К вопросу утилизации отходов фосфогипса на преприятиях Северо-западного региона России ПетроваТ. М., проф., д т. н., Джаши Н. А., научн сотр., к т. н., Лобач И. П., ст научн сотр
| Вид материала | Документы |
- Программа дисциплины Кино в культуре ХХ века, 137.77kb.
- А. В. Елин, канд техн наук, научн сотр.; И. П. Каплун, асп, 206.68kb.
- Д. В. Фомин, канд ист н., ст научн сотр, 121.85kb.
- Программа дисциплины Социология репродуктивного поведения для направления 040200., 139.41kb.
- «Здравоохранение 2003», 26.88kb.
- Дирекция Северо-Западного регионального отделения рст приступает к реализации комплексного, 39.24kb.
- Этика соавторства и этика цитирования Николай Михайлович Сергеев, д хим наук, профессор,, 199.31kb.
- Современные проблемы российской ментальности, 7141.36kb.
- 2-я научно практическая конференция кардиохирургов Северо-Западного региона России, 53.04kb.
- 2-я научно – практическая конференция кардиохирургов Северо-Западного региона России, 56.04kb.
К вопросу утилизации отходов фосфогипса на преприятиях Северо-западного региона России
ПетроваТ.М., проф., д.т.н., Джаши Н.А., научн. сотр., к.т.н.,
Лобач И.П., ст. научн. сотр
Петербургский Университет путей сообщений, г. Санкт-Петербург, Россия
ссылка скрыта
Современная строительная практика свидетельствует о большой востребованности гипса и изделий на его основе.
Гипс широко распространен в земной коре в виде гипсового и ангидритового камня. Его доступность послужила причиной того, что гипс уже многие столетия применяется в качестве строительного материала. Наряду с природным гипсом используется и так называемый синтетический гипс (получаемый при производстве фосфорной и плавиковой кислот, а также при очистке газов от оксидов серы).
При имеющемся дефиците естественных сырьевых источников природного гипса на территории Северо-запада России особый интерес представляют вопросы утилизации фосфогипса как источника вторичного сырья для производства гипсовых вяжущих.
Фосфогипс образуется при производстве фосфорной кислоты из апатитовых и фосфоритовых руд по реакции:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O → 5(CaSO4•2H2O) + 3H3PO4 + 0,5H2F2
Следует признать, что фосфогипс-полугидрат, получаемый в результате термообработки, зачастую, обладает достаточно высокой водопотребностью и низкими прочностными показателями. Основной причиной пониженных показателей является присутствие в составе фосфогипса различных примесей, к числу которых, в первую очередь, относятся кислоты и фториды.
Улучшению качества фосфогипса-полугидрата способствуют промывка отходов водой, совершенствование технологии дегидратации фосфогипса, а также применение различных добавок-пластификаторов.
В качестве сырья для получения строительного гипса в исследованиях пользовались отходы производства фосфатных удобрений Кингисеппского объединения «Фосфорит» и отход производства Череповецкого ОАО «Аммофос» в виде фосфогипса. В работе применялись пробы сырья, взятые из шурфов, проделанных на разной высоте отвала Кингисеппского объединения «Фосфорит» (пробы условно названы: «верхний», «средний», «нижний»). Возраст отвала составляет приблизительно 30 лет.
Пробы сырья ОАО «Аммофос» доставлялись в виде усредненной пробы без привязки к конкретному месту нахождения отхода.
В исследованиях использовалась технология переработки сырья, включающая операции
- промывки;
- двухстадийной сушки с предварительным высушиванием при 100-110оС и досушивания при 150-160 оС;
- помола.
Для повышения прочности гипсового вяжущего вводились следующие добавки-пластификаторы: суперпластификатор С-3; Лигносульфонат технический ЛСТ. С-3 и ЛСТ вводились в гипс в сухом виде.
Действие добавок предварительно проверялось на гипсе Дон марки Г-6 (ГОСТ 125-79), принятом за эталон.
Показатели прочности определялись при фактической температуре воздуха в лаборатории на момент испытания в возрасте 2 часов и 28 суток.
