способ утилизации гипса из отходов производства плавиковой кислоты или безводного фтористого водорода

Формула изобретения

СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ГИПСА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ПЛАВИКОВОЙ КИСЛОТЫ ИЛИ БЕЗВОДНОГО ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА, включающий обработку исходного материала твердым нейтрализующим агентом, отличающийся тем, что в качестве нейтрализующего агента используют самораспадающийся ферросплавный шлак и процесс ведут до рН 9,5 10,1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии утилизации гипса из отходов производства плавиковой кислоты или безводного фтористого водорода. Проблема обеспечения строительства вяжущими материалами охватывает не только технические, но и экологические аспекты народнохозяйственного значения. Важное место в этой многоплановой проблеме занимают вопросы утилизации отходов различных производств с дальнейшим использованием их в качестве вяжущих строительных материалов.

Известен способ утилизации гипса из отходов производства плавиковой кислоты путем нейтpализации гипсового отхода гашеной известью с добавлением воды до получения полужидкого теста, которое перемешивают в течение 8-10 мин и после затвердевания используют в качестве вяжущего вещества и добавки к портландцементу [1]

Недостатки способа сложность технологии и существенное удорожание утилизации гипса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в твердофазной нейтрализации гипса. Нейтрализация производится известью и добавлением катализатора и измельчением продукта в шаровой мельнице [2] Конечным продуктом утилизации является безводный сульфат кальция, который является вяжущим материалом и применяется в строительстве.

Недостаток этого способа заключается в том, что полученный безводный сульфат кальция не обеспечивает достаточной прочности, водостойкости и морозостойкости строительным материалам.

Так (Чебуков М.Ф. Игнатьев Л.П. Использование гипсовых отходов от производства плавиковой кислоты для получения строительного гипса Изв.вузов. Строительство и архитектура. Новосибирск, 1958, N 10, с. 3), прочность материала не превышает 5 МПа. Кроме того, использование комовой извести и необходимость помола ее существенно удорожают технологический процесс утилизации гипса.

Цель изобретения повышение прочности, водостойкости и морозостойкости строительных материалов на основе фторангидрита, удешевление технологии его утилизации.

Цель достигается тем, что в способе утилизации гипса из отходов производства плавиковой кислоты или безводного фтористого водорода, включающем обработку исходного материала твердым нейтрали- зующим агентом, в качестве нейтрализующего агента используют самораспадающийся ферросплавный шлак отход металлургического производства низко- и среднеуглеродистого феррохрома или феррованадия и процесс ведут до рН 9,5-10,1. Отход производства указанных веществ (фторангидрид) представляет собой пылевидный материал с включением до 15% гранул размером не более 100 мм, содержащий, мас.

Нерастворимые формы ангидрита 88,0-98,4 Флюорит 1,4-11,8 Серная кислота остальное

Ферросплавные шлаки самораспадающиеся получаются в электрометаллургическом производстве низкоуглеродистого и среднеуглеродистого феррохрома или феррованадия. Например, самораспадающийся ферросплавный шлак отход электрометаллургического производства феррохрома представляет собой пылевидный материал, содержащий, мас. Шеннонит (-2 СаOSiO₂) 70,9 Периклаз (MgO) 13,2 Корунд (-Аl₂O₃) 4,5 Оксид хрома (Сr₂О₃) 5,4 Портландит (Са(ОН)₂) 2,1 Магнезит (MgCO₃) 1,5 Брусит (Mg(OH)₂) 0,4 Вюстит FeO 0,64 Гематит Fe₂O₃ 0,47 Кальцит СаСО₃ 0,89

Самораспадающийся шлак это разрушение зерен двухкальциевого силиката с образованием мелкодисперсного порошка, происходящее вследствие развития в массе зерен напряжения, превышающего их предел прочности. Напряжение в массе зерен возникают в результате полиморфизма 2СаОSiO₂, изменения объема расплава при охлаждении. Переход ->> 2СаOSiО₂ сопровождается увеличением объема на 12% Удельная поверхность самораспадающихся ферросплавных шлаков составляет 1800-2500 см²/г.

Эффективность предложенного способа следует из проведенных исследований. Фторангидрид перемешивали совместно с самораспадающимся ферросплавным шлаком в пропорции (от массы сухой смеси) 15; 20; 25; 30; 35 мас. до получения теста жесткой консистенции, для чего добавляли воду в количестве порядка 22-28% от массы сухой смеси. После тщательного перемешивания были изготовлены образцы 10х10х10 см, которые после хранения в течение 28 сут в воздушно-влажных условиях испытывались на прочность при сжатии в водонасыщенном состоянии и на морозостойкость.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Из приведенных данных следует, что введение самораспадающегося шлака в кислый отход производства фтористого водорода до значения рН 9,5-10,1 приводит к повышению прочности до 10-15 МПа и морозостойкости до 100 циклов.

