Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Сырье для производства гипсовых вяжущих

Сырьем для производства высокопрочного гипсового вяжущего может служить как природный гипсовый камень, так и гипсосодержащие отходы промышленности. Общими их недостатками является значительная загрязненность и отсутствие регулярной сплошности кристаллической структуры, что часто не позволяет получать на их основе высококачественное вяжущее, характеризующееся высокой стабильностью свойств. Острота сырьевой проблемы усугубляется еще и тем, что помимо указанных сложностей химического характера, в Республике Беларусь отсутствуют указанные виды сырья, что вынуждает искать альтернативное сырье [7].

В настоящее время основным видом сырья для производства высокопрочных гипсовых вяжущих во всем мире является природный гипс – . Реже используется гипсосодержащие отходы химической промышленности (фосфогипс, борогипс).

Природный гипс кристаллизуется в моноклинной сингонии, кристаллы могут быть пластичными, столбчатыми, игольчатыми и волокнистыми. Кристаллы обладают совершенной спайностью по плоскости симметрии, по которой они раскалываются на гладкие блестящие пластинки. Кристаллическая решетка имеет слоистое строение и характеризуется строго закономерным расположением атомов. Две анионные группы SO42-, тесно связанные с ионами Са2+, образуют слои, между которыми располагаются молекулы воды. Ионы кальция координированы шестью атомами кислорода из групп SO4 и двумя молекулами воды. Кристаллическая структура гипса представлена на рисунке1 [6].

Рисунок 1 – Кристаллическая структура гипса:

1 - S6+; 2 - O2–; 3 - Ca2+; 4 - Н2О

 

Природный гипс, или гипсовый камень, представляет собой светлый, иногда окрашенный примесями в серые или желтоватые цвета минерал. Теоретический состав гипса, мас. %: СаО – 32, 56, SO3 – 46, 51, Н2О – 20, 93; растворимость – 2, 05 г/л. Наибольшая растворимость наблюдается при 32-400С. Гипс – плохой проводник теплоты, его теплопроводность 0, 298 Вт/(м20С) [7].

В зависимости от структуры различают:

· зернистый плотный гипс с сахаристым изломом, иногда называемый алебастром;

· пластинчатый гипс в виде прозрачных кристаллов, называемый гипсовым шпатом;

· тонковолокнистый гипс с шелковистым блеском, состоящий из ориентированных интевидных кристаллов, называемый селенитом.

Мировые разведанные запасы гипса составляют свыше 7500 млн. т. Половина из них сосредоточена в России, в Украине запасы оцениваются на уровне 450 млн. т, Казахстане - 250 млн. т, США свыше 1000 млн. т, Канаде около 500 млн. т.

Мировые запасы гипса во много раз превышают разведанные. В Республике Беларусь в Петриковском районе на глубине 250-300 м разведано месторождение гипса «Бриневское» площадью залегания около 20 км2, разработка которого намечается в перспективе.

Мировая добыча природного гипсового камня составляет примерно 105-110 млн. т, около 5-6% ее - в России. В таблице 1.1 представлены физико-механические свойства гипса.

Таблица 1.1 – Физико-механические свойства гипса

 

Свойства Единица измерения Гипс
Истинная плотность г/см3 2, 32
Твердость по шкале Мооса - 1, 5-2, 0
Предел прочности при: сжатии растяжении   МПа »  
Коэффициент хрупкости - 8, 5
Температура плавления °С  

Еще одним видом для изготовления высокопрочного гипса являются отходы различных производств. К числу важнейших относятся фосфогипс (отход производства экстракционной фосфорной кислоты), борогипс (отход производства Н3В03) и др. Наиболее крупнотоннажным отходом является фосфогипс. Так, например, в отвалах Гомельского химического завода уже накопилось его свыше 17 млн. т. Наличие примесей в указанных техногенных продуктах, и прежде всего в фосфогипсе, затрудняет их переработку на гипсовые вяжущие.

Добыча природного гипса в зависимости от горно-геологических условий осуществляется как открытым, так и подземным способом. При открытом способе разработки обеспечиваются наименьшие потери полезного ископаемого, создаются благоприятные условия для селективной выработки гипса различного состава и снижаются затраты по сравнению с подземной добычей.

