Технологические направления использования фосфогипса

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный экономический университет» (СПбГЭУ)

 

филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный экономический университет» в г. Череповце

                                  

Кафедра «Экономики и управления на предприятии ГХ».

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По дисциплине «Организация обращения с твердыми отходами в городе»

Вопрос № 10. Технологические направления использования фосфогипса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Студентки 6 курса

                                Группы 2ЭУП-10

                                Гареевой Марии Аликовы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Череповец,

(филиал СПбГЭУ в г. Череповце)

 

                                                                 2015

 

Содержание:

 

1. Введение……………………………………………………………………………с.3
2. Технологические направления использования фосфогипса……………………с.4
3. Заключение ………………………………………………………………………..с.14
4. Список литературы ……………………………………………………………….с.15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

В настоящее время используется лишь небольшая часть гипсосодержащих отходов и основного из них — фосфогипса. Как правило этот крупнотоннажный отход удаляется с территорий предприятий в шламохранилище, что связано со значительными затратами труда и средств. Гипсосодержащие отходы, как убедительно показано результатами многочисленных исследований и практики, могут использоваться в сельском хозяйстве для химической мелиорации кислых и солонцовых почв и компостирования с органическими удобрениями; в цементной промышленности в качестве минерализатора — добавки к сырьевой смеси и как регулятор скорости схватывания — вместо природного гипса; для производства гипсовых вяжущих и изделий, наполнителя в производстве пластмасс, стекла; в строительстве автомобильных дорог, для производства серной кислоты и др.

К наиболее перспективным направлениям утилизации фосфогипса относится использование его в производстве гипсовых вяжущих материалов.

Объем гипсосодержащих побочных продуктов превышает объем специально добываемого для производства строительных материалов гипсового камня. Значительный интерес для производства вяжущих и материалов на их основе наряду с гипсосодержащими представляют также известьсодержащие отходы промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологические направления использования фосфогипса.

Фосфогипс содержит от 80 до 98% гипса и может быть отнесен к гипсовому сырью. Высокая дисперсность фосфогипса (Sya = 3500—3800 см2/г) позволяет исключить из технологического процесса дробление и грубый помол. Вместе с тем высокая влажность фосфогипса (до 40%) усложняет его транспортирование и подготовку и приводит к значительным расходам топлива на сушку. Наличие в фосфогипсе водорастворимых в особенности фосфор- и фторсодержащих примесей усложняет переработку отходов по сравнению с переработкой природного гипсового камня, вызывает необходимость промывки, нейтрализации и др. и обусловливает соответственно более высокие тепловые затраты. При обычной технологии гипсовые вяжущие на основе фосфогипса низкокачественны, что объясняется высокой водопотребностью фосфогипса, обусловленной большой пористостью образуемого полугидрата. Если водопотребность обычного строительного гипса составляет 50—70%, то для получения теста нормальной густоты из фосфогипсового вяжущего без дополнительной обработки требуется воды 120— 130%. 

 

Отрицательное влияние на строительные свойства фосфогипса содержащихся в нем примесей можно несколько снизить домолом фосфогипса и формованием изделий методом виброукладки. В этом случае качество фосфогипсового вяжущего повышается, хотя и остается ниже, чем строительного гипса из природного сырья.

Исследования показали, что основной причиной ухудшения вяжущих свойств непромытого фосфогипса является образование значительного количества ангидрита т. е. безводного сульфата кальция при обжиге под влиянием кислых фосфатных и фтористых соединений. С ростом содержания нерастворимого ангидрита выше 30% прочность вяжущих приближается к нулю.

Примеси в фосфогипсе свободных фосфорной и серной кислот, растворимых солей замедляют твердение гипсовых вяжущих. Осложняет технологию также выделение фтористых газов при тепловой обработке, из-за повышенной кислотности происходит коррозия оборудования.

В настоящее время разработан и опробован в производственных условиях ряд технологий получения гипсовых вяжущих из фосфогипса. Технологические процессы получения гипсовых вяжущих, основным компонентом которых служит полугидрат сульфата кальция или ангидрит, включают подготовку исходного продукта к обжигу и обжиг.

Основные методы подготовки фосфогипса в производстве гипсовых вяжущих можно разделить на 4 группы:

1-я  — промывка фосфогипса водой;

2-я  — промывка в сочетании с  нейтрализацией и осаждением  примесей в водной суспензии;

3-я  — метод термического разложения  примесей;

4-я  — введение нейтрализующих, минерализующих  и регулирующих кристаллизацию  добавок перед обжигом и после  него.

