ЗОЛОШЛАКИ: классификация, свойства, направления использования | ||||||||||||
Диапазон использования золошлаковых материалов в бетонах очень широкий, от гидротехнического бетона, где сухая зола применяется как заменитель части (до 25 %) цемента, до шлакобетона и стенных блоков из него, где в качестве мелкого и крупного заполнителей используются зола и шлак из отвалов и текущего выхода. | ||||||||||||
Важным этапом на пути использования зольного и шлакового сырья является его классификация, в основу которой положены наиболее характерные критерии качества материала: • модуль основности (гидравлический модуль) – Мо; • силикатный (кремнеземистый) модуль – Мс; • коэффициент качества (гидравлическая активность) – К. Модуль основности (гидравлический модуль) представляет собой отношение содержания оснóвных оксидов к сумме кислотных оксидов. При МО > 1 золошлаки – основные и обладают вяжущими свойствами; при МО < 1 золошлаки – кислые, могут служить гидравлической добавкой. Для учета влияния щелочных компонентов в формулу модуля оснóвности включены оксиды натрия и калия.
Силикатный (кремнеземистый) модуль показывает отношение количества оксида кремния, вступающего в реакцию с другими оксидами, к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа. Физический смысл силикатного модуля состоит в следующем. Силикатный модуль, являясь соотношением SiO2 (необходимым для образования С2S и С3S) к Al2O3 + Fe2O3 (необходимых для образования C3A и С4АF), пропорционален, таким образом, отношению минералов (силикатов) к минералам (плавням).
Гидравлическая активность оценивается коэффициентом качества.
В числителе стоят оксиды, повышающие гидравлическую активность, в знаменателе – снижающие ее. Следовательно, чем выше коэффициент качества, тем выше гидравлическая активность золошлака. Значение модулей и коэффициента качества колеблются в определенных пределах. Однако, чем больше значение модуля оснóвности, тем выше вяжущие свойства материала, тем больше его прочность при затвердевании. При прочих равных условиях и при повышенном силикатном модуле материал схватывается и твердеет медленно, но прочность его через определенное время возрастает. Следовательно, указанные три показателя являются важными классификационными признаками материала, дающими информацию об определенных свойствах и показывающими соотношение главных компонентов. На основании исследований золошлаковых отходов многих электро- и теплостанций, сжигающих топливо различных месторождений, все золошлаки в зависимости от состава были поделены на три группы: активные, скрытоактивные, инертные. К первой группе (I) отнесены золошлаковые материалы эстонского сланца, углей Канско-Ачинского бассейна, ангренского угля, некоторых видов торфа. Эти золошлаковые материалы характеризуются общим содержанием оксида кальция в пределах 20 … 60 % и свободного оксида кальция до 30 %. Такой состав обеспечивает высокие значения модулей и коэффициента качества: МО – 0,5 ¸ 2,8; МС – 1,5 ¸ 7,8; К – 1,0 ¸ 3,6. Золошлаковые материалы указанных топлив обладают свойством само-стоятельного твердения. Такие золошлаки могут применяться для возведения дамб золошлакоотвалов без специальных мероприятий (введение вяжущих веществ), а также для производства изделий на их основе, преимущественно автоклавного твердения. Ко второй группе () отнесены золошлаковые материалы с общим содержанием оксида кальция от 5 до 20 %. Свободный оксид кальция не превышает 2 %, а модуль оснóвности – не более 0,5. К этой группе, характеризующейся меньшей активностью, чем первая, относятся золошлаковые материалы львовско-волынского, райчихинского, богословского, азейского и других углей. Основное направление использования золошлаков этой группы – производство изделий, твердеющих при тепловой обработке с активизаторами. В третью группу (III) включены золошлаковые материалы углей: экибастузского, подмосковного, кузнецкого, донецкого, карагандинского. Они характеризуются высоким содержанием оксидов кремния и алюминия и низким содержанием оксидов кальция и магния. Свободного оксида кальция, являющегося активизатором процесса твердения, в некоторых золошлаках данной группы может не быть совсем, а максимальное его содержание не превышает 1 %. В связи с этим основным направлением использования золошлаковых материалов третьей группы являются дорожное строительство, производство кирпича, зольного гравия. | ||||||||||||
1.2. СВОЙСТВА ЗОЛОШЛАКОВ Для наиболее рационального решения вопроса утилизации золошлаков ТЭС необходимо знать их свойства, которые зависят от вида, марки угля, от топочного режима на ТЭС, а также от места отбора золы на пути прохождения дымовых газов. Как следствие этого, химическая природа, физические, а, следовательно, и технические свойства тех или иных зол могут быть различны. Обращает на себя внимание то, что золы от сжигания одного и того же вида угля часто характеризуются различными показателями химического состава и физических свойств. В зависимости от вида сжигаемого угля (антрацит, каменный, бурый) дисперсность, плотность, форма, цвет частиц золы, а также содержание окислов колеблется в больших пределах. Данные по химическому составу зол свидетельствуют о том, что содержание отдельных оксидов, а также топлива в золе, получаемой от пылевидного сжигания различных видов угля, имеет значительные отклонения. Это предопределяет