Композиція на основі утилізованих гіпсовмісних відходів, спосіб утилізації гіпсовмісних відходів та установка для його здійснення

1. Композиція на основі утилізованих гіпсовмісних відходів, переважно для штукатурних сумішей, що включає гіпсове в'яжуче, органічний наповнювач, сповільнювачі терміну тужавлення, яка відрізняється тим, що гіпсове в'яжуче являє собою α - напівгідрат сульфату кальцію, який вироблено з відпрацьованих гіпсових форм фарфоро-фаянсового виробництва або інших гіпсовмісних відходів. 2. Спосіб утилізації гіпсовмісних відходів шляхом переробки їх на високоміцні та високоякісні гіпсові в'яжучі, який включає: підготовку сировинних матеріалів, гідротермальну обробку в автоклаві при температурі 115 - 130°С та відповідному тиску 0,08 - 0,2 МПа протягом 1,5 -3,5 годин, сушіння в декілька етапів з поступовим зниженням температури теплоносія з 200 до 110°С, помел, який відрізняється тим, що підготовка сировинних матеріалів полягає для суспендованих гіпсовмісних відходів в А (54) КОМПОЗИЦІЯ НА ОСНОВІ УТИЛІЗОВАНИХ ГІПСОВМІСНИХ ВІДХОДІВ, СПОСІБ УТИЛІЗАЦІЇ ГІПСОВМІСНИХ ВІДХОДІВ ТА УСТАНОВКА ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ 41139 ми з дотриманням заданої рецептури, що враховує потреби конкретної сфери використання. В сьогодення ринок сумішей стає все більш привабливим для виробників, проте їм пропонуються для впровадження суміші, в яких використовуються імпортні інгредієнти. Склад суміші, або деякі добавки, що входять до її складу, найчастіше становлять комерційну таємницю. Як прототип використовується рецептура сухих гіпсових сумішей, що наведена в книзі "Сухие строительные смеси". Е. К. Карапузов, Г. Лутц, X. Гарольд и др. - К.: Техніка, 2000, c. 226: ил. -Библиогр.: с.223. Основним недоліком прототипа є використання для виготовлення сумішей гостродефіцитних добавок, що не випускаються в Україні. Важливим показчиком, якому треба приділяти особливу увагу при розробці гіпсових сумішей, є водоутримуюча здатність. Це здатність розчинної суміші утримувати воду та повільно і поступово віддавати її у процесі тужавлення та твердіння розчину. Якщо суміш не здатна міцно утримувати воду, то при стиканні з порожнистою основою вода швидко поглинається останнім, суміш стає твердою, незручною і з кількістю води меншою за теоретично необхідну для реакції гідратації сульфату кальцію, що призводить до зниження міцності розчину. Використання завищеної кількості води призводить до розшарування розчинної суміші, що є причиною утворення неякісного затверділого розчину. Гіпсові в'яжучі, що традиційно використовуються в сумішах, мають недостатню водоутримуючу здатність і для досягнення стандартної величини цього показника необхідно вводити добавку метилцелюлози, яка не випускається жодним підприємством України. Необхідно також звернути увагу на недостатню силу зчеплення гіпсових в'яжучих a- і b-модифікації з матеріалом основи, тому при роботі з сухими гіпсовими сумішами необхідно вводити добавки для підвищення адгезії. Міцність зчеплення декоративно-облицювальних матеріалів і, зокрема, всіляких штукатурок з тим основним матеріалом, на який вони нанесені, представляє особливий практичний інтерес в будівельній справі. Міцність зчеплення обумовлена двома факторами - адгезією, тобто міцністю на відрив затверділого розчину від підкладки та когезією - міцністю самого розчину. Для досягнення заданої величини сили зчеплення матеріала з основою, гіпсовим сумішам, що наведені у прототипі, необхідно використовувати комбінацію гіпсових в'яжучих a- і b-модифікацій з ангідритовими в'яжучими та спеціальними добавками фірми Wocker. Це приводить до додаткових капіталовкладень в процесі виробництва. Перевагами композиції, що заявляється, є використання гіпсового в'яжучого, що одержується з гіпсовміщуючих відходів, за розробленою авторами технологією, для штукатурних та мурувальних розчинних сумішей без використання додаткових добавок. Цей гіпс відрізняється від будівельного, а тим більш від високоміцного, в першу чергу, підвищеною питомою поверхнею. В'язкість будівельних розчинних сумішей на основі утилізованих гіпсов міщуючих відходів значно вища, що пояснюється специфічною дрібнокристалічною структурою в'яжучих. Здатність такого різновиду a-напівгідрату утримувати значно більшу кількість води при стандартному розпливі за приладом Суттарда, дозволяє забезпечити при нанесенні на основний матеріал штукатурних та мурувальних розчинних сумішей, на його основі, потрібної рухомості і одержувати при цьому показник водоутримуючої здатності не нижче за 95%, що дає змогу виключити з рецептури сухих гіпсових сумішей гостродефіцитну в Україні добавку метилцелюлози. У складі, що заявляється, використовується