RU2243946C1 - Method for production of gypsum binder - Google Patents
Method for production of gypsum binder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2243946C1 RU2243946C1 RU2003118334/03A RU2003118334A RU2243946C1 RU 2243946 C1 RU2243946 C1 RU 2243946C1 RU 2003118334/03 A RU2003118334/03 A RU 2003118334/03A RU 2003118334 A RU2003118334 A RU 2003118334A RU 2243946 C1 RU2243946 C1 RU 2243946C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gypsum
- cao
- calcium oxide
- carrier
- oxygen
- Prior art date
Links
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству вяжущих, цветной металлургии, газовой и нефтяной промышленности, в частности касается производства гипсовых вяжущих из элементарной серы.The invention relates to the production of binders, non-ferrous metallurgy, gas and oil industry, in particular for the production of gypsum binders from elemental sulfur.
В настоящее время пути использования элементарной серы весьма многочисленны. Свыше 50% элементарной серы используется на производство серной кислоты и олеума, около 25% - для получения сульфитцеллюлозы, 10-15% - в сельском хозяйстве, остальное количество серы употребляется в резиновой промышленности, в производстве искусственного волокна, взрывчатых веществ, в промышленности органического синтеза, в медицине и др. В последние годы найдены новые сферы использования элементарной серы, преимущественно в стройиндустрии (производство асфальта, бетона, шоссейных дорог, стен, полов и др.).Currently, the use of elemental sulfur is very numerous. Over 50% of elemental sulfur is used for the production of sulfuric acid and oleum, about 25% - for the production of cellulose sulfite, 10-15% - in agriculture, the remaining amount of sulfur is used in the rubber industry, in the production of artificial fiber, explosives, in the organic synthesis industry , in medicine, etc. In recent years, new spheres of the use of elemental sulfur have been found, mainly in the construction industry (production of asphalt, concrete, highways, walls, floors, etc.).
Известен способ получения высокообжигового гипса (эстрих-гипс), включающий обжиг природного гипса (CaSO4· 2Н2О) при 800-1000° С с последующим измельчением [1, стр. 70-73]A known method of producing high-calcined gypsum (estrich-gypsum), including the calcination of natural gypsum (CaSO 4 · 2H 2 O) at 800-1000 ° C followed by grinding [1, p. 70-73]
Известен способ получения безводного сернокислого кальция - ангидрита из природного гипса, включающий обжиг гипса при 600-700° С с последующим измельчением продукта обжига совместно с добавками - катализаторами твердения (известь, сульфат и бисульфит натрия в смеси с железным или медным купоросом и др.) [1, ср. 73-76].A known method of producing anhydrous calcium sulfate - anhydrite from natural gypsum, including calcining gypsum at 600-700 ° C, followed by grinding the calcination product together with additives - hardening catalysts (lime, sodium sulfate and sodium bisulfite mixed with iron or copper sulfate, etc.) [1, cf. 73-76].
Недостатками известных способов получения ангидрита и эстрих-гипса являются: 1) необходимость добычи, транспортировки и измельчения природного гипса; 2) затраты большого количества топлива на нагрев гипса и его разложение ввиду того, что процесс является эндотермическим.The disadvantages of the known methods for producing anhydrite and estrich-gypsum are: 1) the need for extraction, transportation and grinding of natural gypsum; 2) the cost of a large amount of fuel for heating gypsum and its decomposition due to the fact that the process is endothermic.
