Вторичное использование гипсовых отходов

При исследовании химического состава шлама установлены возможные колебания в содержании основных соединений (%): Si02 - 0-4,9; Fe (ОН) 3- 5,8-7,1; CaS04 2H20 - 3-9,5; СаС03- 62,8-68,2; CaSi03 - 3,9-6,6;_органические вещества - 5,2-8,9. Основным компонентом шламов является карбонат кальция. Колебания состава шламов водоочистки в узком диапазоне позволяют сделать вывод о достаточной стабильности соотношений слагающих его компонентов.

Шламы водоочистки могут заменять известь в строительных растворах. В раствор дополнительно вводят пластифицирующие ПАВ. Полезно введение также добавки сульфата натрия, реагирующего с гидроксидом железа, содержащимися в шламе.

Эти данные показывают, что строительные растворы с использованием шламов водоочистки имеют значения основных показателей, характерные для известково-цементных растворов.

безотходный гипс производство самозапаривание

Глава 3. Технология производства высокопрочного безотходного гипса в аппаратах самозапаривания

Существовавшая до последнего времени технология производства полуводного гипса в напольных, камерных, шахтных и вращающихся печах, а также в варочных котлах не имела благоприятных перспектив для значительного повышения прочности полуводного гипса; поэтому исследовательская мысль была направлена на изыскание нового технологического процесса, обеспечивающего получение гипса высоких марок. В результате проведенных научно-исследовательских экспериментов появились два принципиально новых предложения: 1) обрабатывать гипс насыщенным водяным паром при избыточном давлении и 2) получать полуводный гипс путем варки в жидких средах. Получение высокопрочного гипса путем пропаривания гипсовой щебенки при избыточном давлении заинтересовало технологов больше, нежели варка его в жидких средах; поэтому последовал целый ряд различных вариантов способа получения гипса при избыточном давлении.

Некоторые из этих вариантов прошли проверку в производственных условиях и были оценены с точки зрения рекомендации их к внедрению в промышленность. Впервые в СССР опытная установка по предложению канд. техн. наук И.А. Передерия была сооружена в 1938 г. в Москве на Краснопресненском силикатном заводе. В феврале 1938 г. на этой установке, работавшей под руководством автора предложения, был получен полуводный гипс высокой активности, названный И.А. Передернем «высокопрочный гипс ГП». Данные об этом гипсе были опубликованы 10 февраля 1938 г. в московской газете «Строительный рабочий». Изучением опыта производства и строительных свойств гипса ГП занимались: экспериментальная станция Московского городского управления промышленности стройматериалов и научно-исследовательская и экспериментальная станция Моссовета.

Исследования подтвердили предложения И.А. Передерни о возможности получить гипс более высокой активности; одновременно было установлено, что гипс ГП обладает способностью сохранять литейные свойства при 35-40% воды затворения вместо обычных 55-70% для полуводного гипса. При 30% воды затворения гипсовые кубики в высушенном состоянии приобретали прочность на сжатие, доходящую до 250 кг/см2. Это было новостью, так как такой прочностью, получаемой обычными способами, полуводный гипс не обладал, если образцы изготовлялись из теста нормальной густоты.

Технологическая схема производства высокопрочного гипса ГП состоит из следующих операций: 1) дробления гипсового камня до крупности 10-50 мм; 2) пропаривания гипсового щебня насыщенным паром при давлении 1,3 ат (124°) в течение 6 часов; 3) выгрузки из автоклава пропаренного гипсового щебня в бункер; 4) сушки пропаренного продукта при т = 120° в течение 2-2,5 час.; 5) помола высушенного продукта в порошок. Тонкость помола характеризовалась 10%-ным остатком на сите 144 отв/см2. При опытной проверке П.В. Лапшиным способа производства гипса ГП в технологическом процессе его изготовления был установлен один существенный дефект, отражающийся на качестве получаемого вяжущего. Дефект этот заключается в том, что т. Передерни предлагал после пропарки охлаждать гипсовый щебень, выгружая его из автоклава в бункер, с целью удаления из гипса влаги в процессе остывания щебня. Охлажденный гипсовый щебень затем вновь нагревался до т = 120°, при которой гипс высушивался до состояния полуводного гипса.

