Прошлое столетие особенно ярко продемонстрировало ухудшение условий окружающей среды. Наибольшую тревогу вызывает высокий уровень загрязнения поверхностных вод. Это происходит из-за чрезмерных сбросов неочищенных стоков всевозможных производств. Одним из таких примеров является расположенный на территории Томской области Сибирский химический комбинат, который широко известен как производитель ядерного топлива для атомных электростанций. Однако на Сибирском химическом комбинате существует несколько вспомогательных производств, среди них технология получения фтороводорода. В этой технологии используется сернокислотное разложение плавикового шпата с образованием отхода фторангидрита — безводного сульфата кальция.
Производства с подобными отходами существуют не только в Томской области, но в Красноярском, Пермском краях, республике Казахстан, усугубляя и без того сложную экологическую обстановку. В Обском бассейне решением данной проблемы и является комплексная утилизация фторангидрита в производстве строительных материалов и изделий различной номенклатуры. Например, известно, что фторангидрит используют в некоторых странах в качестве ангидритового вяжущего в строительных растворах, пигмента строительных композиций, также в качестве регулятора сроков схватывания цемента.
Актуальность диссертационной работы. За последнее время накоплено на территории России или сбрасывается в. водоемы огромное количество твердых сульфаткальциевых производственных отходов. В состав данных отходов кроме малоопасных сульфатных соединений, повышающих общую засоленность почв и вод поверхностных водоемов, входят водорастворимые высокотоксичные фторсодержащие соединения, содержание которых в сточных водах превышает значение ПДК в тысячи раз. Общий характер токсического действия фторидов на живые организмы основан на ядовитых свойствах, действующих в основном на ферменты, блокируются также 8Н-группы. Фтор-ион является сильнейшим окислителем и провоцирует в биосфере синергетический эффект — образование токсикогенных фторорганических соединений.
В связи с тем, что сброс перечисленных загрязняющих веществ происходит регулярно и больших объемах (в г. Томске 13,5 тыс. тонн в год, всего в России около 350 тыс. т в год, в Казахстане 100 тыс. т в год) окружающей среде наносится значительный ущерб.
Поэтому комплексная утилизация фторангидрита в производстве строительных изделий позволит предотвращать негативное воздействие на окружающую среду, а применение полученного материала позволит заменить и экономить природное сырье, а также развивать ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии.
Проведенные исследования по изучению механизма пластифицирования цементных растворных смесей фторангидритом, а также механизма кристаллизации гидратированного фторангидрита дают возможность прогнозировать прочностные характеристики получаемых на основе фторангидрита изделий.
Отходы, за счет соответствующих способов переработки, превращаются в материал со стабильными свойствами, что позволяет их использовать в масштабах промышленности.
Диссертационная работа выполнена в рамках совместной научно-инновационной программы Министерства атомной промышленности и Министерства образования РФ «Повышение безопасности и экологичности объектов атомной промышленности», целевой программы инновационных молодежных проектов в г. Томске в 2006 г, тематических научно-исследовательских программ Томского политехнического университета.
Объект исследования — твердые отходы фтороводородного производства Сибирского химического комбината — фторангидрит.
Предмет исследования — способы обезвреживания и переработки кислых твердых отходов фтороводородных производств, физико-химические, механические и пластифицирующие свойства фторангидрита и изделий на его основе, а также технологические параметры процессов их получения.
Целью данной работы является разработка способов снижения экологической нагрузки на окружающую среду в местах расположения фтороводородных производств за счет новых технологий использования твердых сульфаткальциевых отходов фтороводородного производства Сибирского химического комбината в качестве вторичных материальных ресурсов при получении пластификатора цементных строительных растворов и бетонов и отделочных листов сухой штукатурки.
Задачи исследования.
1. Комплексная экологическая оценка вреда, наносимого окружающей среде твердыми сульфаткальциевыми отходами фтороводородных производств, а также анализ ресурсного потенциала фторангидрита.
2. Разработка технологий получения отделочных листов сухой штукатурки и пластификатора, а также массовых соотношений компонентов указанных технологий на основе вторичного материального ресурсафторангидрита.
3. Исследование структуры образования сульфаткальциевых кристаллов под воздействием внешних сил и уточнение механизма пластифицирования строительных растворов и бетонов кальцийсодержащим компонентом.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
1. Проведена комплексная экологическая оценка воздействия твердых отходов фтороводородных производств на окружающую среду.
2. Установлено негативное влияние фтор-иона в водной среде на биообъекты, заключающееся в угнетении роста и последующей гибели некоторых видов водорослей и рыб.
3. Предложены и разработаны способы предотвращения загрязнения окружающей среды твердыми сульфаткальциевыми отходами фтороводородных производств в виде технологий получения листов сухой ангидритовой штукатурки и пластификатора цементных строительных растворов и бетонов путем использования вторичного материального ресурса — фторангидрита.