В ряде случаев гипсовый камень для доведения до требуемых кондиций обогащают путем ступенчатого отмучивания глинистых и илистых частиц проточной водой либо сепарацией в специальных установках в тяжелых жидкостях. Более перспективным способом обогащения гипсового сырья является селективное измельчение в роторных дробилках и мельницах ударного действия, основанное на использовании разницы в прочности самого гипса и минеральных включений (карбонатов, глин). При невозможности или нецелесообразности обогащения указанными способами иногда ограничиваются тщательным усреднением состава гипсового камня путем перемешивания его в процессе складирования.

Требования к качеству природного гипса регламентируются ГОСТ 4013-82 представленные в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Сорта гипсового камня

Сорт Содержание в гипсовом камне, %, не менее
  CaS04× 2Н20 кристаллизационной воды
    19, 88
    18, 83
    16, 74
    14, 64

Гипсовые вяжущие производятся только из гипсового камня. Для производства гипсовых вяжущих, предназначенных для фарфорово-фаянсовой промышленности, медицины, а также белого, глиноземистого и расширяющегося цемента используют гипсовый камень только первого сорта. Для производства эстрих-гипса допускается минимальное содержание карбонатов, в частности СаСО3. Фосфогипс по содержанию основного вещества можно отнести к гипсовому сырью первого сорта, т. к. в нем содержание CaS04× 2Н20 не менее 96% (таблица 1.3).

Таблица 1.3 – Химический состав фосфогипса из апатитового концентрата

Месторождение апатита Химический состав в пересчете на сухое вещество, %
СаО SO3 Р2О5 (общ) Р2О5 (вод) R2O3 Fe2O3 MgO F Н.О.
Кольский 39-40 56-57 1, 0-1, 2 0, 5-0, 6 0, 5-0, 6 - - 0, 3-0, 4 0, 7-0, 8
Ковдорский 39-41 55-56 1, 4-1, 5 0, 8-0, 9 0, 14- 0, 15 0, 1 0, 03- 0, 08 1, 07 3, 0

Как видно из данных таблицы 1.3, в фосфогипсе кроме основного вещества присутствуют различные примеси, которые попадают в него на стадии разложения апатитового концентрата смесью серной и фосфорной кислот по реакции:

Са5(РО4)3F + 5H2S04 + n Н3Р04 = (n+3) Н3Р04 + 5CaS04× mH2O + HF

Вещественный состав указанных примесей может быть представлен следующим образом: свободные кислоты (H2S04, НзР04, HF), кислые соли Са(Н2Р04)2, СаНР04, фосфаты алюминия и железа различной степени замещения, а также фторсоли. Большая часть примесей находится на поверхности кристаллов гипса и в промежутках между агломерированными кристаллами. Некоторое количество фосфатов входит в твердый раствор с гипсом при замещении НР042- на S042-, т. к. оба аниона имеют одинаковые параметры кристаллической решетки и относятся к одной пространственной группе. Следует отметить, что примесь гидрофосфата кальция поэтому является наиболее трудно обезвреживаемой как путем водной промывки, так и нейтрализации ее, например, известковым молоком.

С целью снижения содержания примесей примерно в 3 раза используют комбинированный способ производства экстракционной Н3Р04 - полугидратно-дигидратный или дигидратно-полу-гидратный. Такой подход позволяет кардинально упростить подготовку фосфогипса для последующей его переработки на гипсовые вяжущие.

В последнее время проявляется интерес к использованию синтетического гипса, который в отличие от техногенных продуктов является не отходом других производств, а специально получается из серной кислоты и карбонатного сырья-мела, известняка или доломита. Достоинство такого подхода заключается в возможности получения на стадии синтеза требуемой формы и размера кристаллов CaS04 × 2Н20, что является очень важным вкладом в прочность гипсовых вяжущих [6].


 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Х дневные экскурсионные туры | Введение. Минский тракторный завод основан 29 мая 1946 г




© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.