По технической сущности наиболее близким является способ получения гипсового вяжущего при температуре в зоне реагирования 120-150° С, включающий окисление элементарной серы путем кислородсодержащего дутья в присутствии носителя оксида кальция, причем в качестве носителя оксида кальция используют известняк [2]. В указанном способе предусмотрена возможность введения в дутье отработанных газов.By technical nature, the closest is the method of producing a gypsum binder at a temperature in the reaction zone of 120-150 ° C, including the oxidation of elemental sulfur by oxygen-containing blast in the presence of a carrier of calcium oxide, and limestone is used as a carrier of calcium oxide [2]. In the specified method, it is possible to introduce exhaust gases into the blast.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- получение гипсового вяжущего осуществляется сложным путем взаимодействия SO2 (от сжигания элементарной серы) с водной пульпой с СаСО3;- obtaining a gypsum binder is carried out in a complex way by the interaction of SO 2 (from the burning of elemental sulfur) with aqueous pulp with CaCO 3 ;
- высокие затраты на теплоту испарения воды и нагрев паров воды до температуры взаимодействия.- high costs of heat of evaporation of water and heating of water vapor to the temperature of interaction.
Задачей настоящего изобретения является использование элементарной серы - техногенного отхода - для производства гипсовых вяжущих - ангидрита и эстрих-гипса.The objective of the present invention is the use of elemental sulfur - industrial waste - for the production of gypsum binders - anhydrite and estrich-gypsum.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения гипсового вяжущего термообработкой исходной шихты при повышенной температуре процесса, включающем окисление элементарной серы - S путем подачи кислородсодержащего дутья в присутствии носителя оксида кальция - СаО, согласно изобретению, носитель оксида кальция предварительно подвергают глубокой сушке до содержания влаги в нем 0-0,5%, массовое соотношение в шихте S, кислорода в дутье - О2 и СаО равно 1,0:(1,5-3,0):(1,75-2,62), а температуру процесса поддерживают 600-1100° С.This object is achieved by the fact that in the method of producing a gypsum binder by heat treatment of the initial mixture at an elevated process temperature, including the oxidation of elemental sulfur - S by supplying an oxygen-containing blast in the presence of a calcium oxide carrier - CaO, according to the invention, the calcium oxide carrier is preliminarily dried to moisture content it is 0-0.5%, the mass ratio in the charge S, oxygen in the blast is O 2 and CaO is 1.0: (1.5-3.0) :( 1.75-2.62), and the temperature process support 600-1100 ° C.
При этом в качестве носителя СаО используют индивидуально или совместно друг с другом материалы, взятые из группы, включающей оксид кальция, обожженную известь, пушонку, известняк, доломит, высококальциевые шлаки черной металлургии, техногенные отходы, обогащенные оксидом кальция.At the same time, materials taken from the group consisting of calcium oxide, calcined lime, fluff, limestone, dolomite, high-calcium slag from ferrous metallurgy, industrial waste enriched with calcium oxide are used individually or jointly with each other as CaO support.
Элементарная сера может быть использована в жидком состоянии. Предпочтительным вариантом содержание влаги в носителе СаО является менее 0,3%.Elemental sulfur can be used in liquid form. The preferred embodiment, the moisture content in the CaO support is less than 0.3%.
В качестве материалов, содержащих катализаторы твердения, вводят сульфат и бисульфат натрия.Sodium sulfate and sodium bisulfate are introduced as materials containing hardening catalysts.
При получении ангидрита температуру процесса поддерживают 600-800° С, а эстрих-гипса - 800-110° С.Upon receipt of anhydrite, the process temperature is maintained at 600-800 ° С, and for estrich-gypsum - 800-110 ° С.
Регулирование температуры процесса в заявленном интервале осуществляют путем разубоживания дутья избыточным воздухом, отработанными газами, использованием водяных труб или введением в шихту шлака или щебня.The process temperature control in the claimed interval is carried out by diluting the blast with excess air, exhaust gases, using water pipes or introducing slag or crushed stone into the charge.