4. Изучен механизм кристаллизации гидратированного фторангидрита и установлен приоритетный рост кристаллов в направлении влияния внешних сил (центробежной и магнитной).
5. Предложен и обоснован вероятный механизм пластифицирования строительных кладочных растворов и бетонов фторангидритом, а также доказано влияние фторангидритовой пластифицирующей добавки на увеличение прочностных характеристик изделий из цементных растворов и бетонов.
6. Установлены оптимальные массовые соотношения фторангидритового вяжущего, наполнителя, ускорителя схватывания и воды — исходных компонентов ангидритовых изделий — отделочных листов сухой штукатурки, и определены режимы виброформования.
Практическая значимость работы. На основании полученных экспериментальных результатов практической значимостью обладают следующие данные: усовершенствованная технология унификации твердых отходов фтороводородного производства Сибирского химического комбинатаразработанные составы цементных строительных растворов и бетонов с добавкой фторангидрита в качестве пластификатораразработанные составы и режимы для получения отделочных листов сухой штукатурки как в лабораторных, так и в промышленных условиях, на основании которых разработаны и зарегистрированы технические условия ТУ 5742−046−2 069 303−2004, согласованные с Департаментом природных ресурсов и охраны окружающей среды, Томским центром стандартизации, метрологии и сертификации, Центром Госсанэпиднадзора в Томской области, что позволяет использовать техногенный ангидрит в промышленных масштабах;
Практическая значимость диссертационных исследований подтверждается тем, что разработанные на их основе технические решения признаны изобретениями (4 патента РФ).
Методология работы. Исследования по получению, обезвреживанию и преобразованию фторангидрита в исходное сырье строительного назначения основаны на использовании научных положений в области технологии неорганических веществ и технологии получения строительных материалов таких исследователей, как Ле-Шателье, Будников П. П., Бутт Ю. М., Гузь С. Ю., Ратинов В. Б. и специалистов ведущих научно-исследовательских центров — ПГТУ, УГТУ «УПИ», ТПУ, ТГАСУИльинский Б.П., Гашкова В. И., Федорчук Ю. М., Кудяков А. И., и др. В работе использованы стандартные методы исследований физико-химических свойств используемых реагентов и методики проверки качества получаемых изделий согласно ГОСТ, и современные структурно-чувствительные методы. Исследования по разработке составов и технологических решений производства строительных материалов с использованием обезвреженного твердого отхода фтороводородного производства выполнялись на основе научных положений теории кристаллизации неорганических солей и твердения цементных систем.
Достоверность результатов обеспечивается применением тестированных методик экспериментальных исследований, а также воспроизводимостью результатов.
Положения, которые защищаются в работе.
1. Обоснование вредного влияния сульфаткальциевых отходов фтороводородных производств на окружающую среду, заключающееся в сбросе 270 тыс. т/год фторангидритовой пульпы с повышенным содержанием фтор-, сульфат-ионов, взвешенных веществ, а также нанесении окружающей среде Томского региона вреда в сумме около 60 млн руб./год.
2. Токсикологическое воздействие фтор-иона в водной среде на биообъекты.
3. Метод предотвращения загрязнения и воздействия на окружающую среду фторангидрита посредством его унификации и использования в качестве вяжущего и пластификатора при получении строительных материалов и изделий, а также их составы и свойства.
4. Структурообразование кристаллов сульфата кальция в направлении действия внешних сил (центробежной и магнитной).
5. Вероятностный механизм пластифицирования цементных строительных растворных смесей техногенным ангидритом, заключающийся в повышении плотности, как электростатической, так и кажущейся в гетерогенной системе цементной растворной смеси.
Личный вклад автора. Проведение комплексной экологической оценки воздействия фторангидрита на окружающую среду, исследования по определению физико-химических свойств ангидритового пластификатора, влияния компонентов исходных смесей на основе фторангидрита на прочностные характеристики изготовленных изделий, механизма структурообразования сульфаткальциевых кристаллов, обобщение данных литературных источников, разработка ресурсосберегающей технологии, проектирование, организация и проведение полупромышленных испытаний линии получения листов сухой ангидритовой штукатурки и промышленные испытания по применению ангидритового пластификатора проведены автором лично.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы были представлены: на 8-м международном российско-корейском симпозиуме науки и технологии «Когиэ — 2004», г. Томск, 2004 г.- на 6-м, 7-м, 8-м, 9-м, 10-м и 11-м международных научных симпозиумах имени академика М. А. Усова студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр», г. Томск, 2002 — 2007 гг.- на 4-ой, 5-ой, 6-ой всероссийских конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия молодых — экономике России», г. Томск, 2003 — 2005 гг.- на 7-ой и 8-ой международных научно-практических конференциях студентов и молодых ученых «Энергия молодых — экономике России», г. Томск, 2006 — 2007 гг.- на 9-ой, 10-ой, 11-ой и 12-ой всероссийских научно-технических конференциях «Энергетика: экология, надежность, безопасность», г. Томск, 2003 — 2006 гг.;
1-ой всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках межрегиональной выставки «Безопасность. ТЭК-2008» «Инновации в области энергои ресурсосбережения», г. Пермь, 2008 г.- на выставке-конкурсе «Сибирские Афины» — лауреат номинации «Природопользование. Охрана окружающей среды», г. Томск, 2004 г.- на международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» — диплом II степени в номинации «Лучший инновационный проект в области экологии и рационального природопользования», г. Санкт-Петербург, 2006 г., на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций — диплом II степени, г. Москва, 2007 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ из них 3 статьи в журналах, входящих в Перечень ВАК, 2 патента РФ на полезные модели, 2 патента РФ на изобретения.
