Комплексное использование фосфогипса в производстве цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комплексное использование фосфогипса в производстве цемента

Дворкин Л.И.

Освещены вопросы утилизации отвального фосфогипса путем брикетирования с целью изготовления искусственного гипсового камня для регулирования процесса схватывания портландцемента, а также в качестве минерализатора обжига цементного клинкера.

Возрастающее использование гипсовых материалов в строительстве и ограниченное число месторождений гипсового камня заостряют проблему поиска источников кондиционного гипсового сырья.

В то же время не решается проблема использования фосфогипса, многотоннажные запасы которого хранятся в отвалах химических предприятий. Только в отвалах Ровенского ОАО "Азот" накоплено более 10 млн.т фосфогипса (ФГ), который можно использовать в качестве сырья.

В процессе хранения отхода в течение десятилетий в нем происходят изменения химического состава, связанные с процессами естественного отмывания при воздействии природных осадков.

Состав фосфогипса длительного вылеживания приближается к стандртным нормам. В то же время могут быть и отклонения в количестве вредных примесей - соединений фосфора и фтора от предельных норм, которые могут быть превышены. Это вызывает необходимость химической обработки фосфогипса с целью перевода растворимых соединений фосфора и фтора в нерастворимые, а также нейтрализации остатков фосфорной и серной кислот. фосфогипс фтор утилизация портландцемент

Нами исследованы различные способы нейтрализации фосфогипса известь содержащими материалами, в качестве которых использованы известь, известково-карбонатная пыль (ИКП) вращающихся известь обжигательных печей. Установлено, что наиболее быстро нейтрализация проходит при использовании известкового молока, однако при этом повышается влажность фосфогипса на 4…5%, а излишняя влага требует сушки материала для ее удаления. Для практической технологии наибольший интерес представляют сухие способы нейтрализации фосфогипса с использованием порошков молотой извести, цемента, ИКП. В то же время сухие способы возможны лишь при влажности фосфогипса около 15…20%. При тщательном перемешивании и перетирании фосфогипса с нейтрализующей добавкой, которая вводится в количестве 2…3% в пересчете на активный СаО, через 2…6 час величина водородного показателя рН изменяется от 4…5 до 8…9 (иногда до 11).

Для применения нейтрализованного фосфогипса как добавки к портландцементу с целью регулирования процесса схватывания вяжущего необходимо также отсутствие в его составе токсичных примесей (хром, мышьяк и др.), отсутствие запаха и вредных испарений, а также минимальный уровень радиационного фона, допустимый санитарными нормами. Ниже (табл.1) приведено содержание вредных примесей в фосфогипсе различного срока хранения в отвалах.

Таблица 1

Содержание примесей фосфора и фтора

Содержание СаSO₄ - 96,65...98,35%.

Данные табл. 1 показывают, что технологические пробы фосфогипса различной длительности хранения несколько отличаются содержанием фтора, фосфора, серного ангидрида. Требования ДСТУ БВ.2.7-3-9 к искусственному гипсовому камню из фосфогипса представлены в табл.2. Химический анализ, проведенный ЦЗЛ РПО "Азот" и институтом гигиены и медицинской экспертизы АМН Украины (табл.3) показал, что нейтрализованный фосфогипс соответствует требованиям стандарта, наличия токсичных элементов в фосфогипсе не обнаружено.

Таблица 2

Камень гипсовый искусственный из фосфогипса - ДСТУ БВ 2.7-3-93

*На дегидратированный продукт.

А_сум., не более 370 БК/кг.

Была проведена санитарная экспертиза фосфогипса, службой Главного санитарного врача Украины дано разрешение на применение нейтрализованного фосфогипса в промышленном производстве. Радиологические анализы, выполненные областными службами радиологического контроля, позволили отнести материал к І кл. по содержанию радионуклидов (370 БК/кг), что позволяет использовать фосфогипс в производстве материалов для всех видов строительства.

Таблица 3

Химический состав фосфогипса (масс.% по сухому веществу)

Содержание гидратной воды - 17…18%

Для придания фосфогипсу товарного вида и высокой технологичности необходимо его гранулирование или брикетирование. Известные способы гранулирования являются сложными, требуют применения громоздких сушильно-окатывающих аппаратов (сушильные барабаны, тарельчатые или барабанные грануляторы), кроме того, не обеспечивают необходимой прочности гранул и их сохранности при осуществлении транспортно-технологи-ческих операций. Более перспективным является брикетирование материала.

