1.3.3.3 Уддг-гипс
Гипс из дымовых газов получается при промывке отработанных газов установкой для десульфитизации дымовых газов (УУСДГ) и поэтому называется также УУСДГ-гипсом (англ. “desulfogypsum” или FGD-Gypsum = Flue Gas Desulfurization Gypsum). Он образуется из влажного, состоящего из мелких частиц порошка при десульфитизации газов (дымовых газов) после сжигания ископаемого топлива (каменный уголь, бурый уголь, нефть) на крупных установках для сжигания, например, электростанций. Десульфитизация осуществляется путём промывки дымовых газов с помощью суспензий известняка или извести. При этом содержащийся в дымовых газах диоксид серы, привязанный вначале к сульфиту кальция, преобразуется в легкорастворимый гидрогенный сульфит кальция и затем с помощью кислорода воздуха легко окисляется в гипс.
Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O Уравнение 34
CaSO3 + ½ O2 + 2 H2O → CaSO4·2H2O Уравнение 35
Благодаря очистке дымовых газов содержание SO2 с 800-1200 мг/м3 снижается примерно до 100 мг/м3 в отработанном газе. По этому способу с введением распоряжения о крупных топочных установках (КТУР) только в Германии выброс SO2 была сокращён с 1,55 млн. т (1982 г.) до 0,22 млн. т (1988 г.). Путём вакуумной фильтрации гипс обезвоживается с остатком влаги около 10% и, одновременно с этим, освобождается от ненужных примесей, главным образом хлоридов. Пригодная для изготовления штукатурного гипса структура частиц может быть достигнута с помощью прессования. Из 1 т серы в топливе получается 5,4 т гипса. Такой способ получения гипса из дымовых газов в гипсовой и цементной промышленности технически возможен и имеет большое экономическое значение [184, 186].
Сульфат кальция другого происхождения, образующийся, например, при изготовлении органических и неорганических кислот (винная, лимонная, щавелевая, борная кислота), или же при переработке сульфатсодержащих сточных вод, из-за большого содержания нежелательных загрязнений и высокого содержания влаги не получил до сих пор технического значения. Размолотые осколки гипсовых форм из керамической промышленности находят частичное применение в качестве регулятора схватывания при производстве цемента.
1.3.4 Производство кальциево-сульфатных вяжущих
Связывающие калиево-сульфатные продукты (полугидраты, обожжённый ангидрит II или ангидрит III) в промышленных способах производства изготавливаются из гипса с использованием термической энергии. При этом стремятся получить максимально высокий термический КПД при получении конечного продукта с постоянными свойствами. Так как фазовые преобразования происходят с большими кинетическими помехами, то при технических условиях реакции образуются не чистые фазы, а почти только фазовые смеси. Размер зёрен и морфологическая структура гипса, а также парциальное давление водяного пара обжиговой атмосферы, время нахождения и температура оказывают существенное влияние. α-полугидрат возникает при высоком парциальном давлении водяного пара из дигидрата в виде больших хорошо закристаллизованных первичных частиц при температурах 80-180 0С. ß-полугидрат образуется в сухой атмосфере при температурах 120-180 0С в виде мельчайших кристаллов, которые образуют агломераты и, при этом, сохраняют размеры и форму исходных частиц. Рисунок 1.62 показывает связанное с условиями производства большое различие внешнего вида α- и ß-полугидрата. Основная масса обожжённого ангидрита II образуется только при температуре свыше 300 0С. При этом, в зависимости от размера зёрен, температуры и времени пребывания возникают компоненты, которые с разной скоростью реагируют с водой (ср. таблицу 1.22), и частично ангидрит III и ß-полугидрат. На переднем плане разработок или же продолжающихся разработок стоят, большей частью, в течение многих лет испытанные методы обжига, которые могут отвечать требованиям экономии энергии и имеют, или же позволяют ожидать простоту и надёжность в работе при производстве массового продукта.
Рисунок 1.62 - α- (слева) и ß-полугидрат (справа) (РЭМ-снимок)