Искуственный камень и Гипс

полезные советы

К вопросу утилизации отходов фосфогипса на преприятиях Северо-западного региона России

Современная строительная практика свидетельствует о большой востребованности гипса и изделий на его основе.

Гипс широко распространен в земной коре в виде гипсового и ангидритового камня. Его доступность послужила причиной того, что гипс уже многие столетия применяется в качестве строительного материала. Наряду с природным гипсом используется и так называемый синтетический гипс (получаемый при производстве фосфорной и плавиковой кислот, а также при очистке газов от оксидов серы).

При имеющемся дефиците естественных сырьевых источников природного гипса на территории Северо-запада России особый интерес представляют вопросы утилизации фосфогипса как источника вторичного сырья для производства гипсовых вяжущих.

Фосфогипс образуется при производстве фосфорной кислоты из апатитовых и фосфоритовых руд по реакции:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O —> 5(CaSO4·2H2O) + 3H3PO4 + 0,5H2F2

Следует признать, что фосфогипс-полугидрат, получаемый в результате термообработки, зачастую, обладает достаточно высокой водопотребностью и низкими прочностными показателями. Основной причиной пониженных показателей является присутствие в составе фосфогипса различных примесей, к числу которых, в первую очередь, относятся кислоты и фториды.

Улучшению качества фосфогипса-полугидрата способствуют промывка отходов водой, совершенствование технологии дегидратации фосфогипса, а также применение различных добавок-пластификаторов.

В качестве сырья для получения строительного гипса в исследованиях пользовались отходы производства фосфатных удобрений Кингисеппского объединения "Фосфорит" и отход производства Череповецкого ОАО "Аммофос" в виде фосфогипса. В работе применялись пробы сырья, взятые из шурфов, проделанных на разной высоте отвала Кингисеппского объединения "Фосфорит" (пробы условно названы: "верхний", "средний", "нижний"). Возраст отвала составляет приблизительно 30 лет.

Пробы сырья ОАО "Аммофос" доставлялись в виде усредненной пробы без привязки к конкретному месту нахождения отхода.

В исследованиях использовалась технология переработки сырья, включающая операции

  • промывки;
  • двухстадийной сушки с предварительным высушиванием при 100-110ºС и досушивания при 150-160ºС;
  • помола.

Для повышения прочности гипсового вяжущего вводились следующие добавки-пластификаторы: суперпластификатор С-3; Лигносульфонат технический ЛСТ. С-3 и ЛСТ вводились в гипс в сухом виде.

Действие добавок предварительно проверялось на гипсе Дон марки Г-6 (ГОСТ 125-79), принятом за эталон.

Показатели прочности определялись при фактической температуре воздуха в лаборатории на момент испытания в возрасте 2 часов и 28 суток.

Прочность гипсового камня на гипсе Г-6 "Дон"

Таблица 1

Наименование состава Прочность R, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное)
2 часа 28 суток
Гипс без добавок, НГ=55%; Температура твердения образцов ТºС - +18ºС 4,2 14,6
Гипс без добавок, НГ=55%; Температура твердения образцов ТºС - +22ºС 6,5 15,3
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Новомосковского завода". Температура твердения образцов ТºС - +18ºС
Гипс с С-3 - 2,0%, НГ=45% 4,2 14,0
То же, с С-3 - 3,0%, НГ=43% 5,2 13,0
То же, с С-3 - 5,0%, НГ=37% 5,4 14,8
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Новомосковского завода". Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с С-3 - 2,0%, НГ=45% 7,7 19,8
То же, с С-3 - 3,0%, НГ=43% 5,6 13,8
То же, с С-3 - 5,0%, НГ=37% 6,7 18,7
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода". Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с С-3 - 3,0%, НГ=40% 6,0 15,0
То же, с С-3 - 3,0%, В/Г=0,38 10,9 21,1
Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода". Температура твердения образцов ТºС - +18ºС
Гипс с ЛСТ - 0,2%, НГ=43% 5,2 17,4
То же, с ЛСТ - 0,5%, НГ=45% 5,1 19,8
То же, с ЛСТ - 0,8%, НГ=46% 5,5 18,9

При введении суперпластификатора С-3 в гипс - эталон максимальное снижение водопотребности гипса составляет 33%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 10,9МПа, вместо исходных 6,5МПа (при одинаковых условиях твердения).

