ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФАТ КАЛЬЦИЯ

АННОТАЦИЯ

Активное развитие промышленности влечет за собой увеличение объемов потребления сырья и образующихся в результате этого отходов. Химическая промышленность и ее активный рост сопровождается увеличением отходов различной минералогии. При этом, часть отходов промышленности имеет высокий потенциал к переработке и получению на их основе эффективных строительных материалов. Так, известны отходы, содержащие сульфаты кальция в различном соотношении и модификациях, которые в достаточной степени обладают вяжущими свойствами. В связи с этим, данные материалы обладают большим потенциалом для применения их при производстве строительных материалов, в частности – материалов на основе гипсовых вяжущих.

Ключевые слова: отходы промышленности, сульфак кальция, фосфогипс, фторангидрит.

Введение

Особенностью научно-технического прогресса является увеличение объема промышленного производства. В результате развития производства в хозяйственный оборот вовлекается все большее количество природных ресурсов.Одной из широкомастабных отраслей промышленности является промышленность строительных материалов – базовая отрасль строительного комплекса. Данная отрасль относится к числу наиболее материалоемких отраслей промышленности, как в отношениии объема выпускаемой продукции, так и в отношении требуемого базового сырья.

В настоящее время в России и во всем мире остро стоит вопрос обеспечения экологической безопасности и широкого внедрения безотходного производства. Одним из основных факторов, влияющих на экологическое состояние окружающей среды, является большое количество отходов, сопровождающих производственные процессы, не подвергающихся дальнейшей утилизации [4].

В данном случае перспективным является направление утилизации отходов промышленного производства путем выпуска изделия и материалы должного качества на их основе или с частичным их использованием. В ряде случаев использование отходов промышленности обходится дешевле, чем использование первичного сырья, так как снижаются расходы на его добычу и транспортирование [5], при этом неоспоримым является положительное влияние на экологическую сосотовляющую за счет снижения необходимых площадко под утилизацию.

Значительным выходом отходов, представляющих интерес для производства строительных материалов, характеризуется химическая промышленность. Многотоннажным промышленным отходом подобного вида являются фосфогипс и прочие гипсосодержащие отходы производства.Объем побочных продуктов, в состав которых входит сульфат кальция, превышает объем специально добываемого для целей строительства природного гипсового камня.

В настоящее время используется лишь малая часть гипсосодержащих отходов. Эти отходы имеют значительные возможности их вторичной переработки и применения. Так многие из них обладают вяжущими свойствами и применяются при производстве гипсовых вяжущих и изделий.

Фосфогипс содержит 80 – 98% гипса и может быть отнесен к гипсовому сырью. Так же фосфогипс обладает высокой дисперсностью (S_уд = 3500 – 3800 см²/г), что позволяет исключить дробление и грубый помол из технологического процесса [4].

Однако данный материал содержит в своем составе водорастворимые в особенности фосфор- и фторсодержищие примеси, фосфорную и серную кислоту, что усложняет его переработку. При использовании отхода необходимо включать в технологическую схему промывку, нейтрализацию и дополнительные технологические операции, что обуславливает более высокие тепловые и энергетические затраты [7]. Процесс получения вяжущего на основе фосфогипса заключается в дегидратации гипса до полугидрата, а процесс изготовления изделий – в обратном: гидратации полугидрата до гипса в большом избытке воды.

Эффективным считается производство изделий непосредственно из фосфогипса по одностадийной технологии, предусматривающей осуществление обоих химических процессов в пределах одного технологического цикла [1].

С применением этой технологии появляется возможность формовать изделия на установках, состоящих из двух пуансонов и наружной опалубки. В форму засыпают гипсовое сырье, разравнивают его, а затем верхний пуансон опускают до соприкосновения с поверхностью порошка. В образовавшемся замкнутом пространстве производят термическую обработку фосфогипса, после чего полученную гидратирующуюся массу прессуют. Распалубку затвердевшего изделия производят при температуре ниже 40°С.

