Завод по производству гипсового вяжущего

Завод по производству гипсового вяжущего

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры

Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций

Пояснительная записка

к курсовому проекту

По дисциплине «Вяжущие вещества»

Тема: «Завод по производству гипсового вяжущего»

Выполнила

Новикова Д.В

Принял

доц. Шаповалова О.В.

Днепропетровск 2010г.

Введение

В настоящее время в СНГ и за рубежом концентрированные простые и сложные удобрения, содержащие Р2О5 в водно-растворимой форме, производятся и будут производиться в основном на базе экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), получаемой сернокислотным разложением фосфатного сырья. Образующийся при этом сульфат кальция в зависимости от температуры процесса и концентрации Р2О5 в жидкой фазе кристаллизуется в виде дигидрата, полугидрата или ангидрита.

Образующиеся в качестве побочного продукта дигидрат или полугидрат сульфата кальция в связи с содержанием в них примесей Р2О5 (неразложенного фосфата, недоотмытой фосфорной кислоты, сокристал-лизованного Р2О5) называют соответственно фосфогипс и фосфополугидрат. Но при рассмотрении проблемы транспортирования, хранения и использования оба продукта обычно называют фосфогипсом и их количества приводят в пересчете на сухой дигидрат.

Фосфогипс является многотоннажным и весьма обременительным отходом производства концентрированных простых и сложных удобрений. На отдельных предприятиях количество получаемого фосфогипса достигло огромных величин. Например, в Череповецком ПО «Аммофос» при полном использовании мощностей производств ЭФК за год будет получено более 3,8 млн. т фосфогипса.

По мере развития промышленности фосфорсодержащих удобрений вопросы использования фосфогипса становятся все более актуальными по многим причинам:

- транспортирование фосфогипса в отвалы и его хранение в них связано с большими капитальными вложениями и эксплуатационными затратами;

- для создания отвалов фосфогипса приходится отчуждать большие площади, иногда даже обрабатываемых земель; хранение фосфогипса в отвалах даже при нейтрализации растворимых примесей фосфогипса и правильной эксплуатации отвала, наносит вред окружающей среде.

Негативное влияние отвалов фосфогипса на окружающую среду проявляется в загрязнении атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод почвенно-растительного покрова вредными веществами просачивающимися через экран, а также в результате вымывания их атмосферными осадками и пиления. Так, при сухом складировании (без предварительной нейтрализации) в газовую фазу выделяется в среднем 0,1% фтора, содержащегося в фосфогипсе в пыли, выделяющейся на отвале, содержится в среднем 10 г фтора на 1 т фосфогипса (радиус распространения пыли до 1,5 км); примерно 10% фтора (по обследованным предприятиям) вымывается осадками.

Поэтому решение вопросов, связанных с использованием фосфогипса, в ряде случаев становится условием осуществления строительства новых предприятий фосфорсодержащих удобрений и расширения или даже дальнейшей эксплуатации существующих предприятий.

Доказана возможность использования фосфогипса как вторичного сырья взамен природного сырья, в том числе природного гипса, потребность в котором в промышленности строительных материалов и сельском хозяйстве СНГ достигает 20 млн. т/год.

1. Характеристика выпускаемой продукции

Гипсосодержащие отходы представляют собой влажные порошки или шламы влажностью 20...70% со специфическим запахом и цветом. В высушенном виде -- это тонкодисперсные порошки, состоящие из кристаллов двугидрата, полугидрата или ангидрита или их смеси. Характерной особенностью химических отходов является содержание в них неотмытых кислот и специфических примесей, влияющих на промышленное использование отходов, реакционную способность получаемых из них гипсовых вяжущих и их качество. К числу гипсосодержащих отходов относятся фосфогипс, фосфо-полугидрат, титаногипс, борогипс, фторогипс, гипс витаминного производства и т. п. В настоящее время нашел применение только фосфогипс.

Фосфогипс -- это отход производства экстракционной фосфорной кислоты, получаемой сернокислотной обработкой минералов -- апатита или фосфорита

Са5(РО4)3F +5Н25О4 + 10Н2О = 5СаSО4 * 2Н20 + 0,5Н2F2 +3Н3РО4

На 1 т Р2О5 образуется 4,3.. .5,7 т фосфогипса в расчете на сухой двугидрат. Фосфогипс представляет собой шлам влажностью 20... 40%. Высушенный порошок имеет белый цвет с голубоватым оттенком. Средняя плотность порошка 400...500, шлама 600... 900 кг/м3. В зависимости от условий образования кристаллы могут иметь форму игл длиной 20... 80 мкм, призм размерами 100 мкм в ширину и несколько сотен в длину. Обычно они образуют зернистые агрегаты.

Удельная поверхность фосфогипса 300... 350 м2/кг.