При использовании заявляемого изобретения получен следующий технический результат:When using the claimed invention, the following technical result is obtained:
- обеспечивается рациональная утилизация техногенного отхода - элементарной серы;- provides rational utilization of industrial waste - elemental sulfur;
- обеспечивается создание нового вещества;- the creation of a new substance is ensured;
- процесс является экзотермическим (автогенным), т.е. не требует затрат топлива;- the process is exothermic (autogenous), i.e. does not require fuel;
- способ сопровождается выделением большого количества тепла, благодаря чему становится возможным эффективное производство пара и/или собственной дешевой электроэнергии.- the method is accompanied by the release of a large amount of heat, which makes it possible to efficiently produce steam and / or its own cheap electricity.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Элементарную серу - техногенный отход - используют для производства гипсовых вяжущих - ангидрита и эстрих-гипса. Это достигается путем сжигания (окисления) элементарной серы в присутствии оксида кальция с образованием CaSO4. При этом протекает экзотермическая реакция:The essence of the proposed method is as follows. Elemental sulfur - technogenic waste - is used for the production of gypsum binders - anhydrite and estrich-gypsum. This is achieved by burning (oxidizing) elemental sulfur in the presence of calcium oxide with the formation of CaSO 4 . In this case, an exothermic reaction proceeds:
изменение энтальпии которой равно Δ H298=-188600 кал/гр-ат S. Таким образом, на 1 кг Sэл выход тепла по реакции (а) составляет 5893,7 ккал. Иными словами, сжигание 1 кг S в присутствии СаО по выделению тепла превосходит результаты сжигания 1 кг кокса. Энергия Гиббса реакции (а) при 600-1000° С составляет (-131900)-(-105800) кал/г-ат S соответственно. Это указывает на полное протекание реакции (а) слева-направо.the change in enthalpy of which is Δ H 298 = -188600 cal / g-at S. Thus, for 1 kg S el the heat output by reaction (a) is 5893.7 kcal. In other words, burning 1 kg S in the presence of CaO in terms of heat generation exceeds the results of burning 1 kg of coke. The Gibbs energy of reaction (a) at 600-1000 ° C is (-131900) - (- 105800) cal / g-at S, respectively. This indicates the complete course of reaction (a) from left to right.
Элементарная сера выше была принята в твердом состоянии. Однако не исключается ее использование в жидком виде. В этом случае некоторые изменения должны быть внесены в произведенные выше теплотехнические показатели процесса.Elemental sulfur above was taken in the solid state. However, its use in liquid form is not excluded. In this case, some changes should be made to the above-mentioned thermotechnical indicators of the process.
Расходные коэффициенты компонентов могут быть установлены теоретически. Так, минимальный расход компонентов на 1 грамм -атом элементарной серы составит: кислорода - 1,5 моль, оксида кальция -1,0 моль. Максимальное соотношение S:СаО:О2 может быть установлено, исходя из величины коэффициента избытка, которое нерационально поддерживать выше 3,0 для О2 и 1,5 - для СаО. Тогда мольное соотношение S:O2:СаО может быть принято равным S:О2:СаО=1,0:(1,5-3,0):(1,0-1,5).The expenditure coefficients of the components can be set theoretically. So, the minimum consumption of components per 1 gram atom of elemental sulfur will be: oxygen - 1.5 mol, calcium oxide -1.0 mol. The maximum ratio S: CaO: O 2 can be established on the basis of the excess coefficient, which is irrationally maintained above 3.0 for O 2 and 1.5 for CaO. Then the molar ratio S: O 2 : CaO can be taken equal to S: O 2 : CaO = 1.0: (1.5-3.0) :( 1.0-1.5).
Отсюда легко может быть составлено массовое соотношение компонентов: S : O2 : СаО=1,0:(1,5-3,0):(1,75-2,62).From here, the mass ratio of the components: S: O 2 : CaO = 1.0: (1.5-3.0) :( 1.75-2.62) can be easily compiled.
Избыток оксида кальция в шихте рационален, поскольку он в дальнейшем может быть полезен в качестве катализатора твердения.The excess calcium oxide in the mixture is rational, since it can later be useful as a hardening catalyst.