В 1941 г. тт. Ф.Т. Садовский и А.С. Шкляр предложили свой способ получения высокопрочного гипса. Способ этот впервые был проверен на опытной установке Наркомстроя в г. Стерлитамаке. Первая партия промышленного высокопрочного гипса была получена 3 апреля 1942 г. Эта установка действует и по настояшее время.

Гипроиндустроем Наркомжилгражданстроя УССР разработана Временная инструкция по производству высокопрочного гипса (У-И-01-45), где установлена следующая технологическая схема: 1) дробление гипсового камня до крупности 15-50 мм; 2) пропаривание гипсового щебня при избыточном давлении 1,2-1,3 ат в течение 4,5-5,5 час. и при давлении в 1,6 ат - 1 час.; 3) сброс давления до атмосферного и сушка пропуском горячих газов непосредственно через гипсовый щебень. Первые 30 мин. газ из топливника подается с температурой +200° и затем в последующие 3-3,5 час. с температурой 140-150°. Однако практика эксплоатации заводов показала в большинстве случаев более удлиненные сроки сушки. Основным дефектом способа производства высокопрочного гипса Садовского и Шкляра является снижение температуры гипсового щебня после пропарки в момент перехода к сушке, т. е. примерно то же самое, что и у способа, предложенного И. А. Передерием. Несмотря на то, что процессы пропаривания и сушки совершаются в одном и том же агрегате в непосредственной последовательности без перерыва, все же температура гипсового щебня в агрегате снижается до 35-40°. В этом случае образовавшаяся в процессе пропаривания полуводная модификация гипса вновь гидратируется и переходит в двуводнуго, т.е. образуется дву-гидрат вторичного происхождения.

Дальнейший, хотя бы и немедленно начавшийся процесс сушки, представляет собой по существу процесс регенерации гипса. Прежде чем перейти к описанию технологического процесса производства высокопрочного гипса по методу «самозапаривания», необходимо разъяснить, в чем состоит дефект в технологии производства гипса ГП и гипса, получаемого по способу Садовского, и почему метод самозапаривания более совершенный.

Ф.Т. Садовский и А.С. Шкляр, склоняясь к той же точке зрения, что перекристаллизация гипсового камня происходит в процессе запарки, предложили в целях сохранения температуры гипсового камня, не позволяющей гипсу гидратироваться, использовать пропарник в качестве аппарата, в котором процесс запарки и сушки можно вести без перерыва. Авторы не учли огромных потерь тепла в процессе сброса пара и выравнивания давления в пропарнике с давлением атмосферным. Потери тепла, как и следовало обкидать, оказались столь большими, что основное условие нарушалось, и гипсовый камень вновь гидратировался. Таким образом, невольно они повторили ошибку И.А. Передерия, так как допустили охлаждение, а следовательно, и гидратацию пропаренного гипсового щебня.

Вторая основная операция - сушка гипсового щебня в пропарнике - имеет также ряд дефектов, влияние которых на качество гипса бесспорно. Процесс сушки гипсового щебня в пропарнике протекает по следующей схеме. Пропарник представляет автоклав цилиндрической формы, установленный вертикально; через верхний его люк производится загрузка пропарника гипсовым щебнем, через нижний люк обработанный щебень высыпается в бункер. Горячие газы из топливника подаются через верхний торец пропарника, а внизу пропарника эти газы отсасываются через боковое отверстие. Таким образом, по предложению Ф.Т. Садовского и А.С. Шкляра, горячие газы должны, поступая сверху вниз, омыть весь щебень и, увлажнившись, выбрасываться в атмосферу; при этом должно было получиться равномерное высушивание гипсового щебня в пропарнике. В действительности же этого не происходит по следующим обстоятельствам: 1) Гипсовый щебень, попадая самотеком в пропарник, укладывается неравномерно, так как в одних местах он распределяется более плотным слоем, а в других, наоборот, с образованием пустот; поэтому горячий газ, попадая в пропарник, при проходе через щебень, естественно устремляется туда, где он встречает наименьшее сопротивление, т.е. в более рыхлые слои, минуя слои уплотненные. Это обстоятельство приводит к тому, что в некоторых (уплотненных) местах гипс, получая недостаточно тепла, остается непросушенным, а следовательно, в этих местах остается неразложенным двуводный сернокислый кальций.

