразка з неактивованою золою-винос, що підтверджує наявність значно більшої кількості гідратних новоутворень, що втрачають воду при 150 С, 180 С.

У результаті проведених мікроскопічних досліджень цементнозольних піщаних розчинів, у яких зола-винос хімічно активована кислими розчинами із фосфогіпсу, спостерігається відносно компактна, однорідна, ущільнена мікрокристалічна структура (зразок № 3). Підвищується ступінь гідратації цементозольного в'яжучого за рахунок корозії, компонентів золи-винос, збільшення їх питомої поверхні, реакційної спроможності. Спостерігаються навколо поверхні золи кайомок кристалічних гідратних новоутворень (зразок № 3), які є основними носіями міцності матеріалу.

Рентгенограми зразків свідчать, що в зразках № 3 і № 6, спостерігається збільшення дифракційного максимуму з d/n - 1,82 А, а в третьому зразку ще з d/n - 1,45 А, що вказує на збільшення кількості кристалічного низькоосновного гідросилікату кальцію, який є основним носієм міцності отриманого матеріалу. Відсутні на рентгенограмах піки з d/n - 2,66 А (крім зразка № 2), які вказують на те, що Ca(OH)2 інтенсивніше вступає у взаємодію з SiO2 компонента золи, утворюючи гідросилікати кальцію.

У п'ятому розділі проведені результати досліджень ніздрюватих виробів виготовлено по литій технології, з використанням отриманого в'яжучого та фосфогіпсового наповнювача. Якісні показники структури ніздрюватого матеріалу залежать від часу попередньої гідратації в'яжучого, що відображається на реологічних параметрах суміші. Установлено, що оптимальний час формування макроструктури ніздрюватих бетонів на цементнозольному в'яжучому складає 20-30 хв. Міцність зразків на стиск становить 2,5 - 3,0 МПа, середня густина - 700-800 кг/м3, коефіцієнт теплопровідності 0,28 - 0,37 Вт / м·оС (табл. 4).

Таблиця 4 Фізико-механічні властивості газобетону

Як видно з табл., газобетон, отриманий на цементнозольному в'яжучому з використанням фосфогіпсів в якості заповнювача, по міцності значно поступається традиційним ніздрюватим бетонам автоклавного тверднення, але може бути використаний для самонесущих конструкцій стін (перегородок).

Розроблена технологічна схема виробництва ніздрюватого бетону з використанням відходів виробництва фосфогіпсу і золи-винос, яка приведена, що включає використання дефлокулюючих добавок для вилучення кислот із фосфогіпсів при їх промивці водою, які забезпечують більш глибоку очистку та покращення властивостей отриманого гіпсу за рахунок збереження дії дефлокулюючих добавок після випалювання відмитого фосфогіпсу і розробки каменю на основі цементозольних композицій з хімічно активованою золою - винос, яка являється більш реакційноспроможною.

Таблиця 5 Характеристики та собівартості на деякі вироби із ніздрюватого бетону

Витрати на цемент, золу - винос, фосфогіпс, алюмінієву пудру та воду розраховані у відповідності до норм їх витрат.

Висновки

На підставі літературних джерел встановлено, що вирішення актуальної проблеми переробки і використання багатотоннажних побічних продуктів хімічної промисловості - фосфогіпсів в технології будівельних матеріалів можливе за рахунок безвідходної комплексної переробки цих продуктів з отриманням будівельного гіпсу, малоклінкерних в'яжучих та будівельних матеріалів, отриманих на їх основі.

Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджена необхідність використання дефлокулюючих добавок для відмивання фосфогіпсів від залишків кислот, що обумовило можливість скорочення кількості циклів відливки при максимальному вилучені залишків кислот зі складу фосфогіпсу. Проведені дослідження спрямовані на вивчення питань очистки фосфогіпсової сировини від кислих залишків з позиції руйнування флокул фосфогіпсу дефлокулюючими добавками, які адсорбуючись на поверхні частинок. Методами хімічного титрування підтверджено, що дефлокулюючі добавки покращують відмивання фосфорної і сірчаної кислот, замість 3 - 4 циклів відмивання при одностадійному відмиванні досягається зростання концентрації кислот у водні витяжці на 40-50% в порівнянні з відмиванням фосфогіпсів без дефлокулюючих добавок, при цьому покращуються фізико-механічні і технологічні властивості отриманого гіпсового в'яжучого із фосфогіпсу.

Підтверджено теоретично обґрунтовану гіпотезу хімічної активації золи - винос кислими стоками з дефлокулюючими добавками отриманими при відмиванні фосфогіпсу. Показано, що за рахунок руйнування склоподібної поверхні на частинках золи-винос вона втрачає пластифікуючий ефект в цементних системах і стає більш реакційно спроможною, що проявляється в зростанні міцності цементнозольних композицій.