В качестве носителя оксида кальция (далее СаО - носитель) индивидуально или в смеси друг с другом могут быть использованы: оксид кальция (СаО), обожженная известь (~ 85% СаО), карбонат кальция (СаСО3), пушонка /Са(ОН)2/, доломит /Ca(Mg)CO3/, различные техногенные отходы, обогащенные оксидом кальция, природные минеральные соединения, обогащенные оксидом кальция, в том числе содержащие оксиды и сульфаты щелочно-земельных и щелочных металлов.As a carrier of calcium oxide (hereinafter CaO - carrier) individually or in mixture with each other, calcium oxide (CaO), calcined lime (~ 85% CaO), calcium carbonate (CaCO 3 ), fluff / Ca (OH) can be used 2 /, dolomite / Ca (Mg) CO 3 /, various industrial wastes enriched with calcium oxide, natural mineral compounds enriched with calcium oxide, including those containing oxides and sulfates of alkaline-earth and alkali metals.
Необходимо отметить, что во избежание полугидрита сульфата кальция (CaSO4· 0,5Н2О) и гипса (CaSO4· 2Н2О) желательно СаО-носитель вводить в процессе получения гипсового вяжущего после его глубокой сушки (содержание влаги в СаО-носителе: 0,0-0,5%).It should be noted that in order to avoid hemihydrite of calcium sulfate (CaSO 4 · 0.5Н 2 О) and gypsum (CaSO 4 · 2Н 2 О), it is advisable to introduce the CaO carrier in the process of obtaining the gypsum binder after its deep drying (moisture content in the CaO carrier : 0.0-0.5%).
В качестве носителя кислорода может служить воздух, дутье, обогащенное кислородом, и отходящие газы металлургического производства, а также их смеси.Air, blast enriched with oxygen, and waste gases from metallurgical production, as well as mixtures thereof, can serve as an oxygen carrier.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления способа.Information confirming the possibility of implementing the method.
Из перечисленных выше носителей СаО наибольшее внимание заслуживает карбонат кальция, т.е. известняк. В этом случае реакция окисления серы элементарной запишется в виде:Of the CaO carriers listed above, calcium carbonate deserves the greatest attention, i.e. limestone. In this case, the elementary sulfur oxidation reaction is written as:
Изменение энтальпии реакции (б) равно Δ H298=-146100 кал/г-ат S или 4565,6 ккал/кг S, что лишь на 20-25% меньше тепловыделения при сжигании 1 кг кокса.The change in the enthalpy of reaction (b) is Δ H 298 = -146100 cal / g-at S or 4565.6 kcal / kg S, which is only 20-25% less heat when burning 1 kg of coke.
Прежде всего нами были выполнены расчеты материального и теплового балансов по реакциям (а) и (б). Результаты расчетов по реакции (а) показали, что даже при температуре 1000° С имеет место большой избыток тепла. В этой связи становится целесообразным объединить процессы получения СаО и окисления Sэл. Сказанное может быть достигнуто при окислении Sэл в присутствии СаСО3. Для иллюстрации справедливости сказанного в табл.1 и 2 приводятся материальный и тепловой балансы окисления Sэл в присутствии карбоната кальция (известняка, содержащего до 93,0% СаСО3).First of all, we performed calculations of material and thermal balances for reactions (a) and (b). The results of calculations by reaction (a) showed that even at a temperature of 1000 ° C there is a large excess of heat. In this regard, it becomes appropriate to combine the processes of obtaining CaO and oxidation of S el . The foregoing can be achieved by oxidation of S el in the presence of CaCO 3 . To illustrate the truth of the above, Tables 1 and 2 show the material and thermal balances of S el oxidation in the presence of calcium carbonate (limestone containing up to 93.0% CaCO 3 ).
Материальный баланс процесса переработки элементарной серы в присутствии СаСО3 с получением эстрих - гипса.Table 1.
The material balance of the process of processing elemental sulfur in the presence of CaCO 3 to produce estrich - gypsum.
Тепловой баланс производства эстрих - гипса из Sэл и СаСО3 при 900° С (на 100 кг Sэл.)Table 2.
