Development of binder based on phosphogypsum hardening by mixed type

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Creation of waste-free technologies for production of low-energy building materials and products involving recycling of secondary raw materials is one of the priority areas of economic development in most countries. In this regard, the urgent task is to develop competitive binders based on phosphogypsum with the addition of hydrated lime by designing rational compositions of phosphogypsum-lime compositions hardening by mixed type.Materials and methods. Waste phosphogypsum from Titanium Investments LLC, Armyansk, was used as a secondary sulfate-containing raw material. Hydrated lime for research was obtained by slaking lump lime produced in shaft furnaces of the lime workshop of Crimean Soda Plant JSC, Krasnoperekopsk. Analysis of the mineralogical composition of phosphogypsum and artificial stone based on it was carried out using synchronous TG-DTA/DSC thermal analysis on an STA 8000 analyzer (Perkin Elmer). The dispersed composition of phosphogypsum and hydrated lime was determined by laser diffraction using a Partica LA-960 laser particle size analyzer (Horiba). The determination of the mechanical characteristics of the prototypes was carried out on the basis of the MCC8 control console (Controls).Results. The results of the development of compositions based on phosphogypsum-lime compositions showed that after forced carbonization of these compositions for 180 minutes in an air-gas environment with a 50 % CO2 concentration, it is possible to obtain a water-resistant stone material (Kr 0.78–0.8) with strength at compression 28–32 MPa, average density 1,750–1,780 kg/m3 and water absorption by mass and volume of 11–15 and 19–26 %, respectively.Conclusions. Probably, additional optimization of the conditions of obtaining samples (pressure, water content of the mixture, introduction of filler), the regime of forced carbonate hardening (hardening time, CO2 concentration) will further improve the studied properties of the resulting stone material. The obtained experimental data suggest that, based on the proposed binder, it is possible to produce a certain range of small-piece wall products, taking into account additional scientific research in this area.

About the authors

T. А. Bakhtina

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: t.bakhtina83@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5241-0074

N. V. Lyubomirskiy

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: niklub.ua@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6298-5077

A. S. Bakhtin

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: aleserba@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6255-8948

