Фосфогипсовый гранулят как замена гипсового камня при помоле цементного клинкера Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ФОСФОГИПСОВЫЙ ГРАНУЛЯТ КАК ЗАМЕНА ГИПСОВОГО КАМНЯ ПРИ ПОМОЛЕ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Писарев Сергей Владиславович

канд. техн. наук, доцент, Зав. кафедрой «Промышленного и гражданского строительства» ЭПИ ФФБГОУ ВПО ««Московский Государственными Машиностроительный Университет», РФ, Московская область,

г. Электросталь Фролов Кирилл Александрович канд. техн. наук, преподаватель кафедры «Промышленного и гражданского строительства» ЭПИ ФФБГОУ ВПО «Московский Государственный Машиностроительный Университет», РФ, Московская область,

г. Электросталь E-mail: kikiss.frolov2015@yandex. ru

FOSFOGIPSOVY GRANULATE AS REPLACEMENT OF THE GMPSOVY STONE AT THE GRINDING OF CEMENT CLINKER

Pisarev Sergey

cand. tech. sci., associate professor, Department chair of "Industrial and civil engineering" of EPIFFBGOU VPO "Moscow Gosudarstvennyyi Machine-building

University", Russia, Moscow region, Electrostal

Frolov Kirill

cand. tech. sci., teacher of chair "Industrial and civil engineering" of EPI FFBGOU VPO "the Moscow State Machine-building University", Russia, Moscow region,

Electrostal

АННОТАЦИЯ

Накопление большого количества отходов, образующихся ежегодно при производстве концентрированных фосфорных удобрений требует затрат на их удаление в отвалы и дальнейшее содержание. Одним из таких отходов является фосфогипс. Перспективным направлением утилизации фосфогипса могло бы стать его использование в производстве цемента в виде добавки регулирующей сроки схватывания.

ABSTRACT

Accumulation of a large number of the waste which is formed annually by production of the concentrated phosphoric fertilizers demands costs of their removal in dumps and the further contents. One of such waste is the phosphogypsum.. Its use in production of cement in the form of the additive regulating skhvatyvaniye terms could become the perspective direction of utilization of a phosphogypsum.

Created by DocuFreezer | www.DocuFreezer.com |

Ключевые слова: фосфогипс; цементный клинкер; гранулирование сырьевого материала; коэффициент размягчения.

Keywords: phosphogypsum; cement clinker; granulation of raw material; softening coefficient.

Среди современных промышленных предприятий немало таких, у которых конечный продукт занимает лишь небольшую долю перерабатываемого сырья. Это приводит к накоплению различного рода крупнотоннажных отходов, которые не только требуют отчуждения значительных земельных угодий (в том числе плодородных), но и наносят в ряде случаев существенный урон окружающей среде, приводя порой к необратимым экологическим изменениям.

Одним из таких обременительных отходов является фосфогипс, образующийся при производстве фосфорной кислоты и концентрированных фосфорных удобрений из апатитового концентрата. Фосфогипс в высушенном виде — мелкодисперсный влажный порошок, после подсушки становится сыпучим, обладает склонностью к образованию комьев. В условиях длительного хранения слеживается. Это создает большие трудности при отгрузке отвального фосфогипса и его дозировании в процессе переработки. Проблемы использования фосфогипса становятся все более актуальными по многим причинам:

• лишь незначительная его часть находит в настоящее время практическое применение, остальной фосфогипс складируется в отвалы, которые занимают обширные земельные площади.

• транспортирование фосфогипса и его хранение в них связаны с большими капитальными вложениями и эксплуатационными затратами(соответственно 10 и 30 процентов от стоимости получаемых фосфорных удобрений).

• фосфогипс должен складироваться в специально оборудованных хранилищах, максимально изолированных от водных объектов. Перед укладкой в хранилище он должен быть нейтрализован известковым молочком.

Всё это настоятельно требует решения проблемы утилизации фосфогипса.

Немалые возможности для этого имеются в производстве строительных материалов [1; 2], фосфогипс применяется в качестве минерализатора при обжиге клинкера портландцемента, в дорожном строительстве и т. д.

По мнению исследователей [1; 2; 5], наиболее перспективным и массовым направлением утилизации фосфогипса могло бы стать использование его в производстве цемента — в виде добавки в цементный клинкер при помоле в шаровых мельницах, что необходимо для регулирования сроков схватывания цемента. Обычно для этих целей используют природный гипсовый камень, что, в свою очередь, требует значительных материальных и финансовых затрат на его добычу и препарацию. Кроме того, это приводит к исчерпанию природных запасов гипсового камня, в то время как его вполне бы мог заменить фосфогипс, не уступающий, а значительно превосходящий природный гипс по основному компоненту — двуводному сульфату кальция. Проблема заключается в необходимости перевода фосфогипса в гранулированное и водостойкое состояние, что продиктовано техническими и технологическими требованиями (прежде всего вопросами складирования, транспортирования, дозирования с одновременным учётом сезонного фактора).

