Шлам зольный - сырье для производства ячеистого бетона

Батрак А. Шлам зольный - сырье для производства ячеистого бетона // Строительные материалы. 2002. №4. C.22-23

Зольный шлам - техногенный отход, позволяющий получать ячеистые бетоны с заданными свойствами. Образуется зольный шлам при гидрохимической обработке зол-уносов бурых углей, содержащих MgO и СаОсвоб, водным раствором бисульфитного щелока на магниевом основании.

Характерной особенностью бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна является высокое содержание в золах-уносах CaO, MgO и SiO2. Сумма основных свободных оксидов (СаОсвоб + MgO) и кварца (SiO2) составляет соответственно 14?28% и 48?65% для бородинских, 50-65% и 10-25% - березовских, 33%; 33% - назаровских углей, от баланса которых существенно зависит технология использования зол-уносов в производстве строительных материалов.

Представленные значения по свободным оксидам со временем изменяются [1]. Например, сумма основных оксидов (СаОсвоб + MgO) в золах-уносах Красноярской ТЭЦ-2 с 1972 по 2001 г. изменилась с 8,9-19,1% до 13,7?28,6% с тенденцией роста примерно 0,47% в год. При этом коэффициент основности повысился с 0,59 до 1,2.

Частицы золы-уноса преимущественно неправильной формы и агрегированные, величина остатка на сите № 02 колеблется от 2,2 до 11,6%, удельная поверхность от 5309 до 2600 см2/г; средняя плотность 1100?1340 кг/м3 и в уплотненном состоянии 1300-1525 кг/м3. В золах большая доля оплавленных частиц, в отдельных пробах стеклофаза составляет более 40%. Фракция зол с размером частиц более 0,2 мм в основном состоит из кварцевых зерен до 60%; остеклованных частиц около 20%; частиц несгоревшего угля 20%. Это типичные кристаллозоли, где среда кристаллическая, а дисперсная фаза в виде окрашенного углем стекловидного вещества.

Вторым компонентом шлама зольного является водный раствор бисульфитного щелока на магниевом основании, который состоит из лигносульфонатов с молекулярной массой от 5300 до 36000 атомных единиц. Компонентный состав содержит органические соединения (лигносульфонатов магния и кальция 40?60%, редуцирующих веществ 5-20%, органических кислот 5?20% и углеводпроизводных в виде олигомеров 10-15%) в количестве 85-90% и минеральных веществ 10?15% в виде сульфатов, сульфитов и карбонатов магния и кальция.

Среда щелоков кислая рН = 4,5-5,5 [2, 3]. В сухом остатке щелока содержится 9-13,28% магния в пересчете на MgO; кальция 0,4-4,6% в пересчете на СаО; железа 0,8?0,58% в пересчете на Fe2O3; алюминия 0,35-2,92% в пересчете на Аl2О3 и серы 20-22% в пересчете на SO3. Магний в виде сульфатов и карбонатов (MgSO48H2O и MgCO35Н2О) с растворимостью 354,3 г/л при температуре 180С находится в растворе щелока, с повышением рН до 10,4 растворимость этих солей повышается.

Обработка золы-уноса состоит в затворении водным раствором бисульфитного щелока до получения гомогенной суспензии плотностью более 1350 кг/м3. При непрерывном перемешивании в течение 6 ч суспензия приобретает состояние шлама-геля. Выдерживание геля до 24 ч увеличивает степень гашения основных оксидов, но реологические свойства практически не изменяются.

Установлено, что через 24 ч гидрохимической обработки зерна золы имеют развитую поверхность и шлам зольный представляет собой суспензию, состоящую из 45-50% твердой фазы и 50-55% жидкой фазы. Химический состав твердой фазы, мае. %: СаО 20,5?42,3 ; MgO 3,7-9,8; Аl2О3 4,7-12,17; Fe2O3 6,5-18,7; SO3 0,93-3,36; SiO2 23,5-44; R2O (Na2O+K2O) 0,37-1,87, потери при прокаливании (п.п.п.) 6,5-13,8; СаОсвоб 0,19-2,11; периклаз (MgO) 1,2-2,2.

