Mavzu: Fosfogipsning fizik - kimyoviy xossalari, undan qurilish materiallari sanoatida foydalanish imkoniyatlari. Reja:
Fosfogipsning tarkibi, tuzilishi va fizik - kimyoviy xossalari. 2.Magnezial bog'lovchilar.
Turli konlardagi fosfor rudalari o`zlarining mineralogik tuzilishiga hamda aralashmalar va miqdoriga qarab fizik va kimyoviy xossalari bo`yicha bir-biridan farq qiladi hamda ikki asosiy turga - apatit va fosforit kabi fosfor rudalariga bo`linadi.
Apatit rudalari asosan kalsiy - ftorapatit 3Ca(PO4)CaF2, shuningdek, gidrosilapatit 3Ca(PO4)Ca(OH)2 dan tarkib topgandir. Apatitdan tashqari , ularning tarkibida nefelin (Na,K)AlSiO4nSiO2 aralashmalari, egirin NaFe(SiO3)2, titanomagnetit Fe3O4FeTiO3TiO2, ilmenit FeTiO3, sfen CaTiSiO5, dala shpatlari va boshqalar bor.Fosforitlar uchun mayda kristalli tuzilma, yuqori disperslik va zarrachalar g`ovakligi xosdir.
Qoratov fosfor rudalarining modda tarkibi va tuzilishi xilma - xildir. Fosfat- rarbonat, fosfat-kremniyli fosfor rudalari keng tarqalgan bo`lib, ular yagona fosforitli muhitda mavjuddir. Ular mineralogik jihatdan juda xilma - xil bo`lib, asosan kremnezem (qum tuproq) fosfati, alyumosilikatlar va temirli minerallar aralashmalari bo`lgan karbonatlardan tarkib topgan. Qoratov fosforitining kimyoviy tarkibi magniy miqdorining ko`pligi bilan ajralib turadi.
Fosfor kislotasi - murakkab konsentrasiyalangan, fosfor o`g`itlar va boshqa fosforli birikmalarni ishlab chqarishda asosiy yarim mahsulotdir. Uni olishning eng ko`p tarqalgan usuli - oltingugurtni kislota bilan ajratib olinadigan (ekstraksion) usul bo`lib, bunda tabiiy fosfatlarga oltingugrt kislota ta`sir ettirilib, parchalanadi va fosfor kislota eritmasidan hosil bo`ladigan qattiq holatdagi kalsiy sulfat ajratib olinadi.
Ekstraksiyaning texnologik ko`rsatkichlariga asosan haroratga va fosfat kislota konstntratsiyasiga qarab kalsiy sulfatning turli kristallgidratlari: digidrat, nimgidrat va angidirit cho`kindiga tushishi mumkin. Shunga muvofiq ravishda, fosfat kislota ishlab chqarishning digidrat, nimgidrat va angidrit usullari farqlanadi. Ularning har birining mohiyati fosfat yetarli darajada to`la parchlanishi, olinadigan pulpaning ajratilishi va cho`kindidan fosfat kislotasini yuvib olishdan iborat. Qoratov fosforitlari dengiz suvidan oqib chiqib, cho'kish natijasida hosil bo'lgan va tarkibida kalsiy fosfatdan tashqari, glaukonit, limonit, kaisit, dolomit, magniyli silikatlar, alyumosilikatlar, kaolin, dala shpatlari, kvars, granit va organik moddalar mavjud bo'lgan cho'kindi jinslardir.
Fosforitlarning petrografik tahlilfshuni ko'rsatadiki, bu jinslarning katta qismi mayda kristalli mo'rt (amorf) fosfatlardan tashkil topgan bo'lib, tarkibida bir oz aralashmalar ham mavjuddir.
Qoratov fosforitlari kimyoviy tarkibi quruq modda tarzida % hisobida quyidagicha.
Erimaydigan qoldiq - 10 - 18%
P2O5-24-26; Fe2O5 - 1,3;
CaO- 35-42; A12O3 - 1,3;
MgO - 0,5-50; F - 2,1-2,8;
CO2- 3,1.
