Зола уноса: ЗОЛА-УНОС – Продукция – ООО «Алтай-СУЭК»

Зола уноса и её уникальные свойства

Состав золы уноса

Качественная термоактивированная зола уноса содержит большое количество высокоактивных (аморфных) оксидов алюминия и кремния, которые представлены в виде слабоспечёных пористых агломератов. Также в состав входят оксиды железа, магния, кальция, титана, калия, натрия и другие вещества. Если говорить о золе, полученной из бурых углей Подмосковного угольного бассейна, то она почти не содержит свободного оксида магния и пережжённого оксида кальция, которые отрицательно влияют на конечные характеристики.

По своему химическому составу продукт похож на природную глину, а по гранулометрии приближен к цементу. При этом в отличие от золошлаков он не включает в себя крупные куски сплавленной и спечённой золы.

Какими свойствами обладает зола уноса?

Уникальные свойства золы уноса лучше всего рассматривать в контексте её применения:

1. Высокая дисперсность и химическая активность. Зола энергично взаимодействует с портландитом, связывая его в низкоосновныегидроалюминаты и гидросиликаты кальция. Таким образом формируется гель, который снижает пористость цемента и запасает воду для дальнейшей гидратации. Это повышает плотность бетона, улучшает его водонепроницаемость и морозостойкость, избавляет от высолов. Кроме того, снижение количества портландита исключает образование «цементных бацилл», что увеличивает сульфатостойкость цемента. Также высокая дисперсность золы позволяет добавлять её в бетонную смесь без необходимости совместного помола.

2. Удобоукладываемость и способность к минеральной пластификации. Зола уноса имеет мелкие сферические частицы, которые действуют в роли своеобразных «подшипников», позволяя частицам наполнителя и заполнителя легче скользить друг по другу. Это уменьшает водопотребность растворов, повышает однородность бетонных смесей, увеличивает их пластичность и удобоукладываемость.

3. Устойчивость к агрессивным средам. Цемент, в который добавлено 20 % золы уноса, становится более стойким при погружении в агрессивную воду, например, морскую либо технологическую.

Зола-уноса

Современные разработки позволяют использовать золу-уноса в производстве следующих
строительных материалов:

1. Ячеистые бетоны (пенобетон):Введение в пенобетонную смесь золы-уноса позволяет
повысить устойчивость смеси в период “жизни” цементного теста тем самым предотвратить

2. Использование золы-уноса ТЭС для улучшения свойств тяжелых бетонов.
Золу-уноса можно применять при изготовлении как монолитных так и сборных бетонных и
железобетонных конструкций.
Эффективность использования золы зависит как от характеристик исходных материалов
(золы и цемента) как и от правильного подхода к выбору направления ее использования.
Технологии позволяют использовать золу уноса в бетонах в трех направлениях:
— зола как добавка взамен части цемента;
— зола взамен части песка;
— зола в качестве самостоятельного компонента (активного микронаполнителя).

3. Использование золы уноса ТЭС в производстве легких бетонов (керамзитобетон).

4. Производство зольного вяжущего материала.
Зольный вяжущий материал может найти широкое применение для изготовления строительных
конструкций влажно-воздушного и гидротермального твердения. Данным материалом можно
заменить цемент при производстве товарных бетонов, строительных растворов и готовых
изделий, выпускаемых строительными комбинатами.

Комплексная технология переработки сухих зол уноса ТЭЦ — Энергетика и промышленность России — № 8 (60) август 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 8 (60) август 2005 года

Зола – дефицитный товар

Неполное потребление производимой золы доставляет энергетикам одни лишь проблемы, т. к. в этом случае необходимо содержать две системы золоудаления. Удаление золы и содержание отвалов составляли раньше примерно 30% себестоимости энергии и тепла ТЭЦ. Однако если учесть рыночную стоимость потерянной земли вблизи мегаполисов, снижение стоимости земли и недвижимости на значительном расстоянии от станций и золоотвалов, прямой ущерб здоровью людей и природе, в частности загрязнение пылью воздушного бассейна и растворимыми солями и щелочью водоемов и подземных вод, то эта доля реально должна быть значительно выше.

Зола уноса в развитых странах является таким же товаром, причем дефицитным, как тепло и электроэнергия. Качественная зола уноса, удовлетворяющая стандартам и пригодная для использования в бетоне в качестве добавки, связывающей избыток извести и снижающей водопотребность, стоит, например, в США наравне с портландцементом ~60$/т.

Идея экспорта в США переработанной каменноугольной золы может оказаться разумной. Некачественная зола уноса, например с низкотемпературных «экологически чистых» котлов с кипящим слоем, в которых сжигается низкокачественный уголь с высоким содержанием серы (станция Жерань в Варшаве), предлагается по отрицательной стоимости порядка -5$ / т, но при условии, что потребитель забирает ее всю. Аналогичная ситуация в Австралии. Таким образом, переработка золы может быть рентабельной только в том случае, если благодаря технологии появится ряд более качественных продуктов, которые найдут потребителей в полном или почти полном объеме на ограниченной территории вблизи места производства. При стандартном использовании золы уноса в качестве добавки в бетон или строительную керамику проблема не может быть решена принципиально из‑за ограниченной емкости местного рынка. К тому же добавка золы нестабильного состава в бетон возможна без потери качества лишь в очень ограниченном количестве, что делает бессмысленной всю эту затею.

Перспективы переработки

С химической точки зрения не использовать золы уноса – абсурд. Можно выделить как минимум 3 типа перспективных для переработки зол:
1) высокальциевые золы от сжигания бурых углей (БУЗ), например с Канско-Ачинского угольного бассейна, с высоким содержанием оксида и сульфата кальция, т. е. по составу близких к портландцементу и с высоким химическим потенциалом – запасенной энергией;
2) кислые золы от сжигания каменных углей (КУЗ), состоящих в основном из стекла, включая микросферы;
3) золы с высоким содержанием редкоземельных элементов.

Необходимо отметить, что в природе не бывает двух одинаковых углей, поэтому не бывает одинаковых зол. Речь всегда должна идти о локальной технологии переработки золы уноса в конкретном регионе, т. к. основные потребители должны располагаться вблизи источника золы. Любая самая замечательная технология состоится лишь в том случае, если местный рынок будет в состоянии «проглотить» всю или почти всю массу переработанной золы.

Для комплексной переработки золы уноса предлагается использовать возможности нового класса техники – так называемой электро-масс-классификаторов (ЭМК). Эта техника основана на обнаруженном относительно недавно новом явлении – образовании во вращающихся турбулентных газовых потоках плотных заряженных аэрозолей (газо-пылевой плазмы) и их разделении во внутренних электрических полях.

Явление трибозарядки частиц при трении или ударах известна человечеству с незапамятных времен, однако до сих пор наука не может предсказать даже знак заряда.

Преимущества ЭМК

Несмотря на предельную сложность явления, техника ЭМК внешне очень проста и имеет преимущества по всем параметрам относительно обычных воздушных сепараторов или струйных мельниц, дезинтеграторов.

Одно из главных преимуществ – полная экологическая чистота, т. к. процессы осуществляются в закрытом объеме, т. е. ЭМК не нуждается в каких-либо дополнительных устройствах типа компрессоров или систем пылеулавливания – циклонов или фильтров, даже при работе с нанопорошками. Тонкая фракция аэрозоля, заряженная одним знаком, удаляется из аэрозоля кулоновской силой через центр, против действия силы вязкости Стокса и центробежной силы. Частицы разряжаются на стенках в камере улавливания или через заряженные ионы в атмосфере, а заряд возвращается в камеру генерации аэрозоля.

Таким образом, в технике ЭМК осуществляется процесс сепарации порошков на неограниченное количество фракций с круговоротом заряда. При разделении неоднородных систем, включая золы, возможно разделение не только по размерам частиц, но и по другим физическим характеристикам.

Другое важное преимущество ЭМК – возможность реализовать одновременно несколько различных операций за один проход (например, сепарацию с механической активацией или измельчением), как в непрерывном, так и в дискретном исполнении. Огромные массы золы с высоким содержанием тонких частиц невозможно сепарировать на известной технике, т. к. неэффективно пылеулавливание именно тонких частиц, имеющих самую высокую ценность и одновременно представляющих наибольшую опасность для людей и окружающей среды.

Выделение из золы уноса тонкой фракции на ЭМК дает возможность эффективного непрерывного разделения крупной фракции по другим параметрам, например по размерам частиц, по магнитной восприимчивости, плотности, форме частиц, электрическим свойствам. Диапазон производительности техники ЭМК не имеет аналогов: от порции в 1 грамм до 10 тонн/час в непрерывном режиме при диаметре ротора не более 1,5 м. Диапазон дисперсности разделяемых материалов также широк: от сотен мкм до ~0,03 мкм – ЭМК также намного превышает все известные виды техники, приближаясь к мокрой сепарации с использованием центрифуг.

Технологии переработки золы

Возможности ЭМК позволяют реализовать гибкую «умную технологию» переработки золы с ориентацией на рыночный потенциал ее отдельных компонентов. Детальное изучение ряда зол уноса, включая ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5 г. Новосибирска, позволило разработать оптимальные схемы их переработки, а также предложить технологии производства строительных материалов с утилизацией основной массы продуктов из золы.

БУЗ, получаемая в частности на ТЭЦ-3, состоит в основном из стеклянных сферических частиц с вариацией содержания кальция и железа. Эти частицы обладают вяжущими свойствами и при реакции с водой, медленнее, чем портландцемент, но образуют цементный камень. Однако наряду с ними есть частицы несгоревшего угля в виде кокса, содержание которого может доходить до 7%, зерна оксида кальция CaO (5‑30%) и сульфата кальция CaSO4 (5‑15%), покрытые стеклом, неактивные минералы – кварц и магнетит. Кокс оказывает однозначно негативное влияние на прочность камня, подобное макропорам.

Но наиболее негативную роль играют зерна CaO, особенно крупные. Эти зерна реагируют с водой со значительным увеличением объема и заметно медленнее основной массы золы, в т. ч. из‑за капсулирования стеклом.

Действие крупных частиц CaO можно сравнить с миной замедленного действия. Прочность камня на основе золы обычно невысока и составляет в среднем около 10 МПа (100 кГ/см2), но из‑за нестабильного состава варьирует от 0 до 30 МПа. Потребительская стоимость определяется нижней границей, т. е. равна нулю. Для отбора золы пригодного состава необходим экспрессный анализ, требующий дорогого спектрометра. Отбор для утилизации лишь части золы не представляет какого‑либо интереса.

Механическая обработка золы на ЭМК в режиме механической активации поверхности частиц с одновременной сепарацией примерно 50% тонкой фракции меньше 60 мкм решает перечисленные проблемы.

Оптимальный срок хранения активированной тонкой фракции золы с дополнительным ростом прочности камня на ~5 МПа составляет 1‑5 суток, после чего трещины закрываются с падением активности ниже исходной.

