Сульфатосодержащие отходы и их характеристика

Гипсосодержащие отходы образуются во многих производствах химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при десульфатизации промышленных газов. Эти отходы представляют собой влажные порошки или шламы с характерным цветом и запахом, содержащие в той или иной форме значительное количество различных модификаций сульфата кальция.

В настоящее время известно более 50 видов гипсосодержащих отходов. Наиболее удобно их классифицировать по происхождению. Впервые такая классификация была предложена Ю.Г. Мещеряковым. В соответствии с ней попутные продукты, содержащие сульфат кальция, образуются:

• в производстве минеральных кислот: ортофосфорной (фос-фогипс и фосфополугидрат), ортоборной (борогипс) и плавиковой (фторангидрит); органических кислот: лимонной (цит-рогипс), виннокаменной (тартратогипс), молочной и муравьиной;

• при химической переработке древесины (гидролизный гипс);

• при производстве комплексных удобрений из минералов и горных пород, относящихся к группе сложных сульфатов (каинит, полигалит и др.);

• при обработке водных растворов некоторых солей: FeS04 (крем-негипс), СаС12 и др.;

• при очистке промышленных газов, содержащих S03 (сульфо-гипс);

• при обработке водных растворов кислот, образующихся, например, при производстве диоксида титана (титаногипс), синтетических волокон и др.;

• при производстве солей из озерной рапы, морской и океанической воды (рапной гипс);

• при производстве витаминов (витаминный гипс).

Наибольший интерес для производства гипсовых вяжущих представляют крупнотоннажные отходы химической промышленности:

фосфогипс, борогипс, фторгипс, титаногипс. Указанные отходы тонкодисперсны, имеют удельную поверхность 400-700 м²/кг, истинную плотность 2200-2400 кг/м³ насыпную плотность в сухом состоянии 400-

800 кг/м³.

Гипсосодержащие отходы, как правило, содержат значительное количество влаги (15-150%), а также различное количество водорастворимых кислот и других вредных примесей, негативно влияющих на сроки схватывания и другие свойства получаемых вяжущих веществ. Поэтому прежде чем использовать отходы для производства гипсовых вяжущих веществ, их необходимо высушивать, производить промывку или нейтрализацию вредных примесей, что приводит к увеличению энергозатрат и усложняет технологический процесс производства. Другим недостатком этих отходов является неоднородность их химического и минералогического состава даже в условиях одного отдельно взятого предприятия.

Фосфогипс — многотоннажный отход сернокислотного производства минеральных удобрений. Его ежегодное производство составляет до 22 млн. т. В зависимости от химического и фазового состава различают апатитовый и фосфоритовый фосфогипс.

Борогипс — значительный по объему отход (более 0,5 млн. т в Год) сернокислотного производства борной кислоты. При оценке и технологическом подходе к этому гипсосодержащему отходу следует различать доломитовый и ашаритобарацитовыйборогипс.

Фторогипс — отход сернокислотного получения плавиковой кислоты из полевого шпата. В состав этого отхода, на примере Южно-Уральского криолитового завода, входят до 70 % растворимого ангидрита, 20 % дигидрата и полугидрата сульфата кальция, 2- 6 % плавикового шпата.

Хлорогипс — отход сернокислотной обработки рассолов, главным образом бишофита (часто его называют магнегипс, рапной гипс; содержание хлориона в этом отходе составляет обычно 2-3,8 %).

Феррогипс — продукт, получаемый из растворов железного купороса обработкой его известковым тестом, нередко это шламовые отходы растворов железного купороса, содержащие до 40 % дигидрата сульфата кальция, 6-7 % оксида кремния, называемые иногда кремнегипсом.

Титаногипс - является отходом сернокислотной переработки титанового сырья, в основном ильменита. Этот отход часто содержит в качестве примеси не только титановые минералы, но и оксиды алюминия, железа и соли сульфата аммония.