Проведені дослідження дозволяють зробити висновок про те, що обробка золи - винос кислими розчинами, отриманими після відмивання фосфогіпсу призводить до підвищення її гідравлічної активності. У цементнозольних зразках, де використовувалася хімічно активована зола-винос спостерігається збільшення дифракційного максимуму з d/n - 1,82 А?, d/n - 1,45 А?, що вказує на збільшення кількості кристалічного низькоосновного гідросилікату кальцію, який є основним носієм міцності отриманого матеріалу.

Розроблено склади композицій цементнозольного в'яжучого, оптимізовано його рецептурно-технологічні параметри. Досягається можливість заміни 30 - 40 % цементу активованою золою-виносом. Запропонована математична модель дозволяє варіювати в заданих границях складовими компонентами в'яжучого і отримувати будівельні вироби з заданими властивостями.

В рамках розробленої ресурсозберігаючої безвідходної технології переробки відходів хімічної та енергетичної галузей промисловості з отриманням ефективних будівельних матеріалів запропоновані технологічні прийоми виробництва ніздрюватих бетонів з використанням цементнозольного в'яжучого, піску та відмитого від кислот фосфодигідрату. Встановлено, що оптимальний час формування макроструктури ніздрюватого бетону складає 20 - 30 хв. Після пропарки його міцність на стиск дорівнює 2,5 МПа, середня густина 700 - 800 кг/м3 і в порівняні з газобетонами автоклавного твердіння, отриманий газобетон значно поступається по коефіцієнту конструктивної якості, проте може успішно використовуватись в якості самонесучих стін та перегородок при будівництві малоповерхового будівництва.

В результаті проведених досліджень розроблено нову ресурсозберігаючу безвідходну технологію переробки фосфогіпсів без посередньої підготовки вихідної сировини - відходів хімічної та енергетичної галузей промисловості для виробництва малоклінкерних в'яжучого з отриманням ефективних будівельних матеріалів. Запропонована технологічна схема виготовлення гіпсових і цементнозольних в'яжучих, за змістом являє собою комплексну переробку виробничих відходів.

Проведено дослідно-промислове впровадження гіпсового в'яжучих та газобетонів для внутрішніх огороджуючи конструкцій на підприємствах “Будіндустрія”, “Стам”. Економічний ефект від впровадження розробленої технології становить 126 тис. грн. з 50 тис. м3 переробленого фосфогіпсу.

Основні положення дисертації викладено в таких публікаціях

Рибакова І. С., Боднар П. С. Гідравлічне в'яжуче на основі фосфогіпсів // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка: Науково-технічний збірник НДІБМВ. - Вип. 15. - Київ, 2000. - С. 56 - 61.

Сердюк В. Р., Боднар П. С. Математичне моделювання і оптимізація складу малоклінкерних в'яжучих // Вісник ВПІ. - 2000. - №4. С. 20 - 23.

Боднар П. С., Несен Л. М. Оптимізація макроструктури газобетону, отриманого на основі відходів промисловості // Вісник ВПІ. 2001. - №1. - С. 5 - 7.

Боднар П. С. Безклінкерні в'яжучі з використанням відходів виробництва //Вісник ДДАБА. Макіївка, 2002. Випуск - 1(32). - С. 73-75.

Сердюк В. Р., Боднар П. С. Безвідходна технологія переробки фосфогіпсу // Збірник наукових праць ДІІТ. - Дніпропетровськ, 2001. - Вип.9. - С. 62 - 63.

Боднар П. С. Технологія переробки фосфогіпсових відходів // Вісник ВПІ. - 2002. №3. - С. 23 - 26.

Боднар П. С. Мікроструктура золоцементного в'яжучого з хімічно активованою зольною складовою // Вісник ВПІ. - 2005. - №1. С. 9 - 12.

Сердюк В. Р., Боднар П. С. Пінобетон з хімічно активованою золою - винос. // Будівельні матеріали та вироби. - 2005. - №4. - С. 20 - 23.

Амер Номан, Боднар П. С. Моделирование и оптимизация малоклинкерных фосфогипсозольных вяжущих // Материалы к 39-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Рациональный эксперимент в материаловедении”. Одесса, - 2000. - С. 82.

Несен Л. М., Боднар П. С. Активація золи-винос у вапнянозольному в'яжучому // Індивідуальний житловий будинок. - Вінниця, 2001.- С. 44.

Сердюк В. Р., Боднар П. С. Розробка технології виготовлення ніздрюватих виробів на основі фосфоангідрітового безвипалювального в'яжучого // Індивідуальний житловий будинок. - Вінниця, 2001. - С. 39 - 43.

Сердюк В. Р., Боднар П. С. Оптимізація рецептурно-технологічних факторів переробки фосфогіпсів // Материалы к 41-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Рациональный эксперимент в материаловедении”. - Одесса, 2002. - С. 54.

Боднар П. С. Оптимізація рецептурних факторів для золоцементного в'яжучого // Материалы к 41-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Рациональный эксперимент в материаловедении”. - Одесса, 2002. - C. 55.

