Краткий обзор данных по использование фосфогипса на строительстве

Фосфогипс — это гидрат сульфата кальция, образующийся как побочный продукт при производстве удобрений из фосфоритной породы. В основном он состоит из гипса (CaSO 4 · 2H 2 O). Хотя гипс является широко используемым материалом в строительной индустрии, фосфогипс находит свое применение гораздо реже. Большая часть фосфогипса размещается в отвалах на долгосрочное хранение из-за слабой радиоактивности.

Радиоактивность фосфогипса связана с присутствием в нем естественных радионуклидов их дочерних изотопов.

Производство. Фосфогипс является побочным продуктом при производстве фосфорной кислоты в процессе обработки фосфатной руды (апатита) серной кислотой по следующей реакции:

Ca 5 (PO 4 ) 3 X + 5H 2 SO 4 + 10H 2 O → 3H 3 PO 4 + 5 (CaSO 4 · 2 H 2 O) + HX где X может включать OH, F, Cl или Br

Фосфогипс радиоактивен из-за присутствия в природе урана и тория и их дочерних изотопов — радия, радона, полония и т. Д. Морские отложения фосфата обычно имеют более высокий уровень радиоактивности, чем отложения вулканического фосфата, из-за присутствия урана в морской воде. Другими компонентами фосфогипса являются кадмий Cd (5-28 частей на миллион), фторид (около 1 %) и кремнезем [1].

Фосфогипс – сырье для сухих строительных смесей. Сегодня экономическая ситуация в строительстве диктует применение материалов, обеспечивающих снижение материалоемкости, трудоемкости, стоимости возводимых зданий и сооружений.

Для предприятий сухих строительных смесей это явилось стимулом увеличения ассортимента и объемов выпуска продукции на основе гипсового вяжущего. Гипсовые материалы имеют значительные преимущества:

• •    в процессе строительства – сокращения технологического цикла, ускорение сдачи объектов, снижение стоимости работ;

• •    в процессе эксплуатации – повышение качества строительных конструкций за счет низких тепло и звукоизоляционных свойств, высокой огнестойкости и пр.

В перспективе востребованность гипсовых строительных материалов будет увеличиваться.

При этом ежегодно возрастает потребность в высокопрочных гипсовых вяжущих. В общем объеме производства гипсовых вяжущих доля высокопрочного вяжущего не превышает 5%. Это является сдерживающим фактором организации производства широкого ассортимента гипсовых сухих строительных смесей, в том числе композиционных, стеновых изделий, облицовочных материалов и пр. Дефицит высокопрочного гипсового вяжущего покрывается за счет импорта.

По различным данным, всего производство гипсового вяжущего в стране составляет 3-3,5 млн тонн, для чего необходимо 3,6-4,2 млн тонн гипсового камня.

Фосфогипс образуется в процессе производства экстракционной фосфорной кислоты при взаимодействии природных фосфатов с серной кислотой. Химическая реакция иллюстрирует образование дигидрата сульфата кальция при разложении кальцийфтораппатита.

Ca3(PO4)3F +5H2SO4 + 10H2O = 5(CaSO4 * 2H2O) + 3H3PO4 + HF

Кристаллизация фосфогипса происходит в растворах с высокими концентрациями фосфат ионов (P2O5). Поэтому, наряду с соединениями фосфора в растворе присутствуют примеси фтора, кремния, магния, железа, алюминия, редкоземельных элементов. Эти же химические соединения присутствуют в различных количествах и в фосфогипсе.

По некоторым данным /5/ состав примесей нерастворимых в HCl следующий:

Таблица 1

SiO2	Fe2Oj	TiO2	Cao	Na2O	SO.	ALO.	MgO	K2O	П.П.П.	Сум.
33.18	23 80	22.20	8.56	3.72	3.50	0.64	0.24	0.14	3.55	93.53

Петрографическими исследованиями идентифицированы различные минералы: Na7PO4F*19H2O, авгит, эпидот, циозит и пр.

