Гипсовые строительные материалы и изделия, полученные механохимической активацией техногенного сырья

Из табл. 6 следует, что взаимодействие серной кислоты с карбонатом кальция протекает сравнительно медленно.

С целью ускорения процессов превращения проведена механическая обработка шлама на бегунах (механохимическая активация).

При этом продолжительность обработки до достижения полного превращения с 5- 72 ч сократилась до 30-45 мин. Это позволяет использовать относительно небольшие емкости для хранения обработанного шлама перед автоклавной обработкой с учетом требований норм технологического проектирования (запас на 3-4 ч).

Результаты определенной рН жидкой фазы при механохимической активации шлама на бегунах приведены в табл. 7.

Оптимальный режим гидротермальной обработки шлама химводоподготовки после МХА определен в лабораторном автоклаве, оборудованном оптическим микроскопом. Исследования показали, что автоклавной обработкой шламов можно получать гипсовые вяжущие марок Г4 – Г10, соответствующие требованиям ГОСТ 125.

Таблица 7

Изменение рН жидкой фазы при обработке шлама на бегунах

На основании исследований, проведенных в лабораторных и опытно- промышленных условиях, предложена технологическая схема производства вяжущего из шлама химводоподготовки ТЭЦ (рис. 6).

Из отработанных карт хранения шлам с влажностью 50 – 60% подается через весовой дозатор в бегуны для механохимической обработки и превращения карбоната кальция в гипс.

Рис. 6. Технологическая схема получения гипсового вяжущего из шлама химводоподготовки ТЭЦ:

1 - бегуны; 2- насос; 3 - накопительная емкость; 4 - насос; 6 - автоклав; 7 - теплообменник; 8 - ленточный вакуумфильтр; 9 -сушильный барабан; 10 - рукавный фильтр; 11 - бункер; 12 - шаровая мельница; 13 - склад вяжущего; 14 – отстойник; 15 – емкость для контроля и регулирования концентрации серной кислоты

Предусмотрен вариант, когда для переработки шлама используется отход – серная кислота, остающаяся при утилизации отработанных аккумуляторов.

После окончания процессов превращения шлам поступает в накопительную емкость, обеспечивающую непрерывную работу технологии. Здесь же осуществляется контроль состава жидкой фазы. Из емкости центробежным насосом шлам подается в автоклав. Из автоклава шлам через холодильник, где его температура снижается до 100°С, поступает на ленточный вакуум-фильтр для отделения жидкой фазы.

После автоклавной обработки продукт с влажностью 8 – 14 % подается в сушильный барабан.

Высушенный материал с температурой приблизительно 120°С через бункер поступает в мельницу, а затем пневмонасосом подается в силосный склад вяжущего.

Основное оборудование разработанной технологической линии выпускается и используется в РФ.

На разработанную технологию получен патент № 2200714 от 20.03.2003 г.

Технико-экономический расчет показал, что производство может быть рентабельным из-за отсутствия затрат на сырье и сокращения расходов на эксплуатацию накопителей.

Общие выводы

1. Методами химического, микроскопического, ДТА, РФА, инфракрасной спектроскопии и ядерного магнитного резонанса исследованы промышленные отходы, содержащие сульфаты кальция – фосфополугидрат и фосфогипс, обработанный шлам химводоподготовки, показано, что отходы существенно отличаются от природного сырья по химическому, фазовому, зерновому составу. Например, фосфополугидрат характеризуется замедленной гидратацией и твердением, что затрудняет его промышленную переработку.
2. Предложены и разработаны технологии промышленной переработки фосфополугидрата, фосфогипса и шламов химводоподготовки ТЭЦ, включающие механохимическую активацию – введение добавок-активаторов с механической обработкой смеси.
3. Исследованы процессы механохимической активации фосфополугидратов Волховского алюминиевого завода и ОАО «Воскресенские минудобрения», а также фосфогипса П.О. «Фосфорит». Установлено, что МХА приводит к изменению реологических свойств формовочных смесей, повышению их удобоукладываемости, что связано с зерновым составом, формой зерен полуводного сульфата кальция и концентрацией дефектов кристаллической структуры. МХА ускоряет процессы гидратации и твердения, что обусловлено нейтрализацией кислот в жидкой фазе, а также изменением характера и энергии связи воды в структуре полуводного сульфата кальция. МХА позволяет получить формовочные смеси по скорости процессов гидратации, схватывания и твердения, незначительно отличающиеся от аналогичных смесей на основе природного сырья. Определены оптимальные режимы МХА (прессование, помол, обработка на бегунах и другие) и подобрано оборудование.
4. Разработана технология производства гранул для цементных заводов и строительных изделий из фосфополугидрата, включающая МХА смеси с последующим формованием изделий. Исключены процессы сушки и обжига отхода, что позволяет получить изделия, способные конкурировать с аналогичной продукцией из природного сырья.

