автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Управление качеством золошлаковых смесей ТЭЦ с целью разработки технологии получения зольного гравия

На правах рукописи

БОБРОВА Алла Александровна

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЗОЛОШЛАКОВЫХ СМЕСЕЙ ТЭЦ С ЦЕЛЬЮ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЗОЛЬНОГО ГРАВИЯ

Специальность 05.23.05 — строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1996

Работа выполнена на кафедре строительного материаловедения п специальных технологий Ивановской государственной архитектурно-строительной академии.

I I а у ч н ы с руководите.! и:

доктор технических наук Л1акароп Виктор Николаевич, доктор технических наук, ¡профессор, лауреат Премии правительства России в области науки и техники Федосов Сергей Викторович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Фокин Георгий Александрович, кандидат технических наук, профессор Комлев Валерий Геннадьевич.

Ведущая организация — Ивановское АО «Керамзит».

Защита состоится 25 апреля 1996 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 064.76.01 в Ивановской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: г. Иваново, ул. 8 Марта, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке И ГАС А.

Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные гербовой печатью, проспи направлять по адресу: 153000, г. Иваново, ул. 8 Марта, 20, Ученый совет.

Автореферат разослан 22 марта 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

ЛАДАЕВ Н. М.

Актуальность теми. Одним из основных направления эшиоми'ич-ко-го и социального развития страны является повышение гго :*И<?ктш<-ности.экономия ресурсов и усиление охраны скружлппк-й среды,включая утилизацию отходов промышленности.Одним из видов таких отходов являются полы и шлага! энергетических предприятий, объем которых составляет ежегодно около 100 млн. тонн.

Для производства строительшх материалов в настоящее зр^ия используется около б% зол и шлакои ТЭД.из них менее 1% на получение пористых заполнителей.

В то же время.1? связи с ростом потребности в лсктих конструкциях возросла роль легких бетонов на пористых заполнителях. Увеличение производства изделий из легких Сетонов обусловлено щукой технико-экономической аффективноетвю их применения, посюляе г снизить массу зданий на 30-40%, сократить сроки их вэгюдения нп 20% уменьшить транспортные расходы на 30-40%, экономить арматурную стачь в обычных конструкциях около 0-6 кг, значительно улучшить теплотехнические и акустические свойства. В некоторых районах нашей страны выпуск аффективных пористых заполнителей сдерживается отсутствием качественного сырья. Золоилаковые см'-си тепловых электростанций по химическому составу близки к традиционному сырью для производства таких материалов, что позволяет рассматривать их как перспективное сырье.

Однако, это вторичное сырье имеет и существенные отличия от традиционного: такое сырье характеризуется высокой неоднородностью, а в ряде случаев - и повышенным содержанием углерода (не-сгоревшего топлива). Это препятствует использованию такого сырья для производства легких заполнителей по традиционным технологическим схемам - без специальной подготовки.

Цель работы заключается в разработке технологии получения высокоэффективного пористого заполнителя-зольнего гравия,лоискс путей управления качеством исходного сирья и готовой продукции, разработке математической модели расчета режима те'.' 'оппдго-товки гранул в аппарате с движуп"мся слоем материала, а тагдо в оптимизации струкгури зольного гравия и изучении характера '.то взаимодействия с цементным камнем.

[¡втода исследован)«!. В работе использован комплекс методов, широко применяем;« при исследовании ¿изико-химических и технелоги

'к-'.тч свойств ciipi.ii и оценке качестьа готошй продукции, включая HrT[ M'jíi4.H4vCI»!a, МШк-раЮРИЧС-СКИЙ, рситгииомс-гричс-ский, дьфФ^реи • цлашпЛ -и ршгн-ский, микрозоидоьый анализ, сгяцдяртние методы

«чи1к»! ¿Ur.:lIiai-M;'Xailíi4¡;CKllX свойств.

Научная «овиана. Виерв.;е мшшш<;ны 1Ь)К1Шс.№«нв исследиышил сустаиа и ci ойсги зслотлаковых смесей ряда ТОЦ и праведен орашш-•iw.utun анаша >1|к*длоАешшх способов управлении качеством золо-шл.и:ом!Х cMtvt й ¡ш стабилизации съойств сырья. Предложен спосш управлении ссдсрА^шием Несгоревтей органики в составе зо-л(жс„«К1»Ы1Х CMfCVít. В.ывлены оптш.мьше влассы крупности золы и llbl.'üía 4J):j иилуЩ'ШМ ШС^ХаЖ'КТНЫЮГО пористого Cí ÜIОЛ11И те JiH -волвв.л'о граьил и оитималыщу ессгаш шихты и параметры тсриопод-ivrorai и оРмга и:» аилошшкоього сырья стаоилвного качоотьа. Раз-' р:ллжыи математическая модель расчета режима термонодготоики гранул в с дшиущимсм слоем материала. Изучено слияние ни-piíTiiüÁ огарков и диош-роностп фракции золы и шлака на качество вольного гравия. Ын-рык- с применением электронного ликршонда исследовал химический есетав и физшео-химические сьойитил oreKJio.iaaii ii соски,е оишлилковой сгь-си, состав и строение гранул гравия, а т;ио:е характер взаимодействия i*l.шул с активнши компонентами Цемента. Ьт-рьме докгеаш, что в |:аП1\чкт1шп воне аольииго грамм и uciMi-riioi о к: шил наОли.да^'оя не только физическое взаимодействие, обусловленное ноглоыешнм ка-нелмю л.ндкой ьоди пористой гранулой, на и процессы химического взаимо/уцспил.

Практическая ценность.