Анотація

Боднар Павло Степанович. Ресурсозберігаюча технологія переробки фосфогіпсів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. Вінницький національний технічний університет, Вінниця - 2006р.

У результаті проведених досліджень розроблено нову ресурсозберігаючу безвідходну технологію переробки відходів хімічної та енергетичної галузей промисловості з отриманням ефективних будівельних матеріалів. Запропонована технологічна схема виготовлення гіпсових і цементнозольних в'яжучих, яка по суті передбачає комплексну переробку без попередньої підготовки сировини.

Проведені дослідження дозволяють зробити висновок про те, що обробка золи - винос кислими розчинами, отриманими після відмивання фосфогіпсу, призводить до підвищення її гідравлічної активності.

Виконана оптимізація рецептурно-технологічних параметрів цементнозольного в'яжучого, отриманого на основі відходів виробництва, що дає можливість зменшити кількість цементу до 30 %. Запропонована математична модель, яка дозволяє варіювати в заданих межах складовими компонентами в'яжучого і прогнозувати властивості отриманих будівельних виробів.

Проведені структурнофазові дослідження дозволяють зробити висновок, що використання цементнозольного в'яжучого з добавкою золи - винос обробленою кислими розчинами отриманими після відмивання, покращує фізико - механічні властивості матеріалу.

На цементнозольному в'яжучому отриманий ніздрюватий бетон з такими характеристиками: Rст = 2,5 - 3,5 МПа; середньою щільністю 700 - 1050 кг/м3; коефіцієнтом теплопровідності 0,28 - 0,37 Вт/м·С.

Ключові слова: дефлокулюючі добавки, хімічна активація золи, активні мінеральні добавки.

Аннотация

Боднар Павел Степанович. Ресурсосберегающая технология переработки фосфогипсов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Винницкий национальный технический университет, Винница - 2006.

В результате проведенных исследований разработана новая ресурсосберегающая безотходная технология переработки отходов химической и энергетической отраслей промышленности с получением эффективных строительных материалов. Предложена технологическая схема изготовления гипсовых и цементнозольных вяжущих, которая основана на комплексной переработке производственных отходов без их предварительной подготовки.

Проведенные исследования дают возможность сделать заключения, что обработка золы - унос кислыми растворами, полученными после отмывки фосфогипса приводит к увеличению ее гидравлической активности.

Выполнена оптимизация рецептурно-технологических параметров цементнозольного вяжущего, полученного на основе отходов производства, что дает возможность уменьшить количество цемента до 30 %. Предложена математическая модель, которая дает возможность варьировать в заданных границах компонентами вяжущего и прогнозировать свойство строительные изделий.

Проведенные структурнофазовые эксперименты дают возможность судить, что использование цементнозольного вяжущего с добавкой золы - унос обработанной кислыми растворами, улучшает физико - механические свойства материала.

На цементнозольном вяжущем получен пористый бетон с характеристиками: Rсж = 2,5 - 3,5 МПа; средняя плотность 700 - 1050 кг/м3; коэффициент теплопроводности 0,28 - 0,37 Вт/м?С.

Ключевые слова: дефлокулирующие добавки, химическая активация золы, активные минеральные добавки.

Annotation

Bodnar Pavel Stepanovich. Resource-conservational Technology of Processing the Phosphorus gypsum. Typescript

Dissertation for applying for the Candidate of Technological Science degree in speciality 05.23.05 - building materials and goods. - Vinnitsa National Technical University, Vinnitsa - 2006.

As the result of the research, a new resource-conservational technology of processing harmful waste products of chemical and energetical branches of industry was worked out and the effective building materials were received. The technological scheme of producing gypseous cement ashes binding materials that presents a complex processing of the industrial waste products was suggested. It was established that the washings of the phosphorus gypsum with adding and without adding PH acid flowings is from 1 to 3 units.

Firmness and gripping of gypsum stone depends on the usage of the deflocculating addings. The deflocculating addings do not influence the firmness of the gypsum stone, and the time of firming increases on 15 minutes.

The acid solutions, received while washing with the deflocculating addings for activisation the ash-carry offs, the firmness of the model, while replacing of 30% of the cement by the ash-carry offs, increases on 15 %.

The optimization of the technological parameters of the substance, received on the basis of processing the waste products and replacing of 30% of the cement, gives the opportunity to receive the material with the firmness on pressing to 30 MPa after the thermal processing.

Structural experiments, that were held, give us the possibility to say that the processing of the ash-carry offs by acid solutions received after washings and the activated ash-carry offs make the physico-mechanical properties of the material better.

On the basis of the sumcement materials was received a pore-like concrete with such characteristics: R - pressing 2,5 - 3,5 MPa; average density 700 - 1050 kg/m3; the thermal conductivity factor 0,28 - 0,37 Wt/mC.

Key words : deflocculating addings, chemical activation of the ash, active mineral addings.

Размещено на Allbest.ru