автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Строительные материалы и изделия из фосфогипса Волховского алюминиевого завода

Санкт - Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

На правах рукописи

ФЕДОРОВ СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ФОСФОГИПСА ВОЛХОВСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена на кафедре строительных материалов Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета и в ассоциации «Волховгипс»

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор Мещеряков Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор, заслуженный деятель науки РФ,

академик МАНЭБ

Корнеев Валентин Исаакович

кандидат технических наук, доцент Аубакирова Ирина Утарбаевна

Ведущая организация - Санкт-Петербургский технический университет

Защита состоится 23 июня 2004 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.223.01 Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул. д.4, ауд.206.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Бадьин Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.

При производстве ортофосфорной кислоты и сложных минеральных удобрений образуется промышленный отход - фосфогипс. На одну тонну основного продукта приходится до 3 т шлама, содержащего 15 - 40 % жидкой фазы. В настоящее время фосфогипс не перерабатывается и направляется в гипсонакопитель. В накопителе Волховского алюминиевого завода (ВАЗ) находится более 20 млн. т фосфогипса и он занимает 170 га земли. Фосфогипс содержит минеральные и органические примеси, в том числе растворимые в воде. Гипсонакопитель ВАЗ имеет выход в реку Волхов и является источником загрязнения воды, которая далее попадает в Ладожское озеро, являющееся основным источником питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга. В воду поступают фосфаты, фториды и другие вещества. По данным Ленкомэкологии в Ладожское озеро из гипсонакопителя ВАЗ ежегодно поступает 100 - 500 т фосфатов.

В то же время, разведанные запасы гипсового сырья на Северо-Западе РФ отсутствуют. Гипсовые вяжущие и изделия изготавливают из природного гипсового камня Новомосковского месторождения, который перевозится на расстояние более 800 км. Единственным источником гипсового сырья на Северо-Западе является фосфогипс.

Недостатком фосфогипса, как промышленного сырья, является сравнительно высокая влажность отхода после фильтрации жидкой фазы, достигающая 40% по массе, что приводит к увеличению расхода топлива и энергии при производстве гипсовых вяжущих и изделий.

Основной задачей диссертационной работы является разработка эффективной технологии производства вяжущего и строительных изделий из фосфогипса, позволяющей получить конкурентоспособную продукцию.

Цель и задачи работы:

Целью работы является разработка технологии производства гипсового вяжущего, а также строительных материалов и изделий на его основе, из фосфогипса ВАЗ.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие

задачи:

1. Разработать технологию производства гипсового вяжущего из отвального фосфогипса ВАЗ.

2. Оптимизировать параметры технологического процесса с целью снижения приведенных затрат топлива, энергии и себестоимости вяжущего, а также получения продукта со стабильными характеристиками.

3. Определить химико-минералогический, зерновой составы и свойства фосфогипса, находящегося в накопителе ВАЗ, оценить качество фосфогипса, как сырья для п р о и гипсового вяжущего, строительных а л о в и

изделий.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ МВД МОТКА С1 4»

4. Исследовать изменения фазового состава и технических свойств гипсового вяжущего при длительном хранении с целью повышения его качества.

5. Определить оптимальные составы, разработать технологию производства и исследовать свойства строительных материалов и изделий на основе гипсового вяжущего из фосфогипса ВАЗ - сухих строительных смесей, облицовочных гипсовых плит, пазогребневых плит для устройства перегородок, пустотелых гипсовых блоков.

6. Разработать методику определения водоудерживающей способности отделочных смесей - клеевых, шпатлевочных и штукатурных.

7. Подобрать составы формовочных смесей и разработать технологию монолитного строительства стен домов усадебного типа из гипсового арболита.

Научная новизна.

1. Разработана технология производства гипсового вяжущего из фосфогипса ВАЗ путем совмещенных сушки и обжига в шаровой мельнице или трубе-сушилке.

2. Исследован химико-минералогический состав фосфогипса из накопителя ВАЗ. Проведена оценка качества фосфогипса, как сырья для производства вяжущего.

3. Исследовано влияние длительного хранения («старения») на строительно-технические свойства гипсового вяжущего из фосфогипса ВАЗ.

4. Разработаны составы и исследованы свойства сухих смесей на основе вяжущего из фосфогипса - клеевых, шпатлевочных и растворных.

5. Разработана технология формования высокопрочных гипсовых плит для внутренней отделки.

6. С целью замедления процессов схватывания и твердения предложено «горячее формование» пазогребневых плит на основе гипсового вяжущего из фосфогипса.

7. Предложена методика оценки водоудерживающей способности отделочных смесей (клеевых, шпатлевочных) при нанесении их на сухую поверхность тонким слоем.

8. В лабораторных и производственных условиях разработана технология монолитного строительства стен домов усадебного типа из гипсового арболита путем формования жестких смесей в подвижной опалубке.

Практическое значение работы.

1. Разработан технологический регламент производства гипсового вяжущего из фосфогипса ВАЗ. Получена лицензия № 728054 per. № ПЛО 263003397 от 26.04.2000г. на право производства вяжущего. Систематическое производство вяжущего осуществляется с 1991г. - ассоциация «Волховгипс» (Завод по переработке промышленных отходов ОАО «Волховгипс»). С 2000 г. гипсовое вяжущее аттестовано к применению для медицинских ~,делей.'. "Разработаны ТУ 9391-003-11168205-00 «Гипс

медицинский быстротвердеющий ГМ-Волховгипс». Получена лицензия № 012110 per. № 42/99-1919-1140 от 25.05.2000 г. на право производства медицинского гипса.

2. Последовательная оптимизация параметров технологического процесса производства вяжущего из фосфогипса, а также замена и модернизация оборудования позволили сократить приведенные расходы топлива и энергии соответственно в 6 и 10 раз по сравнению с исходными показателями* и приблизить их к средним по отрасли. В этих условиях конкурентоспособность продукции обеспечивается сравнительно невысокими затратами на сырье -фосфогипс.

3. Произведена оценка длительного хранения («старения») на технические свойства гипсового вяжущего из фосфогипса. Показано, что при производстве вяжущего путем скоростного обжига фосфогипса, старение в регулируемых условиях является важной и необходимой технологической операцией.

4. Разработан технологический регламент производства высокопрочных плит для внутренней отделки на основе гипсового вяжущего и ТУ 5742-00111168205-95 «Плиты гипсовые сборные декоративные». Плиты использованы при реставраций дворца А.А. Безбородко, отделке школ, вестибюлей, служебных помещений в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

5. Предложены составы сухих смесей на основе гипсового вяжущего из фосфогипса и разработан технологический регламент их производства. Разработаны ТУ 6808-001-11168205-95 «Сухая шпатлевочная смесь. Гипсовый клей». Получена лицензия на производство сухих смесей. Систематическое производство смесей и их реализация осуществляются с 1995 г.

6. По разработанной технологии строительства монолитных стен из арболита на гипсовом вяжущем путем формования жестких смесей построены дома усадебного типа в Ленинградской области. За построенными домами-ведется наблюдение.

Достоверность полученных результатов.

Достоверность результатов подтверждается соответствием данных, полученных в лабораторных, опытно-промышленных и производственных условиях, а также практическим опытом работы цеха по производству вяжущего и изделий в течение более 10 лет.

Внедрение результатов исследований.

Все основные результаты исследований внедрены в производство в условиях ассоциации «Волховгипс» (ОАО «Волховгипс»).

1. Производство гипсового вяжущего из фосфогипса, в том числе гипса медицинского.

2. Составы сухих строительных смесей и технология их производства.

3. Технология производства облицовочных гипсовых плит.

4. Производство пустотелых гипсовых блоков и малоэтажные дома, построенные с их использованием.

5. Технология и практический опыт строительства домов усадебного типа из арболита на основе гипсового вяжущего путем формования жестких смесей.

Апробация работы.

Основные положения работы доложены и обсуждены на V Международном горно-геологическом форуме «Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология» СПб, 1997; 54; 55; 58 и 61 научных конференциях СП6ГАСУ,1997; 1998; 2000; 2004 г.г.; на научно-практической конференции «Переработка отходов производства. Состояние, перспективы, проблемы» г. Волхов Ленинградской области», 2000 г. Продукция ОАО "Волховгипс" экспонировалась на всероссийской выставке «Российские традиции качества», СПб, 1997 г.; на выставках «Волхов-1999» и «Волхов-2000; на специализированной выставке «Наука на службе производства Ленинградской области», СПб, 2001 г.

По результатам работы опубликовано 6 статей, разработаны 4 нормативных документа.