Подобраны и исследованы промышленные отходы, которые могут быть использованы в качестве добавок-активаторов – пыль пылевых камер и электрофильтров вращающихся печей цементных заводов. Выпущены опытные партии гранул для цементных заводов из ФПГ ВАЗ. По разработанной технологии фирма «Эсма» с 1995г. осуществляет производство плит межкомнатных перегородок, стеновых камней и декоративных изделий из фосфополугидрата ОАО «Воскресенские минудобрения».

5. Разработана технология производства гранул и строительных изделий из фосфогипса П.О.«Фосфорит». Технология включает операции введения извести для нейтрализации кислот в жидкой фазе и механическую обработку смеси на бегунах с последующей формовкой гранул или изделий. Не производится тепловая обработка отхода (сушка и обжиг), что позволяет получить гранулы и изделия, способные конкурировать с аналогичной продукцией из природного сырья.
6. Предложена и разработана технология переработки отходов, образующихся при очистке воды (шламов химводоподготовки) на ТЭЦ. Основными компонентами отхода являются карбонат кальция и гипс, поэтому предусмотрено введение серной кислоты с целью превращения кальцита в гипс. Для ускорения гетерогенной химической реакции производится обработка смеси на бегунах с последующим производством гипсового вяжущего по автоклавной технологии. Технология включена в проекты реконструкции для внедрения на Автозаводской ГРЭС в Нижнем Новгороде (объем инвестиций составляет 85 млн р.) и Новогорьковской ТЭЦ (объем инвестиций составляет 100 млн р.).

Работы автора по теме диссертации, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК по направлению «Строительство и архитектура»

1. Сучков, В. П. Способ получения высокопрочного гипса / В. П. Сучков, В. И. Макаров, А. И. Панин // Строит. материалы. – 1974. - № 4. – С. 29-30.

2. Сучков, В. П. Изделия на основе гипса / В. П. Сучков // Изв. Вузов. Строительство. – Новосибирск, 2002. - №10. – С. 141.

3. Сучков, В. П. Сульфатсодержащие вяжущие из шламов ТЭЦ и отходов серной кислоты / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // Строит. материалы. – 2004. - № 11. - С. 14-16.

4. Сучков, В. П. Метод снижения горючести пенополиуретана / В. П. Сучков, Ю. И. Дергунов, А. А. Мольков // Строит. материалы. – 2006. - № 12. – С. 58-59.

5. Сучков, В. П. Способ утилизации шлама химводоподготовки ТЭЦ и отхода аккумуляторной кислоты / В. П. Сучков, А. А. Зюзин // Изв. вузов. Сер. «Строительство». – 2008. - № 9 – С. 30-32.

6. Сучков, В. П. Производство гранулированного фосфогипса для цементной промышленности и строительных изделий / В.П. Сучков, Ю.Г. Мещеряков, Н.А. Колев, С.В. Федоров // Строит. материалы. – 2009. - №5. – С. 58-63.

7. Сучков, В. П. Технология производства трудногорючего пенополиуретана с использованием фосфогипса / В.П. Сучков, А.А. Мольков // Изв. Вузов. Сер. «Строительство». – 2009. - №6 – С. 25-29

Публикации в прочих изданиях

8. Сучков, В. П. Влияние некоторых химических добавок на процесс перекристаллизации гипса и его физико-химические свойства / В. П. Сучков, В. И. Макаров // Строительные материалы, технология и экономика строительства: материалы науч. конф. проф.-преподават. состава, студентов и представителей строит. и проектных организаций / Горьк. Инженер.-строит. ин-т им. В. П. Чкалова. – Горький, 1971. – С.31-32.

