Производство гипсовых вяжущих —
Фирмы Кнауф и Бабкок-БШХ получают высокообожженное или многофазовое гипсовое вяжущее в колосниковой печи (рис. 5). На движущуюся со скоростью 20—35 м/ч колосниковую решетку послойно поступает гипсовый камень четырех фракций. Нижний слой, наиболее мелкий (4—11 мм), обжигагается при температуре 300°С. верхний, наиболее крупный (40—60 мм), — при 700°С. Материал при обжиге не истирается, поэтому практически нет необходимости устанавливать обеспыливающие устройства. Термическая эффективность колосниковой печи, по данным фирм, превышает 70%.
На некоторых зарубежных заводах применяют печи кипящего слоя для изготовления полуводного, а чаще многофазового гипсового вяжущего. Фирма Ламбер Индустри использует печи кипящего слоя производительностью 40—50 т/ч, отличающиеся, по данным фирмы, высокой тепловой эффективностью.
Японские специалисты предлагают порошкообразное гипсовое сырье обжигать в кипящем слое твердых частиц: получается вяжущее — в основном полуводный гипс или ангидрит.
Производство а-полугидрата из природного гипса, как известно, осуществляется путем обработки исходного сырья под давлением в автоклаве или варкой при атмосферном давлении в солевых растворах в интервале температур 80—150°С. Промышленное значение имеет в основном автоклавный способ: гипсовый камень фракции 150—300 мм обрабатывают в горизонтальных автоклавах периодического действия в течение 4 ч при температуре 130—135°С. Смесь а-полугидрата с p-полугидратом используют в качестве формовочных ВЯЖУЩИХ, в машиностроении, медицине и т. д.
Целесообразность использования гипсосодержашнх отходов, прежде всего фосфогипса, для производства различных видов гипсовых вяжущих, в цементной промышленности в качестве минерализатора н регулятора схватывания цемента. в сельском хозяйстве для химической мелиорации почв, подтверждается. как сказано выше, экономическими и экологическими соображениями.
Есть определенные сложности в производстве гипсовых вяжущих из фосфогипса. Фирма Кнауф считает, что оно будет иметь преимущества при следующих условиях:
отдаленности завода по переработке Фосфогипса от месторождений природного гипсового сырья;
расположении предприятия по переработке фосфогипса непосредственно v завода фосфорной кислоты (решается проблема транспорта н сброса сточных вод) и недалеко от организаций — потребителей выпускаемых нм изделий;
согласованности процессов переработки фосфогипса н производства фосфорной кислоты.
Обогащение (очистка) исходного фосфогипса, т. е. подготовка его к переработке на вяжущее осуществляется способами: флотацией, проделкой и перекристаллизацией. Для гепсифцкации процесса обогащения различные химические добавки, применяют аппараты для центрифугирования, фильтрации, сушки, выпарки и др. Подготовка и обогащение фосфогипса для изготовления гипсовых вяжущих усложнилась в связи с тем, что наряду с применением рапсе классического способа производства фосфорной кислоты по дигидратному одностадийному методу Прейона в последнее время развиваются двухстадийные способы: ниссан-процесс
Способы обогащения гипсосодержащих отходов зависят также от выбранной схемы производства гипсовых вяжущих. Фирмы Кнауф (ФРГ), Рон-Пулепк, Эр Индустри (Франция), некоторые японские213 изготовляют из фосфогипса Р-полуводиый гипс и ангидрит открытым способом. Фирмы Джиулини (АО Бабкок-БШХ), Зальцгиттер (ФРГ) и ряд японских перерабатывают фосфогипс на высокопрочные гипсовые вяжущие автоклавным способом 14-21.
Фирма Кнауф предлагает три различные схемы производства гипсовых вяжуших под названием Киауф-процессы SI, SII и SIII (рис. 6)9. По схеме Кнауф SI исходным сырьевым материалом служит фосфогипс-дигидрат, а конечным продуктом является (3-полуводный гипс, который применяют для изготовления различных элементов — гипсокартонных листов, декоративных изделий, плит с пазогребневымн гранями и др. По схеме Кнауф SII из фосфогипса-дигидрата получают штукатурный (многофазовый) гипс, состоящий на одну треть из р-полуводиого гипса и на две трети из обожженного ангидрита. Схема Киауф SIII разработана применительно к одно-и двухступенчатому мокрым способам производства фосфорной кислоты, при которых в качестве фильтрационного кека получается пассивированный полугндрат (главный Прейон-процесс и Процесс Веба — Хими), а конечным продуктом является штукатурный гипс.
Метод Кнауф SI предусматривает очистку фосфогипса флотацией и отмывкой примесей, сушку в сушилках вихревого типа или с косвенным теплообменом, дегидратацию — в гипсоварочных котлах периодического и непрерывного действия. Продукт обжига (3-дилугидрат) подвергается тонкому помолу.
