Спосіб переробки фосфогіпсу в гіпсове в’яжуче

Реферат: Спосіб переробки фосфогіпсу в гіпсове в'яжуче включає промивання фосфогіпсу водою, термічну обробку при температурі 120-175 °C та введення добавки. Замість промивання водою впроваджується промивання водним 0,1 - 5 % розчином триетаноламіну, а як добавку використовують етиленвінілацетат в кількості 0,1 - 2 %, із вмістом етилену 15 - 25 %. UA 68540 U (54) СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ ФОСФОГІПСУ В ГІПСОВЕ В'ЯЖУЧЕ UA 68540 U UA 68540 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сфери переробки відходів хімічних речовин та може бути використана для отримання сировини для виробництва в'яжучих матеріалів з відходів фосфатних руд. Найважливішою умовою економічно раціональної роботи хімічних підприємств є повне і комплексне використання природних ресурсів, сировини і матеріалів. Найбільш ефективним щодо боротьби з відходами є прискорення переходу на комплексну переробку сировини: маловідходну, або безвідходну технології, при яких відбувається перетворення всіх компонентів на товарну продукцію або напівфабрикати. До одного з багатотоннажних відходів і побічних продуктів хімічної промисловості можна віднести фосфогіпс, який містить кальцій сульфат з домішками фосфатних солей кальцію - відхід виробництва фосфорних добрив і фосфорної кислоти. Він є основним джерелом забруднення навколишнього середовища у районах розміщення виробництв мінеральних добрив на території України (міста Армянськ, Суми, Рівне). За умов сульфатнокислотного розкриття апатитового концентрату на 1 т фосфорної кислоти, залежно від сировини й прийнятої технології, утворюється 4,3-5,8 т фосфогіпсу. Використання фосфогіпсу як вторинної сировини замість природного гіпсу дає можливість вирішити значну частину екологічних проблем виробництва мінеральних добрив, в тому числі і забруднення навколишнього середовища домішками токсичних елементів: флуору, миш'яку. Сучасна будівельна практика свідчить про велику потребу гіпсу і виробів на його основі. Гіпс широко поширений в земній корі у вигляді гіпсового і ангідритового каменя. Його доступність послужила причиною того, що гіпс вже багато сторіч застосовується як будівельний матеріал. У Україні видобувається біля 1 млн. тонн гіпсового каменя, що не достатньо для забезпечення виробників будматеріалів. Потреба в ньому складає від 3,5 до 5 млн. тонн. Основні гіпсові родовища України зосереджені в Артемівському районі Донецької області і на Західній Україні, причому здобуття гіпсу ускладнено його глибоким заляганням, що припускає не відкритий, а шахтний спосіб розробки. Тому особливий інтерес представляють питання утилізації фосфогіпсу як джерела вторинної сировини для виробництва гіпсового в'яжучого. Фосфогіпс утворюється при виробництві фосфорної кислоти з апатитових і фосфоритових руд за реакцією: Ca5(PO4)3F+5H2SO4+10Н2О → 5(CaSO4·2H2O) + 3Н3РО4+0,5H2F2 Гіпс дигідрат - це порошок, що має вологість 27-30 % і не має в'яжучих властивостей. Для надання в'яжучих властивостей необхідно проведення операції зневоднення. З фосфогіпсу при термічній обробці отримують в'яжучі речовини з різним ступенем зневоднення, близькі по властивостях до низькомарочних гіпсових в'яжучих з короткими термінами тужавіння; Відомий спосіб термічної обробки: Методические рекомендации по применению фосфодигидрата сульфата кальция при строительстве автомобильных дорог. - М., 1989.-132 с. [1] (аналог). Недоліком способу є те, що фосфогіпс напівгідрат, що утворюються в результаті термообробки, має достатньо високу водопотребу і низькі показники міцності. Основною причиною знижених показників є присутність у складі фосфогіпсу різних домішок, до яких, в першу чергу, належать кислоти і флуорид-іони. В праці Иваницкий В. В. Фосфогипс и его использование/ В. В. Иваницкий П. В. Классен, Новиков А. А.- М.: Химия, 1990.-224 с, [2] (прототип), згадується, що поліпшенню якості фосфогіпсу напівгідрату сприяють промивка відходів водою. Недоліком способу (промивання водою) є малий ступінь видалення домішок та високі витрати води. Відповідно до даної технології фосфогіпс подають в мішалку, розбавляють до отримання суспензії з концентрацією 400 г/л і транспортують по трубопроводу до установки по його переробці. Суспензію приймають в ємності і відцентровими насосами подають в барабанні вакуумні фільтри, призначені для промивки і фільтрації фосфогіпсу. Промиту речовину знов розбавляють водою до концентрації близько 700 г/л і отриману суспензію перекачують в автоклави. Суспензію α-напівгідрату сульфату кальцію, що утворилася в автоклавах, охолоджують і нагнітають у вакуум-фільтри. Відфільтровану і промиту гарячою водою речовину з вологістю близько 12-15 % дегідратують в прямоточних трубах-сушарках при температурі 120-175 °C протягом 1,5-2 годин, до 4,5 % вмісту кристалізаційної води. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити відомий спосіб таким чином: по-перше: замість промивання водою впровадити промивання водним розчином триетаноламіну 0,1-5 %, для підвищення ступеня витягання водорозчинних шкідливих домішок з фосфогіпсу. 