Объем работы. Диссертация выполнена на 120 листах машинописного текста, содержит 14 рисунков, 20 таблиц, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, содержащего 145 источников и приложения,.
Выводы:
1. Проведенные исследования показали, что избыток нейтрализатора повышает прочность фторангидритовых образцов, но до определенного предела — не более 2% масс. Дальнейшее увеличение избытка карбидного ила приводит к снижению прочности изготовленных образцов. Прочность изготовленных образцов повышается с ростом содержания серной кислоты во фторангидрите до 15% масс., а при содержании кислоты больше 15% масс, прочность изготовленных образцов уменьшается. Для стабилизации и достижения максимальных значений вяжущих свойств фторангидрита необходимо вводить добавку серной кислоты с общим содержанием — 15% масс. При этом избыток нейтрализатора не должен превышать 2% масс. ¦ 2. Для применения фторангидрита при изготовлении строительных отделочных листов сухой ангидритовой штукатурки в ангидритовую шихту необходимо вводить наполнитель шлак ТЭС в количестве — 30% масс, и увеличивающий прочность на изгиб наполнитель — минеральную вату — 3% масс.
3. Экспериментальные данные показывают, что оптимальными являются режимы работы виброустановки для получения листов сухой ангидритовой штукатурки при достижении амплитуды вибрационных колебаний 0,2 — 0,3 мм, прочность полученных изделий наибольшая, раствор уплотняется наилучшим образом и подвижности массы 5,5 см осадки по конусу, что соответствует наибольшей прочности ангидритовых образцов.
4. В соответствии с известными данными по гипсу, кристаллы сульфата кальция, при твердении изделия в условиях действия только силы гравитации, имеют игольчатую форму. Приоритетным направлением роста кристаллов является направление, параллельное вектору силы гравитации.
5. При воздействии на твердеющее сульфаткальциевое изделие (например, из фторангидритового вяжущего или фторангидрита) одной из внешних сил, помимо сил гравитации (постоянного магнитного поля или центробежных сил), вектор которой перпендикулярен вектору сил гравитации, установлено явление приоритетного роста кристаллов, как в направлении вектора гравитации, так и в направлении другой внешней силы.
Глава V. Разработка технологий утилизации фторангидрита для получения строительных материалов и изделий 4.1. Усовершенствование технологии унификации фторангидрита.
Образующийся при разложении плавикового шпата серной кислотой фторангидрит Сибирского химического комбината представляет собой гранулообразный материал с размерами гранул и частиц от нескольких микрон до десятков миллиметров, содержащий серную кислоту в количестве от 1 до 10 и более % масс. В связи с этим технология унификации фторангидрита содержит стадии обезвреживания исходного материала за счет реакции нейтрализации щелочесодержащим реагентом, в данном случае это карбидный ил, и измельчения до размера гранул, не превышающим 1,25 мм, в соответствии с ГОСТ 5802–86.
Разработанная профессором Федорчуком Ю. М. технологическая схема унификации фторангидрита СХК представлена на рис. 10. функционировала на протяжении 2001 — 2003 гг. на опытно-промышленной площадке ТПУ.
Рис. 10. Технологическая схема унификации фторангидрита СХК.
Поставляемый с Сибирского химического комбината фторангидрит, разгружают в приемный бункер 1. С помощью дозирующего устройства 2 и скребково-ковшового транспортера 3 фторангидрит подают в шаровую мельницу 5 через промежуточный бункер 4. В приемный бункер 6 разгружают поставляемый также автотранспортом нейтрализатор, в качестве которого используют высушенный карбидный ил, содержащий гашеную известь (Са (ОН)2). В определенном соотношении через дозатор 7 и шнек 8 нейтрализатор направляют также в промежуточный бункер 4. В бункер 9 загружают ускоритель схватывания, в качестве которого обычно используют кристаллические соли одновалентных металлов, таких как NaCl, NaS04, KCl, K2S04.