Введение добавки ЛСТ при одинаковых условиях твердения позволяет при снижении водопотребности на 16% повысить прочность при сжатии в возрасте 2 часа до 5,5МПа, вместо 4,2МПа. Изменение содержания добавки ЛСТ от 02% до 0,8% практически не отражается на прочности гипсового камня.

Отмечается заметное влияние температуры твердения на прочность твердеющего гипсового камня.

Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" ("Нижний").

Таблица 2

Наименование состава Прочность R, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное)
2 часа 28 суток
Температура твердения образцов ТºС - +18ºС - +22ºС
Гипс без добавок, НГ=80-85% 1,5 ÷ 3,0 4,7 ÷ 7,8
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Новомосковского завода". Температура твердения образцов ТоС - +18ºС - +22ºС
Гипс с С-3 - 2,0%, В/Г=0,67 2,8 9,4
То же, с С-3 - 3,0%, НГ=55% 2,8 8,8
Гипс с С-3 - 5,0%, В/Г=0,58 2,3 7,7 ÷ 8,7
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода".Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с С-3 - 5,0%, В/Г=0,45 3,5 9,4
То же, с С-3 - 5,0%, НГ=43% 6,0 21,2

При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс "Нижний" максимальное снижение водопотребности гипса составляет 49%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 6,0МПа, вместо исходных 1,5-3,0МПа.

Пониженная температура твердения значительно снижает прочность гипсового камня в возрасте 2 часа. В дальнейшем при твердении до 28 суточного возраста и сопутствующем повышении температуры воздуха прочность камня возрастает.

Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" ("Нижний").

Таблица 3

Наименование состава Прочность R, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное)
2 часа 28 суток
Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода". Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с ЛСТ - 0,2%, НГ=63% 3,3 9,7
То же, ЛСТ - 0,5%, НГ=60% 3,4 9,1
То же, ЛСТ - 0,8%, НГ=58% 3,3 9,7

Увеличение содержания ЛСТ в фосфогипсе "Нижний" до 0,8%, несмотря на снижение водопотребности и ожидаемое повышение прочности, практически не оказывает влиянии на прочность при сжатии.

Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" ("Верхний").

Таблица 4

Наименование состава Прочность R, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное)
2 часа 28 суток
Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс без добавок, НГ=80-81% 2,5 6,9
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Новомосковского завода". Температура твердения образцов ТºС - +18ºС
То же, с С-3 - 2,0%, НГ=55% 7,1 17,8
То же, с С-3 - 2,0%, В/Г=0,60 4,4 11,4
Гипс с С-3 - 3,0%, НГ=61% 4,6 12,6
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода". Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с С-3 - 0,5%, НГ=70% 2,1 7,2
То же, с С-3 - 2,0%, НГ=60% 3,6 10,8
То же, с С-3 - 5,0%, НГ=50% 6,4 12,4 ÷ 17,5
То же, с С-3 - 5,0%, В/Г=0,45 4,5 8,2
Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода". Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с ЛСТ - 0,2%, НГ=60% 3,7 10,1

Результаты по прочности приводятся, в основном, для гипсового камня на тесте нормальной густоты (НГ); в том случае, если указывается В/Г (водогипсовое отношение), последнее незначительно отличается от НГ в большую или меньшую сторону.

При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс "Верхний" максимальное снижение водопотребности гипса составляет 39%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 7,1МПа, вместо исходных 2,5МПа (при одинаковых условиях твердения).

