Материалы V молодёжной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (стр. 10 )

НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ

, ,

Московский Государственный Машиностроительный Университет (МАМИ),

г. Москва, Россия

В России в энергетической отрасли при сжигании твёрдого топлива образуется большое количество отвалов золошлаковых отходов (ЗШО), которые в основном не утилизируются. ЗШО также образуются на мусоросжигательных заводах. Хранение ЗШО в отвалах приводит к загрязнению, как атмосферы, так и гидросферы. Поэтому поиск их использования ведётся в разных направлениях. Частично утилизация ЗШО используется при производстве строительных материалов. В работе проанализированы другие области использования ЗШО.

В настоящее время сократилось производство таких искусственных пористых обжиговых заполнителей, как керамзит, аглопорит, а также наполнителей для бетонов. В связи с этим ведётся разработка теоретических и технологических основ производства гранулированных заполнителей с максимальным вовлечением ЗШО.

Перспективно использовать в комбинации отходов. Рассмотрим некоторые из этих отходов.

Древесная зола – это не сгоревшие частички древесины. В золе содержатся такие элементы как углекислый калий, магний, фосфор, цинк, кальций, сера, медь. Соотношение этих элементов зависит от сгоревшего растения, например, в золе обычных деревьев около 30% кальция, а в золе хвойных пород около 7% фосфора.

Зола с мусоросжигательного завода и шлак с мусоросжигательного завода. Термический метод обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) на мусоросжигательных заводах (МСЗ) сопровождается образованием вторичных золошлаковых отходов. К ним относятся шлак и летучая зола, количество которых зависит от вида топки и режима ее работы, а также от исходного состава ТБО. Кроме шлака и летучей золы присутствуют и продукты реакции, образующиеся в результате взаимодействия специальных реагентов (СаО, Са(ОН)2 и др.) с вредными веществами, содержащимися в ТБО (сера), в дымовых газах (S02, HCI, HF и др). Количество образующихся продуктов реакции зависит от исходного состава ТБО, оборудования и схемы очистки отходящих газов.

Зола от угля и торфа. При сжигании топлива с жидким шлакоудалением в основном образуется шлак, при сухом — на 80% зола-унос. По плавкости (температуре начала плавления) золы подразделяются на легкоплавкие (менее 1200°С), среднеплавкие (°С), тугоплавкие (°С) и неплавкие (более 1500°С). Химический состав золы при сгорании углей, горючих сланцев и торфа (SiO2 10-65%, Al2О3 10-40%, CaO 0,5-45%, MgO 0,2-6%, Na2О 1-10%, К2О 1,5-3%) зависит от условий образования данного топлива, технологии его сжигания и прочего. Зола низкозольного торфа, бурых и окисленных углей и горючих сланцев имеет повышенное содержание CaO, каменных углей — преимущественно алюмосиликатный состав. По величине соотношения суммы оксидов Fe, Ca, Mg, Na и К к сумме оксидов Si, Al, Ti З. разделяются на кислые (менее 1) и основные (более 1). Зола углей в основном кислая, горючих сланцев и дерева — основная.

Зола представляет собой дисперсный материал, в котором размер частиц в основном менее 0,16 мм. Частицы имеют пористую структуру. Насыпная плотность сухой золы в зависимости от вида топлива и условий его сжигания может составлять кг/м3.

Кизельгур - диатомит (кизельгур, инфузорная земля, горная мука) — осадочная горная порода, состоящая преимущественно из останков диатомовых водорослей. Обычно рыхлая или слабо сцементированная, светло-серого или желтоватого цвета. В различных количествах в диатомите встречаются шарики (глобулы) опала, а также обломочные и глинистые минералы. Химически диатомит более чем на 80 % состоит из водного кремнезёма (опала). Диатомит используется в качестве строительного тепло - и звукоизоляционного материалов, добавок к некоторым типам цемента.

Лигносульфанат – смесь солей лигносульфоновых кислот, побочный продукт переработки древесины.

Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO2 и 2СаО∙SiO2 70-80 %).

В Московском Государственном Машиностроительном Университете (МАМИ) были проведены комплексные исследования процесса гранулирования наполнителей для бетонов методом прессования. В качестве модельных сред использовались материалы с различными структурно-деформационными характеристиками (табл.1).

Таблица 1 - Состав исследованных смесей

№	Компонент смеси, % масс.	Номер смеси
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Древесная зола	25	-	-	-	-	30	-	-	-	-	-
2	Зола с мусоросжигательного завода	35	40	30	40	36,4	30	30	25	30	-	20
3	Шлак с мусоросжигательного завода	30	30	20	40	31,8	25	30	35	-	30	30
4	Кизельгур	-	20	15	5	13,6	-	-	-	10	10	-
5	Цемент	-	-	20	-	-	-	15	-	25	25	25
6	Песок	-	-	-	-	-	-	15	-	20	20	18
7	Активный ил	-	-	-	-	-	5	-	-	-	-	-
8	Вода	-	-	15	-	-	-	10	15	15	15	12
9	Гипс	-	-	-	-	-	-	-	25	-	-	-
10	Водный раствор лигносульфаната	10	-	-	-	18,2	10	-	-	-	-	-
11	Лигнопан Б1	-	10	-	-	-	-	-	-	-	-	-
12	Водный раствор ПВА	-	-	-	15	-	-	-	-	-	-	-
13	Общая влажность смеси	8,1	3,5	15	14,3	16,3	8,65	10	15	15	15	12

Исследования проводились в закрытой матрице с получением прессовок с размером гранул (D=20 мм). Были получены компрессионные кривые и определены плотность ρ (кг/м3) и предел прочности на раскалывание σр (МПа) золошлаковых гранул в диапазоне влажностей от 5,21% до 18,82% при удельных давлениях прессования от 8,265 МПа до 99,187 МПа. Установлено, что при исходной насыпной плотности смеси (смесь №1) ρсм=746 кг/м3 в диапазоне давлений от 33,06 до 66,125 МПа получается плотно-прочные прессовки (ρпр= 1кг/м3, σрас= 0,23 – 0,37 МПа). Влажность смеси при этом составляет 8,06%. Предел прочности на раскалывание зависит от времени хранения прессовок и через неделю составляет σрас= 0,49 – 0,85 МПа. При добавлении портландцемента от 15-25 %, в диапазоне влажностей от 10% до 15% и удельных давлений от 33,06 до 99,187 МПа плотность получившихся прессовок от 1600 до 2250 МПа. Соответственно предел прочности на раскалывание при тех же удельных давлениях σрас=0,04 до 0,33 МПа при разрушении прессовок сразу и увеличивается до σрас=0,55 до 1,57 МПа.