Методы 1-й и 2-й групп связаны с образованием значительного количества загрязненной воды (2—5 м3 на 1 т фосфогипса), большими затратами на их удаление и очистку. Большинство методов термического распада примесей (3-я группа) основано на обжиге фосфогипса до образования растворимого ангидрита с дальнейшей его гидратацией и повторным обжигом до полугидрата. Широкого применения они пока не имеют так же, как и методы 4-й группы. Для реализации последних необходимы дефицитные добавки и они не обеспечивают постоянные свойства вяжущего.

Ведущее место в разработке и практическом применении технологии гипсовых вяжущих из фосфогипса принадлежит Японии, Франции, ФРГ.

На основе фосфогипса возможно получение как высокопрочного, так и строительного гипса, отличающихся водопотребностью и соответственно прочностью достигаемой уже через 1,5 ч после затворения.

Фирма Knauf предлагает три варианта производства вяжущих из фосфогипса в зависимости от области его дальнейшего использования. По I варианту загрязненный фосфогипс промывают и флотируют для удаления водорастворимых и твердых примесей, затем дегидратируют в котлах периодического или непрерывного действия. Полученный чистый продукт не оказывает разрушающего действия на картон, покрывающий поверхность панелей или плит.

По II варианту состав фосфогипса соответствует отношению ангидрита к полугидрату, равному 1/3 : 2/3. Стадия очистки от примесей может быть той же, что и по I варианту; степень очистки можно снизить за счет уменьшения дозировки химических реагентов на стадии флотации. В процессе грануляции к дегидратированному фосфо-гипсу добавляют воду и вещества, осаждающие нерастворимые соединения фосфора. Затем продукт выдерживают в специальных реакторах, где происходит образование фосфатов, которое заканчивается в процессе обжига и рассеивания.

III вариант  разработан для получения полугидратнрго  фосфогипса непосредственно в  производстве экстракционной фосфорной  кислоты. Так как полугидрат содержит  намного меньше примесей по  сравнению с дигидратом, то необходимость  первых четырех стадий его очистки отпадает.

В соответствии с фосфогипс от фильтров линии фосфорной кислоты подают в мешалку, разбавляют до получения суспензии с концентрацией 400 г/л и транспортируют по трубопроводу к установке по его переработке. Суспензию принимают в емкости и центробежными насосами подают в барабанные вакуумные фильтры, предназначенные для промывки и фильтрации фосфогипса. Промытый кек вновь разбавляют водой до концентрации около 700 г/л и полученную суспензию перекачивают в автоклавы. Образовавшуюся в автоклавах суспензию а-полугидрата охлаждают и нагнетают в вакуум-фильтры. Отфильтрованный и промытый горячей водой кек с влажностью около 12—15% высушивают в прямоточных трубах-сушилках до 4,5% содержания кристаллизационной воды. Высушенный ос-полугидрат измельчают в шаровых мельницах и транспортируют в силосы для хранения готового продукта.

Высокая влажность и дисперсность фосфогипса обусловливают перспективность применения автоклавных способов для получения высокопрочных гипсовых вяжущих. При автоклавных технологиях испаряется не вся свободная и выделяющаяся при дегидратации вода, а лишь вода, остающаяся после фильтрации продукта автоклавной обработки. При нагревании фосфогипсовой пульпы в автоклаве при 114—125 °С гипс растворяется и жидкая фаза становится пересыщенной по отношению к полугидрату, что и приводит к кристаллизации игольчатых кристаллов а-полугидрата. В отличие от кристаллов (3-полугидрата, образующихся в варильных котлах и других аппаратах, сообщающихся с атмосферой, относительно крупные кристаллы a-CaS03* 0,5Н2О имеют существенно меньшую водопотребность и формируют искусственный камень с более высокими физико-механическими свойствами.

 

Предложена технология получения высокопрочных гипсовых вяжущих обработкой исходного фосфогипса в растворах кислот или солей, имеющих температуру кипения 105—120 °С, с промывкой и высушиванием готового продукта.