Эта особенность зольного вяжущего требует переработки золы в основном самими потребителями. Прочность камня при оптимальных условиях активации и хранения уже не опускается ниже 10 МПа, а при малых добавках цемента порядка 10%, и хлорида кальция CaCl2 примерно 1%, (т. н. зимняя добавка, активирующая реакцию с малыми зернами песка) зольное вяжущее становится полноценным, но дешевым материалом для приготовления безусадочного низкомарочного бетона М100-М300.

Марка бетона определяется прочностью после 28 суток выдержки, но бетон с зольным вяжущим набирает прочность и дальше, увеличивая ее в 2‑3 раза (в обычном бетоне – лишь на 30%). Крупная фракция может быть легко переработана: разделение по размерам частиц или на трибоэлектрическом сепараторе дает крупную фракцию кокса, которую можно вернуть обратно в котел, на магнитном сепараторе отделяется фракция из сферических частиц магнетита, которую можно использовать, например, в качестве специального пигмента. Остаток после затворения водой на 1‑2 недели представляет собой штукатурный или строительный раствор.

Бион из золы

На рисунке показана прочность камня при различном соотношении цемента и зольного вяжущего. Можно выделить 3 области: низкомарочный бетон на основе зольного вяжущего с малыми добавками цемента, обычный бетон с небольшими добавками 10‑20% зольного вяжущего, и бетон максимальной прочности с добавкой зольного вяжущего 25‑50%. Если использовать зольное вяжущее в качестве добавки, то весь рынок в мегаполисе сможет потребить лишь небольшую часть производимой золы.

Производство бетона с большой добавкой зольного вяжущего до 50%, несмотря на привлекательность, представляет собой зону повышенного риска. Это связано с тем, что доля сульфата кальция CaSO4 в золе варьирует в пределах 5, а его высокое содержание может привести к образованию эттрингита при реакции с глиноземистым компонентом цемента с большим увеличением объема уже после образования прочного камня. В связи с этим образование эттрингита называют чумой для бетона.

Относительно проще найти применение низкомарочному бетону. В этом случае максимальный объем зольного вяжущего, например, из золы ТЭЦ-3 составит 60 тыс. тонн в год, из которого можно приготовить 200 тыс. куб. м бетона. Его будет достаточно для строительства 3000 малоэтажных индивидуальных домов или для покрытия 200 км местных дорог шириной 8 м. Зола может храниться в сухих условиях сколь угодно долго, поэтому рассогласование в сроках производства и потребления никак не скажется на качестве при переработке золы на месте строительства.

Переработка кислых КУЗ, представляющих собой в основном стеклянные сферические частицы, включая полые микросферы, и остатки несгоревшего угля в виде кокса до 5% также легко реализуется с использованием техники ЭМК. У микросфер, составляющих около 5% золы, имеется множество специальных областей применения, вплоть до медицины.

Главными потребителями КУЗ, помимо производителей бетона, являются кирпичные заводы. К сожалению, глины в России, как правило, тощие, а добавки золы не являются необходимыми. Потенциальная емкость регионального рынка на продукты из КУЗ пока в несколько раз ниже объема производимой золы. Вариант экспорта в развитые страны продуктов из золы необходимо просчитывать.

В Великобритании низкокачественные отходы закладывают в основания дорог. До 10‑20% вырабатываемой КУЗ можно утилизировать с пользой в качестве флоккулянта в производстве грунтоблоков при организованном строительстве в полуавтономных экопоселках индивидуального малоэтажного жилья. Целостная концепция строительства доступного комфортабельного жилья на основе местных ресурсов и отходов изложена в проекте «Новая малоэтажная Россия» и доступна в Интернете. В целом для КУЗ рынок необходимо формировать в течение нескольких лет при наличии инвестиций.

Для чего нужна утилизация?

К сожалению, как строительство дорог, так и индивидуальное строительство через земельные отношения полностью зависит от чиновников. Эти области традиционно наименее прозрачны, что способствует процветанию коррупции. Инновации в этих областях реально невозможны без политической воли властей.

Безотходное использование ископаемых углей особенно выгодно государству со стратегической точки зрения, поскольку без дополнительных затрат удвоится объем производства вяжущих материалов и кроме этого за счет угля значительно снизится потребление газа внутри страны, что позволит увеличить объемы его продаж за рубеж. Производство альтернативного вяжущего на основе золы обеспечит конкуренцию в секторе низкомарочного бетона региональным монополистам – производителям цемента.

Золы уноса — Конференция по химии и технологии бетона «ConLife»

Зола уноса (и другие альтернативные вяжущие) часто обсуждалась на конференции, перспектива использования этого материала становится еще более реальным,  поскольку есть предпосылки выпуска «Лафаржем» цемента с золой уноса.

Использование золы уноса уже допускается в новом ГОСТе 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия»: 21-35% золы в составе цемента допустимо для ЦЕМ IV-1.
Золы уноса могут сильно различаться по свойствам, но если технологически всё отрегулировано — свойства в реакции должны быть более-менее одинаковыми.

Были озвучены следующие тезисы:

• 10-40% содержат CaO, которы реагирует с другими компонентами золы, в результате чего получается самоцементирующийся материал.
• при >15% пуццолановых компонентов в цементе процесс деформации стабилизируется.
• Разрушения образуются не из-за замораживания и оттаивания, и из-за реакционных зерен.

От делегации из Рязанского ЖБИ-6 было получено замечание, что зола — радиоактивна, и поскольку измерений на радиоактивность не проводится, эта проблема остается актуальной (также актуальной является наличие других токсинов в золе, если, например, она является продуктом сжигания отходов на мусоросжигательных заводах — прим. ред.).

Также разговор коснулся сланцевой золы. Генрих Соломонович Рояк упомянул, что сланцевозольный портландцемент еще с советских времён можно применять по всей Прибалтике. Тему продолжил Андрей Иринеевич Калачев, генеральный директор ЗАО «ПрофЦемент-Вектор».

Преимущество использования сланцевой золы перед угольной золой состоит в том, что российские энергетические предприятия не имеют достаточных мощностей по хранению золы, чтобы можно было использовать ее в промышленных масштабах (лучшая ГРЭС имеет всего 2 силоса по 75 т для золы).
В противовес этому был приведен пример эстонских электростанций, которые имеют 8 силосов по 3500 тонн для золы.
Использование эстонских материалов оправдано еще тем, что они заинтересованы в сбыте данной продукции, в России же — нет стандартов предприятия, сегментирования золы. Крупнейшая в России среди твердотопливных Рефтинская ГРЭС планирует активно сбывать золу из-за нехватки отвалов, но пока это является только планами.

Был показан гранулометрический состав золы: удельная поверхность — одинаковая с цементом, но гранул до 40 мкм — больше. В связи с этим можно сказать, что сланцевая зола — это не просто заменитель цемента, она придает бетону другую структуру, работая как шарикоподшипники (из-за того, что структура шарообразная). Бетон становится кислотно- и сульфатостойким, что дает возможность отойти от использования нормированного цемента. Кроме того, снижается водопотребление, а за счет меньшей по сравнению с цементом массы — бетон весит на 15% меньше.

Также докладчик посчитал важным отметить, что с помощью золы можно повысить пластичность смеси без добавления пластификаторов, или снизить расход суперпластификатра на 40%.

В докладах не обсуждалась зола гидроудаления. Генрих Соломонович отметил, что этим видом золы они не занимались, но должны быть другие результаты.

Ioanna Papayianni из Греции коснулась в своем докладе вяжущих смешанного типа ии привела следующие факты:

• При использовании золы унос температура, до которой цемент смесь нагревается при гидратации цемента, ниже (на сколько — зависит от типа),
• В настоящее время полезно повторно используется только 10% зол и шлаков,
• В европейском стндарте EN 14227 предписывется исользоание минеральных добавок для использования в дорожном строительстве,
• На бетоне с замещением цементом золой в 82%! построена дамба в Греции в 1995-1997. За эти годы у нее нет проблем с эксплуатацией.

Летучая зола как техногенное сырье для получения огнеупорных и изоляционных керамических материалов (обзор)

Летучая зола как техногенное сырье для получения огнеупорных и изоляционных керамических материалов (обзор)

Д-р техн. наук Б. Л. Красный¹ (e-mail: [email protected]), канд. техн. наук К. И. Иконников¹, канд. техн. наук Д. О. Лемешев² (e-mail: [email protected]), А. С. Сизова¹
ООО «НТЦ «БАКОР» (Россия, г. Москва, г. Щербинка)
ФГБОУ ВО РХТУ им. Д. И. Менделеева (Россия г. Москва)

Представлен обзор литературы по выработке летучей золы на тепловых электростанциях и уровню ее переработки в России и за рубежом. Описаны свойства летучей золы и области ее применения. Подробнее рассмотрено применение золы уноса в технологии производства огнеупорных и теплоизоляционных керамических материалов как источника оксидов алюминия и кремния для изготовления огнеупорных изделий на основе муллита, кордиерита или композиции форстерит-шпинель

Ключевые слова: летучая зола, зола уноса, применение летучей золы, керамика, огнеупоры, теплоизоляция

FLY ASH AS A TECHNOGENIC RAW MATERIAL FOR THE PRODUCTION OF REFRACTORY AND INSULATING CERAMIC MATERIALS (review)

 B. L. Krasnyi¹, K. I. Ikonnikov¹, D. O. Lemeshev², A. S. Sizova¹

¹LLC «STC «BAKOR» (Russia, Moscow, Shcherbinka)

²D. I. Mendeleev Russian State Technical University (Moscow, Russia)

          The article presents a review of the literature on the production of fly ash at thermal power plants and the level of its processing in Russia and abroad. The properties of fly ash and its fields of application are given. The application of fly ash in the technology of production of refractory and heat-insulating ceramic materials is considered in more detail as a source of aluminum and silicon oxides used for the manufacture of refractory products based on mullite, cordierite or forsterite-spinel composition

          Keywords: fly ash, fly ash application, ceramic, refractories, thermal insulation

          В процессе сжигания угольного топлива на тепловых электростанциях в больших количествах образуется минеральный остаток, состоящий из шлаков и летучей золы, или, как ее еще называют, золы уноса [1 – 3].

          Морфология частиц летучей золы определяется температурой горения, скоростью охлаждения и ее составом. Летучая зола в основном состоит из твердых сфер (плотность ∽2300 – 2600 кг/м³) и ценосфер (плотность <1400 кг/м³), а также содержит минеральные частицы неправильной формы и несгоревший углерод. Размер частиц летучей золы в зависимости от метода сжигания, источника угля и т.д. варьируется в диапазоне от 1 до более 200 мкм, но полые ценосферы и частицы несгоревшего углерода имеют бόльшие размеры [4].

          По химическому составу зола уноса состоит из оксидов кремния, алюминия и железа, а их соотношение может колебаться в зависимости от месторождения угля, способов его подготовки, процесса сжигания и пр. Помимо основных оксидов в состав золы уноса также входят: СаО, MgO, SO₃, SO₂, Na₂O, К₂О, TiO₂, MnO, P₂O₅ и прочие оксиды. Кроме того, в составе золы уноса присутствуют в количестве не более 1 % такие элементы, как: Ge, U, Ga, Zn, Pb, Mo, Au, Se, Ag, V, Cr, Ni, W, B и пр., а также токсичные и потенциально токсичные элементы Yg, F, Be, As и пр. (табл. 1) [2, 5 – 15].