1. Получение воломпкових смесей стас<ш».цого состава с кенсль-аоь:>)ш*-и разраоотаиних способов управлении кач^чЛ'ЬШ расширит енрьовук Оазу про,.:, тленности юристах олпоешителей, ч-ro в -свою очередь повволит увеличить сбит производства ниристых заполнителей И легких («-ТОНОВ, И ¡КШ'^НЙ На ИХ оонове.

' Ii/h-дрение равраоот.чшюго способа флотации позволяет управ-л-ггв содержанием несгоревшей (.-рг;ншки в волошлаковш смесях ТЫЦ и использовать сточные ьоди красильного производства хлоичатооуыад-ного кошлшата г.Иванова в этих целях.

'.з. ¡tono.';,'.:>oi;ani!i- п илоты сгорашы • от^лотированново угли нрп проиавод. -тве порпитих хииишитии'й сс.краыает ватрати на HpOÜ водетво.

4. Использование золошлаковнх смесей снила^т затраты на сод'Т жание золоотвалов и улучшает зкологическую обстановку в районе тгщ

5. Разработана технологическая схема производства зольного гравия и технологический регламент на проектирование цеха тельного гравия мощностью 100 тыс.м3 п гол на основе фракционированных золоилагавнх смесей Ивановских ТЭД-2 и ТЭД-3.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. <1изико-химичеа;о? обоснование необходимости и способа стабилизации состава и технологических свойств Г-ШС при производства зольного гравия.

2. Обоснование оптимального состава и технологических параметров получения зольного гравия.

3. Методика расчета процесса термопедготовки гранул в аппарате с движущимся слоем материала.

4. Результаты исследования процессов взаимодействия гранул с активными компонентами гидратирукщего портландцемента.

Апробация работы. Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались па 6 Всесоюзных научно-технических конференциях и совещаниях, в том числе: "Теория, производство и применение искусственных строительных конгломератов в водохозяйственном строительстве".(Ташкент, 1905),"Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии "(Белгород, 1991),"Всесоюзная научно-техническая конференция,посвященная 100-летию изобретения сварки Н.Н.К?нардоса"(Ива:юво, 1981),"Проблемы тонкого игмэльче-ния,дозирования и классификации"(Иваново, 1Р32),"Состояние и перспективы развития злрктротехнологии" (Иваново. 1385)."Молодые ученые отрасли строительных материалов и строительства" (Белгород, '987); На 11 областных научно-технических конференциях (йваиоьо, 1986.1980,1984,19№, 19РЗ, 198й, 1987,198В, 1993), (Мурманск, 1987).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 1 монографии, 25 научных статьях,отчетах и тезисах докладов. 3 авторских свидетельствах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из сведения. 6 глав, основных выводов, изложена на 1Ь8 страницах текста, рклу-чая 23 таблицы. 30 рисунков,а такие содержит список ^unTunvevon литературы и приложение.

-с -

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' Глава 1. Состояние вопроса. Большой moi ад в изучение характеристики 'еолишлаковых отходов ТСС и опыта их использования в производстве пористых з;шолмителей внесли работы известных ученых А. И.Ваишюгаго, 11.И.Галенова,&M. Цакешва.А.С.Панина,В. К.Козловой, И. Л.Иишоиа, О.М.Кцковича, С. П.Оначкого, М. И. Рогового, M.I1. Один зона, С'.Г.Наеилвкова.

1( рзде раоог ¡¡оказано, что конструкции на пильной гравии обладает меньшей сродней плотностью, ч«;м на кершлоте. При этом расход ц ш-ита панк, чем на тр.аднционных легких заполнителях. Кроме того, толщина .панелей наружных стен из бетона на зольном гравии меньше по сравнению с шшеляыи из Оетон;! на «сразите. В сопоставлении с кергшзитобетониши панелями ceôt ■стоимость конструкций такого .ке назниченил на эдлыюм Гранин, иаготошые-мик в Кашире Московской области, м.кьше на lb.4'1.

Несмотря на все достоинства, которое били отмечены по зольному гравию, имеется ряд недостатков, Требования, предъявляемые к зольному сырью' позволяют считать, что имеется лишь ограниченное число зол и золомаков, которые без первичной подготовки и корректировки состава могут ûun рекомендоьлны для производства зольного гравии. Главные нроОлеми кшикаыт с остаточнш углеродом и крайней неоднородностью золошжш» по Mu;iep;uibiioMy и химическому составу, а также разной дплн-рсностмо золоилгло» гидроудаленин. Ято создает определенные трудности и вносит дополнительные затраты в производство зольного гравия. PcuiL'HHO названных проблем позволило Ьы сделать технологию производства зольного гравии Оолее эффективной и д:шо возиолпооть получит!, з:шолш!тель высокого качества.

Глава 2. Методика проведения исследований. Физические характеристики, химический и минеральный состав и технологические свойства зол и шлаков ТЬЦ и корректирующих дооаги :. определились по ст;шдартним ме.. дик;ai,подробно списанным в диссертации.

Для изучения контактной зоны мевду кшш гравием и цементным камнем иаюльзов:асн портландцемент, отвечающий треоованияы ГСнГГ 10178-0!;.

•Гк. ико-механичг'ские характеристики вспученного зольного гравии: оргдид'М, истинна» и насыпную плотное vu, прочность (сдавлшснгл-ем в шыпвдре), кс г^фищтит раышг'к-шм, потери массы при прокали-ь'цши и кипячении, морозостойкость, 'стойкость ii|.oïhb силикатного и

железистого распадов, объем межзерновых пустог, пористость, подо* поглощение, перцовой состав определились по ['ОСТ 971>.'<-ЯГ>. П.* Я 9757-83 и ГОСТ 97Я?-вЗ. Общая пористость тлолнитрлн определилась с помощью электронной микроскопии.

