Производство композиционных стекломатериалов на основе отходов сжигания твердых топлив

С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 6

В ходе работы было установлено, что на базе гранулированного доменного шлака Косогородского металлургического завода, можно получить ТТТТЦ цемент с прочностью при сжатии не менее 25МПа и на изгиб, соответственно, не менее 5,5 МПа (рис.1, 2).

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы. Установлено, что данному виду ТТТТЦ цемента показаны воздушно-влажные условия твердения. Оптимальным содержанием добавки соды технической будет ~ 6,5%. Сроки схватывания ШЩВ в целом укладываются в стандартные технологические пределы: начало схватывания не раннее 30 минут, конец схватывания не позднее 3-х часов. Прочностные характеристики образцов ТТТТЦ камня составили на сжатие не менее 60 МПа и на изгиб не менее 6 МПа.

Полученные экспериментальные результаты удовлетворяют поставленной задаче и позволяют рекомендовать ТТТТЦ цемент на основе доменного гранулированного шлака Косогородского металлургического завода для использований в производстве вяжущих строительных материалов.

Библиографические ссылки

1. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе/ Л.М.Сулименко. М.: Высшая школа, 2000. С. 14.

2. Будников П.Я. Гранулированные доменные шлаки и шлаковые цементы/П.Я. Будников, И.Л. Значко-Яворский. М.: Стройиздат, 1953. С. 19.

3. Глуховский В.Д.Шлакощелочные цементы и бетоны/ В.Д. Глуховский, В.А. Пахомов. Киев: Будивельник, 1978. 60с.

УДК 691.600

Е.А. Яценко, В.А. Рытченкова, А.С. Косарев, И.С. Грушко

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), Новочеркасск, Россия

ПРОИЗВОДСТВО КОМПОЗИЦИОННЫХ СТЕКЛОМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

In article problems of working out and introduction of the technologies which are saving up resources, and as problems of processing of ashes and a slag waste of thermal power stations and synthesis on their basis of composite glass materials are considered. Namely: enamels on the basis of slag for pipes of oil assortment, пеностекло on the basis of slag, glass for reception си-таллов from slag.

В статье рассмотрены проблемы разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий, а так же проблемы переработки золошлаковых отходов ТЭС и синтеза на их основе композиционных стекломатериалов. А именно: стеклошлакоэмали для труб нефтяного ассортимента, пеношлакостекло, стекла для получения шлакоситаллов.

9

С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N0 6

Как известно, на сегодняшний день в связи с постоянно растущей стоимостью энергетических и сырьевых ресурсов наиболее актуальной становится проблема разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий. Одним из направлений данной проблемы является утилизация отходов промышленности. Данные по накоплению промышленных отходов в России показывают, что их переработка не перекрывает объемы годового образова-

Одним из принципиально возможных направлений использования промышленных отходов является вторичное использование отходов в качестве исходного сырья при производстве строительных и других материалов, поскольку некоторые отходы по своим свойствам и составу близки к природному сырью для получения определенного вещества или сырья для получения новых видов продукции.

Таким образом, необходимо не только найти технологию переработки, но и рекомендовать и адаптировать к каждому специфическому типу отходов свою особую технологию [1,2,3].

Одно из первых мест по объему выпуска среди промышленных отходов занимают золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива (уголь разных видов, горючие сланцы, торф) на тепловых электрических станциях (ТЭС). Ежегодный выход золы и шлака на многих ТЭС превышает 1 млн. т, а на станциях, сжигающих многозольное топливо, достигает 5 млн.т. [1]. Сегодня, когда традиционные материалы дорогостоящи, к золошлаковым отходам снова появляется интерес. Проведение исследований в области утилизации топливных шлаков и внедрения безотходных производств в настоящее время актуально для современной промышленности.

Для наиболее рационального решения вопроса утилизации золош-лаков ТЭС необходимо знать их свойства, которые зависят от вида, марки угля, от топочного режима на ТЭС, а также способа удаления шлака из топки котла. В связи с интенсификацией процессов сжигания топлива и переходом к использованию в тепловой энергетике многозольных видов топлива перспективно применение топок с жидким шлакоудалением. Продуктами жидкого шлакоудаления энергетических топок являются топливные гранулированные шлаки, образуемые в результате быстрого охлаждения водой минерального расплава [2]. Резкое охлаждение шлаковых расплавов и отсутствие условий равновесной кристаллизации приводит к тому, что топливные шлаки имеют в основном стекловидную, т. е. аморфную структуру, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа. Кроме того это обуславливает наличие больших внутренних напряжений, что способствует быстрому размалыванию шлака.