Структура И: объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 23 рисунка, 15 фотографий, список цитированной литературы содержит 97 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен анализ современных способов производства гипсовых вяжущих из фосфогипса. Приведен краткий обзор технологий, разработанных в СССР и за рубежом -Лит. ИСИА, КДФ ШИМИ (Франция), Эллаэд Кемикэл (США), Зальцгиттер Анлагенбау и Кнауф (Германия) и других. Отмечается, что при переработке фосфогипса предпочтительным является обжиг отхода во взвешенном состоянии путем прямого тепло- и массообмена с теплоносителем. Переработка фосфогипса требует введения дополнительных технологических операций - нейтрализации жидкой фазы, обогащения и сушки. Поэтому строительные материалы из фосфогипса могут быть конкурентоспособными либо в условиях отсутствия в данном регионе природного сырья, либо вследствие требований экологического характера.

Во второй главе приведена характеристика материалов, использованных при проведении исследований и методики испытаний. Гипсонакопитель Волховского алюминиевого завода содержит более 20 млн. т фосфогипса и занимает 170 га земли. Гипсонакопитель имеет выход в реку Волхов и является источником загрязнения воды Ладожского озера. Химический и фазовый состав фосфогипса изменяются при его хранении. Для оценки качества фосфогипса, стабильности его состава и свойств в накопителе

было проведено бурение 20 геологических скважин с отбором 145 проб фосфогипса из различных участков и горизонтов. Исследования проб показали, что состав отвального фосфогипса ВАЗ изменяется в широких пределах. По ГОСТ 4013-76 гипсовым сырьем 1 сорта является 21% исследованных проб, сырьем 2 сорта - 73,5 %. Большинство проб соответствует также требованиям# ТУ 2182-033-001944-01 к фосфогипсу. Изменение содержания основного компонента - двуводного сульфата кальция - обусловлено тем, что ВАЗ осуществляет комплексную переработку апатита-нефелиновых руд и в накопитель поступают отходы других производств - глинозема, кремнефторидов и др. Отмечена также высокая и нестабильная влажность фосфогипса в накопителе, которая усложняет переработку отхода. Влажность фосфогипса изменяется в пределах от 28 до 40%. Выполнен также химический анализ проб фосфогипса, определено содержание солей натрия и калия, фосфатов, фторидов и кремнефторидов, диоксида кремния, редкоземельных элементов, а также радиоактивность отхода. Результаты анализа показали, что отвальный фосфогипс является сырьем достаточно высокого качества и может быть использован в производстве гипсовых вяжущих и строительных материалов на их основе.

В лабораторных условиях гипсовые вяжущие получены термообработкой предварительно высушенного фосфогипса в гипсоварочном котле объемом 8 л. Режим варки установлен опытным путем - максимальная температура 170 °С, продолжительность - 40 - 45 мин.

Испытания вяжущих проведены по методике ГОСТ 125-79.

При подборе составов и исследовании сухих смесей испытания проведены по методикам стандартов РФ и европейских норм.

Основная часть экспериментальных исследований проведена в производственных условиях, в цехах по производству гипсового вяжущего, сухих смесей и облицовочных плит ассоциации «Волховгипс» (ОАО «Волховгипс»), путем отбора проб промышленной продукции на различных стадиях технологических процессов.

В третьей главе приведены результаты разработки и оптимизации технологического процесса производства гипсового вяжущего из отвального фосфогипса ВАЗ.

Проведенные определение режима термообработки и варка проб в лабораторных условиях показали, что фосфогипс из накопителя ВАЗ можно использовать как сырье для производства гипсового вяжущего, соответствующего требованиям ГОСТ 125-79. Марке Г-2 соответствовали 19%, марке Г-3 - 61%, марке Г-4 - 20% проб.

В 1989 г. котельная ВАЗ была переведена ла природный газ. Ранее в котельных агрегатах использовался высушенный и измельченный каменный уголь. В связи с переводом на газ была прекращена эксплуатация цеха углеподготовки. Цех имеет 4 технологических линии, включающие

совмещенные сушку и помол каменного угля в шаровых мельницах. Технологическая схема приведена на рис.1.

Технология включает дробилки, систему подачи сырья, шаровую мельницу и систему пылеосаждения - сепаратор, циклон, батарейный циклон и электрофильтр. Следовало предположить, что оборудование цеха углеподготовки может быть использовано для производства гипсового вяжущего из фосфогипса. В цехе углеподготовки были осуществлены ремонтно-восстановительные работы на технологической линии №3, которая была приведена в рабочее состояние.

Были проведены опытные обжиги, без оптимизации технологии. Конструкция и материалы шаровой мельницы не позволяют повышать температуру теплоносителя на входе выше 600 °С. Опытные обжиги показали, что при максимальной температуре идет преимущественно сушка фосфогипса, содержание полуводного сульфата кальция в продукте обжига не превысило 20% по массе. В связи с этим, было принято решение о подаче части теплоносителя в газоход за шаровой мельницей для повышения температуры пылевоздушной смеси в пылеосадительных агрегатах и проведена вторая серия обжигов. Количество фосфогипса, переработанного за один пуск технологической линии изменялось в пределах от 5 до 17 тонн. Результаты испытаний проб вяжущих по методике ГОСТ 125-79 приведены ниже:

Водопотребность - 73-78%

Время начала схватывания - 2 мин. - 2мин. 30 сек.

Время конца схватывания -4 мин.- 5мин. ЗОсек.

Предел прочности при сжатии - 1,4 - 2,0 МПа

Некоторые пробы соответствовали марке Г-2, некоторые не соответствовали требованиям ГОСТ по прочности искусственного камня. Сравнительно высокая водопотребность вяжущих была обусловлена недожогом. Опытные обжиги показали, что на существующей технологической линии можно получать гипсовые вяжущие, соответствующие требованиям ГОСТ 125-79. В дальнейшем при проведении опытных обжигов был определен оптимальный режим и выполнена оценка стабильности состава и свойств продукта обжига на различных стадиях переработки сырья. Отбор проб вяжущего проведен в течение 10 часов непрерывной работы технологической линии с интервалом в 15 мин из ленточного питателя (фосфогипс), из воздуховода за шаровой мельницей, циклона, батарейного циклона, электрофильтра и винтового транспортера на стадии подачи продукта обжига в бункер-накопитель. Отобранные пробы хранились в стеклянных бюксах и эксикаторах на Содержание химически-связанной воды определено по

методике ГОСТ 4013-80. Исследования позволили оценить стабильность параметров технологического процесса. Установлено, что после вторичной подачи теплоносителя в воздуховод за мельницей процессы дегидратации

АССОЦИАЦИЯ

волховгипс

ASSOCIATION

VOLKHOVOYPSUM

fir^: (3) tz 1. »Hi M ',(-le; л

( ГГн, II

'1----_;_¡¿7£-л|

Рис. 1. Технологическая схема переработки фосфогипса

ВИДЫ ПРОДУКЦИИ:

1. Гипсовое вяжущее, ГОСТ 125-79,

2. Гипс медищ!нский быстротвердеющий ГМ-«ВОЛХОВГИПС», ТУ 9391-003-11168205-00;

3. Сухие шпатлевочные смеси, ТУ 6808-001-11168205-97;

4. Плиты гипсовые сборные декоративные, ТУ 5742-001-11168205-95;

5. Наполнитель - кальций сульфат дигидрат, ТУ 5744-002-11168205-97.

сырья продолжаются в воздуховоде, пылеосадительных агрегатах и винтовом транспортере, что приводит к гомогенизации вяжущего (рис.2).

Результаты испытаний проб, отобранных из винтового транспортера, показали, что получены гипсовые вяжущие марок Г-2 и Г-3, все пробы соответствовали требованиям ГОСТ 125-79: Стабилизация процессов обжига и технических свойств вяжущего достигнута путем оптимизации расходов теплоносителя, подаваемого в мельницу и после нее.

Целью дальнейших исследований было повышение стабильности как параметров технологии, производства вяжущего, так и технических свойств последнего. Было установлено, что качество вяжущего и стабильность его свойств можно повысить-путем удаления крупных (из сепаратора) и мелких (батарейный циклон,» электрофильтр) фракций продукта обжига. Эти фракции можно использовать для других целей, например, производства облицовочных плит прессованием жестких смесей.

Сравнительно невысокая прочность искусственного камня обусловлена повышенной водопотребностью гипсового вяжущего из фосфогипса. Это обусловлено высокой дисперсностью фосфогипса и вяжущего. Зерновой состав вяжущего определен микроскопическим методом. Установлено, что

максимальный размер зерна не превышает 40 мкм, средний размер не превышает 9 мкм. Содержание зерен менее 10 мкм достигает 50% массы проб, что значительно превышает аналогичный показатель гипсовых вяжущих, изготовленных из природного сырья.

