Спосіб виготовлення гранульованого фосфогіпсу

Реферат: Спосіб виготовлення гранульованого фосфогіпсу включає його нейтралізацію, зв'язування частинок в'яжучою речовиною та грануляцію. Кислотні залишки нейтралізують частиною негашеного меленого вапна з додатковим введенням у суміш гранульованого доменного шлаку. UA 71158 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ГРАНУЛЬОВАНОГО ФОСФОГІПСУ UA 71158 U UA 71158 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу виготовлення гранульованого фосфогіпсу та стосується виробництва портландцементу, а саме процесу сумісного помелу клінкеру із дигідратом сульфату кальцію, який використовується для регулювання (сповільнення) строків тужавлення гідравлічної в'яжучої речовини і вводиться в кількості 3-6 % за масою. Клінкер, помелений без гіпсу, характеризується швидкими строками тужавлення - початком і кінцем втрати пластичності цементного тіста, що перешкоджає його використанню. Фосфогіпс є відходом виробництва ортофосфорної кислоти і утворюється при обробці апатитів сірчаною кислотою за схемою: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10Н2О  3Н3РО4 + 5CaSO4•2H2O + HF. Вміст дигідрату сульфату кальцію CaSO4•2Н2O у фосфогіпсі складає біля 98 %. В гіпсових породах кращих покладів вміст домішок - глини, піску, вапняку, бітумізованих речовин та інших складає від 2-5 % до 10-15 % і більше, а вологість природного гіпсового каменю знаходиться в широких межах від 3...5% до значно більшого вмісту. Відомо, що дослідно-промислові випробування показали можливість використання фосфогіпсу як мінералізатора при випалі клінкерної сировинної суміші і як добавки при помелі клінкеру замість звичайного гіпсу (Бутт Ю.М., Волконський Б.В. Егоров Г.Б. и др. Справочник по химии цемента. - Л.: Стройиздат, 1980.-224 с., с.197). До недоліків відомого способу слід віднести не технологічність його використання в натуральному вигляді внаслідок високої дисперсності фосфогіпсу, а окрім того, шкідливий вплив на якість портландцементу кислотних залишків, що містяться у фосфогіпсі. Відомо також, що внаслідок наявності шкідливих домішок у фосфогіпсі існує затруднення у використанні його як сировини для одержання в'яжучого із необхідними властивостями. Окрім того, в сухому вигляді він пилить. Щоб усунути зазначене, фосфогіпс промивають водою, нейтралізують залишки кислот та гранулюють. Для нейтралізації використовують мелену крейду, а грануляцію здійснюють на установках барабанного типу шляхом зв'язування частинок фосфогіпсу полівінілацетатною дисперсією. Міцність гранул при цьому становить від 1 до 3 МПа (Балдин В.П. Производство гипсовых вяжущих веществ. - Μ.: Высш. шк., 1983. - 135 с., с. 23.). До недоліків відомого способу виготовлення гранульованого фосфогіпсу слід віднести те, що мелена крейда є недостатньо ефективним нейтралізатором, а гранулювання з використанням як зв'язуючої речовини полівінілацетатної дисперсії не ефективне, оскільки вона є інертною та витратною добавкою до сировинної суміші. Відомо, що хімічний склад доменних шлаків близький до складу портландцементного клінкеру. Проте роль окремих оксидів в формуванні гідравлічної активності шлаків інша, ніж в портландцементному клінкері. Самі по собі доменні шлаки не твердіють, але при введенні лужних оксидів або вапна, а також гіпсу вони набувають здатності до твердіння. Ця властивість використовується при виробництві вапняно-шлакових, шлаколужних та сульфатно-шлакових цементів. Найбільш відомим різновидом сульфатно-шлакових в'яжучих є гіпсошлаковий цемент, який містить 75-85% шлаку, 10-15% двоводного гіпсу, до 2% оксиду кальцію або 5% портландцементного клінкеру. В портландцемент із мінеральними добавками при помелі клінкеру допустимо введення до 35% доменного шлаку. Відомо також, що при лужній активізації гранульованого доменного шлаку гідратований кремнезем зв’язується в гідросилікати і гідроалюмосилікати кальцію, а при сульфатній сульфат кальцію безпосередньо взаємодіє із глиноземом, гідратом оксиду кальцію і водою з утворенням гідросульфоалюмінатів. Ефект лужної і сульфатної активізації збільшується із підвищенням основності шлаків (Л.Й. Дворкін, О.