Olmaliq «Ammofos» ishlab chiqarish birlashmasida fosfor kislota Qoratov fosforit uniga oltingugurt kislota ta'sir ettirilishi natijasida parchalanishi va kalsiy sulfatning digidrat ko'rinishida cho'kish usuli bilan ajratib olinadi. Oltingugurt kislota, fosforit uni bilan aralashtirilganda fosfor kislota hosil bo'ladi va kalsiy sulfat digidrat cho'kindisiga tushadi (pulpa-suspenziya).
Fosforit unining parchalanishi quyidagi tenglama bo'yicha boradi:
Ca5F/PO4/3+5H2SO4+H3P04+ag == 5CaSO4 2H2O + /n+3 / H3PO4 + HF + ag
cho'kindi eritma
Cho'kindi asosan ikki molekulali suvli kalsiy sulfat (CaSO4 • 2H2O) dan iborat bo'lib, parchalanmay qolgan fosfat, nordon fosfor tuzlar va silikatlar aralashmasidan tarkib topgan. Aralashmalarning miqdoriy tarkibi dastlabki xomashyoning mineralogik tarkibi, ishlab chiqarishning qay darajada yoiga qo'yilganligi va asbob-uskunalarning sozligi, texnologiya intizomiga rioya etilishi va hokazolarga bog'liqdir. Silikatlar kislota ta'sirida oson parchalanib, eritmaga Na, K, Al ionlari va kremniy kislotasini ajratib chiqaradi.
Kremniy kislota ftorli vodorod bilan o'zaro reaksiyaga kirishadi: 6HF + SiO2 = H2SiF6 + 2H2O.
Ftor kislota eritmasi ustida H2SiF6 bug'larning qayishqoqligi, harorat va H3PO4 konsentratsiyasining ko'tarilishi bilan ortib boradi. Buning natijasida fosfat kislota ishlab chiqarishning turli sharoitlarida fosfatlar parchalanayotganida ajralib chiqayotgan ftorli gazlar miqdori bir xil bo`lmaydi:
H9SiF6 + SiO7+nH3PO4 + ag = 3SiF6 +nH3PO4+ag; H2SiF6 + H3PO4 + ag = SiF4 +2HF+nH3PO4+ag.
Fosfor kislota ishlab chiqarish sharoitlarida SiF4 HF ga nisbatan katta qayishqoqlikka ega, shu sababli chiqayotgan ftorli kremniy kislota cho'kindisi va gazlarda H2SiF6 eritmasi hosil bo'ladi:
3SiF2 + nH2O = SiO2 + nH2O + H2SiF6.
cho'kma
Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, fosfogipsdagi ftor tarkibi 0,1 - 0,4% dan oshmaydi. Fosfogipsning namligi karusel vakuum-filtrning ish sifatiga bog'liq bo'lib, 30% dan 40% gacha o'zgarib turadi.
Nam fosfogipsning hajm og'irligi yumshoq holatda 0,531 dan 0,581 t/m3 gacha o'zgarib turadi va o'rtacha 0,556 t/m3 ni tashkil etadi.
Doimiy og'irlikkacha quritilgan fosfogipsniki yumshoq holatda hajmiy massasi - 0,508 dan 0,526 t/m3 gacha, o'rtachasi - 0,517 t/m3 gacha. Olmaliq
«Ammofos» ishlab chiqarish birlashmasining fosfogipsi tashqi ko'rinishi bo'yicha ipaksimon tovlanib turadigan kul rang, oson guvalanuvchi materialdir. Uning o'ziga xos hidi bor, tuzilishi yumshoq, teksturasi tartibsiz, tarkibiy tuzilishi bitta mineraldan iborat, salgina namroq material orasi yumshoq massadan tarkib topgan guvalalardan iborat. Quritilgan holatda u mayda dispers kukundir.
Elakdan o'tkazish tahlili ma'lumotlari bo'yicha fosfogipsning eng ko'p fraksiyasi 1,6 - 0,4 va 0,16 - 0,1 mm o'lchamdagi zarrachalar iborat.