Цех углеподготовки проектировался для сушки и измельчения каменного угля, разработанная технология и оборудование не являются оптимальными для производства гипсового вяжущего из фосфогипса. В частности, необоснованно велик расход электроэнергии, затрачиваемой на работу шаровой мельницы. Перечень основных мероприятий по реконструкции оборудования цеха, проведенных в 1990-2001 гг. приведен в таблице 1.

В результате проведенных мероприятий показатели удельного расхода топлива и электроэнергии были приближены к средним показателям по отрасли. В этих условиях конкурентоспособность продукции может быть обеспечена за счет сравнительно невысоких затрат на сырье - фосфогипс, без учета влияния на экологию региона. Опыт работы ассоциации «Волховгипс» (ОАО «Волховгипс») показал, что при отсутствии в регионе природного гипсового камня, гипсовые вяжущие и изделия из фосфогипса могут конкурировать с аналогичной продукцией из природного сырья.

Известно, что свойства гипсовых вяжущих изменяются при их хранении («старение»). Определено влияние процессов старения на технические свойства вяжущего, полученного скоростным обжигом фосфогипса. Пробы вяжущего были отобраны после расфасовки в трехслойные бумажные мешки. Одна проба хранилась в закрытом мешке (№1) и вторая была насыпана слоем толщиной приблизительно 5 мм на лист стекла (№2). Условия хранения: относительная влажность воздуха - 75-85%, температура - 10-20°С. Результаты испытаний вяжущих приведены в таблице 2.

Длительное хранение вяжущего в начальный период приводит к снижению его водопотребности и росту прочности образцов. Хранение вяжущего после достижения , минимальной водопотребности приводит к понижению его качества - росту водопотребности, и как следствие, снижению прочности искусственного камня. Исследования показали, что одной из причин изменения свойств вяжущего является хемосорбция водяного пара. Содержание химически-связанной воды в исходном вяжущем - 2,3% по массе, после выдержки в течение 6 месяцев в мешках этот показатель достигает 8,3%, т.е. превышает стехиометрическое содержание в полуводном сульфате кальция (6,2%), что свидетельствует об образовании гипса. Это подтвердили результаты количественного рентгеновского фазового анализа с введением внутреннего стандарта - гидраргиллита. Анализ проведен на дифрактометре ДРОН - 0,5. Приведенные результаты исследований свидетельствуют о том, что при хранении гипсовых вяжущих из фосфогипса в условиях, не исключающих массообмен с окружающей средой, продолжительность хранения не должна превышать 3 мес.

Таблица 1

Сравнительная эффективность технических и технологических характеристик производства гипса из отвального фосфогипса ОЛО «Волховгипс» со среднеотраслевыми показателями и показателями ОАО «Победа-Кнауф»

№ п/п Этапы реконструкции технологической схемы производства гипса ОАО «Волховгипс» за период 1990-2001 годы Показатели эффективности технологического процесса

Исходная влажность сырья, % Производительность системы, т/ч Удельные расходы энергоносителей

Топливо (мазут), кгут/т Электро энергия, кВт/час

1 2 3 4 5 6

1 Технологическая система пылеугольного цеха ВАЗ им С.М Кирова при провдении опытно-промышленных работ по получению вяжущего из отвального фосфогипса 38-42 1 200 250

2 Замена топок, повышение температурного потенциала на входе системы с 350 до 1000 °С 38-42 3-5 80 150

3 Внедрение системы рециркуляции отходящих газов 38-42 3-5 70 150

4 Снижение шаровой загрузки мельницы с 20 до 8 т 38^0 3-5 70 100

5 Реконструкция шаровой мельницы с установкой перегородки, уменьшением объема мельницы и шаровой загрузки с 8 до 4 т 38-42 3-5 70 80

6 Реконструкция шаровой мельницы в трубу-сушилку с заменой шаров на цепи и снижение мощности электропривода с 300 до 30 кВт 38-42 3-5 70 40

7 Снижение влажности сырья (фосфогипса) за счет его подготовки экскаватором в карьере 34-38 6-8 40 35

8 Перевод топок с мазута на газ 34-38 6-8 38 35

9 Среднеотраслевые показатели удельных расходов энергоносителей при прозводстве вяжущего из природного камня 6-10 6-10 33,1 24,4-48,6

10 Показатели удельных расходов энергоносителей при прозводстве гипса из природного камня на ОАО «Победа-Кнауф» (ближайшего и единственного на Северо-Западе конкурента ОАО «Волховгипс» 6-10 10 36 22,9

Таблица 2.

Влияние продолжительности хранения на технические свойства гипсового вяжущего.

№ пробы Продолжительность хранения, мес. Водопотреб-ность, % Сроки схватывания, мин Предел прочности, МПа

Начало Конец При изгибе При сжатии

1 После отбора 1 2 3 6 12 84 82 81 79 73 75 3,0 3,0 3,0 2,5 3,0 2,0 15,0 12,0 12,0 12,0 7,5 5,5 1.8 1,9 1.9 1,9 1,7 1,4 3,3 3,5 3.5 3.6 2,9 2,2

После отбора 80 3,5 14,0 1,7 3,1

1 75 3,5 11,0 1,9 3,5

2 2 71 4,0 11,0 2,0 3,8

3 73 3,5 10,5 2,1 3,9

6 73 2,5 7.5 1,6 2,4

Исследованы также процессы ускорения старения - обработка продукта обжига водяным паром и вторичный помол, показано, что при производстве гипсового вяжущего из фосфогипса путем скоростного обжига сырья, старение в регулируемых условиях является необходимой технологической операцией. Старение позволяет получать вяжущее более высоких марок (Г-4 и Г-5) со сравнительно более стабильными техническими свойствами.

В четвертой главе рассматриваются вопросы производства строительных материалов и изделий на основе вяжущего, полученного обжигом фосфогипса ВАЗ. На основе гипсового вяжущего получены материалы различного назначения:

1. Сухие строительные смеси - растворные, шпатлевочные и для приклеивания облицовочной плитки.

2. Материалы для устройства перегородок - панели, плиты и блоки.

3. Материалы для внутренней отделки - облицовочные плиты.

4. Гипсовые вяжущие использованы также в строительстве монолитных малоэтажных зданий - коттеджей, садовых домов и др.

После организации производства гипсового вяжущего из фосфогипса был последовательно осуществлен выпуск всех перечисленных выше материалов на его основе.

1. Сухие строительные смеси.

Гипсовые вяжущие, полученные скоростным обжигом фосфогипса, характеризуются высокой скоростью процессов гидратации, схватывания и твердения. По европейским нормам начало схватывания смеси должно

наступать не ранее 20-45 минут от момента затворения водой. Поэтому в сухие смеси на основе гипсового вяжущего необходимо вводить замедлитель.

Отделочные смеси часто наносят на сухую, впитывающую воду поверхность, тонким слоем. Поглощение воды основанием приводит к повышению вязкости смеси и затрудняет производство работ. По этой причине смеси должны содержать добавку, повышающую их водоудерживающую способность.

В зависимости от назначения в смеси вводят также пластификаторы и суперпластификаторы, наполнители и другие компоненты.

При подборе составов сухих смесей были использованы добавки различного назначения.

Замедлители: тринатрийфосфат (ТНФ), нитрилотриметиленфосфо-новая кислота (НТФК), лимонная кислота, триполифосфат натрия (ТПФН), костный клей, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).

Повышающие водоудерживающую способность смеси: казеиновый клей, оксиметилцеллюлоза (ОМЦ), метилцеллюлоза (МЦ).

Пластификаторы и супер пластификаторы: С-3; технический лигносульфат (ЛСТ), сульфонол.

Добавки, повышающие прочность искусственного камня: сухой ПВА, поливиниловый спирт (ПВС), карбамид.

Сухие смеси приготовлены смешиванием компонентов в течение 15 минут в лабораторной фарфоровой мельнице с ограниченным количеством мелющих тел (400 г цильпебса из уралита на 1 кг смеси).

Стандарт РФ на сухие смеси и методы их испытаний до настоящего времени не разработаны. Поэтому сроки схватывания определены по методике ГОСТ 125-79. Оценка качества сухих смесей и их испытания проводились также по методике DIN 1168-1:1986-1.