Прочность гипсового камня на гипсе Г-6 «Дон»
Таблица 1
| Наименование состава | Прочность Rcж, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное) | |
| 2 часа | 28 суток | |
| Гипс без добавок, НГ=55%; Температура твердения образцов ТоС - +18оС | 4,2 | 14,6 |
| Гипс без добавок, НГ=55%; Температура твердения образцов ТоС - +22оС | 6,5 | 15,3 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Новомосковского завода». Температура твердения образцов ТоС - +18оС | ||
| Гипс с С-3 – 2,0%, НГ=45% | 4,2 | 14,0 |
| То же, с С-3 – 3,0%, НГ=43% | 5,2 | 13,0 |
| То же, с С-3 – 5,0%, НГ=37% | 5,4 | 14,8 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Новомосковского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с С-3 – 2,0%, НГ=45% | 7,7 | 19,8 |
| То же, с С-3 – 3,0%, НГ=43% | 5,6 | 13,8 |
| То же, с С-3 – 5,0%, НГ=37% | 6,7 | 18,7 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с С-3 – 3,0%, НГ=40% | 6,0 | 15,0 |
| То же, с С-3 – 3,0%, В/Г=0,38 | 10,9 | 21,1 |
| Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +18оС | ||
| Гипс с ЛСТ – 0,2%, НГ=43% | 5,2 | 17,4 |
| То же, с ЛСТ – 0,5%, НГ=45% | 5,1 | 19,8 |
| То же, с ЛСТ – 0,8%, НГ=46% | 5,5 | 18,9 |
При введении суперпластификатора С-3 в гипс – эталон максимальное снижение водопотребности гипса составляет 33%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 10,9МПа, вместо исходных 6,5МПа (при одинаковых условиях твердения).
Введение добавки ЛСТ при одинаковых условиях твердения позволяет при снижении водопотребности на 16% повысить прочность при сжатии в возрасте 2 часа до 5,5МПа, вместо 4,2МПа. Изменение содержания добавки ЛСТ от 02% до 0,8% практически не отражается на прочности гипсового камня.
Отмечается заметное влияние температуры твердения на прочность твердеющего гипсового камня.
Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» («Нижний»).
Таблица 2
| Наименование состава | Прочность Rcж, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное) | |
| 2 часа | 28 суток | |
| Температура твердения образцов ТоС - +18оС ÷ +22оС | ||
| Гипс без добавок, НГ=80-85% | 1,5÷3,0 | 4,7÷7,8 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Новомосковского завода». Температура твердения образцов ТоС - +18оС÷ +22оС | ||
| Гипс с С-3 – 2,0%, В/Г=0,67 | 2,8 | 9,4 |
| То же, с С-3 – 3,0%, НГ=55% | 2,8 | 8,8 |
| Гипс с С-3 – 5,0%, В/Г=0,58 | 2,3 | 7,7÷8,7 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с С-3 – 5,0%, В/Г=0,45 | 3,5 | 9,4 |
| То же, с С-3 – 5,0%, НГ=43% | 6,0 | 21,2 |
При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс «Нижний» максимальное снижение водопотребности гипса составляет 49%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 6,0МПа, вместо исходных 1,5÷3,0МПа.
Пониженная температура твердения значительно снижает прочность гипсового камня в возрасте 2 часа. В дальнейшем при твердении до 28 суточного возраста и сопутствующем повышении температуры воздуха прочность камня возрастает.
Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» («Нижний»).
Таблица 3
| Наименование состава | Прочность Rcж, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное) | |
| 2 часа | 28 суток | |
| Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с ЛСТ – 0,2%, НГ=63% | 3,3 | 9,7 |
| То же, ЛСТ – 0,5%, НГ=60% | 3,4 | 9,1 |
| То же, ЛСТ – 0,8%, НГ=58% | 3,3 | 9,7 |
Увеличение содержания ЛСТ в фосфогипсе «Нижний» до 0,8%, несмотря на снижение водопотребности и ожидаемое повышение прочности, практически не оказывает влиянии на прочность при сжатии.
Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» («Верхний»).