9. Сучков, В. П. К вопросу о структурообразовании -полуводного гипса / В. П. Сучков, В. И. Макаров // Строительные материалы из попутных продуктов промышленности : межвуз. темат. сб. тр. – Л., 1980. – С. 62-67.

10. Сучков, В. П. Фосфополугидрат – сырье для производства портландцемента / В. П. Сучков, Ю. Г. Мещеряков // Строительные материалы из попутных продуктов промышленности : межвуз. темат. сб. тр. – Л., 1980. – С. 67-69.

11. Сучков, В. П. Фосфополугидрат – эффективное сырье для производства строительных материалов / В. П. Сучков // Новые эффективные материалы и конструкции в строительстве : тез. докл. 2-й республик. конф. молодых ученых и специалистов. – Ашхабад, 1980. - С. 9-11.

12. Сучков, В. П. Об использовании попутных продуктов промышленности, содержащих сульфаты кальция / В. П. Сучков, Ю. Г. Мещеряков, А. С. Григорьева // Строительные материалы из попутных продуктов промышленности : межвуз. темат. сб. тр. - Л., 1981. - С. 84-92.

13. Сучков, В. П. Использование полугидрата сульфата кальция – отхода производства экстракционной фосфорной кислоты – для получения строительных материалов / В. П. Сучков, П. И. Боженов, Ю. Г. Мещеряков, О. И. Иванов // Научно-техн. реф. сб. / Науч.-исслед. ин-т технико-экон. исслед. химии. Сер. «Фосфорная промышленность». – 1981. - Вып. 4. - С. 7-8.

14. Сучков, В. П. О комплексной переработке сырья при производстве ортофосфорной кислоты полугидратным способом / В. П. Сучков, Ю. Г. Мещеряков // Создание и исследование новых строительных материалов / Томск. гос. ун-т. - Томск, 1982. -С. 3-7.

15. Сучков, В. П. Искусственный камень на основе фосфополугидрата / В. П. Сучков, Ю. Г. Мещеряков // Теория, производство и применений искусственных конгломератов : тез. докл. Всесоюз. научно-техн. конф. – Владимир, 1982. - С. 244.

16. Сучков, В. П. Исследование фосфополугидрата методами ЯМР и ИКС / В. П. Сучков, Ю. Г. Мещеряков, А. Ю. Ласис // Строительные материалы из попутных продуктов промышленности : межвуз. темат. сб. тр. – Л., 1983. – С. 31-35.

17. Сучков, В. П. Технологические аспекты получения пеногипсовых систем с заданными свойствами / В. П. Сучков, А. В. Никулин // Строительный комплекс-98 : научно-техн. конф. проф.-преподават. состава, аспирантов и студентов : тез. докл. – Н. Новгород, 1998. – Ч. 5. Исследования по технологии, организации, экономике и управлению строительным производством. – С. 53-55.

18. Сучков, В. П. Установление закономерностей получения высокоактивных вяжущих систем и бетонов на их основе с требуемой надежностью и долговечностью : задание М-ва образования Рос. Федерации на проведение науч. исслед. по темат. пл. научно-исслед. работ. - № ГР 01200008456. - Инв. № 02200204070. – [М. ?], 2001.

19. Сучков, В. П. Геоэкологические аспекты утилизации шламов химводоочистки ТЭЦ / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // Школа семинара молодых ученых, аспирантов и докторантов : сб. докл. III междунар. конф. / Белгород. гос. технол. акад. строит. материалов. – Белгород, 2001. – Ч. 1. - С. 103-107.

20. Сучков, В. П. Способы формирования вяжущих свойств фаз сульфатной системы / В. П. Сучков, Э.В. Киушкин // Школа семинара молодых ученых, аспирантов и докторантов : сб. докл. III междунар. конф. / Белгород. гос. технол. акад. строит. материалов. – Белгород, 2001. – Ч. 1. - С. 281-285.

