Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО

Изобретение относится к способу получения гипсового вяжущего, например марок Г-(2-16) путем переработки фосфогипсовых отвалов, образовавшихся как побочный продукт производства фосфорной кислоты из апатитового и фосфоритового сырья и сформированных на базе функционирования технологических комплексов получения минеральных удобрений, или переработкой гипсового камня. Допускается также совместная переработка фосфогипса и гипсового камня. Данное изобретение может использоваться в промышленной неорганической химии, строительной индустрии и индустрии производства минеральных удобрений. Работа предприятий минудобрений сопровождается образованием крупнотоннажных отходов, объем которых достигает десятки миллионов тонн. Использование отходов фосфогипса в производстве изделий строительной индустрии и для получения гипса строительного является одним из перспективных направлений в утилизации наиболее массового вида отходов предприятия.

В патентной и технической литературе описано множество способов получения гипсового вяжущего путем переработки природного сырья или отходов производства, содержащих сульфат кальция, в частности из фосфогипса, гипсового камня.

Так известен способ получения гипсового вяжущего из природного сырья, например, из фосфогипса, путем выделения твердых частиц из пылевоздушной смеси в пылеосадительном агрегате при температуре 160-190°С [RU 2302395, опубл. 10.07.2007]. Известный способ достаточно сложный в аппаратном исполнении.

Описан способ получения вяжущего материала (цемента, извести, гипса), включающий получения, например, цементно-воздушной смеси в камере распыления с последующим встряхиванием и перемешиванием под действием переменного электромагнитного поля в камере, выполненной из диэлектрика, снабженной электродами, создающими переменное электромагнитное поле, осуществляющими встряхивание и перемешивание, за счет вихревых потоков и вибраций электродов, обусловленных их электромагнитным воздействием [RU 2366510. опубл. 12.03.2008]. Способ достаточно сложный в технологическом исполнении, требующий использования аппарата со специальной конструкцией электрода, необходимостью использования диэлектрической камеры, и, как следствие, отличающимся сложным процессом управления и невысокой производительностью.

Известен также способ получения гипсового вяжущего, который заключается в термической обработке гипсового камня путем облучения электромагнитным полем СВЧ [RU 2040498, опубл. 25.07.1995]. Способу присущи те же недостатки.

Известен способ получения гипсового вяжущего, который принят авторами за прототип, включающий механическое дробление, дегидратацию (термообработку) гипса с размером кусков от 10 до 500 мм в электромагнитном поле сверхвысокой частоты и последующее измельчение полученного полугидрата в шаровой мельнице [RU 2023699, опубл. 30.11.1994]. Известный способ также сложный в аппаратном исполнении и характеризуется многостадийностью.

Задачей настоящего изобретения является упрощение способа и повышение производительности процесса получения гипсового вяжущего, уменьшение энергозатрат, а также утилизация фосфогипсовых отвалов.

Поставленная задача достигается предложенным способом получения гипсового вяжущего путем сухой переработки исходного сырья на основе гипса, включающей измельчение и термообработку с использованием электромагнитного поля, отличающийся тем, что согласно изобретению исходное сырье, представляющее собой фосфогипс и/или гипсовый камень и модифицирующую добавку, подвергают перемешиванию, с последующей термообработкой и измельчением под действием внешнего переменного электромагнитного поля в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц при напряженности до 100 КА/м в присутствии магнитовосприимчивого гранулированного наполнителя с дальнейшим разделением полученного при этом сухого порошка на гипсового вяжущего и магнитовосприимчивого гранулированного наполнителя.

Для генерирования электромагнитных полей обычно используют индуктор соленоидного типа, способного генерировать синусоидальные переменные электромагнитные поля.

В качестве магнитовосприимчивого гранулированного наполнителя (гранулята) предпочтительно используют гранулы феррита бария.

Преимущественно используют феррита бария, содержащий связующее, например, γ-Аl₂О₃ в количестве до 60 мас.%.

Гранулы феррита бария могут быть покрыты защитной оболочкой из металлических и неметаллических материалов, например, нержавеющая сталь Х18Н10Т, алюминий, дюраль, фторопласты или полиуретаны.

Процесс переработки ведут преимущественно при объемном соотношении магнитовосприимчивого гранулированного наполнителя к исходному сырью, равном 1:(0,2-10), при температуре не выше 190°С и давлении не более 10 ати.