Ускорители схватывания можно получать путем смешивания растворов отработанной серной кислоты свинцовых аккумуляторов с растворами отработанной калиевой щелочи (КОН) никель-кадмиевых щелочных аккумуляторов с последующей сушкой и измельчением образующихся кристаллов K2SO4, которые затем направляют в бункер 9.
Ускорители схватывания можно вводить в жидком виде в растворобетономешалку на стадии получения ангидритовых строительных растворов различного назначения (штукатурные, кладочные, для получения шлакоблоков, половых стяжек, самонивелирующихся полов, монолитного домостроения и пр.).
С целью повышения марочности ангидритового вяжущего из емкости 12 через (объемный) дозатор 13 по трубопроводу 14 подают отработанную аккумуляторную кислоту концентрацией не менее 10% мае. непосредственно в мельницу 5. При этом расход нейтрализатора увеличивается за счет нейтрализации дополнительно 'вводимой в состав фтороводородных твердых отходов серной кислоты. В этом случае в качестве нейтрализатора может использоваться только негашеная известь с активностью по СаО не менее 40% мае. Это условие связано с тем, чтобы вводимые с отработанной аккумуляторной кислотой количества воды перешли в парообразное состояние за счет выделяемого тепла экзотермичной реакции нейтрализации.
Таким образом, в шаровую мельницу поступили все необходимые компоненты ангидритового вяжущего, и в ней происходит нейтрализация серной кислоты, перемешивание всех твердых компонентов, выравнивание состава шихты и предварительное измельчение.
После предварительного измельчения и нейтрализации в мельнице 5 с помощью транспортера 15 материал подают на стадию тонкого помола в дезинтегратор 17 через промежуточный бункер-дозатор 16. Бункер 16 оборудован шиберным дозатором для сыпучего материала и патрубком для забора атмосферного воздуха — А, с помощью которого поддерживается оптимальное соотношение Т: Г (твердое—газ) в дезинтеграторе.
После дезинтегратора смонтирована система улавливания порошкообразного ангидритового вяжущего различного фракционного состава: пылеосадительная камера для фракции I — выше 80 мкм, циклон 19 с приемным бункером 20 под фракцию II — 40−80 мкм, рукавные тканевые фильтры 21 под фракцию III — 2−40 мкм и абсорбер 22 комбинированного типа с отстойником 23 и циркуляционным насосом 24 для санитарной очистки сбрасываемого в атмосферу воздуха и использования ангидритовой пульпы-Г при приготовлении строительных растворов. Накапливающийся в отстойнике осадок направляют на получение ангидритовых строительных материалов по «мокрой» технологии. Фракцию I — Б — направляют на получение конструкционных материалов типа шлакоблоки, сухих штукатурных смесей или штукатурных растворов, фракцию П-В — на получение сухих шпаклевочных смесей или шпаклевок, фракцию III — на получение сухих красок или окрасочных растворов. При необходимости фракции I и II можно объединить и направлять на получение шпаклевок или объединить все фракции и направлять на получение шлакоблоков или штукатурных растворов.
Анализ параметров разработанной профессором Федорчуком Ю. М. технологической линии унификации фторангидрита, показал, что при вводе в эксплуатацию она оказалась высоко энергоемкой. Технико-экономический расчет указанной технологии показал некоторые экономически не выгодные детали, в частности использование измельченного до 125−80 мкм унифицированного ангидрита для приготовления штукатурных строительных растворов, шлакоблоков, тогда как для этих изделий и материалов в основном используют сырье с тониной помола менее 1,25 мм. Излишне тонкое измельчение приводит к удорожанию готовой продукции и перерасходу электроэнергии. В этом случае автором было предложено усовершенствовать существующую технологию унификации — отбирать часть измельченного в шаровой мельнице ангидрита и направлять его не в дезинтегратор, а прямо в производство штукатурных растворов и шлакоблоков.
Усовершенствованная схема унификации фторангидрита представлена на рис. 11.
Рис. 11. Усовершенствованная технологическая схема унификации фторангидрита.
Усовершенствование технологии позволит экономить электроэнергию и снизить себестоимость готовой продукции — техногенного ангидрита для получения штукатурных растворов и шлакоблоков, что повысит конкурентоспособность ресурсосберегающей технологии комплексной утилизации сульфаткальциевых отходов Сибирского химического комбината.
4.2. Полупромышленные испытания процесса пластифицирования техногенным ангидритом сухих цементных строительных смесей.
На ОАО «Завод сухих строительных смесей Богатырь» были проведены полупромышленные испытания цементных растворных смесей с добавкой техногенного ангидрита в качестве пластификатора.
