авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Гипсовые строительные материалы и изделия, полученные механохимической активацией техногенного сырья

-- [ Страница 3 ] --

Для получения сопоставимых данных удельная поверхность определена также методами низкотемпературной адсорбции азота и хроматографии-

ческим.

Исследования показали, что после 30 мин. обработки смеси на бегунах удельная поверхность увеличилась с 8,3 м2/г до 29 м2/г (метод низкотемпературной адсорбции азота) и с 1,6 м2/г до 4,3 м2/г (хроматографический метод), что согласуется с результатами определения удельной поверхности методом воздухопроницаемости.

Из табл. 5 следует, что в процессе обработки на бегунах содержание химически связанной воды в пробе без введения активатора в пересчете на сухой продукт возрастает с 6,6% до 8,0%. Введение добавки-активатора привело к существенному ускорению процессов гидратации, и содержание химически связанной воды в пробе возросло с 6,6 до 14,2%, то есть до 75% полуводного сульфата кальция превратилось в дигидрат.

Через 5-7 ч. хранения прессованных образцов превращение полуводного гипса в дигидрат практически закончилось. Об этом также свидетельствуют результаты ДТА, ИКС, ЯМР и рентгеновского фазового анализов.

Исследования показали, что МХА фосфополугидрата решает 3 задачи:

1.Нейтрализации кислот (ортофосфорной и серной) в жидкой фазе остатка на фильтре.

2.Ускорения процессов гидратации и твердения.

3.Изменения реологических свойств формовочной смеси. ФПГ с фильтра рыхлый, сыпучий продукт с влажностью до 30%. Кристаллы полуводного сульфата кальция агрегированы. После обработки на бегунах образуется пластичная, связная формовочная смесь. Это может быть обусловлено разрушением агрегатов и снижением содержания «иммобилизованной» воды, т.е. воды, находящейся в агрегате и не влияющей на удобоукладываемость. Следовательно, МХА облегчает также процессы формования изделий.

Исследования показали, что обработка на бегунах в течение 5-6 мин.

позволяет получить быстросхватывающиеся и быстротвердеющие формовочные смеси, аналогичные смесям, применяющимся при производстве гипсовых строительных изделий, из природного сырья.

На основании проведенных исследований в производственных условиях на Никольском заводе керамических изделий (методом пластического формования на ленточном прессе) и на Павловском заводе силикатных материалов (методом полусухого прессования) получены партии кирпича и гранул, последние использованы при помоле клинкера портландцемента, ВАЗ вместо природного гипсового камня.

Испытания портландцемента, проведенные по методике ГОСТ 310.4, показали, что замена гипсового камня гранулированным фосфополугидратом незначительно влияет на технические свойства вяжущего.

Технологическая схема производства гранул из ФПГ ВАЗ приведена на рис. 3

  1. ФПГ с карусельного фильтра по существующей системе сухого удаления через дозатор (1) поступает в бегуны (3), где перемешивается с активатором.
  2. Добавка-активатор пневмотранспортом подается в бункер (2) и через весовой дозатор также подается в бегуны (3).
  3. Активированная смесь готовой продукции поступает на конвейер схватывания (4) разравнивается на ленте и сбрасывается в склад готовой продукции (5), где производится выдержка до окончания процессов гидратации.
  4. При производстве строительных изделий активированная смесь через расходный бункер подается на формование и сформованные изделия – на склад готовой продукции.

Замена в технологической схеме конвейера схватывания на формовочный агрегат (например, кассету) позволяет получать гипсовые строительные изделия – плиты для межкомнатных перегородок, стеновые камни и др.

Разработан технологический регламент производства гранул из фосфополугидрата. На основании регламента Всесоюзным алюминиево-

Рис. 3. Технологическая схема гранулирования фосфополугидрата:

1 – дозатор; 2- бункер хранения; 3 – бегуны; 4 – конвейер схватывания; 5 – склад

магниевым институтом (ВАМИ) подготовлено проектное решение цеха грануляции фосфополугидрата ВАЗ мощностью 200 тыс. тонн гранул в год.