гіпсове в'яжуче, яке має високий показник адгезії (0,8...1,5 МПа) як до цементної, так і до гіпсової та цегляної основ навіть без введення в розчинні суміші спеціальних добавок. Незаперечною перевагою в'яжучого у заявляємому складі є те, що воно виготовляється не з природного гіпсового каменю, а з гіпсовміщуючих відходів, що також значно знижує вартість кінцевого продукту. Характеристики композиції, що заявляється: Марка рухомості розчинної суміші Пк12, Пк4 Водоутримуюча здатність 95% Міцність на вигин 5...10 МПа Міцність на стиск 8...22 МПа Міцність зчеплення з основою 0,8...1,5 МПа Як органічний наповнювач можливо використовувати кварцовий пісок, вапнякову або мармурову муку, вапно, вермікуліт, перліт та інші традиційні наповнювачі. В разі потреби можливе додаткове використання сповільнювачів терміну тужавлення. Відомий спосіб одержання гіпсового в'яжучого [Авт. св. СССР В 11.02.87г.] з фосфогіпсу в рідких середовищах під тиском з перемішуванням при температурі 115-130°С, що передбачає проведення теплової обробки у 2 стадії. Недоліком цього способу вважаємо, в першу чергу, використання сировини тільки в рідкому вигляді. Неможливо вважати перевагою способу, що пропонується для промислового впровадження, розрахунок часу витримування при температурі перегріву протягом часу, який визначається залежністю за стіль складною формулою. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є спосіб одержання гіпсового в'яжучого та установка для його здійснення, що міститься в Патенті України на винахід № 20055, кл. С 04 В 28/14. В процесі роботи з одержаними за цим винаходом в'яжучими виникли нові вимоги, що пред'являються конкретними галузями промисловості до фізико-механічних характеристик продукту. Гіпсові в'яжучі, що традиційно використовуються, мають недостатню водоутримуючу здатність, в'язкість, пластичність, адгезійні властивості, не забезпечують високої пористості виливків та одночасно високої міцності. Продукт, що одержується за вищенаведеним способом в установці для його здійснення, не характеризується достатньою стабільністю властивостей. 2 41139 В основу винаходу поставлена задача удосконалення існуючого способу одержання гіпсового в'яжучого з окускованих фосфогіпсу, цитрогіпсу, десульфогіпсу, гіпсового скрапу та інших гіпсовміщуючих відходів з забезпеченням необхідних фізико-механічних характеристик гіпсовим в'яжучим та гарантованої стабільності властивостей. Спосіб, що пропонується, здійснюється шляхом введення додаткового переділу технологічного циклу - процесу теплового модифікування. Гіпсова сировина в контейнерах подається до автоклаву, де піддається гідротермальній обробці при температурі середовища 115-130°С та відповідному тиску 0,08-0,2 МПа на протязі 1,5-3,5 годин, в залежності від виду утилізуємих відходів. По закінченні процесу дегідратації та перекристалізації контейнери переперевантажують до сушильної камери, де здійснюється постадійне сушіння в три етапи з поступовим зниженням температур теплоносія від 200 до 110°С. Сухий матеріал дробиться до розміру часток 1-5 мм, завантажується в контейнери і повертається до сушильної камери для теплового модифікування при температурі 80150°С на протязі 0,25-1,5 годин. Після цього готове в'яжуче розмелюється в шарових млинах. В основу винаходу поставлена задача удосконалення існуючої установки, що містить автоклав, сушильну камеру, герметичний пароповітряний тракт з теплогенератором, вентиляторами та газорозподільниками для одержання гіпсових в'яжучих з забезпеченими стабільними характеристиками. Поставлена задача вирішується тим, що установка забезпечується контейнерами для розміщення сировини, в яких вона знаходиться під час обробки як в автоклаві, так і сушильній камері. Крім того, задача вирішується тим, що контейнер, у днищі якого встановлено похилі відбивачі сушильного агенту, постачається газорозподільником з диференційованою перфорацією. Крім того задача вирішується тим, що в комірці сушильної камери встановлено направний вузол, завдяки якому забезпечується герметичність стикування газорозподільника та пароповітряного тракту. Винахід реалізується у такий спосіб: гіпсовміщуючі відходи фарфоро-фаянсового виробництва та гіпсовий скрап, а в разі потреби і природний гіпсовий камінь подрібнюються до розміру кусків 20-150 мм, а цитрогіпс, фосфогіпс, десульфогіпс або інші суспендовані гіпсовміщуючі відходи окусковуються на різний спосіб. Гіпсова сировина в контейнерах подається до автоклаву, де піддається гідротермальній обробці при температурі се редовища 115-130°С та відповідному тиску 0,080,2 МПа на протязі 1,5-3,5 годин, в залежності від виду утилізуємих відходів. Параметри технологічного процесу визначаються експериментально і