Важной характеристикой смеси является их водоудерживающая способность. Повышение вязкости смеси, помещенной на пористое основание, может быть обусловлено двумя причинами: процессами схватывания и поглощением воды пористым основанием. Для определения расхода добавок необходимо оценить роль каждого из названных выше факторов. В связи с этим была предложена и разработана методика оценки водоудерживающей способности путем определения пластической прочности твердеющей смеси на пластометре МГУ. Затворенной водой сухой смесью заполняются две формы. Одна форма помещается на плотное основание, другая - на пористое, поглощающее воду (сухую гипсовую плитку). Результаты определений пластической прочности смеси, содержащей НТФК и МЦ, приведены на рисунке 3.

Т-1-1-1-1-1-1-1-1-1-;-1-1-1-

О 5 10 15

Время, мин

——— Пористое основание ===== Плотное основание

Рис. 3. Изменение пластической прочности (Я т) шпатлевочной смеси, содержащей •

НТФК и МЦ

Незначительные различия" кинетики изменения пластической прочности смеси, твердеющей на плотном' и пористом основании свидетельствует о высокой водоудерживающей способности.

На основании исследований были рекомендованы для производства сухие смеси, содержащие комплексную добавку.

1. НТФКиМЦ.

2. Лимонную кислоту и МЦ.

3. КМЦ и МЦ.

Характеристика смесей - начало схватывания не ранее 20 и 50 мин. соответственно для ручной и машинной выработки смеси, предел прочности при сжатии сухих образцов г- не менее 2 МПа. Производство смесей трех типов начато ассоциацией «Волховгипс» (ОАО «Волховгипс») в 1993г. - сухих смесей, используемых для монтажа гипсовых плит и блоков; сухих растворных и шпатлевочных смесей. Для помещений с влажным режимом разработаны сухие смеси на основе ГЦПВ.

2. Облицовочные гипсовые плиты.

Гипсовые изделия высокой прочности можно получить путем снижения В/Г. Известны два варианта производства высокопрочных облицовочных гипсовых плит:

1. Приготовление жестких смесей с В/Г = 0,20-0,25 в сочетании с уплотнением путем прессования.

2. Формование литой смеси с В/Г = 0,60-0,70 с последующим удалением части жидкой фазы под давлением через фильтрующую поверхность.

При проведении исследований было использовано гипсовое вяжущее марки Г-4 по ГОСТ 125-79, изготовленное ассоциацией «Волховгипс». При прессовании жестких смесей В/Г определялось по началу отделения воды при заданном давлении, максимальное давление изменялось от 5 до 50 МПа.

При фильтрационном прессовании В/Г принято равным 0,60. Смеси приготавливались в течение 30 секунд, заполнение прессформ и прессование -120 секунд.

Для определения предела прочности при сжатии изготовлены образцы 30x30x30 мм, результаты испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3

Влияние максимального давления при прессовании на прочность образцов.

Давление, МПа Предел прочности при сжатии, МПа Средняя атотность, кг/м' Пористость, %

В возрасте 10 мин Су\ие образцы

Прессование жестких смесей

5 0,2 18,0 1890 14,2

10 2,3 27,2 1980 8,6

20 4.0 31,4 2060 5,4

50 8,1 59,2 2120 1,2

Фильтрационное прессование

5 0.2 19,2 1910 11,7

10 2,7 24,6 1960 8,4

20 4.2 32,6 2020 5,8

50 8,2 58,6 2100 1,5

Опытная партия облицовочных плит 400 х 400 х 15 мм выпущена на Павловском заводе силикатных строительных изделий. Плиты изготовлены прессованием жестких смесей под давлением 10 МПа в кассетных формах (10 плит в кассете); В/Т принято равным 0,25. Характеристика плиты: средняя плотность - 1,9 - 2,0 г/см3, водопоглощение - 9-11% по массе, предел прочности при сжатии - 20-30 МПа.

На основании лабораторных и опытно- промышленных исследований разработаны ТУ 5742-001-11168205-95 «Плиты гипсовые сборные декоративные» и технологический регламент производства облицовочных плит.

Вяжущее вещество, вода, пигмент и добавки из расходных бункеров дозируются и направляются в смеситель и перемешиваются в течение 30 с. Приготовленная смесь заливается в прессформу (вариант фильтрационного прессования), покрывается листом фильтрующего картона и по транспортеру

подается на рабочий стол пресса мощностью 10 тыс. т. При прессовании через лист картона и фильтрующую сетку, расположенную на верхней плите пресса, удаляются воздух и часть воды, введенной при приготовлении смеси. Скорость повышения давления при прессовании - 20 МПа/мин, выдержка при максимальном давлении (20 МПа) - 1-2 мин. Далее на рабочем столе плиты извлекаются из прессформы и устанавливаются в вертикальном положении на этажерку, где выдерживаются в течении 1-3 сут для подсушки и завершения процессов гидратации и твердения. Заключительная операция - полировка.

Производство плит начато в 1997г. Облицовочные плиты использованы при реставрации дворца А.Л. Безбородко, кассового зала Промстройбанка в Санкт-Петербурге, а также в г. Волхове - при отделке библиотеки и актового зала городской гимназии, столовой Дома Ветеранов и других объектах.

3. Плиты перегородок (ПГТТТ и стеновые камни (ПГБ).

Опытная партия пазогребневых плит выпущена на действующей технологической линии в п. Жихарево, Ленинградской обл. Для выпуска опытной партии было доставлено 12 т. гипсового вяжущего марки Г-3, А, III. По условиям технологии необходимо существенно замедлить схватывание смесей, что обеспечивается только при сравнительно высоком расходе замедлителя. Это приводит к повышению стоимости ПГП и снижает их прочность в 1,5-2 раза, по сравнению с аналогичным показателем стандартных образцов.

Продолжительность подготовительного периода при формовании была увеличена путем повышения температуры формовочной смеси (горячее формование). Для затворения вяжущего использована вода, предварительно нагретая до температуры близкой 100 °С. Повышение температуры смеси до 59-65 °С привело к изменению времени начала схватывания с 6 мин. до 11 мин. 30 с. По предложенной технологии выпущена опытная партия плит в количестве 120 шт., соответствующих требованиям ГОСТ 6428-83.

В условиях ассоциации «Волховгипс» (ОАО «Волховгипс») производство пустотелых гипсовых блоков (ПГБ) на основе гипсового вяжущего из фосфогипса организовано по технологии ЦНИИП реконструкции городов. Гипсовые блоки с одной шатровой пустотой и пределом прочности при сжатии не менее 3,5 МПа, использованы при кладке стен дачных домов в Волховском районе Ленинградской области. При кладке использовался гипсовый клей ассоциации «Волховгипс». За дачными домами ведется наблюдение.

4. Монолитное домостроение

Применение гипсовых вяжущих в строительстве малоэтажных домов, в том числе монолитный вариант, имеет существенные преимущества, обусловленные высокой скоростью схватывания и твердения смесей. В ряде

случаев съем и перемещение щитовой опалубки можно произвести сразу после окончания процессов укладки и уплотнения смесей.

Северо-Запад РФ располагает значительными запасами древесины и в этих условиях в качестве заполнителя в легком бетоне можно использовать отходы лесоперерабатывающих предприятий - стружку и опилки (гипсовый арболит).

В качестве конкурентоспособного выбран вариант изготовления гипсового арболита из жестких смесей, что позволяет понизить расход гипсового вяжущего. Кроме того при снижении В/Г из гипсовых вяжущих марок Г-2 - Г-4 можно получить арболит класса В 3,5 .

При подборе составов арболита использованы опилки и стружка древесных хвойных пород Волховского деревообрабатывающего комбината, с насыпной плотностью 120 кг/м3 (опилки), при влажности, равной 16,1 %. Исследования показали, что для приготовление арболита на гипсовом вяжущем необходимо предварительное насыщение древесного отхода водой. Насыпная плотность опилок, насыщенных водой, повысилась до 360 кг/м3, опилки поглощают и удерживают на поверхности до 280 % воды от массы сухой древесины. Этой влаги достаточно для приготовления жесткой формовочной смеси.

При проведении лабораторных исследований образцы 15x15x15 см изготавливались путем укладки смеси в 3 слоя с послойным уплотнением шпателем с 12 проходами шпателя в двух взаимо-перпендикулярных направлениях. Образцы испытывались после 7 сут. выдержки в комнатно-сухих условиях. Состав смесей и результаты испытаний приведены в таблице 4.

Трамбованием жестких смесей получен гипсовый арболит класса В 3,5 по прочности со средней плотностью 720 кг/м3, теплопроводностью 0,190 Вт/(м °С). При строительстве домов с несущим каркасом изготавливался арболит со средней плотностью 400 - 600 кг/ м

Таблица 4

Состав формовочных смесей и технические свойства арболита на гипсовом вяжущем.