2) При выпуске пара из пропарника по окончании пропаривания сразу же снижается температура в пропарнике; в первый момент до 90-95°, а через час до t°c 40-45°. Поэтому впускаемые в пропарник горячие газы в верхних слоях насыщаются влагой, а опускаясь ниже, они охлаждаются и вследствие этого начинается их перенасыщение влагой. Последняя конденсируется на нижележащих слоях щебня и его насыщает. Насыщение влагой нижележащих слоев щебня столь велико, что наблюдается стекание воды в нижнюю часть пропарника на крышку люка. Таким образом, первый период сушки представляет собой процесс, где верхние слои высушиваются, а нижележащие - увлажняются до полного насыщения гипсового щебня водой. Последний же период сушки представляет собой процесс, при котором полуводный гипс в верхних слоях щебня пересушивается, переходя в ангидрит. Средние слои гипсового щебня высушиваются до полугидрата, а нижние слои остаются не просушенными, так как невозможно при температуре 90-95° влажный двугидрат дегидратировать до состояния полугидрата в столь короткий срок как 1-2 часа. Следовательно, большая часть гипсового щебня проходит стадию регенерации.

Таким образом, гипс Садовского-Шкляра представляет собой смесь гипса следующих модификаций: 1) растворимый ангидрит, получившийся из двугидрата вторичного происхождения; 2) растворимый ангидрит из полугидрата первичного происхождения; 3) полугидрат вторичного приехождения (регенерированный) в преобладающем количестве; 4) полугидрат первичного происхождения в незначительном количестве; 5) двугидрат вторичного происхождения.

Получаемая смесь различных модификаций гипса не может обеспечить высокие качества продукции, так как в этой смеси в преобладающем количестве находится регенерированный полуводный гипс, имеющий всегда пониженную прочность; затем присутствует двуводный гипс вторичного происхождения, являющийся сильным ускорителем схватывания гипса. Растворимый ангидрит вторичного происхождения также имеет быстрые сроки схватывания. В гипсе, получаемом по способу Садовского-Шкляра, наличие отмеченных выше модификаций гипса является обязательным; количественно они могут меняться в зависимости от температуры и длительности сушки. В целях уменьшения в смеси двуводного гипса вторичного происхождения практически на заводах срок сушки стараются удлинять. Гипс ГП благодаря тому, что процесс запарки отделен от процесса сушки, может и не иметь двуводного гипса вторичного происхождения, но все же основной продукт - полуводный гипс, как правило, также вторичного происхождения. И.А. Передерий на опытной установке сушил после пропарки гипс в виде щебня. В своей книге он также предлагает после пропаривания гипсовый щебень охладить, а затем сушить его при температуре 120°.

