CC BY
82
Оригинальная статья / Original article УДК: 691.3; 661.25; 628.51
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2019-2-324-333
Промышленное использование фторгипса - отхода производства плавиковой кислоты
© М.П. Кузьмин9, Л.М. Ларионов9, М.Ю. Кузьмина9, В.Г. Григорьев13
аИркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия ьАО «СибВАМИ», г. Иркутск, Россия
Резюме: Целью исследования являлось определение возможности получения портландцемента марки ПЦ400 Д20, отвечающего требованиям ГОСТ 10178-85, у которого вместо гипсового камня при помоле используется фторгипс. В качестве объекта исследования были выбраны физико-механические свойства портландцементов, полученных путем смешивания измельченного портланд-цементного клинкера с активными минеральными (зола уноса) с сульфатными добавками (гипсовый камень или фторгипс). По качественным показателям ГОСТ 4913-82 фторгипс АО «Ангарский электролизный химический комбинат» (АО «АЭХК») значительно превосходит гипсовый камень, добываемый в Нукутском карьере (Иркутская область). Высокое качество образующегося фторгипса обусловлено использованием АО «АЭХК» в технологических линиях по производству плавиковой кислоты высококачественного флюоритового концентрата. Исследован состав шламовых полей АО «АЭХК», по аккредитованной классификации определено качество его содержимого - фторгипса (побочного продукта производства плавиковой кислоты). Исследования химического состава и физических свойств фторгипса доказали, что его можно идентифицировать как сырье первого сорта (ГОСТ 491382) для производства гипса высоких марок. Лабораторные исследования подтвердили целесообразность использования фторгипса в качестве заменителя природного гипсового камня при производстве цемента, а именно при помоле цементного клинкера. Разработана технология и определены параметры по производству высококачественного гипса из фторгипса. С помощью лабораторных испытаний доказана возможность применения фторгипса в цементном производстве в качестве регулятора схватывания при помоле цементного клинкера. Определена точная дозировка фторгипса при помоле цементного клинкера, обеспечивающая получение качественного цемента, соответствующего ГОСТ 10178-85. Проработано направление по использованию фторгипса в качестве сырья для производства высококачественного гипса, определены перспективы по производству широкого спектра строительных смесей на его основе, обеспечивающие возможность прочно закрепиться на рынке качественных сухих строительных смесей.
Ключевые слова: фторгипс, техногенный гипс, отходы производства плавиковой кислоты, переработка отходов, гипсовый камень, цемент, цементный клинкер, строительные смеси, цементная промышленность, активные минеральные добавки
Информация о статье: Дата поступления 04 марта 2019 г.; дата принятия к печати 02 апреля 2019 г.; дата онлайн-размещения 28 июня 2019 г.
Для цитирования: Кузьмин М.П., Ларионов Л.М., Кузьмина М.Ю., Григорьев В.Г. Промышленное использование фторгипса - отхода производства плавиковой кислоты. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2019. Т. 9. № 2. С. 324-333. DOI: 10.21285/2227-2917-20192-324-333
Industrial uses of fluorogypsum
Mikhail P. Kuzmin, Leonid M. Larionov, Marina Yu. Kuzmina, Vyacheslav G. Grigoriev
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia JSC "SibVAMI", Irkutsk, Russia
ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 324 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 324-333 324 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 324-333
Abstract: The purpose of the study was to determine the possibility of obtaining Portland cement PC400 D20, which meets the requirements of GOST 10178-85, and uses fluorogypsum - a waste product of the hydrofluoric acid industry - as a source of gypsum feedstock. The object of the research was to study the physical and mechanical properties of Portland cement obtained by mixing crushed Portland cement clinker with active mineral (fly ash) with sulphate additives (gypsum stone or fluorogypsum). In terms of quality indicators, GOST 4913-82 fluorogypsum of JSC "Angarsk Electrolysis Chemical Plant", (JSC "AECC"), significantly exceeds the gypsum stone produced in the Nukutsky quarry (Irkutsk oblast). The high quality of the fluorogypsum produced by JSC "AECC" is due to the use of high-quality fluorite concentrate on the technological lines of hydrofluoric acid production. The composition of sludge fields of JSC "AECC" was investigated and the quality of its contents, fluorogypsum (a by-product of hydrofluoric acid production), was determined according to an accredited classification. Studies of the chemical composition and physical properties of fluorogypsum showed it can be classified as a first-grade raw material (GOST 4913-82) for the production of high-grade gypsum. Laboratory studies have confirmed the viability of using fluorogypsum as a substitute for natural gypsum stone in the production of cement, precisely when grinding cement clinker. A technology has been developed and parameters have been defined for the production of high-quality gypsum from fluorogypsum. Laboratory tests proved the possibility of using fluorogypsum in cement production as a setting regulator for grinding cement clinker. The exact dosage of fluorogypsum for grinding cement clinker was determined, ensuring the production of high-quality cement fitting the GOST 10178-85. Studied approaches-for using fluorogypsum as a raw material for the production of high-quality gypsum are presented. Additionally, prospects for the production of a wide range of building mixtures based on fluorogypsum have been identified, which make it possible to gain a firm foothold in the market of high-quality dry building mixtures.