Состав смессй по массе (опилки -гипсовое вяжу щсе) Расход вяжу щего, кг/м' Средняя плотность, кг/м' Предел прочности, МПа, при сжатии Влажность, %, в возрасте 7 сут

В возрасте 7 сут Сучне образцы

1:2.5 510 720 3,9 4,1 1.3

1:2,0 440 660 2,6 2,7 1,4

1:1,0.- 240 490 0,5 0.7 1,8

1:0,5 120 370 0,1 0,1 2,1

Из гипсового арболита построено более 10 одноэтажных домов в Ленинградской области. За домами ведется наблюдение.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология производства гипсового вяжущего из фосфогипса путем совмещенных сушки и обжига отхода в шаровой мельнице или трубе-сушилке. Разработан технологический регламент и организовано производство гипсового вяжущего марок Г-2 - Г-4. Получены лицензии на право производства вяжущего для строительных и медицинских целей. Проведенные оптимизация технологического процесса производства вяжущего и модернизация оборудования позволили сократить удельный расход топлива и энергии в 6 и 10 раз, по сравнению с исходным, и довести его до среднего уровня по отрасли. Разработаны ТУ 9391-003-11168205-00 «Гипс медицинский быстротвердеющий ГМ-Волховгипс». Показано, что при отсутствии природного сырья в регионе, гипсовое вяжущее из фосфогипса и строительные материалы на его основе' могут конкурировать с аналогичной продукцией из природного гипсового камня за счет пониженных затрат на сырье.

2. Проведен отбор и исследование проб фосфогипса из накопителя ВАЗ. Определен химико-минералогический и зерновой составы отхода, выполнена оценка стабильности состава и свойств фосфогипса. Показано, что фосфогипс ВАЗ может быть использован в качестве сырья для производства гипсового вяжущего и строительных материалов на его основе.

3. Определено влияние длительного хранения («старения») вяжущего из фосфогипса и его технические свойства. Исследовано влияние продолжительности и условий хранения на свойства вяжущего. Показано, что в условиях скоростного обжига фосфогипса старение вяжущего приводит к повышению его качества и является необходимой технологической операцией.

4. Разработана технология и технологический регламент производства облицовочных гипсовых плит путем прессования жестких смесей, а также фильтрационного прессования смесей на основе вяжущего из фосфогипса. Получена лицензия на право производства плит, разработаны ТУ 5742-00111168205-95 «Плиты гипсовые сборные декоративные». Организовано производство плит в условиях ОАО «Волховгипс». Плиты использованы при реставрации и отделке исторических памятников и строительстве объектов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

5. Предложены и разработаны составы сухих строительных смесей для отделочных работ, исследованы свойства смесей. Разработан технологический регламент производства сухих смесей - клеевых, растворных и шпатлевочных. Получена лицензия на право производства смесей на основе гипсового вяжущего из фосфогипса. Систематическое производство смесей и их реализация осуществляются с 1995 г.

6. Предложена и разработана методика определения водоудерживающей способности отделочных смесей путем сравнения скоростей изменения пластической прочности образцов, помещенных на пористое и плотное основание. Методика позволяет оценить изменение

пластической прочности смеси за счет поглощения жидкой фазы пористым основанием.

7. Предложена технология производства пазогребневых плит для перегородок путем горячего формования смесей. Показано, что повышение температуры формовочной смеси до 50-65°С позволяет понизить ее водопотребность и скорость процессов схватывания. Выпущена опытная партия ПГП путем горячего формования смесей на действующей технологической линии.

8. Разработана технология монолитного строительства стен домов усадебного типа путем формования жестких смесей, состоящих из гипсового вяжущего, воды и древесных отходов - опилок и стружки. Получен арболит класса В 3,5 со средней плотностью 700 кг/м3 и расходом гипсового вяжущего 500 кг/м3. По разработанной технологии построены одноэтажные дома в Волховском и Бокситогорском районах Ленинградской области. Ведется наблюдение за построенными домами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Иванов О.И., Федоров СВ. Утилизация фосфогипса, опыт переработки, проблемы, перспективы. Тез. Докл. Международного горно-геологического форума. СПб, 1997. с. 127;

2. Мещеряков Ю.Г., Федоров СВ. Малоэтажные жилые дома из гипсобетона. /Докл. 55 научной конференции СПбГАСУ.: СПб, 1998. -с.115-116.

3. Мещеряков Ю.Г., Иванов О.И. Федоров СВ. Производство гипсовых вяжущих веществ и строительных изделий на их основе из фосфогипса Волховского алюминиевого завода. - В кн.: Юбил. сб. тр. к 100-летию кафедры строительных материалов СПбГАСУ.: СПб 2000. - с.100-104.

4. Федоров СВ. Фосфогипс из накопителя Волховского алюминиевого завода - сырье для производства гипсовых вяжущих и изделий. В кн.: Актуальные проблемы современного строительства СПбГАСУ.: СПб. 2004. - с.82-83.

5. Мещеряков Ю.Г., Федоров СВ. Изменение технологических свойств гипсовых вяжущих при длительном хранении. - В кн.: Актуальные проблемы современного строительства. 57-я международная научно-практическая конференция молодых ученых, СПб ГАСУ.: СПб., 2004, с 48-51.

6. Мещеряков Ю.Г., Федоров СВ. Монолитный арбогипс в строительстве домов усадебного типа. - В кн.: Юбилейный сборник пр. к 100-летию со дня рождения П.И. Баженова, СПб ГАСУ.: СПб., 2004, с 45-47.

7. ТУ 9391-003-11168205-00 «Гипс медицинский быстротвердеющий ГМ-«Волховгипс».

8. ТУ 5742-001-11168205-95 «Плиты гипсовые сборные декоративные»

9. ТУ 6808-001-11168205-95 «Сухая шпатлевочная смесь. Гипсовый клей».

10. ТУ 5744-002-11168205-97 «Наполнитель - кальций сульфат дигидрат»

Подписано к печати 14.05.04. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ 1501. Отпечатано в МУП «Волховская типография». 187400, г. Волхов, ул. Зеленая, д. 21.

« -98 7 8

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Фосфогипс

1.2 Способы производства гипсовых вяжущих из природного сырья и фосфогипса

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ

ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ f 2.1 Фосфогипс Волховского алюминиевого завода

2.2 Методики исследований

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО ИЗ ФОСФОГИПСА ВАЗ

3.1 Гипсовые вяжущие, полученные в лабораторных условиях

3.2 Определение параметров технологии производства гипсового вяжущего из фосфогипса в опытно-производственных условиях ф 3.3 Определение оптимальных параметров технологии

3.4 Снижение приведенных затрат топлива, энергии и себестоимости гипсового вяжущего путем реконструкции оборудования и оптимизации технологии его производства

3.5. Изменение технологических свойств гипсового вяжущего при его хранении («старение») ж Выводы по главе

ГЛАВА 4. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ФОСФОГИПСА ВОЛХОВСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО

ЗАВОДА

4.1. Сухие строительные смеси на основе гипсового вяжущего

4.2. Гипсовые плиты для внутренней отделки

4.3. Плиты для перегородок и стеновые камни на основе вяжущего из фосфогипса

4.4. Монолитное домостроение

Актуальность темы.

При производстве ортофосфорной кислоты и сложных минеральных удобрений образуется промышленный отход — фосфогипс. На 1 т основного продукта приходится до 3 т шлама, содержащего 15-40% жидкой фазы. В настоящее время фосфогипс не перерабатывается и направляется в накопители. В накопителе Волховского алюминиевого завода (ВАЗ) находится более 20 млн. т фосфогипса и он занимает 170 га земли. Фосфогипс содержит минеральные и органические примеси, в том числе растворимые в воде. Гипсонакопитель ВАЗ имеет выход в реку Волхов и является источником загрязнения воды, которая далее попадает в Ладожское озеро, являющееся основным источником питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга. В воду поступают фосфаты, фториды и другие вещества. По данным Ленкомэкологии в Ладожское озеро из гипсонакопителя ВАЗ ежегодно поступает 100-500 т фосфатов.

В то же время разведанные запасы гипсового сырья на Северо-Западе Российской Федерации отсутствуют. Гипсовые вяжущие и изделия изготавливают из природного гипсового камня Новомосковского месторождения, который перевозится на расстояние более 800 км. Единственным источником гипсового сырья на Северо-Западе РФ является фосфогипс.