В качестве объекта исследования и переработки были выбраны шлаковые отходы Новочеркасской и Несветаевской ТЭС (Ростовская область), работающих на донецких углях.

Химический и фазовый составы предопределяют активность шлаков. В соответствии с химико-минералогическим составом шлаки Новочеркас-

С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 6

ской и Несветаевской ТЭС относятся к группе сверхкислых шлаков, так как их модуль основности менее 0,1. Наиболее изученной областью применения золошлаковых отходов ТЭС является цементная промышленность, в которой достаточно широко применяются основные шлаки (Мо = 1,0-1,1). В зо-лошлаках сверхкислой группы свободного оксида кальция может не быть совсем, поэтому до настоящего времени данная группа шлаков остается малоизученной и не востребованной.

Учитывая вышеизложенный материал, основным направлением исследования области применения сверкислых золошлаковых материалов Новочеркасской и Несветаевской ГРЭС является производство стекломатериа-лов строительного и технического назначения, например:

-коррозионностойкие стеклошлакоэмалевые покрытия для различных металлов;

-тепло- и звукоизоляционные стеклошлакоматериалы;

-стеклокристаллические материалы

Одним из перспективных направлений использования золошлаковых отходов ТЭС является производство на их основе специальных стекло-покрытий для металлов, обладающих высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

В результате проведенных исследований были синтезированы составы защитного антикоррозионного стеклошлакопокрытия для защиты стальных трубопроводов нефтяного ассортимента. Марку эмали подбирают в зависимости от степени агрессивности и состава транспортируемых сред, наличия в них кислот, щелочей, солей и механических примесей. Толщина покрытия составляет 300 - 500 мкм, эксплуатационный температурный интервал — от - 150 до + 400 °С. В качестве исходной стекломатрицы была выбрана эмаль для эмалирования труб нефтяного ассортимента - многокомпонентное натриево-боросиликатное покрытие с высоким содержанием оксидов железа (8,1%) [4]. Введение шлака в состав эмали осуществляли двумя способами: по стекольной технологии и технологии спекания.

Все полученные составы сгеклошлакофритт испытывались на свойства:

- способность к стеклообразованию;

-TKJIP;

- кристаллизационную способность;

Все полученные стеклошлакоэмалевые покрытия на металлических образцах испытывались на следующие свойства:

- способность образовывать качественное покрытие;

- химическую стойкость;

- прочность сцепления покрытия с металлом методом глубокой вытяжки.

Комплексный анализ полученных результатов исследований позволил сделать вывод, что оптимальным является состав с содержанием шлака 15 %. При таком процентном содержании шлака стеклошлакоэмаль отвечает всем технологическим и эстетико-потребительским требованиям.

Таким образов, в результате проведенных исследований были синтезированы составы антикоррозионного стеклошлакопокрытия для защиты

9

С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N0 6

стальных трубопроводов нефтяного ассортимента. Такое покрытие, представляющее собой композицию на основе силикатов, отличается высокой химической, термической, коррозионной и абразивной стойкостью, не допускает отложений на стенках труб, надежно работает при температурах от - 50 до + 350° С, обеспечивая защиту трубопроводов от внутренней коррозии, а также уменьшает гидравлическое сопротивление трубопроводов, повышая их пропускную способность.

Полученное таким образом защитное стеклошлакоэмалевое покрытие рекомендуется к внедрению в производство эмалирования трубопроводов нефтяного ассортимента.

Так же в связи с интенсивным развитием современной техники требуется создание новых искусственных материалов, которые по уровню технических, технологических и эксплуатационных свойств превосходят природные материалы. Особое место среди этих материалов занимает пеностекло. Это еще одно направление наших исследований по использованию зо-лошлаковых отходов ТЭС.

Пеностекло - это один из наиболее перспективных тепло- и звукоизоляционных материалов, который отличается комплексом таких свойств, как низкая теплопроводность, высокая прочность, огнестойкость, широкий температурный диапазон применения, долговечность. Необходимо отметить также экологическую чистоту технологии его изготовления и эксплуатации. Его изготавливают из смеси тонко измельченного стеклобоя и пенообразователя. Мы же предлагаем изготавливать пеностекло на основе золошлако-вых отходов ТЭС. Синтезируемый таким образом материал не должен уступать по качеству и технико-эксплуатационным характеристикам уже существующим аналогам, но при этом себестоимость его производства будет гораздо ниже.

