Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Удербаев С.С., Калиева Г.

Кызылординский Государственный университет им. Коркыт Ата, Казахстан

Исследование химического состава зол гидроудаления Кызылординской ТЭЦ с целью использования в производстве строительных материалов

Важное народно-хозяйственное значение, с точки зрения экономии сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, решение экологической проблемы имеет использование промышленных отходов в производстве строительных материалов. Замена природного сырья золами и шлаками способствует охране недр и является одной из актуальных проблем.

Как известно при подготовке и после высокотемпературной обработки (сжигания) угля на выходе угольных тепловых электростанций образуются золошлаковые материалы (ЗШМ), или золошлаки, которые в зарубежной практике принято называть попутными продуктами сжигания угля (ПСУ). ЗШМ - минеральное сырье определенного химического, минералогического и гранулометрического состава. Они - точно такой же товарный продукт, как электрическая энергия и тепло.

Также накопление (ЗШМ) в отвалах представляет серьезную опасность для окружающей природной среды в районе расположения тепловых электрических станций (ТЭС): они занимают большие площади; требует значительных эксплуатационных затрат, которые влияют на повышение себестоимости производства энергоносителей; часть золоотвалов по мере урбанизации территорий оказывается в районах жилищной застройки. Этот вопрос особенно актуален для крупных городов.

С целью использования в производстве строительных материалов были исследованы несколько проб золы гидроудаления Кызылординской ТЭЦ. Зола гидроудаления Кызылординской ТЭЦ представлена серым сыпучим материалом с размерами частиц от пылевидных практически до 5 мм.

Содержание зольной составляющей в золошлаковой смеси находится в пределах 69,39 –90,18 %, шлакового песка в пределах 9,76 – 30,61 %. Содержание шлакового щебня незначительно 0,06 – 1,15 %. В соответствии с ГОСТ 25592-91 «Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов» по зерновому составу зола Кызылординской ТЭЦ относится к среднезернистому типу.

Таблица 1- Гранулометрический состав золы гидроудаления Кызылординской ТЭЦ

№ пробы	Остатки, % по массе, на ситах						Прошло через сито 0,14, % по массе
	5,0	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14
I	1,15	0,98	4,98	4,43	16,72	32,48	39,26
II	0,36	0,32	3,02	5,08	21,83	34,52	34,87
III	0,06	0,08	1,32	1,17	7,19	33,28	56,90

Гранулометрический состав зол, используемых в качестве керамического сырья, существенно влияет на их формовочные свойства. В зависимости от гранулометрического состава зол, количества и качества связующих глин, пластичность и структурно-механические свойства зологлиняных смесей колеблется в широких пределах. Вязкость системы с увеличением дисперсности золы уменьшается, пластичность и эластичность повышается, т.е. улучшается формовочная способность зологлиняных композиций.

Петрографическое и микроскопическое исследования показали, что в составе золошлаков можно выделить четыре группы веществ: стекловидное, аморфизованное глинистое, кристаллическое и органическое. Стекловидное вещество представлено преимущественно сферическими образованиями, подвергнутыми гидратации. Органическая часть золы представлена в виде кокса и полукокса. Кристаллическая фаза золы состоит из зерен кварца, муллита, гематита, каолинита и полевого шпата.

По химическому составу пробы зол практически однородны, т.е. имеют малую область разброса. Зола гидроудаления Кызылординской ТЭЦ в основном состоит из окислов кремнезема (45,45 – 46,37 %) и глинозема (16,62 – 17,70 %), присутствуют окислы кальция (1,66 – 2,20 %), магния (0,86 –1,12 %), железа (2,98 –3,41 %) и щелочных металлов (0,80-1,04%). По содержанию оксида кальция, оксида магния, сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO_3, щелочных оксидов натрия и калия в пересчете на Na₂О в зольной составляющей золошлаковой смеси и в мелкозернистой смеси пробы зол гидроудаления Кызылординской ТЭЦ отвечают требованиям ГОСТ 25592-91 «Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия».

Золы с содержанием до 5% СаО могут быть использованы в качестве основного керамического сырья без предварительной обработки на технологической линии с вальцами тонкого помола.

По результатам химического анализа исследуемую золу Кызылординской ТЭЦ можно рассматривать как полукислое керамическое сырье, содержащее 16,62 – 17,70 % Аl₂О₃.

Одно из основных свойств золы - теплотворная способность, позволяющая использовать ее в качестве топливосодержащего керамического сырья.

Формовочные свойства зологлиняных смесей можно регулировать путем подбора зол различного фракционного состава и количества вводимой глины. Для получения керамических изделий на основе зол необходимо в качестве пластификатора добавлять глины: высокопластичные в количестве 15 – 20%, среднепластичные – 25 – 35%, умереннопластичные – 35 – 50%, в зависимости от их числа пластичности. На основе золы и среднепластичной глины получены образцы прочностью 12,1 и 13,2 МПа. На образцах с содержанием золы следов высолов не обнаружено.

Зольная составляющая золошлаковой смеси и мелкозернистая смесь золы Кызылординской ТЭЦ в смеси с портландцементом при соотношении 1:1 (цемент : зола) выдерживает испытание на равномерность изменения объема при кипячении образцов в воде.

Объемная насыпная масса пробы 1 золы Кызылординской ТЭЦ составляет 688 кг/м³, пробы II – 623 кг/м³, пробы III - 511 кг/м³. Плотность золы оставляет для проб 1, II и III, соответственно, 1,72 г/см³, 1,58 г/см³ и 1,32 г/см³.

Зола гидроудаления Кызылординской ТЭЦ не может быть применена как добавка для бетонов и строительных растворов для замены части цемента и заполнителя в связи с высоким содержанием потерь при прокаливании, с большим остатком на сите № 008 и низкой удельной поверхностью. Максимально допустимое содержание потерь при прокаливании 15%. Допускается в зольной и шлаковой составляющих смесей повышенное содержание потерь при прокаливании, если применение золошлаковой смеси обосновано специальными исследованиями по коррозионной стойкости арматуры, по физико-техническим и эксплуатационным свойствам строительных растворов и бетонов.

В связи с высоким содержанием потерь при прокаливании (более 10%) золу гидроудаления Кызылординской ТЭЦ при производстве стеновых керамических изделий целесообразно использовать в качестве топливосодержащей добавки и организовать производство стеновых керамических изделий без введения в шихту технологического топлива. На основе тонко- и среднедисперсной золы с добавкой от 25 до 40% среднепластичной глины могут быть получены керамические изделия марки 100-125. По содержанию серы в пересчете на SO₃ (не более 2%) и количества шлаковых включений размером более 3 мм (не более 5%) удовлетворяет требованиям, предъявляемым к золошлаковым смесям.