9955

2

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В. П. Сучков

ГИПСОВЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИЕЙ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям для обучающихся по дисциплине

«Ресурсосберегающие технологии строительных материалов» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,

профиль «Производство и применение строительных материалов,

изделий и конструкций»

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

3

УДК 666.914.4 (075.8)

Сучков В. П./ Гипсовые строительные материалы и изделия, полученные механохимической активацией природного и техногенного сырья : учеб.-метод.

пос. / В.П.Сучков; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т – Н. Новгород:

ННГАСУ, 2022.− 143 с. : ил. – Текст : электронный.

Впособии приводятся рекомендации по изучению курса

«Ресурсосберегающие технологии строительных материалов».

Пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций.

©В.П.Сучков, 2022 © ННГАСУ, 2022

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Введение …………………………………………………………………………………………………5

2.3.2Применение химических добавок в производстве гипсовых изделий

3.4.3Влияние окускованного фосфополугидрата на свойства

5

1 ВВЕДЕНИЕ

Проектом долгосрочной стратегии развития производства строительных материалов, изделий и конструкций на период до 2020 г. предусматривается создание новых энергоресурсосберегающих, экономически эффективных и экологически безопасных производств, более эффективного использования природного сырья, рост доли использования вторичных ресурсов. При этом предусмотрено увеличение объема произведенной инновационной продукции к её общему объему. В настоящее время рост производства гипсовых материалов и изделий превосходит экономический рост мировых рынков.

При этом более 90% вяжущего из природного сырья производится низких марок, а при производстве высокопрочного гипса автоклавированием щебня используется не более 40% добываемого сырья. Это связано с низким процентом выхода щебня требуемых фракций (более 30-50 мм) из горной породы при дроблении и классификации.

Востребованность в высокопрочном гипсовом вяжущем за последние 5

лет возросла более чем в 2 раза. Это объясняется более высокими требованиями к вяжущему производителей сухих смесей, расширением номенклатуры гипсовых изделий в строительстве, медицине, машиностроении.

Технология производства высокопрочного гипса в жидких средах экономически не эффективна в связи с высокими затратами на сушку вяжущего.

В регионах, где отсутствует природное сырьё, его доставка, как правило,

повышает себестоимость гипсовых материалов и изделий.

В этом случае конкурентоспособными могут быть изделия, полученные переработкой гипсосодержащих отходов.

При производстве ортофосфорной кислоты и сложных минеральных удобрений на 1т основного продукта приходится до 3т отходов (фосфогипса и

6

фосфополугидрата). В настоящее время фосфогипс (ФГ) и фосфополугидрат

(ФПГ) перерабатываются лишь частично, и их запасы в накопителях Северо-

Западного региона РФ превышают 200 млн т и ежегодно увеличиваются более чем на 20 млн т. Среди проблем переработки промышленных отходов вопрос переработки фосфогипса и фосфополугидрата относится к числу важнейших и трудно решаемых. Например, в накопителе ОАО «Аммофос» находится более

80 млн т фосфогипса. В связи с тем что количество выпадающих на Северо-

Западе РФ осадков превышает количество испаряющейся воды, изолировать накопители от окружающей среды практически невозможно, и накопитель ОАО «Аммофос» является источником загрязнения бассейна р. Волги, а

накопитель ОАО «Метахим» (г. Волхов) − бассейнов р. Волхов, Ладожского озера и р. Невы, последняя − источник водоснабжения Санкт-Петербурга.

Решению проблемы способствуют объективные обстоятельства.

1.Истощение запасов природного гипсового камня и их неравномерное распределение на территории РФ. В некоторых регионах запасы природного сырья отсутствуют, а транспортирование повышает его стоимость (в частности Северо-Запад РФ и др. регионы).

2.Экологические проблемы, связанные с отчуждением земли и загрязнением почвы, рек и водоемов. Перспективным направлением в решении этой проблемы является разработка и внедрение технологических процессов,

позволяющих понизить приведенные энергозатраты на переработку ФГ, ФПГ и

природного сырья.

7

2 ГИПСОСОДЕРЖАЩИЕ ОТХОДЫ. НАПРАВЛЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

По сравнению с другими широко применяющимися в строительстве вяжущими веществами, такими, как портландцемент и известь, гипсовые вяжущие имеют преимущества:

—сравнительно невысокие затраты энергии на производство;

—высокую скорость процессов гидратации, схватывания и твердения,

которые позволяют применять высокопроизводительные технологии производства строительных изделий.