Таблица 4
| Наименование состава | Прочность Rcж, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное) | |
| 2 часа | 28 суток | |
| Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс без добавок, НГ=80-81% | 2,5 | 6,9 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Новомосковского завода». Температура твердения образцов ТоС - +18оС | ||
| То же, с С-3 – 2,0%, НГ=55% | 7,1 | 17,8 |
| То же, с С-3 – 2,0%, В/Г=0,60 | 4,4 | 11,4 |
| Гипс с С-3 – 3,0%, НГ=61% | 4,6 | 12,6 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с С-3 – 0,5%, НГ=70% | 2,1 | 7,2 |
| То же, с С-3 – 2,0%, НГ=60% | 3,6 | 10,8 |
| То же, с С-3 – 5,0%, НГ=50% | 6,4 | 12,4÷17,5 |
| То же, с С-3 – 5,0%, В/Г=0,45 | 4,5 | 8,2 |
| Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с ЛСТ – 0,2%, НГ=60% | 3,7 | 10,1 |
Результаты по прочности приводятся, в основном, для гипсового камня на тесте нормальной густоты (НГ); в том случае, если указывается В/Г (водогипсовое отношение), последнее незначительно отличается от НГ в большую или меньшую сторону.
При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс «Верхний» максимальное снижение водопотребности гипса составляет 39%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 7,1МПа, вместо исходных 2,5МПа (при одинаковых условиях твердения).
Введение добавки ЛСТ при одинаковых условиях твердения позволяет при снижении водопотребности на 26% повысить прочность при сжатии в возрасте 2 часа до 3,7МПа, вместо 2,5МПа.
Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» («Средний»).
Таблица 5
| Наименование состава | Прочность Rcж, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное) | |
| 2 часа | 28 суток | |
| Температура твердения образцов ТоС - +18оС ÷ +22оС | ||
| Гипс без добавок, НГ=75-84% | 1,2÷2,7 | 3,9÷7,8 |
| Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с С-3 – 2,0%, НГ=55% | 5,2 | 10,8 |
| То же, с С-3 – 5,0%, В/Г=0,45 | 5,0 | 11,4 |
| Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО «Полипласт» «Кингисеппского завода». Температура твердения образцов ТоС - +22оС | ||
| Гипс с ЛСТ – 0,2%, НГ=70% | 2,1 | 6,5 |
| То же, с ЛСТ – 0,2%, В/Г=0,60 | 4,3 | 11,5 |
При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс «Средний» максимальное снижение водопотребности гипса составляет 46%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 5,2МПа, вместо исходных 1,2÷2,7МПа.
Введение добавки ЛСТ позволяет при снижении водопотребности на 16% повысить прочность при сжатии в возрасте 2 часа до 4,3МПа, вместо 1,2÷2,7МПа.
Прочность гипсового камня. Фосфогипс-полугидрат из отходов Череповецкого ОАО «Аммофос». Образцы 2х2х2см3
Таблица 6
| №№ пп | Состав | Прочность, Rсж, МПа, в возрасте | |
| 2 часа | После сушки до постоянной массы при +50оС (≈30 час.) | ||
| | Фосфогипс, НГ=80%, без добавки | 2,2÷2,7 | 7,5÷8,8 |
| | Фосфогипс, НГ=60%, добавка С-3 – 2,0% | 4,2 | 10,4 |
| | Фосфогипс, НГ=55%, добавка С-3 – 5,0% | 3,4 | 14,1 |
Примечание. В качестве добавки применялся С-3 производства ООО «Полипласт» «Новомосковского завода».
При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс из отходов Череповецкого ОАО «Аммофос» максимальное снижение водопотребности гипса составляет 31%.
Введение суперпластификатора С-3 в состав фосфогипса-полугидрата из отходов Череповецкого ОАО «Аммофос» в количестве 2÷5% по массе от массы гипса позволяет повысить марку вяжущего до Г-4, вместо Г-2.
