Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Использование золошлаковых отходов ТЭЦ

К.К. Константинова, Л.И. Худякова, Б.Л. Нархинова, Н.В. Бодоев

Байкальский институт природопользования СО РАН
670047, Бурятия, г.Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6; 
e-mail: techmin@binm.baikal.net  

На территории России, помимо месторождений природного сырья промышленного значения для производства цемента и других строительных материалов, образуются техногенные месторождения. Использование промышленных отходов для изготовления строительных материалов позволяет снизить затраты на 10—30%  по сравнению с производством их из природного сырья. При этом экономия капитальных вложений достигает 35—50%. Золы уноса от сжигания углей позволяют изготавливать гидравлическое вяжущее  и активную пуццолановую добавку, которая может заменить 40-70% цемента в бетонах. Обычно золошлаковые отходы гидроудаления предварительно подвергают сушке.   

Целью нашей работы было использование влажной золы ТЭЦ-2 г. Улан-Удэ. В работе использовали портландцементный клинкер М400 Тимлюйского завода и гипс CaSO₄^.2H₂O.

Минералогический анализ показал, что золошлаковый отход ТЭЦ-2 крайне неоднороден как по составу, так и по размеру частиц. Наиболее крупные частицы представлены топливными остатками (коксом или  полукоксом) – черные угловатые до комковатых зерна с бугристой поверхностью, блестящие либо матовые. Наряду с ними отмечено небольшое количество обломков породообразующих минералов – кварца, калиевого полевого шпата. Магнитная фракция представлена черными блестящими (редко матовыми) шариками среднего, мелкого размера, сложенными магнетитом. Наиболее мелкая фракция – силикатная – представлена мелкими до средних белыми остеклованными пористыми частицами. Это подтверждается рентгенофазовым анализом, показавшим, что в золошолаковом отходе присутствуют силикатные минералы (кварц, слюды, анортит, минеральные образования типа цеолитов), гематит. Золошлаковый отход ТЭЦ-2  по модулю основности М_о = 0,19 относится к кислым шлакам.  По коэффициенту качества при К_кач = 0,56 это сырье не обладает гидравлической активностью. В работе использовалась влажная  зола непосредственно из чаш. Химический состав золошлаковых отходов ТЭЦ-2 г. Улан-Удэ, мас.%: Wвл-42,1; п.п.п -15; К-2,0; Na - 0,43; SiO₂ - 45,0; Al₂O₃ - 14,6; P₂O₅- 0,93; CaO - 12,62; СO₂ - 0,88; Ti - 0,52; Fe₂O₃ - 13,97.

Предварительно было изготовлено композиционное вяжущее без механической активации золы. Компоненты смешивались в разных соотношениях, и смесь использовалась в качестве вяжущего. Однако показатели полученного композиционного вяжущего не удовлетворяли требованиям ГОСТ.   

Известно, что участие в механохимических реакциях безводных оксидов менее эффективно, а в присутствии воды гидратированные оксиды активно взаимодействуют с образованием гидросиликатов. С этой целью механоактивацию мокрой золы осуществляли в стержневом измельчителе типа 75-ТДрМ в течение разного времени. При механическом способе обработки золы активирование  связано с изменением структурных характеристик. Происходит повышение дисперсности материала путем как измельчения крупных частиц, так и частичного разрушения внешней стекловидной пленки. При этом обнажаются глубинные слои частиц золы и повышается степень закрепления частиц обработанной золы в массе гидратов цементного камня.

Была проведена механическая активация мокрой золы в течение 3 и 5 минут. Из активированной золы и портландцемента изготавливались образцы размером 2х2х2 см из теста нормальной густоты. Результаты физико-механических испытаний цементов свидетельствуют о том, что наилучшие результаты достигнуты после 3-минутной обработки материала. Получены цементы с использованием активированной мокрой золы в количестве 40 мас.%. (7 сут-11,4 МПа, 28 сут - 12,1 МПа, после тепловлажностной обработки - 59,3 МПа). Прочность цементов с активированной золой на 10 МПа выше, чем у стандартного образца. При увеличении времени активации более 3 минут происходит снижение прочностных показателей.

Таким образом, изученные основные строительно-технические свойства вяжущих с добавкой золы 40 мас.% свидетельствуют о том, что ее активация способствует улучшению свойств цементов. Проведенные исследования открывают перспективы широкого использования мокрой золы в цементной промышленности.