Полученные результаты подтвердили явление пластифицирования цементных строительных растворов техногенным ангидритом. Акт о проведении промышленных испытаний составов цементных строительных растворов с добавкой фторангидрита в качестве пластификатора (см. приложение).
4.3. Полупромышленные испытания процесса получения отделочных листов сухой ангидритовой штукатурки.
На опытно-промышленной площадке Томского политехнического университета была смонтирована часть технологической линии производства отделочных листов сухой ангидритовой штукатурки и проведены полупромышленные испытания. Полученные образцы с размерами 1200×600×10 отвечают ТУ 5742−042−2 069 303−2004 и не уступающие по прочностным характеристикам листам ГКЛ и ГВЛ, производимым фирмой «Knauf». Разработанная технологическая линия производства листовых и крупноразмерных строительных изделий из формовочных смесей на основе сульфаткальциевого вяжущего — техногенного ангидрита позволяет перерабатывать фторангидрит в облицовочные листы и плиты, панели для межкомнатных перегородок, ограждения и др. Технологическая линия содержит участки приготовления формовочной смеси, формования строительных изделий и обработки сформованных строительных изделий, например листовых строительных изделий, которые могут найти применение для облицовки стен, потолков и перегородок помещений зданий различного назначения.
Принципиальная технологическая схема данного производства представлена на рис. 12.
Рис. 12. Технологическая схема нейтрализации фторангидрита и получения сухой штукатурки Поставляемый с СХК фторангидрит разгружают в приемный бункер ФА. С помощью шнека Ш и дозирующего устройства Д фторангидрит попадает в шаровую мельницу. Карбидный ил, поставляемый с завода «Ацетилен» разгружают в приемный бункер КИ и также с помощью шнека Ш и дозатора Д в определенном соотношении попадает в шаровую мельницу.
В шаровой мельнице фторангидрит и карбидный ил измельчаются, перемешиваются, а содержащаяся во фторангидрите серная кислота нейтрализуется. После этого продукт — техногенный ангидрит транспортером подается на вибросито, где отсеивается фракция менее 1 мм. Эта фракция подается в промежуточный бункер ТАь откуда по мере необходимости элеватором поднимается в напорный бункер ТА2 из которого происходит дозировка техногенного ангидрита. Непрошедшая через вибросито смесь направляется на вход в шаровую мельницу.
Техногенный ангидрит и шлак, через дозатор попадают в скип, затем в растворобетоносмеситель РБС, куда также подаются дозированные компоненты — отработанные аккумуляторные кислотный и щелочной электролиты, вода. В РБС происходит тщательное перемешивание всех компонентов. Через бункер дозатор смесь попадает на вибростол, где заранее уложены технологический поддон и материал армирующего слоя. После уплотнения массы на вибростоле изделие на технологическом поддоне с помощью толкателя и рольганга перемещается к манипулятору, которым оно перегружается на стеллаж. Стеллаж по рельсовому пути попадает на склад полуфабриката, где выдерживается на протяжении времени от 8 до 16 часов.
По истечении этого времени затвердевшие листы переворачивают, и перегружают на склад, где выдерживают в течение еще 6-ти суток для набора прочности. После этого изделия досушивают в потоке теплого воздуха, который создается при воздушном охлаждении шаровой мельницы, и таким образом утилизируется тепло, полученное в результате экзотермической реакции1 нейтрализации серной кислоты. Затем изделие отделяют от технологического поддона, упаковывают и перегружают на склад готовой продукции.
Полученные результаты легли в основу заявки на патент РФ на полезную модель «Технологическая линия производства листовых и крупноразмерных строительных изделий из формовочных смесей на основе сульфаткальциевого вяжущего — техногенного ангидрита».
Полезная модель относится к схемам размещения оборудования при производстве строительных изделий, а именно к технологическим линиям производства строительных изделий из формовочных смесей, содержащих вяжущие вещества, и может найти применение при изготовлении листовых и крупноразмерных строительных изделий, например облицовочных листов и плит, панелей для межкомнатных перегородок, ограждений и др. на основе сульфаткальциевого вяжущего — техногенного ангидрита.
Технологический процесс изготовления строительных изделий из минерального сырья с использованием вяжущих материалов состоит из большого количества производственных операций. Эти операции по своему назначению и характеру выполнения объединяются в несколько технологических стадий, важнейшими из которых являются приготовление формовочной смеси, формование строительных изделий и обработка сформованных изделий.
Производство строительных изделий осуществляется посредством разнообразного основного и вспомогательного технологического, грузоподъемного и транспортного оборудования, номенклатура и технические характеристики которого определяются различными факторами. Основными из них являются: химические, физические и механические свойства сырьевых материалов и вяжущего, назначение и эксплуатационные характеристики строительных изделий и некоторые другие. Все это оборудование, размещенное на рабочей площадке, образует технологическую линию производства тех или иных строительных изделий. В соответствие с вышеназванными стадиями технологического процесса технологические линии включают следующие основные производственные участки (цехи, отделения и др.): подготовки сырьевых компонентов и приготовления формовочной смеси (далее — участок приготовления формовочной смеси), формования строительных изделий, уплотнения формовочной смеси (далееучасток обработки сформованных строительных изделий) [142].