Keywords: fluorogypsum, technogenic gypsum, hydrofluoric acid production waste, waste processing, gypsum stone, cement, cement clinker, building mixtures, cement industry, active mineral additives
Information about the article: Received March 04, 2019; accepted for publication April 02, 2019; available online June 28, 2019.
For citation: Kuzmin M.P., Larionov L.M., Kuzmina M.Yu., Grigoriev V.G. Industrial uses of fluorogypsum. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2019, vol. 9, no. 2, pp. 324-333. (In Russ.) DOI: 10.21285/2227-2917-2019-2-324-333
Введение
Гипсовые вяжущие находят все более широкое применение в строительной отрасли благодаря относительно невысокой энергоемкости производства и таким важным свойствам как короткие сроки затвердевания (позволяющие снизить продолжителность технологических операций), хорошая формуемость и удо-боукладываемость, устойчивость объема, а также отсутствие необходимости уплотнения. По химическому составу гипс нетоксичен, при его переработке в окружающую среду не выделяется СО2.
Гипсовое сырье добывают в основном открытым способом. Большинство гипсодобы-вающих предприятий представляет собой крупные высокомеханизированные производства с объемом добычи до 2 млн т камня в год. Почти на всех предприятиях камень отгружается потребителю после первичного дробления и рассева на фракции 0-300, 0-60 и 60300 мм. К сожалению, гипсовое сырье на карьерах и рудниках практически не обогащается.
Важным частью сырьевой базы гипсовой промышленности страны могут являться гипсосодержащие отходы химической, пищевой и других отраслей, к которым относятся
фосфогипс, борогипс, фторгипс, отходы производства лимонной кислоты и др.
Одним из видов продукции АО «Ангарский электролизный химический комбинат» (АО «АЭХК») долгое время являлась плавиковая кислота. Данное производство было организовано в пятидесятых годах прошлого века и успешно действовало вплоть до 2015 г. Закрытие линии было инициировано руководством Госкорпорации «Росатом» из логистических соображений.
Процесс производства плавиковой кислоты осуществлялся путем разложения флюоритового концентрата CaF2 серной кислотой во вращающемся барабане с обогреваемой рубашкой при температуре 450-500 °С (CaF2 + Н^04 ^ CaSO4 + 2HF). Фторгипс или техногенный гипс (CaSO4) в данном случае являлся отходом производства. После нейтрализации известковым молочком он складировался на шламовые поля территории АО «АЭХК», где находится до сих пор в виде дву-водного сульфата кальция CaSO4•2H2O. Ди-фрактограмма образца фторгипса со шламового поля АО «АЭХК» демонстрирует пики, главным образом соответствующие сульфату кальция (рис. 1). Пики, принадлежащие флюориту, представлены в небольшом количестве
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
(20 = 27,3°; 55,2; 61,3; 68,8°) и характеризуются этого материала, который долгое время не
низкой интенсивностью. За время работы ли- был востребован (рис. 2).
нии было накоплено порядка 1 млн кубометров
20, град.
Рис. 1. Дифрактограмма образца фторгипса со шламовых полей АО «АЭХК»: Г - гипс - CaSO42H2O; Ф - флюорит - CaF2 Fig. 1. The diffractogram of the fluorogypsum sample taken from the sludge dumps of JSC "AECC":
G - gypsum CaS04.2H20; F- fluorite CaF2
Рис. 2. Шламовые поля АО «АЭХК» Fig. 2. Sludge Dumps of JSC "AECC"
ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 326 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 324-333 326 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 324-333
Это связано с ошибочными представлениями о том, что образующийся вследствие направления деятельности предприятия фтор-гипс может нести в себе радиоактивный след. Поэтому в работе в первую очередь была проведена оценка радиоактивности шламовых полей. В ходе исследований были отобраны пробы с разных точек массива. Результаты контроля радиационной безопасности, проведенного в сертифицированной лаборатории по существующим стандартам, показали, что фторгипс относится к радиационно безопасным материалам первого класса (Аэфф = 88 < 370 Бк/кг) и согласно ГОСТ 30108-941 является пригодным для всех видов строительства (свидетельство 31/10 от 14.10.2010 г.). Фтор-гипс уже рассматривался как сырье для получения минерального вяжущего. Анализировались вопросы его применения совместно с цементом в составе сухих отделочных смесей [1-6]. Также фторгипс в случае его обработки серной кислотой [7] может стать сырьем для получения минеральных удобрений. Необходимо также отметить, что наряду с фторгипсом существуют аналогичные по химическому составу и свойствам продукты [8-16]:
- фосфогипс - побочный продукт от производства ортофосфорной кислоты;
- борогипс - побочный продукт от производства ортоборной кислоты.