Л. Дворкін Строительные минеральные вяжущие материалы. -Μ.: Инфора - Инженерия, 2011. - 244 с, с. 422). Відомо також, що у гіпсошлаковому цементі на основних шлаках доза вапна не повинна перевищувати 1 %, а на кислих шлаках може бути введено до 2 % вапна. Замість вапна краще використовувати цементний клінкер у кількості до 5 % при основних і до 10 % - при кислих шлаках (Α.Α. Пащенко, В.П. Сербин, Ε.А. Старчевская Вяжущие материалы. - К.: Вища школа, 1985. -440 с., с.290). Задачею корисної моделі є розробка способу виготовлення гранульованого фосфогіпсу, придатного для технології виготовлення портландцементу з використанням ефективного в'яжучого компонента. Поставлена задача вирішується тим, що у способі виготовлення гранульованого фосфогіпсу, який включає його нейтралізацію, зв'язування частинок в'яжучою речовиною та грануляцію, кислотні залишки нейтралізують частиною негашеного меленого вапна, введеного в кількості 7-10 % у суміш в перерахунку на активний оксид кальцію з додатковим введенням як активної мінеральної добавки гранульованого доменного шлаку, який складає 25-30 % від маси сухого фосфогіпсу. 1 UA 71158 U 5 10 15 20 25 30 Суть способу полягає в наступному. Тонкомелений гранульований доменний шлак як активна мінеральна добавка, що містить у своєму складі силікати і алюмінати взаємодіє із лугом - гідроксидом кальцію та сульфатом кальцію у вигляді дигідрату сульфату кальцію і утворює низькоосновні гідросилікати, гідроалюмінати та гідросульфоалюмінати кальцію такі як, складу (0,8-1,35)СаО•SiO2•2,5H2O [загальна формула CSH(B)], гексагональний вісьмиводний гідроалюмінат кальцію 2СаО•Аl2О3•8Н2O, гідрат геленіту 2СаО•Аl2О3•2SіO2•8Н2О та етрингіт (високосульфатна форма гідросульфоалюмінату кальцію 3СаО•Аl 2О3•3СаSО4•32Н2О, низькосульфатна форма гідросульфоалюмінату кальцію 3СаО•Аl2O3•СаSO4•12H2O). Внаслідок комбінованої активації компонентів термодинамічної нестійкої рівноваги шлакового скла (лужної і сульфатної) в контакті із водою відбувається тужавлення і твердіння фосфогіпсу в нормальних повітрянотепловологісних умовах процесу грануляції матеріалу (суміші компонентів). Слід зауважити, що гідравлічна активність шлакового скла майже будь-якого хімічного складу різко зростає при тепловологісній обробці, особливо в автоклаві, а в процесі утворення гранул із фосфогіпсу частинки доменного шлаку відіграють роль центрів гранулювання. Спосіб здійснюється наступним чином. Спочатку проводиться розрахунок необхідної кількості складових компонентів суміші фосфогіпсу, негашеного меленого вапна, введеного в кількості 7-10 % в перерахунку на активний оксид кальцію та гранульованого шлаку 25-30 % від маси сухого фосфогіпсу. Потім проводять дозування компонентів і їх перемішування - спочатку суміші фосфогіпсу і меленого негашеного вапна на бігунах до однорідного стану (тривалість 10-15 хв.) та окремо доменного гранульованого шлаку із водою в гравітаційному грануляторі. Наступним є сумісне змішування всіх компонентів і грануляція сировинної суміші в гравітаційному грануляторі 10-15 хв. та вивантаження зерен грануляту з послідуючим дозріванням їх на повітрі при температурі 20±2 °С із розміром зерен в перерізі 5-30 мм, відносною вологістю W m=18,5-19,5% на першу 3 добу та W m=3-9% на сьому добу з насипною густиною н = 620-930 кг/м та умовною границею міцності при стиску гранул різного діаметра в стальному циліндрі R ст = 0,2-0,5 МПа. Корисна модель може бути використана в технології виготовлення портландцементу із застосуванням техногенних відходів виробництва ортофосфорної кислоти - фосфогіпсу, що зменшить собівартість матеріалу, а вивільнення земельних ділянок від накопиченого фосфогіпсу вирішить проблему ліквідації джерел забруднення оточуючого середовища та його раціонального використання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб виготовлення гранульованого фосфогіпсу, що включає його нейтралізацію, зв'язування частинок в'яжучою речовиною та грануляцію, який відрізняється тим, що кислотні залишки нейтралізують частиною негашеного меленого вапна, введеного в кількості 7-10 % в перерахунку на активний оксид кальцію з додатковим введенням у суміш гранульованого доменного шлаку, який складає 25-30 % від маси сухого фосфогіпсу. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2