1.2. Применение фосфогипса 1.2.1. Отрасли применения фосфогипса Основные направления использования фосфогипса. 1. Производство гипсовых вяжущих и изделий из них: 1.1) высокопрочные и композиционные автоклавные гипсовые вяжущие на основе α-полугидрата сульфата кальция или ангидрита, которые используются: – в строительстве: непосредственное использование вяжущих с добавками и без оных, в качестве штукатурного и шпаклевочного материала, для наливных самонивелирующихся оснований под полы, для производства строительных изделий (перегородочные плиты и панели, акустические и декоративные плиты, кирпичи и блоки для наружного ограждения зданий и др.); – в шахтах угольной и других отраслей промышлености: заполнение закрепного пространства и выкладка охранных полос при бесцеликовой добыче; – в низкотемпературных скважинах в нефтегазовой промышленности и в геологии: изготовление тампонажного цемента; 1.2) обжиговые вяжущие на основе β-полугидрата сульфата кальция, которые используются в строительстве: в качестве штукатурного и шпаклевочного гипса, для производства строительных изделий (перегородочные плиты и панели, гипсокартонные листы, гипсоволокнистые и гипсостружечные плиты, звукопоглощающие и декоративные плиты и др.). 2. Цементная промышленность: 2.1) добавка к сырьевой смеси в качестве минерализатора; 2.2) добавка к цементному клинкеру перед его помолом в качестве регулятора сроков схватывания цемента. 3. Сельское хозяйство: 3.1) кальцийсеросодержащее удобрение; 3.2) добавка при получении органоминеральных удобрений методом компостирования; 3.3) мелиорант для химической мелиорации солонцовых почв; 3.4) мелиорант в смеси с известковыми материалами для химической мелиорации кислых почв. 4. Производство серной кислоты с попутным получением ряда продуктов (цемент, известь, силикатные материалы). 5. Производство строительных изделий с использованием непереработанного фосфогипса: 5.1) блоки и панели, получаемые из смеси с летучей золой (из электрофильтров) и известью; 5.2) кирпичи, получаемые прессованием фосфогипса в смеси с гипсовым вяжущим; 5.3) изделия из фосфогипса и органических связующих (к примеру, карбамидной смолы). 6. Производство удобрений и солей: 6.1) сульфат аммония и мел; 6.2) сульфат калия и мел; 6.3) NS-удобрения (в смеси с карбамидом или нитратом аммония); 6.4) комплексные серосодержащие удобрения: NPS-, NPKS-, PKS-удобрения. 7. Применение в качестве наполнителя в различных отраслях промышленности: в производстве бумаги, в лакокрасочной промышленности, в производстве пластмасс и др. 8. Строительство автомобильных дорог. Наиболее перспективными отраслями использования фосфогипса являются: · сельское хозяйство (мелиорация и удобрения); · строительство дорог; · цементная промышленность 1.2.2. Применения фосфогипса в сельском хозяйстве С проблемой повышенной кислотности почв сталкиваются аграрии в разных регионах — в России более 50 млн га таких угодий. Выращивать на них сельхозкультуры невыгодно из-за нескольких факторов: На полях с низким pH выживают далеко не все растения. Проблема кислых почв — нехватка ионов кальция и избыток ионов водорода. Из-за нарушения баланса посевы всходят медленно, слабо развивается корневая система и падает урожайность. Повышается фитотоксичность. В кислой среде в подстилающем либо в основном горизонте почвы накапливаются железо и алюминий. Они препятствуют поступлению других, более полезных элементов, и отравляют растения. Плохо развиваются почвенные микроорганизмы. У культур снижается иммунитет — они чаще страдают от бактериальных заболеваний, что приводит не только к потере урожая, но и к гибели посевов. Причиной засоления почв является преобладание в почве ионов натрия, который имеет тенденцию со временем накапливаться. Большие концентрации этого элемента угнетают деятельность микроорганизмов и растений, делают почву клейкой, бесструктурной и малопригодной для обработки. На поверхности почвы образуется водонепроницаемая корка. Коренное улучшение