Среди наиболее рациональных направлений применения фторгипса выделяются следующие:
1) использование в качестве регулятора сроков схватывания при помоле цементного клинкера [2-5];
2) использование в роли сырья для производства высококачественного гипса [11, 16].
Методы
По качественным показателям ГОСТ 4013-822 фторгипс АО «АЭХК» значительным образом превосходит гипсовый камень, добываемый в Нукутском карьере (Иркутская область). Гипсовый камень используется повсеместно и в настоящее время не имеет альтернатив (единственный карьер в Восточной Сибири). Высокое качество образующегося фтор-гипса обусловлено использованием АО «АЭХК» в технологических линиях по производству плавиковой кислоты высококачественного флюоритового концентрата.
Фторгипс шламового поля АО «АЭХК» представляет собой пасту светло-серого цвета с размером частиц менее 0,08 мм, истинной плотности 2,35 г/см3. Усредненная проба из отстоянного шлама имеет весовую влажность в пределах 15-20 %. Высушенная проба представляет собой порошок, обладающий удельной поверхностью 480 м2/кг. Химический состав исследуемых проб определялся методом атомно-абсорбционного, пламенно-спектро-фотометрического анализа с использованием методик НСАМ № 61 (редакция от 2016 г.) и НСАМ № 172-С (редакция от 2010 г. с изменениями от 27.10.2015 г.), утвержденных Федеральным методическим центром лабораторных исследований и сертификации минерального сырья «ВИМС» МПР России и дополненных ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского». Для проведения исследований использовался пламенный фотометр на основе спектрометра ДФС-12, а также атомно-абсорбционный спектрофотометр "РегктЕ1тег 403". Химический состав фторгипса представлен в табл. 1.
Химический состав фторгипса Chemical analysis of fluorogypsum
Таблица 1
Table 1
Содержание, % SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O SO3 п.п.п.
Максимальное 2,07 0,64 0,429 31,88 0,768 0,073 44,25 21,29
Минимальное 1,93 0,58 0,422 31,56 0,731 0,071 44,13 22,25
Среднее из трех проб 1,97 0,61 0,426 36,63 0,745 0,072 44,19 21,76
Примечание: химический состав фторгипса приведен по результатам анализа, выполненного в аналитическом отделе Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН.
На основании представленных данных видно, что данный продукт как сырье для про-
1
ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов. Введ. 1995-01-01. М.: Стандартинформ, 2007. 16 с. / GOST 3010894. Building materials and products. Determination of the specific effective activity of natural radionuclides. Introduction. 1995-01-01. Мoscow: Standartinform Publ., 2007. 16 p.
2ГОСТ 4013-82 Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия. Введ. 1983-07-01. М.: Стандартинформ, 2008. 7 с. / GOST 4013-82 Gypsum and gypsum-anhydrite rock for the manufacture of binders. Specifications. Introd. 1983-07-01. Мoscow: Standartinform Publ., 2008. 7 p.
Том 9 № 2 2019
с. 324-333 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Vol. 9 No. 2 2019 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate _pp. 324-333_
ISSN 2227-2917
(print) 327
ISSN 2600-164X 327 (online)
изводства гипсовых вяжущих может быть отнесен к первому сорту в соответствии с ГОСТ 4013-82. В ходе определения количественного состав микропримесей было установлено отсутствие вредных и опасных примесей.
Результаты и обсуждения
Использование фторгипса в качестве регулятора сроков схватывания при помоле цементного клинкера
Данное направление реализуется в крупномасштабном производстве цемента по традиционной технологии обжига цементного клинкера в трубчатых вращающихся печах на стадии помола клинкера в шаровых мельницах. Двуводный гипс в данном случае является регулятором времени схватывания и вводится при помоле клинкера в количестве 3-5 % (масс.) от последнего (в соответствии с принятой технологией). На сырье используемым Ангарским цементным заводом проведены лабораторные исследования по замене гипсового камня Нукутского карьера на фторгипс шламового поля АО «АЭХК». Потребности цементного завода в этом виде сырья составляют порядка 3 000 т/мес.