Анализ состояния вопроса использования фосфогипса в цементной промышленности [3; 4] свидетельствует о том, что в отличие от аналогов (таких как Гомельский химический завод, немецкая фирма «Зальцгиттер») гранулы, получаемые по предлагаемой технологии, характеризуются сравнительно высокими показателями водостойкости (коэффициент размягчения 0,6—0,8) и механической прочности (0,8—1,0 МПа непосредственно после изготовления и 6,5—8,0 МПа в возрасте 28 суток). Столь благоприятное сочетание свойств гранул на основе фосфогипса позволяет решить многие проблемы, связанные с

их складированием, длительным хранением, транспортированием и дозированием.

Процесс получения водостойких и механически прочных гранул по предлагаемой технологии характеризуется удельным расходом топлива 75000 ккал и электроэнергии 10 кВт*ч (на одну тонну гранулята). Аналогичные показатели для Гомельского химического завода и фирмы «Зальцгиттер» соответственно составляют 345000 и 125000 ккал (по топливу) и 25 и 14 кВт*ч (по электроэнергии).

Таблица 1.

Сравнительная характеристика фосфогипсового гранулята

№№ п/п Наименование показателей По технологии

ИОНХ АН Армении фирмы «Зальцгиттер» по предлагаемому варианту

1. Предел прочности при сжатии, МПа 0,2-0,4 1,2-1,5 4,5-6,0

2. Коэффициент размягчения 0,35 данных нет 0,6

3. Возможность складирования под открытым небом нет нет да

Производство гранулированного сырьевого материала для цементной промышленности на основе техногенного фосфогипса и добавки клинкерной пыли состоит из совокупности взаимосвязанных механических и химико-технологических стадий, между которыми существуют отношения соподчиненности в виде иерархической структуры.

По специфике протекающих физических и химических процессов и относительной их завершенности условно выделяют три основныех производственных стадии (подсистемы):

• приготовление активированной порошкообразной композиционной рабочей массы (смеси) исходного химического состава и заданной исходной влажности;

• массовое формирование из нее шарообразных изделий (гранул) с их одновременным виброуплотнением до определенной формовочной прочности;

• низкотемпературная термообработка этих гранул с целью получения прочного товарного продукта (сырьевого материала), кондиционного по химическому и фазовому составам.

На каждый из этих взаимосвязанных стадий исходные компоненты и композиционная смесь в целом претерпевают различные физические или химические превращения под влиянием механических, тепловых, массообменных и других воздействий, приводящих в конечном счете к получению гранулированного сырьевого материала с заданным составом и регламентируемыми физико-механическими свойствами.

Физико-химическими процессами этих стадий, степенью их завершенности определяются и находящиеся с ними в системной стохастической зависимости основные показатели гранул — товарного продукта (как изделия и как сырьевого материала): состав, механическая прочность на сжатие и химическая стабильность в водной среде (антикоррозионная стойкость к воде или водостойкость).

Поэтому физико-химические основы производства в целом, его аппаратурное оформление и сопряженные с ним конечные свойства гранулированного продукта определяются и управляются физико-химическими процессами и превращениями на отдельных технологических стадиях, каждая из которых ограничена своими внутренними связями и оказывает определенное системное воздействие на все производство как целостную систему.

Предлагаемая технология включает следующие основные стадии:

• дозирование, перемешивание и активирование фосфогипса-дигидрата и клинкерной пыли;

• получение уплотненных конгломератов смеси путем вибропрессования;

• гранулирование и термообработку;

• складирование готового гранулята и отгрузку его потребителю (цементному заводу).

Технология прошла опытно-промышленную апробацию на одном из предприятий Южного региона с выпуском и испытаниями партии гранулята массой 10 т. Имеются необходимые сертификаты (технические, экологические и пр.) на готовый продукт — фосфогипсовый гранулят. Технология применима на территориях, где по соседству (в пределах «транспортного плеча») расположены цементные заводы и химкомбинаты, производящие фосфорные удобрения (например, Московская область, Ставропольский край и др.). Разработчики предлагаемой технологии готовы принять участие в разработке исходных данных для проектирования промышленной линии по выпуску фосфогипсового гранулята модульной мощности.

Список литературы:

1. Писарев С.В., Волженский А.В., Приходько В.А., Химченко В.И. Водостойкий гранулят из фосфогипса для производства цемента. «Строительные материалы» , 1991, № 2.

2. Приходько В.А., Химченко В.И., Писарев С.В. Опыт и перспективы использования фосфогипса в строительстве и производстве строительных материалов. Тезисы доклада на международной выставке «Конверсия-91» в г. Болонья.

3. Технологический регламент производства гранулированного фосфогипса цеха сушки и гранулирования фосфогипса на Гомельском химическом заводе, 1987.

4. Технология по подготовке фосфогипса для изготовления высококачественных строительных материалов из гипса. Проспект фирмы «Зальцгиттер».

5. Фосфогипс и его использование/В.В. Иваницкий, П.В. Классен, А.А. Новиков и др. М.: Химия, 1990 — 224 с.