При производстве штукатурных гипсов по методу Кнауф S11 для очистки фосфогипса используют те же агрегаты, но к степени очистки предъявляют менее жесткие требования, так как добавки, вводимые в штукатурным гипс, оказывают положительное нейтрализующее действие на примеси фосфогипса. После сушки фосфогипс гранулируется, например в тарельчатых грануляторах, с частичной гидратацией. Здесь же в массу вводят добавки для связывания фосфатов. После выдержки гранулированного фосфогипса в реакционном силосе его обжигают во вращающихся или колосниковых печах. Гранулированный фосфогипс может быть использован в цементной промышленности или в качестве заполнителя при изготовлении гипсовых панелей.
Обожженные гранулы размалывают в штукатурный гипс. В зависимости от области применения и требований потребителя в вяжущее вводят различные химические и минеральные добавки, легкие заполнители.
При переработке фосфогипса-полугидрата по схеме Кнауф S11I отпадает необходимость его флотации и промывки. Поступающий непосредственно из фильтра отделения фосфорной кислоты полугидрат перекристаллизовывается в кусковой продукт в результате добавления к нему незначительных количеств определенных компонентов. Благодаря этому устраняется тикстрования и связываются вредные примеси. После промежуточного складирования окускованного фосфогипса в реакторе- силосе его обжигают и размалывают в таких же установках, какие работают по схеме Кнауф S11. Готовый продукт имеет то же назначение, что и получаемый по методу Кнауф SII.
По схеме Кнауф S11 налажено производство штукатурного гипса в городе Кастроп-Рауксель (ФРГ), по схеме Кнауф S111 работает завод штукатурного пшеа производительностью 200 тыс. т в г. Энжнс (Бельгия). В г. Эмбсен (ФРГ) есть предприятие по производству штукатурного гипса методами Кнауф SII и Кнауф S111 с переработкой 120 тыс. тони сыгого фосфогипса-полугидрата.
По способу французской фирмы Эр индустри Р-полугидрат получают путем термической обработки очищенного и нейтрализованного фосфогипса — двугидрата в трех последовательно расположенных аппаратах для обработки материалов во взвешенном состоянии (рис. 7). В первом аппарате фосфогипс с начальной влажностью 15—18% сушится, во втором обжигается, а в третьем стабилизируется кристаллическая структура полугидрата. Отходящие фазы перед дымовой трубой проходят через установку мокрой очистки.
В Японии гипсовые вяжущие изготовляют из фосфогипса способом ниссан, а также из гипсосодржащих попутных продуктов обессеривания отходящих газов. Фосфогипс промывают и очищают, фильтруют, подвергают скоростной сушке во взвешенном состоянии, затем дегидратации в больших Барочных котлах или печах с кипящим слоем.
В Великобритании фирма Ай-Си-Ай
Фирма Бабкок-БШХ разработала технологию получения растворимого ангидрита (ангидрит-SJlI) с использованием для сушки трубы-сушилки, а для обжига и охлаждения — специального барабанного кальматора. Технология с вращающейся печью для этих целей, по мнению фирмы, менее экономична.
Значительный интерес представляет гидротермальный (автоклавный) способ переработки фосфогипса на высокопрочное гипсовое вяжущее в жидкой среде. За рубежом такой способ разработан в ФРГ фирмой Джнулннп, а аппаратурное оформление процесса осуществлено фирмой Бабкок-БШХ (рис. 8).
Отмытый фосфогипс в виде пульпы с соотношением твердой и жидкой фаз 1 : 1 (по массе) подается насосом з проходной автоклав, где в присутствии органических и неорганических добавок и регуляторов кристаллизации при температуре свыше 12(ГС образуются кристаллы о-полугидрата сульфата кальция. Обезвоженный в специальном фильтре шлам а-полугидрата с влажностью 15—20% может быть использован непосредственно для формования изделий. Если нужно получить его в виде гранул или порошка, то промежуточный продукт сушат и размалывают. По такому способу в ФРГ работают два завода производительностью 120 (с 1966 г.) и 200 (с 1973 г.) т/сут. В Ирландии с 1975 т. работает завод мощностью 300 т/сут фирмы Воолбоард Мепыофскчурс.
В ФРГ, Японии, Великобритании и других странах ведутся работы по совершенствованию технологии высокопрочных гипсовых вяжущих (о-полугидрата) из отходов промышленности, в частности по улучшению способов очистки, гидротермальной обработки и изысканию активизаторов этих процессов. Фирмой Джиулнин предложен способ эффективной очистки фосфогипса от растворимых и нерастворимых органических и неорганических примесей методом гидросепарации с введением в шлам с pH