Важным резервом значительного повышения экономичности автоклавного способа переработки фосфогипса является ликвидация сушки, помола, а в перспективе и фильтрации продукта автоклавной обработки. На эти стадии расходуется около 45% капитальных, около 50% текущих, более 60% тепловых и энергетических затрат.

Процесс получения вяжущего заключается в дегидратации гипса, содержащегося в фосфогипсе, до полугидрата, а процесс изготовления изделий — в обратном: гидратации полугидрата до гипса в большом избытке воды. Таким образом, наблюдается парадоксальный факт: при влажном исходном сырье (фосфогипс) и влажном готовом продукте (гипсовые изделия) на промежуточной стадии технологического процесса посредством сушки получают порошкообразный продукт (гипсовое вяжущее), который при изготовлении изделий на этом же предприятии уже через короткое время вновь смешивают с водой.

Эффективно производство изделий непосредственно из фосфогипса по одностадийной технологии, предусматривающей осуществление обоих химических процессов — дегидратации двуводного гипса и гидратации образуемого полугидрата — в пределах одного технологического цикла. Дегидратация протекает по принципу «самозапаривания», т. е. в формах повышенной плотности кристаллизационная вода выделяется в капельножидком состоянии, оставаясь в порах зерен и пустотах кристаллической решетки гипса.

По этой технологии изделия можно формовать на установках, состоящих из двух пуансонов и наружной опалубки. Верхний пуансон служит выталкивателем отпрессованного изделия. В форму засыпают гипсовое сырье, разравнивают его, а затем верхний пуансон приводят в соприкосновение с поверхностью порошка. Таким способом создается замкнутое пространство, в котором производят термическую обработку фосфогипса, после чего полученную гидратирующуюся массу прессуют. Затвердевшие изделия распалубливают при температуре ниже 40 °С.

Разработана также технология производства высокопрочного гипса на основе фосфополугидрата — отхода производства экстракционной фосфорной кислоты по полугидратной схеме. Она состоит из следующих этапов обработки: измельчения и активирования фосфополугидрата на вальцах тонкого помола, разбавления его, перевода «пассивирующих» пленок с помощью специальных добавок в жидкую фазу, последующего фильтрования суспензии на ленточных вакуум-фильтрах; промывания твердой фазы, сушки ее до полного удаления гигроскопической влаги и помола.

Основные работы по использованию фосфополугидрата для получения гипсовых вяжущих ведутся в трех направлениях:

•          гидратация до двухводного гипса и получение сырья для производства строительного и высокопрочного гипса;

•          активация с сушкой;

•          обжиг до ангидрита с введением активаторов твердения.

Снижение пассивирующего действия кислых примесей на зернах

фосфополугидрата достигается механической обработкой и нейтрализацией. В качестве активаторов твердения применяют добавки различных фтористых соединений. Из фосфополугидрата при его нейтрализации щелочными добавками в сочетании с механической обработкой в бегунах можно получать смеси и прессовать из них различные изделия.

Отличительными особенностями вяжущего из фосфополугидрата являются: рост прочности при хранении в нормальных условиях через 20—30 сут на 10—30%; сравнительно небольшое объемное расширение.

Фосфополугидрат без дополнительной обработки может быть рекомендован для сооружения оснований дорожных одежд в тех случаях, когда к последним не предъявляются повышенные требования по морозостойкости.

Водостойкое вяжущее на основе фосфогипса можно получить как смешиванием с цементом и пуццолановой добавкой (фосфогипсоцементно-пуццолановое вяжущее), так и совместной тепловой обработкой суспензии фосфогипса и различных гидравлических компонентов, например портландцемента, нефелинового шлама, металлургических шлаков со щелочными активизаторами и др. В последнем случае получают высокопрочное вяжущее повышенной водостойкости.

Технологическая схема включает: приготовление суспензии фосфогипса и подачу ее на переработку; фильтрацию суспензии фосфогипса и приготовление рабочей сырьевой смеси из фосфогипса, добавок и воды; автоклавную обработку сырьевой смеси; сушку полупродукта и его помол.

На 1 т вяжущего расходуется 1,5 т влажного фосфогипса и 0,1 т добавки. При удельной поверхности 3000—4500 см2/г водопотребность вяжущего составляет 35—45%, схватывание начинается через 30— 60 мин, конец его — через 80—120 мин, предел прочности на сжатие через 3 ч составляет 6—7 МПа, а при постоянной массе — 20—40 МПа, коэффициент размягчения 0,6—0,7.