Фосфогипсум-қуруқ қурилиш қоришмалари учун хом ашё

Получение высокопрочных гипсовых вяжущих, особенно в жидкой среде под давлением при прочих равных условиях зависит от ряда технологических факторов:
1. Наличие большого количества примесей. В состав фосфогипса может входить до 50 различных примесей, влияющих на технические свойства фосфогипса /4/.
Примеси можно классифицировать следующим образом:

• 
  неизоморфные в виде неразложившегося апатита, кварцы, каолиниты, солей серной, фосфорной и фтористоводородной кислот и пр. /5/.
  
• 
  изоморфные в виде малорастворимых фосфатов, редкоземельных элементов, фториды и пр., входящих в состав кристаллической решетки гипса,
  
• 
  адсорбируемые неорганические и органические примеси, влияющие на свойства конечного продукта /4/.
  

2. Непостоянство свойств фосфогипса при хранении в отвалах обусловленное:

• 
  изменением состава примесей под влиянием природно-климатических факторов;
  
• 
  изменением кристаллохимических свойств фосфогипса, за счет продолжения процессов перекристаллизации термодинамически неустойчивой твердой фазы и наличия свободной влаги до 25-40%.
  

Для проведения испытаний были взяты две пробы фосфогипса, отобранные из разных отвалов.
Процесс кристаллизации α-полугидрата сульфата кальция отобранных проб изучали на специально разработанной установке , конструкция которой позволяла производить гидротермальную обработку одновременно до 9 проб. Для всех проб процесс кристаллизации производился в абсолютно одинаковых условиях, с точно фиксированным влиянием внешних факторов (температурный режим, длительность процесса, давление и пр.) на дисперсность формирующихся кристаллов полугидрата сульфата кальция, прочность полученного вяжущего вещества и пр.
В данной методике кристаллизация производилась без перемешивания раствора /2/.
Взаимодействие растущего кристалла с окружающей средой и механизм перехода вещества из раствора на его грани рассматривалось в рамках диффузионной теории роста кристаллов.
При выполненииработы были приняты следующие параметры и критерии оценки процесса кристаллизации α-полугидрата сульфата кальция из двух проб фосфогипса, отобранных и различных источников.
а) переменные параметры:
– рН среды;
– концентрация добавок регуляторов кристаллизации;
– концентрация функциональных добавок.
б) постоянные параметры:
– температурный режим;
– концентрация примесей
– время процесса;
Качество получаемого кристаллического продукта α-полугидрата сульфата кальция оценивали по следующим критериям:

• 
  размеры кристаллов полугидрата сульфата кальция;
  
• 
  истинная плотность;
  

Качество гипсового вяжущего:

• 
  прочность при сжатии;
  
• 
  сроки схватывания.
  

Технологические параметры подготовки проб фосфогипса, режимов гидротермальной обработки и последующих операций получения высокопрочного гипсового вяжущего были выбраны по результатам проведения предварительных испытаний.
Процесс кристаллизации полугидрата сульфата кальция производили под давлением в автоклаве при различных значениях рН жидкой среды и концентрации добавки – регулятора кристаллизации полугидрата сульфата кальция.
В настоящее время сложились определенные требования к получаемому кристаллическому осадку. Он должен легко отделяться от маточного раствора, включать минимальное количество примесей, иметь оптимальные размеры и габитус.
Взаимосвязь размеров кристаллов полугидрата сульфата кальция, с прочностью полученного гипсового вяжущего известна из различных источников.
В одном случае, рекомендуется при гидротермальной переработке фосфогипса добиваться получения крупных кристаллов полугидрата /9/.
При этом, чем больше размер частиц, тем меньше величина оптимальной водопотребности вяжущего и соответственно выше прочность /3/.
В другом случае отмечается, что для достижения наибольших прочностных показателей необходимо получение коротких утолщенных кристаллов. Это преимущественно кристаллы 20-40 мк. /1/.
Предварительными исследованиями нами было установлено, что при прочих равных условиях, наибольшее влияние на величину и форму кристаллов оказывает кислотность среды (рН), наличие добавок регуляторов кристаллизации и примесей.