Брикетирование нейтрализованного фосфогипса отрабатывали с целью предотвращения пыления, улучшения условий транспортирования, дозирования, складирования. Эксперименты проведены на брикетно-валковом прессе. После лабораторных исследований проводилась опытно-промышленная апробация в лаборатории "Окатышей" Днепропетровского металлургического института. Оптимальные параметры прессования, при которых достигнута прочность брикета 6…10 МПа, соответствовали влажности материала 7…12%, давлению 20…40 МПа. Для подготовки пресс-массы, содержащей ФГ и известь (или ИКП), необходимо подсушивание фосфогипса, поступающего из отвала. Характеристики брикета промышленного производства приведены в табл. 5.

Испытания цементов с фосфогипсом. Первый эксперимент использования ФГ для замены гипсового камня на Здолбуновском цементном заводе кафедра ТБВиМ провела совместно с заводом в 1982 г.Таблица 4

Результаты испытаний опытных цементов

Таблица 5

Характеристика брикета из фосфогипса

Был использован отвальный ФГ после гранулирования без нейтрализации

при выпуске цемента М600 на сепараторной мельнице. Опыт был положительным: по всем показателям цемент удовлетворял требованиям стандарта.

В настоящий период были в лабораторных условиях изготовлены цементы с нейтрализованным фосфогипсом на базе заводского клинкера. Были установлены: влияние ФГ на свойства цемента, оптимальная дозировка ФГ, совместное влияние ФГ и природного гипсового камня в композициях на свойства цемента.

В табл. 4 представлены результаты испытаний, из которых видно, что цементы с ФГ удовлетворяют требованиям стандарта: показатели н.г., схватывания, прочность не уступают аналогичным показателям цементов с использованием природного гипсового камня. Оптимальная дозировка ФГ составляет 2…2,5% SO₃.

В мировой практике известно использование фосфогипса в качестве минерализатора обжига клинкера (Япония, Россия, Болгария, Литва). Сообщается о возможности ввода ФГ до 2…3% (SO₃ 1%), что позволяет снизить расход топлива на 1%, повысить стойкость футеровки до 400 сут., клинкер отличается лучшей размалываемостью, повышенной активностью.

Необходимость использования минерализатора при обжиге клинкера на Здолбуновском заводе обусловлена следующими факторами:

-повышенным коэффициентом насыщения кремнезема известью (КН) в шламе;

-наличием в глинистых компонентах сырьевой шихты зерен грубодисперсного кремнезема;

-дополнительним питанием печи немолотым шлаком с холодного конца печи.

Как следует из полученных данных (табл.6), при обжиге шихт в лабораторной силитовой печи введение фосфогипса в количестве до 1% SO₃ позволяет ускорить связывание свободной извести как в шихтах без шлака, так и особенно при введении шлака к сухому заводскому шламу. При температуре 1400 ⁰С наблюдалось практически полное усвоение извести.

Таким образом, есть основание предполагать о возможности минерализующего действия фосфогипса при обжиге клинкера Здолбуновского завода во вращающихся печах. Этот вывод требует подтверждения в производственных условиях. Возможны различные варианты введения фосфогипса в печь, представляется рациональным введение его в сыпучем состоянии вместе со шлаком.

Таблица 6

КН- 0,94; n-2,45; p-1,1

Выводы

1. Нейтрализованный отвальный фосфогипс ОАО "Азот" по химическому составу, санитарно-гигиеническим параметрам, радиологическим показателям удовлетворяет требованиям, предъявляемым к искусственному гипсовому камню и к минерализующей добавке.

2. Доказана возможность брикетирования ФГ на валковом прессе, получены образцы кондиционного искусственного гипсового камня с требуемыми механическими показателями.

3. По данным лабораторных испытаний ввод ФГ в количестве 2…2,5% SО₃ обеспечивает физико-механические показатели цементов, не уступающие показателям, получаемым при использовании природного гипсового камня.

4. Показано наличие минерализующего эффекта ФГ при обжиге клинкера.

Результаты работы переданы предприятиям "Укргипс" и ОАО" Волиньцемент" для промышленного внедрения.

1. Фосфогипс. Под ред. С.Н.Эвнчика, А.А.Новикова.- М.: Химия, 1990, 222 с. 2. Добавка в цемент. Патент України на кор. модель № 23353. Дворкін Л.Й., Шестаков В.Л., Іщук О.О. та ін. Бюл. №7, 25.05.2007.

Размещено на Allbest.ru