Получение строительного гипса путем использования техногенных продуктов от нейтрализации сернистых выбросов промышленных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получение строительного гипса путем использования техногенных продуктов от нейтрализации сернистых выбросов промышленных установок

Спасибухов Ю.Н., аспирант

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

В настоящее время производство гипсовых вяжущих материалов осуществляется в основном за счет использования природного гипсового сырья. В то же время мощным потенциальным источником гипсового сырья являются попутные продукты таких отраслей промышленности, как энергетика, металлургия, химическая, пищевая, содержащие в своем составе сульфат кальция. В настоящее время насчитывается более 50 видов гипсосодержащих попутных продуктов и отходов. Их использование имеет не только экономическое, но и экологическое значение, так как шламонакопители отходов часто занимают плодородные земли, загрязняют грунтовые воды, а также являются источниками пыли и вредных выделений.

Наибольший интерес и для исследователей, и для практики, представляют технологии получения техногенного гипсового сырья из отходящих газов ряда промышленных установок, основанные на нейтрализации сернистого ангидрида (SO2) известняковыми суспензиями. Отходящие газы, содержащие SO2, получаются главным образом на предприятиях черной и цветной металлургии (выплавка меди, цинка, никеля и др.), на тепловых электрических станциях, работающих на каменном угле, мазуте.

Кафедрой технологии строительных изделий и конструкций Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, совместно с ООО «Спецстрой-Холдинг», выполнены обширные исследования по улавливанию и нейтрализации сернистых выбросов, с переводом полученного продукта в строительный гипс.

В основе известнякового метода очистки газов от диоксида серы лежит процесс поглощения SO2 водой с последующей нейтрализацией образовавшейся сернистой кислоты известняком. По имеющимся данным /1/, в результате поглощения SO2 известняком образуется шлам, состоящий из полугидрата сульфита кальция CaSO3.0,5H2O(30…70%), часть которого (15…40%) в ходе процесса окисляется в дигидрат сульфата кальция CaSO4.2H2O; в шламе также содержится неиспользованный известняк CaCO3(30…60%) и разного рода примеси (до 10%). Такой состав шлама, практически не пригоден для получения строительного гипса. К тому же, процесс окисления идет очень медленно (порядка 60 часов). Между тем, из других источников/2,3/, нам стало известно, что процесс окисления CaSO3.0,5H2O можно значительно интенсифицировать. Установлено, что присутствие в растворе соединений ионов металлов переменной валентности: марганца, меди, железа и других, существенно увеличивает скорость реакции окисления CaSO3.0,5H2O.

Цель нашей работы состояла в том, чтобы, одновременно повышая эффективность очистки дымовых газов от SO2, оптимизировать процесс окисления CaSO3.0,5H2O, получить в качестве отходов сероулавливания преимущественно техногенное гипсовое сырье, пригодное для получения гипсового вяжущего. Отработать практические приемы перевода CaSO4.2H2O в строительный гипс, определить оптимальный состав водостойкого гипсового вяжущего специального назначения.

Для решения поставленных задач нами создана опытная полупромышленная установка, представленная на рисунке. Установка состоит из абсорбера с подвижной шаровой насадкой, сборников-нейтрализаторов, циркуляционного насоса и дымососа. Сущность эксперимента заключалась в моделировании двухступенчатой схемы очистки дымовых газов. Исследования проводили в абсорбере диаметром 0,225м, высотой 2м, с двумя слоями насадки из пластмассовых шаров диаметром 23мм, объемной плотностью 260кг/м3. Доля свободного сечения опорно-распредилительной решетки составляла 0,4, высота статического слоя насадки- 150мм.

В ходе эксперимента в абсорбере производительностью по газу 250м3/ч, подвергали очистке газ, полученный от сжигания сернистого угля и содержащий 0,1…0,3% об. SO2. Температура газа составляла 150…250 оС, скорость газа в абсорбере-2,0…2,5м/с. Орошение абсорбера производили по замкнутому циклу, поглотительной суспензией, содержащей 100г/л CaCO3. Для увеличения коэффициента использования известняка, водородный показатель суспензии первой ступени орошения поддерживали на уровне рН=6,0…6,5, второй ступени орошения - на уровне рН=4,5. Температура суспензии составляла 35…40 оС, плотность орошения - 12…30 м3/м2.ч. В качестве катализаторов использовались следующие неорганические соли: MnSO4, CuSO4, NiSO4, FeSO4. Концентрация катализаторов в орошающей суспензии изменялась от 0,5.10-3 до 2.10-3 моль/л.

