----
----






Эколого-экономические перспективы использования фосфогипсобетонов


Ю.Д. Чистов, проф., доктор техн. наук; А.С. Тарасов, В.Н. Йост, аспиранты

     Одним из источников загрязнения окружающей среды является отход химической промышленности – фосфогипс, образующийся при производстве минеральных удобрений. На 1 т полезного продукта приходится до 4,5 т фосфогипсовых отходов, содержащих в своем составе более 90 % двуводного гипса. Имеющиеся запасы отхода фосфогипса составляют более 200 млн т и увеличиваются ежегодно, а доля его утилизации не превышает 10 %.
   Колоссальное количество фосфогипса, находящееся под открытым небом, подвергается воздействию атмосферных осадков, что позволяет ему практически беспрепятственно поступать в грунтовые воды. Водный бассейн на десятки километров в регионах подвержен губительному воздействию фосфорной, серной кислот и их солей, соединений редкоземельных металлов. Кроме того, испаряющиеся в атмосферу соединения фтора загрязняют биосферу. Объективные предпосылки для разработки эффективных решений имеются в достаточном количестве. Наиболее целесообразным решением было бы использовать фосфогипсовые отходы для изготовления стеновых камней с последующим применением при возведении жилых, гражданских и промышленных зданий.
   Проводившиеся многочисленные исследования в области утилизации фосфогипсовых отходов можно условно разделить на три направления:
   1. Использование фосфогипса в качестве сырья для производства гипсовых вяжущих a- и b-модификаций.
   2. Производство строительных изделий из фосфогипса, минуя стадию переработки его в гипсовые вяжущие: декоративные и облицовочные плитки, стеновые блоки с использованием как различных приемов прессования, так и различных приемов физико-химической активации.
   3. Применение в качестве добавки и наполнителя в смешанных вяжущих.
   Большой научный интерес и практическую ценность представляют работы, проведенные в МИСИ (МГСУ), направленные на создание простой малоэнергоемкой технологии изготовления водостойких изделий на основе фосфогипса в естественном состоянии. На оптимальных составах фосфогипсовых смесей получен бетон марок 35...75, средней плотностью 1140–1350 кг/м3, с коэффициентом размягчения 0,72...0,75 и морозостойкостью F15...F35.
   Существуют и другие, не менее интересные разработки в этой области, но всех их объединяет концепция использования фосфогипса в качестве наполнителя в композиционных вяжущих, в лучшем случае, в качестве двуводного сульфата кальция, частично дегидратирующегося в процессе тепловой обработки изделий.
   Мы предлагаем другой подход, позволяющий рассматривать двуводный фосфогипс в качестве активного компонента системы, модифицированной комплексом химических и минеральных добавок, таких как: известь негашеная, активная минеральная добавка, глиноземистый цемент.
   Исследования проводились на композициях следующих составов:
   1. фосфогипс, глиноземистый цемент, известь;
   2. фосфогипс, глиноземистый цемент, известь, активный кремнезем;
   3. получение фосфогипсобетона на этих составах без применения тепловой обработки.
   Известно, что основным продуктом гидратации глиноземистого цемента является САН10. При повышении температуры до 300С он переходит в С2АН8, а при температуре свыше 300С – в С3АН6, причем последний характеризуется пониженными вяжущими свойствами по сравнению и с С2АН8, и с САН10. Кроме того, перекристаллизация гексагональных низкоосновных гидроалюминатов кальция в стабильный кубический С3АН6 сопровождается появлением напряжений в твердеющей композиции и значительным уменьшением прочности. Процесс перекристаллизации зависит не только от температуры, но и от рН-среды: чем эти два фактора выше, тем интенсивнее протекает указанный процесс. Этим объясняются запреты на применение глиноземистого цемента при повышенных температурах, а также на получение смешанных вяжущих на основе глиноземистого цемента с добавлением извести или портландцемента (повышается щелочность среды).
   Ввод в глиноземистый цемент двуводного гипса значительно ослабляет воздействие повышенных температур на его твердение. В этом случае, С3АН6, взаимодействуя с гипсовой составляющей, образует гидросульфоалюминаты кальция, способствующие росту прочности системы.
 Рис.1. Зависимость прочности фосфогипсобетона во времени от температуры тепловой обработки.  Исследования затвердевшего вяжущего, состоящего из фосфогипса, извести и глиноземистого цемента, подтвердили вышеперечисленные положения и позволили создать бетон с прочностью до 13 МПа через 28 суток твердения в нормальных условиях. Экспериментально установлено, что с увеличением температуры тепловой обработки прочность бетона растет (рис.1).
   Процесс твердения исследуемого композиционного вяжущего можно объяснить с определенной степенью достоверности, базируясь на следующих научных положениях.
   Во-первых, скорость образования эттрингита находится в прямой зависимости от основности алюминатов. Так, полное связывание гипса при гидратации С3А и С12А7 наблюдается уже через 1 сутки, при взаимодействии с СА – через 3 суток, а с СА2 – через 28 суток твердения в воде. При этом скорость реакции предопределяет габитус кристаллов эттрингита: тонкие волокна образуются при быстром протекании реакции, а при медленном – возникают крупные широкие призмы. Выбор глиноземистого цемента в качестве одного из компонентов системы обусловлен наличием в нем алюмосиликатов кальция и быстрым набором прочности уже в суточном возрасте.
   Во-вторых, образование эттрингита допустимо только на этапе, когда еще не сформировалась структура бетона. Поэтому необходимо задействовать как можно большее количество фосфогипса, участвующего в образовании гидросульфоалюминатов кальция именно в начальный период твердения.
   В-третьих, для вступления в реакцию максимально возможного количества фосфогипса необходимо, чтобы в твердеющей композиции было достаточное количество С3АН6. Однако, гидратируясь, глиноземистый цемент образует С3АН6 в незначительном количестве. Этот недостаток можно устранить, увеличив температуру твердения или повысив щелочность среды в твердеющей композиции, изменив, таким образом, состав продуктов гидратации глиноземистого цемента. Так как исследования проводились с целью создания малоэнергоемкой технологии, температурный фактор, как приоритетный, не рассматривался.
   Ввод извести позволяет повысить щелочность среды и создает наилучшие условия для кристаллизации эттрингита. Кроме того, СаО нейтрализует примеси кислот в фосфогипсе, переводя их в безвредные, труднорастворимые соли, что подтверждается соответствующими экологическими сертификатами.
   В-четвертых, для прекращения образования эттрингита в более поздние сроки твердения, необходимо уменьшить рН-среды, что достигается вводом в композицию активной минеральной добавки. Кроме того, кристаллизация гидросиликатов кальция приводит к значительному приросту прочности и повышению водостойкости материала.
   Рентгенографические исследования затвердевшей композиции (рис.2) подтверждают вступление фосфогипса в химические реакции с образованием гидросульфоалюминатов кальция, что характеризуется значительным уменьшением характерных для него пиков d, : 7,629, 4,295, 3,808, 3,071, 2,878, 2,780, 2,686, 2,602. Ярко выраженные пики эттрингита – d, : 9,783, 5,638, 4,701, 3,485, 2,156 на рентгенограмме, сделанной после трех суток твердения, указывают на его присутствие в бетоне. К 28 суткам твердения величина пиков незначительно уменьшается, что говорит об остановке процесса образования эттрингита и его частичном разложении.

Рис. 2. Рентгенограммы сырьевой смеси и фосфогипсобетона в возрасте 7, 28 суток.


   Таким образом, рабочая гипотеза о вступлении фосфогипса в химические реакции с продуктами гидратации глиноземистого цемента с образованием эттрингита только в начальный момент процесса формирования структуры материала полностью подтверждается.
   Бетон, изготовленный без тепловой обработки из композиционного вяжущего, имеет прочность на сжатие 5 МПа через 3 суток твердения в нормальных условиях и 10 МПа через 28 суток твердения.
   Управляя технологическими факторами, оказывающими влияние на процессы гидратации в системе и синтез новообразований, можно проектировать микро- и макроструктуру материала, прогнозировать дальнейшие его свойства.
   Для достижения двойного экономического и экологического эффекта изучалась возможность использования в качестве активной минеральной добавки отходов других отраслей промышленности, содержащих в своем составе аморфный кремнезем (микрокремнезем – отход металлургической промышленности, кремнегель – отход от производства фтористо-водородной кислоты, кек – отход силикатной промышленности). Результаты исследований подтверждают данную возможность.
   Перспектива промышленного внедрения предложенного способа получения стеновых изделий на основе фосфогипсовых отходов заключается в простоте изготовления, небольших капиталовложениях, использовании местных сырьевых материалов, дешевизне в сравнении с аналогичными строительными материалами.
   Технология малоэнергоемка, не требует больших производственных площадей и заключается в несложных основных переделах: транспортировка сырьевых материалов, дозирование, смешивание, формование, транспортировка изделий на склад готовой продукции. Принципиальная технологическая схема производства представлена на рис.3.

ис. 3. Принципиальная технологическая схема производства стеновых камней из фосфогипсобетона.


   В утилизации фосфогипсовых отходов, прежде всего, должны быть заинтересованы предприятия, их производящие. Имея свободные территории и простаивающие производственные корпуса, было бы целесообразно разместить именно там технологические линии по производству строительных материалов из фосфогипса.
   Массовое использование стеновых камней из фосфогипсобетона для жилищного и гражданского строительства позволит отказаться от известных традиционных материалов.

Список товаров, услуг и цен предоставляемых организациями разместившими объявления на сайте (В алфавитном порядке. Тестовый режим)
Страница 1: AL - антистатик
Страница 2: аренда - водопровод
Страница 3: водослив - желоб
Страница 4: жилье - короткобазовый
Страница 5: коррубит - наирит
Страница 6: наклейка - пергамин
Страница 7: перевозка - радиатор
Страница 8: разгрузка - средство
Страница 9: СРО - услуги
Страница 10: установка - ящик

Строительные материалы в Интернете:



Архив объявлений с предложениями строительных материалов описаных в статьях:
Объявления строительных фирм Объявления строительных фирм (1)
Объявления строительных фирм (2) Объявления строительных фирм (3)
Объявления строительных фирм (07.06.08) Объявления строительных фирм (22.07.08)
Объявления строительных фирм (12.09.08)  
Цены на строительные материалы описанные в статьях (прайс-листы):
Строительство и ремонт
Кирпич и стеновые материалы
Окна и оконные конструкции
Двери, ворота, входные группы
Ограждающие конструкции, офисные перегородки
Пиломатериалы, изделия из дерева
Отделочные материалы
Керамическая плитка, керамический гранит
Лаки, эмали и краски
Стекло, поликарбонат, зеркала
Стройматериалы 1 Стройматериалы 2 Стройматериалы 3
Кровля, кровельные материалы
Гидро-, звуко, теплоизоляционные материалы
Сантехника, канализация
Отопление и вентиляция
Электрооборудование
Металл, кованные изделия
Машины, оборудование и инструмент
Дизайн и интерьер
Услуги в области строительства
Различные стройматериалы
Стройматериалы 4

Интернет-сайты предлагающие стройматериалы: