Способ получения гипсового вяжущего
Владельцы патента RU 2359931:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ" (RU)
Изобретение относится к способу получения гипсового вяжущего и может найти применение в промышленности строительных материалов. В способе получения гипсового вяжущего из неохлажденного кислого отхода производства фтористого водорода, включающем нейтрализацию кислого указанного отхода при совместном помоле с известьсодержащим агентом, в качестве известьсодержащего агента используют феррохромовый шлак самораспадающийся, при помоле дополнительно вводят воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от указанного отхода, а полученное вяжущее выдерживают не менее 5 часов в бункере томления. Технический результат - повышение прочности гипсового вяжущего и сокращение энергоемкости процесса получения гипсового вяжущего. 1 табл.
Изобретение относится к способам получения гипсового вяжущего из отходов производства фтористого водорода и может быть использовано при переработке кислых фторангидритовых отходов производства плавиковой кислоты в вяжущее.
Известен способ получения гипсового вяжущего из кислых отходов производства фтористого водорода (см. патент Россия №2002717, кл. С04В 28/14, С04В 11/06, опубл. 15.11.1993), включающий смешение в две стадии кислого фторангидрита, с предварительно подготовленной активированной известью в количестве 3,0-7,0 мас.% с одновременной нейтрализацией и измельчением смеси до удельной поверхности 3000-5000 см2/г.
Известен также способ получения гипсового вяжущего из кислых отходов производства фтористого водорода (см. патент Россия №2070169, кл. С04В 11/06, С04В 11/20, опубл. 12.10.1996), включающий нейтрализацию кислого неохлажденного фторангидритового отхода известьсодержащим агентом при совместном помоле, причем вяжущее получают из смеси неохлажденного кислого фторангидритового отхода производства фтористого водорода и 5,0-20,0 мас.% отхода производства фтористого водорода из шламохранилища.
Однако недостатками данного способа является использование избытка отхода производства плавиковой кислоты из шламохранилища - фторгипса как одного из составляющих, способствующих повышению полноты и высокой скорости нейтрализации серной кислоты, что делает данный способ дорогостоящим и усложненным в связи с необходимостью добычи и дальнейшей переработки фторгипса с рекультивированного шламохранилища.
Таким образом, известный способ получения гипсового вяжущего из кислого отхода производства фтористого водорода является наиболее близким аналогом предлагаемого способа и выбран в качестве прототипа.
Технической задачей, решаемой предлагаемым способом, является процесс получения гипсового вяжущего за счет совместного помола неохлажденного фторангидритового отхода и известьсодержащего агента (феррохромовые шлаки самораспадающиеся (ТУ-14-11-325-97)), подаваемого в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического в шаровую мельницу с одновременной подачей воды в барабан мельницы и выдерживании полученного вяжущего в бункере томления не менее 5 часов, что значительно упрощает технологию, снижает энергетические и временные затраты, а также повышает конечную прочность гипсового вяжущего.
Указанная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения гипсового вяжущего из кислого отхода производства фтористого водорода, включающем смешение и нейтрализацию указанного отхода феррохромовыми шлаками самораспадающимися, одновременно с помолом его в шаровой мельнице в кислый отход дополнительно вводят воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы кислого отхода, а нейтрализующий агент подают в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического. Полученное вяжущее затем выдерживают в бункере томления не менее 5 часов.
Получение гипсового вяжущего осуществлялось из кислого отхода производства фтористого водорода Полевского криолитового завода. Необходимый кислый отход производства фтористого водорода, полученный из печи разложения флюоритового концентрата с внутренним обогревом при температуре 220-230 С°, массой 10 кг с содержанием свободной серной кислоты 5,0 мас.% помещают в шаровую мельницу вместе с нейтрализующим агентом, вводимом в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического и одновременно подают воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы кислого отхода. Нейтрализацию и помол в шаровой мельнице ведут до полной нейтрализации серной кислоты. Полученное вяжущее выдерживают в бункере томления не менее 5 часов, при этом контролируют содержание кристаллизационной воды в вяжущем.
