Удербаев С.С., Алтай Д., Бахтияров Б.

Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата

Исследование золы ТЭЦ г. Кызылорда в качестве сырья для производства строительных материалов

Развитие теплоэнергетики сопровождается выходом больших количеств золошлаковых отходов, накопление которых создает серьезные экологические проблемы. Важнейшим условием охраны окружающей среды является рациональное комплексное использование природных ресурсов, требующие практических мер по массовому применению отходов. Большие возможности в решении этой экономической и социальной задачи имеет промышленность строительных материалов. Отечественный опыт использования зол и золошлаков теплоэлектростанций показывает, что эти промышленные отходы могут служить постоянным источником сырья для изготовления строительных материалов и конструкций.

В зависимости от структуры и зернового состава они могут быть применимы в растворах и бетонах комплексно, как заменитель части вяжущего, микронаполнитель, улучшающий технологические свойства бетонных и растворных смесей, и заменитель обычных инертных заполнителей.

Исследованиями, установлена целесообразность применения Кызылоржинской золы ТЭС в качестве основного сырья для производства стеновых керамических материалов. При производстве стеновых керамических материалов рекомендуется использовать, в первую очередь, легкоплавкие золы. Золы, содержащие до 10% топлива, целесообразно использовать, в основном, как отощающую добавку. Золы, содержащие 10% топлива и более, целесообразно использовать в качестве топливосодержащей добавки без введения в шихту технологического топлива.

Исследована возможность и эффективность получения аглопоритового гравия с применением золы до 90% и умереннопластичных или высокопластичных глин 10%.

Химический и минералогический составы золошлаков в основном определяются составом исходного топлива и сложными химическими и фазовыми превращениями, происходящими в процессе его сгорания. Преобладающими минералами в золошлаковых материалах ТЭС являются глинистые минералы, в разной степени метаморфизированные.

Для работы были представлены 7 проб золы гидроудаления Кызылординской ТЭЦ. При проведении испытаний пробы были объединены: № I – пробы 1,2,3; № II – пробы 4,5; № III – пробы 6,7.

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 (таблица 2). Как видно из таблицы, потери при прокаливании составляют 27,33 – 30,07 %. Высокое содержание потерь при прокаливании ориентировочно принимается за несгоревшее топливо и свидетельствует о нарушении нормального режима работы котлоагрегатов.

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».

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.

Гидравлическая активность золы определена по поглощению извести из раствора и по прочности при сжатии растворных образцов состава 1 : 1 : 1 (цемент : зола : песок). Активность по поглощению извести составила 15 – 18 мг/г, предел прочности при сжатии в пределах 1,9 – 2,1 МПа.

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.