          Тонкодисперсную золу электростатическим или механическим методом выделяют из отходящих газов и в дальнейшем смешивают с измельченным шлаком, представляющим собой агрегированные и сплавившиеся частицы золы размером 0,15 – 30 мм. В полученной смеси, называемой золошлаковой смесью, в зависимости от типа котлов, вида топлива и режима его сжигания содержится 70 – 85 % золы уноса, остальное составляют шлак и частицы несгоревшего топлива. Данную смесь складывают на золоотвалы с многолетним накапливанием шлаковых смесей, которые пагубно влияют на состояние окружающей среды [2, 3]. В России только за 2019 г. от тепловых электростанций, работающих на угольном топливе, образовалось около 25 млн т золы и шлака, а в оборот вовлечено всего 10 % от массы годового выхода. Масса накопившихся отходов на золоотвалах составляет 1,5 млрд т, и при дальнейшем накапливании к 2030 г. эта масса превысит 2 млрд т [16 – 18].     

          В развитых странах уровень утилизации золошлаковых отходов доведен до 50 – 100 % благодаря изменениям в законодательстве, касаемых хранения и использования золошлакоотходов. Например, в Германии законодательством запрещены золоотвалы, практически 100 % годового выхода золошлаковых отходов используют в промышленности строительных материалов [19, 20]. В США, Великобритании и Польше уровень использования золокошлаковых отходов достигает 70 % [19, 21]. Принятие ряда законов на государственном уровне в Китае позволило увеличить использование золокошлаковых отходов до 70 – 80 % [1]. В Индии уровень годового использования золошлаковых отходов увеличен с 29 до 53 % в период с 1999 по 2003 гг. [1, 21].

          На сегодняшний день зола уноса экологизируется на теплоэлектростанциях нашей страны и, по мнению специалистов, востребована как товар [18]. Но для повышения эффективности использования золошлаков и побочных продуктов сжигания угля необходимы изменения правовой и нормативно-технической базы в части терминологии (статуса и определений) [16 – 18]. Департаментом развития электроэнергетики Минэнерго России разработан проект распоряжения Правительства Российской Федерации об утверждении Комплексного плана по повышению объемов утилизации продуктов сжигания твердого топлива (золошлаковые смеси, золы уноса, шлаки, образуемые в результате сжигания твердого топлива, состоящего из горючего полезного ископаемого) на угольных тепловых электростанциях и котельных. Учитывая опыт развитых зарубежных стран, к 2035 г. планируется поднять уровень утилизации золошлаковых отходов до 50 % от годового выхода [22].

          Переработка летучей золы угля является хорошей альтернативой утилизации, а также может принести значительные экономические и экологические выгоды [1, 22]. На 2011 г. уровень утилизации летучей золы в таких странах, как Китай, Индия и США, составил 67,96, 55,79 и 46,74 % соответственно, в странах ЕС – 93,74 % [1]. Способы утилизации летучей золы в этих странах приведены на рис. 1. Некоторые свойства и текущие применения летучей золы представлены на рис. 2.

Рис. 1. Способы утилизации летучей золы в Китае, Индии, США и странах ЕС [1]

Рис. 2. Свойства летучей золы и ее применение [1]

          Летучую золу в зависимости от вида сжигаемого угля и его состава подразделяют на классы. Золу уноса класса F в основном получают путем сжигания антрацита или битуминозного угля, в которых содержание SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃ превышает 70 %, а золу класса С при сжигании лигнита или полубитуминозного угля, который содержит комбинацию упомянутых оксидов от 50 до 70 % [23]. Химический состав продукта, в частности содержание оксида кальция, определяет характеристики летучей золы в бетоне. Так, зола класса F с низким содержанием оксида кальция (менее 10 %) имеет в основном пуццолановые свойства, а зола класса С с высоким содержанием оксида кальция обладает значительными цементирующими свойствами в дополнение к пуццолановым [4, 23].

Летучая зола используется в качестве заменителя материалов в строительной промышленности. Особенно широко применяется в качестве добавок заполнителей в производстве цементов, бетонов и геополимеров [3 – 5, 23 – 32]. Качество получаемых материалов зависит как от количества введенной золы уноса, так и от состояния используемой золы. Для улучшения характеристик получаемого продукта качество золы уноса можно поднять различными методами – электрической сепарацией в высоковольтном электрическом поле, электродинамической сепарацией и др. [5, 32].

Золе уноса нашли применение в строительстве дорог как в качестве самостоятельного вяжущего, так и в качестве активной добавки к неорганическим или органическим вяжущим веществам. Ее используют для отсыпки дорожных насыпей, для устройства усиленных оснований и всех слоев автомобильных дорог, для укрепления грунта и др. [16, 30 – 33] Летучая зола, содержащая большое количество металлов и обладающая высокой температурной стабильностью, является рентабельным материалом для получения катализаторов и носителей катализаторов для различных реакций. В зависимости от химического состава и структуры летучей золы, катализаторы, полученные на ее основе, обладают разными свойствами и областями применения [1, 34 – 39]. Возможно использование золы уноса в сельскохозяйственных угодьях в качестве стабилизатора почвы. Угольная летучая зола, являясь в основном щелочной (в зависимости от источника угля и условий эксплуатации завода), может использоваться для снижения pH почвы [1, 27, 30, 31]. Так как летучая зола содержит некоторые полезные питательные вещества, такие как P, S, K, Ca, Mg, Cu, Mn и Zn, ее внесение в почву в определенных количествах повышает плодородие почвы, способствует росту растений и накоплению в них макро- и микроэлементов [27, 30, 31, 40 – 42]. Частицы летучей золы обладают развитой поверхностью, а такие характеристики, как морфология и химический состав, позволяют использовать ее: при изготовления фильтров для очистки воды [43, 44], очистки сточных вод от тяжелых металлов (Pb, Cu, Cd, Cr и Zn), ртути и иодидов [45, 46], органических загрязнителей, включающих пестициды, красители фенольные и нефтяные соединения [47, 48], для удаления радиоактивных отходов [49]. В летучей золе содержится большое количество несгоревшего углерода, что делает ее перспективным материалом для получения прекурсоров активируемого угля, используемого для удаления SO₂ [50 – 53], летучих органических соединений и оксидов азота [53]. Помимо определенных тяжелых элементов зола уноса также содержит ценные металлы, такие как германий Ge, галлий Ga, ванадий V, титан Ti, алюминий Al, золото Au, платину Pt, которые можно извлечь, при наличии разработанного приемлемого процесса [1, 3, 54 – 58]. Летучая зола, содержащая значительное количество оксидов кремния, алюминия, кальция и железа (см. табл. 1), используется в керамической промышленности для замены высококачественного сырья. А мелкодисперсная форма порошка позволяет включать ее в технологический процесс практически без предварительной обработки. Основные виды керамических изделий, которые могут быть получены из летучей золы – глазурованная плитка [59 – 65], стеклокерамика [66 – 75], керамические волокна [76], огнеупоры, в том числе изоляционные материалы [7 – 15, 77 – 85], и т. д.

Таблица 1. Химические составы золы уноса, приведенные в литературе [7–15]

Применение летучей золы в огнеупорах

          В технологии огнеупорных материалов летучую золу используют в качестве основного материала, для частичной или полной замены глины или шамота. В работе [7] при производстве изоляционного огнеупора глину частично или полностью замещали летучей золой. Помимо глины и золы уноса в композицию также вводили шамот, рисовую шелуху и золу рисовой шелухи. Образцы, сформованные методом одноосного гидравлического прессования при давлении 120 МПа, обжигали в диапазоне температур от 800 до 1000 ^оС. Замена глины на летучую золу существенно повлияла на структуру, размер и распределение пор в изоляционном огнеупоре. Открытая пористость материала увеличилась с возрастанием доли золы уноса в композиции с 38 до 53 %, значительно снизилась теплопроводность материала до 0,46 Вт/(м·К), но также снизились прочности при изгибе (на 52,9 %) и при сжатии (на 36 %). Однако авторы отмечают образец, полученный при полном замещении золы уноса, как перспективный материал для крупномасштабного синтеза изоляционных кирпичей.

          В работе [8] летучая зола была основным компонентом производимых изоляционных кирпичей. В качестве спекающей добавки использовали обычную глину, в качестве связующего для повышения механической прочности необожженного кирпича применяли силикат натрия, также использовали пенообразователь и воду. Летучая зола и глина, взятые в соответствии с пропорциями смеси, смешивали с последующим добавлением силиката натрия и воды. Полученные гомогенизированные суспензии разливали в металлические формы и сушили при комнатной температуре. Сформованные изделия обжигали в керамической печи с электрическим нагревом в интервале температур 900 – 1100 ^оС. Изготовленные кирпичи характеризовались хорошей механической прочностью и низкой теплопроводностью, т.е. являлись хорошими изоляционными материалами. Но не обладали достаточной огнеупорностью.

          В работе [9] оценено использование угольной золы в композиции огнеупорного изоляционного материала, при изготовлении которого обычно применяют каолин, шамот и древесные опилки. Угольную золу использовали как заменитель шамота, так как она облегчает стадию сушки за счет своей низкой реактивности по отношению к воде в формовочном теле. К коммерческому составу, содержащему каолин, шамот и древесные опилки, добавляли 5 и 10 % по массе летучей золы. Образцы были сформованы ручным прессованием с применением водного раствора поливинилового спирта в качестве связующего. После сушки образцы обжигали в лабораторной электрической печи при 500 ^оС для выжига связки, затем спекали при 1350 ^оС. С добавлением летучей золы механическая прочность огнеупора незначительно снизилась (0,92 – 1,45 МПа). Эти значения, по заявлению авторов работы, сопоставимы со значениями прочности огнеупорного материала, изготовленного из коммерческого состава (1,89 МПа). Присутствие золы способствует небольшому увеличению теплопроводности. Это не снижает качество огнеупорного продукта с точки зрения теплоизоляции, так как значение этого параметра невелико.

          Авторы патента [77] сообщают о разработке легкого огнеупора, применяемого в качестве теплоизоляционного слоя промышленных и обжиговых печей. Для его изготовления использовали летучую золу с высоким содержанием глинозема (не менее 25 % по массе), легкий наполнитель (диатомит, древесная щепа, перлит, глиняный легкий заполнитель или их комбинации), глину и комплексную добавку. Сырец огнеупорного изолирующего кирпича получали методом отливки. В зависимости от состава и степени спекания материала плотность материала варьируется в пределах 0,6 – 1,0 г/см³; прочность при сжатии 2,5 – 6,5 МПа; теплопроводность 0,18 – 0,25 Вт/м∙К.

          В исследовании [78] огнеупорные кирпичи были изготовлены с использованием огнеупорной глины и летучей золы. В смесь добавляли летучую золу в количестве 10 – 50 % по массе. Обжиг образцов вели в интервале температур 1100 – 1400 °C. С введением золы уноса в состав огнеупорного кирпича улучшились теплофизические свойства материала. Из-за роста пористости и размера пор с увеличением содержания золы уноса теплопроводность образцов, обожженных при 1250 ^оС, уменьшилась с 1,6 до 0,8 Вт/(м·К). Однако механическая прочность снизилась с 26 до 6 МПа.

