Применение отходов ТЭС при производстве стеновых керамических материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение отходов ТЭС при производстве стеновых керамических материалов

Д.А. Тергенбаева

В статье рассмотрена возможность использования глины Ахмировского месторождения и золошлаковой смеси Усть-Каменогорской ТЭС при производстве керамического кирпича.

Решение проблемы утилизации золы и шлаков ТЭС в связи с развитием энергетики приобретает все большую актуальность. Под золошлаковыми отходами крупнейших ТЭС находятся тысячи гектаров земли, пригодной к использованию. Использование отходов ТЭС имеет и большое экологическое значение, поскольку они загрязняют водные и воздушные бассейны. Экологически вредные щелочные растворы из хранилищ попадают в грунтовые и поверхностные воды часто в количествах превышающих пределы допустимых норм. Строительство и содержание золоотвалов, многокилометровых пульпопроводов сопряжено с выведением из полезного землепользования больших площадей и со значительными материальными затратами.

В общей концепции защиты окружающей среды основное внимание уделяется снижению выбросов токсичных веществ, повышению степени очистки промышленных отходов. В то же время в общем экобалансе накоплению крупнотоннажных промышленных отходов, исчисляемых миллиардами тонн, их влиянию на природную среду в нашей стране уделяется недостаточное внимание, в то время как, например, в Нидерландах разработана государственная программа, ставящая целью полное исключение выбросов неочищенных отходов хозяйственной деятельности в окружающую среду. Программа предусматривает переход на безотходные технологии всего комплекса промышленных и сельскохозяйственных производств.

При этом основная концепция развития строительной индустрии в этой стране предусматривает замкнутый цикл использования различных рециркулируемых материалов, включающий первичное, вторичное, третичное использование материалов и т.д., что дает возможность сократить потребление невозобновляемых природных ресурсов и обеспечивает стране реализацию концепции ООН устойчивого развития, учитывающей интересы будущих поколений.

Между тем золы и шлаки ТЭС при правильном и эффективном их использовании представляют собой богатый источник расширения сырьевых ресурсов различных отраслей народного хозяйства, в первую очередь, промышленности строительных материалов.

В решении вопроса увеличения производства эффективных керамических стеновых материалов существенное значение имеет расширение сырьевой базы. В этой связи большой интерес представляют промышленные отходы и, в частности, золы и шлаки теплоэлектростанций, которые, обладая ценными свойствами, являются большим резервом дешевого сырья, пригодного для изготовления различных видов керамических материалов строительного назначения.

Применение золошлаковой смеси в качестве керамического и топливосодержащего сырья позволяет заменить до 85% (по массе) глины в составе золокерамического кирпича. В результате, золы теплоэлектростанции, используемые в основном как отощающие добавки в керамические массы, могут использоваться как основной и топливосодержащий компонент.

Также использование золошлаковых смесей ТЭС в качестве основного сырья является источником экономии топлива, а производстве керамических стеновых материалов. Определяющим фактором экономии топлива при обжиге золокерамических материалов является содержание остаточного топлива в золах ТЭС, которое находиться в виде тонкодисперсного коксового и полукоксового углерода. При температуре 350-1050єС углерод сгорает в сырце, и способствует равномерному обжигу изделий и снижению общего расхода топлива. глина керамический кирпич

Наибольший эффект от использования золошлаковой смеси в качестве основного и топливосодержащего сырья может быть получен при производстве золокерамических камней и зольного кирпича с пустотами. К настоящему времени накоплен значительный опыт в области теории и практики использования техногенного сырья, в частности зол и шлаков ТЭС, в керамической промышленности. Но, успешное использование техногенного сырья в производстве строительных материалов возможно только на основе комплексного изучения свойств, как глинистого сырья, так и отходов (золы ТЭС), используемых для этих целей.

Объектом исследований являлись: глина Ахмировского месторождения Восточно-Казахстанской области и золошлаковая смесь Усть-Каменогорской ТЭС.

Предлагаемая в качестве сырья монтмориллонитовая ахмировская глина по числу пластичности относится к высокопластичному сырью; по содержанию тонкодисперсных фракций является среднедисперсной, что не позволяет использовать его в производстве керамических стеновых материалов. Но, его можно использовать в качестве связующей добавки к золошлаковой смеси. В работах Сайбулатова С.Ж. указывается, что зологлиняная смесь становится пригодна для получения керамических материалов при содержаний в ней высокопластичной глины монтмориллонитового состава в количестве от 15%.

Золошлаковая смесь Усть-Каменогорской ТЭС относиться к первому классу по содержанию Al2O3+SiO2 (75-95%), к первому подклассу первого класса по содержанию СаО (до 4,5%), и к первому подклассу по содержанию остаточного топлива до 8%. Содержание 40-65% стеклофазы алюмосиликатного состава позволяет из золошлаковой смеси Усть-Каменогорской ТЭС получение стеновой золокерамики марки 150 и выше.

Для выявления зависимости прочностных характеристик от процентного содержания золы в керамических изделиях были проведены эксперименты. На первом этапе формовались образцы с добавкой золошлаковой смеси. При этом соотношение глины и золошлаковой смеси варьировалось в пределах от 50% до 80%. Далее образцы высушивались и подвергались обжигу при температурах 900, 950, 1000°С. После обжига образцы исследовались на водопоглощение, определялись плотность, предел прочности на сжатие.

Формовались образцы цилиндры, методом полусухого прессования с размерами 50x50 мм, при этом соотношение золошлаковая смесь - глина была следующая:

50% - 50%; 60% - 40%; 70% - 30%; 80% - 20%.

Приготовление образцов производилась по следующим этапам:

1. Предварительно подготавливалось сырье. Глина измельчалась и высушивалась до влажности 3-6%. Золошлаковая смесь подвергалась рассеиванию и разделению на фракции. Для эксперимента использовалась зола крупностью d<2,5 мм. Компоненты смешивались в сухом виде.

2. После перемешивания добавлялась вода в количестве 10% от общей массы.

3. Далее масса перемешивалась до однородного состояния, после чего прессовались образцы. Прессовое давление равно 20МПа. Масса каждого цилиндра составила 190 грамм.

4. Готовый спрессованный цилиндр подвергался естественной сушке в при t = 20±5°С, в течений 48 часов.

5. Обжиг образцов производился в обжиговой печи при t = 900, 950, 1000°С 8 часов.

На следующих графиках предоставлены результаты проведенной работы. Зависимости пределов прочности на сжатие, водопоглощения и средней плотности от соотношения глины и золошлаковой смеси.

График 1 иллюстрирует зависимость предела прочности на сжатие от содержания золошлаковой смеси в шихте при различных температурах обжига.

При содержании золы в шихте 60% предел прочности на сжатие образца, обожженного при температуре 1000°С значительно выше.

График 2 показывает водопоглощение образцов обожженных при t = 1000°С ниже, чем у образцов, обожженных при температуре 900 и 950°С.

На графике 3 видно что средняя плотность изделий практически не зависит от температуры обжига.

Для основных исследованных зависимостей выявлено то, что оптимальное содержание золошлаковой смеси не ухудшающее основных характеристик изделий - 60%.

Таким образом, для получения облегченных изделий рекомендуется следующий состав шихты:

Глина + Золошлаковая смесь =40% + 60%.

Размещено на Allbest.ru