Целью исследования являлось определение возможности получения портландцемента марки ПЦ400 Д20, отвечающего требованиям ГОСТ 10178-85 (ЕШ97-1), у которого вместо гипсового камня при помоле используется фторгипс. В качестве объекта исследования были выбраны физико-механические свойства портландцементов, полученных путем смешивания измельченных: портландцемент-ного клинкера с активными минеральными добавками (зола уноса) и сульфатными добавками (гипсовый камень или фторгипс).
Характеристика исследуемых материалов:
а) портландцементный клинкер (ПЦК) нормированного минерального состава, выпускаемого цементным заводом ОАО «Ангарск-цемент» в виде гранул темно-серого цвета и размером от 3 до 40 мм;
б) зола уноса (ЗУ) Иркутской ТЭЦ-1 -светло-серый порошок, плотностью 2,3-2,4 г/см3 и насыпной плотности 780-820 кг/м3 с активностью по поглощению СаО - 40-50 мг;
в) гипсовый камень (ГК) - щебень белого цвета с наибольшей крупностью 20 мм,
отвечающий требованию ГОСТ 4013-82 как сульфатсодержащая добавка при производстве портландцементов;
г) фторгипс (ФГШ) - техногенный отход шламового поля, представляющий собой влажную (12-15 % влажности по массе) суспензию с размером зерна менее 0,08 мм и истинной плотностью 2,35 г/см3;
д) стандартный кварцевый одно-фракционный песок, используемый для приготовления растворов согласно ГОСТ 310.4-813.
Все материалы, кроме клинкера, подвергались сушке до постоянной массы. Сушка золы-уноса, песка и золы терриконовой осуществлялась при температуре 105±5 °С. Гипсовый камень и фторгипс во избежание их дегидратации сушили при температуре 68±2 °С.
После сушки все материалы, кроме фторгипса, измельчались в шаровой мельнице. Измельченные до требуемого размера материалы (остаток на сите № 008 менее 15 % (масс.)) еще раз подсушивались в течение часа, а затем помещались в герметично закрытые сосуды. Сосуды с порошкообразными материалами хранили в камере, где на противне находился хлористый кальций для создания в ней низкой относительной влажности воздуха. Хранение всех материалов осуществлялось до момента их использования в композициях. Подготовленные таким образом материалы использовали для определения качественных показателей двух композиций цемента. В первой в качестве регулятора схватывания применяли гипсовый камень (ГК), во второй -фторгипс шламового поля (ФГШ) АО «АЭХК».
Количественное содержание составляющих таких цементов соответствует составу, применяемому на цементном заводе ОАО «Ангарскцемент», а именно:
- портландцементный клинкер нормальный (ПЦК);
- активная минеральная добавка зола уноса - 18 % от массы клинкера;
- гипсовая добавка (ГК или ФГШ) - 5,2 % от массы клинкера.
Составляющие каждого цемента в количестве необходимом для проведения экспериментов по ГОСТ 310.2-764 и ГОСТ 25328-825 перемешивались в лабораторной мельнице в течение двух часов при замене металлических
3ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии. Введ. 198307-01. М.: Изд-во стандартов, 2003. 17 с. / GOST 310.4-81 Cements. Methods of bending and compression strength determination. Introd. 1983-07-01. Moscow: Publishing house of standards, 2003. 17 p. 4ГОСТ 310.2-76 Цементы. Методы определения тонкости помола Введ. 1978-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2003. 6 с. / GOST 310.2-76 Cements. Methods of grinding fineness determination. Introd. 1978-0101. Moscow: Publishing house of standards, 2003. 6 p.
5ГОСТ 25328-82 Цемент для строительных растворов. Технические условия. Введ. 1983-01-01. М.: Издательство стандартов, 2004. 6 с. / GOST 25328-82 Masonry cement. Technical specifications. Introd. 1983-01-01. Moscow: Publishing house of standards, 2004. 6 p.
Том 9 № 2 2019
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 324-333 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _pp. 324-333_
ISSN 2227-2917 32o (print)
328 ISSN 2500-154X (online)
шаров резиновыми и пластмассовыми «мелю- составов - ПЦК = 1,0 + ЗУ = 0,18 + ГК = 0,052 и
щими элементами». В табл. 2 представлены ПЦК = 1 + ЗУ = 0,18 + ФГШ = 0,052.