Изучение контактной зоны заполнителя с цементным камин» производили петрографическим методом под микроскопом, а также - с помощь» ронтгонофазового, термографического и аиектрошгого микро-зондового анализа на приборе СОМIПАХ в институте химии и силикаюр РАН.

Характеристика отвальных золошлзиовых смесей Ивановских ТЭЦ-2 н ХЭЦ-3 и корректирующих добавок.Специально проведанные исследования показали, что оолошлаковне смеси Ивановских ТЭК, представляющие собой продукт сжигания каменных углей Кузнецкого бассейна и совместного гидроудаления шлака и золы, сОлал£аот высокой нестабильностью состава и свойств. Эта нестабильность определяется не только видом и особенностями топлива, спецификой его подготовки и режимом сжигания, но дифференциацией вещества в процессе подготовки и сжигания топлива и гидрозолоудапения.

В пределах золоотвала ТЭЦ-" гранулометрический состав золош-лаковых смесей изменяется незакономерно, что обусловлено сбросом золоилаковой пульпы из различных точек. .Содержание отдельных фракций в ■ пробах колеблется Смас.Х): мельче 0.14 мм - от 42 до 7'.'); 0.14-0.315 мм - от IV до 30; 0.315-0.63 мм - от 5 до ?Л\ крупнее 0.63 мм - от 315 до 10. Величины коэффициентов вариации по содержанию основных окислов находятся в пределах от Г.7.4 до & 1.9, удельной поверхности -34.7; насыпной плотности 32.7: плавкостных характеристик от 19,3 до 20.3.

В пределах золоотвала более поздно построенной ТОЦ-З нг.бл»да-ется закономерное изменение гранулометрии как по поверхности,так и по глубине.У слива содержание шлака достигает 80?, в средней части преобладают фракции от 0.14 до 0.315 мм,в нижней (отстойной) части частицы мельче 0.14 мл составляют свыше 80%. В целом содержание шлаковой фракции (крупнее 0.315 мм) колеблется от б до ШЛ; средней (0.14-0.315 мм)-ох 2 до 15 -.мелкой (мельче 0.14 мм)- от 8 до ВГ-. Коэффициент« вариации содержания основных оксидов составляют эт 14.2 до 21.Э; величины п.и.п. - 27.3, удельной поверхности -16.8, насыпной плотности - 12.6, показателей плавкости -18.6. Хотя коэффициенты вариации имеют меньшие величины , чем для

- » -

V.4 i:,uo ччм не менее изменения состава и свойств столь велики,'»то не позволньл' использовать такое сырье и технологии зольно-ю гр.яшя биз предварительной подготовки.

Глава 3. Фидико-юшическое и минералогическое обоснование не-оОяодиыбсти управления качеством золошюковых смесей. Законо-

мерности формирования минерального и химического сосгава золошла-iiiuiUJt смесей и их технологических свойств.По аналогии с методикой, ра: р. Читанной HiuuMiMM И. Д. проворчите кс мплексные петрографически.', ^•ипч-нмд'ГриЧ'-скио и дтЫоренцц.'шьно-тс-рмическне иссле-л.»,.4ш.1 отдельных 44* «пни золсшлакоиих смесей ТЭЦ-2 и

по^азлни, что в их составе можно выделить пять типов зерен и ¡¿■(лччцюкшм чл-шц. 1Ь-ри;ы группа - частицы черного цвета, ко-тиры«- сложены jj основном рЫ1тгено;шорф)!ьш углеродом. Его со-' Аерл:ише соскшляет ;</4 массы частиц. Кристаллическая Фаза в них предеглвлепл кварцем , ¡ю.'К-шм шпатом, муллитом, в некоторых случаях - гипсом. Вторая 1'рупна частиц - ot-onm-wiUi*, белые или сиет-лоокр.ил иш, слегка онлчвлешше. Их состав - кварц и небольшие прныееп nojH'Borcj шпата и других минералов. Третьи группа • округлы«.. частицы светло-желтого или оурого цвета, прозрачные;, но изотропные, urn фаза !1редета1'Л4ет собой I'visKJo с реликтами кристаллических зерен кварца. К четвертой групп«; относится пористые частицы, сложенные амортизированными глинистыми минергикгми с реликт/ши кварца и нолевых шпатов. Пятая группа - округлые,блестящие,непрозрачные частицы, облндгшади' сильными магнитными свойствами. Рентгенометрически в их составе обнаруживается наметит с небольшими примесями илпи.'зпоффрптй, гематита и кварца, хотя . с помощью плектринюго мшгрезондл установлено, что основную роль в ник играет висок* чМ'Лезмсто.1 силикатное стекло. Указанные тины частиц R'.'ipe4,-Ui)'iс.я в составе всех классов крупности. Однако, их количественные соотношения в разных классах различны. Так, в золошлаковых u.i'VrtX ИьТУИ-:: по tiepi.' ешшиия крушю( ти содержание углистых частиц падает. Максимальное содерлакие частиц кварца - но фракции от Q. 14 до o.31{i мы. К наиболее тонких клаес;ш {цкюбладлют ¿шорфиии-рованные глинистые ылнерган. Бысоколеленистое силикатное стекло о мапи•титом конпецтрируе-тся ь классах крулиссти от 0. М до 0.63 мм. По нет|огрМ'Ичсч.ким признак;\м золошдаковой смеси '1ЛЦ-3 можно выделить i 1:1 Tt тшпй частив. Однако,количественная роль их ншш и КНое ра' !1ределе|:Ле НО фрЖЦИяа.

