РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ВИХІДНИХ МАТЕРІАЛІВ
В даному розділі на основі проведених аналізів наведено характеристику
матеріалів, що були використані в роботі.
2.1 Гіпсовмісні матеріали
В роботі були досліджені наступні гіпсовмісні матеріали:
Фосфогіпс ВАТ «Рівнеазот» (з відвалу; термін зберігання
складає 10–15 років);
Відпрацьовані гіпсові форми Київського ВАТ «Деффа»;
Природний гіпсовий камінь родовища Кривча (Молдова).
Перші два матеріали є відходами виробництва. Третій матеріал було взято для
порівняльних досліджень, оскільки утилізаційну переробку відходів передбачалось
робити у гіпсові в’яжучі, а природний гіпсовий камінь – головна сировина у
виробництві гіпсових в’яжучих.
Результати визначення хімічного складу, вологості та істинної густини
гіпсовмісних матеріалів наведені в таблиці 2.1.
Рентгенограми досліджуваних матеріалів представлені на рисунках 2.1 – 2.3.
Дериватограми та результати термогравіметричного аналізу в межах 293… 523 К
представлені на рисунках 2.4 – 2.6 і у таблиці 2.2.
Фотографії досліджених гіпсовмісних відходів неорганічних виробництв
представлені на рисунках 2.7 – 2.12.
Таблиця 2.1 – Результати аналізу гіпсовмісних матеріалів
Показник
Вимоги ДСТУ Б В.2.7-1-93
(В.2.7-2-93)
Фосфогіпс
Відпрацьо-вані гіпсові форми
Природний гіпсовий камінь
Хімічний склад, мас. %
(на сухий матеріал)
CaSO4*2H2O
> 90
92,0
95,8
97,3
Загальні фосфати по P2O5
< 1,5
0,8
---
---
Водорозчинні фосфати по P2O5
< 1,2 (0,15)
0,3
---
---
Сполуки фтору по F
< 0,4
0,3
---
---
Водорозчинні сполуки фтору по F
< 0,3 (0,03)
0,1
---
---
Інше
---
6,5
4,2
2,7
Вологість, мас. %
25
25
Істинна густина, г/см3
---
2,29
2,31
2,32
Радіоактивність, Бк/кг
< 370
161
52
39
Результати хімічного аналізу свідчать, що всі досліджені матеріали мають у
своєму складі переважно двогідрат кальцію сульфату. Найбільше домішок має
фосфогіпс. Вміст водорозчинних фосфатів та сполук фтору у ньому незначний і
відповідає вимогам ДСТУ Б В.2.7-1-93 «Фосфогіпс рядовий» і не відповідає
вимогам ДСТУ Б В.2.7-2-93 «Фосфогіпс кондиційний».
На представлених рентгенограмах матеріалів всі піки відповідають двогідрату
кальцію сульфату. Найбільш характерні для двогідрату кальцію сульфату піки з
міжплощинними відстанями 7,6*10–10 м;
4,3*10–10 м; 3,8*10–10 м; 3,2*10–10 м; 3,1*10–10 м; 2,9*10–10 м; 2,7*10–10 м;
2,1*10–10 м; 1,9*10–10 м на рентгенограмах наявні. Достовірно ідентифікувати
інші (домішкові) сполуки у складі гіпсових матеріалів не вдалося з причини
малих масових часток при різноманітті складових.
Рисунок 2.1 – Рентгенограма фосфогіпсу.
Рисунок 2.2 – Рентгенограма відпрацьваних гіпсових форм.
Рисунок 2.3 – Рентгенограма гіпсового каменю.
Рисунок 2.4 – Дериватограма фосфогіпсу.
Рисунок 2.5 – Дериватограма відпрацьованих гіпсовмісних форм.
Рисунок 2.6 – Дериватограма гіпсового каменю.
Таблиця 2.2 – Результати термогравіметричного аналізу матеріалів в межах
293…523 К
Матеріал
Характер термоефекту
Температурний пік, К
Причина ефекту
Поча-ток
Мак-симум
Кінець
Фосфогіпс
Ендоефект
373
410
428
Втрата 1,5 Н2О
Ендоефект
428
440
483
Втрата 0,5 Н2О
Відправані гіпсові форми
Ендоефект
358
400
418
Втрата 1,5 Н2О
Ендоефект
418
435
478
Втрата 0,5 Н2О
Природний гіпсовий камінь
Ендоефект
361
415
430
Втрата 1,5 Н2О
Ендоефект
430
445
481
Втрата 0,5 Н2О
Рисунок 2.7 – Зразок фосфогіпсу (1000х).
Рисунок 2.8 – Зразок відпрацьованої гіпсової форми (1000х).
Рисунок 2.9 – Зразок фосфогіпсу (2500х).
Рисунок 2.10 – Зразок відпрацьованої гіпсової форми (2500х).
Рисунок 2.11 – Зразок фосфогіпсу (5000х).
Рисунок 2.12 – Зразок відпрацьованої гіпсової форми (5000х).
Висновки щодо хімічного та мінералогічного складу підтверджуються показниками
істинної густини, всі значення якої близькі до густини хімічно чистого
CaSO4*2H2O, що дорівнює 2,3 г/см3.
Досліджений фосфогіпс має значну вологість, проте вона відповідає межі вимог
стандартів на фосфогіпс.
Для всіх гіпсових матеріалів в дослідженому діапазоні температур (293–523 К)
характерні термоефекти, що відповідають перетворенням в системі CaSO4 – H2O. Це
два ендоефекти, які відповідають дегідратації за двома стадіями до напівгідрату
та розчинного ангідриту відповідно.
Природний гіпсовий камінь має найбільший серед досліджених матеріалів
температурний інтервал дегідратації (361–430 К) і температурне значення, що
відповідає максимальній швидкості першої стадії процесу (415 К). Це
узгоджується з відомими даними [4] щодо більшої швидкості дегідратації
гіпсовмісних відходів у порівнянні з природною сировиною.
Початок дегідратації фосфогіпсу зміщений у бік більших температур у порівнянні
з іншими матеріалами і цей зафіксований факт погоджується з даними про
температуру початку дегідратації [15–16]. Наявна же різниця пояснюється значно
меншим індукційним періодом дегідратації фосфогіпсу у порівнянні з природним
каменем та відпрацьованими гіпсовмісними формами.
Результати мікроскопічного аналізу порошків демонструють, що форма та розмір
кристалів відпрацьованих гіпсових форм не відрізняється від форми та розміру
кристалів фосфогіпсу. Обидва матеріали мають невпорядковану структуру з великою
кількістю кристалів (зерен) неправильної форми. Розмір кристалів коливається
від
2*10–6 м до 4*10–6 м. Окремі кристали мають слабко виражену призматичну форму.
За радіоактивністю всі досліджені гіпсові матеріали відповідають вимогам ДСТУ Б
В.2.7-1-93 «Фосфогіпс рядовий» та ДСТУ Б В.2.7-2-93 «Фосфогіпс кондиційний» .
2.2 Модифікуючі добавки
В роботі, як добавка–модифікатор до гіпсовмісних відходів при їх дегідратації
тепловою обробкою, використаний семиводний кристалог
- Київ+380960830922