Это обусловливает широкое применение гипсовых изделий в современном строительстве.

Гипсовые вяжущие и изделия получают из природного сырья и промышленных отходов, содержащих сульфаты кальция

Месторождения природного гипса распределены неравномерно на территории РФ. На Северо-Западе, Дальнем Востоке и в других районах разведанные запасы сырья отсутствуют. Добыча шахтным способом и транспортирование сырья на большие расстояния значительно повышают его стоимость.

Гипсовый камень некоторых месторождений (Новомосковское и другие)

загрязнен примесями и является сырьем 3–4-го сорта.

2.1Фосфогипс и фосфополугидрат

Гипсовые вяжущие и изделия можно получить путем переработки промышленных отходов, содержащих сульфаты кальция. Из них наиболее перспективными являются энергогипс (REA-гипс), а также фосфогипс (ФГ) и

фосфополугидрат (ФПГ). REA-гипс на территории РФ не образуется.

8

Фосфогипс образуется при производстве ортофосфорной кислоты и сложных концентрированных удобрений, путем разложения сырья серной кислотой с последующим отделением жидкой фазы на фильтрах.

В зависимости от режима разложения сырья и фазового состава отхода различают дигидратный, полугидратный, а также комбинированные процессы

(дигидрат-полугидратный и полугидрат-дигидратный). При этом образуются отходы, состоящие преимущественно из гипса, или вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция.

При дигидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 70–

80 °С, а образующийся водный раствор ортофосфорной кислоты имеет концентрацию 25–32 % (в пересчете на P2O5). Получаемый при этом попутный продукт состоит в основном из двуводного гипса (фосфогипс), а его влажность после фильтрации составляет 15–40 %.

Разложение сырья при полугидратном процессе ведут при температуре

95–100 °С. Ортофосфорная кислота имеет концентрацию в жидкой фазе

35–50 % (по P2O5). Полугидратный процесс имеет ряд существенных преимуществ перед дигидратным.

Производительность оборудования повышается на 25–60 %.

Скорость фильтрации жидкой фазы увеличивается в 1,8–2,0 раза, что связано с образованием более крупных кристаллов полуводного гипса.

Концентрация раствора ортофосфорной кислоты повышается и достигает

35–50 % (по P2O5).

Себестоимость продукции снижается на 10–15 %.

Образующийся при полугидратном процессе попутный продукт состоит преимущественно из полуводного гипса (фосфополугидрат). За счет лучшей фильтрации влажность попутного продукта снижается до 17–30 %. При этом фосфополугидрат отличается меньшим по сравнению с фосфогипсом содержанием примесей.

В СССР полугидратный процесс впервые осуществлен в 30-х гг 20-го века.

9

В 1965 г. ЛТИ им. Ленсовета, ЛенНИИгипрохим и Винницкий

химкомбинат предложили и осуществили полугидратный способ получения ортофосфорной кислоты, который в РФ преимущественно используется в настоящее время

Недостатком полугидратого процесса является ускорение процессов

коррозии оборудования.

За рубежом были также разработаны комбинированные процессы разложения фосфатного сырья. По дигидрат-полугидратному процессу,

предложенному фирмой Прайон, первоначально образуется полуводный гипс,

который затем превращают в полугидрат с целью получения изометрических кристаллов и улучшения фильтрации. Концентрация ортофосфорной кислоты в жидкой фазе попутного продукта по сравнению с полугидратным и дигидратным процессами понижается и не превышает 0,2 % По полугидрат — дигидратномупроцессу, разработанному японскими фирмами Ниссан, Ниппон и Мицубиси, метастабильный фосфополугидрат кристаллизуется при температуре 95–100 °С, а затем при добавлении кристаллической затравки

превращается в дигидрат при температуре

40–65 °С. В России предложен полугидрат — дигидратный способ получения ортофосфорной кислоты из апатитового концентрата по технологии,

разработанной в ЛТИ им. Ленсовета. Основной целью предлагаемых комбинированных процессов является максимальное извлечение ортофосфорной кислоты. Попутный продукт, получаемый при комбинированных процессах, отличается пониженным содержанием примесей по сравнению с аналогичным показателем дигидратного и полугидратного процессов, что упрощает его переработку. В частности, понижается содержание примесей в структуре сульфата кальция. К недостаткам комбинированных процессов следует отнести получение кислоты более низкой концентрации по сравнению с полугидратным процессом и введение дополнительных технологических операций.