- о -

В ЭШС ТРЦ-3 вследствие более высоких температур сжигания топлива, значительно большую роль играет стекловидна? фаза, которая вследствие агрегирования и слипания частиц сосредоточена в крупнпх классах. Во Фракции ЗШО' крупнее 0.315 мм содержание стекловидной Фазы составляет от 86.8 до 9','z. Исследования с помощью электронного микрозонда C0MIBAX покапали, что даче при близости оптических свойств состав стеююфазы варьирует в широких пределах. Прозрачные бесцветные шарики можно представить как стекло кварцевого и кварц-муллит-полевошпатового состава с преобладанием в составе последних щелочных разностей. Очень светло окрашенные шарики предст;тлены маложелезистым стеклом, отвечающим по составу ассоциации кварц - полевые шпаты - муллит - кордиериг. Ярко окрашенное стекло наиболее непостоянного состава, хотя и отвечает в целом минеральной ассоциации кварц - полевые шпаты - кордиерит - пироксе-ны. Непрозрачные шарики, обладающие магнитными свойствами, также неоднородны по составу. Наименее железистые, из них отвечают ассоциации кварц - полевые гапаты - кордиерит - пироксен, наиболее железистые ассоциации -' полевой шпат - кордиерит - магнетит или кордиерит - пироксен - магнетит. Термические свойства таких стекол определяются наличием тройной эвтектики, точка которой располагается в непосредственной близости от линии кварц - полевой шпат. Температура эвтектики зависит от состава полевого ипата и тем ниже, чем больше роль в нем щелочных разностей. В связи с высоким содержанием последних в изучаемых системах появление жидкой фазы во всех без исключения случаях будет не выше 1200С'С. Однако, количество жидкой фазы в момент появления последней будет существенно .различным.

Свойства золошззковых смесей Ивановских ТЭЦ-2 и ТЗЦ-З при вн-сокизс температурах. Анализ на высокотемпературном микроскопе MHO-2 термических свойств золоилаковых смесей показал, что они,как и некоторые другие физические свойства, непостоянны и зависят от дисперсности.

Особенно сильна взаимосвязь свойств с крупностью золовлако-вой смеси при низкотемпературном режиме сжигания угля, когда г составе золошлаковой (.меси много частиц амортизированного глинистого вещества и углистых частиц. Но и в-тех случаях, когда в составе' золошлаковой смеси преобладает стёклофаэа, с уменьшением крупности частиц увеличивается интервал температур, .в котором ма-

купал имодип'и п состоянии внокоп, нерастскающейся .жидкости.

' Управлении содержанием углистого вещества в составе золошла-кшых смесей. Получе нии высококачественного зольного грсчвиа возможно толвко при сод(.'ржании в составе сырья несгоревшего углерода до '•'>:>.

£< Р'--;с[! ном сырье ото содержание как правило выше. Дли его сшшения псишь.зуют два способа: дожигание ими Доокидо. З^.-рлий связан с высокими затратами и промышлешюствю не освоен. При флотационном выделении ь:сгоревыего топлива и исполвзов;шии традиционных флото-ре.агентов ■ бутиловых спиртов и керосина - вследствие высокой по-рпзтисти, и Оольшии сорбционнои способности зольных частиц расход реагентов оправданно возок, а их стоимость может превышать стоимость получаемого прсд/кта. Е^ зтой связи было впервые предложено' иенолввовать в качестве реавета-сооирателя сточные воды отделочных красильных це>.ои текетил! вых предприятий. Сточные воды Х1'К направлялся непосредственно и пульпопровод,происходит истинное ПореМей!((;а/Ше пульны СО СТОЧНШИ вод.'ши, сопрсвожделцееся сороцней т •««•рхьсетно ;1ктшшш ьицт¡^содеуюьмссяв сточных вод:«, на жни рхноети Песгорсешего топлива.

На выходе зо.;!очиакои;1Я иулвиа обр;юатив,аотся в гидровик-Лошй, выделяется фракция волы мельче 0.1-1 мм и сгущается до отношения '1:Ж - 1:0. Д^июс вводится реагент-пенообразователь и проводится фжтчцы. Щк-ажысшчх} техническое решение з:лд1И<-но авторским свидетельством.

Обоснованно саосоОои упргшлешш качеством зололлаковик смесей. Применяемое обычно для стабидиа.'ицш свойств усреднение м;ию-аф.К-К'1 иыю. 'ото обусловлено тем, что кгздая из фракции :золошлако_-вой смеси имеет своп специфические сост.'Ш и свойства. Усреднении но одному на параметров не приводит к усреднению ни другим. Приведенные 15 диссертационных исследованиях матери;\лы показали, что ка-кдыи узкий класс крупности характеризуется определенными минеральным, химическим составили и технологическими свойствам. Колебания отих параметров I! пределах данного ¡л асса исечшы и соизмеримы с точностью Ш1Ш1ШШ1Х анализов. Иными елка.зли, решение' задач стабилизации свойств и получение мношлакового продукта с: заданными технологическими свойствами мою! бытв сведено к выделению узкого класса К1)увности. Ь работе подробно нроанапи; ированн возмолиости и вч(.фективнооть ьиделннш

u -

узких классов с пакт*} гил.роникжлкж к ютдушж cenapíiTopoa. Показано, что для текутнх золо;пла;'.овнх сыой, гбрасыга' ы.лх в г.оло-отвачн в виде пульпы. боле? целесообразно применение первых. тггл" как для засклалированных - Соле«' п'Мг.-ктмпны втерие.