Влажность остатка на карусельном фильтре цеха экстракции ВАЗ не превышает 30%. На превращение полуводного сульфата кальция в дигидрат расходуется 10-12% воды от массы сухого продукта, поэтому влажность гранул и изделий не превышает 15-20%. По этой причине предложенная технология не предусматривает тепловой обработки как на стадии подготовки сырья (обжиг), так и на стадии производства гранул, т.е. технология относится к энергосберегающим. Сравнительная простота производства, использование выпускаемого промышленного оборудования (бегуны, кассеты), невысокие приведенные затраты энергии на производство позволяют получить изделия, способные конкурировать с аналогичной продукцией, изготовленной из природного гипсового сырья.

Четвертая глава посвящена исследованию свойств фосфополугидрата ОАО «Воскресенские минудобрения».

На ВАЗ и ОАО «Воскресенские минудобрения» используется Кольский апатитовый концентрат и сходная технология его переработки.

Влажность ФПГ, отобранного с фильтра, изменяется в пределах от 21 до 25 % по массе. Насыпная плотность – от 670 до 740 кг/м3.

Исследования проб ФПГ показали, что по химическому, фазовому и зерновому составу ФПГ ВАЗ и ОАО «Минудобрения» различаются несущественно.

Проведенные в лабораторных условиях исследования МХА фосфополугидрата ОАО «Минудобрения» показали, что его переработку можно осуществлять по технологической схеме, приведенной на рис. 3 Обработка ФПГ проводилась на бегунах. В качестве добавки-активатора предложено использовать пыль вращающихся печей цементного завода «Гигант» (расход – 3% массы сухого ФПГ).

С 1995 г в г. Воскресенске организовано производство строительных изделий из ФПГ с предварительной механохимической активацией отхода (фирма «Эсма»).

Из ФПГ изготавливаются: плиты межкомнатных перегородок; стеновые камни; архитектурно-декоративные изделия.

Объем переработки ФПГ достигает 120 тыс. т в год.

В пятой главе приведены результаты исследования свойств фосфогипса П.О. «Фосфорит» (г. Кингисепп).

На П.О. «Фосфорит» применяется дигидратный режим разложения апатитового концентрата.

При работе на концентрате Ковдорского горно-обогатительного

комбината на 1 т продукции образуется 4,30 т фосфогипса. Полученный при фильтрации фосфогипс подвергается двухкратной промывке. Его удаление осуществляется тремя способами: автосамосвалами, канатной дорогой и гидротранспортом. Первыми двумя способами («сухое удаление») удаляют до 90 % фосфогипса.

Из накопителя П.О. «Фосфорит» были отобраны и исследованы более 30 проб фосфогипса. По содержанию сульфата кальция фосфогипс из отвалов относится к гипсовому сырью 1 сорта по ГОСТ 4013. Колебания содержания сульфата кальция для фосфогипса от 92 до 97 %. Суммарное содержание примесей не выходит за пределы 5 %, к ним относятся не связанные фосфорная и серные кислоты, фосфаты калия, натрия и кальция, кремнефториды калия и натрия и другие.

Для предотвращения попадания кислых вод в окружающую среду в

накопителе устроен экран из полиэтиленовой пленки и специальный ров с

дамбой вокруг шламонакопителя.

Технические условия производства ЭФК допускают содержание в фосфогипсе растворенных в воде ортофосфорной кислоты и фосфатов (по Р2О5) до 0,5-0,7 % и фторидов до 0,15-0,20 % (по F1-). Значительное превышение этого уровня в некоторых пробах свидетельствует о неустойчивости параметров технологического процесса.

Кислый фосфогипс является коррозионно-активным материалом, и при его переработке требуется специальное оборудование из легированных сталей. При производстве портландцемента содержащиеся в нем растворимые в воде фосфаты и фториды оказывают негативное влияние на качество получаемого клинкера и цемента.

Зарубежные технологии утилизации фосфогипса предусматривают удаление части растворимых фосфатов, фторидов и других примесей путем промывки. При этом на 1 т фосфогипса расходуется от 2 до 5 м3 воды, сточные воды подлежат нейтрализации или упариванию, и это повышает затраты на производство.