Fosfogips qizdirilgan vaqtda kristallanish suvini yo'qota boshlaydi. 150°C darajadagi haroratda qizdirilganda ikki molekulali suvli gipsning difraksion maksimumlari jadalligi kamayadi, nim suvli kalsiy sulfatga javob beradigan yangi chiziqlar: 5,96; 2,97; 2,78; 1,83; 1,65; A paydo bo'ladi. 200°C dagi haroratda qizdirilganda fosfogips tarkibidagi ikki molekulali suvli gips nim suvliga va qisman angidritga aylanadi.
2500 va undan yuqori harorat ikki molekulali suvli gips chiziq-lari jadalligi nihoyatda kamayadi. Harorat 400°C gacha ko'ta-rilganda angidritning yanada jadalroq chiziqlari paydo bo'ladi, 1250°C gacha va undan yuqori darajaga ko'tarilganida esa kvars chiziqlari yo'qoladi, bu SiO2 ning CaO bilan o'zaro ta'sir etib, kalsiy silikati hosil bo'lganidan dalolat beradi. Harorat 130°C va 1400°C gacha ko'tarilganida angidritdan tashqari 2,68 A° chizig'i kuzatiladi, u qattiq silikofosfat kalsiy eritmasiga to'g'ri keladi.
Fosfogipsning differensial termik tahlili (D.T.T.)da aniqlanishicha, egri chiziqlari 100-180°C, oralig'ida paydo bo'ladigan ikki molekulali suvli gipsning yorqin namoyon bo'ladigan degidratatsiyasi ikki endotermik effektiga ega. Fosfogipsning birinchi endotermik effekti boshlanishi gipsnikidan (110°C haroratda) farqli ravishda 100°C haroratda paydo bo'ladi. Faol degidratatsiya nisbatan past haroratda yuzaga keladi. Birinchi endotermik effekt boshlanishi haroratining pasayishi, ehtimol, fosfogips tarkibidagi aralashmalar bilan bog'liqdir. Ular mexanik qo'shimchalar sifatida berilishi, shuningdek, kalsiy sulfat kristall panjarasiga kirishi (masalan: CaHPO4 • 2H2O) yoki muayyan xossalarga ega bo'lgan mustaqil tizim (sistema)lar hosil qilishi mumkin. Ayni shu kalsiy sulfatning ikki o'rin olgan qattiq eritmalari fosfogipsning o'ziga xos xossalarini belgilab berayotgan bo'lishini inkor etib bo'lmaydi, bu xususan, uning degidratatsiyasi harorati pasayishida namoyon bo'lyapti. Fosfogipsda mavjud bo'lgan suvda eriydigan fosfatlar ham sezilarli darajada uning degidratatsiyasi haroratini tushiradi. Katta bo'lmagan endotermik effektlar maksimum 540 - 550°C haroratda kvars borligidan dalolat beradi. Harorat 670 - 780°C bo'lganida fosfogips tarkibida mavjud bo'lgan karbonatlar dissosiasiya reaksiyasiga uchraydi, natijada endoeffektlar hosil bo'ladi. 985-1100°C haroratdagi ekzoeffektlar fosfogips tarkibida zarur miqdordagi CaO aralashmasi sifatida mavjud bo'lgan kvarsning reaksiyaga kirishuvi natijasida ikki kalsiyli silikat hosil bo'lishi bilan bog'liqdir. 1150-1160°C haroratda endoeffektlar kalsiy sulfat dissotsiatsiyasiga to'g'ri keladi va 1215°C da angidrit polimorf o'zgarishlari yuz beradi.
Fosfogipsning petrografik tadqiqotlari uning asosan tablet-kasimon va prizma, gabitus shakllaridagi gips kristallchalaridan iborat ekanligini ko'rsatdi. Ularning o'lchamlari 0,1-0,5 mm oralig'ida o'zgarib turadi, 0,1-0,4 mm lilari ko'p uchraydi.
Kristallari rangsiz, suvdek tiniq, mayda xol-xol chang zarrachalari bor. Ayrim kristallarda mayda xolsimon gips zarrachalari borligi ham kuzatiladi. Mineral yumshoq bo'lib, oson eziladi. Nur sindirish ko'rsatkichlari: Ng - 1,527; Np - 1,524; Ng - Np=0,003.
Kamonsimon qo'shaloq shakldagilari ko'p uchraydi.