В результате проведенных исследований изучены плавкостные характеристики расплава шлакового отхода ТЭС, синтезированы составы шла-копеностекла с различным процентным соотношением шлака и стеклобоя, и изучены их теплофизические свойства и склонность к стеклообразованию, а также проведены исследования по изучению влияния различных пенообразователей на пористость пеношлакостекла.

Сравнительная характеристика пеношлакостекла и пеностекла ООМЕЬОЬАЗБ показала, что разработанное пеношлакостекло по основным характеристикам не уступает по качеству классическому. На основе пеношлакостекла возможно также производство блочного пеношлакостекла, гранулированного пеношлакостекла и пенокрошки.

Золошлаковые отходы ГРЭС можно использовать также для производства шлакоситаллов. Рекомендуется в качестве катализаторов использование сульфидов тяжелых металлов, ТЮг. СггОз, MgO, Р2О5, СаБг и др. Присутствие в расплаве Са2+ способствует улучшению текучести шлака, для достижения этого вводится в состав СаСОз.

При выборе модификаторов необходимо руководствоваться не только их положительным влиянием на свойства синтезируемых шлакоситаллов, но

С 11 € X Ц/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Na 6

и их стоимостью и доступностью. На основании этого синтезированы составы шлакоситаллов, содержащие в различном сочетании масс. %: шлак 70-80; СаСОз 5-20; Сг203 5-10; Li2C03 5; MgC03 20; CaC03MgC03 CaC03'MgC0310-20; Пиритные огарки 5-10; Mn02 5; Fe203 5 [6]. Оптимальная температура варки синтезированных стекол составляет 1500°С, выдержка при максимальной температуре 40 мин.

Проведя визуальный осмотр, было установлено, что по качеству провара, цвету и блеску наилучшие результаты показали четыре образца. Также установлено положительное влияние СаС03 на качество стекла, т.к. стекла, составы которых содержат минимальное количество СаС03 или не содержащие его вообще имеют неудовлетворительное, а стекла, в которых СаС03 присутствует в количестве не менее 15%, имеют удовлетворительные показатели качества. Кроме того, отрицательное влияние на качество синтезированных стекол оказывает присутствие пиритных огарков. Данные составы характеризуются обилием застывшей пены на их поверхности. Наиболее удовлетворительные составы стекол были взяты нами за основу для получения шлакоситаллов.

С целью установления возможности получения из данных составов шлакоситаллов нами была изучения кристаллизационная способность стекол. Было выявлено, что при температурах ниже 900°С (700°С, 800°С) кристаллизации не наблюдается. При 900°С наблюдается поверхностная кристаллизация, а при 1000°С - объемная кристаллизация у всех составов. Данные составы стекол в дальнейшем будут приняты за основу для разработки ресурсосберегающей технологии стеклокристаллических материалов (шлакоситаллов) [5].

Полученные на данный момент результаты, позволяют сделать вывод, что исследования в данном направлении являются актуальными и перспективными и могут найти широкое применение.

Библиографические ссылки

1. Данилович И.Ю. Использование топливных шлаков и зол для производства строительных материалов: Учебное пособие для СПТУ/ И.Ю. Данилович, H.A. Сканави. М.: Высшая школа, 1988. 72с.

2. Гольдштейн Л.Я. Использование топливных шлаков при производстве цемента./ Л.Я. Гольдштейн, Н.П. Штейертэ Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1977. 152с.

3. Мадоян A.A., Ефимов H.H. Природоохранные технологии на ТЭС: Учеб. пособие / A.A. Мадоян, H.H. Ефимов / Южно- Российский гос. техн. ун-т; Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ, 2002. 466 с.

4. Технология эмали и защитных покрытий: Учеб. пособие / под ред. Л.Л. Брагиной, А.П. Зубехина. Харьков: НТУ «ХПИ»; Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2003. 484с.

5. Яценко Е.А. Синтез стекол для получения шлакоситаллов на основе шлаков ТЭС./Е.А. Яценко, О.С. Красникова, Е.Б. Земляная и др. // Стекло и керамика, 2009. №9. С. 8-9.