Кроме того, в составе кристаллов фосфогипса до 4-5% содержатся примеси и редкоземельных элементов. Химический состав примесей, выделенных из кристалла фосфогипса, включает следующие соединения /1/.

Таблица 2

SO.	SiO2	CaO	R2O3	P2O5	SrO	Ge;0.	La2O.	Nd2O3	P12O3	H2O
29,73	16.18	18,16	14.00	4,30	2,20	5.50	3,20	1.70	0.50	6,00

Это осложняет его переработку. Примеси могут отрицательно влиять на качество гипсового вяжущего, полученного из фосфогипса. [2].

Технологии производства гипсовых вяжущих материалов из фосфогипса. В настоящее время разработан и опробован в производственных условиях ряд технологий получения гипсовых вяжущих из фосфогипса. Технологические процессы получения гипсовых вяжущих, основным компонентом которых служит полугидрат сульфата кальция или ангидрит, включают подготовку исходного продукта к обжигу и обжиг. Основные методы подготовки фосфогипса в производстве гипсовых вяжущих можно разделить на 4 группы: 1 – промывка фосфогипса водой;

• 2    – промывка в сочетании с нейтрализацией и осаждением примесей в водной суспензии;

• 3    – метод термического разложения примесей;

• 4  – введение нейтрализующих, минерализующих и регулирующих

кристаллизацию добавок перед обжигом и после него.

Методы 1-й и 2-й групп связаны с образованием значительного количества загрязненной воды (2—5 м 3 на 1 т фосфогипса), большими затратами на их удаление и очистку. Большинство методов термического распада примесей (3-я группа) основано на обжиге фосфогипса до образования растворимого ангидрита с дальнейшей его гидратацией и повторным обжигом до полугидрата. Широкого применения они пока не имеют так же, как и методы 4-й группы. Для реализации последних необходимы дефицитные добавки и они не обеспечивают постоянные свойства вяжущего.

Одна из технологий получения высокопрочного фосфогипсового вяжущего реализована на Воскресенском химическом заводе (Московская обл.).

В соответствии с данной технологией фосфогипс от фильтров линии фосфорной кислоты подают в мешалку, разбавляют до получения суспензии с концентрацией 400 г/л и транспортируют по трубопроводу к установке по его переработке. Суспензию принимают в емкости и центробежными насосами подают в барабанные вакуумные фильтры, предназначенные для промывки и фильтрации фосфогипса. Промытый кек вновь разбавляют водой до концентрации около 700 г/л и полученную суспензию перекачивают в автоклавы. Образовавшуюся в автоклавах суспензию α-полугидрата охлаждают и нагнетают в вакуум-фильтры. Отфильтрованный и промытый горячей водой кек с влажностью около 12—15% высушивают в прямоточных трубах-сушилках до 4,5  % содержания кристаллизационной воды.

Высушенный полугидрат измельчают в шаровых мельницах и транспортируют в силосы для хранения готового продукта. [3].

Заключение. Вторичный продукт при производстве ортофосфорных удобрений существенно отличается от природного гипсового сырья. Наличие различных примесей требует дополнительных операций: нейтрализации, обогащения и сушки. Такие операции повышают себестоимость гипсовых вяжущих и снижают конкурентность по сравнению с гипсовыми вяжущими на основе гипсового камня. Такие материалы могут быть конкурентноспособными только в определнных условиях:

• -    при отсуствии в данном регионе природных запасов гипсового камня;

• -    вследствие загрязнения окружающей среды при складировании, которое ежегодно повыщает затраты на хранение;

• -    при комплексной переработке фосфатного сырья и ведении безотходных технологий [4].

• 2.     https://3smarket.com/articles/1268

• 3.    Солдаткин Степан, & Хохлов А.Е. (2019). Проблемы использования фосфогипса в дорожном строительстве. Недра Поволжья и Прикаспия, (97), 58-61.