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ШИХТЫ, РЕЖИМОВ ТЕРШПОДГОТОВКИ И ОБЯИГЛ.Выбор оптимального класса крупности зол« и вшзка для производства зольного гравия. Детальный Физико-химический анализ с учетом опыта Л.С.Панина показал, что наиболее пригодными для производства зольного гравия являются Фракции золы мельче 0.14 мм THI-2 и ТРЦ-З, выделенные с помощью гилроциклочо». Они им^чт: самый большей пнход - до (ГО; меньшую, чем другие фракции удельную поверхность (2500-2200 смс/г), что тробует HfftwuHX энергетических затрат на доизмельчеике; сами* низкие температуры плавкости (ib tg, t-я») , наибольший интервал вспучивания; меньшее, чт другие фракции количество несгоревией органики (от d.SVX ТЩ-Я до 11.1% - ТГ'Ц-2.. ).Кроме того,для этих 'слей шячг быть использована шлаковая составляющая 'ГРЦ-З.Оца имеет минимальное количество всего-ревшей ограники (<3«)',интервал плавления Солыге 75°С, однако,она требует дополнительного измельчения до удельной поверхности ?000 см'*/г.

Эффективно могут Сыть использованы золы с удельной новеерхнсстьгс от 3ÜC0 до 5700 см7/г, выделенные с иомо:цью воздушных сепараторов. Они имеют минимальную удельную поверхность, не требующую измельчения,интервал вспучивания бол<?е 75° С, самый большой выход в обшем объеме Фракции, на 80-30% состоят из нриболее ценных классов крупности с, размером 30-40 мкм, на основе которых получаются прочные сырцовые и обожженные гранулы. Однако, названные Фракции превышают допустимые PZ по содержание) несгоревией органики. Недостаток окисного железа в выбранных фракциях может быть скорректирован введением любой жедсзосч)Д«рллп,сй добавкой.В данном случае испотьзуптся перитнне огарки.

Оптимизация состава шихты режимов термоподготовки и обмята для получения зольного гравия. Разработка математической модели расчета режима гермоподготопки гранул .По каждому из шбргвтчк классов фупности золы И' шлака бнзи найдены оптимальные составы шчтм толучения высскспффективного пористого заполнителя.

• С этой целью предварительно' обезуглероженнне и доизмельчон-ше зола и шлак, корректироваяясь пермитными огарками в

11.-й :(% по маосе^ Ь, 10,1Ь,20.На основании экспериментов установлена, что оптимальными являются составы,содержащие 10-20% пирит-

вв1х ОГарКОВ.

¡¡о дилатометрическим кривим вспучивания определялись коэффициент' вспучивания Кв,температура начала испучивания 1.2 и интервал вспучивания д1.

Для каждого из названных составов готовились гранулы и определялись онтималыше режимы термонодготовкм и обжига во вращающейся печц.

О целью исключения опасности разрушения гранул при оОлшге стация Э'ормопол1'отовки осуществляется в аппарате с движу14имся плотним слоем материала.Физическая картина процесса представлена

на рисунке 1а,

16.

^ \Л/Г

Рис. )а ■ Схематичное изображение слоя материала

Рис. 16 Изменение температур материала и г' з . по высоте

Мг-скороеть просасываемого гааа слоя.

Рис.] К физической картине процесса термонодготовки гранул.

В прицессо взаимодействия слои гранул с теплоносителем происходи!' удаление избыточной влаги из материала, и его нагревание. Масеолгфенос ь рассматриваемой системе "газ-твердое" описывается слудуклдей системой ди#еренщшьнш уравнений: Щ' -1

--------- изменение темпера^

(1у V/, р) С; туры газа.

1

------... --------------[сМТ-и-^Рн-Рь)' г*1 - изменение температуры

с)у М;рм'Оп слоя.

Изменение влогоеодержапин газовой фазы:

1)х МРц-Рь)

с!у Wг•pr

Изменение влагосодержания твердой фазы: сЮ МРн-Рь)

с1у Мг-рт

Где обозначено: - соответственно,температуры газа и материала; рг,р1Г| - мот ность газа и твердей фазы,кг/м3;Уг - скорость движении газа через слой;«у,0у -обьемнье коэффициенты тепло- и массообмена между газом и материалом, определяемые по критериальным уравнениям,приведенным в диссертации-.г* - скрытая теплота парообразования Дя/кг; Х,и - влагосодержание газа и материала, кг/кг; Рц,Рь - порциалвные давления насыщенного водяного пара и пара в воздухе,Па;

Скорость продвижения фронта испарении,разделяющего области влажного и высушенного материала,находится следующим образом: с1хгр «уСМ) Зи

--- - • ------, Хгр - координата границы

(Зг ' рт- гх оу раздела.

Важной технологической величиной,определяющей время пребывания гранул в зоне термоподготовки,является Время нагрева гранул до температуры 1.1. Это время расчитывается по уравнению:

X -Цг.т) гЕМЬРс!) ™ БИН1пгехр(-|1а2Ро) 8(г,Г0)=---------- Ра---------Е---------;

i -чо г п= 1 ргдв^'оянц-ррзи^п)

ВЛРг*

Гс1 ,--.. .

- а(Т

Приведенные выше уравнения позволяют определять необходимое время пребывания гранул в аппарате термоподготовки. Расчитанная продолжительность термоподготовки гранул при температурах 800-900°С'составила 15 мин., оптимальная температура обжига 1160-1180°С.

Кроме того,определялись физико-механические свойства зол!но-

го гравия.Установлен:?.что с увеличенном количества вводимых пи-рпгных .'ч'чрксч! коэффициент встучивания возрастает. насыпная плотности сев «сстоя.