G. R. Bilenko

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: ger-bilenko@yandex.ru

I. A. Tyunyukov

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: utyunyukovv@mail.ru

References

  1. Murali G., Azab M. Recent research in utilization of phosphogypsum as building materials : review // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 25. Pp. 960–987. doi: 10.1016/j.jmrt.2023.05.272
  2. Calderón-Morales B.R.S., García-Martínez A., Pineda P., García-Tenório R. Valorization of phosphogypsum in cement-based materials: limits and potential in eco-efficient construction // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 44. P. 102506. doi: 10.1016/j.jobe.2021.102506
  3. Rashad A.M. Phosphogypsum as a construction material // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 166. Pp. 732–743. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.08.049
  4. Wei Z.Q., Zhang Q., Li X.B. Crystallization kinetics of α-hemihydrate gypsum prepared by hydrothermal method in atmospheric salt solution medium // Crystals. 2021. Vol. 11. Issue 8. P. 843. doi: 10.3390/cryst11080843
  5. Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Комплексная промышленная переработка хибинского апатитового концентрата // Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий : мат. IX Междунар. науч.-практ. конф. 2018. С. 124–127.
  6. Yang L., Zhang Y., Yan Y. Utilization of original phosphogypsum as raw material for the preparation of self-leveling mortar // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 127. Pp. 204–213. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.04.054
  7. Wei Z., Deng Z. Research hotspots and trends of comprehensive utilization of phosphogypsum: Bibliometric analysis // Journal of Environmental Radioactivity. 2022. Vol. 242. P. 106778. doi: 10.1016/j.jenvrad.2021.106778
  8. Macías F., Cánovas C.R., Cruz-Hernández P., Carrero S., Asta M.P., Nieto J.M. et al. An anomalous metal-rich phosphogypsum: Characterization and classification according to international regulations // Journal of Hazardous Materials. 2017. Vol. 331. Pp. 99–108. doi: 10.1016/j.jhazmat.2017.02.015
  9. Tian T., Yan Y., Hu Z., Xu Y., Chen Y., Shi J. Utilization of original phosphogypsum for the preparation of foam concrete // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 115. Pp. 143–152. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.04.028
  10. Li B., Li L., Chen X., Ma Y., Zhou M. Modification of phosphogypsum using circulating fluidized bed fly ash and carbide slag for use as cement retarder // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 338. P. 127630. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127630
  11. Ильин А.П., Кочетков С.П., Брыль С.В., Рухлин Г.В. Проблемы и перспективы использования вторичных продуктов переработки природных фосфатов для получения строительных материалов // Экология и строительство. 2016. № 4. С. 21–29. EDN ZHLAPL.
  12. Liu S., Fang P., Ren J., Li S. Application of lime neutralised phosphogypsum in supersulfated cement // Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 272. P. 122660. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.122660
  13. Singh M. Treating waste phosphogypsum for cement and plaster manufacture // Cement and Concrete Research. 2002. Vol. 32. Issue 7. Pp. 1033–1038. doi: 10.1016/S0008-8846(02)00723-8
  14. Zhou J., Li X., Zhao Y., Shu Z., Wang Y., Zhang Y. et al. Preparation of paper-free and fiber-free plasterboard with high strength using phosphogypsum // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 243. P. 118091. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118091
  15. Valančius Z., Vaickelionienė R., Vaickelionis G., Makčinskas P. Use of an industrial by-product phosphogypsum in the production of white textured paints // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 380. P. 134888. doi: 10.1016/j.jclepro.2022.134888
  16. Кочетков А.В., Янковский Л.В. Применение фосфогипса для строительства монолитных слоев дорожной одежды // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2017. № 4. С. 91–102. doi: 10.15593/24111678/2017.04.07. EDN YLBFDU.
  17. Яшин С.О., Борисенко Ю.Г. Свойства битумоминеральных композиций, модифицированных фосфогипсом // Строительные материалы. 2011. № 1. С. 14–15. EDN NQTZXN.
  18. Zhang H., Wencui C., Yijun C. Flotation separation of quartz from gypsum using benzyl quaternary ammonium salt as collector // Applied Surface Science. 2022. Vol. 576. P. 151834. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.151834
  19. Губская А.Г., Осипенко В.В. Влияние искусственного гипсового камня на основе фосфополугидрата ОАО «Гомельский химический завод» на свойства цемента // Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий : мат. IX Междунар. науч.-практ. конф. 2018. С. 64–68.
  20. Muthukumar P., Shewale M., Asalkar S., Shinde N., Korke P., Anitha M. et al. Experimental stu-dy on light weight panel using phosphogypsum // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 49. Pp. 1852–1856. doi: 10.1016/j.matpr.2021.08.056
  21. Ajam L., Ouezdou M.B., Felfoul H.S., Mensi R.E. Characterization of the Tunisian phosphogypsum and its valorization in clay bricks // Construction and Building Materials. 2009. Vol. 23. Issue 10. Pp. 3240–3247. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2009.05.009
  22. Zhou J., Gao H., Shu Zh., Wang Y., Yan Ch. Utilization of waste phosphogypsum to prepare non-fired bricks by a novel Hydration–Recrystallization process // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 34. Pp. 114–119. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2012.02.045
  23. Zhou J., Sheng Z., Li T., Shu Zh., Chen Y., Wang Y. Preparation of hardened tiles from waste pho-sphogypsum by a new intermittent pressing hydration // Cera-mics International. 2016. Vol. 42. Issue 6. Pp. 7237–7245. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.01.117
  24. Абраменко А.А. Разработка безобжиговой технологии переработки фосфогипса с учетом раннего прогнозирования свойств композита // Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий : мат. IX Междунар. науч.-практ. конф. 2018. С. 7–17.
  25. Lyubomirskiy N., Bakhtin A., Fic S., Szafra-niec M., Bakhtinа T. Intensive ways of producing carbonate curing building materials based on lime secondary raw materials // Materials. 2020. Vol. 13. Issue 10. P. 2304. doi: 10.3390/ma13102304

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».