Система CaO-P2O5-H2O имеет ряд особенностей, ко­торые необходимо учитывать. При молярных соотношениях CaO/P2O5 от до 1, вне зависимости от исходной стехио­метрии реагирующих веществ, начальным продуктом реакции всегда является метастабильный рентгеноаморфный фосфат кальция, характеризующийся соотношением CaO/P2O5 выше 3,5 и обладающий высокой экранирующей способностью. Образование последнего характерно для большинства процессов нейтрализа­ции фосфогипса и является нежелательным, т.к. его дальней­ший переход в трехзамещенную форму идет весьма медленно (десятки часов), что неприемлемо с позиции технологической переработки).

Продолжительность существования этой промежуточной фа­зы сокращается с понижением соотношения CaO/P2O5 и повышени­ем интенсивности перемешивания суспензии.

Жидкая фаза активированного фосфогипса представляет собой сложный раствор, содержащий более двадцати примесей, сульфат кальция и продукты реакции нейтрализации. Происхо­дящие в жидких прослойках процессы ионно-молекулярного взаи­модействия приводят к образованию пленочных гелей. При диф­фузии жидкие оболочки играют роль матрицы для упрочнения коагуляционных контактов, т.е. выполняют функции клеевого компонента-адгезива.

При оптимизации параметров активации фосфогипса было определено влияние его влажности.

При оценке оптимального интервала влажности фосфогипса исходили из критериев, принятых в механике грунтов для определения пластичности гетерогенных систем, состоящих из трех фаз зернистого материала, воды, воздуха, - преде­лов пластичности, называемых иногда в литературе пределами Аттерберга.

Они характеризируются содержанием воды в крити­ческих точках, определяющих границы между жидким, вязко-пластичным и сыпучим состояниями системы. Верхний предел соответствует такому значению влажности, при котором слой воды между частицами достаточно велик, чтобы при сла­бом механическом воздействии молекулярные силы сцепления перестали удерживать их вблизи друг друга, при этом система превращается в суспензию. Нижний предел характеризует состояние сиcтемы, при котором сорбированная вода содержится в достаточном количестве, для перемещения при механическом воздействии на поверхность с образованием зеркала. Этот предел определяет то минимальное содержание влаги, при кото­ром все свободное пространство между частицами заполнено водой, и система из трехкомпонентной превращается в двухкомпонентную. Интервал между линиями характеризует вязко-пластичное состояние системы.

Исходя из пределов Аттерберга, оптимальная влажность фосфогипса была приня­та в интервале от 15 до 20 %. Во всех последующих эксперимен­тах влажность фосфогипса при активации находилась в этих пределах.

Количественную оценку пластической прочности и лучшую воспроизводимость результатов мы получили при ис­пользовании конического пластометра П.А. Ребиндера.

Зависимость пластической прочности Rпл от продолжитель­ности обработки на бегунах и влажности фосфогипса приведена на рис. 4 и 5. Полученные результаты хорошо согласуются с результатами определений удельной поверхности и пределов пластичности по Аттербергу. После первоначального увеличения дисперсности и после перехода системы из трехкомпонентной в двухкомпонентную изменение пластической прочности небольшое и в ос­новном связано с поверхностными явлениями.

Из полученных результатов можно сделать два вывода:

нейтрализация примесей, которые находятся в жидкой фазе, происходит интенсивно и заканчивается в течение 1-2 мин., нейтрализация примесей, которые сосредоточены по плоскостям спайности, в воздушных

 Зависимость пластической прочности-3

Рис. 4. Зависимость пластической прочности фосфогипса от продолжительности его обработки на бегунах

 Зависимость пластической прочности-4

Рис. 5. Зависимость пластической прочности фосфогипса от его влажности при обработке

пузырьках, раковинах и пустотах аг­регатов, происходит на два порядка медленнее в диффузионной области. Механическое истирание фосфогипса в бегунах ускоряет процессы нейт­рализации как за счет сдирания пленок, так и путем вывода примесей при разрушении агрегатов и искусственном старении кристаллов. Обычно места концентрации примесей представляют собой ослабленные зоны, где происходит разрушение кристал­лов. Ускорение нейтрализации с увеличением добавки СаО связано с ростом поверхности взаимодействия.