Известна технологическая линия производства гипсовых плит, состоящая из трех технологических участков [143].
Участок приготовления формовочной смеси включает линию доставки измельченного гипса и смесительный узел. Линия доставки гипса оснащена приемным бункером, пневмопроводом и промежуточными силосами с дозаторами. Смесительный узел оборудован гипсомешалкой, шнеком подачи гипса и дозатором подачи воды.
Участок изготовления гипсовых плит имеет рольганг для доставки свободных поддонов, рольганг для передачи поддонов с заформованными плитами, рольганг-накопитель, гидравлический шестиярусный пресс.
Участок обработки готовых гипсовых плит оборудован рольгангом для перемещения поддонов с готовыми плитами, площадкой для расформовки плит, краном с пневмоприсосом, установкой для обрезки плит, сушильными вагонетками, сушилками с лифтами загрузки, тележками для транспортировки готовых плит на склад товарной продукции.
Приведенная технологическая линия предназначена исключительно для производства гипсовых неармированных и армированных листов и плит и не может быть использована для изготовления строительных изделий иной номенклатуры из формовочных смесей на основе воздушного вяжущего.
Известна технологическая линия производства стенных блоков из тяжелого силикатного бетона [144]. Участок приготовления формовочной смеси этой технологической линии включает линию подготовки песчано-известкового вяжущего, линию подготовки песчано-цементного вяжущего и смесительный узел. При этом, линия подготовки песчано-известкового вяжущего состоит из линии обработки песка (оборудование: приемный бункер, ленточный питатель, элеватор, вибросито), линии обработки извести (оборудование: приемный бункер, ленточный питатель, щековая дробилка, ленточный питатель, элеватор), смесительного узла (оборудование: расходные бункеры песка и извести с питателями и шнеком, шаровая мельница, элеватор, бункер известково-песчаного вяжущего, пневмовинтовой насос). Линия подготовки песчано-цементного вяжущего оснащена следующим оборудованием: приемным бункером песка, ленточным питателем, элеватором, цилиндрическим грохотом, расходным бункером песка и цемента, сборной воронкой, дозатором воды, растворомешалкой, ленточным питателем. Смесительный узел участка содержит: силосы, питатель ленточный, элеватор, бункер силикатнобетонной смеси, дозатор воды и растворобетономешалку.
Участок изготовления панелей оборудован ленточным питателем, бетоноукладчиком, формоукладчиком, виброплощадкой, мостовым краном.
Участок обработки сформованных панелей оснащен следующим оборудованием: стеллажами для выдержки панелей в формах, транспортными вагонетками, пропарочными камерами, механизмами для распалубки форм, грузоподъемными машинами, тележками для фабрикатов плит, складскими помещениями.
Данная технологическая линия используется в производстве крупногабаритных строительных изделий, например стенных блоков, панелей перекрытий, балок и т. п., и не может быть применена при изготовлении листовых строительных изделий из формовочных смесей на основе сульфаткальциевого вяжущего — техногенного ангидрита.
Известна технологическая линия производства шлакоблоков из формовочных смесей на основе вяжущего — ангидрита [145]. Эта линия и принята за прототип полезной модели, поскольку в основе работы полезной модели и известной технологической линии имеют место одни и те же технологические процессы — виброформование строительных изделий и последующая воздушная сушка сформованных изделий, а следовательно и подобие основного технологического и вспомогательного оборудования. Кроме того, полезная модель наряду с изготовлением крупноразмерных строительных изделий, позволяет производить и небольшие по размеру строительные изделия — блоки, кирпичи, плитки.
Указанная технологическая линия производства шлакоблоков укомплектована необходимым основным и вспомогательным технологическим, грузоподъемным и транспортным оборудованием и состоит из трех участков: приготовления формовочной смеси, изготовления (формования) шлакоблоков и обработки полуфабриката шлакоблоков.
Участок приготовления формовочной смеси включает линию нейтрализации кислого сульфаткальциевого отхода производства фтористого водорода и приготовления ангидритового вяжущего, линию подготовки шлака и смесительный узел. При этом линия нейтрализации кислого сульфаткальциевого отхода производства фтористого водорода и приготовления ангидритового вяжущего включает оборудование для тонкого измельчения и перемешивания смеси, пылеулавливающее устройство, приемные бункеры и емкости компонентов смеси с питателями и дозаторами и другое технологическое оборудование.
