т.ғ.д. Қ.А.Бисенов, т.ғ.к. К.Н.Байтасов, т.ғ.к. Ғ.О.Қаршыға, магистр Р.О.Қаршығаев

Қорқыт Ата атындағы Қызылорда Мемлекеттік университеті

ЖЕРГІЛІКТІ ШИКІЗАТ НЕГІЗІНДЕ ФОСФОРЛЫ ГИПСТІ БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШ ЗАТТЫҢ ҮЙЛЕСІМДІ ҚҰРАМЫН ЗЕРТТЕУ

Зерттеу жұмысының негізі жергілікті шикізаттар бархан құмы мен фосфор өндірісінің қалдығы фосфорлы гипсті пайдалана отырып, гипсті байланыстырғыш заттар мен бетондардың үйлесімді құрамын және технологиясын жасау. Гипсті байланыстырғыш зат бетондар өндірісіндегі дайын өнімнің физика-механикалық қасиеті негізінен оны құрайтын компоненттерге байланыстылығы дәлелденді. Сондықтан қойылған міндеттерді шешу негізгі физика-механикалық, технологиялық қасиеттерін, структуралық мазмұнын және жоғарыда айтылған шикізаттық материалдардың химиялық-минералогиялық құрамын анықтау қажет.

Қаратау кен орны фосфогипсінен экстракционды фосфор қышқылын өндірудегі қалдық өнім. Фосфогипс шлам түрінде алынады, құрамында (45-50%) көп мөлшерде су болады, шлам қатты фазасы жұқа дисперсиялы және 90% майда бөлшектерден тұрады, көлемі 80 мкм.

Қызылорда кен орнының бархан құмы-0,14...2,5 мм майда фракциялы толықтырғыш, беттік үлесі 2100...2900 см²/г; төселу тығыздығы-1,89 г/см³; шынайы тығыздығы-2,6г/см³; H₃PO₄-0,88, H₂SO₃-0,91, NaOH-0,85; 10% ерітінділеріндегі химиялық тұрақтылығы, жазылу ретімен; құрамындағы карбонатты жыныстар 8...15%.

Кальций және магнийдің табиғи карбонаты-доломит-CaMg(CO₃)₂. Түсі ақ, қоңыр, солғын сары болады. Шеттері жылтырақ және агрегаттағы тұтасуына қарай шыны тектес, ақшыл қаттылығы-3,5-4; Үгітілгіш тығыздығы 2,85-3,0. Ромбэдрикалық кристалдар түзе отырып тригональды сингонияда кристалданады. Кристал шеттері ромб формалы және оның тұтасуына қарай параллель бағытталған.

Гипс-кальцийдің күкіртті қышқыл сулы тұзы CaSO₄*2H₂O таза түрінде CaO-32,56%, SO₃-46,51% және H₂O-20,93% құрайды. Моноқиықшалы жүйеде кристалданады. Гипстің кристалды торының структурасы қатпарлы типке жатады. Қос қатпарлы болса тетраэдрлардан [SO₄] тұрады, олар кальций арқылы байланысқан. Кристалдар пластикалы, бағаналы (жеке немесе бір-бірінен айнымайтын бөлшектердің қосылған түрінде инелі және талшықты болады. Таза гипс түссіз және мөлдір, құрамында қоспалары болса, ашық қоңыр, сарғыш, қызғылт және басқа түсті болады. Минералогиялық шкала бойынша қаттылығы 1,5, тығыздығы – 2300 кг/м³, ерігіштігі 20⁰С-та 2,05 г/л, ал ең жоғарғы еру температурасы 32-41⁰С құрайды.

Композициялы құрамын алу үшін зерттелген барлық шикізат материалдары рентген фазалық, дифференциальды-термиялық анализ, инфрақызыл және лазерлі спектроскопиядан өткізіліп зерттеулер жүргізілді.

Қазіргі уақытта, әлемде фосфогипстің мол қоры жинақталған, ол фосфорлы қышқыл және басқа «ылғалды» технология бойынша алынатын фосфорлы тыңайтқыштар өндірісінің қалдықтары болып табылады. Фосфогипс құрамына кіретін элементтер Ca, Mg, F, P, Si. Фосфогипстегі CaSO₄ көлеміне тең, сондықтан фосфогипсті құрылыс материалдары ретінде пайдалану өте тиімді. Дегенмен, оның құрамында зиянды қоспалар өте көп және структурасының табиғи гипс структурасына қарағанда айырмашылығы бар. Фосфогипсті құрылыс материалдары ретінде пайдалануда көп қиыншылықтар туғызады. Сондықтан, осы уақытқа дейін фосфогипсті қайта өңдеп пайдаланудың негізгі әдісі көму.