21. Сучков, В. П. Механо-химическая подготовка гипсового сырья как фактор снижения энергоемкости получения высокопрочного гипса / В. П. Сучков, А. В. Веселов // Тезисы докладов 58-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. - СПб, 2001.- Ч.1. - С. 117.

22. Сучков, В. П. Утилизация шламов химводоочистки ТЭЦ с минимальным антропогенным воздействием / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // Сборник докладов международной научно–методической конференции / Белгород. гос. технол. акад. строит. материалов. – Белгород, 2002. - Ч. 3. - С. 127-131.

23. Сучков, В. П. Экологические аспекты получения и применения высокопрочных гипсовых вяжущих / В. П. Сучков, А. В Весеслов // Повышение эффективности производства и получения гипсовых материалов и изделий. – М., 2002. - С. 214-218.

24. Сучков, В. П. Улучшение экологической среды обитания путем использования изделий на основе гипсового вяжущего / В. П. Сучков, А. В. Веселов // Реконструкция Санкт – Петербурга : тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. – СПб., 2002. - С. 31.

25. Сучков, В. П. Повышение экологических и эксплуатационных характеристик жестких пенополиуретанов / В. П. Сучков, Ю. И. Дергунов, А. В. Никулин // Экология – образование, наука и промышленность : сб. докл. междунар. науч.–практ. конф. / Белгород. гос. технол. акад. строит. материалов. – Белгород, 2002. - Ч. 3. - С. 162-165.

26. Сучков, В. П. Исследование влияния фазовых переходов при температурной обработке гипсового сырья на свойства вяжущего / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // Повышение эффективности производства и получения гипсовых материалов и изделий: тр. Всерос. семинара, посвященного 10-летию создания РААСН. – М.,2002. -С. 203-213.

27. Сучков, В. П. Новые низкомарочные сульфатсодержащие вяжущие на базе шлама химводоочистки ТЭЦ / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // Эффективные строительные конструкции: Теория и практика : сб. ст. междунар. науч.–техн. конф. – Пенза, 2002. - С. 189-194.

28. Сучков, В. П. Установление закономерностей получения высокоактивных вяжущих систем и бетонов на их основе с требуемой надежностью и долговечностью / В. П. Сучков, Г. М. Грушевский, А. В. Веселов. - Н. Новгород : НГАСУ, 2002.

29. Сучков, В. П. Создание теоретических основ малоэнергоёмкой технологии производства строительных материалов на базе шлама химводоочистки ТЭЦ / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин, Д. В. Сучков. - Н. Новгород : НГАСУ, 2002.

30. Сучков, В. П. Эффективная теплоизоляция горячих трубопроводов / Ю. И. Дергунов, А. В. Никулин // Великие реки–2003 : междунар. науч.-пром. форум : тез. докл. - Н. Новгород : ННГАСУ, 2003. - С. 221-223.

31. Сучков, В. П. Ликвидация сбросов шламовых вод водоподготовительных установок ТЭЦ – существенный вклад в экологически безопасное развитие энергетики / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // Великие реки–2003 : междунар. науч.-пром. форум : тез. докл. - Н. Новгород : ННГАСУ, 2003. - С. 224-227.

32. Сучков, В. П. Сульфатсодержащие вяжущие на базе отходов серной кислоты и шламов ТЭЦ / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // Материалы междунар. науч.–практ. конф. / Ростов. гос. строит. ун-т. - Ростов н/Д, 2003. - С. 24-25.

33. Сучков, В. П. Композиционные материал на основе торфа и гипса / В. П. Сучков, А. А. Ким // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии : материалы третей междунар. науч.–практ. конф. / Ростов. гос. строит. ун-т. – Ростов н/Д, 2004. - Ч. 2. – С. 595-598.

34. Сучков, В. П. Геоэкологические предпосылки комплексной переработки торфа и утилизации его остатка / В. П. Сучков, А. А. Ким // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения : материалы восьмых академических чтений РААСН / Самар. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Самара, 2004. - С. 486-489.