полученные значения свойств цементов двух
Таблица 2
Качественные показатели цемента с добавкой гипсового камня и фторгипса
Table 2
Property values of cement produced with addition of either the gypsum stone or the fluorogypsum
Показатели свойств
Наименование свойств цемента из ПЦК+ЗУ+ГК цемента из ПЦК+ЗУ+ФГШ по ГОСТ 10178-856
Истинная плотность, г/см3 3,05 3,02 2,9-3,1
Тонкость помола: остаток на сите 13,5 14,2 < 15,0
№ 008, % (масс.)
Тонкость помола: уд. поверхность, м2/кг 371 356 > 250
Нормальная густота, % (масс.) цемента 26 27 25-30
Начало схватывания 3 ч 05 мин 3 ч 10 мин > 45 мин
Конец схватывания 7 ч 25 мин 7 ч 50 мин < 10 ч
Прочность пропаренных образцов, МПа в возрасте 1 сут.: а) при изгибе; б) при сжатии 3,72 20,20 3,97 23,13 1 гр. > 27,0 2 гр.: 24-27 3 гр. < 24
Прочность образцов, МПа в возрасте
7 сут. водного твердения: а) при изгибе; б) при сжатии 3,83 23,19 4,02 24,18 не нормируется
Прочность образцов, МПа в возрасте
28 сут. водного твердения: а) при изгибе; 6,15 6,31 > 5,9
б) при сжатии 41,20 42,2 > 39,2
Насыпная плотность, кг/м3 1100 1080
Коэффициент водоотделения, % объема 32 30 по ГОСТ 25328-82 < 30
Как показывают результаты исследования цементы как по физическим, так и по механическим свойствам удовлетворяют техническим требованиям ГОСТ 10178-85. На основании значений показателей свойств образцы могут быть отнесены к цементам марки ПЦ 400 Д 20.
3амена в таких цементах гипсовой добавки из природного ГК на таковую из фтор-гипса практически не влияет на качество цемента. Однако следует отметить, что введение фторгипса в портландцемент приводит к некоторому повышению водопотребности получаемого цемента. Это отражается как на нормальной густоте, так и на снижении водоотделения (положительный эффект от повышенной дисперсности фторгипса).
Возможная хорошая активность фтор-гипса несколько увеличивает сроки схватывания цементного теста и даже переводит портландцемент из группы 3 по отношению к про-париванию в группу 2, т.е. цемент становится
более эффективным в бетонах, подвергаемых электропрогреву в зимних условиях.
Замена гипса, добываемого в Нукут-ском карьере, на фторгипс осложняется содержанием повышенной гигроскопической влаги в последнем до 15-25 %, удаление которой обычным способом приводит к удорожанию.
Классический расчет показывает, что энергетические затраты на удаления влаги составляют 156,4 кВт ч на тонну фторгипса, при обычном 50 % КПД использования тепловых агрегатов эти затраты удвоятся.
В связи с этим был разработан оригинальный и экономичный способ удаления влаги, опробованный в лабораторных условиях. Способ основан на сочетании химического поглощения гигроскопической влаги полугидратом, с превращением последнего в двугидрат нормируемой влажности. Данная технология позволяет снизить затраты на доведение фторгипса до нормируемой влажности на 25 %.
6ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия. Введ. 1987-01-01. М.: Стандартинформ, 2008. 14 с. / GOST 10178-85 Portland cement and slag portland cement. Technical specifications. Introd. 1987-01-01. Moscow: Standartinform Publ., 2008. 14 p.
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
Еще одно требование, которое должно выполняться для использования фторгипса в цементной промышленности, заключается в том, что материал при транспортировке и загрузке не должен создавать зон запыления. Из этого следует, что процесс удаления влаги необходимо совмещать с пропусканием фторгип-са через гранулятор или валковый пресс. Образованные таким образом гранулы или брикеты при погрузке и транспортировке будут иметь необходимую для сохранения формы прочность.
Использование фторгипса в роли сырья для производства высококачественного гипса
Данное направление ориентировано на производство высококачественного гипса, а сырье шламовых полей АО «АЭХК» позволяет вести речь о сортах Г-10 и выше по ГОСТ 125— 79, причем по степени белизны материал можно отнести к первому разряду, что является особенно ценным для производителей сухих строительных смесей.