Рис. 1. Влияние кислотности среды (рН) и концентрации добавки регулятора кристаллизации (Рк) на размеры кристаллов α-полугидрата сульфата кальция для двух проб фосфогипса (1) и (2).
Как видно из приведенных данных (Рис 1),добавка регулятора кристаллизации воздействует на изменение размера полученных кристаллов.
В пробе №1 при рН =2, увеличение содержания регулятора кристаллизации с 0,2 до 0,6% отмечается снижение количества кристаллов размером 30-42 мк и возрастает количество кристаллов размером 235-330 мк. от 0 до 18%. Дальнейшее увеличение рН жидкой среды, стимулирует рост крупных кристаллов размером 330мк. Есликислотность среды увеличить до рН 6 и содержании регулятора кристаллизации до 0,6%, количество крупных кристаллов достигает 64%.
Процесс получения полугидрата сульфата кальция из пробы №2 производился при тех же параметрах, чтои для пробы №1.
Однако, воздействие регулятора кристаллизации значительно отличается. Кристаллы полугидрата сульфата кальция в пробе №2 в основной массе имеют размер 0-42 мк. Их количество составляет 50-95%. При этом кристаллы размером 235-330 мк. обнаруживаются в количестве 10-11% только при рН=2, содержании регулятора кристаллизации (Рк) равном 0,2% и при рН=6 и содержании регулятора кристаллизации (Рк) равном 0,6%.
Функция регулятора кристаллизации сводится к снижению поверхностной энергии активно растущих граней, способствуя ограничению длины кристаллов. При этом активность регулятора кристаллизации зависит от кислотности среды. Механизм действия регулятора кристаллизации связан с его адсорбцией на активных гранях растущего кристалла. При этом снижается величина поверхностной энергии активных зон роста и замедляется скорость роста кристалла. Это способствует формированию в растворе мелких кристаллов.
В данном случае влияние регулятора кристаллизации для двух проб фосфогипса совершенно различно. В одном случае добавка стимулирует рост кристаллов, а в другом случае ингибирует процесс кристаллизации. Вследствие этого в образце №1 выявлен рост крупных кристаллов, а в пробе №2 увеличивается количество мелких кристаллов.
Поэтому нами рассматривались условия формирования именно этих фракций кристаллов полугидрата сульфата кальция, которые должны определять качество полученного гипсового вяжущего /1,3,9/.
Результаты проведенных нами экспериментов по влиянию концентрации регулятора кристаллизации и величины кислотности среды на количество кристаллов до 60 мк. и 235-330 мк., приведены на рис.2 и 3.
Как видно из приведенных графиков, зависимости отражающие формирование крупных и мелких кристаллов значительно различаются для исследованных проб.

Рис. 2. Влияние кислотности среды (рН) и количества регулятора кристаллизации (Рк) на количество кристаллов полугидрата сульфата кальция размером 235-330 мк в гипсовом вяжущем.
Для пробы №1 можно отметить, что при увеличении кислотности среды, эффективность добавки Рк выражается в направленной кристаллизации полугидрата сульфата кальция в виде крупных кристаллов. Причем наиболее эффективно добавка Рк проявляется при рН = 6,0. В растворе с меньшими значениями рН активность регулятора кристаллизации может и снижаться. Например, в среде с добавкой Рк в количестве 0,4% и при рН=2,0 образуются крупные кристаллы в количестве 18,5%. С увеличением кислотности до рН=4, образование крупных кристаллов снижается до значений 0,5% и при дальнейшем увеличении кислотности среды до рН=6, количество сформировавшихся крупных кристаллов возрастает до 19,3%.
Следует отметить при рН=4 механизм воздействия добавки Рк на кристаллизацию полугидрата сульфата кальция. Ингибируя активную поверхность роста кристалла в растворе, соответственно увеличивается количество мелких кристаллов. Хорошо видно, что в условиях приведенных параметров, точка минимума содержания крупных кристаллов на рис 2 (рН=4,0, Рк=0,4) хорошо корреспондирует с максимальным значением содержания мелких кристаллов, рост которых составил от 54,3% до 80,4%. При дальнейшем увеличении количества крупных кристаллов наблюдалось соответствующее снижение количества мелких кристаллов.
Иной характер зависимости влияния рН и количества Рк имели образцы пробы №2. При высокой кислотности среды (рН=2,0) и минимальном содержании добавки Рк=0,2 обнаруживались кристаллы 235-330 мк., в количестве до 11,5%. Увеличение количества добавки Рк в количестве 0,4 и 0,6% приводит к резкому замедлению скорости роста кристаллов и практически отсутствии крупных частиц. Увеличение кислотности среды до (рН=4,0) значительно изменило условия роста кристаллов. Причем, независимо от концентрации добавки Рк,количество кристаллов размером 235-330 мк обнаружено минимальное количество (порядка 1,1-1,5%).
Дальнейшее увеличение кислотности среды до Рн=6,0, стимулировало рост крупных кристаллов уже только при концентрации Рк=0,6%, а снижение концентрации добавки привело вновь к замедлению роста кристаллов, что сказалось на росте крупных частиц, количество которых снизилось и составило не более 0,1%.
Для пробы №2 выявлены особенности влияния добавки регулятора кристаллизации в условиях изменения кислотности среды.При этом,в отличие от пробы №1, изменение количества крупных кристаллов (Рис.2) не оказывало влияние на количество мелких фракций (Рис.3).