знаходяться у прямій залежності від щільності, хімічного складу, морфологічних характеристик похідної сировини. Час процесу дегідратації та перекристалізації двугідрату на напівгідрат визначається за допомогою термопар, які фіксують зміну температури у середині матеріалу. Процес закінчується, коли температура центру куска досягає температури парового середовища автоклаву. По закінченні процесу контейнери перевантажують до сушильної камери, де здійснюється постадійне сушіння в три етапи з поступовим зниженням температур теплоносія від 200 до 110°С. Температура теплоносія корегується в залежності від темпу виділення вологи з матеріалу при постійному контролі температури матеріалу. Для забезпечення рівномірного прогріву матеріалу у всьому об'ємі контейнеру, у його днищі встановлені похилі відбивачі сушильного агенту, які дають змогу ліквідувати так звану мертву зону, куди не потрапляє теплоносій. Для усереднення теплового напору по висоті контейнеру газорозподільник постачається диференційованою перфорацією. Встановлення в ячейці сушильної камери направляючого вузла, завдяки якому забезпечується герметичність стикування газорозподільника та пароповітряного тракту, дозволяє інтенсифікувати процес сушінні та зменшити тепловтрати. За допомогою опрокидувача сухий матеріал потрапляє з контейнера до дробарки, де подрібнюється до розміру часток 1-5 мм, завантажується в контейнери і повертається до сушильної камери для теплового модифікування при температурі 80150°С на протязі 0,25-1,5 годин. Процес теплового модифікування дозволяє одержувати усереднений по модифікаційному складу матеріал, що дозволяє забезпечити стабільність основних фізико-механічних характеристик в'яжучих, що одержують в процесі технологічного циклу. Цей переділ дозволяє одержувати гіпсові в'яжучі з подовженим терміном тужавлення, що дуже важливо при використанні їх для штукатурних та мурувальних розчинних сумішей. З сушильної камери теплий матеріал подається до шарового млина для подрібнення до потрібної тонини помелу. В результаті реалізації заявляемого способу утилізації гіпсоввміщуючих відходів на установці для його здійснення можливо одержувати гіпсові в'яжучі, що мають такі фізико-механічні характеристики, що наведені у таблиці 1. Таблиця 1 № Вихідна сировина п/п Характеристики в'яжучих, що одержуються В/Г Термін тужавлення, хвилин Міцність, МПа Об'ємне розширення,% Водопоглинання,% Початок 1 а Таблетка б Окатиш Кінець Згин Стиск 0,44 12'05" 14'55" 5,31 12,00 0,20 20,10 0,54 14'10" 17'00" 3,54 7,10 0,15 24,20 Фосфогіпс 3 41139 Продовження табл. 1 № Характеристики в'яжучих, що одержуються Вихідна сировина п/п В/Г Термін тужавлення, хвилин Міцність, МПа Початок Кінець Згин Об'ємне розширення,% Водопоглинання,% Стиск 2 Цитрогіпс 0,41 45'00" 55'00" 5,45 12,80 0,20 19,60 3 Десульфогіпс 0,50 10'30" 15'30" 4,28 9,50 0,20 23,20 4 Гіпсовий скрап + +природний камінь 0,44 16'30" 21'00" 4,52 10,00 0,17 21,20 Відпрацьовані 0,58 7'20" 8'55" 3,42 7,00 0,15 27,20 5 гіпсові форми Конкретним прикладом сухої гіпсової суміші, яка використовується для опоряджування внутрішніх поверхонь в приміщеннях з вологістю, що не перевершує 65%, з швидким набором міцності в ранній період тужавлення, є композиція, при слідуючому співвідношенні компонентів,%: a- напівгідрат сульфату кальцію, одержаний з утилізованих гіпсовміщуючих відходів 69,8 Вапнякова мука 30 Гідролізат кератину 0,2 Підготовлені та зважені компоненти подають до приймального бункера, а звідти до змішувача. Змішування проводять згідно з програмою. Для одержання суміші однорідної за складом, використовують змішувач примусової дії з додатковими шнеками, що обертаються. Домішку гідролізату кератину вводять шляхом розпилювання. При використанні як штукатурного розчину, суміш змішують з водою у кількості 65% від сухої маси матеріалу безпосередньо перед вживанням. Розчинна суміш наноситься на поверхню, попередньо змочену водою, або рідким розчином суміші. Порівняльні характеристики розчинних сумішей та розчинів на основі композиції, що заявляється, та композиції з прототипу наведені у таблиці 2. Таблиця 2 №№ п/п Найменування показників Вимоги до сумішей за про- Характеристики композиції, тотипом що заявляється 1 Водоутримуюча здатність, % 90-95 90-95 2 Життєздатність ³2 ³2 3 Міцність на згин, МПа ³2,2 >2,2 4 Міцність на стиск, МПа ³5 >5 5 Адгезійна міцність до основи ³0,6 ³0,8 Необхідно зауважити, що вищенаведені показники для суміші прототипу можливо отримати тільки при введенні метилцелюлози Walocel МКХ 25000 РР 20 в кількості не менш ніж 0,1-0,2% та добавки Вінніпаса RE 5600 G, що підвищує адгезію до основи у кількості не менш ніж 2,5%. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4 41139 5