В качестве модифицирующей добавки преимущественно используют, например, гашеную и негашеную известь, молотый известняк, цемент, в количестве не более 5 мас.%. по отношению к фосфогипсу или гипсу или их смеси.

Процесс перемешивания, термообработки и измельчение исходного сырья можно проводить последовательно один за другим в разных аппаратах, а также в одном аппарате одновременно в непрерывном режиме.

Процесс переработки исходного сырья в непрерывном режиме ведут при удельной скорости подачи исходного сырья не выше 50 кг/ч на один литр реакционного объема.

Проведение процесса в непрерывном режиме более технологично в промышленном масштабе в связи с отсутствием стадий переключения режимов, стабильностью параметров, расширенной возможностью автоматизации и регулирования процесса, минимизацией ручного труда.

Основные преимущества способа заключаются в возможности совмещать и объединять в одну стадию процессы грубого и тонкого помола, а также термообработку исходного сырья с сохранением высокой производительности и высокого качества получаемого продукта. При этом ввиду использования магнитовосприимчивого гранулированного наполнителя и переменных магнитных полей отсутствует необходимость использования подвижных конструкций типа вращающихся печей. За счет одностадийности, более низкой степени тепловых потерь снижаются удельные энергозатраты.

Технический результат - упрощение реализации процесса в технологическом исполнении получения гипсового вяжущего, реализация аппаратной одностадийности, повышение производительности и качества целевого продукта, а также снижение энергозатрат.

Изобретение соответствует критерию «новизна», так как в известной научно-технической и патентной литературе отсутствует полная совокупность признаков, характеризующих предлагаемое изобретение. Изобретение также соответствует критерию «изобретательский уровень», так как отсутствуют сведения получения гипсового вяжущего в присутствии магнитовосприимчивого гранулированного наполнителя, и это не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники для возможности его использования в предлагаемом процессе.

Изобретение промышленно применимо, так его можно использовать в промышленной неорганической химии, строительной индустрии и индустрии производства минеральных удобрений.

В общем виде процесс получения гипсового вяжущего, осуществляют следующим образом.

Исходный фосфогипс, гипсовый камень или их смесь, а также модифицирующая добавка (модификатор) путем шнековой подачи непрерывно подают в реактор электромагнитной обработки (РЭМО). Давление в реакционной камере поддерживают на уровне не выше 10 ати, температура не выше - 190°С. В РЭМО находится магнитовосприимчивый гранулированный наполнитель (гранулят), инкапсулированный в оболочку из металлических или неметаллических материалов. Толщина оболочки - 2-5 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5-10 мм. Материальный поток фосфогипса, гипсового камня, модификатора и магнитовосприимчивого гранулированного наполнителя (гранулята) смешивается на входе в РЭМО. После этого на вход индуктора подают переменное напряжение с заданными характеристиками. На выходе из РЭМО гипсовое вяжущее и магнитовосприимчивый гранулированный наполнитель разделяются на фильтре, являющимся неотъемлемой частью конструктива РЭМО.

Изобретение иллюстрируется конкретными примерами, не ограничивающими его объем.

ПРИМЕР 1

В качестве сырья используется ФОСФОГИПС ТУ 113-08-418-94, полученный из апатитового концентрата дигидратным методом (мелеуз). Внешний вид - серовато-белая мелкокристаллическая масса.

Все примеси металлов могут быть в виде сульфатов.

Исходный фосфогипс и известняк путем шнековой подачи непрерывно поступает в реактор электромагнитной обработки (РЭМО). Объем реакционной камеры - 30 л. Удельная производительность по фосфогипсу составляет 30 кг/ч на литр реакционного пространства - 900 кг/ч в пересчете на весь реактор. Давление в реакционной камере поддерживают на уровне 1,1 ати, температура - 163°С. В РЭМО находится гранулят намагниченного до насыщения феррита бария, содержащего 60 мас.% связующего (γ-Аl₂О₃) и инкапсулированного в оболочку из нержавеющей стали 40Х18Н10Т. Толщина оболочки - 2 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5 мм. В реакторе находится 30 кг гранулята. Материальный поток фосфогипса, известняк и гранулят феррита бария смешиваются на входе в РЭМО. Массовое отношение фосфогипса/известняк - 98/2. После этого на вход индуктора подают напряжение 380/220 В с частотой 50 Гц, при напряженности поля в реакционной зоне 95-100 КА/м. На выходе из РЭМО обработанный фосфогипс и магнитовосприимчивый гранулированный наполнитель разделяются на фильтре, являющимся неотъемлемой частью конструктива РЭМО. Полученный порошок гипсового вяжущего имеет следующие характеристики, представленные в таблице №1.