Исследование влияния дисперсности сырья и содержания корректирующих добавок на качество сырцовых и обожкенкх гранул. Как известно. прочность как сырца, так и готорого пористого заполнителя в значительной мер?' зависит от дисперсностью сырья.Для количественной сценки степени влияния итого параметра использовалась зола с уделшоп поверхностно: Р750 смЕ/г. 3000 см2/г. 4300 смг/г и 5700 см'7г. Установлено, что с увеличением удельной поверхности золы с РУПО до ЬУОЗ см'' /г прочность сырцовых гранул возрастает, снижается доля ыаерушенных сырцовых гранул и возрастает выход целых гранул поел» обжига. Ото можно объяснить возрастанием роли сил молекулярного и капиллярного взаимодействия между отдельными тонкими частицами. Одновременно возрастает и прочность готового продукта при достаточно низкой насыпной плотности - в процессе нагревания тон-коднепорсный материал более гомогенен, образовавшиеся эвтектические гы'ллавкн легче растворяют мелкие тугоплавкие частицы, образуя однородную вязкую силикатную жидкость, создавая благоприятные условия для вспучивания. Это расширяет интервал вспучивания, повышает однородность и плотность стенок пор, создает равномерную ятеисту»' структуру. Ватлым Фактором формирогания оптимальной структуры зольного гравия является равномерность распределения га-зообрззователя. Некоторая дифференциация веществ в процессе вспу-чизан;и гранул, устанопченная с помощью электронного микрозонда, обеспечивает миграцию на периферию наиболее легкоплавких и минимально вязких фаз расплава. Эго обеспечивает дегазацию приповерхностно» гони материала. Как показало изучение структуры гравия в прозрачном шлифе приповерхностная зона псяедствии этого, мелкопористая, причем поры в поверхностном слое сплющенные, что положительно сказывается на прочности гранул.Отмечено положительное влияние на качество зольного гравия введения в состав шихты тонкомолотой шлаковой состанлямаей замен части пиритных огарков.

ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ ЗОЛЬНОГО ГРАВИЯ Н ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СТРУКТУРЫ К СВОЙСТВ. Получение зольного гравия и изучение его физико-меяани-чпеких свойств. Технология получения зольного гравия включает до-(!: чежруфюгвци» и корректировку шихты, ее грануляцию на та-(.'••ЛЬЧШОМ ГрЛ!'УЛЯТ<-.рп, •-•у/ьку, 1»рКППОЛРОТОВКУ,- обжиг и охлак-

lb

лише. Процесс грануляции ингыь-иф щирокиш за < <jfV пиал нения раствора сульфидно-дрилл»>»с.и йхаки плотность» \лл> г/ем'1, котор;ы обеспечивает образование на поверхности ч;^ тнц клеш. »и. пленок. Термонодготоысу гранул Перед оодШ'ом исущм'типии при температур;« 800-У00°0 U Течение Го милут с целый упрочнения сырца и доокислешш части заклей железа н окись и говерхнссп.ом слог гр.е нул. При обляге гранул щишишк'Тс» "т. рмоудар". при температурах 11&Q-11Ш°С (и зависимости от есютги-л luvottu). Охжмдипи* вольных гранул ПРОИЗВОДИЛОСЬ н ХОЛОДИЛЬИиЙ luli.lepO, успшоыьчшой иод печью. Полный анализ свойотн аольн.лч> гроьия, полученного из ьихт онтииашюго состава показываю!', ччо последний по 1Й.Ч-М фк:.иш механическим НОКГк'МТСЛНМ ОТВСЧЛеТ ТребоЬЛНИЛМ i'UH' и НУ.

Структура зольного границ и его фазовый состав. При микроскопическим изучении гранул установлено, что р.-шфеделешн; пир и их объеме нераиюмериое. Отчиинш.» ьиделныгоя три зоны, различающиеся по размерам и количеству ;юр. Ц«'|»т(>:иы|ои >1ДИ> харакчч ризуеч'оя мак -сим.члышм размером nop и максимальной пористостью. Средний размер пор ь зтой части гранул Р. К; мм при среднеквадратичном о-челонишш 0.3 мм.Средняя пористость :>тои части гр.'лул составляет utuno в;v.. Ядро з;ишмает до uf/ьемл гранулы. Средняя зона переменной

порист: ости характеризуется средним размером пер О.Ы мм.«яи» not) и о той части гранул находится ч продел;« от 42 до Граница

между зоной ядра и описываемой зоной нечеткая. Нарудшш зона - обо личка ИМёеТ НебОЛЬЫУ'Ю, НО ЫЦерЖ.'ШПу'Ы HGplK. тость, она составляет всего 10,га, а размер пор около 0,1Ь мм.

Исследивши« с немощью олоитрошюыо микроаонда Comipax химического состава гранул показ, ию, что, хоти они сложены сп-клт с крайне небольшим количеством крис'г.'шшческой фазы, представленной кварцем, гематитом и приу|ю<н иной к внешней достаточно тешкой оболочке», ь процессе производства гранул полной гомогенизации не достигалось. РсЛеДо'ТЬИе U'tOVO, ХИкИЧеОКИЙ «.ОСТОВ Ш'НИОТСН iff ЗОНЫ К зоне, но и в пределах каждой из них, особенно внешней, такле нао-люд.'шггел заметные колебания.Приведенный анализ iiooi олнет считать,что зольный гравий имеет схюлочку,сформированную из кииноиеи-тоъ,1'нос("0т« к изаимодействию с ыемецтным раствором.

