К. т. н. Рябова А.В., Козлова Т.А., Киреева М.А.

Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова

Создание композиционных материалов теплоизоляционного назначения на основе золошлаковых отходов подвергнутых механохимической поризации.

В настоящее время в нашей стране остаются актуальны две проблемы – это переработка твердых промышленных отходов и энергетическая проблема, связанная с невысоким качеством и ограниченным ассортиментом материалов, используемых при тепловой изоляции теплогенерирующих установок, тепловых магистралей, объектов теплоснабжения и гражданском строительстве.

Количество отходов растет с каждым годом во всем мире и в связи с этим необходимо проектировать и вводить в эксплуатацию заводы по переработке отходов. Применение технологии производства теплоизоляционных материалов из золошлака ТЭС в значительной мере решит поставленные правительством задачи по переработке промышленных отходов и ресурсосберегающим технологиям, сократит затраты на производство строительного материала, а следовательно, уменьшит стоимость продукции для предприятий и населения.

Перспективными областями применения золошлакового отхода (ЗШО) является дорожное строительство (наполнители в различные материалы: кирпич, черепица, цемент, щебень), промышленное и гражданское строительство (шлакоситаллы шлаковое стекло: облицовочные материалы и плиты; конструкционный и теплоизоляционные строительные материалы: кирпич, блоки), химическая промышленность (чистые оксиды металлов: Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, K₂O, P₂O₅, V и Ge).

В зависимости от вида сжигаемого топлива, золошлаки по химическому составу могут быть кислыми или основными. Как показывает мировая практика, основные шлаки являются ценным сырьевым материалом, и они широко используются как вторичное сырье во многих отраслях строительства, в цементной промышленности их применяют для производства золошлаковых вяжущих, а количество кислых шлаков (у которых CaO+MgO/SiO₂+Al₂O₃<1) значительно, и поэтому необходимо искать области их утилизации.

Одной из проблем утилизации ЗШО является не постоянность его химического состава, зависящая от многих факторов и в большей степени от месторождения угля. В данных исследованиях использовался отход местной ТЭЦ (Новочеркасская ГРЭС). Анализ структуры (рис. 1) и фазового состава (табл. 1) золы и шлака Новочеркасской ГРЭС показал, что эти материалы отличаются по своей реакционной способности. Основным компонентом золо-уноса является стекловидная алюмосиликатная фаза, составляющая 40 – 65% всей массы и имеющая вид частиц шарообразной формы размером до 100 мкм. Шлаки имеют вид плоских остроконечных, кристаллических частиц, что повышает их химическую активность, но их содержание от общей массы отходов всего 10 – 25%.

а) б)

Рис. 1. Микроскопический анализ структуры шлака (а) и золы (б) Новочеркасской ГРЭС

Таблица 1. Фазовый состав золы и шлака Новочеркасской ГРЭС

Сырьевые материалы	Содержание оксидов, % (по массе)
	SiO2	Al2O3	MgO	Na2O	Fe2O3	CaO	K2O	TiO2	SO3	P2O5	ППП	∑
Шлак	54,56	19,21	1,64	0,98	11,92	3,72	3,35	0,98	0,08	0,12	3,44	100
Зола	43,30	17,59	1,64	0,84	7,60	3,24	3,10	0,82	0,43	0,12	21,32	100
Стеклобой	71,5	3,3	3,2	16	0,6	5,2	-	-	0,2	-	-	100

Опираясь на данные о составе и свойствах золошлакового отхода Новочеркасской ГРЭС, а так же проанализировав области применения золошлакового отхода в целом, была поставлена задача, получить на его основе теплоизоляционный строительный материал типа пеностекла. Этот материал обладает комплексом уникальных эксплуатационных свойств, удовлетворяющих самым высоким нормативным требованиям. Однако, особенности технологии пеностекла с использованием сырья в виде чистого стеклобоя предопределяют его достаточно высокую стоимость и поэтому было принято решение использовать золошлак в качестве альтернативной замены стеклобоя, так как они близки по химическому и фазовому составам.

Одним из перспективных направлений является получение пеностекла с заданными геометрическими размерами любой конфигурации. Поэтому, целью данного исследования была разработка нового способа получения пеноматериала с заданными параметрами. В результате чего была разработана технология механохимической поризации.

Разработанная технология получения теплоизоляционного строительного материала позволяет использовать в его составе до 80% отхода ТЭЦ. В предлагаемом способе получение теплоизоляционного изделия поризация материала происходит при формовании изделия, а не при термической обработки. Это позволяет контролировать размер пор и получать изделия заданной конфигурации. Данный метод получения теплоизоляционного изделия включает следующие стадии: приготовление формовочной пеномассы, формовку изделий, изотермическую выдержку и расформовку готовых изделий.

Приготовление формовочной пеномассы осуществляют путем принудительного механического перемешивания двух жидких составляющих при их массовом соотношении равном 1:1(0,95) при комнатной температуре до образования однородной гетерогенной структуры. Затем полученную массу разливают в формы и подвергают изотермической выдержке в течение суток при 35⁰С до достижения распалубочной прочности. После чего полуфабрикаты подвергаются закрепляющему обжигу при температуре 900…1000⁰С, с последующим отжигом.

Непрерывное смешение компонентов позволяет получить однородную массу с равномерно распределенной пористостью, а размер пор можно регулировать длительностью смешения (рис. 2).

Рис. 2. Анализ характера пористости от времени смешивания

Таким образом, при помощи механохимической активации можно получить теплоизоляционные материалы на основе ЗШО любого заданного размера с контролируемой пористостью.

Разработанная ресурсосберегающая технология позволит не только решить экономическую проблему утилизации отходов ТЭЦ, но и создать на их основе конкурентно способный востребованный теплоизоляционный материал.

Литература:

1. Рытченкова В.А. Использование золошлаковых отходов ТЭС при производстве пеностекла / Яценко Е.А., Рябова А.В. // Перспектива-2010 : материалы Междунар. науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов / Кабардино-Балкарский гос. ун-т - Нальчик : КБГУ, 2010.  - Т. IV. - С. 248-251.