ПРИМЕР 2

В качестве сырья используется ФОСФОГИПС ТУ 113-08-418-94, полученный из апатитового концентрата Кольского п-ва дигидратным методом. Внешний вид - серовато-белая мелкокристаллическая масса.

Исходный фосфогипс и известняк путем шнековой подачи непрерывно поступает в реактор электромагнитной обработки РЭМО. Объем реакционной камеры - 30 л. Удельная производительность по фосфогипсу составляет 40 кг/ч на литр реакционного пространства - 1200 кг/ч в пересчете на весь реактор. Давление в реакционной камере поддерживают на уровне 1,3 ати, температура - 170°С. В РЭМО находится гранулят намагниченного до насыщения феррита бария, содержащего 50 мас.% связующего (γ-Аl₂O₃) и инкапсулированного в оболочку из нержавеющей стали 40Х18Н10Т. Толщина оболочки - 2 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5 мм. В реакторе находится 30 кг гранулята. Материальный поток фосфогипса, известняк и гранулят феррита бария смешиваются на входе в РЭМО. Массовое отношение фосфогипса/известняк - 98/2. После этого на вход индуктора подают напряжение 380/220 В с частотой 50 Гц, при напряженности поля в реакционной зоне 95-100 КА/м. На выходе из РЭМО обработанный фосфогипс и гранулят разделяются на фильтре, являющимся неотъемлемой частью конструктива РЭМО. Характеристики получаемого продукта представлены в таблице №2.

ПРИМЕР 3

В качестве сырья используется ФОСФОГИПС ТУ 113-08-418-94,

полученный из фосфоритового сырья Каратау дигидратным методом.

Внешний вид - серовато-белая мелкокристаллическая масса с примесью укрупненных агломератов.

Исходный фосфогипс и известняк путем шнековой подачи непрерывно поступает в реактор электромагнитной обработки РЭМО. Объем реакционной камеры - 30 л. Удельная производительность по фосфогипсу составляет 50 кг/ч на литр реакционного пространства - 1500 кг/ч в пересчете на весь реактор. Давление в реакционной камере поддерживают на уровне 1,2 ати, температура - 165°С. В РЭМО находится гранулят намагниченного до насыщения феррита бария, содержащего 50 мас.% связующего (γ-Аl₂О₃) и инкапсулированного в оболочку из нержавеющей стали 40Х18Н10Т. Толщина оболочки - 2 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5 мм. В реакторе находится 30 кг гранулята. Материальный поток фосфогипса, известняк и гранулят феррита бария смешиваются на входе в РЭМО. Массовое отношение фосфогипса/известняк - 99/1. После этого на вход индуктора подают напряжение 380/220 В с частотой 50 Гц, при напряженности поля в реакционной зоне 95-100 КА/м.

На выходе из РЭМО обработанный фосфогипс и гранулят разделяются на фильтре, являющимся неотъемлемой частью конструктива РЭМО. Характеристики получаемого продукта представлены в таблице №3.

ПРИМЕР 4

В качестве сырья используется гипсовый камень Номовосковского месторождения гипсового камня с содержанием CaSO₄×2H₂O около 90 мас.% и кристаллизационной воды - около 19 мас.% (ГОСТ 4013-82).

Внешний вид - белые камни, иногда с легким сероватым оттенком, со средним размером камней 3-5 см.

Гипсовый камень и портландцемент ПЦ-400 (ГОСТ 10178-85) путем шнековой подачи непрерывно поступает в реактор электромагнитной обработки РЭМО. Объем реакционной камеры - 30 л. Удельная производительность по фосфогипсу составляет 10 кг/ч на литр реакционного пространства - 300 кг/ч в пересчете на весь реактор. Давление в реакционной камере поддерживают на уровне 9,2 ати, температура - 165°С. В РЭМО находится гранулят намагниченного до насыщения феррита бария, содержащего 30 мас.% связующего (γ-Аl₂О₃) и инкапсулированного в оболочку из нержавеющей стали 40Х18Н10Т. Толщина оболочки - 2 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5 мм. В реакторе находится 37 кг гранулята. Материальный поток гипсового камня, портландцемента и гранулята феррита бария смешиваются на входе в РЭМО. Массовое отношение гипсовый камень/цемент - 95/5. После этого на вход индуктора подают напряжение 380/220 В с частотой 50 Гц, при напряженности поля в реакционной зоне 95-100 КА/м. На выходе из РЭМО обработанный гипс и гранулят разделяются на фильтре, являющемся неотъемлемой частью конструктива РЭМО.