Основным химическим соединением фосфогипса является двугидрат сульфата кальция, содержание которого доходит до 98%, что соответствует гипсовому камню I сорта. Основная примесь фосфогипса -- фосфорный ангидрит Р2O5. Часть фосфорного ангидрита находится в свободном состоянии, другая часть связана в труднорастворимые фосфаты. В малых количествах в фосфогипсе содержатся оксиды алюминия, железа, кальция и натрия, а также неразложившийся апатит, СаF2 и Н2 SiF6. Примеси оказывают решающее влияние на свойства гипсовых вяжущих, так как даже при большом содержании двугидрата в фосфогипсе не всегда удается получить вяжущее высокой прочности с нормативными сроками схватывания.

В настоящее время объемы всех видов гипсосодержащих отходов, в том числе и фосфогипса, принимают большие размеры, транспортирование и хранение их требуют огромных затрат средств. Кроме того, при сбросах отходов засоряется окружающая среда, охрана которой является одной из важнейших проблем народного хозяйства страны. Решение этой проблемы заставляет изыскивать рациональные пути применения гипсосодержащих отходов. Гипсовая промышленность должна стать основным потребителем фосфогипса и других отходов, так как их количество в два раза и более покрывает добычу природного гипса, на разработку которого затрачиваются большие средства.

Основным препятствием для широкого использования фосфогипса в качестве сырья для производства гипсовых вяжущих является наличие в нем примесей, высокая влажность и дисперсность.

Применяют несколько методов очистки фосфогипса от водорастворимых примесей Р2О5 и соединений фтора. Например, фосфогипс обрабатывают известковым молоком или водными растворами портландцемента. При этом фосфаты переходят в Са3(РО4)2, а комплексные фториды -- в СаF и нерастворимые силикаты и алюминаты. Иногда фосфогипс отмывают слабым раствором серной кислоты, которая способствует удалению фосфатных соединений, адсорбированных на поверхности частиц, фосфогипса.

Извлечение примесей, входящих в кристаллическую решетку фосфогипса, происходит также во время дегидратации фосфогипса в водных растворах добавок при гидротермальной обработке.

Фосфогипс очищают и посредством репульпации.

В связи с тем, что фосфогипс содержит много влаги, в зимнее время он смерзается, а в летнее -- высыхает и пылит. Это затрудняет его погрузку в транспортные средства, транспортирование и разгрузку на месте использования. Поэтому с целью эффективного применения фосфогипса в промышленности осуществляют его грануляцию.

Грануляция выполняется двумя способами: использованием вяжущих свойств частично дегидратируемого фосфогипса и использованием связующих добавок.

Гипсовые вяжущие используют для изготовления крупноразмерных перегородочных панелей, мелкоразмерных гипсовых плит и гипсобетонных камней, гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, декоративных и звукопоглощающих плит. Вяжущие, получаемые из гипсосодержащих отходов (фосфогипса), применяют для дорожного строительства, крепления горных выработок, изготовления ГЦП вяжущих и т. п.

Для изготовления строительных изделий применяют нормально-, быстро- и медленнотвердеющие вяжущие марок от Г-2 до Г-7 грубого, среднего и тонкого помола; для изготовления тонкостенных или декоративных изделий -- быстро- и нормальнотвердеющие вяжущие тех же марок, но среднего или тонкого помола.

Объемное расширение вяжущих должно быть не более 0,2%, а содержание металлопримесей в 1 кг вяжущего -- не более 8 мг. Примесей, не растворимых в соляной кислоте, должно содержаться не более 1%. К вяжущему высшей категории относят те из них, которые имеют марку не ниже Г-5, совершенно не содержат примесей, не растворимых в соляной кислоте, а также характеризуются максимальным остатком на сите № 02 не более 12%.

Гипсовые штукатурные растворы приготавливают из вяжущих марок Г-2 ... Г-25 нормального и медленного твердения, среднего и тонкого помола. Вяжущие должны обеспечивать штукатурному раствору высокую пластичность на протяжении нескольких часов, замедленные сроки схватывания, достаточную прочность и хорошую сцепляемость с обрабатываемой поверхностью, а также пониженную теплопроводность.

Вяжущие, применяемые для изготовления форм и моделей в керамической, фарфорофаянсовой и других отраслях промышленности. Качество этих вяжущих выше, чем предыдущих. Они отличаются меньшей тониной помола, повышенной прочностью и не содержат примесей. Изделия из фарфорофаянсовой и керамической массы отливают в гипсовых формах. Гипсовая форма должна быть достаточно прочной и вместе с тем пористой, чтобы отсасывать воду из шликера и при этом не разрушаться. Для изготовления форм используют вяжущие марок Г-5... Г-25 водопоглощением не менее 30%.