В процессе проведения эксперимента, степень очистки дымовых газов от SO2 составляла 90…96%. Установлено, что каталитический эффект при окислении сульфита кальция в сульфат кальция проявляют все использовавшиеся в опытах неорганические соли в большей или меньшей степени. Удалось подобрать наиболее эффективный вид катализатора, и определить его оптимальную массовую составляющую, получить шлам, в основном состоящий из CaSO4.2H2O(60…85%).

водостойкий гипсовый ангидрид известняковый

Рис. Схема опытной установки для нейтрализации сернистых выбросов

Обозначено: 1 - угольные топки; 2 - шибер; 3 - абсорбер; 4 - сборник-нейтрализатор; 5 - дымосос; 6 - циркуляционный насос; 7 - бак суспензии.

Так, при использовании CuSO4 в качестве катализатора жидкофазного окисления, в процессе очистки дымового газа был получен шлам влажностью 60…80%, содержащий до 85% CaSO4.2H2O в твердой фазе. Согласно ГОСТ 4013-82 «Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства гипсовых вяжущих материалов», продукт сероочистки соответствует сырью 3,4 сорта.

Полученные партии гипсосодержащего шлама подвергали сушке до постоянной массы при температуре 50…60 оС. Высушенный материал представляет собой порошок желто-серого цвета. Плотность порошка в рыхлом состоянии 950…1050кг/м3, в уплотненном состоянии 1200…1300кг/м3, размер кристаллов двуводного гипса составляет 150…200мкм. Согласно результатам химического и рентгенофазового анализов (таблица 1), продукт сероочистки в основном состоит из CaSO4.2H2O (75…84%) и небольшого количества примесей.

Таблица 1. Химический состав шлама, образующегося при очистке дымовых газов от SO2 суспензией известняка.

На основе трех партий техногенного гипсового сырья было получено гипсовое вяжущее в-модификации и водостойкое гипсоцементнозольное вяжущее. Дегидратацию техногенного гипсового сырья проводили в сушильном шкафу, при температуре 140…155оС, время дегидратации составляло 4,0…4,5 часа. Строительно-технические свойства строительного гипса приведены в таблице 2.

Полученный строительный гипс, портландцемент марки М500Д0 использовали для создания водостойкого гипсоцементнозольного вяжущего. В качестве активной минеральной добавки использовали золу гидроудаления Воронежской ТЭЦ №1. Выбор оптимального состава гипсоцементнозольного вяжущего проводили по методике разработанной в МГСУ им. Куйбышева /4/. Пользуясь этой методикой, по показаниям концентрации гидрооксида кальция в водных суспензиях сульфата кальция, портландцемента и золы, устанавливали необходимое количество золы и цемента. Золу вводили для связывания гидрооксида кальция и предотвращения образования разрушающего структуру цементного камня эттрингита. На основе полученных результатов был определен оптимальный состав гипсоцементнозольного вяжущего:

строительный гипс - 50%;

портландцемент М500Д0 - 19%;

зола Воронежской ТЭЦ №1 - 31%.

Строительно-технические свойства гипсоцементнозольного вяжущего приведены в таблице 2.

Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения строительного гипса и водостойких вяжущих на основе техногенного гипсового сырья, с хорошими строительно-техническими свойствами.

Таблица 2. Строительно-технические свойства строительного гипса и водостойкого гипсоцементнозольного вяжущего

Наиболее перспективные направления использования полученного строительного гипса в строительстве:

-производство внутренних гипсобетонных перегородок, декоративных и акустических гипсовых плит;

-производство поризованных блоков из пеногипса;

-производство шпатлевок, сухих смесей для отделочных, штукатурных, реставрационных, ремонтных работ.

Перспективные направления использования водостойкого гипсоцементнозольного вяжущего на основе строительного гипса:

-производство наружных ограждающих конструкций (камни, блоки, панели), внутренних перегородок, объемных элементов (санитарно-технические кабины, вентиляционные блоки, шахты лифтов);

-устройство стяжек и оснований наливных полов.

Список литературы

1. Крыленко В.И., Белоконь С.М., Потоцкий В.П. Влияние состава известняковой суспензии на эффективность очистки агломерационных газов от сернистого ангидрида./Химическая промышленность.-1973.-№11.-с.45-50.

2. Вилесов Н.Г. Очистка выбросных газов. - Киев, 1971.-197с.

3. Терни Т. Механизмы реакций окисления-восстановления. - М., 1968.-238с.

4. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А.В. Ферронской.-М.:Издательство АСВ, 2004.-488с.

Размещено на Allbest.ru