Переработка отходов производства кальцинированной соды

При производстве кальцинированной соды аммиачным методом на 1 т продукции в качестве основного отхода образуется 8-12 м³ жидкости, содержащей 200-250 кг/м³ сухого остатка. Складирование этих отходов организуют в специальных шламонакопителях (белых морях), занимающих 300-350 и более гектаров земельных участков в районе расположения содовых заводов. При хранении отходов в шламонакопителях с течением времени происходит их постепенное обезвоживание.

Твердый остаток дистиллерной жидкости (дистиллерный шлам) в сухом виде представляет собой светло-серую массу плотностью около 970 кг/м³, на 70-80 % состоящую из частиц размером 0,1-0,2 мм. Его состав зависит от качества используемых в содовом производстве сырьевых материалов, некоторых технологических и других факторов. Например, в сухом дистиллерном шламе Стерлитамакского ПО «Сода», образование которого оценивается величиной, превышающей 500 тыс. т/год, содержится 56,7-75,5 % CaСO₃, 5,2-15,7 % Ca(OH)₂, 0,7-6,8 CaSO₄, 0,03-10,4 % CaCl₂, 4,75-15,0 % SiO₂, 3,21-7,61 % Fe₂O₃ и другие компоненты.

Таким образом, твердый остаток дистиллерной жидкости включает ряд оксидов, представляющих собой части соединений силикатных систем, обладающих вяжущими свойствами, что указывает на принципиальную возможность получения вяжущих материалов на основе этих отходов содового производства. При этом недостаток в дистиллерном шламе кремнеземистого компонента требует его компенсации, например, кварцевым песком.

Были разработаны различные варианты технологии вяжущих материалов на основе дистиллерных шламов содовых производств. Наиболее простым из них является метод использования дистиллерного шлама с влажностью 25-30 % (рисунок 22). Экскаватором отбирают из шламонакопителя, подсушивают и затем измельчают с кварцевым песком (82,2-86,3 % SiO₂) в шаровой мельнице шлам. Получаемый при этом продукт представляет собой бесклинкерный вяжущий материал автоклавного твердения с достаточно сложным химическим составом. Однако из-за низкой активности исходного дистиллерного шлама, содержание активных CaO и MgO в котором составляет 12-14 %, получаемые на основе такого вяжущего изделия обладают невысокой прочностью, примерно соответствующей маркам 200-230. Обеспечение стабильных прочностных характеристик осложнено непостоянством состава дистиллерного шлама, затрудняющим оптимизацию состава получаемого вяжущего материала.

Включение в технологию стадии обжига сырьевых материалов при 800-1050 ºС позволяет устранить перечисленные недостатки: при оптимальном режиме обжига получаемый продукт характеризуется содержанием активных CaO и MgO ≥ 40%, что обеспечивает возможность достижения прочности затвердевшего камня на его основе, соответствующей марке вяжущего 500. Принципиальная технологическая схема производства вяжущего на основе обожженного дистиллерного шлама представлена на рисунке 22.

При подготовке дистиллерного шлама к обжигу его с целью снижения влажности смешивают с высушенным шламом, полученную массу гранулируют, гранулы опудривают пылью из электрофильтров системы пылеочистки и сушат при 200-300 ºС теплом отходящих газов обжиговой печи. Высушенные гранулы обжигают при 800-900 ºС в течение 20 минут, охлаждают и, смешивая с песком и гипсом, измельчают, получая готовый продукт, содержание в котором активных CaO и MgO составляет 58 %. Предел прочности при сжатии изделий, получаемых при использовании такого вяжущего в песчаном растворе при отношении вяжущее: песок = 1: 3, составляет 34,1-68,6 МПа. Вместе с тем, сроки схватывания получаемого вяжущего весьма коротки: начало схватывания – через 10-12 мин, конец – через 16-25 мин, что влечет трудности при формовке изделий в производстве. Поэтому с целью удлинения сроков схватывания при помоле в смесь вводят 2-3 % гипса.

На основе получаемого вяжущего можно в промышленных масштабах производить блоки ячеистого бетона по литьевой технологии. На основе дистиллерного шлама содового производства на Стерлитамакском ПО «Сода» реализована технология автоклавного вяжущего известково-белитового типа, характеризующегося высокими физико-механическими свойствами, простотой производства и высокой эффективностью применения. Она мало отличается от традиционной технологии производства известково-белитовых вяжущих материалов и включает совместную сушку дозируемых дистиллерных шламов (кальциевый карбонатный компонент) и кварцевого песка (кремнеземистый компонент) с последующим обжигом высушенной смеси. Однако присутствие в перерабатываемых отходах таких эффективных минерализаторов, как CaCl₂ и гипс, способствует значительной интенсификации процессов минералообразования во время обжига.

Продуктом обжига является серый сыпучий материал с размерами зерен 1-2 мм. Его охлаждают в барабанном холодильнике до 90 ºС и отправляют на склад готовой продукции. На основе получаемого вяжущего производят силикатный кирпич по традиционной (как при использовании извести) технологии.

Рисунок 22 – Схема получения вяжущего на основе обожженного дистиллерного шлама