В настоящее время в Иркутской области высококачественный гипс не производится. В России разработанные месторождения качественного сырья для производства гипса находятся в основном в европейской части, их запасы ограничены и не удовлетворяют потребности всей территории страны. Поскольку потребность в гипсовом сырье высока, ее удовлетворение происходит за счет внешних поставок. Ангарский гипсовый завод производит гипс не выше марки Г-5, это ограничение связано с возможностями сырьевой базы, его технологические линии рассчитаны на переработку сырья Нукутского карьера.
Суть процесса по переработке фтор-гипса шламовых полей АО «АЭХК» сводится к удалению гигроскопической влаги, а затем к переводу двуводного гипса в полугидрат - товарный продукт.
При температуре 100-140 °С двувод-ный гипс достаточно быстро дегидратируется до полугидрата по реакции:
CaSO4 2Н2О ^ CaSO 4 0,5^0 + 1,5^O
Несмотря на всю простоту данной операции, производство высококачественного гипса требует особых условий по ее реализации. При этом полуводный гипс может существовать в виде а- и ß-модификаций, отличающихся по структуре. Наибольшую ценность представляет а-полугидрат, который образуется при температуре, несколько превышающей температуру кипения воды, но при повышенном давлении водяного пара. Данную операцию необходимо осуществлять в автоклаве, в котором поддерживается определенное давление, и удаление из гипса внутренней воды не вызывает разрыхления и разрушения зерен.
ISSN 2227-2917 330 (print) 330 ISSN 2500-154X _(online)
Получаются плотные кристаллы полугидрата с гладкой поверхностью. В данном случае необходимым условием является соблюдение таких технологических параметров как давление пара, температура и время обработки.
Вторую модификацию - р-полугидрат -получают при атмосферном давлении, вода при дегидратации выходит в виде пара, что приводит к сильному механическому диспергированию зерен, образованию шероховатого «изъеденного» рельефа поверхности с большим количеством трещин и капилляров. Чем выше температура и ниже давление водяного пара, тем мельче получаемые кристаллы.
Структурные отличия определяют особенности свойств а- и р-модификаций полуводного гипса. р-полугидрат отличается повышенной растворимостью, более высокой скоростью гидратации, однако для получения подвижного гипсового теста он требует большего количества воды (50-70 % от массы гипса по сравнению с 30-45 % для а-полугидрата) и, соответственно, имеет меньшую прочность.
Производство качественного гипса открывает перспективы для производства широкого спектра строительных смесей на его основе. В настоящее время строительный рынок на 80 % заполнен материалами зарубежного производства, которые представлены широким ассортиментом для выполнения всех видов работ разной сложности и направленности.
При тщательном изучении технология производства импортных строительных смесей, зарекомендовавших себя на российском рынке, достаточно проста и состоит из:
- строгого подбора гранулометрического состава инертных заполнителей;
- качественного связующего;
- оптимального ввода специальных добавок.
Специальные добавки, в свою очередь, подразделяются на пластифицирующие, гид-рофобизирующие, воздухововлекающие, а также добавки на органической и неорганической основе.
Таким образом, при наличии высококачественного гипса собственного производства, появляется возможность создания строительных смесей с повышенными потребительскими свойствами, дающими возможность надежно закрепиться на рынке строительных материалов.
Выводы
1. Проведенные исследования химического состава и физических свойств фторгипса - шламовых полей АО «АЭХК» доказали, что его можно идентифицировать как сырье, соответствующее показателям первого сорта по ГОСТ 4013-82, для производства гипса высоких марок.
Том 9 № 2 2019
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 324-333 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _pp. 324-333
2. С помощью лабораторных испытаний доказана возможность применения фторгипса в цементном производстве, в качестве регулятора схватывания при помоле цементного клинкера. Определена точная дозировка фтор-гипса при помоле цементного клинкера, которая обеспечивает получение качественного цемента соответствующего ГОСТ 10178-85.
3. Проработано направление по использованию фторгипса в качестве сырья для производства высококачественного гипса, определены перспективы по производству широкого спектра строительных смесей на его основе, обеспечивающие возможность прочно закрепиться на рынке качественных сухих строительных смесей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Левченко Е.А., Воробчук В.А., Пешков А.В. Использование фторгипса для получения минерального вяжущего // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 6 (89). С. 123-125.
2. Bigdeli Y., Barbato M., Gutierrez-Wing M.T., Lofton C.D. Use of slurry fluorogypsum (FG) with controlled pH-adjustment in FG-based blends // Construction and Building Materials. 2018. V. 163. P. 160-168.
3. Bigdeli Y., Barbato M., Gutierrez-Wing M.T., Lofton C.D., Rusch K.A., Jung J., Jang J. Development of new pH-adjusted fluorogypsum-cement-fly ash blends: Preliminary investigation of strength and durability properties // Construction and Building Materials. 2018. V. 182. P. 646-656.