Применение летучей золы в технологии изготовления огнеупорной муллитовой, кордиеритовой и форстеритшпинельной керамики

          Летучая зола как источник оксидов алюминия и кремния используется для изготовления огнеупорных изделий на основе муллита, кордиерита или форстерита. В работе [79] легкий огнеупор на основе муллита получен с применением летучей золы с высоким содержанием глинозема. Смесь из летучей золы и технического глинозема предварительно обжигали и измельчали для получения заполнителя муллита, который затем смешивали с тонким порошком SiO₂, порообразователем (шарики из полистирола или опилки), вяжущим (алюминатный цемент) и водой. Образцы, сформованные методом виброзаливки, обжигали по трехступенчатому режиму нагревания: нагрев до 900 ^оС, нагрев до 1300 ^оС, нагрев до 1550 ^оС. Основные фазы легкого огнеупора – фаза муллита и фаза корунда. В зависимости от состава и степени спекания плотность материала варьируется в пределах 1,68 – 1,76 г/см³; прочность при сжатии 20,8 – 35,6 МПа; теплопроводность при 700 ^оС – 0,64 – 0,70 Вт/м К; линейная усадка 4,15 – 4,55 %.

          В работе [13] изучено получение композитов кордиерит–муллит с использованием летучей золы в качестве альтернативного источника Al₂O₃ и SiO₂. Предварительно измельченную летучую золу сепарировали от примесей железа, а также выщелачивали оксид кальция уксусной кислотой. Измельченные электроплавленные порошки оксидов магния и алюминия_{применяли в качестве дополнительного сырья. Образцы формовали методом одноосного прессования с прилагаемой нагрузкой 4 т с последующим холодным изостатическим прессованием с приложением нагрузки 200 МПа. Сформованные образцы термообрабатывали в тиглях из платины и после обжигали в интервале температур 1200 – 1600 °C. Микроструктура композитов состояла из матрицы кордиерита и переплетенных игл муллита с усиленным образованием последней фазы на внутренней поверхности пор. Плотность снижалась с увеличением номинального содержания муллита в композитах, что объяснялось более выраженной тенденцией к образованию пористости в таких условиях.}

          В работе [14] авторы выделяют золу уноса как альтернативный материал для синтеза чистого кордиерита с низкой температурой синтеза и улучшенными механическими свойствами. Золу уноса и оксида магния использовали в качестве сырьевого материала для синтеза фазы кордиерита с добавлением легирующих добавок, таких как ZrO₂, CeO₂ и TiO₂, в различных количествах. Образцы, сформованные гидростатическим прессованием под давлением 240 МПа, после выжига связки при 400 ^оС обжигали в интервале температур 800 – 1350 °C.

          В исследовании [15] был синтезирован кордиерит с использованием золы уноса, кальцинированного глинозема и талька. Исходную летучую золу обогащали с помощью магнитного и флотационного разделения. Материалы, взятые в требуемых пропорциях, измельчали для получения желаемой тонкости помола. Образцы, сформованные из гранулированной массы одноосным прессованием при давлении 250 МПа, обжигали при 1350 ^оС на воздухе. Кордиерит, синтезированный с применением чистой летучей золы, обладал свойствами, сравнимыми с промышленным кордиеритом, и большим модулем разрыва при 1250 ^оС (79 МПа для кордиерта, синтезированного с использованием обогащенной золы уноса и 72 МПа для коммерческого образца, представленного в работе).

          Авторы работы [80] сообщают об успешном получении недорогой однофазной пористой кордиеритовой керамики. Магнезит и кварц добавляли непосредственно в летучую золу для изготовления керамики путем твердофазной реакции. Магнезит являлся источником MgO, а также порообразователем. Кварц обеспечивал дополнительный SiO₂ для поддержания стехиометрического состава. Образцы керамики, сформованные одноосным прессованием под давлением 20 МПа, обжигали в интервале температур 1100 – 1300 ^оС. По результатам эксперимента была установлена оптимальная температура спекания для получения однофазного кордиерита с применением летучей золы (1300 ^оС), которая намного ниже, чем температура спекания, необходимая при использовании чистых оксидов. В основном это связано с тем, что примеси, вносимые сырьем, действуют как агломерационные добавки, которые положительно влияют на фазовое выделение, а также на кристаллизацию кордиерита. Как прочность при сжатии (72,64 МПа), так и прочность при изгибе (23,92 МПа) синтезированных образцов являются высокими, значения открытой пористости и объемной плотности соответственно 33,16% и 1,61 г/см³.

          В работе [81] получена кордиеритовая огнеупорная стеклокерамика с применением золы уноса в качестве основного сырьевого материала с добавлением промышленного оксида алюминия и порошков основного карбоната магния. Измельченные порошки летучей золы, оксида алюминия и основного карбоната магния гранулировали с водой с добавлением метилцеллюлозы. Образцы, сформованные методом одноосного прессования под давлением 15 МПа, обжигали в интервале температур 1125 – 1320 ^оС. Кордиеритовая стеклокерамика, полученная из летучей золы, демонстрирует ряд привлекательных свойств, таких как прочность при сжати (35 МПа) и термостойкость (37 циклов термоудара 1200 – 28 ^оС). Низкий тепловой коэффициент линейного расширения и высокая прочность при сжатии делают этот материал пригодным для замены промышленных кордиеритовых изделий, таких как сотовые подложки для катализаторов, огнеприпас печей для обжига или детали теплообменников.

          В исследовании [82] получение предшественников кордиерита проводили путем сухого смешивания летучей золы, гидроксила магния и гидроксила алюминия. Полученная смесь была хорошо гомогенизирована механическим измельчением, а затем образцы были сформованы методом одноосного прессования под давлением 15 МПа. Обжиг вели в интервале температур 900 – 1200 °C. Теплопроводность спеченной керамики на основе фазы кордиерита составила 1,12 Вт/(м·К) при прочности при сжатии 128 МПа. По удельной теплоемкости и теплопроводности материалы, полученные из летучей золы, по заявлению авторов работы, конкурентоспособны с керамическими материалами на основе кордиерита, полученного из природных ресурсов и промышленных оксидов.

          В работе [12] было проведено сравнение огнеупорного материала форстерито-шпинелевой керамики, полученной с применением летучей золы класса F, и форстерито-шпинелевой керамики, для получения которой использовали реактивный глинозем. Также в работе в качестве сырья использовали оливин, кальцинированный каустический магнезит и каолин. Предварительно измельченные смеси гомогенизировали в роторном механическом гомогенизаторе и смешивали с водой для достижения оптимальной пластичности. Образцы, сформованные в латунные формы из пластичной пасты, обжигали в лабораторной печи в атмосфере воздуха при 1500 °C. Модуль разрыва и термостойкость образцов, полученных с использованием летучей золы, возрастали с повышением содержания летучей золы с незначительным ухудшением огнеупорных свойств. Модуль разрыва и термостойкость образцов, полученных с применением глинозема, наоборот, уменьшались с увеличением добавки глинозема.

Использование золы уноса в технологии теплоизоляционной пенокерамики

          В работе [83] методом вспенивания был получен изоляционный материал с применением двух типов летучей золы с размерами частиц до 106 мкм и в диапазоне 200 – 600 мкм. В качестве связующей среды для твердой синтетической пены использовалась иллитовая глина, содержащая каолинит, иллит, кварц и альбит. Для приготовления синтетической твердой пены сначала из связующей глины готовили суспензию, затем добавляли летучую золу и смешивали в планетарной мельнице для образования композитной пасты. После достижения желаемой консистенции смесь летучая зола/глинистая суспензия заливали в формы. Затем образцы сушили на воздухе для предотвращения чрезмерной усадки, прежде чем их помещали в конвективную печь. Высушенные образцы спекали при 1050 ^оC. Разработанные пеноматериалы обладают потенциалом для применения в теплоизоляции за счет их относительно простого и масштабируемого производственного процесса, минимального использования связующих материалов, а также относительно высокой механической прочности (1,0 – 19,4 МПа) и легко адаптируемых свойств.

          Методом вспенивания и шликерного литья изоляционный пеноматериал был получен в работе [11] с использованием измельченной летучей золы, стеклянных отходов и глины. В качестве пенообразователя брали додецилсульфат натрия, а полиакрилат натрия – для стабилизации пены. Вспененную суспензию заливали в гипсовые формы. Высушенные образцы обжигали при 650 ^оС для удаления кристаллической воды и органических добавок. Затем образцы обжигали при различных температурах от 850 до 1000 °C в воздушной среде. Были получены пористые теплоизоляционные материалы с низкой теплопроводностью – всего 0,0511 Вт/(м·К). Пористость этих материалов изменяется от 86,3 до 94,5 % по объему, прочность при сжатии – от 0,43 до 1,01 МПа с изменением твердой нагрузки пены и температуры спекания. Полученные в работе образцы перспективны для применения в качестве стеновых изоляционных материалов. Теплопроводность разработанного материала находится в том же диапазоне, что и теплопроводность вспученного перлита и вермикулита, и лучше, чем у некоторых инновационных материалов, так же как и плотность.

Влияние размера частиц золы уноса на свойства теплоизоляционной керамики

          В работе [84] сообщается о влиянии размера частиц летучей золы на свойства легких изоляционных материалов. В качестве сырья использовали золу уноса, огнеупорную глину, кианит, опилки и поливиниловый спирт в качестве органического связующего. Образцы формовали методом одноосного прессования при давлении 2,5 МПа, после сушки спекали в интервале температур 1300 – 1400 °C. После прокаливания при 1350 °C линейная усадка, объемная плотность и открытая пористость составляют 4,5 %, 0,81 г/см³ и 70,84 % соответственно, при среднем размере частиц летучей золы 79,762 мкм соответствующая прочность при сжатии составляет 1,74 МПа, а теплопроводность при 900 °C – 0,281 Вт/(м·К). Частицы летучей золы <60 мкм, особенно частицы размером от 20 до 30 мкм, оказывают наибольшее влияние на свойства легкого изоляционного материала. Добавление частиц летучей золы размером от 20 до 30 мкм приводит к увеличению плотности, теплопроводности и линейной усадки и способствует получению лучших физико-химических свойств, тогда как частицы летучей золы размером > 80 мкм имеют противоположный эффект.

          В работах [10, 85] оценивали влияние размера частиц летучей золы на свойства высокопрочного изоляционного материала, сформованного методом экструзии из смеси летучей золы, глины и поливинилового спирта. Размер частиц используемой золы варьировался в пределах 80 – 200 меш. Размеры частиц золы имели большое влияние на объемную плотность, прочность и теплопроводность спеченных образцов. В обеих работах значения прочности и плотности образцов увеличиваются с возрастанием размера частиц летучей золы, а затем уменьшаются. Оптимальные значения прочности и плотности достигаются для образцов, полученных при использовании летучей золы с размером частиц 120 – 160 меш. Теплопроводность материала в работе [10] уменьшается, а затем повышается при увеличении размеров частиц летучей золы. Оптимальное значение теплопроводности также достигается при использовании летучей золы с размером частиц 120 – 160 меш. В работе [85] теплопроводность непрерывно растет с увеличением размера частиц золы уноса, и ее оптимальное значение достигается при использовании летучей золы с размером частиц 80 – 120 меш.

