Исследование свойств вяжущего из фосфогипса и стеновых камней на его основе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование свойств вяжущего из фосфогипса и стеновых камней на его основе

В концепции экологической безопасности Республики Казахстан на 2004-2015 годы ставятся задачи по сокращению объемов накопления промышленных и бытовых отходов /1/. Для решения проблем, связанных с утилизацией промышленными и бытовыми отходами требуется разработка технологии по переработке и вторичному использованию отходов.

В настоящее время в отвалах завода минеральных удобрений ТОО «Казфосфат» накопилась около 8 млн. тонн фосфогипса, количество которого продолжает увеличиваться ежегодно на 0,4-0,5 млн.тонн, что весьма обременительно для завода. Одним из эффективных направлений переработки фосфогипса является получение на его основе вяжущих и стеновых камней /2/.

Применение гипсовых вяжущих эфективно не только для производства традиционных изделий (декоративных и акустических плит, перегородок), но и для стеновых материалов. Накопленный опыт в строительстве свидетельствует, что гипсобетонные стены в условиях малоэтажного строительства, особенно сельского, на 10-15% экономичнее (в расчете на 1 м2 ) стен из глиняного кирпича и керамзитобетонных панелей. Производство их на 30-60% менее энергоемко. Наибольший эффект получается от применения гипсобетонных стеновых камней, для организации производства которых требуются небольшие капитальные и текущие затраты, а для транспортирования и монтажа не нужна специальная техника.

Хорошие эксплуатационные и экономические показатели гипсовых материалов и изделий большой трудо и энергосберегающий эффект при их производстве и применении, сравнительно низкая капиталоемкость конечной продукции, а также определенный дефицит в этих материалах и изделиях послужили основанием для разработки технологии вяжущих и изделий из фосфогипса.

Как и из природного гипсового камня, из фосфогипса можно получать полуводный гипс б и в-модификаций. При термообработке в среде насыщенного водяного пара под давлением получают б-полугидрат, при обжиге при атмосферном давлении - в-полугидрат сульфата кальция. Однако как в том, так и в другом случаях непременным условием является специальная подготовка исходного фосфогипса, заключающаяся в сведении к минимуму пассивирующего действия содержащихся в фосфогипсе примесей - водорастворимых соединений фосфора, фтора и других веществ. Примеси либо удаляют промывкой, либо переводят в нерастворимые соединения методом нейтрализации или перекристаллизации.

Реализация таких приемов, как отмывка примесей усложняет переработку фосфогипса в вяжущие, приводит к значительному увеличению его себестоимости. Так, для удаления из 1 т фосфогипса промывкой осноаного количества водораствори-мых соединений требуется до 5 м3 воды. Помимо трудности с обеспечением водой в больших количествах, возникает проблема утилизации минерализованной воды. В лучшем случае она подлежит нейтрализации и дальнейшему использованию в технологическом цикле дибо упарке. Последнее связано с большим расходом топлива, а также порождает новую проблему - использование водорастворимых солей, образующихся при упарке воды.

Таким образом, решения, связанные с удалением из фосфогипса примесей, сложны и нерациональны как с экономической точек зрения.

При выборе технологии получения вяжущих критериев их качества чаще всего рассматривают их прочность.

Анализ требований, предъявляемых к строительным изделиям на основе гипсовых вяжущих, показывает, что эксплуатационная прочность при сжатии таких материалов в большинстве случаев достаточна в пределах 5-7,5 МПа. Для малоэтажных же зданий, при возведении которых наиболее эффективно применение гипсовых вяжущих и изделий из них, вполне приемлемы материалы с эксплуатационной прочностью 3,5-5 МПа. Таким образом, при производстве наиболее эффективных гипсовых изделий, широко применяющихся, высокая прочность вяжущих в большинстве случаев не используется.

Изделия для ограждающих элементов отапливаемых зданий, кроме нормируемой прочности, должны иметь требуемые теплозащитные характеристики, которые зависят в основном от средней плотности изделий. Для уменьшения средней плотности гипсобетонов в состав исходных смесей можно вводить пено и газообразователи. Не исключая возможности прибегать к указанным приемам, в описанных далее опытах стеновые камни отливали из подвижных смесей при В/Г отношениях в сухом состоянии составляла 900-1100 км/м3, а предел прочности при сжатии - 3,5…5 МПа. В этом случае камни можно изготовлять с пустотностью 15…25%, что позволит уменьшить расход вяжущего, а также топлива на сушку изделий.

Для достижения максимального экономического и экологического эффекта для производства стеновых материалов взамен негашеной извести предложены смеси с использованием тонкодисперсных известь содержащих отходов промышленности как доменные шлаки, дефекат-отход сахарного производства.