Недостатком фосфогипса, как промышленного сырья, является сравнительно высокая влажность отхода после фильтрации жидкой фазы, достигающая 40 % по массе. Сравнительно высокая влажность фосфогипса приводит к увеличению расхода топлива и энергии при производстве гипсовых вяжущих и изделий. Основной задачей диссертационной работы является разработка эффективной технологии производства вяжущего и строительных изделий из фосфогипса, позволяющей получать конкурентоспособную продукцию.

Цель и задачи исследований.

Целью работы является разработка технологии производства гипсового вяжущего, а также строительных материалов и изделий на его основе, из фосфогипса ВАЗ.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:

1. Разработать технологию производства гипсового вяжущего из отвального фосфогипса ВАЗ.

2. Оптимизировать параметры технологического процесса с целью снижения приведенных затрат топлива, энергии и себестоимости вяжущего, а также получения продукта со стабильными характеристиками.

3. Определить химико-минералогический, зерновой составы и свойства фосфогипса, находящегося в накопителе ВАЗ, оценить качество фосфогипса, как сырья для производства гипсового вяжущего, строительных материалов и изделий.

4. Исследовать изменения фазового состава и технических свойств гипсового вяжущего при длительном хранении с целью повышения его качества.

5. Определить оптимальные составы, разработать технологию производства и исследовать свойства строительных материалов и изделий на основе гипсового вяжущего из фосфогипса ВАЗ - сухих строительных смесей, облицовочных гипсовых плит, пазогребневых плит для устройства перегородок, пустотелых гипсовых блоков.

6. Разработать методику определения водоудерживающей способности отделочных смесей - клеевых, шпатлевочных и штукатурных.

7. Подобрать составы формовочных смесей и разработать технологию монолитного строительства стен домов усадебного типа из гипсового арболита.

Научная новизна.

1. Разработана технология производства гипсового вяжущего из фосфогипса ВАЗ путем совмещенных сушки и обжига в шаровой мельнице или трубе-сушилке.

2. Исследован химико-минералогический состав фосфогипса из накопителя ВАЗ. Проведена оценка качества фосфогипса как сырья для производства вяжущего.

3. Исследование влияние длительного хранения («старения») на строительно-технические свойства гипсового вяжущего из фосфогипса ВАЗ.

4. Разработаны составы и исследованы свойства сухих смесей на основе вяжущего из фосфогипса - клеевых, шпатлевочных и растворных.

5. Разработана технология формирования высокопрочных гипсовых плит для внутренней отделки.

6. С целью замедления процессов схватывания и твердения предложено «горячее формование» пазогребневых плит на основе гипсового вяжущего из фосфогипса.

7. Предложена методика оценки водоудерживающей способности * отделочных смесей (клеевых, шпатлевочных) при нанесении их на сухую поверхность тонким слоем.

8. В лабораторных и производственных условиях разработана технология монолитного строительства стен домов усадебного типа из гипсового арболита путем формования жестких смесей в подвижной опалубке. К

Практическое значение работы.

1. Разработан технологический регламент производства гипсового вяжущего из фософогипса ВАЗ. Получена лицензия № 728054 per. № ПЛО 263003397 от 26.04.2000г. на право производства вяжущего. Систематическое производство вяжущего осуществляется с 1991г. (Ассоциация «Волховгипс»). С 2000г. гипсовое вяжущее аттестовано к применению для медицинских целей. Разработаны ТУ 9391-003-11168205-00 «Гипс медицинский быстродействующий ГМ-«Волховгипс» [62]. Получена лицензия № 012110 per. № 42/99-1919-1140 от 25.05.2000г. на право производства медицинского гипса. «Гипс медицинский быстротвердеющий ГМ-«Волховгипс» зарегистрирован в Российской Федерации и внесен в

Государственный реестр медицинских изделий, регистрационное удостоверение № 29/12030400/0572-00 от 05 июля 2000 года.

2. Последовательная оптимизация параметров технологического процесса производства вяжущего из фосфогипса, а также замена и модернизация оборудования позволили сократить приведенные расходы топлива и энергии соответственно в 6 и 10 раз, по сравнению с исходными показателями, и приблизить их средним по отрасли. В этих условиях конкурентоспособность продукции обеспечивается сравнительно невысокими затратами на сырье — фосфогипс.

3. Произведена оценка длительного хранения^ («старения») на ^ технические свойства гипсового вяжущего из фосфогипса. Показано, что при производстве вяжущего путем скоростного обжига фосфогипса, старение в регулируемых условиях является важной и необходимой технологической операцией.

4. Разработан технологический регламент производства высокопрочных плит для внутренней отделки на основе гипсового вяжущего и ТУ 5742-001-11168205-95 [59] «Плиты гипсовые сборные декоративные». Плиты использованы при реставрации дворца А.А. Безбородко, отделке школ, вестибюлей, служебных помещений в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

5. Предложены составы сухих смесей на основе гипсового вяжущего из фосфогипса и разработан технологический регламент их производства. Разработаны ТУ 6808-001-11168205-95 «Сухая шпатлевочная смесь. Гипсовый клей» [61]. Получена лицензия на производство сухих смесей. Систематическое производство смесей и их реализация осуществляются с 1995г.

6. По разработанной технологии строительства монолитных стен из арболита на гипсовом вяжущем путем формования жестких смесей построены дома усадебного типа в Ленинградской области. За построенными домами ведется наблюдение.

Достоверность полученных результатов.

Достоверность результатов подтверждается соответствием данных, полученных в лабораторных, опытно-промышленных и производственных условиях, а также практическим опытом работы цеха по производству вяжущего и изделий в течение более 10 лет.

Внедрение результатов исследований.

Все основные результаты исследований внедрены в производство в условиях ассоциации «Волховгипс». (С 1995 года ОАО «Завод по переработке промышленных отходов «Волховгипс» ).

1. Производство гипсового вяжущего из фосфогипса в том числе гипса медицинского.

2. Составы сухих строительных смесей и технология их производства.

3. Технология производства облицовочных гипсовых плит.

4. Производство пустотелых гипсовых блоков и малоэтажные дома, построенные с их использованием.

5. Технология и практический опыт строительства домов усадебного типа из арболита на основе гипсового вяжущего путем формования жестких смесей.

Апробация работы.

Основные положения работы доложены и обсуждены на V Международном горно-геологическом форуме «Минерально-сырьевые ресурсы стран СНГ» СПб, 1997; Международной конференции «Экология жилища» Любек, Германия 1998г.; 54; 55; 58 и 61 научных конференциях СПбГАСУ, 1997; 1998; 200 и 2004 гг.; научно-практическая конференция «Переработка отходов производства. Состояние, перспективы, проблемы», г. Волхов, Ленинградской области, 2000г. Продукция ОАО «Волховгипс» экспонировалась на Международной Лейпцигской строительной ярмарке, Лейпциг, Германия, 1997 г.; Всероссийской выставке «Российские традиции качества», СПб, 1997г; выставках «Волхов - 1999» и «Волхов - 2000»; специализированной выставке «Наука на службе производства Ленинградской области», СПб, 2001г.

По результатам работы опубликовано 6 статей, разработаны 4 нормативных документа.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 23 рисунка, 15 фотографий, список цитированной литературы содержит 97 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология производства гипсового вяжущего из фосфогипса путем совмещенных сушки и обжига отхода в шаровой мельнице или трубе-сушилке. Получены лицензии на право производства вяжущего для строительных и медицинских целей. Разработан технологический регламент и организовано производство гипсового вяжущего марок Г-2 - Г-4. Проведенные оптимизация технологического процесса производства вяжущего и модернизация оборудования позволили сократить удельный расход топлива и энергии в 6 и 10 раз, по сравнению с исходным, и довести его до среднего уровня по отрасли. Разработаны ТУ 9391-003-11168205-00 «Гипс медицинский быстротвердеющий ГМ-«Волховгипс» [62]. Показано, что при отсутствии природного сырья в регионе, гипсовое вяжущее из фосфогипса и строительные материалы на его основе могут конкурировать с аналогичной продукцией из природного гипсового камня за счет, пониженных затрат на сырье.

2. Проведен отбор и исследование проб, фосфогипса из накопителя ВАЗ. Определен химико-минералогический и зерновой составы отхода, выполнена оценка стабильности состава и свойств фосфогипса. Показано, что фосфогипс ВАЗ может быть использован в качестве сырья для производства гипсового вяжущего и строительных материалов на его основе.

3. Определено влияние длительного хранения («старения») вяжущего из фосфогипса на; его технические* свойства. Исследовано влияние продолжительности и условий хранения на свойства вяжущего. Показано, что в условиях скоростного обжига фосфогипса старение вяжущего приводит к повышению его качества и является необходимой технологической операцией.