Гидролизной гипс — значительный по объему (более 200 тыс. т в год) отход технологической обработки целлюлозы. Обычно он содержит в своем составе соли лигнина, декстрин, ксилан, фурфурол, соли сернистой кислоты и другие технические примеси.

Сульфогипс представляет собой дисперсный светлосерый материал с удельной поверхностью 2800-3000 см²/г и общим гидратным вла-госодержанием 28-30%, содержание в сульфогипседигидрата сульфата кальция (СаS0₄ 2Н₂0) составляет 93-95 масс.%, что соответствует требованиям, предъявляемым к гипсовому сырью I сорта. Примеси в сульфогипсе представлены в виде карбоната кальция (СаС0₃) 1,6-1,7%, флюорита (СаР₂) около 0,03%, инертной части (пыль, зола) до 3% и др. Водородный показатель водной среды сульфогипса равен 4,5-9. Насыпная плотность сульфогипса в сухом состоянии составляет 520-

530 кг/м³, истинная плотность -2,35-2,37 г/см³. Из сульфогипса по упрощенной технологической схеме включающей термическую обработку исходного продукта и последующий помол, можно получать строительный гипс марок Г2-Г4.

Фосфогипс содержит от 80 до 98% гипса и может быть отнесен к гипсовому сырью. Высокая дисперсность фосфогипса (S = 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 водопотребностьюфосфогипса, обусловленной большой пористостью образуемого полугидрата. Если водопотребность обычного строительного гипса составляет 50—70%, то для получения теста нормальной густоты из фосфогип-сового вяжущего без дополнительной обработки требуется воды 120— 130%.

Борогипсовые гранулы достаточно прочны. Они могут выдерживать при раздавливании точечную нагрузку до 30-40 Н, не разрушаются при транспортировании и достаточно водостойки. Высокой прочности гранул способствует наличие в борогипсе примеси крем-негеля. Содержание в борогипсе активного кремнезема, взаимодействующего с выделяющимся при гидролизе алита гидроксидом кальция, положительно влияет на прочность цемента.

Эффективным регулятором сроков схватывания цемента, наряду с фосфогипсом и борогипсом, может служить гранулированный фтор-гипс - побочный продукт предприятий химической промышленности, вырабатывающих фтористоводородную кислоту.

Производство стандартных гипсовых вяжущих из борогипса и других видов химического гипса так же как из фосфогипса обычно невозможно без предварительной подготовки. Особенностью, в частности борогипса, является высокое (до 35%) содержание нерастворимого ангидрита. Превращение нерастворимого ангидрита в дигидрат достигается выдерживанием шлама в течение 4-30 сут в условиях, исключающих испарение воды. Ускорение процесса гидратации ангидрита характерно при снижении рН жидкой фазы. Введение серной кислоты сокращает время гидратации нерастворимого ангидрита с 4 сут до 24 ч. Количество примесей в борогипсе можно уменьшить обогащением гидравлической классификацией и флотацией. При этом создаются возможности для получения из борогипса строительного гипса марок Г2-Г6.

Фторогипс — гипсовое вяжущее в-во, получаемое при переработке сырья, именуемого фторогипсом и являющегося отходом сернокислотного произ-ва плавиковой (фтористоводородной) к-ты и ее солей фторидов из плавикового шпата CaFr. CaF₂ + H₂SO₄ CaS0₄ + 2HF (растворение). В состав Ф. входят, %: ангидрит — до 70, двугидрат и полугидрат сульфата кальция — 20, плавиковый шпат (флюорит CaF₂) — 2— Сырье имеет показатель кислотности рН не более 2, поэтому его переработка в гипсовое вяжущее в-во затруднена, т.к. необходима нейтрализация продукта, к-рый в дальнейшем может адсорбировать пары воды в изделиях, снижая их прочность и морозостойкость.Металлич. оборудование подвержено коррозии под влиянием следов фтористоводородной к-ты. Схема переработки этого сырья в вяжущее в-во сходна с технологич. схемой получения вяжущих в-в из фосфогипса.

Поиск по сайту: