РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ВИХІДНИХ МАТЕРІАЛІВ
І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Характеристика вихідних матеріалів
В якості вихідних матеріалів для проведення роботи використано рядовий ФГ
Роздільського гірничо-хімічного підприємства “Сірка” (ДСТУ Б В. 2.7-1-93), який
одержаний обробленням апатиту сірчаною кислотою при виробництві ортофосфорної
кислоти двогідратним способом, та кондиційний ФГ, який отриманий шляхом
нейтралізації рядового ФГ вапном відповідно до вимог ДСТУ Б В.2.7-2-93. В
результаті довготривалого періоду (більше 15 років) відкритого зберігання
фосфогіпсу у відвалах в процесі безпосереднього промивання верхніх шарів
(більше 3 млн. тонн) глибиною до 5 м внаслідок атмосферних впливів кількість
розчинних сполук фосфору, фтору та ін. в складі ФГ значно зменшилась. При цьому
більша частина рядового ФГ перейшла в кондиційний, який можна безпосередньо
використовувати для одержання в’яжучого [55]. Характеристика фосфогіпсу
Роздільського ДГХП „Сірка” представлена в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Характеристика фосфогіпсу Роздільського ДГХП „Сірка”
Позначення
Істинна
густина,
кг/м3
Насипна густина, кг/м3
Насипна густина в ущільненому стані, кг/м3
Питома поверхня,
м2/кг
Залишок на
ситі, мас.%
А02
А008
ФГ
2830
615
768
354
8,3
Фосфогіпс являє собою білий вологий кристалічний порошок голубого відтінку, що
складається з двогідрату кальцію сульфату та домішок. Двогідрат кальцію
сульфату в фосфогіпсі представлений призматичними кристалами, які відносяться
по характеру кристалізації до моноклінної сингонії. Оптичні константи
двогідрату кальцію сульфату близькі до показників природного двогідрату і
становлять: Nд = 1,529; Nр = 1,519. Розміри кристалів в фосфогіпсі коливаються
в межах від 10 до 800 мкм при товщині кристалів 3-10 мкм. Аналіз фосфогіпсу
згідно вимог ДСТУ Б В. 2.7-1-93 наведено в табл. 2.2.
Таблиця 2.2
Аналіз ФГ у відповідності з нормативними вимогами
Показник
CaSO4*
мас.%
Фос-фати
по (Р2О5),
мас.%
Флуор по (F),
мас.%
Водорозчинні
Воло- гість,
мас.%
Асум.
ПРН,
Бк/кг
Фосфати
по (Р2О5),
мас.%
Флуор
по (F),
мас.%
Вимоги
ДСТУ Б.В.2.7-1-93
90,0
1,50
0,40
1,20
0,30
75
370
ФГ
93,5
1,12
0,16
1,10
0,10
39
54,5
* - значення наведені в перерахунку на повністю дегідратований продукт
Результати контролю якості відібраних проб фосфогіпсу з верхніх шарів відвалу
показують, що 1/3 частини відвалу фосфогіпсу відповідає вимогам ДСТУ Б
В.2.7-1-93, а 2/3 верхніх шарів фосфогіпсу згідно ДСТУ Б В.2.7-2-93 відноситься
до кондиційного.
Питому радіоактивність фосфогіпсу визначали згідно з положенням про
радіоактивний контроль РСН 356-91. Як видно із даних табл. 2.2, фосфогіпс
Роздільського ДГХП “Сірка” задовільняє вимоги ДСТУ Б В. 2.7-1-93 на рядовий
фосфогіпс і може використовуватись для одержання кондиційного фосфогіпсу та
штучного гіпсового каменю. Для порівняльного аналізу якості сировини і
одержаних в’яжучих у роботі використано природний гіпсовий камінь Щирецького
родовища (ДСТУ Б В.2.7-104-2000), а також гіпс будівельний ВАТ
„Івано-Франківськцемент” (ДСТУ Б В.2.7-82-99). Хімічний склад фосфогіпсу та
природного гіпсового каменю наведені в табл. 2.3. Фосфогіпс характеризується
підвищеним вмістом SO3 і пониженим вмістом SiO2. Втрати при прожарюванні є
вищими, порівняно з природним гіпсовим каменем.
Таблиця 2.3
Хімічний склад фосфогіпсу та природного гіпсового каменю
Сировина
Вміст оксидiв, мас.%
CaO
SO3
SiO2
R2O3
MgO
ВПП
Al2O3
Fе2O3
ФГ
32,70
45,72
0,04
0,12
0,27
21,15
Камінь гіпсовий
33,05
44,72
0,30
0,18
0,45
0,28
21,02
Фізико-механічні властивості гіпсу будівельного ВАТ „Івано-Франківськцемент”
представлені в табл. 2.4.
Результати диференційно-термічного аналізу (ДТА) (рис. 2.1) свідчать, що
фосфогіпс і природний гіпсовий камінь характеризується подвійним ендотермічним
ефектом, викликаним ступеневою дегідратацією двоводного кальцію сульфату.
Перший ендоефект відповідає виділенню 1,5 молекули води, а другий – 0,5
молекули. Характерно, що крива фосфогіпсу є дещо зміщена в сторону вищих
температур, а подвійний ендотермічний ефект відповідає максимумам при 175 та
210єС, що відповідно на 5 та 10єС є вище, порівняно з природним гіпсовим
каменем. Зміна маси фосфогіпсу порівняно з гіпсовим каменем є вищою на 0,6% і
становить 20,3 мас.%.
Таблиця 2.4
Фізико-механічні властивості в’яжучих ВАТ “Івано-Франківськцемент”
Гiпсове
в’яжуче
Залишок на ситі
А008,
мас.%
Питома поверхня,
м2/кг
Стандартна
консистенція,
Терміни тужавіння,
хв
Границя міцності при стиску/ вигині,
Воло-
гість,
Водо-погли-нання, %
Об`ємне розши-рення, %
початок
кінець
МПа
ГВ Г-5-Б-ІІ
10,2
285
61
16
6,6 / 3,1
3,2
29
0,13
Рис. 2.1. Дериватограми природного гіпсового каменю (1) та фосфогіпсу (2)
Це свідчить про те, що фосфогіпс важче віддає воду, що пов’язано із наявністю в
ньому домішок та своєрідної пористої структури. За даними [32, 39, 51],
гелеподібна аморфна маса, яка складається з ліофільних домішок кристалогідратів
(фосфатів, та ін. солей) оточує кристал гіпсу ззовні і перешкоджає переходу
води в міжкристалічний простір. Цим фактом підтверджується висока водоутримуюча
здатність фосфогіпсу і проблеми, пов’язані з його сушкою.
За допомогою рентгенофазового аналізу (РФА) на дифрактограмі фосфогіпсу та
природного гіпсового каменю (рис. 2.2) виявлені дифракційні максимуми
двогідрату кальцію сульфату (d/n=0,179; 0,187; 0,189; 0,198; 0,207; 0,208;
0,221; 0,248; 0,267; 0,287; 0,305; 0,379; 0,427 та 0,756 нм). Однак
інтенсивність ліній фосфогіпс
- Київ+380960830922