4. Разработана технология и технологический регламент производства облицовочных гипсовых плит путем прессования жестких смесей, а также фильтрационного прессования смесей на основе вяжущего из фосфогипса.

Получена лицензия № 728054 на право производства плит, разработаны ТУ 5742-001-11168205-95 «Плиты гипсовые сборные декоративные» [59]. Плиты использованы при реставрации и отделке исторических памятников и строительстве объектов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

5. Предложены и разработаны составы сухих строительных смесей для отделочных работ, исследованы свойства смесей. Разработан технологический регламент производства сухих смесей — клеевых,, растворных и шпатлевочных. Получена лицензия на право производства смесей на основе гипсового вяжущего из фосфогипса. Систематическое производство смесей и их реализация осуществляются с 1995 г.

6. Предложена и разработана методика определения водоудерживающей способности отделочных смесей путем, сравнения скоростей изменения пластической прочности образцов,, помещенных на пористое и плотное основание. Методика позволяет оценить изменение пластической; прочности смеси за счет поглощения;жидкой фазы; пористым основанием.

7. Предложена технология производства пазогребневых плит для перегородок путем горячего формования смесей. Показано, что повышение температуры формовочной смеси до 50-65°С позволяет понизить ее водопотребность и скорость процессов схватывания. Выпущена опытная партия 11111 путем горячего формования смесей, а действующей технологической линии.

8. Разработана технология монолитного строительства стен домов усадебного типа путем формования жестких смесей, состоящих из гипсового вяжущего, воды и древесных отходов - опилок и стружки. Получен арболит класса В3,5 со средней плотностью 500-800 кг/м3 и расходом гипсового вяжущего 250-500 кг/м3. По разработанной технологии; построены одноэтажные дома в Волховском и Бокситогорском районах Ленинградской области. Ведется наблюдение за построенными домами.

1. Акчабаев А. А. Основы прогрессивной технологии прессуемого арболита. - СПб.: СПб Г АСУ/ Автореферат докторской диссертации. -СПб., 1992.-41с.

2. Антипин А.А. Крупноразмерные гипсобетонные изделия для индустриального полносборного сельского строительства. Докл. Межвузовской научно-технической конференции по применению гипса и ГЦПВ в городском и сельском строительстве. М: МИСИ, 1969, с.3-5.

3. Аубакирова И.У. Экспресс-методы контроля сухих строительных смесей и исходных компонентов для их производства. Тезисы докладов международной конференции «Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес», СПб, 2001 г. с 46-47.

4. Аубакирова И: У., Тихонов Ю. М. Изделия из аэрированных лёгких бетонов. Межвузовский тематический сборник трудов. СПб: БИТУ, 1998. с 12-14

5. Баженов. Ю. М., Шубенкин П. Ф., Дворкин JI. И. Применение промышленных отходов в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1986. - с. 39-41

6. Белянкин Д. С., Берг JI. Г. Гипс и продукты его обезвоживания. — В кн.: Местные строительные материалы, вып. 9. М., Стройиздат, 1949. с.40-48

7. Берг Л.Г., Свешникова В.Н. О модификациях полугидрата сульфата кальция. Изв. АН СССР (отд. хим. наук), 1946, №1, с.19-23.

8. Будников П.П. Гипс, его исследование и применение. М:Стройиздат, 1943-372 с.

9. Ваггаман В. Фосфорная кислота, фосфаты и фосфорные удобрения. М:Госхимиздат, 1957-724 с.

10. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества. М:Стройиздат, 1973-300 с.

11. Волженский А.В., Рожкова К.Н. Структура и прочность двугидрата, образующегося при гидратации полуводного гипса. Строительные материалы, 1972, №5, с.26-28.

12. Волженский А.В., Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия, М:Стройиздат, 1971 -316 с.13: Волженский А.В., Ферронская А.В. Гипсовые вяжущие и изделия. М:Стройиздат, 1971 -326 с.

13. Вольфкович С.П., Логинова Л.И. Гипс и фосфогипс. М:Госхимиздат, 1933-238 с.

14. Воробьев X. С. Состояние и перспективы развития производства и применения в строительстве гипсовых материалов, изделий и конструкций. — Строительные материалы, 1980, № 2., с.6-8

15. Воскресенский С. К. и др. Производство концентрированной экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата с кристаллизацией ангидрита. — Сборник научных трудов, вып. 215. М., НИУИФ, 1971. с.20-26

16. Голубев И. Химические компоненты в составе сухих строительных смесей., Тезисы докладов международной конференции «Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес», СПб, 2001 г. с 14-16.

17. Гордашевский П. Ф. и др. Гипсовые вяжущие материалы на основе сульфата кальция — отхода производства ЭФК полугидратным способом.— Строительные материалы, 1975, № 12. с. 11

18. Гусейнова Р. П. Безобжиговые облицовочные гипсовые плиты. — Строительные материалы, 1976, № 11, с. 12

19. Данилов В. П., Меркин А. П. Одностадийная технология фосфогипсовых изделий. — Строительные материалы, 1975, № 5, с.9

20. Жвиронайте Я.А., Даумантас Э.П., Мартинайтис М.А. Влияние H2SO4 на некоторые свойства CaS04. Сб. научн. тр. учебных заведений Литовской ССР (химия и хим. технология), т. 15, Вильнюс, 1973, с. 365-367.

21. Зозуля П.В. Заполнители, наполнители и функциональные добавки; для, сухих; строительных смесей. Тезисы: докладов международной конференции «Сухие строительные: смеси для XXI века: технологии и бизнес», СПб, 2001 г. с 18-21.

22. Каменский В. Г. и др. Получение высокопрочного гипсового камня,— В кн.: Проблемы тепло- и массообмена-77. Минск, Институт тепло-и массообмена АН БССР, 1977, с.40-44

23. Каменский В .Г. и др. Получение высокопрочного гипсового камня. Авт. свид. СССР № 528279. Б.И. №34. 1976.

24. Кинд В.А., Окороков С.Д. Исследование некоторых свойств штукатурного гипса в: связи с выработкой технических условий! на его приемку. Технико-экон. вестник, т. 6, № 1, 1926, с. 12-14.

25. Киселев Д. П., Кудрявцев А. А. Поризованные легкие бетоны. М.:. Издательство литературы по строительству, 1966- 121 с.

26. Коломиец И. В., Тихонов Ю. М. Аэрированные лёгкие бетоны с использованием пористых местных заполнителей. Межвузовский тематический сборник трудов. Доклады 58-ой научной конференции. -СПб. ГАСУ, 2001. - с. 119-120.

27. Коломиец И. В., Тихонов Ю. М. Применение аэрированных лёгких бетонов в производстве стеновых камней, плит перегородок и «тёплых» стяжек полов. В кн.: Доклады 57-ой научной конференции. - СПб: СПб ГАСУ, 2000.-с. 123-124.

28. Корнеев В.И., Значение профессионального образования для производителей сухих строительных смесей. Тезисы докладов международной конференции «Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес», СПб, 2001 г. с 9-11.

29. Корнеев В.И., Основные условия разработки рецептур сухих строительных смесей. Тезисы докладов международной конференции «Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес», СПб, 2001 г. с 12-14.

30. Кутателадзе К. С., Гусейнова И. А. Способ изготовления гипсовых изделий. Авт. свид. № 502853, Б. И. № 6; 1976.

31. Ляшкевич И.М. Эффективные строительные материалы на основе гипса и фосфогипса. Минск, Вышейшая школа. 1989 159 с.

32. Меркин А. П. Новое поколение поризованных бетонов для монолитного домостроения. / В кн.: Труды всесоюзной конференции физико-химических проблем материаловедения и новые технологии. Часть II. -Белгород, 1991, с 14-15.

33. Мещеряков Ю. Г. и др. Способ производства гипсовых вяжущих. Авт. свид. № 512190, Б. И. № 16, 1976.

34. Мещеряков Ю.Г. Гипсовые попутные промышленные продукты и их применение в производстве строительных материалов, JI., Стройиздат Л.О., 1982-143 с.

35. Мещеряков Ю.Г. и др. Способ производства строительных изделий. Авт. свид. СССР №586143, Б.И. №48, 1977.

36. Мещеряков Ю.Г., Боженов П.И., Ковалерова В.И. Способ получения гипсовых вяжущих веществ. Авт.свид. СССР №306085, Б.И. №19,1971.

37. Мещеряков Ю.Г., Григорьева А.С. О методике количественного анализа сульфатов кальция. Изв. ВУЗов. Химия и хим. технол., т. XXI, вып.2, 1978, с. 213-215.

38. Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Малоэтажные жилые дома из гипсобетона. / Докл. 55 научной конференции СПбГАСУ.: СПб, 1998. -с: 1.15-116.

39. Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Монолитный арбогипс в строительстве домов усадебного типа. — В кн.: Юбилейный сборник пр. к 100-летию со дня рождения П.И. Баженова, СПб ГАСУ.: СПб., 2004, с 45-47.

40. Панютин А.Г. Строительный гипс в стеновых конструкциях малоэтажных зданий. М: Госстройиздат 1959-135 с.

41. Патент США № 1.713.879. 1929

42. Патент США № 2.177.668. 1939

43. Пожнин А. П., Тихонов Ю. М. Исследования в области теплоизоляционных материалов и лёгких бетонов. В. кн.: Юбилейный сборник трудов к 100-летию кафедры «Строительные материалы». -СПб: СПб ГАСУ, 2000. - с. 30-38.

44. Позин М.Е. и др. Влияние примесей на скорость гидратации полугидрата сульфата кальция. ЖПХ, т. 49, №11, 1976, с. 2361.

45. Позин М.Е. Технология минеральных солей. JI: Химия, 1974-821 с.

46. Рыбьев И. А., Акчабаев А. А. Определение пригодности заполнителя для арболита. / Реф. инф. ВНИИЭСМ, серия 15. вып. 6, 1990. -с. 32-34.

47. Симановская Р.Э. Исследования в области химии и технологии воздушных вяжущих материалов, полученных из фосфогипса. Сб. научн. тр. НИУИФа, вып. 160, М:Госхимиздат, 1958. - с. 224-236.

48. Стонис С.Н., Кукляускас А.И., Бачаускене М.М. Особенности получения строительного гипса из фосфогипса -Строительные материалы, 1980, №2, с. 14-16

49. Тихонов Ю. М. Стеновые камни из аэрированного лёгкого бетона. -Жилищное строительство, № 5, 1996, с. 12.

50. Тихонов Ю. М., Аубакирова И. У. Способ приготовления бетонов на лёгких заполнителях. Жилищное строительство, № 3, 1982, с. 14.

51. Тихонов Ю.М., Кломиец И.В. Сухие строительные смеси на основе вспученного перлита. В кн.: Актуальные проблемы современного строительства. СПбГАСУ.: СПб. 2003 31 с.

52. Тишер Х.Б. и др. Изменение свойств строительного гипса в условиях открытого хранения. В кн.: Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов. Матер. Всеросс. семинара: М., 2002, с. 12-14

53. ТУ 5742-001-11168205-95 «Плиты гипсовые сборные декоративные»

54. ТУ 5744-002-11168205-97 «Наполнитель кальций сульфат дигидрат»

55. ТУ 6808-001-11168205-95 «Сухая шпатлевочная смесь. Гипсовый клей».

56. ТУ 9391-003-11168205-00 «Гипс медицинский быстротвердеющий ГМ-«Волховгипс».

57. Федоров С.В. Фосфогипс из накопителя Волховского алюминиевого завода — сырье для производства гипсовых вяжущих иизделий. В кн.: Актуальные проблемы современного строительства СПбГАСУ.: СПб. 2004. с.82-83.

58. Ферронская А.В. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. М: Стройиздат, 1984 с. 236.

59. Философов П.С. Способ получения литых гипсовых изделий высокой прочности. Авт. свид. СССР №65909, 1944.

60. Чепелевецкий M.JL, Бруцкус Е.Б. Суперфосфат. Физико-химические основы производства. М: Госхимиздат, 1958 — 272 с.

61. Черных В.Ф. Стеновые и отделочные материалы. — М.:Росагропромиздат, 1991. 188 е.: ил.

62. Юдицкий А.Н. Малоэтажные дома из гипсовых модульных камней На стройках России. 1987, № , с. 20.

63. DIN 1168-1: 1986-01 и EN 13279-1 Гипсовое вяжущее и сухая смесь для раствора.

64. Monz. М. Контроль качества и процедуры испытаний модифицированных сухих строительных смесей промышленного изготовления. Тезисы докладов международной конференции «Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес», СПб, 2001 г. с 31-33.

65. British Patent Specification №992.951. 1964

66. Dunn J S. The settinc of calcium sulphate plasters. — Chemistry and Industry, v. 57, N 7, 1938. p. 16-17

67. Eipeltauer E., Banik G. Adsorbiertes Wasser und au ergewohnliche Hydrate in Gipsplastern und dadurch belingte Fehler in Phasenanalysen -Tonindustrie Zeitung, B.99,№10, 1975, S. 246-249.

68. Gardet J.J., Guilhot B, Souiastelle M. The influence of water vapour on the transformation of y-calcium sulphate to P-anhydrite Cement and Coucrete Recearch, V.6, №2, 1976 p. 193-200.

69. Getting rid of phosphogypsum -1. Can technology provide the answer to a mountainous waste problem? Phosphorus and Potassium. 1977, № 87, p. 37.

70. Getting rid of phosphogypsum III. Conversion to plaster and plaster products. - Phosphorus and potassium. 1978, № 34, p. 24.

71. Gregg S.I., Willing G.I. The Dehydration of qypsum. Part III. Study of the process of Dehydration and rehydration of Gypsum by Adsorption Metods. — Journal of the Chemical Society. London. 1951, p. 2916-2920.

72. Kelley K.K., Southard J.C., Anderson C.T. Thermodinamic properties of gypsum and its dehydration products. U.S. Gov. print, office, W., 1941. Bureau of Mines. Tech paper, № 625.

73. Kiehl R. E. Energy usage in the gypsum industry. — Circ. Okla. Geol. Survey, 1978, N9.

74. Lancard D.R., Hedden W.A. Industrial applications for processed gypsum. Rock Products, v. 79, №6, 1976, p. 72-74.

75. Lane M.K. Properties of calcined cypsum. Rock Products, 71, №3, 1968, p. 60-63.

76. Lehmann H. Mathiak H, Kurpiers P. Untersuchungen uber Alterungsvorgange an frisch gebranntem Gips. B. 50, №6, 1973, S. 100-109.

77. Lehmann H., Holland H. Die Umwandlungsvorgange beim Erhitzen von Calciumsulfat Dihydrat und seinen. Entwasserungsproducten. - Tonindustrie Zeitung. B. 90, H. 1, 1966, S. 2-8.

78. Mescerjakov Ju.G., Bozenov P.J. Einflub der Beimengungen auf die technischen Eigenschaften von Gipsbindern. 6 Int. Baustoff und Silikattagung, Weimar. 1976, S. 43.

79. Mousa A.H.N. Production of hemihydrate gypsum by spray drying. -Int. Journal of mineral proc., V. 5, №3, 1978, p. 213-217.

80. Murat M. Quellques donnees utiles concernant les sulfates de Calcium. — Colloq. Int. de la RILEM. Sulfates de calcium et matereaux derives. Lyon. 1977, p. 535-546.

81. Murat M. Structure, cristallochimie, et reactivite des sulfates de calcium Colloq. Int. de la RILEM: Sulfates de calcium et matereaux derives. Lyon. 1977, p. 59

82. Neveu В. Vaporisation of phosphogypsum. Charbonnaqes de France Chimie Air Industrie process. Paper, pres. at the ISMA. Hague. 1976, p. 14-18.

83. Orville J.R. Gypsum based building product and method of producing same. Pat. USA № 3.809.566. 1972.

84. Ridell W.C. Physical properties of calcined gypsum Rock Products, v.53, № 5, 1950, p. 68.

85. Ridge M.J. Factors determining the «water requirment» of gypsum plaster. Journae of Applied Chemistry. 1961, №11, p. 287-292.

86. Salzgitter Anlagenbau. Технология разработки и последующей переработки гипса. Информация, 1993.- 48 с.

87. Satava V. Charater hemihydratu a vlastnosti Sadry. Stavivo, v. 55, №5, 1977, p. 187-190.

88. Smith F.H. Ageing of Calcium Sulphate Hemihydrate. Nature, 198, №4885, 1963, p. 1055-1056.

89. Wirsching F.X. Chemiegips ais Ausgangsproduct fur hochwertige Baygipse. Tonindustrie Zeiting. B.95, №1, 1971, S. 14-18.

90. Wirsching F.X. Gips. Gebruder Knauf Westdeutsche Gipswerke. 1988. S. 289 -315.

91. Yoshida M. Some studies of CaS04. * 2/3 H20. Yogyo Kyokaishi. Journal of the Geram. Society of Japan, v. 82, № 942, 1974, p. 126-131.