4. Xuquan H., Mingming J., Xiaorong Z., Cilai T. Mechanical properties and hydration mechanisms of high-strength fluorogypsum-blast furnace slag-based hydraulic cementitious binder // Construction and Building Materials. 2016. V. 127. P. 137-143. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.09.152
5. Mridul Garg, Aakanksha Pundir Investigation of properties of fluorogypsum-slag composite binders - Hydration, strength and microstructure // Cement and Concrete Composites. 2014. V. 45. P. 227233.
6. Peiyu Yan, Wenyan Yang, Xiao Qin, Yi You Microstructure and properties of the binder of fly ash-fluorogypsum-Portland cement // Cement and Concrete Research. 1999. V. 29 (3). P. 349-354.
7. Пат. № 2380177, РФ, МПК B09B3/00, C05B3/00, C01C1/24. Способ переработки фторгипса / А.Л. Гольдинов, С.А. Дриневский, П.В. Киселевич, С.С. Лапин, Е.С. Северюхина; заявитель и патентообладатель: ЗАО «ЗМУ КЧХК». Заявл. 09.22.2008, опубл. 27.01.2010.
8. Белов В.В., Бурьянов А.Ф., Петропавловская
B.Б. Современные эффективные гипсовые вяжущие, материалы и изделия / под общ. ред. А.Ф. Бурьянова. Тверь: Тверской государственный технический университет, 2007. 132 с.
9. Таймасов Б.Т. Технология производства портландцемента. Шымкент: Изд-во ЮжноКазахстанского государственного университета, 2003. 297 с.
10. Горланов Е.С., Бажин В.Ю., Федоров С.Н. Низкотемпературное фазообразование в системе Ti-B-C-O // Цветные металлы. 2017. 8.
C. 76-82.
11. Mehta P.K., Monteiro J.M. Concrete, Structure, Properties and Materials (4th Edition), McGraw-Hill Education. New York City, 2013. 684 p.
12. Colombani J., Bert J. Holographic interferome-try study of the dissolution and diffusion of gypsum in water // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2007. V. 71, Iss. 8. P. 1913-1920.
13. Gorlanov E.S., Bazhin V.Yu., Fedorov S.N. Carbide formation at a carbon-graphite lining cathode surface wettable with aluminum // Refractories and Industrial Ceramics. 2016. Т. 57 (3). P. 292296.
14. Kondratiev V.V., Rzhechitskiy E.P., Bogdanov Y.V., Sysoev I.A., Karlina A.I. Technology of the thermal extraction of fluorosols from spent refractory lining // International journal of applied engineering research. 2017. 23 (12). P. 13812-13819.
15. Kondratiev V.V., Rzhechitskiy E.P., Karlina A.I., Sysoev I.A., Shakhrai S.G. Recycling of electro-lyzer spent carbon-graphite lining with aluminum fluoride regeneration // Metallurgist. 2016. P. 1-5.
16. M. Singh, M. Garg Activation of fluorogypsum for building materials // Journal of Scientific and Industrial Research. 2009. 68 (2). P. 130-134.
REFERENCES
1. Levchenko E.A., Vorobchuk V.A., Peshkov A.V. Using fluorine gypsum for mineral binder production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2014, no. 6 (89), pp. 123-125. (In Russian)
2. Yasser Bigdeli, Michele Barbato, Maria Teresa Gutierrez-Wing, Charles D. Lofton Use of slurry fluorogypsum (FG) with controlled pH-adjustment
in FG-based blends. Construction and Building Materials. 2018, vol. 163, pp. 160-168. 3. Yasser Bigdeli, Michele Barbato, Maria Teresa Gutierrez-Wing, Charles D. Lofton, Kelly A. Rusch, Jongwon Jung, Jungyeon Jang Development of new pH-adjusted fluorogypsum-cement-fly ash blends: Preliminary investigation of strength and durability properties. Construction and Building Materials. 2018, vol. 182, pp. 646-656.
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
4. Huang Xuquan, Jiang Mingming, Zhao Xiaorong, Tang Cilai Mechanical properties and hydration mechanisms of high-strength fluorogypsum-blast furnace slag-based hydraulic cementitious binder. Construction and Building Materials. 2016, vol., 127, pp. 137-143.
5. Mridul Garg, Aakanksha Pundir Investigation of properties of fluorogypsum-slag composite binders - Hydration, strength and microstructure. Cement and Concrete Composites. 2014, vol. 45, pp. 227-233.