Выводы

          Летучая зола как продукт сгорания топлива на энергостанциях, вырабатываемая в больших количествах, оказывает негативное влияние на окружающую среду, загрязняя воздух, почвы, сточные воды и т.п. Ее активное использование в строительной промышленности позволит снизить негативные воздействия за счет уменьшения имеющихся залежей золокошлаковых отходов и предотвращения образования новых. Также привлекательно ее применение в качестве катализаторов, носителей катализаторов или адсорбентов для очистки вод и газов от тяжелых металлов, органических соединений, радиоактивных загрязнений, оксидов серы и азота и др. Использование летучей золы в качестве сырья в производстве огнеупорной керамики и теплоизоляции также весьма перспективно. Ее применение в качестве основного материала или источника оксидов алюминия и кремния не только позволит снизить использование невозобновляемых ресурсов, но и получить материалы, обладающие улучшенными теплофизическими свойствами, такими как прочность, термостойкость и теплопроводность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Yao Z. T., Ji X. S., Sarker P. K. A comprehensive review on the applications of coal fly ash // Earth-Science Reviews. 2015. V. 141. P. 105 – 121.

2.    Купенко В. И. Золошлаковые отвалы Зуевской тепловой электростанции как пример комплексного техногенного месторождения // Тр. Донецкого национального университета. Сер. Горно-геологическая. 2016. № 3(26). С. 128 – 134.

3.    Хаглеев Е. П. Золошлакоотвалы годичного регулирования дифференцированных потоков золы и шлака угольных ТЭС // Проблемы энергетики. 2017. Т. 19, № 7–8. С. 21 – 32.

4.    Xu G., Shi X. Characteristics and applications of fly ash as a sustainable construction material: A state of the art review // Resources, conservation & recycling. 2018. № 136. P. 95 – 109.

5.    Делицин М. Л., Рябов Ю. В., Власов Ф. С. Возможные технологии утилизации золы // Энергосбережение. 2014. № 2. С. 60 – 66.

6.     Герк С. А., Смолий В. А. Исследование состава и структуры отходов топливно-энергетического комплекса с применением электронно-микроскопического и элементного анализа // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2013. № 4. С. 76 – 79.

7.    Hossain S. K. S., Roy P. K. Fabrication of sustainable insulation refractory: Utilization of different wastes // Boletín de la sociedad española de cerámica y vidrio. 2018. V. 58, No. 3. P. 115 – 125.

8.    Gonzalez Otero J., Blanco F., Garcia M. P. Manufacture of refractory insulating bricks using fly ash and clay // British ceramic transactions. 2004. V. 103, No. 4. P. 181 – 186.

9.    Браганса С. Р., Циммер А., Бергманн С. П. Использование угольной золы при производстве изоляционных огнеупоров // Новые огнеупоры. 2008. № 6. С. 60 – 63.

10.Yapeng D., Xingyong G., Weixia D. Preparation and properties of lightweight, high-strength insulation materials using fly ash floating beads // Key engineering materials. 2016. V. 697. P. 599 – 603.

11.Zhang R., Feng J., Cheng X. Porous thermal insulation materials derived from fly ash using afoaming and slip casting method // Energy and buildings. 2014. V. 81. P. 262 – 267.

12.Nguyen M., Sokoláˇr R. Impact of fly ash as a raw material on the properties of refractory forsterite-spinel ceramics // Minerals. 2020. V. 10, No. 9. P. 835 – 846.

13.López-Cuevas J., Interial-Orejón E., Gutiérrez-Chavarría C. A. Synthesis and characterization of cordierite, mullite and cordierite-mullite ceramic materials using coal fly ash as raw material // Materials research society. 2018. V. 2. No. 62. P. 3865 – 3872.

14.Senthil Kumar M., Vanmathi M., Senguttuvan G. Fly ash constituent–silica and alumina role in the synthesis and characterization of cordierite based ceramics // Silicon. 2019. No. 11. P. 2599 – 2611.

15.Kumar S., Singh K. K., Ramachandrarao P. Synthesis of cordierite from fly ash and its refractory properties // Journal of materials science letters. 2000. V. 19, № 14. P. 1263 – 1265.

16.Малыхин Р. Н. Применение золошлаковых отходов в дорожном строительстве Кузбасса // Молодой ученый. 2019. № 15 (253). С. 41 – 44. URL: https://moluch.ru/archive/253/57950/ (дата обращения: 06.10.2020).

17.Круглый стол на тему «Законодательное регулирование использования золошлаковых отходов угольных ТЭС» // Министерство энергетики Российской Федерации. URL: https://minenergo.gov.ru/node/14014 (дата обращения 06.10.2020).

18.Золошлаки: нерешенная проблема // Энергетика и промышленность России: газета, март 2019 г. № 05 (361). URL: https://www.eprussia.ru/epr/361/1492205.htm (дата обращения 07.10.2020)

19.Денисов Г.А. Золошлаки в промышленности стройматериалов. Новые химические технологии. Аналитический портал химической промышленности. URL:http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=2841&amp;amp;cat_id=&amp;amp;sword=%C7%CE%CB%CE%D… (дата обращения 17.11.2020).

20.H.–J. Feuerborn , B. Müller, E. Walter. Use of Calcareous Fly Ash in Germany // Proceedings of the «Eurocoalash 2012» Conference, 25–27 september. — Thessaloniki, 2012 г.

21.Кожуховский И. С., Целыковский Ю. К. Угольные ТЭС без золошлакоотвала: реальность и перспективы // Энергетик. 2011. № 6. С. 20 – 23.

22. Комплексный план по повышению объемов утилизации продуктов сжигания твердого топлива на угольных ТЭС и котельных / Министерство энергетики Российской Федерации. URL: https://minenergo.gov.ru/node/18342 (дата обращения 06.10.2020)

23.Hemalatha T., Ramaswamy A. A review on fly ash characteristics – Towards promoting high volume utilization in developing sustainable concrete // Journal of cleaner production. 2017. No. 147. P. 546 – 559.

24.Iyer R. S., Scott J. A. Power station fly ash – a review of value-added utilization outside of the construction industry // Resources, conservation and recycling. 2001. V. 31, No. 3. P. 217 – 228.

25. Герасимова Н. П. Зола уноса как сырье для производства бетонных блоков при решении экологической проблемы утилизации золошлаковых отходов ТЭЦ // Вестник ИрГТУ. 2016. № 6(113). С. 122 – 127/

26.Sobolev K., Vivian I. F., Saha R. The effect of fly ash on the rheological properties of bituminous materials // Fuel. 2014. V. 116. P. 471 – 477.

27.Sett R. Flyash: characteristics, problems and possible utilization // Advances in applied science research. 2017. V.8, No. 3. P. 32 – 50.

28.Пат. 2011134840/03 РФ. Геополимерные композиционные связущие с заданными характеристиками для цемента и бетона / Г. Вэйлян, Л. Вернер, П. Ян; заявл. 21.01.2010; опубл. 27.02.13. Бюл. № 6. 5 с.

29.Han L., Wang J., Liu Z. Synthesis of fly ash–based self–supported zeolites foam geopolymer via saturated steam treatment // Journal of hazardous materials. 2020. V. 393. P. 122468.

30.Пичугин Е. А. Аналитический обзор накопленного в российской федерации опыта вовлечения в хозяйственный оборот золошлаковых отходов теплоэлектростанций // Проблемы региональной экологии. 2019. № 4. С. 77 – 87.

31.Худякова Л. И., Залуцкий А. В., Палеев П. Л. Использование золошлаковых отходов тепловых электростанций // XXI век. Техносферная безопасность. 2019. Т. 4, № 3. С. 290 – 306.

32.Путилин Е. И., Цветков В. С. Применение зол уноса и золошлаковых смесей при строительстве автомобильных дорог. Обзорная информация отечественного и зарубежного опыта применения отходов от сжигания твердого топлива на ТЭС. М.: СОЮЗДОРНИИ, 2003. 59 с.

33.Балабанов В. Б., Николаенко В. Л. Применение зольных отходов в дорожном строительстве // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6 (53). С. 37 – 41.

34.Mostafa Hosseini Asl S., Ghadi A., Sharifzadeh Baei M. Porous catalysts fabricated from coal fly ash as cost-effective alternatives for industrial applications: A review // Fuel. 2018. V. 217. P. 320 – 342.

35.Volli V., Purkait M. K., Shu C. M. Preparation and characterization of animal bone powder impregnated fly ash catalyst for transesterification // Science of the total environment. 2019. V. 669. P. 314 – 321.

36.Aniokete T. C., Ozonoh M., Daramola M. O. Synthesis of pure and high surface area sodalite catalyst from waste industrial brine and coal fly ash for conversion of waste cooking oil (WCO) to biodiesel // International journal of renewable energy research. 2019. V. 9, No. 4. P. 1924 – 1937.

37.Niveditha S. V., Gandhimathi R. Flyash augmented Fe₃O₄ as a heterogeneous catalyst for degradation of stabilized landfill leachate in Fenton process // Chemosphere. 2020. V. 242. P. 125189.

38.Park J., Hwang Y., Bae S. Nitrate reduction on surface of Pd/Sn catalysts supported by coal fly ash-derived zeolites // Journal of hazardous materials. 2019. V. 374. P. 309 – 318.

39.Pavlovića S. M. A CaO/zeolite-based catalyst obtained from waste chicken eggshell and coal fly ash for biodiesel production // Fuel. 2020. V. 267. P. 117171.

40.Riehl A., Elsass F., Duplay J. Changes in soil properties in a fluvisol (calcaric) amended with coal fly ash // Geoderma. 2010. V. 155, No. 1–2. P. 67 – 74.

41.Yu C. L., Deng Q., Jian S. Effects of fly ash application on plant biomass and element accumulations in a meta-analysis // Environmental pollution. 2019. V. 250. P. 137 – 142.

42.He H., Dong Z., Peng Q. Impacts of coal fly ash on plant growth and accumulation of essential nutrients and trace elements by alfalfa (Medicago sativa) grown in a loessial soil // Journal of environmental management. 2017. V. 197. P. 428 – 439.

43.Jing Z., Li Y. Y., Cao S. Performance of double–layer biofilter packed with coal fly ash ceramic granules in treating highly polluted river water // Bioresource technology. 2012. V. 120. P. 212 – 217.

44.Mushtaq F., Zahid M., Ahmad Bhatti I. Possible applications of coal fly ash in wastewater treatment // Journal of environmental management. 2019. V. 240. P. 27 – 46.

45.Nguyen T. C., Loganathan P., Nguyen T. V. Adsorptive removal of five heavy metals from water using blast furnace slag and fly ash // Environmental science and pollution research. 2017. V. 25, No. 21. P. 20430 – 20438.

