Реферат: 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

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


http://www.jdpsmt.ru/docs/14/14.php


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