Введение добавки ЛСТ при одинаковых условиях твердения позволяет при снижении водопотребности на 26% повысить прочность при сжатии в возрасте 2 часа до 3,7МПа, вместо 2,5МПа.

Прочность гипсового камня. Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" ("Средний").

Таблица 5

Наименование состава Прочность R, МПа, в возрасте (твердение нормально-влажное)
2 часа 28 суток
Температура твердения образцов ТоС - +18ºС - +22ºС
Гипс без добавок, НГ=75-84% 1,2 ÷ 2,7 3,9 ÷ 7,8
Гипс с добавками суперпластификатора С-3 производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода".Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с С-3 - 2,0%, НГ=55% 5,2 10,8
То же, с С-3 - 5,0%, В/Г=0,45 5,0 11,4
Гипс с добавками пластификатора ЛСТ производства ООО "Полипласт" "Кингисеппского завода". Температура твердения образцов ТºС - +22ºС
Гипс с ЛСТ - 0,2%, НГ=70% 2,1 6,5
То же, с ЛСТ - 0,2%, В/Г=0,60 4,3 11,5

При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс "Средний" максимальное снижение водопотребности гипса составляет 46%. При этом прочность на сжатие в возрасте 2 часа в оптимальном случае повышается до 5,2МПа, вместо исходных 1,2/2,7МПа.

Введение добавки ЛСТ позволяет при снижении водопотребности на 16% повысить прочность при сжатии в возрасте 2 часа до 4,3МПа, вместо 1,2/2,7МПа.

Прочность гипсового камня. Фосфогипс-полугидрат из отходов Череповецкого ОАО "Аммофос". Образцы 2х2х2см³

Таблица 6

№№пп Состав Прочность, Rсж, МПа, в возрасте
2 часа После сушки до постоянной массы при +50ºС (=30 час.)
1. Фосфогипс, НГ=80%, без добавки 2,2 ÷ 2,7 7,5 ÷ 8,8
2. Фосфогипс, НГ=60%, добавка С-3 - 2,0% 4,2 10,4
3. Фосфогипс, НГ=55%, добавка С-3 - 5,0% 3,4 14,1

Примечание. В качестве добавки применялся С-3 производства ООО "Полипласт" "Новомосковского завода".

При введении суперпластификатора С-3 в фосфогипс из отходов Череповецкого ОАО "Аммофос" максимальное снижение водопотребности гипса составляет 31%.

Введение суперпластификатора С-3 в состав фосфогипса-полугидрата из отходов Череповецкого ОАО "Аммофос" в количестве 2/5% по массе от массы гипса позволяет повысить марку вяжущего до Г-4, вместо Г-2.

Сроки схватывания фосфогипса-полугидрата

Результаты исследований приведены в таблице

Таблица 7

№№ п/п Наименование пробы НГ Сроки схватывания, мин., сек.
начало конец
Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" ("Нижний")
1. ФГ "Нижний", без добавок 80 10-00 23-00
1.1. то же + С-3 - 1,0% 60 5-30 11-00
1.1.а то же +С-3-1,0% + лимонная кислота -0,1% 60 8-00 16-30
1.2. то же + С-3 - 5,0% 43 2-30 6-00
1.3. то же + ЛСТ-0,2% 60 10-00 15-00
Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" ("Верхний")
2. ФГ "Верхний" без добавок 80 13-00 30-00
2.1. то же+ С-3-0,5% 70 13-30 29-00
2.2. то же+С-3-2,0% 55 5-00 11-00
2.3. то же+С-3-5,0% 45 4-00 8-30
2.4. то же+ЛСТ-0,2% 60 11-00 20-00
Фосфогипс из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" ("Средний")
3. ФГ "Средний" без добавок 80 14-30 24-30
3.1. то же +С-3-1,0% 60 10-00 14-00
3.2. то же +С-3-5,0% 43 2-30 5-00
3.3. то же + ЛСТ-0,2% 60 11-00 17-00
Фосфогипс из отходов Череповецкого ОАО "Аммофос"
4. ФГ, без добавок, Череповецкий В/Г=0,80 7 12
4.1. ФГ, без добавок 81 7 15
4.2. то же+С-3-2,0% 60 4 6
4.3. то же + С-3 - 5,0% 55 4 6

В соответствии с ГОСТ 125-79* по срокам схватывания полученные образцы фосфогипса из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" без добавок относятся к нормальнотвердеющему, индекс сроков твердения Б.