Это предложение является нецелесообразным; продукт получится гораздо равномернее, и быстрее пойдет процесс высушивания, если охлажденный пропаренный гипсовый щебень размолоть до требуемой тонкости помола, а затем уже варить его в варочном котле или совместить помол с высушиванием в молотковых мельницах. Такой процесс производства целесообразнее, но от регенерации гипса он не спасает. Предложенный автором совместно с проф. Б.Г. Скрамтаевым способ производства высокопрочного гипса путем самозапаривания рассчитан на то, чтобы нагретый гипсовый щебень не охлаждался до тех пор, пока не будет закончен весь процесс тепловой его обработки. Тепловая обработка гипса, т. е. пропаривание и сушка производятся также в одном аппарате; но благодаря тому, что в аппарат подается тепло непрерывно (в процессе перехода от пропаривания к сушке при атмосферном давлении), никаких условий для гидратации гипса не создается. В этом случае, возможно получить полуводный гипс и растворимый ангидрит только первичного происхождения; поэтому активность самозапарочного гипса должна быть выше, что и подтвердилось на практике производства этого гипса. Второй отличительной чертой способа самозапаривания является то, что для образования избыточного (до 1,3 ат) давления в аппарате используется вода, содержащаяся в самом гипсовом щебне в свободном состоянии (гигроскопическая), и вода связанная (кристаллизационная). При нагревании гипсового щебня вначале (при 100°) образуется пар из свободной воды, а затем при нагревании выше 107-110° начинается дегидратация гипса и перевод отщепленной воды также в состояние пара. Таким образом, при методе самозапаривания не требуется устройства специальной котельной для процесса пропаривания гипсо-щебня; наоборот, образующийся при запаривании избыточный пар может быть использован для подогрева сырья и для отопления помещений.

Литература

1. Эльтермап В.М. Охрана окружающей среды на химических и нефтехимических предприятиях. М.: Химия, 1985. 160 с.

2. Лейкан И.И. Рассеивание вентиляционных выбросов химических предприятий. М.: Хнмня, 1982. 224 с.

3. Перегуд Е.А. Санитарно-химический контроль воздушной среды. Л.: Химия, 197S. 336 с.

4. Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ, М.: Химия, 1984, 240 с.

5. Экологические проблемы химического предприятия / О.Г. Воробьев, О.С. Балабеков, Ш.М. Молдабеков, Б.Ф. Уфимцев. Алма-Ата: Казахстан, 1984. 172 с.

6. С. Калверт, М. Треиюу и др. Защита атмосферы от промышленных загрязнении/Под ред. С. Калверта и Г.М. Инглунда. В 2-х т. М.: Металлургия, 1988, 1470 с.

7. Техника защиты окружающей среды / Н.С. Торочешников, А.И. Родионов, Н.В. Кедьцев, В.Н. Клушин. М.: Химия, 1981. 368 с.

8. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.; Высшая школа, 1988. 272 с.

9. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами. М,: Химия, 1972, 248 с.

10. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. М,: Химия, 1981. 616 с.

11. Быстрое Г.А., Гслыгерин В.М, Титов Б.И. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. Л,; Химия, 1982. 264 с.

12. Т.А. Семенова, И.Л. Лейтес, Ю.В. Аксельрод и др. Очистка технологических газов/Под ред. Т.А. Семеновой. М; Химия, 1977. 488 с.

13. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. М.: Химия, 1979. 344 с.

14. Алтыбаев М.А. Разработка и внедрение хемосорбционной очистки промышленных газов от сернистых и фосфорных соединений в псевдоожиженном слое с утилизацией продуктов очистки: Дне.... д-ра техн. наук, Ташкент, 1989. 406 с.

15. Очистка газов в производстве фосфора и фосфорных удобрекий / Э.Я. Тарат, О.Г, Воробьев, О.С. Балабеков, В.И. Быков, О.Г. Ковалев/Под ред. Э.Я. Тарата. Л.: Химия, 1979. 208 с.

16. А.А. Соколовский, Т. И, Унанянц Краткий справочник по минеральным удобрениям, - М.: Химия, 1977. 376 с.

17. Абсорбция и пылеулавливание в производстве минеральных удобрений/ И.П. Мухленов, О.С. Ковалев, А.Ф. Туболкин, О.С. Балабеков и др./ Под ред. И.П. Мухленова и О.С. Ковалева. М.: Химия, 1987. 208 с.

18. Бесков С.Д. Технохимические расчеты. М.: Высшая школа, 1966. 520 с.

19. Коузов П.А., Малыгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. Л.: Химия, 1982. 256 с.

Размещено на Allbest.ru