Sinov namunasida gipsdan tashqari, nur sindirish ko'rsatkichi > 1,620 ga teng bo'lgan ko'rsatkichli rangsiz, epidot guruhiga mansub bo'lishi mumkin bo'lgan donachalar va yaxshi yoritil-maydigan, 0,15 mm o'lchamdagi gil bo'lakchalar bor.
Suvda erimaydigan qoldiqning kimyoviy tarkibini aniqlash uchun fosfogipsga 2 NH4C1 bilan ishlov berildi. Bunda u 9,2% ni tashkil etib, asosan (95,50%) kremnezemdan iborat bo'ldi.
Oksidlar ichida R2O3 ko'p uchraydi.
2-jadval.
Fosfogipsning kimyoviy tarkibi (% hisobida).
|
Sinov namunasi
|
Olmaliq fosfogipsi
|
Voskresensk fosfogipsi
| |
QKY
|
0,08
|
3,55
| |
SiO2
|
95,50
|
33,18
| |
AI2O3
|
1,54
|
0,64
| |
Fe2O3
|
1,52
|
23,80
| |
CaO
|
0,28
|
8,56
| |
MgO
|
-
|
0,24
| |
SO3
|
0,12
|
3,50
| |
TiO2
|
-
|
22,20
| |
Na2O
|
0,22
|
3,72
| |
K2O
|
0,76
|
0,14
|
|
100,02
|
99,53
|
Rentgenografik tahlil asosiy aralashmani ham ko'rsatdi: a-kvars; d=4,24; 3,34; 2,44; 2,28; 2,22; 1,97; 1,82 A va hokazo.
Magnezial bog'lovchilar.
Magniy xlorid (MgCl2) ning suvli eritmalariga qoriladigan va mayda tuyilgan kaustik magnezit yoki kaustik dolomit kukunlaridan iborat havoda qotadigan bog'lovchi moddalar magnezial bog'lovchi materiallar deb ham ataladi.
Kaustik magnezit kukuni bilan magniy xlorid eritmasining havoda tez qotadigan xamirsimon aralashmasi ba'zan Sorel sementi deb (ixtirochining nomi bilan) ataladi.
Kaustik magnezit va magnezial sementning kimyoviy tarkibi tufayli organik to'ldirgich (yog'och qipig'i, qirindi-tarashasi va boshqa)larning birikishi - yopishishi uchun qulay sharoitlar tug'ildi. Ular magnezial bog'lovchilar muhitida chirimaydi va parchalanmaydi. Magnezial bog'lovchilar bilan asbest va boshqa tolasimon to'ldirgichlar ishlatish ham ancha foydali.
Kaustik magnezit tabiiy magnezitni 750 - 850°C haroratda kuydirib, so'ngra pishgan mahsulotni kukunsimon holga kelguncha tuyish yo`li bilan olinadi.
Magnezit magniy karbonat (MgCO3) tuzidan iborat bo'lib, tabiatda ikki xil,
ya'ni amorf va kristall ko'rinishda uchraydi.
Kristall magnezit (tarkibidagi qo'shilmalarga qarab) kul rang, oq, ba'zan sarig' va hatto jigar rang tusda aniq kristall tuzilishda va shishadek shaffof bo'ladi. Unda CaCO3 va FeCO3 ko'rinishlardagi qo'shilmalar bor. Ammo sof holida ham uchraydi.
Magnezitning kimyoviy tarkibi quyidagicha: 47,82% MgO va 52,18% CO2.
Kaustik dolomit tabiiy dolomit (MgCO3 • CaCO3) ni kuydirish natijasida olinadi. U kalsiy va magniyning qo'sh tuzidan iborat bo'lib, quyidagi kimyoviy tarkibga ega: 54,2% CaCO3va 45,8% MgCO3.
Kaustik magnezit ishlab chiqarish tayyorlash jarayonlari (xomashyoni qazib olish, saralash, maydalash) va asosiy jarayonlar (kuydirish hamda tuyish)dan iborat.
Xomashyo ishlab chiqarish chizmasiga qarab maydalanadi. Masalan, shaxta pechlar uchun yirik, aylanma pechlar uchun maydaroq material zarur.