Характеристики получаемого продукта представлены в таблице №4.

ПРИМЕР 5

В качестве сырья используется смесь фосфогипса из примера 1 и гипсового камня из примера 4 в соотношении 50/50. Данная смесь модифицируется портландцементом ПЦ-400 (ГОСТ 10178-85).

Смесь фосфогипса и гипсового камня с портландцементом ПЦ-400 (ГОСТ 10178-85) путем шнековой подачи непрерывно поступает в реактор электромагнитной обработки РЭМО. Объем реакционной камеры - 30 л. Удельная производительность по фосфогипсу составляет 50 кг/ч на литр реакционного пространства - 1500 кг/ч в пересчете на весь реактор. Давление в реакционной камере поддерживают на уровне 1,5 ати, температура - 165°С. В РЭМО находится гранулят намагниченного до насыщения феррита бария, содержащего 30 мас.% связующего (γ-Аl₂О₃) и инкапсулированного в оболочку из нержавеющей стали 40Х18Н10Т.

Толщина оболочки - 2 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5 мм. В реакторе находится 30 кг гранулята. Материальный поток фосфогипса, гипсового камня, портландцемента и гранулята феррита бария смешиваются на входе в РЭМО. Массовое отношение (фосфогипс+гипсовый камень)/цемент - 95/5. После этого на вход индуктора подают напряжение 380/220 В с частотой 50 Гц, при напряженности поля в реакционной зоне 95-100 КА/м. На выходе из РЭМО обработанный гипс и гранулят разделяются на фильтре, являющемся неотъемлемой частью конструктива РЭМО. Характеристики получаемого продукта представлены в таблице №5.

ПРИМЕР 6

В качестве сырья используется фосфогипс из примера 1.

Фосфогипс и известняк путем шнековой подачи непрерывно поступает в реактор электромагнитной обработки РЭМО. Объем реакционной камеры - 30 л. Удельная производительность по фосфогипсу составляет 30 кг/ч на литр реакционного пространства - 1200 кг/ч в пересчете на весь реактор. Давление в реакционной камере поддерживают на уровне 1,5 ати, температура - 190°С. В РЭМО находится гранулят намагниченного до насыщения феррита бария, содержащего 50 мас.% связующего (γ-Аl₂О₃) и инкапсулированного в оболочку из алюминия. Толщина оболочки - 2 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5 мм. В реакторе находится 30 кг гранулята. Материальный поток фосфогипса, известняка и гранулята феррита бария смешиваются на входе в РЭМО. Массовое отношение фосфогипс/известняк - 98/2. После этого на вход индуктора подают напряжение 380/220 В с частотой 1000 Гц, при напряженности поля в реакционной зоне 95-100 КА/м. На выходе из РЭМО обработанный гипс и гранулят разделяются на фильтре, являющемся неотъемлемой частью конструктива РЭМО.

Характеристики получаемого продукта представлены в таблице №6.

ПРИМЕР 7

В качестве сырья используется фосфогипс из примера 1.

Фосфогипс и известняк путем шнековой подачи непрерывно поступает в реактор электромагнитной обработки РЭМО. Объем реакционной камеры - 30 л. Удельная производительность по фосфогипсу составляет 30 кг/ч на литр реакционного пространства - 1200 кг/ч в пересчете на весь реактор. Давление в реакционной камере поддерживают на уровне 1,5 ати, температура - 160°С. В РЭМО находится гранулят намагниченного до насыщения феррита бария, содержащего 50 мас.% связующего (γ-Аl₂О₃) и инкапсулированного в оболочку из алюминия. Толщина оболочки - 2 мм. Средний эквивалентный диаметр гранул - 5 мм. В реакторе находится 30 кг гранулята. Материальный поток фосфогипса, известняка и гранулята феррита бария смешиваются на входе в РЭМО. Массовое отношение фосфогипс/известняк - 98/2. После этого на вход индуктора подают напряжение 380/220 В с частотой 10 Гц, при напряженности поля в реакционной зоне 95-100 КА/м. На выходе из РЭМО обработанный гипс и гранулят разделяются на фильтре, являющемся неотъемлемой частью конструктива РЭМО.

Характеристики получаемого продукта представлены в таблице №7.