Исследовании контактной зоны между заполнителем и цементным намнем. Микрс*-конические исследс, аиия контактной зоны и ши-j- и

И0|;.тч«и . что на границах гранул трещины и пустоты отсутствуют !!' ментами раствор плотно обволакивает поверхность гранул, заполняя открытые воин и трещины поверхностного слоя. Для определения^имеются ли процессы химического взаимодействия активных компонентов гидратирукчиегося цемента с гранулами, контактная зона была исследована с помои т электронного микрозонда С0М1:ВАХ! Все минералы, входящие в состав контактной зоны харакгерзуются более низким, чем' в цементном к;аше. содержанием СаО и более богаты разнообразными примесями. Большинство из проанализированных минеральных фаз контактной зоны близки ксонотлиту, хотя и отличаотся от последнего более ыпеокими содержаниями оксидов титана, алюминия, железа. Специально поставленные опыты на тонкоихмельчешшх смесях оболочек гранул и гидрокепда кальция также свидетельствуют о химическом взаимодействии в контактной зоне. Ято взаимодействие приводит к ее уплотненно, кристаллизации коллоидных фаз и, в итоге - повышению прочности бетона.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕШ ПРОИЗВОДСТВА ЗОЛЬНОГО ГРАВИЯ Н ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. В этой главе приводится принципиальная технологическая схема производства эффективного зольного гравия на основе сырья оптимального состава (рис.2) И технико-экономический анализ эффективности производства зольного гравия.

выводы '

1. В результате комплексного исследования золоплаковых смесей ИВТЭД-П и ИвТЫ-3 с использованием картирования золоотвалов, ручного бурения, анализа гранулометрического, минерального, химического составов, а также детачьного анализа отдельных фракций и наиболее распространенных фаз с. использованием комплекса петрографических и Физико-химических методов анализа доказана неоднородность золошлаковнх смесей по гранулометрии, химическому и минеральному составу и основным технологическим сействач.

2. Выявлены закономерности формирования неоднородности В.ШС. Показана роль минерального состава, неорганических компонентов угля, углеподготозки, температурных режимов сжигания топлива, технологии удаления и складирования ЗШС в золзотвале, строение последнего.

'Д. Показано, что неподготовленная золошлаковая смесь, вследс-

и^мивпили |

Технопогическдя схемд производства вольного гравия ,

• — 3алашлакавар смесь г — /из димоеой

*—кснцента**рз£а»н*я

у—воздух о—лиригнь/£ о/ярки

грангльг к—шихта с —связующее н — водл т—га/тливй

лодгиг за/>& ^лакл) ммрси -подгог. сух аяхся

силос д*я хмм сухо* залы ГИДР ЮЗДЕЛЕНМЕ И ОУЩ£НИ£ ФЛОТАЦИЯ

воздушный сепаратор &ентндятор

газоход '

емкость для пригог с&вмху.

ви&ролигагель

сияосы для атдвльн- а>ткц.

кла ссификатор

пластинчатый конзейер

щекодая меобилка лриеамый еункер с ситом

ЗАКАЗАННЫЙ холодильник

печь оежим оакельная горелка устр-30 для термоподг гмн/л тарельчатый гмнулятор двухвальный смеситель пылелитатель щековый накопительный еункер однокамерный пневмонасос шаровая мельница суш. бараеан с толкой элеватор

КАЧАЮО/. НАКЛОННЕЙ лоток яц/ичн лигатель с м02агор. приемный бункер грейферный кмн

тмк> пич-пглх проделок колебания состава и свойст непригодна для производства высококачественного легкого заполнителя. Показано, что наиболее простым и з'М'ективннм способом стабилизации свойств .чщг: является кла^.'1!флкпииа по крупности.

4. На основе анализа химического и минерального состава и свойств установлено, что оптимальным сырьем для получения зольного гравия являются фракции с удельной поверхностью 1еШ-Ге(Я ем'7г.Они имеют наиболее широкий интервал вспучивания и максимальную его величину.Однако.вследствие небольших выходов названных Фракций для практической реализации могут быть рекомендованы Фракции мельче 0.14 мм - золы ТШ -2 и ТЭД-3 и шлак ТЭЦ-3.

Показано, что классификация по крупности обеспечивает стабильность качества сырья, однако, оно нуждается в корректировке по содержанию углерода и по соотношению РеС/РегОз. Для снижения содержания углерода в сырье наиболее целесообразно применять флотацию с использованием в качестве реагента - собирателя стоков отделочных цехов ХПК. Для оптимизации соотношения ГеО/РегОз целесообразно использовать пиритиые огарки. Для снижения расхода последних может так»:е использоваться шлак ТЭЦ-З.

Предложена технология получения зольного гравия, включающая в себя первичную подготовку зологалоковой смеси, помол корректирующих добавок., приготовление однородной смеси, грануляцию,предварительную териоподготовку при температуре 600-900°С, основной обжиг и охлаждение. Технология не предполагает домол золы в случае использования золы с воздушных силараторов, т.е. по сравнению с известной менее энергоемка^исключает флотацию, если в качестве основного сырья используется шлаковая составляющая ТЭЦ-3.

7. Изучен состав минеральных фаз, включая стекло, с использованием современных методов физико-химического анализа, включая электронный микрозондовый анализ, исследованы процессы взаимодействия гранул с активными компонентами гидратирующегося портландцемента. Показано, что стекло внешней зоны гранулы способно химически взаимодействовать с гидроксидом кальция с образованием низкоос-нобнм.ч пщросиликатов.гкдроаиеминатов и гидроалюмоферритов. Объемный оффект при зтом благоприятный:контактная зона оказывается уп-лотнегмон и более раскристаллизованной, чем цементный камень.

:.'. Мроведеиы промышленные испытания предложенной технологии

- л

в цехе зольного гравия в г. Кгашро, что позволило разработать технологический реглдаеит и произнести технике-зконоьшческук' оценку.

9.Полученный зольный гравий отвечают требованиям rujT и НУ.