Высокая оборачиваемость формы, гладкость и устойчивость к изнашиванию ее поверхности зависят от степени помола вяжущего, чистоты гипсового сырья; рекомендуется вяжущее тонкого помола с максимальным остатком на сите № 02 не более 1%. Тонкомолотое вяжущее, не имеющее остатка на сите, снижает износ форм.

Содержание примесей, не растворимых в соляной кислоте, должно быть не более 1 %, а в вяжущем высшей категории качества-- не более 0,5%, металлопримесей -- не более 8 мг в 1 кг.

Сроки схватывания должны соответствовать нормальнотвердеющему гипсовому вяжущему, объемное расширение их не должно превышать 0,15%. Для получения вяжущего высокого качества необходимо применять высококачественное сырье, добиваться при тепловой обработке максимального перевода двугидрата в полугидрат и подвергнуть продукт тонкому помолу.

2. Технологическая часть

Особенность этой технологии состоит в том, что здесь исключается промывка фосфогипса от водорастворимых фосфатных, фтористых и других примесей. Обычно на промывку 1 т фосфогипса расходуется 2... 5 м3 воды, которую требуется затем очищать, что обходится очень дорого.

Следует учитывать, что режимы тепловой обработки непромытого фосфогипса приводят к образованию большого количества нерастворимого ангидрита и такое вяжущее становится непригодным к употреблению. Форсированные режимы устраняют образование ангидрита из фосфогипса, полученное вяжущее отвечает требованиям стандарта, но оно имеет кислую среду и вызывает коррозию оборудования, при производстве выделяет фтористые соединения, которые необходимо улавливать и тем самым усложнять технологию. Кроме того, это вяжущее непригодно для изготовления ГЦП вяжущих.

Все эти недостатки устраняют путем нейтрализации фосфогипса известью, обеспечивающей быстрый перевод кислых фосфатных примесей в инертные соединения, исключающей образование промывных сточных вод и предотвращающей выделение фтора при тепловой обработке нейтрализованного фосфогипса.

Фосфогипс влажностью 20... 25% загружается в расходный бункер 4 ленточного конвейера 5. Отдозированный фосфогипс подается в бак 33 с мешалкой. В нем производится нейтрализация фосфогипса известью, которая из бункера 8 питателем 7 дозируется в бак 33. Перемешивание пульпы производится мешалкой. Нейтрализованная пульпа погружным насосом 32 подается в барабанный вакуум-фильтр 13. Он представляет собой барабан, на который натянута фильтровальная ткань. Необходимо применять прочные хорошо фильтруемые ткани, способные легко освобождаться от осадка.

Вакуум создается вакуум-насосом 6. Влага, попадающая в трубопровод, улавливается ловушкой 9 и самотеком поступает в резервуар 31. Весь фильтрат из барабанного вакуум-фильтра 13 через ресивер 10 насосом закачивается в сборники фильтрата 12, а из них насосом 30 -- в баки нейтрализации 33. Нейтрализованный фосфогипс влажностью 15... 20% дозируется питателем 14 в сушильный барабан 15 с цепной навеской. В этом случае наиболее целесообразно использовать прямоточный барабан, так как материал имеет большую влажность и может быть подсушен с интенсивной скоростью благодаря высокой температуре дымовых газов.

Лучшими показателями сушки отличается труба-сушилка, которую можно использовать в данной схеме. Из барабана 15 фосфогипс выходит с влажностью 1 ... 5% и температурой 80 ... 90° С. Затем винтовыми питателями 19 и 20 сухой материал загружается в гипсоварочный котел 21. Продолжительность варки 60... 160 мин в зависимости от влажности и температуры высушенного фосфогипса.

Благодаря нейтрализации продукт варки содержит минимальное количество нерастворимого ангидрита. Томление вяжущего осуществляется в бункере 29. Вяжущее с выровненным кодификационным составом направляется винтовым питателем 28 и элеватором 27 в бункер 22. Из него оно дозируется питателем 23 в трубную мельницу 24. Помол производится в течение 20 ... 30 мин. Помол необходим для того, чтобы активировать вяжущие свойства фосфогипсового вяжущего за счет разрушения агрегатов частиц, обладающих высокой водопотребностью и снижающих прочность вяжущих.

Из мельницы готовый продукт элеватором 26 подается в бункер 25, а из него пневмотранспортной установкой в силосы.

По данной технологии получают вяжущее со стабильными свойствами, соответствующими маркам Г-5А и Г-5Б. Эти гипсовые вяжущие получают из фосфогипса с содержанием водорастворимой Р2О5 не более 2,8% от массы сухого двугидрата сульфата кальция. Расход условного топлива 110 кг на 1 т вяжущего.

На основе полученных вяжущих готовят составы ГЦП вяжущих, отличающихся высокими физико-механическими свойствами, водостойкостью и долговечностью.