Magnezitni kuydirish uchun pechlarning hamma turidan (xum-dondan tortib maxsus konstmksiyadagi mexanik pechlargacha) foydalanish mumkin, ammo ko'pincha o'txonasi tashqariga joylangan shaxta pechlarda kuydiriladi. Kuydirilayotganda magnezit parchalanadi va quyidagi reaksiya bo'yicha magniy oksidi bilan angidrit gaziga ajraladi:
MgCO3= MgO+CO2
Magniy karbonatning parchalanish reaksiyasi endotermik reaksiya hisoblanadi, ya'ni bu reaksiya sodir bo'lishi uchun talaygina miqdorda issiqlik (1kg MgCO3 ga 344 kkal) sarflash talab qilinadi. Magniy karbonat 500°C da parchalana boshlaydi deb qabul qilsa bo'ladi, lekin 600-650°C da talabdagidek tez o'tadi. Zavod sharoitlarida magnezit nisbatan ancha yuqori, taxminan 800°C, aylanma pechlarda esa 1000°C gacha haroratda kuydiriladi.
Magniy karbonatning parchalanish reaksiyasi umuman qaytarma reaksiyadir. Reaksiya talabdagidek yo'nalishda bo'lishi uchun uning mahsulotlaridan biri, ya'ni CO2 tabiiy yoki su'niy yo'l bilan chiqarib tashlanadi, shuningdek, kuydirish harorati nazariy zarur harorat darajasidan oshiriladi. Biroq o'ta yuqori haroratdan foyda yo'q, chunki bunda MgO ning bog'lovchilik xossalari yomonlashadi.
Magnezitni 1300°C dan ortiq haroratda kuydirish natijasida «o'ta pishgan» magnezit hosil bo'ladi. Bunday magnezitni tuyganda u bog'lovchi modda bo`lmay qoladi, balki o'tga chidamli magnezit buyumlar ishlab chiqarish uchun xomashyo sifatida ishlatishga yaraydi, xolos.
Demak, CO2 batamom ajralib chiqqanida kuydirish harorati (ruxsat etiladigan chegaralarda) qanchalik past bo'lsa, kaustik magnezit shunchalik sifatli chiqadi.
Kaustik magnezit qanchalik sifatli pishirilganini uning solishtirma og'irligiga qarab aniqlash mumkin. Standartga qaraganda solishtirma og'irligi 3,1-3,4 g/sm2 bo'lishi kerak. Kuydirilmagan magnezitning solishtirma og'irligi o'rtacha hisobda - 3, «o'ta kuydirilgani»niki esa - 3,7 g/sm3. Shuning uchun ham chala kuydirilganda magnezitning solishtirma og'irligi 3,1 dan past, o'ta pishirganda 3,4 g/sm2 dan ortiq bo'ladi.
Dolomitlar keskin o'zgaruvchan tarkibli birikmalardir. Shuning uchun ham
kaustik dolomit ishlab chiqarayotganda tabiiy dolomit kimyoviy tarkibini bilishga katta e'tibor berilishi lozim. Burring uchun konda uning o'rtacha namunalarini tanlab olib, kimyoviy tahlil qilib ko'rish zarur.
Tabiiy dolomitni taxminan 650 - 750°C da (chala) kuydirganda kaustik dolomit hosil bo'ladi.
Kaustik magnezit ishlab chiqarayotgandagidek dolomit shaxta va aylanma pechlarda chala kuydirilishi mumkin.
Dolomitni chala kuydirganda MgCO3 dekarbonlashadi (parchalanadi) va MgO ga aylanadi. CaCO3 ning ko'p qismi parchalanmay qoladi, chunki uning dissotsiatsiya haroratidan yuqori chala kuydirish natijasida tarkibida magniy oksidi, ohaktosh va ozgina miqdorda ohak bo'lgan mahsulot hosil boladi.
Harorat 800-1000°C gacha ko'tarilganda kuydirilgan mahsulot tarkibida anchagina miqdorda soma oladigan kalsiy oksidi bor dolomit ohak vujudga keladi. Harorat 1300°C dan yuqori bo`lsa, «o'ta pishgan» dolomit hosil bo`ladi. Bu ham
«o'ta pishgan» magnezit singari o'tga chidamli buyumlar ishlab chiqarishda ishlatiladi.