К сожалению гипсовые вяжущие на основе фосфогипса обычно низкокачественны. Это объясняется тем, что данный отход обладает значительно большей водопотребностью (120 – 130%) в сравнении с обычным строительным гипсом (50 – 70%). Отрицательное влияние на строительные свойства фосфогипса содержащихся в нем примесей можно снизить домолом фосфогипса и применением метода виброукладки при формовании изделий [4].

Следующим по объему производства после фосфогипса является борогипс. Этот техногенный продукт является отходом производства борной кислоты при разложении природных боратов серной кислотой.

Произодство обычных гипсовых вяжущих на основе борогипса невозможно без предварительной подготовки. Особенностью борогипса является высокое (до 35%) содержание нерастворимого ангидрита. Переход нерастворимого ангидрита в дигидрат осуществляется путем выдерживания шлама в течение 4 – 30 сут в условиях, исключающих испарение воды. Количество примесей в борогипсе можно уменьшить методом флотации [1, 4]. Извлечение чистого дигидрата сульфата кальция оптимальным образом решается применением в качестве флотационных реагентов смеси натриевых солей жирных кислот (олеат, стеарат, пальметат). Обезвоживание дигидрата сульфата кальция и сушку полугидрата сульфата кальция проводят после обработки пульпы борогипса серной кислотой и гидроксидом кальция в интервале рН пульпы 2-7 [2]. В результате обработки борогипсового сырья возможно получить строительный гипс марок Г2 - Г6.

Альтернативным сульфатсодержащим отходом производства является фторангидрит, который представляет собой побочный продукт, образующийся при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода и фтористых солей.

Так же, как и прочие гипсосодержащие вяжущие, этот отход проявляет вяжущие свойства. Однако необходимо учитывать, что ввиду природы происхождения, этот отход имеет повышенную кислотность. Нейтрализация излишней кислотности фторгипса может осуществляться путем измельчения в мельницах фторгипса с добавлением нейстрализующих реагентов (извести, металлургических шлаков) [1, 4].

Разработана технология изготовления строительных изделий на основе фторангидритовых композиционных вяжущих. Согласно этой технологии остаточная серная кислота в составе фторангидрита нейтрализуется в процессе перемешивания, гомогенизации и поризации смеси, что позволяет управлять структурообразованием материала [3].

Таким образом, анализируя представленные направления утилизации отходов промышленного производства, можно сделать вывод что, широкое внедрение технологий переработки отходов производства промышленности является важной научной и прикладной задачей, реализация которой в настоящее время с позиции сохранения и поддержания устойчивого экологического равновесия является актуальной и требующей надежных и достаточно простых решений. Сульфатсодержащие отходы промышленности разнообразны и требуются простые и эффектвиные подходы и разработка технологий по их утилизации и переработки в качестве вторичного сырья при производстве строительных материалов и изделий.

Список литературы:

1. Воробьев Х.С. Гипсовые вяжущие и изделия. Зарубежный опыт – М. Стройиздат. 1983 – 201с.
2. Патент РФ 2324654. Способ переработки гипсосодержащего сырья// Семлёв В.С., Реутов В.А., Кондриков Н.Б. – Заявка № 2006127319/15 от 27.07.2006
3. Патент РФ 74385. Строительное изделие из поризованного гипсобетона // Кудяков А.И., Аниканова Л.А, Редлих В.В. – Заявка № 2008107495/22 от 26.02.2008
4. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 368 с. – (Строительство).
5. Федоренко Е.А., Аксенов М.Д. Петров Р.О. Эффективность использования отходов промышленности для производства сухих строительных смесей на основе гипсовых вяжущих// Биосферная совместимость:человек, регион, технологии, №4. Изд: Юго-западный государственный университет – 2013, стр. 65 – 69.
6. Фссакунова Б.Т., Текбаева Э.Э., Байменова Г.Р. Сульфогипс – продукт обессеривания дымовых газов Бишкекской ТЭЦ. // Вестник КГУСТА, №4 (58), 2017, стр. 144 – 147.
7. Шмелев Г.Д. Эффективные фосфогипсовые композиции для строительных изделий из многотоннажных техногенных отходов химического производства: Дис. канд. тех. наук – Воронеж, 1998г. – 256 с.