Проведенные исследования показали, что механохимическая активация позволяет существенно ускорить процессы переработки фосфогипса:

- осуществить нейтрализацию кислот в жидкой фазе;

- получить пластичную смесь, пригодную для формования изделий способом литья;

- приготовить искусственный камень и строительные изделия без обжига фосфогипса.

На основании этих исследований предложена и разработана технология производства безобжиговых изделий из фосфогипса. Технологическая схема включает операции подачи влажного фосфогипса из накопителя, добавление извести в количестве 3-5 % массы сухого отхода, обработку на бегунах в течение 5-7 мин, формование изделий путем виброобработки и сушки при температуре теплоносителя 110-1200С на входе в сушильную камеру и 50-600С на выходе.

По предложенной технологии изготовлена опытная партия плит межкомнатных перегородок со средней плотностью 1300-1400 кг/м3. Прочность при сжатии изменялась в пределах от 4,0 до 7,4 МПа (сухие образцы).

Предложенная технология позволяет изготавливать гранулы из фос-

фогипса для цементной промышленности.

Механохимическая активация позволяет также использовать фосфо-

гипс для устройства оснований под дорожные покрытия с уплотнением моторными катками.

Технология позволяет получить конкурентоспособную продукцию, т.к. отсутствует энергоемкая операция обжига фосфогипса.

Шестая глава посвящена исследованиям шлама, образующегося при очистке воды на ТЭЦ (шлам химводоподготовки).

В настоящее время ТЭЦ оказывают отрицательное влияние на состояние водной и воздушной сред, занимая при этом значительные участки земли. ТЭЦ являются крупными потребителями природной воды и источниками большого количества сточных вод. Для их работы требуется воды в среднем 35-40 м3/с на 1 млн кВт установленной мощности. Общий объем воды, потребляемой ТЭЦ СССР, составлял около 160 км3, в том числе свежей 70 км3, оборотной 90 км3. Так, например, Автозаводская ТЭЦ Нижнего Новгорода сбрасывает в реку Оку 234322 тыс. м3/год сточных вод.

Для исследования шлама, полученного при химической очистке воды на Новогорьковской (НГТЭЦ) и Автозаводской ТЭЦ, пробы отобраны в различных местах и на различной глубине накопителя. Фазовый анализ показал, что основным компонентом шламов является CaCO3.

Состав шламов изменяется при длительном хранении в накопителях ТЭЦ. В то же время, содержание основного компонента – СаСО3 после длительного хранения в накопителях остается достаточно стабильным и достигает 75% массы сухого отхода. Кроме того, шламы содержат до 5% гипса. Предложена технология переработки шламов химводоподготовки, включающая превращение карбоната кальция в гипс.

С этой целью в шлам добавляется серная кислота, для ускорения

химической реакции производится механохимическая активация на бегунах. При обработке шлама серной кислотой образуется двуводный сульфат кальция. По окончании реакции активированный шлам используется для производства гипсового вяжущего путем гидротермальной обработки в автоклаве (-полугидрат).

Известно, что в присутствии кислот эндотермические эффекты дегидратации СаSО42Н2О смещаются в область более низких температур. Возможно образование одного эндотермического эффекта, соответствующего прямому превращению гипса в нерастворимый ангидрит.

Поэтому расход серной кислоты определяется расчетом по уравнению химической реакции.

Результаты определения рН жидкой фазы при разных расходах серной кислоты приведены в табл. 6.

Таблица 6

Изменение рН жидкой фазы при обработке шлама серной кислотой

Продолжитель-ность, ч Расход серной кислоты, % от расчетного
25 50 75 100 125 150
рН жидкой фазы
1 6,7 6,4 6,1 5,5 1,6 1,2
3 7,2 6,8 6,4 6,1 1,8 1,2
5 7,3 7,0 6,7 6,4 1,9 1,2
24 7,8 7,7 7,0 6,7 2,0 1,3
48 8,0 7,8 7,3 6,9 2,0 1,3
72 8,0 7,8 7,3 7,0 2,1 1,3


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.