The heat balance of the production of estrich - gypsum from S el and CaCO 3 at 900 ° C (per 100 kg S el. )
дутьемHeat with charge and
blowing
Иными словами, процесс окисления элементарной серы в присутствии СаСО3 с получением эстрих-гипса может быть осуществлен автогенно в любом металлургическом агрегате (без подогрева воздуха и шихты). Сказанное полностью справедливо для варианта получения ангидрита, поскольку здесь температура газов ниже на 200-300° С. Снижение температуры процесса может быть достигнуто увеличением расхода газа-окислителя (в том числе путем разубоживания его), передозировкой известняка, введением в шихту некоторых ингредиентов закладочной смеси (шлака, щебня, песка и др.), а также путем использования известных приемов охлаждения.In other words, the process of oxidation of elemental sulfur in the presence of CaCO 3 with the production of estrich gypsum can be carried out autogenously in any metallurgical unit (without heating the air and the mixture). The foregoing is fully true for the anhydrite production option, since here the gas temperature is 200-300 ° C lower. A decrease in the process temperature can be achieved by increasing the consumption of the oxidizing gas (including by diluting it), overdosing the limestone, introducing some ingredients of the filling mixture into the charge (slag, crushed stone, sand, etc.), as well as by using known methods of cooling.
После завершения расчетов были выполнены лабораторные испытания по окислению серы в присутствии СаО и СаСО3.After completion of the calculations, laboratory tests were performed on the oxidation of sulfur in the presence of CaO and CaCO 3 .
Опыты полностью подтвердили результаты теоретического анализа реакций (а) и (б), материальных и тепловых балансов процесса окисления Sэл в присутствии оксида и карбоната кальция. Эти результаты могут служить подтверждением: 1) возможности осуществления процесса сжигания элементарной серы в присутствии оксида кальция с получением гипсовых вяжущих; 2) решения поставленной задачи.The experiments fully confirmed the results of a theoretical analysis of reactions (a) and (b), the material and thermal balances of the oxidation process of S el in the presence of calcium oxide and carbonate. These results can confirm: 1) the possibility of implementing the process of burning elemental sulfur in the presence of calcium oxide to obtain gypsum binders; 2) solutions to the problem.
Совокупность данных теоретического анализа, результатов экспериментальных исследований по окислению Sэл в присутствии оксида кальция, расчетов материальных и тепловых балансов сведены в табл.3, данные которой указывают на влияние мольного (массового) соотношения на выход гипсового вяжущего.The totality of theoretical analysis data, the results of experimental studies on the oxidation of S el in the presence of calcium oxide, calculations of material and thermal balances are summarized in Table 3, the data of which indicate the influence of the molar (mass) ratio on the output of the gypsum binder.
Предлагаемый способ получения гипсового вяжущего путем сжигания элементарной серы в присутствии оксида кальция особенно применим на Крайнем Севере для утилизации элементарной серы, производимой из уходящих газов обжиговых и плавильных печей, а также во всех регионах России, в которых имеет место добыча и/или переработка нефти и газа. Во всех регионах, кроме прямого использования гипсовых вяжущих для обычных нужд, громадное практическое значение приобретает возможность производства на основе гипсовых вяжущих закладочных смесей для заполнения отработанного пространства в горно-рудной, нефтяной и газовой промышленности.The proposed method for producing gypsum binder by burning elemental sulfur in the presence of calcium oxide is especially applicable in the Far North for utilization of elemental sulfur produced from flue gases from kilns and smelters, as well as in all regions of Russia in which oil is extracted and / or processed and gas. In all regions, except for the direct use of gypsum binders for ordinary needs, the possibility of producing, based on gypsum binders, filling mixtures for filling the waste space in the mining, oil and gas industries is of great practical importance.
Примеры осуществления способа получения гипсовых вяжущих путем сжигания элементарной серы в присутствии оксида кальцияTable 3.