Зерттелген фосфогипс, стандарт бойынша, радиациялық қауіпті туғызбайды, оны құрылыс материалы ретінде пайдалануға болады. Кейбір елдерде фосфогипсті топырақ қасиеттерін жақсарту үшін пайдаланылады. Цемент өндіруде оны қоспа ретінде қолданады, сонымен бірге құрылыс гипсі ретінде де пайдаланады. Құрылыс гипсін өндіруде пайдаланатын табиғи гипс орнына фосфогипсті пайдалану үшін біраз мәселелерді шешуге тура келеді. Құрылыс гипсі қажетті қасиеттерге ие болып адамға зиян келтірмеу үшін фосфогипсті алдын-ала сумен жуады. Жуылу процесінде фосфогипстің еритін қоспалардан және органикалық түзілген заттардан тазартуға болады. Фосфогипсті гипсті байланыстырғыш затқа айналдырып қайта өңдеу болашағы зор және экологиялық жағынан өте тиімді. Байланыстырғыш заттарды өндіруде фосфогипсті пайдаланудың халық шаруашылығындағы тиімділігі, қаралған шығындар бойынша 500-600 тг/т құрайды.

Табиғи фосфорлы рудаларды күкірт қышқылымен өңдеу барысында фосфогипс пайда болады және қальций сульфатының қатты фазасы фосфор қышқылы ерітіндісінің әсеріне байланысты бөлініп шығады. Химиялық реакциясы төмендегідей схема бойынша жүреді:

Ca₅(PO₄)₃F+H₂SO₄=5CaSO₄+3H₃PO₄+HF (1)

Бұл реакцияның ең ірі тонналы өнімі – фосфогипс, ол CaSO_4*2H₂O дигидратты формасында болады немесе CaSO_4*0,5H₂O жартылай гидрат формасында, бұл экстрациялы фосфор қышқылы өндірісінің технологиялық ерекшеліктеріне байланысты болып табылады.

Жаңа фосфогипс кальций сульфатының жартылай гидраты, құрамында 92-95%, масасына қарай α-CaSO_4*0,5H₂O байланыстырғыш қасиеті бар, мықтылығы жоғары гипстің негізгі компоненті, жетіспейтін суды қосып алса қатаяды, сөйтіп гипсті тасқа айналады. Жартылай гидратты фосфогипс төмендегідей қасиеттері мен сипатталады: төселу тығыздығы - 750-950 кг/м³, шынайы тығыздығы – 2600-2720 кг/м³, ылғалдылығы – 20-40%, беттік үлесі - 2500 см²/г;

Кальций сульфаты дигидратты фосфогипстің байланыстырғыш қасиеті жоқ, біртіндеп кебеді және жеңіл-құрғақ ақ үгіндіге айналады және уақыт өткен сайын тығыздала түседі.

Рентген фазалық, дифференциальды-термиялық анализдерге сәйкес (сурет 1, 2) екі сулы кальций сульфатының негізгі компонентінің саны, CaSO_4*2H₂O 80-82% болады, қалғандары бос күйіндегі Р₂О₅ фосфаттар, фторидтер топырақ элементтері (сирек кездеседі) суық тұз қышқылында доломит үгіндісі қайнайды, қышқылдағы кесек бөлшектері өте жай ериді, бірақ ыстық қышқылда тез ериді. Доломит-гидротермиалды кен орындарында кең тараған минерал. Сонымен бірге, магматогенді немесе жер асты сулары әсерінен кальцийдің орын ауыстыруы арқылы да түзіледі.

Шикізат минералдарының гранулометриялық құрамы 1-кестеде және фосфогипстің минералогиялық құрамы 2-кестеде берілген.

1.1-сурет. Фосфогипстің рентгенограммасы

1.2-сурет. Бархан құмының рентгенограммасы

Кесте 1 - Шикізат минералдарының гранулометриялық құрамы

Материал	Елеуіштегі қалдық, мм.							Мк
	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	<0,14
Фосфогипс	-	-	5	10	15	30	50	0,92
Бархан құмы	-	2,3	5,2	12,4	28,5	46,3	5,3	1,73

Кесте 2 - Фосфогипстің минералогиялық құрамы

Материал	Минерал,%
	кварц	каолинит	далалық шпат	кальций	гипс	гематит
Фосфогипс	2	-	2	3	82	2

Әдебиеттер:

1. Полак А.Ф., Ляшкевич И.М., Бабаков В.В. и др. О возможности формирования кристаллизационных структур на основе двугидрата сульфата кальция// Известия вузов. Строительство. 1987. №10. С. 55-59.

2. Мирсаев Р.Н., Бабков В.В., Юнусова С.С. и др. Фосфогипсовые отходы химической промышленности в производстве стеновых изделий. М.: Химия, 2004. 176 с.

3. Петропавловская В.Б., Бурьянов А.Ф., Новиченкова Т.Б. Малоэнергоемкие гипсовые материалы и изделия на основе отходов промышленности // Строит. материалы. 2006. №7. С. 8-9.