свойства золы и область ее использования в производстве строительных материалов. Например, золы уноса, образующиеся при сжигании Канско-Ачинских бурых углей имеют колебания в химическом составе (в %): SiO2 – 20 … 40; Al2O3 – 8 … 11; Fe2O3 – 10 … 15; TiO2 – 0,6 … 0,8; CaO (общ.) – 25 … 50; CaO (своб.) – 2 … 13; MgO – 2 … 4; SO3 – 1 … 3; щелочи – до 2 %. Из минералов, способных к гидратации и твердению, в золах присутствуют СаО, СаО . Al2О3, 3СаО . Al2О3, β-СаО . SiО2, MgО, 4СаО . Al2О3 . Fe2О3. Минералогический состав золы всех проб по каждой ТЭС представлен в основном аморфизованным глинистым веществом, стеклом бесцветным и окрашенным, остатками угля и кристаллической фазой в виде кварца, муллита, магнезита и изредка полевого шпата. По показателю потерь в массе при прокаливании золы, условно характеризующего содержание остатков горючего, отмечаются значительные колебания по различным пробам золы по каждой станции в пределах от 7 до 15 %. Все золы характеризуются близким химическим составом минеральной части, но резко отличаются по гранулометрическому составу и удельной поверхности, при этом золы большинства ТЭС имеют величину удельной поверхности от 3000 до 5000 см2/г. Несмотря на высокую удельную поверхность всех зол гидравлически активные минералы зачастую находятся внутри капель стекла либо покрыты стеклом, затрудняющим контакт минералов с водой. Поэтому при использовании золы уноса для получения вяжущих материалов необходимо разрушение стекла для вскрытия активных минералов, т.е. нужен помол золы. Для получения вяжущего материала и изделий на его основе с высокими физико-механическими свойствами (без ограничения условий эксплуатации) необходимо введение добавок-активаторов или применение механохимической активации золы. | ||||||||||||
1.3. ИЗВЕСТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛОШЛАКОВ Применение золы и шлака ТЭС в качестве сырья для производства строительных материалов и в строительстве получило научное обоснование и подтвердилось результатами опытов, поставленных в ведущих научно-исследовательских организациях. Были определены рациональные области использования золы и шлака ТЭС, разработаны прогрессивные технологические приемы и процессы производства строительных материалов на основе золы и шлака, созданы опытно-промышленные установки по их отбору, переработке и хранению. Разработаны нормативные документы, регламентирующие использование золошлаков для производства ряда эффективных строительных материалов и в строительстве, а именно: – Добавка к цементу, не снижающая активности материала. – Компонент строительных бетонов и растворов. – Приготовление специальных бетонов (пенозолобетон, газозолобетон и др.). – Изготовление легких заполнителей для бетонов (пористый материал типа керамзита, аглопорита и т.п.). – Получение самостоятельного вяжущего материала. – Для дорожного строительства (наполнитель углеводородных вяжущих веществ, подготовка под покрытия и т.п.). – В качестве сырья для химической промышленности (получение из зол Al2O3, Fe2O3, TiO2, K2O, Na2O, P2O5, U3O3, V и Ge. – Добавка к глине при изготовлении кирпича, черепицы и т.д. Кроме того, золы уноса используются в сельском хозяйстве как удобрение; в литейном производстве; обработанные силикагелем – для удаления с поверхности воды мазута или остатков кислот; для быстрого высушивания шламов. Большое количество золошлаковой смеси используется для строительства ограждающих дамб на золошлакоотвалах, т.е. на собственные нужды ТЭС. Важным направлением является использование золошлаковой смеси взамен крупного и мелкого заполнителя в тяжелом бетоне. Это направление должно развиваться в районах острого дефицита в заполнителях для тяжелого бетона. Использование золы и шлака ТЭС в качестве выгорающих и отощающих добавок при производстве кирпича позволяет повысить массообменные характеристики сырца и ускорить процесс сушки с одновременным снижением расхода топлива (до 20 … 40 %), повысить прочность кирпича и снизить процент брака после его сушки и обжига. В силикатном производстве кирпича достигается значительная экономия извести (до 20 %) при одновременном повышении прочности сырца и самого кирпича после термообработки. Весьма эффективным является использование золошлаков для производства ячеистых бетонов, так называемых пено-, газозолобетонов и ячеистых золошлакобетонов с плотностью 200 … 300 кг/м3. При этом используются как автоклавная, так и безавтоклавная технологии. Большой выбор легких заполнителей, таких как аглопоритовый гравий и щебень, зольный гравий, новый вид заполнителя (безобжиговый зольный гравий), глинозольный керамзит, позволяют наиболее полно использовать все разнообразие свойств различной золы и шлака ТЭС. В дорожном строительстве наибольшее применение находит активная (обладающая вяжущими свойствами) зола в сухом состоянии, образующаяся при сжигании торфа, сланцев, бурых углей, и в опытном производстве – гранулированный топливный шлак для строительства покрытий и оснований дорог. Диапазон использования золошлаковых материалов в бетонах очень широкий, от гидротехнического бетона, где сухая зола применяется как заменитель части (до 25 %) цемента, до шлакобетона и стенных блоков из него, где в качестве мелкого и крупного заполнителей используются зола и шлак из отвалов и текущего выхода.
Newchemistry.ru | ||||||||||||