Qoritqilar. Magnezial bog`lovchi moddalar uchun magniy xloridning suvli eritmalari, shuningdek, magniy sulfati, temir sulfatlarining eritmalari va boshqa tuzlar qoritqi bo`lishi mumkin. Kaustik magnezitni suv bilan qorilganda qotgan sement tosh nisbatan unchalik mustahkam bo'lmaydi. Holbuki uni xlorid yoki magniy sulfati bilan qorganda nihoyatda mustahkam sementtosh hosil bo`ladi.
Tarkibida magniy xlorid suvli eritmasi bo`lgan ko`llar sanoat miqyosida magniy tuzlar qazib olish manbalari hisoblanadi.
Magniy xlorid ma`lum miqdordagi suvli eritma holida qoritqi sifatida ishlatiladi. Odatda solishtirma og'irligi 1,09 - 1,26 g/sm3 gacha bo`ladi.
Magnezial sement komponentlarining o'rtacha ulushi faol magniy oksidi (kaustik magnezit umumiy og'irligining taxminan 85% ini tashkil etadi) va qattiq (quyuq) olti molekula suvli magniy xloridga hisoblaganda (og'irligi jihatidan) 67-62 % MgO va 33 - 38 % MgCl2 - 6H2O dan iborat bo`ladi.
Sulfat kislotani magniy oksidi bilan neytrallab, magniy sulfati olish mumkin. Magniy sulfatidan foydalanayotganda quyidagicha ulushlanadi: suvsizlantirilgan MgSO4 ga hisoblanganda 80-84% magniy oksidi va 20-16% magniy sulfati. MgSO4 li qorishmadan tayyorlangan sementtosh MgCl2 li qorishmadan ishlanganga qaraganda unchalik mustahkam bo'lmaydi. Biroq magniy sulfatli qorishmadan tayyorlangan sementtoshning gidroskopikligi magniy xloridli
qorishmadan ishlangan sementtoshnikidan ancha past bo`ladi.
Tayyor buyumlarning gidroskopikligini kamaytirish va ularning suvga chidamliligini oshirish maqsadida kaustik magnezitga qoritqi sifatida birgina o'zi yoki magniy xloridi bilan birgalikda temir kuporosi ishlatiladi. Temir kuporosini qo'shish magnezial sementning tishlashishini tezlashtiradi va buyumlarda dog`larni kamaytiradi.
Xossalari va ishlatilishi. Kaustik magnezit, shuningdek, kaustik dolomitning qotish jarayonini, A.A. Baykov nazariyasiga ko'ra, uch davrga ajratish mumkin.
Birinchisi magniy oksidning gidratatsiyalanishi bilan xarakterlanadi. Bu jarayon davomida qo'shaloq birikma MgOMgCl2 • 6H2O hosil bo`ladi (qoritqi
sifatida MgCl2 olingan bo`lsa). Gidratatsiya va qo'shaloq tuzning hosil boiish reaksiyalari deyarli qorib bo`lgandan keyinroq boshlanadi.
Ikkinchi davr tishlashish yoki kolloidlanishi. Reaksiyalar natijasida hosil boigan birikmalar o'ta to'yingan eritma hosil qiladi va gel (iviq) shaklida ajralib chiqadi; tishlashishi tez boshlanib, tez tugaydi, qotgan massaning kolloid holati esa uzoq vaqt davom etadi.
Uchinchi davrda kolloid massa yaxna holatida qayta kristallashish yoii bilan kristall o'simtaga aylanadi. Kristallar hosil bo`lsa-da, ular juda ham kichik, kolloid oichamlarga yaqin bo`ladi.
Magnezit xomashyoni 800-850°C haroratda kuydirib, so'ngra maydalab tayyorlanadigan kaustik magnezitning solishtirma og'irligi, standartga ko'ra, 3,1-3,45 g/sm3, hajm og'irligi - 0,65 dan 0,85 t/m3 gacha bo`lishi kerak. 21 sonli elakda ko'pi bilan 5% material qolishi, 0085 sonli elakdan materialning kamida 75% i o'tishi kerak.
Kaustik magnezitning kimyoviy tarkibini quyidagi ma'lumotlardan bilib olish mumkin (3-jadval).
|