Участок изготовления (формования) шлакоблоков оснащен расходным бункером с питателем и дозатором, виброформовочной установкой и съемниками-укладчиками шлакоблоков. Виброформовочная установка представляет собой двухсекционную кассетную виброформу, снабженную гидровыталкивателями шлакоблоков из форм кассет. Установка смонтирована на рельсовой тележке с гидротолкателем. Съемники-укладчики шлакоблоков — это блокозахватные приспособления, приводимые в действие рычажно-шарнирными механизмами с пневматическим приводом, подвешенные к грузоподъемным механизмам или машинам.
Участок обработки свежесформованных шлакоблоков оснащен необходимым транспортным и грузоподъемным оборудованием, бесконечным рельсо-вагонеточным конвейером с гидротолкателями и рельсовым перегружателем транспортных поддонов со шлакоблоками, а также сушильным отделением со стеллажами. При этом рельсовый путь выполнен в виде кольца, т. е. бесконечным.
Недостатком этой технологической линии, принятой за прототип, состоит в том, что, во-первых, она может быть использована лишь для изготовления мелкоразмерных строительных изделий, т. е. небольших блоков, кирпича и т. п., и во-вторых — она довольно сложна по конструкции, громоздка и занимает значительные рабочие площади.
В связи с вышеизложенным, поставлена задача разработать сравнительно простую по конструкции компактную технологическую линию, посредством которой можно было бы производить не несущие крупноразмерные строительные изделия, в частности облицовочные листы и плиты, панели для межкомнатных перегородок, панели и решетки для оград и др., из формовочных смесей на основе вяжущего — ангидрита, причем в условиях небольших производств, например малых предприятий.
Поставленная задача решена следующим образом. Технологическая линия содержит следующие основные участки: приготовления формовочной смеси (включает приемные бункеры и емкости с питателями и дозаторами для сырьевых компонентов и растворосмеситель), участок формования строительных изделий — расходный бункер с питателем и дозатором и виброформовочную установку, выполненную в виде виброплощадки с установленной на ней формой с технологическим поддоном, участок обработки сформованных изделий — грузоподъемные машины, сушильное отделение со стеллажами для обработки и сушки сформованных изделий и транспортное оборудование, которое включает рольганг и концевой рельсовый путь с колесными тележками.
Новизна полезной модели усматривается в ином конструктивном выполнении виброформовочной установки и транспортного оборудования.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема технологической линии производства листовых и крупноразмерных строительных изделий из формовочных смесей на основе сульфаткальциевого вяжущего — техногенного ангидрита.
Технологическая линия состоит из трех участков: подготовки формовочной смеси, формования строительных изделий и обработки сформованных строительных изделий (рис. 13).
21 20 19.
12 И 10 15 14 13 18 17 16.
Ч 4 /.
Рис. 13. Технологическая линия производства листовых и крупноразмерных строительных изделий из формовочных смесей на основе сульфаткальциевого вяжущего — техногенного ангидрита.
Участок подготовки формовочной смеси включает следующее оборудование: бункер 1 для кислого сульфаткальциевого отхода производства фтористого водорода с дозатором 2 и питателем 3, емкость 4 для серной кислоты с дозатором 5 и трубопроводом 6, бак 7 для воды с дозатором 8 и водопроводом 9, бункер 10 для нейтрализатора с дозатором 11 и питателем 12, бункер 13 для ускорителя схватывания с дозатором 14 и питателем 15, бункер 16 для заполнителя с дозатором 17 и питателем 18, бункер 19 для армирующего волокнистого материала с дозатором 20 и питателем 21. Кроме того, участок оснащен растворосмесителем 22 для приготовления формовочной смеси.
Участок формования строительных изделий включает расходный бункер 23 для формовочной смеси с дозатором 24 и питателем 25 и виброформовочную установку, которая представляет собой виброплощадку 26 с установленными на ней технологическим поддоном 27 и формой 28. При этом форма 28 может быть выполнена как целиком, так и состоять из нескольких форм.
Участок обработки сформованных изделий включает рольганг 29, стационарный манипулятор (перегружатель) 30, концевой рельсовый путь 31 с колесными тележками 32 и сушильное отделение 33, которое оборудовано стеллажами 34 для полуфабрикатов изделий, стеллажами 35 для расформовки изделий, стеллажами 36 для готовых изделий и передвижным манипулятором (перегружателем) 37.
В случае изготовления армированных строительных изделий участок формования технологической линии оснащается устройствами для наложения облицовочного покрытия 38 и подачи металлической арматуры 39.