46.Jha V. K., Nagae M., Motohide M. Zeolite formation from coal fly ash and heavy metal ion removal characteristics of thus–obtained zeolite X in multi-metal systems // Journal of environmental management. 2009. V. 90, No. 8. P. 2507 – 2514.

47.Ahmaruzzaman M. Role of fly ash in the removal of organic pollutants from wastewater // Energy & fuels. 2009. V. 23, No. 3. P. 1494 – 1511.

48.Atun G., Ayar N., Kurtoğlu A. E. A comparison of sorptive removal of anthraquinone and azo dyes using fly ash from single and binary solutions // Journal of hazardous materials. 2019. V. 371. P. 94 – 107.

49.Hosseini Asl S. M., Javadian H., Khavarpour M. Porous adsorbents derived from coal fly ash as cost-effective and environmentally-friendly sources of aluminosilicate for sequestration of aqueous and gaseous pollutants: A review // Journal of cleaner production. 2019. V. 208. P. 1131 – 1147.

50.Izquierdo M. T., Rubio B. Carbon-enriched coal fly ash as a precursor of activated carbons for SO₂ removal // Journal of hazardous mterials. 2008. V. 155, No. 1–2. P. 199 – 205.

51.Rubio B., Izquierdo M. T. Coal fly ash based carbons for SO₂ removal from flue gases // Waste management. 2010. V. 30, No. 7. P. 1341 – 1347.

52.Kisiela A. M., Czajka K. M., Moroń W. Unburned carbon from lignite fly ash as an adsorbent for SO₂ removal // Energy. 2016. V. 116. P. 1454 – 1463.

53.Ge J., Yoon S., Choi N. Application of fly ash as an adsorbent for removal of air and water pollutants // Applied sciences. 2018. V. 8, No. 7. P. 1116 – 1140.

54.Черепанов А. А., Кардаш В. Т. Комплексная переработка золошлаковых отходов ТЭЦ (результаты лабораторных и полупромышленных испытаний) // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2009. № 2. P. 98 – 115.

55.Sahoo P. K., Kim K., Powell M. A. Recovery of metals and other beneficial products from coal fly ash: a sustainable approach for fly ash management // International Journal of Coal Science & Technology. 2016. V. 3, No. 3. P. 267 – 283.

56.Font O., Querol X., Juan R. Recovery of gallium and vanadium from gasification fly ash // Journal of hazardous materials. 2007. V. 139, No. 3. P. 413 – 423.

57.Hernández-Expósito A., Chimenos J. M., Fernández A. I. Ion flotation of germanium from fly ash aqueous leachates // Chemical engineering journal. 2006. V. 118, No. 1–2. P. 69 – 75.

58.Kamran Haghighi H., Irannajad M., Fortuny A. Recovery of germanium from leach solutions of fly ash using solvent extraction with various extractants // Hydrometallurgy. 2018. V. 175. P. 164 – 169.

59.Maitra S. Ceramic products from fly ash: Global perspectives // Proc. of the National Seminar on Fly Ash Utilisation, 26 – 27 February 1999. NML Jamshedpur, 1999. P. 32 – 37.

60.Luo Y., Ma S., Liu C. Effect of particle size and alkali activation on coal fly ash and their rolein sintered ceramic tiles // Journal of the European ceramic society. 2017. V. 37, No. 4. P. 1847 – 1856.

61.Luo Y., Zheng S., Ma S. Ceramic tiles derived from coal fly ash: Preparation and mechanical characterization // Ceramics international. 2017. V. 43, No. 15. P. 11953 – 11966.

62.Mishulovich A., Evanko J. L. Ceramic tiles from high–carbon fly ash // Materials science, 2003.

63.Sokolar R., Vodova L. The effect of fluidized fly ash on the properties of dry pressed ceramic tiles based on fly ash–clay body // Ceramics international. 2011. V. 37, No. 7. P. 2879 – 2885.

64.Namkane K., Naksata W., Thiansem S. Utilization of coal bottom ash as raw material for production of ceramic floor tiles // Environ earth sci. 2016. V. 75, No. 5. P. 386.

65.Ji R., Zhang Z., Yan C. Preparation of novel ceramic tiles with high Al₂O₃ content derived from coal fly ash // Construction and building materials. 2016. V. 114. P. 888 – 895.

66.Hea Y., Chenga W., Caib H. Characterization of α-cordierite glass-ceramics from fly ash // Journal of hazardous materials. 2005. V. 120, No. 1–3. P. 265 – 269.

67.Shao H., Liang K., Zhou F. Characterization of cordierite-based glass-ceramics produced from fly ash // Journal of non-crystalline solids. 2004. V. 337, No. 2. P. 157 – 160.

68.Zhu M., Ji R., Li Z. Preparation of glass ceramic foams for thermal insulation applications from coal fly ash and waste glass // Construction and building materials. 2016. V. 112. P. 398 – 405.

69.Ma Q., Wang Q., Luo L. Preparation of high strength and low-cost glass ceramic foams with extremely high coal fly ash content // IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. 2018. V. 397, 6th Annual International Conference on Material Science and Engineering, 22 – 24 June 2018. Suzhou, 2018.

70.Mustaffar M. I., Mahmud M. H. Processing of highly porous glass ceramic from glass and fly ash wastes // AIP Conference Proceedings, November 2018. 3rd Intern. scinces, technology & engineering conference, 2018.

71.Guoa Y., Zhang Y., Huangc H. Effect of heat treatment process on the preparation of foamed glass ceramic from red mud and fly ash // Applied mechanics and materials vols. 2014. V. 670. P. 201 – 204.

72.Fernandes H. R., Tulyaganov D. U., Ferreira J. M. F. Production and characterisation of glass ceramic foams from recycled raw materials // Advances in applied ceramics. 2009. V. 108, No. 1. P. 9 – 13.

73.Mangutova B. V., Fidancevska E. M., Milosevski M. I. Production of highly porous glass-ceramics from metallurgical slag, fly ash and waste glass // Acta periodica technologica. 2004. V. 35, No. 35. P. 103 – 110.

74.López-Badillo C. M., López-Cuevas J., Gutiérre-Chavarría C. A. Synthesis and characterization of BaAl₂Si₂O₈ using mechanically activated precursor mixtures containing coal fly ash // Journal of the European ceramic society. 2013. V. 33, No. 15 – 16. P. 3287 – 3300.

75.Long-González D., López-Cuevas J., Gutiérrez-Chavarría C. A. Synthesis of monoclinic celsian from coal fly ash by using a one–step solid–state reaction process // Ceramics international. 2010. V. 36, No. 2. P. 661 – 672.

76.Kim M., Ko H., Kwon T. Development of novel refractory ceramic continuous fibers of fly ash and comparison of mechanical properties with those of E-glass fibers using the Weibull distribution // Ceramics international. 2020. V. 46, No. 9. P. 13255 – 13262.

77.Patent CN 1102822A. 1999. Light heat insulation brick made of powdered coal ash

78.Sukkae R., Suebthawilkul S., Cherdhirunkorn B. Utilization of coal fly ash as a raw material for refractory production // Journal of metals, materials and minerals. 2018. V. 28, No. 1. P. 116 – 123.

79.Patent CN 103964866A. 2014. Method for preparation lightweight mullite refractory by high-alumina fly ash

80.Wang S., Wang H., Chen Z. Fabrication and characterization of porous cordierite ceramics prepared from fly ash and natural minerals // Ceramics International. 2019. V. 45, No. 15. P. 18306 – 1831.

81.He Y., Cheng W., Cai H. Characterization of α-cordierite glass-ceramics from fly ash // Journal of hazardous materials. 2005. V. 120, No. 1 – 3. P. 265 – 269.

82.Tabit K., Hajjou H., Waqif M. Cordierite-based ceramics from coal fly ash for thermal and electrical insulations // Silicon. 2020. Early Access

83.Brooks A. L., Shen Z., Zhou H. Development of a high-temperature inorganic synthetic foam with recycled fly-ash cenospheres for thermal insulation brick manufacturing // Journal of cleaner production. 2020. V. 246.

84.Chen R., Li Y., Xiang R. Effect of particle size of fly ash on the properties of lightweight insulation materials // Construction and building materials. 2016. V. 123. P. 120 – 126.

85.Patent CN 104058725А. 2014. Method for preparing light high-strength thermal insulation material by controlling waste particle size and the thermal insulation material prepared with method

УДК 666.7–127:666.766

Летучая зола как техногенное сырье для получения огнеупорных и изоляционных керамических материалов (обзор)

Красный Б. Л.,^{Иконников К. И., Лемешев Д. О., Сизова А. С., «Стекло и керамика», 2021, № 2}

Представлен обзор литературы по выработке летучей золы на тепловых электростанциях и уровню ее переработки в России и за рубежом. Описаны свойства летучей золы и области ее применения. Подробнее рассмотрено применение золы уноса в технологии производства огнеупорных и теплоизоляционных керамических материалов как источника оксидов алюминия и кремния для изготовления огнеупорных изделий на основе муллита, кордиерита или композиции форстерит-шпинель.

Ключевые слова: летучая зола, зола уноса, применение летучей золы, керамика, огнеупоры, теплоизоляция.

Табл. 1, ил. 2, библиогр.: 85 назв.

Так ли безвредна для здоровья зола в составе газоблока?

Что такое зола? Это отходы! Электростанции на угле во всём мире считаются вредными. А зола уноса – это отходы от производства электростанций.

Есть мнение, что зола радиоактивней, чем ядерные отходы , об этом можете прочитать в статье http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=4326.  Так, в США учёные обнаружили, что зола заражает почву и воду мышьяком, свинцом и другими тяжелыми металлами. Это может повлечь повышение риска заболевания рака в 50 раз!

Многие предприятия по изготовлению блоков используют эту самую золу уноса. Давайте узнаем её минусы и плюсы.  

• Добавление золы изменяет цвет раствора цемента. Блоки становятся грязно – серого цвета. Если видите перед собой белые блоки, то можете быть уверены – золы в составе нет;
• При добавлении 10% золы в цемент увеличивается капиллярное поглощение воды на 10-20%. Это приводит к уменьшению морозостойкости блоков;
• С золой уменьшается прочность блоков при низких температурах;
• Наличие свободного кальция. Если не удалить кальций из состава, то вы рискуете получить саморазрушающиеся строительные материалы – «мину замедленного действия».

К плюсам отнесём:

• Снижение себестоимости газоблока;
• Улучшение удобоукладываемости.

Только посмотрите, сколько тонн золы складируется на открытых площадках производства. Такие площадки содержат тяжелый металл и токсины.

Выглядит это всё немного устрашающе в отличие от добычи кварцевого песка, который наш завод добавляет вместо золы. 

В составе песка входят полезные вещества, такие как кальций и железо.

А сфера применения довольно широка:

• Фильтр для очистки воды;
• Пищевая индустрия – на нём варят вкусный и ароматный кофе;
• Стекольная промышленность. Изготовляют стекло, фарфор, керамику;
• В творчестве – крашеный кварцевый песок.