почв достигается заменой натрия на ионы кальция. При внесении в такие почвы фосфогипса происходит образование сульфата натрия, который легко вымывается, что способствует нормализации водопроницаемости почвы. В отличии от фосфогипса природный гипс хуже растворяется в почве из-за своего химического состава, поэтому в сельском хозяйстве используют хорошо растворимый фосфогипс. Его вносят в почву один раз в несколько лет в большом количестве – 6-7 тонн на 1 гектар. Помимо функции выщелачивания и снижения щелочности почвы, природный материал является еще и удобрением. В его составе присутствуют кальций, фосфор, сера и другие микроэлементы, что увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур. К тому же перед внесением в почву он не требует очистки от P2O5, так как фосфор, который в нем содержится в виде P2O5, усваивается растениями. Разовое внесение дозы фосфогипса обеспечивает прирост урожайности пшеницы порядка 15 центнеров на 1 гектар (за все время действия). При повышенной кислотности растения хуже усваивают фосфор, кальций, калий и серу. Даже если вносить большие дозы минерального питания, проблему не решить: часть удобрений останется невостребованной и будет подкислять почву. Так хозяйство тратит деньги впустую, а себестоимость продукции увеличивается. Фосфогипс помогает поднять коэффициент использования растениями азотно-фосфорных удобрений на 15-25%. Сера из фосфогипса вступает в реакцию замещения и высвобождает фосфор из связанного состояния с алюминием и железом. В итоге увеличиваются доступные для растений формы серы, фосфора, а за счет активизации почвенной биоты — нитратного азота. 1.2.3. Применения фосфогипса в дорожном строительстве Когда влажный грунт под дорогой замерзает, он расширяется — происходит морозное пучение грунта. Из-за этого дорожное полотно может неравномерно подняться на 5-10 см и пойти трещинами. Когда грунт оттает, внутри него образуются пустоты — это приводит к неравномерной просадке дорожной одежды, потере прочности и появлению дефектов на дороге. Чтобы справиться с морозным пучением, дорожники удаляют слой пучинистого грунта и заменяют его песком или другим непучинистым грунтом — вода в нем не задерживается. А для разделения слоев дополнительно используют геотекстиль. Но даже с применением грунтозамещающих технологий со временем поверхность дороги все равно вспучивается, появляются ямы и трещины. Для более эффективного решения проблемы можно использовать фосфогипс. · После укладки в качестве основания дорожной одежды и уплотнения фосфогипс не впитывает влагу. Вода промерзает вне дорожного пирога и не разрушает слои. · У фосфогипса низкая теплопроводность — это уменьшает промерзание. Грунт под дорожным полотном медленнее охлаждается и нагревается, поэтому дорога из фосфогипса служит более 50 морозоциклов. Одна из проблем строительства дорог в болотистой местности — слабое основание. Если участок пролегает по торфу или мягкому суглинку, а по дороге передвигается большегрузный транспорт, дорожное полотно быстро разрушается. У дороги из фосфогипса есть несколько преимуществ при работе со слабым грунтом: · Небольшой вес материала. После уплотнения и кристаллизации плита из фосфогипса теряет влагу и становится легче аналогичного слоя песка и гравия. · Нагрузка распределяется равномерно. Слой фосфогипса работает как большая плита — вес не так сильно давит на слабый грунт. На участках с повышенной влажностью дороги быстро разрушаются. Вода размывает обочины, снижается прочность основания, меняется геометрия, состав и свойства дорожных одежд. Для борьбы с размыванием увеличивают ширину проезжей части, используют геотекстиль, укрепляют обочины. В особо сложных случаях по краям делают монолитные конструкции — это защищает дорожное полотно, но существенно увеличивает смету. Дорогу из фосфогипса не нужно дополнительно защищать — после уплотнения фосфогипс превращается в монолитную плиту, которая не впитывает влагу и поэтому не размывается водой. Песок и щебень могут вымываться дождем и грунтовыми водами. Фосфогипс — нет. Дорожный фосфогипс подходит для строительства дорог, к которым вплотную подходит вода. Основные преимущества материала: · Основание из фосфогипса не боится размывания. · Низкая теплопроводность материала снижает воздействие морозного пучения. · Плита весит меньше песка и гравия — это снижает нагрузку на слабый грунт. · Фосфогипс стоит гораздо меньше других дорожно-строительных материалов — это особенно заметно на объектах в сложных условиях. 