Сроки схватывания фосфогипса-полугидрата
Результаты исследований приведены в таблице
Таблица 7
| №№ п/п | Наименование пробы | НГ | Сроки схватывания, мин., сек. | |
| начало | конец | |||
| Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» («Нижний») | ||||
| 1. | ФГ «Нижний», без добавок | 80 | 10-00 | 23-00 |
| 1.1. | то же + С-3 – 1,0% | 60 | 5-30 | 11-00 |
| 1.1.а | то же +С-3-1,0% + лимонная кислота -0,1% | 60 | 8-00 | 16-30 |
| 1.2. | то же + С-3 – 5,0% | 43 | 2-30 | 6-00 |
| 1.3. | то же + ЛСТ-0,2% | 60 | 10-00 | 15-00 |
| Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» («Верхний») | ||||
| 2. | ФГ «Верхний» без добавок | 80 | 13-00 | 30-00 |
| 2.1. | то же+ С-3-0,5% | 70 | 13-30 | 29-00 |
| 2.2. | то же+С-3-2,0% | 55 | 5-00 | 11-00 |
| 2.3. | то же+С-3-5,0% | 45 | 4-00 | 8-30 |
| 2.4. | то же+ЛСТ-0,2% | 60 | 11-00 | 20-00 |
| Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» («Средний») | ||||
| 3. | ФГ «Средний» без добавок | 80 | 14-30 | 24-30 |
| 3.1. | то же +С-3-1,0% | 60 | 10-00 | 14-00 |
| 3.2. | то же +С-3-5,0% | 43 | 2-30 | 5-00 |
| 3.3. | то же + ЛСТ-0,2% | 60 | 11-00 | 17-00 |
| Фосфогипс из отходов Череповецкого ОАО «Аммофос» | ||||
| 4. | ФГ, без добавок, Череповецкий | В/Г=0,80 | 7 | 12 |
| 4.1. | ФГ, без добавок | 81 | 7 | 15 |
| 4.2. | то же+С-3-2,0% | 60 | 4 | 6 |
| 4.3. | то же + С-3 – 5,0% | 55 | 4 | 6 |
В соответствии с ГОСТ 125-79* по срокам схватывания полученные образцы фосфогипса из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» без добавок относятся к нормальнотвердеющему, индекс сроков твердения Б.
Образцы фосфогипса из отходов Череповецкого ОАО «Аммофос» без добавок относятся к быстротвердеющим гипсовым вяжущим, индекс сроков твердения А.
К быстротвердеющим гипсовым вяжущим, индекс сроков твердения А относятся композиционные гипсовые вяжущие на основе полученных образцов фосфогипса из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» с добавками С-3 в количестве 1,0÷5,0% на ФГ «Нижний»; С-3 - 2÷5,0% на ФГ «Верхний»; С-3 – 5,0% на ФГ «Средний».
Композиционные гипсовые вяжущие на основе полученных образцов фосфогипса из отходов Череповецкого ОАО «Аммофос» с добавками С-3 в количестве 2÷5% относятся
также к быстротвердеющим гипсовым вяжущим, индекс сроков твердения А Композиционные вяжущие на основе полученных образцов фосфогипса из отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» с добавкой ЛСТ-0,2% можно также отнести к нормальнотвердеющим, индекс сроков твердения Б.
Определение тонкости помола гипсового вяжущего из отходов фосфогипса
Таблица 8
| №№ проб | Максимальный остаток на сите с размерами ячеек в свету 0,2 мм, гр. | Максимальный остаток на сите с размерами ячеек в свету 0,2 мм, % | ||
| Проба Кингисеппского объединения «Фосфорит» | Проба Череповецкого ОАО «Аммофос» | Проба Кингисеппского объединения «Фосфорит» | Проба Череповецкого ОАО «Аммофос» | |
| | 3,2 | 2,17 | 6,4 | 4,34 |
| | 1,00 | 2,52 | 2,00 | 5,04 |
| | 1,43 | 0,83* | 2,86 | 1,66* |
Примечание. Помол гипсового вяжущего осуществлялся вручную в фарфоровой ступке.
Остальные пробы получены помолом в лабораторной мельнице
Определение средней насыпной плотности гипсового вяжущего из отходов фосфогипса
Таблица 9
| №№ проб | Средняя нас. плотность, ρср.кг/м3 | |
| Проба Кингисеппского объединения «Фосфорит» | Проба Череповецкого ОАО «Аммофос» | |
| | 900 | 972 |
| | 680 | 942 |
| | 780 | 889 |
Основные выводы
Таким образом, в результате проведенных научно-исследовательских работ были получены следующие материалы:
гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» марки Г-2; Г-3, нормально твердеющее (Б), помол - II.
- гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Череповецкого ОАО «Аммофос» марки Г-2 быстротвердеющее (А), помол - II.
- композиционное гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» марки Г-5; Г-7, быстротвердеющее (А), помол - II.
- композиционное гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Череповецкого ОАО «Аммофос» марки Г-3; Г-4, быстротвердеющее (А), помол - II.
В соответствии с ГОСТ 125-79 СТ СЭВ 826-77 областями применения гипсового вяжущего и композиционного гипсового вяжущего на основе отходов Кингисеппского объединения «Фосфорит» и Череповецкого ОАО «Аммофос» являются следующие:
- изготовление гипсовых строительных изделий всех видов;
- изготовление тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей;
- производство штукатурных работ, заделка швов и специальные цели;
- для медицинских целей