6. Peiyu Yan, Wenyan Yang, Xiao Qin, Yi You Microstructure and properties of the binder of fly ash-fluorogypsum-Portland cement. Cement and Concrete Research. 1999, vol. 29, no. 3, pp. 349-354.
7. Patent 2380177 Russian Federation MPC B09B3/00, C05B3/00, C01C1/24. Sposob per-erabotki ftorgipsa [Method of processing fluorogips] / A.L. Goldinov, Drinevsky S.A., Kiselevich P.V., Lapin S.S., Severyukhina E.S.; publ. 27.01.2010. (In Russian)
8. Belov V.V., Buryanov A.F., Petropavlovskaya V.B. Sovremennye jeffektivnye gipsovye vjazhush-hie, materialy i izdelija [Modern effective gypsum binders, materials and products]. Tver: Tver State Technical University Publ., 2007. 132 p. (In Russian)
9. Taymasov B.T. Tehnologija proizvodstva port-landcementa [Portland cement production technology] Shymkent: South Kazakhstan State University Publ., 2003, 297 p. (In Russian)
10. Gorlanov E.S., Bazhin V.Yu., Fedorov S.N. Low-temperature phase formation in the Ti-B-C-O system. Tsvetnye metally. 2017, 8, pp. 76-82. (In Russian)
11. Mehta P.K., Monteiro J.M. Concrete, Structure, Properties and Materials (4th Edition), McGraw-Hill Education, New York City, NY, USA, 2013. 684 p.
12. Colombani J., Bert J. Holographic interferome-try study of the dissolution and diffusion of gypsum. Water Geochimica et Cosmochimica Acta. 2007, vol. 71, no. 8, pp. 1913-1920.
13. Gorlanov E.S., Bazhin V.Yu., Fedorov S.N. Carbide formation at a carbon-graphite lining cathode surface wettable with aluminum. Refractories and Industrial Ceramics. 2016, vol. 57, no. 3, pp. 292-296.
14. Kondratiev V.V., Rzhechitskiy E.P., Bogdanov Y.V., Sysoev I.A., Karlina A.I. Technology of the thermal extraction of fluorosols from spent refractory lining. International journal of applied engineering research. 2017, vol. 23, no. 12, pp. 13812-13819.
15. Kondratiev V.V., Rzhechitskiy E.P., Karlina A.I., Sysoev I.A., Shakhrai S.G. Recycling of electro-lyzer spent carbon-graphite lining with aluminum fluoride regeneration. Metallurgist. 2016. P. 1-5.
16. Singh M., Garg M. Activation of fluorogypsum for building materials. Journal of Scientific and Industrial Research. 2009, vol. 68, no. 2, pp. 130-134.
Критерии авторства
Кузьмин М.П., Ларионов Л.М., Кузьмина М.Ю., Григорьев В.Г. имеют равные авторские права. Кузьмин М.П. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Сведения об авторах
Кузьмин Михаил Петрович,
кандидат технических наук,
доцент кафедры металлургии цветных
металлов,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,
Россия,
Ие-таИ: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8714-5004
Contribution
Mikhail P. Kuzmin, Leonid M. Larionov, Marina Yu. Kuzmina, Vyacheslav G. Grigoriev have equal rights. Mikhail P. Kuzmin bears responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
Information about the authors
Mikhail P. Kuzmin,
Cand. Sci. (Eng.),
Associate Professor of the Department of
Metallurgy of Non-Ferrous Metals,
National Research Irkutsk Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia,
He-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8714-5004
ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 332 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 324-333 332 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 324-333
Ларионов Леонид Михайлович,
научный сотрудник инновационно-
технологического центра,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,
Россия,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3878-9820
Кузьмина Марина Юрьевна,
кандидат химических наук,
доцент кафедры металлургии цветных
металлов,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,
Россия,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7215-5501
Григорьев Вячеслав Георгиевич,
кандидат технических наук, генеральный директор АО «СибВАМИ», 664007, г. Иркутск ул. Советская, 55, Россия, e-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4170-4592
Leonid M. Larionov,
Researcher of Innovation and Technology Center,
National Research Irkutsk Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia, e-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3878-9820
Marina Yu. Kuzmina,
Cand. Sci. (Chemistry),
Associate Professor of the Department of
Metallurgy of Non-Ferrous Metals,
National Research Irkutsk Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7215-5501
Vyacheslav G. Grigoriev,
Cand. Sci. (Eng.),
General Director of JSC "SibVAMI», 55 Sovetskaya St., Irkutsk, 664007, Russia, e-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4170-4592
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