Examples of the method for producing gypsum binders by burning elemental sulfur in the presence of calcium oxide
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION
1. Бутт Ю.М., Технология цемента и других вяжущих материалов. М., 1956, с.70-76.1. Butt Yu.M., Technology of cement and other binders. M., 1956, p. 70-76.
2. Патент Японии №07-237920, С 01 F 11/46, С 04 В 11/02, опубл. 12.09.1995 г.2. Japanese Patent No. 07-237920, C 01 F 11/46, C 04 B 11/02, publ. September 12, 1995
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003118334/03A RU2243946C1 (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Method for production of gypsum binder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003118334/03A RU2243946C1 (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Method for production of gypsum binder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003118334A RU2003118334A (en) | 2005-01-10 |
RU2243946C1 true RU2243946C1 (en) | 2005-01-10 |
Family
ID=34881362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003118334/03A RU2243946C1 (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Method for production of gypsum binder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2243946C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494057C1 (en) * | 2012-02-13 | 2013-09-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of producing gypsum binder |
-
2003
- 2003-06-17 RU RU2003118334/03A patent/RU2243946C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БУТТ Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. - М.: Стройиздат, 1956, с. 70-76. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494057C1 (en) * | 2012-02-13 | 2013-09-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of producing gypsum binder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003118334A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5049198A (en) | Calcium sulfate process for the coproduction of Portland cement clinker and concentrated sulfur dioxide adequate to manufacture sulfuric acid | |
CN102502524B (en) | Method for producing sulfur dioxide from calcium sulfate and sulfur | |
KR100779326B1 (en) | Method for reducing the sox emission from a plant for manufacturing cement clinker and such plant | |
CA2429456A1 (en) | Recovery of cement kiln dust through precipitation of calcium sulfate using sulfuric acid solution | |
CN109809456A (en) | A kind of system and method for coal gasification collaboration gypsum calcining coproduction calcium oxide and sulphur | |
US20130108541A1 (en) | Process for directly producing sulfur trioxide and sulfuric acid using gypsum as raw material | |
EA200000156A1 (en) | METHOD OF MANUFACTURING CHEMICALLY HIGHLY ACTIVE LIME IN A FURNACE | |
CN101244811B (en) | Method for improving SO2 concentration in acid making technique with decomposition of calcium sulphate | |
WO2022237528A1 (en) | Quicklime preparation process and system based on carbon emission reduction | |
CN101337684A (en) | Method for recovering sulfur and co-producing calcium carbonate from desulphurization gypsum | |
CN109928415A (en) | A kind of system and method for gypsum calcining recycling calcium carbonate and sulphur | |
CN100390061C (en) | Method for preparing anhydrous sodium sulfite using industrial by-product anhydrous sodium sulfate | |
US5798087A (en) | Method of producing gypsum | |
RU2243946C1 (en) | Method for production of gypsum binder | |
CN111977616A (en) | Synergistic treatment method and system for desulfurized fly ash and desulfurized gypsum | |
KR102452142B1 (en) | Manufacturing method of gypsum by using biosulfur and uses of the gypsum | |
CN107804862A (en) | One kind method for extracting magnesium oxide from desulfurization wastewater caused by magnesium processes desulfurization | |
CN111453702B (en) | Method for recovering sulfur in industrial byproduct calcium sulfide slag by fixed bed | |
CN113200522A (en) | Decomposition of nonferrous smelting flue gas desulfurization gypsum to prepare H2Method of S | |
CN109790044A (en) | The magnesia of low-carbon emission produces | |
AU2022202129B2 (en) | Polluted co2 capturing with lime produced from phosphogypsum calcination using sulfur as non-co2 fuel | |
EP4385961A1 (en) | Method of producing cement clinker from a source of calcium sulfate | |
CN104496605B (en) | The method and device of sulphur dioxide production alkaline fertilizer in a kind of recycling furnace gas | |
SU947032A1 (en) | Process for producing sulphur dioxide and portland cement from calcium sulphate | |
US20040247519A1 (en) | Method for regenerating calcium sulfate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080618 |