Экспериментально доказана возможность использования в качестве активной минеральной добавки циклонной пыли отхода керамзитового производства содержащего в своем составе оксиды кремния, алюминия, железа позволяющих активизировать процесс образования гидросульфоалюминатов кальция и увеличить количество вовлеченного в него двуводного гипса.

Полуводный фосфогипс в-модификации имеет следующие основные свойтва: предел прочности при сжатии, МПа

через 2 ч 4-6

в сухом состоянии 7-10

предел прочности при изгибе, МПа

через 2 ч 1,4-1,8

в сухом состоянии 2, 4-3

Сроки схватывания, мин

начало 7-10

конец 32-35

нормальная густота, % 65-75

удельная поверхность, см2/г до 6000

содержание гидратной воды, % 5,2-6,5

Вяжущее из фосфогипса используют главным образом при изготовлении стеновых блоков размеров 390Х190Х188 мм. Блоки формуют в непрерывном технологическом потоке способом литья из высокоподвижной гипсовой массы. Гипсовое тесто готовится непрерывно при В/Г=0,7-0,75 и заливается в ячейки-формы карусельной машины, которая имеет 128 форм и делает один оборот за 30 мин.За это время осуществляются заливка теста в формы, заглаживание открытой поверхности камней, происходит схватывание и твердение гипсовой массы. Затвердевшие изделия выталкиваются из форм на поворотный столик, затем кантователем перегружаются на ленточный конвейер. Последний подает камни на автоматический штабелер, который формирует из блоков пакеты. С помощью механизмов последние погружаются в транспорные средства, вывозятся на транспортные средства, вывозятся на склад готовой продукции.

основные физико-механические свойства гипсобетонных камней,

средняя плотность в сухом состоянии, кг/ м3 1040-1100

предел прочности при сжатии, МПа

через 2 ч 3-5

в сухом состоянии 5-8

теплопроводность в сухом состоянии Вт/( м 0С) 0,33-0,42

Для повышения коэффициента водоустойчивости были использованы добавки портландцемента в количестве 3, 5, 7, 10%. Дальнейшее увеличение количества портландцемента ограничивалось по экономическим соображениям. Для определения оптимального количества добавок портландцемента в составе композиции были определены предел прочности при сжатии и изгибе, коэффициент водостойкости, сроки схватывания по известным методикам. Композиционные материалы на основе фосфогипса изготавливались по следующей технологии: фосфогипс был отобран с отвала и методом квартования был усреднен. Фосфогипс взятый непосредственно с технологической линии влажностью 25-30% был высушен и подвергнут механо-химической активации с добавками извести и портландцемента. В качестве заполнителей исходя из назначения были использованы доломит,известняк, золошлаковые отходы. Количество заполнителя принято постоянно и составляло 75%. Перемешанные сырьевые смеси влажностью 8-10% подвергались прессованию при удельном давлении 10, 15, 20 МПа. Необходимо отметить, что фосфогипс текущего выхода отобранный непосредственно с технологической линии (свежий), агрегатное состояние которого определяется его высокой исходной влажностью, плохо подвергается процессу измельчения, поскольку происходит налипание на мелющие тела, на стенки внутренней камеры помольной установки. Поэтому фосфогипс был подвергнут предварительной сушке до относительной влажности 2±1%. В результате исследования было установлено, что в процессе помола фосфогипса - 100% и смеси состава фосфогипс-портландцемент добавки портландцемента способствуют повышению удельной поверхности, которая после 2-х часового помола составляет 280-300 м2/кг (рисунок 1).

Изменение удельной поверхности фосфогипса от вида добавок и продолжительности помола 1-1 часа, 2-2 часа помола

Рис. 1

В таблице 2 приведены физико-механические свойства композиционных материалов.

экологический промышленный отходы

Таблица 2. Физико-механические свойства образцов

Как показывают изменения экспериментальных данных, с увеличением давления прессования значительно повышаются показатели предела прочности, коэффициента водостойкости. Так если при содержании фосфогипса - 100% (состав №1) прочности при сжатии составляло 5,2 МПа, а коэффициент водостойкости - 0,64, то при введении 3% портландцемента эти показатели составляли - 7,5 МПа и 0,72 соответственно. Оптимальное давление прессования составляет 20 МПа. Оптимальным содержанием портландцемента для изделий наружной отделки к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости является 7-10%, а для изделий используемых внутри помещений 3-5%. Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о возможности организации производства эффективных стеновых материалов на основе фосфогипса, использование которого позволяет решить экологические проблемы.

Литература

1.Концепция экологической безопасности Республики Казахстан на 2004 - 2015 годы //Казахстанская правда, от 10 декабря 2003 с. 7-8.

2.Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. Фосфогипс: Исследование, применение.-Ташкент, 1980-156 с.

Размещено на Allbest.ru