Бункеры и емкости 1, 4, 7, 10, 13, 16 и 19 заполняют сырьевыми компонентами, соответственно: кислым сульфаткальциевым отходом производства фтористого водорода Сибирского химического комбината или производства фтористого алюминия Ачинского глиноземного комбината с размерами гранул не более 1,25 мм, концентрированной серной кислотой, технической водой, нейтрализатором кислоты — порошком высушенного карбидного ила или извести, цемента, глины, суглинка и др. с размерами частиц не более 1,25 мм, ускорителем схватывания — порошком хлористого калия, сульфата калия, алюмокалиевых квасцов и др., заполнителемпорошком золошлака ТЭС, шлака ТЭС, известняка или торфа, гравийно-песчанной смесью, древесными опилками и др. с размерами частиц не более 1,25 мм, армирующим волокнистым материалом — сечкой нитей и синтетических полимерных органических материалов или минеральных веществ с длиной и толщиной в зависимости от номенклатуры изготовляемых строительных изделий. Соответственно через дозаторы 2, 5, 8, 11, 14, 17 и 20 по питателям 3, 6, 9, 12, 15, 18 и 21 указанные компоненты попадают в растворосмеситель 22, где они перемешиваются до гомогенной массы.
Эта масса, т. е. формовочная смесь, по питателю 25 направляется в расходный бункер 23, из которого через дозатор 24 подается в форму 28, где она разравнивается. При необходимости перед формованием строительного изделия формовочная смесь оснащается либо армирующим покрытиемсеткой из полимерных или иных нитей, либо арматурой — металлическим профилем. Эта работа выполняется посредством устройств 38 и 39 при включении виброплощадки 26 формовочная смесь, находящаяся в форме 28 на технологическом поддоне 27 подвергается воздействию вибрации, вследствие чего она уплотняется.
Сформованное строительное изделие вместе с формой 28 сначала поступает на рольганг 29, а затем посредством манипулятора 30 укладывается на колесную тележку 32, которая по концевому рельсовому пути 31 перемещается в сушильное отделение 33. В сушильном отделении с помощью передвижного манипулятора 37 форму с изделием укладывают на стеллаж 34 на 7 суток для полного схватывания формованной смеси. Затем.
107 посредством манипулятора 37 форму 28 перемещают сначала на стеллаж 35, где изделие расформовывают, а потом укладывают на 21 сутки на стеллаж 36 для просушки. После этого готовое строительное изделие — лист, плиту, панель и др. поставляют потребителю, либо доставляют на склад готовой продукции.
К преимуществам полезной модели можно отнести: упрощение конструкции технологической линии за счет исключения линии по подготовке сырьевых компонентов, поставляемых в готовом виде, а также упрощение конструкции виброформовочной установки и транспортного оборудованияповышение компактности технологической линии, т. е. уменьшение рабочих площадей под линию, за счет отсутствия линии по подготовке сырьевых компонентов и замены кольцевого рельсового пути на концевой рельсовый путь, упрощение конструкции и большая компактность технологической линии позволяет использовать ее при производстве строительных изделий в условиях малых предприятий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
1. Проведена комплексная экологическая оценка воздействия твердых сульфаткальциевых отходов на окружающую среду. Нанесенный вред бассейну р. Обь от загрязнения сульфаткальциевыми отходами СХК составил около 60 млн руб./год, результаты анализа ресурсного потенциала твердых отходов фтороводородных производств показали, что количество фторангидрита в России оценивается приблизительно в 350 тыс. т/год.
2. Установлено токсикологическое влияние фгор-иона в водной среде на биообъекты — водоросли Перистолистник scabratum и Эгерия najas и рыбы Скалярии, заключающееся в уменьшении времени жизнедеятельности перечисленных объектов с ростом концентрации фтор-иона.
3. Разработан способ снижения воздействия на окружающую среду в местах расположения фтороводородных производств за счет технологий получения пластификатора цементных строительных растворов и бетонов и отделочных листов сухой штукатурки.
4. Разработаны массовые соотношения компонентов технологий получения отделочных листов сухой штукатурки и пластификатора. Оптимальный состав исходной шихты соответствует следующему соотношению компонентов: фторангидрит с содержанием водорастворимого сульфата кальция не менее 12% масс. — 57,5%, карбидный ил — 8%, золошлак — 30%, минеральная вата — 3%, ускоритель твердения — 1,5%. При этом технологические параметры: подвижность исходной шихты — 5,5 см осадки конуса и амплитуда вибрационных колебаний 0,2 — 0,3 мм. Весовое соотношение пластификатора — техногенного ангидрита в цементных строительных растворах и бетонах составляет 30% относительно массы цемента.
5. Исследование структуры образования кристаллов сульфата кальция показало, что в результате воздействия центробежных и магнитных сил на кристаллизующиеся сульфаткальциевые образцы, установлено.
109 явление приоритетной направленности роста кристаллов в направлении вектора действия внешних сил. Предположительный механизм пластифицирования строительных растворов и бетонов кальцийсодержащим компонентом заключается в повышении плотности, как электростатической, так и кажущейся в гетерогенной системе цементной растворной смеси.