Теперь рассмотрим плюсы песка:

• Высокий показатель прочности и твердости;
• Отлично переносит воздействие высокой температуры;
• Имеет мономинеральный состав – кварц;
• Устойчив к механическим и химическим воздействиям;
• В его составе нет никаких примесей;
• Способствует в борьбе с коррозией.

Благодаря всем этим плюсам минерал не заменим во многих отраслях промышленности.

Из минусов можно выделить

• Стоимость песка выше, чем у золы, соответственно, и цена блока тоже;
• Образуется пыль при распылении в пескоструйном аппарате.

Мы с чистой совестью можем сказать, что кварцевый песок обладает лишь незначительными минусами. И только вам выбирать, хотите ли вы жить в доме из «отходов» электростанций или из экологически чистых блоков!

Глава 1 — Летучая зола — Инженерный материал — Факты о летучей золе для дорожных инженеров — Вторичная переработка — Устойчивое развитие — Тротуары

Факты о летучей золе для дорожных инженеров

Глава 1 — Летучая зола — Технические материалы

Почему летучая зола?

Что такое летучая зола? Летучая зола — это мелкодисперсный остаток, образующийся при сгорании пылевидного угля и переносимый из камеры сгорания выхлопными газами. В 2001 году было произведено более 61 миллиона метрических тонн (68 миллионов тонн) летучей золы.

Откуда взялась летучая зола? Летучая зола производится угольными электрическими и парогенераторными установками. Как правило, уголь измельчается и вдувается воздухом в камеру сгорания котла, где он немедленно воспламеняется, выделяя тепло и выделяя расплавленный минеральный остаток. Котельные трубы отводят тепло от котла, охлаждая дымовой газ и заставляя расплавленный минеральный остаток затвердевать и образовывать золу. Крупные частицы золы, называемые зольным остатком или шлаком, падают на дно камеры сгорания, в то время как более легкие мелкие частицы золы, называемые летучей золой, остаются взвешенными в дымовых газах.Перед выпуском дымовых газов летучая зола удаляется устройствами контроля выбросов твердых частиц, такими как электрофильтры или рукавные фильтры из фильтровальной ткани (см. Рисунок 1-1).

Где используется летучая зола? В настоящее время более 20 миллионов метрических тонн (22 миллиона тонн) летучей золы ежегодно используется в различных инженерных приложениях. Типичные области применения в дорожном строительстве включают: портландцементный бетон (PCC), стабилизацию грунта и основания дороги, текучие засыпки, растворы, конструкционный наполнитель и асфальтный наполнитель.

Чем полезна летучая зола? Летучая зола чаще всего используется в качестве пуццолана в приложениях PCC. Пуццоланы представляют собой кремнеземистые или кремнистые и глиноземистые материалы, которые в мелкодисперсной форме и в присутствии воды реагируют с гидроксидом кальция при обычных температурах с образованием вяжущих соединений.

Уникальная сферическая форма и гранулометрический состав золы-уноса делают ее хорошим минеральным наполнителем в горячих асфальтовых смесях (HMA) и улучшают текучесть текучей засыпки и цементного раствора.Постоянство и обилие летучей золы во многих областях открывает уникальные возможности для использования в строительных засыпках и других дорожных покрытиях.

Экологические преимущества. Утилизация летучей золы, особенно в бетоне, имеет значительные экологические преимущества, включая: (1) увеличение срока службы бетонных дорог и конструкций за счет повышения долговечности бетона, (2) чистое сокращение энергопотребления и выбросов парниковых газов и других вредных выбросов в атмосферу во время полета. зола используется для замены или вытеснения производимого цемента, (3) уменьшения количества продуктов сгорания угля, которые должны быть захоронены на свалках, и (4) сохранения других природных ресурсов и материалов.

Рисунок 1-1: Метод переноса летучей золы может быть сухим, влажным или и тем, и другим.

Производство

Летучая зола образуется при сжигании угля в электрических котлах или промышленных котлах. Существует четыре основных типа котлов, работающих на угле: пылевидный уголь (ПК), топка с топкой или подвижная колосниковая решетка, циклон и котлы сжигания в псевдоожиженном слое (FBC). Котел ПК является наиболее распространенным, особенно для крупных электрогенерирующих агрегатов. Остальные котлы чаще встречаются на промышленных или когенерационных предприятиях.Летучая зола, образующаяся на котлах FBC, в этом документе не рассматривается. Летучая зола улавливается из дымовых газов с помощью электростатических пылеуловителей (ESP) или в коллекторах из фильтровальной ткани, обычно называемых рукавными фильтрами. Физические и химические характеристики летучей золы различаются в зависимости от методов сжигания, источника угля и формы частиц.

Как показано в Таблице 1-1, из 62 миллионов метрических тонн (68 миллионов тонн) летучей золы, произведенной в В 2001 году было использовано только 20 миллионов метрических тонн (22 миллиона тонн), или 32 процента от общего объема производства. Ниже приводится разбивка использования летучей золы, большая часть которой используется в транспортной отрасли.

Обработка

Собранная зола-унос обычно транспортируется пневматически из бункеров ЭЦН или фильтрующей ткани в силосы для хранения, где она остается сухой до утилизации или дальнейшей обработки, или в систему, где сухая зола смешивается с водой и транспортируется (промывается) в хранилище. -площадь водохранилища.

Сухая собранная зола обычно хранится и обрабатывается с использованием оборудования и процедур, аналогичных тем, которые используются для работы с портландцементом:

• Летучая зола хранится в силосах, куполах и других бестарных хранилищах
• Летучая зола может транспортироваться с помощью воздушных шиберов, ковшовых конвейеров и винтовых конвейеров, или ее можно транспортировать пневматически по трубопроводам в условиях положительного или отрицательного давления
• Летучая зола транспортируется на рынки в автоцистернах, железнодорожных вагонах и баржах / судах
• Летучая зола может быть упакована в супер мешки или мешки меньшего размера для специальных применений

Сухая собранная летучая зола также может быть увлажнена водой и смачивающими веществами, если применимо, с использованием специального оборудования (кондиционированного) и транспортироваться в крытых самосвалах для специальных применений, таких как строительные засыпки.Водную летучую золу можно складировать на стройплощадках. Открытый складированный материал необходимо поддерживать во влажном состоянии или накрывать брезентом, пластиком или аналогичными материалами для предотвращения выброса пыли.

Характеристики

Размер и форма. Летучая зола обычно мельче портландцемента и извести. Летучая зола состоит из частиц размером с ил, которые обычно имеют сферическую форму и обычно имеют размер от 10 до 100 микрон (рис. 1-2). Эти маленькие стеклянные сферы улучшают текучесть и удобоукладываемость свежего бетона.Тонкость помола — одно из важных свойств, определяющих пуццолановую реакционную способность летучей золы.

Рис. 1-2: Частицы летучей золы при 2000-кратном увеличении.

Химия. Летучая зола состоит в основном из оксидов кремния, алюминия, железа и кальция. Магний, калий, натрий, титан и сера также присутствуют в меньшей степени. При использовании в качестве минеральной добавки в бетоне летучая зола классифицируется как зола класса C или класса F в зависимости от ее химического состава.Американская ассоциация государственных служащих автомобильного транспорта (AASHTO) M 295 [Спецификация C 618 Американского общества испытаний и материалов (ASTM)] определяет химический состав летучей золы классов C и F.

Зола класса C обычно получают из полубитуминозных углей и состоят в основном из алюмосульфатного стекла кальция, а также кварца, трехкальциевого алюмината и свободной извести (CaO). Зола класса C также называется летучей золой с высоким содержанием кальция, поскольку она обычно содержит более 20 процентов CaO.

Зола класса F обычно получают из битуминозных и антрацитовых углей и состоят в основном из алюмосиликатного стекла, в котором также присутствуют кварц, муллит и магнетит. Класс F или зола-унос с низким содержанием кальция содержит менее 10 процентов CaO.

Цвет. Зола-унос может быть от желто-коричневого до темно-серого в зависимости от ее химических и минеральных компонентов. Коричневый и светлый цвет обычно ассоциируется с высоким содержанием извести. Коричневатый цвет обычно связан с содержанием железа. Цвет от темно-серого до черного обычно связан с повышенным содержанием несгоревшего углерода. Цвет летучей золы обычно одинаков для каждой электростанции и источника угля.

Рисунок 1-3: Типичные пепельные цвета

Качество летучей золы

Требования к качеству летучей золы различаются в зависимости от предполагаемого использования.На качество летучей золы влияют характеристики топлива (уголь), совместное сжигание топлива (битуминозные и полубитуминозные угли) и различные аспекты процессов сжигания и очистки / сбора дымовых газов. Четыре наиболее важных характеристики летучей золы для использования в бетоне — это потери при возгорании (LOI), крупность, химический состав и однородность.

LOI — это измерение количества несгоревшего углерода (угля), остающегося в золе, и является важной характеристикой золы-уноса, особенно для бетонных применений.Высокий уровень углерода, тип углерода (то есть активированный), взаимодействие растворимых ионов в летучей золе и изменчивость содержания углерода могут привести к значительным проблемам с воздухововлечением в свежем бетоне и могут отрицательно повлиять на долговечность бетона. AASHTO и ASTM определяют пределы для LOI. Однако некоторые государственные транспортные департаменты укажут более низкий уровень для LOI. Углерод также можно удалить из летучей золы.

ППП не влияет на некоторые виды использования летучей золы. Наполнитель в асфальте, текучий наполнитель и конструкционные наполнители могут принимать летучую золу с повышенным содержанием углерода.

Тонкость помола летучей золы наиболее тесно связана с рабочим состоянием угольных дробилок и измельчаемостью самого угля. Для использования летучей золы в бетонных изделиях тонкость помола определяется как процент по массе материала, удерживаемого на сите 0,044 мм (№ 325). Более крупная градация может привести к менее реакционной золе и может содержать более высокое содержание углерода. Пределы дисперсности регулируются ASTM и спецификациями государственного транспортного департамента. Летучая зола может быть обработана просеиванием или воздушной классификацией для улучшения ее дисперсности и реакционной способности.

На некоторые небетонные применения, такие как строительные засыпки, тонкость зольной пыли не влияет. Однако другие применения, такие как асфальтный наполнитель, в значительной степени зависят от степени измельчения летучей золы и ее гранулометрического состава.

Химический состав летучей золы напрямую связан с минеральным составом исходного угля и любых дополнительных видов топлива или добавок, используемых в процессах сжигания или дожигания. Используемая технология контроля загрязнения также может влиять на химический состав летучей золы.Электростанции сжигают большие объемы угля из нескольких источников. Угли могут быть смешаны, чтобы максимизировать эффективность производства или улучшить экологические характеристики станции. Химический состав летучей золы постоянно проверяется и оценивается для конкретных применений.

Некоторые станции выборочно сжигают определенные угли или изменяют состав своих добавок, чтобы избежать ухудшения качества золы или придать желаемый химический состав и характеристики летучей золы.

Однородность характеристик летучей золы от отгрузки до отгрузки является обязательной для обеспечения стабильного продукта.Химический состав и характеристики летучей золы обычно известны заранее, поэтому бетонные смеси разрабатываются и испытываются на эксплуатационные характеристики.