Образцы фосфогипса из отходов Череповецкого ОАО "Аммофос" без добавок относятся к быстротвердеющим гипсовым вяжущим, индекс сроков твердения А.

К быстротвердеющим гипсовым вяжущим, индекс сроков твердения А относятся композиционные гипсовые вяжущие на основе полученных образцов фосфогипса из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" с добавками С-3 в количестве 1,0/5,0% на ФГ "Нижний"; С-3 - 2/5,0% на ФГ "Верхний"; С-3 - 5,0% на ФГ "Средний".

Композиционные гипсовые вяжущие на основе полученных образцов фосфогипса из отходов Череповецкого ОАО "Аммофос" с добавками С-3 в количестве 2/5% относятся также к быстротвердеющим гипсовым вяжущим, индекс сроков твердения А Композиционные вяжущие на основе полученных образцов фосфогипса из отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" с добавкой ЛСТ-0,2% можно также отнести к нормальнотвердеющим, индекс сроков твердения Б.

Определение тонкости помола гипсового вяжущего из отходов фосфогипса

Таблица 8

№№проб Максимальный остаток на сите с размерами ячеек в свету 0,2 мм, гр. Максимальный остаток на сите с размерами ячеек в свету 0,2 мм, %
Проба
Кингисеппского объединения "Фосфорит"
Проба
Череповецкого ОАО "Аммофос"
Проба
Кингисеппского объединения "Фосфорит"
Проба
Череповецкого ОАО "Аммофос"
1. 3,2 2,17 6,4 4,34
2. 1,00 2,52 2,00 5,04
3. 1,43 0,83* 2,86 1,66*

Примечание. Помол гипсового вяжущего осуществлялся вручную в фарфоровой ступке.

Остальные пробы получены помолом в лабораторной мельнице

Определение средней насыпной плотности гипсового вяжущего из отходов фосфогипса

Таблица 9

№№проб Средняя нас. плотность, ρср.кг/м³
Проба Кингисеппского объединения "Фосфорит" Проба Череповецкого ОАО "Аммофос"
1. 900 972
2. 680 942
3. 780 889

Основные выводы

Таким образом, в результате проведенных научно-исследовательских работ были получены следующие материалы:

  1. гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" марки Г-2; Г-3, нормально твердеющее (Б), помол - II.
  2. гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Череповецкого ОАО "Аммофос" марки Г-2 быстротвердеющее (А), помол - II.
  3. композиционное гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" марки Г-5; Г-7, быстротвердеющее (А), помол - II.
  4. композиционное гипсовое вяжущее среднего помола на основе отходов Череповецкого ОАО "Аммофос" марки Г-3; Г-4, быстротвердеющее (А), помол - II.

В соответствии с ГОСТ 125-79 СТ СЭВ 826-77 областями применения гипсового вяжущего и композиционного гипсового вяжущего на основе отходов Кингисеппского объединения "Фосфорит" и Череповецкого ОАО "Аммофос" являются следующие:

  • изготовление гипсовых строительных изделий всех видов;
  • изготовление тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей;
  • производство штукатурных работ, заделка швов и специальные цели;
  • для медицинских целей

Автор: ПетроваТ.М., проф., д.т.н.,
Джаши Н.А., научн. сотр., к.т.н.,
Лобач И.П., ст. научн. сотр
Петербургский Университет путей сообщений

Рейтинг сайтов TOP55.ru
При использовании материалов с сайта гиперссылка на Искуственный камень и Гипс обязательна
Хостинг предоставлен fixa.ru