фосфогипс варка гипс вяжущий

3. Расчетная часть

3.1 Режим работы предприятия

Режим работы цеха является исходными данными для расчета технологического оборудования, потребности в сырье, состава рабочих и т.п. Режим работы цеха характеризуется количеством рабочих дней в году, смен и их продолжительностью в часах (см.табл.3.1).

Таблица 3.1 Режим работы предприятия

3.2 Определение производительности завода

При расчете производительности каждого передела необходимо учитывать возможность брака и производственные потери.

Производительность для каждого передела рассчитываеться по формуле

= 1/(1 - в/100)

где 1 - производительность передела, следующего за расчитываемым;

в - потери, %.

Расчет производительности завода:

1. Расчет производительности склада готовой продукции с учетом потерь на складе 1%:

1 = 300000/(1 - 1/100) = 372727 т/год.

Суточная производительность

1сут = 372727/365 = 1021,2т/сут.

Сменная производительность

1см =1021,2/3 = 340,2т/см.

Часовая производительность:

1ч = 372727/8760 = 42,5т/час

2. Расчет производительности цеха помола с учетом потерь при помоле 1%

2 =372727,3/(1 - 1/100) =376491,9 т/год.

Суточная производительность:

2сут =376491,9/320 = 1176,5т/сут.

Сменная производительность:

2см = = 1176,5/2 = 588,3т/см.

Часовая производительность:

2ч = 376491,9 /7680= 73,5 т/час.

3. Расчет производительности гипсоварочного котла с учетом потерь при обжиге 16%:

3 = 376491,9 /(1 - 16/100) = 453604,7 т/год.

Суточная производительность:

3сут =453604,7 /320 = 1417,5 т/сут.

Сменная производительность:

3см = 1417,5/2 = 472,5т/см.

Часовая производительность:

3ч = 453604,7/7680 = 59,1т/час.

4. Производительность передела сушки с учетом потерь при сушке 14%+11%

4 =453604,7/(1 - (14+11)/100) = 527447,3 т/год.

Суточная производительность:

4сут = 527447,3 /320 = 1648,3т/сут.

Сменная производительность:

4см =1648,3 /2 = 824,1 т/см.

Часовая производительность:

4ч = 527447,3 /7680 = 103 т/час.

5. Производительность передела нейтрализации с учетом потерь 1%:

5 = 527447,3 /(1 - 1/100) = 532775 т/год.

Суточная производительность передела:

5сут = 532775/320 = 1665 т/сут.

Сменная производительность передела:

5см =1665 /2 = 832,5т/см.

Часовая производительность передела:

5ч = 532775 /7680 = 69,4т/час.

6. Производительность склада сырья с учетом потерь на складе 1%+25%:

6 = 532775 /(1 - (1+25)/100) = 719966 т/год

Суточная производительность склада сырья:

6сут = 719966 /365 = 1972,5 т/сут.

Сменная производительность склада сырья:

6см =1972,5 /3 = 986,3 т/см.

Часовая производительность склада сырья:

6ч =719966 /8760= 82,2 т/час.

По готовой производительности каждого передела, зная число суток, смен и часов, определяют сменную и часовую производительность (табл.3.2).

Таблица 3.2 Расчет производительности завода

3.3 Обоснование принятого способа производства

Имеется такой опыт производства гипсовых вяжущих из фосфогипса: предварительно фосфогипс нейтрализуют от примесей путем смещения с 2 % молотого мела, а затем подают прямо в шахтную мельницу, так как это сырье дробления не требует. Режим варки должен быть несколько откорректирован в отличие от варки природного гипса. Время томления должно быть не менее 1 ч.

Если завод работает на низкосортном природном сырье, то для его обогащения добавляют до 30 % фосфогипса и получают качественное вяжущее.

В своей курсовой работе я выбрала схему производства гипсовых вяжущих с использованием в качестве сырья только фосфогипс. Особенность этой технологии в отличии от других, где используется фосфогипс, состоит в том, что здесь исключается промывка фосфогипса от водорастворимых фосфатных, фтористых и других примесей. Обычно на промывку 1 т фосфогипса расходуется 2…5 м3 воды, которую требуется затем очищать, что обходится очень дорого.

Следует учитывать, что режимы тепловой обработки непромытого фосфогипса приводят к образованию большого количества нерастворимого ангидрита и такое вяжущее становится непригодным к употреблению. Форсированные режимы устраняют образование ангидрита из фосфогипса, полученное вяжущее отвечает требованиям стандарта, но оно имеет кислую среду и вызывает коррозию оборудования, при производстве выделяет фтористые соединения, которые необходимо улавливать и тем самым усложнять технологию. Кроме того, это вяжущее непригодно для изготовления ГЦП вяжущих.

Страницы: 1, 2, 3