Обеспечение качества и контроль качества Критерии различаются для каждого использования летучая зола от штата к штату и от источника к источнику.В некоторых штатах требуются сертифицированные образцы из силоса на определенной основе для тестирования и утверждения перед использованием. Другие ведут списки утвержденных источников и принимают сертификаты поставщиков проектов на качество летучей золы. Степень требований к контролю качества зависит от предполагаемого использования, конкретной летучей золы и ее изменчивости. Требования к тестированию обычно устанавливаются отдельными агентствами.

Рис. 1-4: Микроскопические фотографии летучей золы (слева) и портландцемента (справа).

Примечания:

1. Требования ASTM составляют 6 процентов
2. Плотность и тонкость отдельных образцов не должны отличаться от среднего значения, установленного 10 предыдущими испытаниями, или всеми предыдущими испытаниями, если число меньше 10, более чем на указанный максимальный процент.

Угольная зола-унос — Описание материала — Руководство пользователя по отходам и побочным продуктам при строительстве дорожных покрытий

Летучая зола — обзор

3.1 Введение

Летучая зола (FA), побочный продукт сгорания угля, образуется на угольных тепловых электростанциях. Обогащенная питательными веществами ЖК считается потенциальной поправкой на почву для роста растений (Pandey and Singh, 2010). В большинстве случаев ЖК состоит из макроэлементов растений Ca, Mg, K, P и S, а также из микроэлементов Fe, Co, B, Zn, Cu и Mn.FA также содержит тяжелые металлы, такие как Pb, Ni, As, Cr и Cd (Pandey and Singh, 2010). Токсическое действие ЖК незначительно, а концентрация токсичных элементов в допустимых пределах при ее малых дозах при некоторых сельскохозяйственных работах (Pandey et al., 2009b). Таким образом, в Индии и других странах были предприняты крупные инициативы по использованию такого экономичного ресурса в больших объемах в сельском хозяйстве (Pandey et al., 2009a, b, 2010; Pandey and Singh, 2010; Singh et al., 2011, 2016). ; Singh and Pandey, 2013; Shaheen et al., 2014; Верма и др., 2014). В настоящее время в мире производится более 600 миллионов тонн ТВС. В глобальном масштабе коэффициент использования FA составляет 25%, а неиспользованная FA требует важных действий. Поэтому FA нуждается в экологически чистом использовании в устойчивом режиме, что является серьезной проблемой. В связи с этим FA использовался в широком спектре строительных работ, таких как производство цемента, производство бетона, заполнение конструкций, производство кирпича и дорожное строительство. Кроме того, FA занимается стабилизацией почвы, улучшением почвы, восстановлением шахт и сельским хозяйством.Однако нет четких правил, спецификаций или руководств по его использованию в сельском хозяйстве. Отсутствие руководящих принципов или нормативных актов является основным препятствием для использования ФА для улучшения свойств почвы в сельском хозяйстве (Ahmaruzzaman, 2010). Различные проблемы использования FA при возделывании сельскохозяйственных культур — это удаленность ТЭЦ от сельскохозяйственных угодий и ее приемлемость для фермеров. Вышеупомянутые факты вызвали у ученых большой интерес к поиску альтернативных экологически безопасных возможностей использования ТВС.

Агрономические преимущества внесения добавки FA в основном связаны с улучшенными физико-химическими и биологическими характеристиками почвы. Минералы Ca – Si присутствуют в FA с пуццолановой природой, что улучшает пористость почвы, объемную плотность (BD), доступную водоемкость и водоудерживающую способность (WHC; Pandey and Singh, 2010). Обогащенная питательными веществами ЖК поддерживает рост сельскохозяйственных культур и увеличивает урожайность, так как содержит большое количество фосфора, но отсутствует азот. Это основная причина выбора зернобобовых культур для использования ЖК в сельском хозяйстве из-за их способности фиксировать азот (Pandey et al., 2009b), так как азот в ТВС отсутствует, так как при горении окисляется до газообразных составляющих. Поэтому зернобобовые культуры следует рассматривать в сельском хозяйстве, используя при этом ЖК в качестве мелиоранта. Основное внимание в данной главе уделяется изучению вероятности использования ФА в качестве удобрения или кондиционера почвы в сельскохозяйственном секторе.

Что такое летучая зола? | Журнал Concrete Construction

Летучая зола является побочным продуктом сжигания пылевидного угля на электростанциях.Во время горения минеральные примеси в угле (глина, полевой шпат, кварц и сланец) плавятся во взвешенном состоянии и всплывают из камеры сгорания с выхлопными газами. Когда расплавленный материал поднимается, он охлаждается и затвердевает в сферические стекловидные частицы, называемые летучей золой. Летучая зола собирается из выхлопных газов с помощью электрофильтров или рукавных фильтров. Мелкодисперсный порошок действительно похож на портландцемент, но отличается по химическому составу. Летучая зола химически реагирует с побочным продуктом гидроксидом кальция, выделяющимся в результате химической реакции между цементом и водой, с образованием дополнительных вяжущих продуктов, которые улучшают многие желательные свойства бетона.Вся летучая зола проявляет вяжущие свойства в различной степени в зависимости от химических и физических свойств как летучей золы, так и цемента. По сравнению с цементом и водой химическая реакция между летучей золой и гидроксидом кальция обычно протекает медленнее, что приводит к замедленному затвердеванию бетона. Отсроченное затвердевание бетона в сочетании с изменчивостью свойств летучей золы может создать серьезные проблемы для производителя бетона и отделочника при укладке стальных полов.

В бетоне обычно используются два типа летучей золы: класс C и класс F.Класс C часто представляет собой летучую золу с высоким содержанием кальция и содержанием углерода менее 2%; тогда как класс F, как правило, представляет собой летучую золу с низким содержанием кальция и содержанием углерода менее 5%, но иногда до 10%. Как правило, зола класса C образуется при сжигании полубитуминозных или бурых углей, а зола класса F — битуминозных или антрацитовых углей. Рабочие характеристики золы классов C и F различаются в зависимости от химических и физических свойств золы и того, как зола взаимодействует с цементом в бетоне. Многие виды золы класса C при воздействии воды реагируют и становятся твердыми, как цемент, но не золы класса F.Большая часть золы класса F, если не вся, будет реагировать только с побочными продуктами, образующимися при реакции цемента с водой. В этом исследовательском проекте использовалась летучая зола классов C и F.

В настоящее время более 50% бетона, размещаемого в США, содержит летучую золу. Нормы дозировки варьируются в зависимости от типа летучей золы и уровня ее реактивности. Обычно зола-унос класса F используется в дозах от 15% до 25% по массе вяжущего материала, а зола-унос класса C — от 15% до 40%. Тем не менее, летучая зола не использовалась для внутренних, затирочных стальных плит из-за присущих проблем или проблем, связанных с изменчивостью летучей золы и замедленным затвердеванием бетона.Скорость и равномерность затвердевания бетона являются критическими параметрами при определении отделочности окна и могут напрямую влиять на качество окончательной отделки пола. Отсроченное или неравномерное затвердевание бетона значительно увеличивает риск преждевременной или неправильной отделки, что приводит к некачественной отделке со стальными затирками. До сих пор владельцы зданий, поставщики бетона и отделочники неохотно заменяли цемент летучей золой в полах, покрытых стальными затирками, из-за повышенных рисков, связанных с летучей золой.Эти риски включают липкость поверхности, замедленное затвердевание бетона и преждевременное растрескивание в результате объемной усадки, вызванное замедленным схватыванием.

Вернуться к основной статье «Добавление золы-уноса в смеси для бетонных полов»

Основы угольной золы | Агентство по охране окружающей среды США

На этой странице

Что такое угольная зола?

Угольная зола, также называемая остатками от сжигания угля или CCR, образуется в основном при сжигании угля на угольных электростанциях.Угольная зола включает ряд побочных продуктов, образующихся при сжигании угля, в том числе:

• Зола-унос , очень мелкий порошкообразный материал, состоящий в основном из кремнезема, полученный при сжигании тонко измельченного угля в котле.
• Нижняя зола , крупная, угловатая частица золы, которая слишком велика для того, чтобы попасть в дымовые трубы, поэтому она образуется на дне угольной печи.
• Котельный шлак , расплав шлака из шлакового крана и циклонных печей, который после охлаждения водой превращается в окатыши, которые имеют гладкий стекловидный вид.
• Материал для десульфуризации дымовых газов , материал, оставшийся после процесса снижения выбросов диоксида серы из угольного котла, который может быть влажным илом, состоящим из сульфита кальция или сульфата кальция, или сухим энергетическим материалом, который представляет собой смесь сульфитов и сульфаты.

Другие виды побочных продуктов:

• зола от сжигания в псевдоожиженном слое,
• ценосфер и
• остатков скруббера.

Что электростанции делают с угольной золой?

Угольная зола утилизируется или используется по-разному в зависимости от:

• вида побочного продукта,
• процессов на заводе и
• правил, которым должна следовать электростанция.

Некоторые электростанции могут утилизировать его в поверхностных водохранилищах или на свалках. Другие могут сбрасывать его в ближайший водный путь в соответствии с разрешением на сброс воды на заводе.

Угольная зола также может быть переработана в такие изделия, как бетон или стеновые плиты.

Сколько угольной золы?

Угольная зола — один из крупнейших видов промышленных отходов, образующихся в США. Согласно отчету об исследовании производства и использования продуктов сжигания угля Американской ассоциации угольной золы, в 2014 году образовалось почти 130 миллионов тонн угольной золы.

Почему угольная зола повторно используется?

Повторное использование угольной золы может дать много экологических, экономических и продуктовых преимуществ, в том числе:

• Экологические преимущества , такие как сокращение выбросов парниковых газов, уменьшение необходимости вывоза на свалки и сокращение использования других материалов.
• Экономические выгоды , такие как снижение затрат, связанных с удалением угольной золы, увеличение доходов от продажи угольной золы и экономия от использования угольной золы вместо других, более дорогих материалов.
• Преимущества продукта , такие как повышенная прочность, долговечность и удобоукладываемость материалов.

Для получения дополнительной информации посетите веб-страницу повторного использования угольной золы.

Почему EPA регулирует угольную золу?

Угольная зола содержит такие загрязнители, как ртуть, кадмий и мышьяк. Без надлежащего управления эти загрязнители могут загрязнять водные пути, грунтовые воды, питьевую воду и воздух.

Необходимость принятия федеральных мер по обеспечению защитного захоронения угольной золы была подчеркнута крупными разливами около Кингстона, штат Теннесси, и Идена, Северная Каролина, которые нанесли обширный экологический и экономический ущерб близлежащим водным путям и собственности.

Для устранения рисков, связанных с неправильным удалением и сбросом угольной золы, EPA установило национальные правила утилизации угольной золы и усиливает существующие меры контроля за сбросами в воду. Для получения дополнительной информации посетите следующие веб-страницы.

Использование летучей золы в бетоне

На что обращать внимание при использовании летучей золы в сборных железобетонных изделиях.