Определение водородного показателя рН производилось по ТУ6-02-1014804-88-90 "Нейтрализованный отход производства фтористого водорода (фторангидрид).

Средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы: рН метр милливольтметр, рН-340 или манометр универсальный ЭВ-74; стеклянный электрод -ЭСЛ-63-07; хлорсеребрянный проточный электрод ЭВЛ-1М; весы лабораторные по ГОСТ 24104-88 четвертого класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500 г; колба Кн-1(2)-250-19/26 ТС по ГОСТ 25336-82; цилиндр 1-100 по ГОСТ 177-74; стакан Н-1(2)-1000(50) по ГОСТ 25336-82; воронка В-56(75)-11ХС по ГОСТ 25336-82; фильтр обеззоленный (красная или белая лента) по ТУ 6-09-1678-77; вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Анализ проводят следующим образом. В колбу вместимостью 250 см³ помещают 20 г нейтрализованного отхода производства фтористого водорода, приливают 100 см³ дистиллированной воды, перемешивают 10 мин, после чего оставляют на 30 мин. Затем отфильтровывают через воронку с фильтром в колбу. Фильтрат переливают в стакан вместимостью 50 см³, спускают электроды рН-метра и делают замеры согласно инструкции, приложенной к прибору.

Производственный технологический процесс заключается в том, что сухой отход производства плавиковой кислоты или безводного фтористого водорода (фторангидрид) на выходе из печи смешивают с сухим самораспадающимся ферросплавным шлаком. Для достижения рН 9,5-10,1 требуется 25-30% шлака. Полученная смесь складируется, а затем отгружается потребителю для перевозки автомобильным или железнодорожным транспортом. При использовании смесь затворяют водой, при необходимости вводят заполнители (щебень, керамзит, ПГС и др.) и формуют строительные изделия.

П р и м е р 1. На выходе из печи фторангидрид по шнеку непрерывно подается в барабанный смеситель, в который подается шлак феррохромовый самораспадающийся. Шлаки на химический завод доставляются в железнодорожных цистернах цементовозах, перегружаются пневмопогрузчиком, хранятся в силисных банках емкостью 600 т и оттуда ленточным транспортерам подаются в цех производства безводного фтористого водорода в смесительный барабан. Смесь фторангидрида со шлаком (ангидридосиликатная смесь АСВ) в пропорции 4:1 направляется на склад. Со склада в железнодорожных хоппер-вагонах нейтрализованный отход доставляют на станцию назначения, где перегружают в закрытый сухой склад, защищенный от воздействия влаги.

Приготовление бетонной смеси из нейтрализованного отхода производилось в бетономешалке емкостью 0,25 м³, куда подавались дополнительно песчано-гравийная смесь и вода.

На один замес расход материалов составил: нейтрализованный отхода 200 кг; песчано-гравийная смесь 200 кг; вода 60 л.

При использовании заполнителей (гравий, шлак и т.д.) расход воды снижается. Смесь перемешивали 2-3 мин, затем укладывали в дорожное покрытие. Через 30 дней покрытие было готово к эксплуатации R_о200 кг/см². Пятилетний опыт эксплуатации покрытия подтвердил техническую эффективность, трещин и разрушений нет.

П р и м е р 2. Получение нейтрализованного отхода (АСВ) то же, что и в примере 1. С заводского склада АСВ автотранспортом доставляется на расходный склад бетонного узла. Бетонную смесь приготавливают в бетономешалках емкостью 0,25 м³. На 300 кг АСВ подают 60 л воды, смесь2-3 мин перемешивают, а затем распределяют по формам 20х20х40 см для получения бетонных стеновых блоков. Через сутки твердения при нормальных условиях (t +20^оС) формы освобождают, блоки складируют и отправляют потребителю. Через 28 сут прочность блоков достигает 75-100 кгс/см² и более. При предварительном помоле АСВ прочность блоков достигает 200 кг/см² и более.

П р и м е р 3. Получение нейтрализованного отхода (АСВ) то же, что и в примерах 1 и 2. С заводского склада АСВ доставляется на земляное полотно автомобильной дороги. С помощью волокуши распределяется толщиной 15 см, затем дорожной фрезой размельчается, увлажняется и перемешивается. Потом сразу же в течение 10-20 мин уплотняется пневмолотками, планируется автогрейдером. Через сутки или укладывали асфальтобетонное покрытие или открывали временное движение.

Использование предложенного способа позволит существенно упростить и удешевить технологический процесс утилизации, повысить физико-механические характеристики изделий с применением утилизированного отхода производства плавиковой кислоты или безводного фтористого водорода.