35. Сучков, В. П. Состояние вопроса по очистке отходящих газов ТЭЦ / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин, Д. Н. Боков // Архитектура и строительство– 2003 : науч.–техн. конф. проф.-преподават. состава, докторантов, аспирантов и студентов : тез. докл. / Нижегор. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород : ННГАСУ, 2004. – Ч. 4. Исследование по технологии организации, экономике и управлению строительным производством. - С. 32-34.

36. Сучков, В. П. Повышение качества переработки местного гипсового сырья с целью улучшения экологической обстановки региона / А. В. Веселов // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии : материалы III междунар. науч.– практ. конф. / Ростов. гос. строит. ун-т. – Ростов н/Д, 2004. - С. 591-595.

37. Сучков, В. П. Создание теоретических основ малоэнергоемкой технологии производства строительных материалов на базе шлама химводоподготовки / В. П. Сучков : задание М-ва образования Рос. Федерации на проведение науч. исслед. по темат. пл. научно-исслед. работ. - № ГР 01200203459. - Инв.№ 02200503875. – М., 2004.

38. Сучков, В. П. Оценка долговечности гипсоизвестковых штукатурок фасадов зданий / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин // OWPW. – Варшава. - С. 5.

39. Сучков, В. П. Способ переработки фосфогипса / В. П. Сучков, Ю. И. Дергунов, А. А. Мольков // Изв. Челяб. науч. центра. – 2006. - №4 (34). - С. 59-63.

40. Сучков, В. П. Упрочнение природного гипсового камня в СВЧ – поле / В. П. Сучков, М. Н. Панин // Приволж. науч. журнал. – 2008. - №4. - С. 50-53.

41. Сучков, В. П. Создание теоретических основ получения жестких пенополиуретанов для теплоизоляции с пониженной пожарной опасностью // Развитие научного потенциала высшей школы : ведомств. науч. программа : задание М-ва образования Рос. Федер. на проведение научных исслед. по темат. плану науч.-исслед. работ. - № ГР 01200703963. – М., 2008.

42. Sutschov, V. Naturgipsstein zur Restauziezung und Futtezung / V. Sutschov, J. Metschezjakov // Wezrstoffwissen schaften und Bousanierung : 3 Jnternationales Kolloguium. Technische Akademie Esslingen. – Germany, 1992.

43. Сучков, В. П. Инвестиционно-экологический проект по утилизации шлама химводоподготовки ТЭЦ / В. П. Сучков, А. А. Зюзин, Ю. Г. Мещеряков, С. В. Федоров

// Инновации. – 2009. - №3 (125). – С. 78-81.

44. Сучков, В. П. Технология получения трудногорючего пенополиуретана при утилизации фосфогипса / В. П. Сучков, А. А. Мольков // Инновации. – 2009. - №3 (125). – С. 92-94.

45. Сучков, В. П. Исследование влияния температурных полей на содержание кристаллизационной воды в гипсовом камне при СВЧ обжиге / В. П. Сучков, М. Н. Панин // Приволж. науч. журнал. – 2009. - №1. – С. 46-52.

Патенты

46. Пат. 2036180 Российская Федерация. Способ получения гипсового вяжущего / В. П. Сучков, В. Л. Юрин, М. А. Коган, А. А. Авдошин, Т. К. Крылова. - Опубл. 1995, Бюл. № 12.

47. Пат. 2200714 Российская Федерация. Способ получения вяжущего / В. П. Сучков, Э. В. Киушкин. - Опубл. 2003, Бюл. № 8.

48. Пат. 2212384 Российская Федерация. Способ получения высокопрочного гипсового вяжущего / В. П. Сучков, А. В. Веселов. - Опубл. 2003, Бюл. № 26.

49. Пат. 2336283 Российская Федерация, МПК С08G 18/08, С08G 18/48, С08J 9/08. Способ получения огнестойкого наполненного пенополеуретана / В. П. Сучков, А. А. Мольков, Ю. И. Дергунов. – 2006139455/04 ; заявл. 07.11.2006 ; опубл. 20.10. 2008, Бюл. № 29.

50. Положительное решение по заявке № 2008134808. Способ получ