способ получения гипсового вяжущего

Формула изобретения

Способ получения гипсового вяжущего из неохлажденного кислого отхода производства фтористого водорода, включающий нейтрализацию указанного отхода при совместном помоле с известьсодержащим агентом, отличающийся тем, что в качестве известьсодержащего агента используют феррохромовый самораспадающийся шлак, при помоле дополнительно вводят воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от указанного отхода, а полученное вяжущее выдерживают не менее 5 ч в бункере томления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения гипсового вяжущего из отходов производства фтористого водорода и может быть использовано при переработке кислых фторангидритовых отходов производства плавиковой кислоты в вяжущее.

Известен способ получения гипсового вяжущего из кислых отходов производства фтористого водорода (см. патент Россия № 2002717, кл. С04В 28/14, С04В 11/06, опубл. 15.11.1993), включающий смешение в две стадии кислого фторангидрита, с предварительно подготовленной активированной известью в количестве 3,0-7,0 мас.% с одновременной нейтрализацией и измельчением смеси до удельной поверхности 3000-5000 см²/г.

Известен также способ получения гипсового вяжущего из кислых отходов производства фтористого водорода (см. патент Россия № 2070169, кл. С04В 11/06, С04В 11/20, опубл. 12.10.1996), включающий нейтрализацию кислого неохлажденного фторангидритового отхода известьсодержащим агентом при совместном помоле, причем вяжущее получают из смеси неохлажденного кислого фторангидритового отхода производства фтористого водорода и 5,0-20,0 мас.% отхода производства фтористого водорода из шламохранилища.

Однако недостатками данного способа является использование избытка отхода производства плавиковой кислоты из шламохранилища - фторгипса как одного из составляющих, способствующих повышению полноты и высокой скорости нейтрализации серной кислоты, что делает данный способ дорогостоящим и усложненным в связи с необходимостью добычи и дальнейшей переработки фторгипса с рекультивированного шламохранилища.

Таким образом, известный способ получения гипсового вяжущего из кислого отхода производства фтористого водорода является наиболее близким аналогом предлагаемого способа и выбран в качестве прототипа.

Технической задачей, решаемой предлагаемым способом, является процесс получения гипсового вяжущего за счет совместного помола неохлажденного фторангидритового отхода и известьсодержащего агента (феррохромовые шлаки самораспадающиеся (ТУ-14-11-325-97)), подаваемого в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического в шаровую мельницу с одновременной подачей воды в барабан мельницы и выдерживании полученного вяжущего в бункере томления не менее 5 часов, что значительно упрощает технологию, снижает энергетические и временные затраты, а также повышает конечную прочность гипсового вяжущего.

Указанная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения гипсового вяжущего из кислого отхода производства фтористого водорода, включающем смешение и нейтрализацию указанного отхода феррохромовыми шлаками самораспадающимися, одновременно с помолом его в шаровой мельнице в кислый отход дополнительно вводят воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы кислого отхода, а нейтрализующий агент подают в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического. Полученное вяжущее затем выдерживают в бункере томления не менее 5 часов.

Получение гипсового вяжущего осуществлялось из кислого отхода производства фтористого водорода Полевского криолитового завода. Необходимый кислый отход производства фтористого водорода, полученный из печи разложения флюоритового концентрата с внутренним обогревом при температуре 220-230 С°, массой 10 кг с содержанием свободной серной кислоты 5,0 мас.% помещают в шаровую мельницу вместе с нейтрализующим агентом, вводимом в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического и одновременно подают воду в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы кислого отхода. Нейтрализацию и помол в шаровой мельнице ведут до полной нейтрализации серной кислоты. Полученное вяжущее выдерживают в бункере томления не менее 5 часов, при этом контролируют содержание кристаллизационной воды в вяжущем.

Введение в неохлажденный кислый фторангидритовый отход производства фтористого водорода воды в количестве 10,0-14,0 мас.% от массы исходного кислого отхода и феррохромовых шлаков в количестве, необходимом по стехиометрическому соотношению или в избытке не более 5,0 мас.% от стехиометрического в процессе нейтрализации, а также выдерживание режима томления не менее 5 часов, позволяет получить активные формы сульфата кальция за счет тепла горячего фторангидрита и экзотермической реакции нейтрализации серной кислоты, обеспечивает условия для гидратации исходного фторангидрита и образования, а также роста преимущественно кристаллов -полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего, что позволяет получить более высокую конечную прочность вяжущего по сравнению со сложной литьевой технологией, приведенной в прототипе, где максимальный предел прочности составляет - 25 МПа.

Увеличение (более 14,0 мас.%) количества подаваемой воды и уменьшение (менее 10,0 мас.%), а также сокращение времени томления вяжущего (менее 5 часов) приводит к нарушению условий образования активных форм сульфата кальция и снижению роста кристаллов -полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего. Увеличение количества феррохромовых шлаков самораспадающихся до 10,0-15,0 мас.% избытка от стехиометрического соотношения не целесообразно, поскольку количество активных форм сульфата кальция и предел прочности увеличивается незначительно.

Полученное гипсовое вяжущее затворяли водой при нормальной водопотребности, после чего формовали образцы размером 4×4×16 см. Твердение образцов до марочной прочности велось в течение 28 суток на воздухе (воздушный режим твердения). Предел прочности на сжатие определяли на прессе УММ-2. Для идентификации химического состава вяжущего использовали рентгенофазовый анализ, в результате которого установлено преимущественно присутствие -модификации полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего за счет процесса гидратации исходного фторангидрита.

Технологические параметры полученного гипсового вяжущего и характеристики целевого продукта, полученного заявленным способом, приведены в таблице.

Как видно из приведенных примеров, данный способ по сравнению с прототипом обеспечивает при существенном упрощении процесса снижение энергетических и временных затрат, получение гипсового вяжущего с высокой конечной прочностью за счет процесса гидратации исходного фторангидрита и образования а также роста активных форм -полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего

Применение способа обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:

- значительное упрощение технологического процесса за счет исключения из процесса стадии добычи и дальнейшей переработки фторгипса;

- сокращение энергоемкости процесса, за счет введения воды и более активного использования тепла неохлажденного фторангидрита и экзотермической реакции нейтрализации серной кислоты;

- получение гипсового вяжущего высокой прочности за счет процесса гидратации исходного фторангидрита и образования, а также роста активных форм -полугидрата сульфата кальция в составе вяжущего;

- возможность использования вяжущего через 5 часов выдержки в бункере томления.

Таблица Технологические параметры полученного гипсового вяжущего
№ примера	Количество вводимой воды, мас.%	Время выдержки вяжущего в бункере томления, ч	Предел прочности, МПа	Количество вводимых шлаков, от стехиометрического, мас.%	Состав вяжущего, мас.%
-CaSO4·0,5H2O	CaSO4
1	7,0	3	17	10,0	50,60	49,40
2	10,0	3	20	5,0	65,00	35,00
3	10,0	5	25	5,0	70,50	29,50
4	14,0	3	17	0,0	60,80	39,20
5	14,0	5	24	0,0	68,00	32,00
6	14,0	8	26	5,0	71,00	29,00
7	18,0	5	14	15,0	45,70	54,30
прототип	-	-	по литьевой технологии 25 МПа