1.2.4. Применения фосфогипса при производстве цемента В цементной промышленности фосфогипс применяют как минерализатор при обжиге клинкера и как добавку для регулирования схватывания цемента вместо природного гипса. Добавка 3-4% фосфогипса в шлам позволяет увеличить коэффициент насыщения клинкера с 0,89-0,9 до 0,94-0,96 без снижения производительности печей, повысить стойкость футеровки в зоне спекания вследствие равномерного образования устойчивой обмазки и способствует получению легко размалываемого клинкера. Механизм минерализирующего действия фосфогипса обусловлен каталитическим влиянием SО3 при температурах ниже 1400 °С, вызывающим снижение вязкости расплава, увеличение его количества и образование промежуточных соединений, связывающих СаО. Определенное положительное влияние оказывают примеси фосфорного ангидрида и фтора. Установлена пригодность фосфогипса для замены гипса при помоле цементного клинкера. Высокое содержание серного ангидрида и наличие примесей водорастворимых соединений фосфора и фтора обусловливают более высокий эффект замедления сроков схватывания фосфогипсом, чем гипсовым камнем. Это позволяет уменьшить дозу замедлителя по сравнению с обычной для природного гипса. Широкое применение фосфогипса как добавки при производстве цемента возможно лишь при его подсушке и гранулировании. Влажность гранулированного фосфогипса не должна превышать 10-12%. Фосфогипс может служить и основным сырьевым компонентом в производстве цемента, что обеспечивает эффективный процесс одновременного получения цементного клинкера и серной кислоты, сущность которого заключается в термохимическом разложении сульфата кальция в восстановительной среде. Основным требованием к составу шихты является ограничение содержания Р2О5 не более 2,5% при оптимальном количестве фторидов, устанавливаемом отдельно для каждого сочетания сырьевых материалов. Наличие даже небольшого количества остаточных сульфатов в клинкере усиливает вредное действие фосфатов и фторидов. Фосфогипс до введения в шихту целесообразно высушивать до образования фосфоангидрита. Структура получаемого клинкера отличается большей пористостью, благодаря чему он размалывается легче, чем обычный. По данным Гипроцемента, из фосфогипса можно получать цементы средних марок. Независимо от его происхождения, соответствующий нормативным техническим документам гипс используется на стадиях как обжига цементного клинкера, так и на стадии его помола. Основным направлением применения является второе как с позиции объема (на этой стадии добавляется до 8 из 10% всего объема добавки гипса), так и с позиции цели добавления – регулирование сроков схватывания цемента. Помимо «выравнивания» сроков схватывания относительно минерального сырья (которое, как любое природное сырье, подвержено неравномерности параметров), варьирование количества добавляемого гипса при помоле клинкера позволяет регулировать свойства цемента в зависимости от нужд его дальнейшего применения. Так, при отработке химизма взаимодействия цемента с водой (в пенобетонных технологиях), активирование цемента путем домола увеличивает количество выхода в реакцию трехкальциевого алюмината С3А, что корректируется увеличением процента гипса. Известное свойство гипса по ускорению схватывания цемента при увеличении его количества в составе выше порогового значения 8% оказывается весьма актуальным в производственно-технологических цепочках, где быстрое схватывание является желательным явлением и т.д.
| 