1 UA 68540 U 5 10 15 по друге - для поліпшення технічних властивостей і збільшення часу тужавіння до складу дегідратованого в'яжучого як добавку вводити етиленвінілацетат в кількості 0,1-2 %, із вмістом етилену 15-25 %. З цією метою нами було проведено ряд дослідів, проводилася відмивка розчинами триетаноламіну різної концентрації (таблиця 2), отримані зразки випробовували на міцність при стиску. Приклад: Наважку 100 г фосфогіпсу розмішують у стакані та додають водний розчин триетаноламіну, в кількості 3:1 по масі. Ретельно перемішують та дають розчину відстоятися до появи чіткої межі між фазами, після чого розчин обережно декантують. Вологий фосфогіпс віджимають від залишкової води та дають йому підсохнути на відкритому повітрі. Через деякий час промитий фосфогіпс направляється на дегідратацію (температурна обробка) протягом 2,5 годин у сушильній шафі, температура процесу 120-175 °C. По закінченню часу сульфат кальцію виймають з сушильної шафи та дають остигнути. До отриманої маси додають етиленвінілацетат в кількості 0,1-2 %, із вмістом етилену 15-25 %., ретельно перемішують до однорідної маси. Таблиця 1 Хімічний склад зразків фосфогіпсу після промивання До промивання Компоненти Фосфатів (у перерахунку на Р2О5) Водорозчинних фосфатів (у перерахунку на Р2О5) Фторидів (у перерахунку на F) Водорозчинних фторидів (у перерахунку на F) 20 після промивання водою 1,2 % 1% після промивання розчином триетаноламіну 0,6 % 0,7 % 0,5 % 0,1 % 0,12 % 0,09 % 0,07 % 0,06 % 0,04 % 0,01 % Таким чином, при відмиванні фосфогіпсу в розчинах аміноспиртів майже повністю видаляються шкідливі водорозчинні домішки, що покращує структуроутворення при твердненні виробів. Таблиця 2 Залежність границі міцності зразків при стиску від концентрації промивного розчину Номер зразка Зразок № 1 Зразок № 2 Зразок № 3 Зразок № 4 Зразок № 5 25 30 Концентрації розчину, % 0 0,1 0,5 1 5 Границя міцності, МПа 3,95 4,00 4,20 5,20 5,20 Досліди № 2-5 проводили за умовами, що знаходилися в межах параметрів заявки на патент. В цих дослідах випробування зразків на границю міцності показують гарні результати, а з підвищення концентрації розчинів збільшується і границя міцності. Дослід № 1, що виконаний за режимами, наведеними в прототипі (за межами способу), показує, що границя міцності зразку 3,95 МПа є меншою за отримані за способом. З метою збільшення часу тужавлення гіпсового в'яжучого до його складу вводився етиленвінілацетат, в кількості від 0,1 до 2 %. Результати дослідів приведені у таблиці 3. 2 UA 68540 U Таблиця 3 Залежність часу тужавлення гіпсового в'яжучого від кількості полімерної добавки Номер зразка Зразок № 1 Зразок № 2 Зразок № 3 Зразок № 4 Зразок № 5 Зразок № 6 Зразок № 7 Зразок № 8 Зразок № 9 Зразок № 10 5 10 15 20 25 30 35 Полімерна добавка, % 0 0,1 0,5 1 2 0 0,1 0,5 1 2 Час тужавлення, хв. 3 3 3,2 8 8 2 2 3 6 6 Промивка присутня присутня присутня присутня присутня відсутня (за межами способу) відсутня (за межами способу) відсутня (за межами способу) відсутня (за межами способу) відсутня (за межами способу) Досліди № 2-5 проводили за умовами, що знаходилися в межах параметрів заявки на патент. В цих дослідах видно, що додавання етиленвінілацетату збільшує час тужавіння в'яжучого, що є важливим показником споживчого продукту. Найкращі результати показали зразки 4 та 5, де кількість добавки становить 1 та 2 %, відповідно. Результати дослідів № 1, 6, 7 за межами способу, показують, що непромитий фосфогіпс, досліди № 6, 7 та промитий водою - мають близькі значення часу тужавіння та приймаються за відправні. Крім того, досліди № 8-10, за межами способу, де час тужавіння з введенням добавки збільшується, показують що промивання також суттєво впливає на результати. Як сировина для отримання будівельного гіпсу в дослідженнях використовувалися відходи виробництва фосфатних добрив ВАТ "Сумихимпром". За досліджуваний матеріал були взяті усереднені проби відвального фосфогіпсу ВАТ "Сумихимпром". В роботі застосовувалися усереднені проби відвального фосфогіпсу. Випробування зразків проводилися згідно з ДСТУ Б В.2.7-82-99 Будівельні матеріали. В'яжучі гіпсові. Технічні умови. У дослідженнях використовувалася технологія переробки сировини, що включає операції: - промивання фосфогіпсу водним 0,1-5 % розчином триетаноламіну; - термічну обробку при температурі 120-175 °C; - змішування фосфогіпсу з етіленвінілацетатом в кількості 0,1-2 %. Таким чином, запропонований спосіб переробки фосфогіпсу дозволяє в отримувати гіпсове в'яжуче, відповідають марці в'яжучого Г-5 згідно з ДСТУ Б В.2.7-82-99 Будівельні матеріали. В'яжучі гіпсові. Технічні умови. Джерела інформації: 1. Методические рекомендации по применению фосфодигидрата сульфата кальция при строительстве автомобильных дорог. - М., 1989.-132 с. 2. Иваницкий В. В. Фосфогипс и его использование / В. В. Иваницкий, П. В. Классен, Новиков А. А.- М.: Химия, 1990.-224 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб переробки фосфогіпсу в гіпсове в'яжуче, що включає промивання фосфогіпсу, термічну обробку при температурі 120-175 °C та введення добавки, який відрізняється тим, що впроваджують промивання водним 0,1 - 5 % розчином триетаноламіну, а як добавку використовують етиленвінілацетат в кількості 0,1 - 2 %, із вмістом етилену 15 - 25 %. 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 3