Введение в неохлажденный кислый фторангидритовый отход производства фтористого водорода воды в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы исходного кислого отхода и феррохромовых шлаков в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического в процессе нейтрализации, а также выдерживание режима томления не менее 5 часов, позволяет получить активные формы сульфата кальция за счет тепла горячего фторангидрита и экзотермической реакции нейтрализации серной кислоты, обеспечивает условия для гидратации исходного фторангидрита и образования, а также роста преимущественно кристаллов α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего, что позволяет получить более высокую конечную прочность вяжущего по сравнению со сложной литьевой технологией, приведенной в прототипе, где максимальный предел прочности составляет - 25 МПа.
Увеличение (более 14,0 мас.%) количества подаваемой воды и уменьшение (менее 10,0 мас.%), а также сокращение времени томления вяжущего (менее 5 часов) приводит к нарушению условий образования активных форм сульфата кальция и снижению роста кристаллов α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего. Увеличение количества феррохромовых шлаков самораспадающихся до 10,0-15,0 мас.% избытка от стехиометрического соотношения не целесообразно, поскольку количество активных форм сульфата кальция и предел прочности увеличивается незначительно.
Полученное гипсовое вяжущее затворяли водой при нормальной водопотребности, после чего формовали образцы размером 4×4×16 см. Твердение образцов до марочной прочности велось в течение 28 суток на воздухе (воздушный режим твердения). Предел прочности на сжатие определяли на прессе УММ-2. Для идентификации химического состава вяжущего использовали рентгенофазовый анализ, в результате которого установлено преимущественно присутствие α-модификации полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего за счет процесса гидратации исходного фторангидрита.
Технологические параметры полученного гипсового вяжущего и характеристики целевого продукта, полученного заявленным способом, приведены в таблице.
Как видно из приведенных примеров, данный способ по сравнению с прототипом обеспечивает при существенном упрощении процесса снижение энергетических и временных затрат, получение гипсового вяжущего с высокой конечной прочностью за счет процесса гидратации исходного фторангидрита и образования а также роста активных форм α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего
Применение способа обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
- значительное упрощение технологического процесса за счет исключения из процесса стадии добычи и дальнейшей переработки фторгипса;
- сокращение энергоемкости процесса, за счет введения воды и более активного использования тепла неохлажденного фторангидрита и экзотермической реакции нейтрализации серной кислоты;
- получение гипсового вяжущего высокой прочности за счет процесса гидратации исходного фторангидрита и образования, а также роста активных форм α-полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего;
- возможность использования вяжущего через 5 часов выдержки в бункере томления.
| Таблица Технологические параметры полученного гипсового вяжущего |
||||||
| № примера | Количество вводимой воды, мас.% | Время выдержки вяжущего в бункере томления, ч | Предел прочности, МПа | Количество вводимых шлаков, от стехиометрического, мас.% | Состав вяжущего, мас.% | |
| α-CaSO4·0,5H2O | CaSO4 | |||||
| 1 | 7,0 | 3 | 17 | 10,0 | 50,60 | 49,40 |
| 2 | 10,0 | 3 | 20 | 5,0 | 65,00 | 35,00 |
| 3 | 10,0 | 5 | 25 | 5,0 | 70,50 | 29,50 |
| 4 | 14,0 | 3 | 17 | 0,0 | 60,80 | 39,20 |
| 5 | 14,0 | 5 | 24 | 0,0 | 68,00 | 32,00 |
| 6 | 14,0 | 8 | 26 | 5,0 | 71,00 | 29,00 |
| 7 | 18,0 | 5 | 14 | 15,0 | 45,70 | 54,30 |
| прототип | - | - | по литьевой технологии 25 МПа |
Способ получения гипсового вяжущего из неохлажденного кислого отхода производства фтористого водорода, включающий нейтрализацию указанного отхода при совместном помоле с известьсодержащим агентом, отличающийся тем, что в качестве известьсодержащего агента используют феррохромовый самораспадающийся шлак, при помоле дополнительно вводят воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от указанного отхода, а полученное вяжущее выдерживают не менее 5 ч в бункере томления.