Основное содержание опубликовано в 1 моногрлрин.М. научных статьях и тезисах конференций,згшшщено 3 авторских сыштельства.

Наиболее вакние из них:

1.Макаров В.Н., Соброва A.A.. , Крдаенишиков Ü.H., Пак A.A., Трупиков МЛ). Физико-химические аспекты комплексного использования золошлако! ых смесей тепловых электростанций.- Апатиты. : изд. КПП АН СССР, ¡001.-11'-' с.

".Макарон В.Н., Г.обровл A.A., Трупиков М.Ю.Физико-хикически>» аспекта получения высокоэффективных легких заполнителей из нолош-лаковых смесей и бегенон на их основе.i:б. научн. тр. АН Cï.VP. Физико-химические основы переработки и применения минер,члыюго сырья.-Апатиты, Р.'.ю. -с. ю- К;.

fi.Макаров В.Н., Шбровэ А. А. .Косичкин В.М. .Трупиков М.Ю. Гид роциклоны для Фр,'1Кцноиирс11(ан1т золошлаьхтих отходов ТОД/УОиергети-ческое строительстве, l'Jufj, N '¿, с.Ш.

4. A.c. 14ii0;-öfi (СССР). Способ флот;щии угля. M;ii;apon Р.H. .Вобрсла A.A., Косичкин ü.M. , Несшись H.С. Опубл. В.И. lütf'J, N ?Л.

Ь.А.с. 1047оСб ((.'ССР). Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала. Боброва A.A., Макароь В. II. , Яелтиков М.К., Трупиков К).П. Опубл. В. И. шна, M сз.

С.А.с. KXMhCiG (СССР). Сырьевая смесь для изготовления тепло -изоляционного материала. Ноброва A.A., Макаров Fi.H., A6p;iMemtOB H.И. Опубл. В.И. , ПМ>, N ?..

7.Боброва A.A., Коноваленко II.Ф., Токар-ва Л.П. Управление ТеХНОЛСГИЧеСКИМИ свойств; IM и золошлакогых смесей при производстве зольного гравия. /'Ч!оци;и1ьно-зконо1,пв1еские проблемы развития строительного кошьяекса в К- пятилетке и совершенствование процесса подготовки специалистов. Тезисы докладов 5 Областной научно-технической Конференции. -Иваново,lui!?, -с.RH.

d. Поброва А. А. , Жбанова Е. В. Получение зольного гравия на ociioiie фракционированных золошлакон ß промышленных условиях. //Социально-экономические проолсмы перестройки строительства и подготовки инженеров строителей.Тезисы докладов 0-ой Областной каучно-гехническои конференции по итогам научно- исследователь -

- го -

er:ик кисти гута. - Кваново, IPSO. -с.8.

Г). lWiKni.a A.A. "Кчаемолепстние зольного гравия с цементным Т"( те..,," //р.ло1с.тадов научно-исследовательских и методических р '.ест к IJ-ой научно-технической конференции -Планово, 1993. 7 - с.,"'">.

!!'). усилив С.Г.. Роброва A.A., Яраддайкин Е. Н. .Тупицын Д.В.

Строит оч нне материалы стабильного качества на основе фракционированных зллошлакзгых а'-.ч'он//>1«лико-химические проблемы мятериаяо-(•"Д"чрн и нога к» технологии. Тезисы докладов Всесоюзной конференции.-1>.яго{ од. кем . - с. га.

Л. ее'.рога A.A. , Захарова Н.В. , Ярлндайкин E.H. Комплексное изпп.и.зог ание золомаковых отходов тепловых электростанций //Хй'я и технология минерального сырья. Тезисы докладов Мурманс-к<ч! г-ччпетиой тучне-технической конференции. - Мурманск, 198?.--с. по -viо.

!.':. Н'-'Орсва A.A.. Истратов И.В.. Макарова И.В. Возможность пгывлишя качества строительных материалов и изделий на основе золе - унос, как легкого заполнителя //Всесоюзная научно-телни-ьуск'ш кг.ч^ренция. посвялюияая 100-летию изобретения злектроду-гогеи '-г:-'.ркн Н.С. Бенардосом. Тезисы докладов.- Иваново, IWÜ .-с. U-3-1K..

Ja. Боброва A.A., Михайлов И. И., Младенцева Е. В. .Иванова О. Г. ;-ад.ектнгнозтЕ. использования зол ТЭЦ-2 г.Иваново в ' качестве от'И'счпе.'й и топливосодержащей добавки в шихту для производства глкчоэпшюго кирпича. //Проблемы промышленного и гражданского строительства.океаны окру.к.-дащзй среды и рационального использо-вакиз природных ресурсов.Тегиоы докладов областной научно-тех- . нич-х-кай конференции. - Иваново, 1985. -с.53.

14. Макаров P.M., Бо'-роЕа A.A. , Акулова М.В. .Зайцева Г.М. Изготовление водостойкого покрытия теплоизоляционного материала путем плазменной о0р?0с7ки//'Химия и химическая технология.-1987.-выз.П. e.V.

'!f 1. I>.öpoi.-'i л.А.,Косичкин В.М. .Трупиков М.Ю. Ксжденционнсе •<олоп. ¡скорое сырье rjia строительной индустрии. //Экспресс - нн-1ШГМ. сепия й. -М. .1987.-Вып. 10. -С.4?0.

и..Угглр):( е.(f.. Боброва A.A., Михайлов и.л. Возможные пути сч/еевзя энергозатрат при производстве легких стеновых натериа-лов.- Tea. до'г..". Вессое-З'-сй научн.-техн.конф. Состояние и перспективы электоотехно таг;'и. -Иваново, сзл. Не'!!, 1W?5. -с. S3.