Жидкая фаза содержит следующие компоненты, мг/л: СО22- 48 ? 2; SO42- 47 ? 4; Са2+ 1120 ? 80; Mg2+ 7 ? 1; K+ 2 ? 1; Na+ 4 ? 1;pH = 11,2 ? 0,2.

Сухой остаток жидкой фазы состоит преимущественно из гидроксида кальция Са(ОН)2, бикарбоната кальция Са(НСО3)2, гидроксида магния Mg(OH)2, гексагидратсульфата магния MgSO46H2O и эпсомита MgSO47H2O. Прокаленный остаток жидкой фазы состоит на 95% из оксида кальция и оксида магния и 5% примесей.

В присутствии лигносульфонового комплекса (бисульфитного щелока на магниевом основании) гидратация минералов значительно ускоряется и содержание свободных оксидов через 24 ч снижается на 50 и 90%.

Зола в виде шлама занимает промежуточное положение между активными и инертными добавками для цементных строительных смесей по совокупности приобретенных свойств.

Из анализа химико-физических исследований следует, что раствор сульфата магния, органические кислоты и другие компоненты бисульфитного щелока на магниевом основании интенсифицируют процессы гидратации периклаза (MgO), СаОсвоб, нейтрализуя активные оксиды.

Было исследовано более 100 проб зол-уносов бурых углей различных месторождений КАТЭКа, отличающихся по химическому и гранулометрическому составам. Оценку шламов зольных на предмет стабильности свойств проводили по результатам испытаний на равномерность изменения объема по ГОСТ 310.3?76 при соотношении (1:1) портландцемент: зола (шлам зольный в пересчете на сухое вещество), при кипячении, на пару и в холодной воде, и по ГОСТ 25818?91 в автоклаве при 2,1 атм.

Анализ результатов освидетельствования образцов показал, что все золы в виде шлама зольного выдержали испытания. Величина линейного расширения при испытании в автоклаве составляет 0,28?0,38% [4]. Таким образом, за счет использования шлама зольного появилась возможность расширить области использования и увеличения количества золы (в виде шлама) в строительных смесях до 50 мас. % в пересчете на сухое вещество.

В 1996 г. в производственных условиях ОАО ?Красноярский комбинат железобетонных и металлических конструкций? на опытной установке были отработаны основные параметры производства шлама зольного, а в 1997 г. утверждены технические условия ТУ 5740-001-01218600?97 ?Шлам зольный?. Зольные шламы обладают высокой пластифицирующей и водоудерживающей способностью [5]. Штукатурные и кладочные растворы с их использованием имеют хорошие эксплуатационные свойства.

С 1999 г. шламы зольные изготовляют и применяют на предприятиях ОАО ?Красноярскэнерго?, ?Красноярскэнергоспецремонт? и используют для получения газозолобетона.

Освоена новая технология использования зол-уносов бурых углей КАТЭКа в качестве основного компонента (50%) сырьевой смеси при получении газозолобетона.

Газозолобетонную смесь готовят в смесителе СБ-148 в соответствии с технологическим регламентом. Газозолобетоны получены со стабильными свойствами и однородной структурой. Основные свойства теплоизоляционных газозолобетонов представлены в таблице.

Применение шлама зольного расширяет возможность использования зол-уносов бурых углей КАТЭКа в экологически чистом производстве. Кроме того экономически выгодно при производстве ячеистых бетонов заменить шлам песчаный на шлам зольный, при этом получать дешевый теплоизоляционный материал.

Основные свойства

Марки газозолобетона

300

350

Средняя плотность, кг/м3

298

345

Прочность при изгибе, МПа

0,48

0,51

Прочность при сжатии, МПа

0,58

0,76

Отпускная влажность, %

25

25

Усадка при высыхании, мм/м

0,16

0,13

Коэффициент размягчения

0,85

0,83

Коэффициент паропроницае-мости, МF/(мчПа)

0,24

0,25

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м?С), при температуре:

25?С

0,074

0,079

125?С

0,096

0,102

Сорбционная влажность, % при относительной влажности воздуха

75%

11

11

97%

18

17

Рабочий диапазон температур, ?С

от -50 до +400

Список литературы

1. Шпирт М.Я., Клер В.Р., Перциков И.З. Неорганические компоненты твердых топлив. М: Химия. 1990., с. 240.

2. Примачева Л.Г., Бугаева Т.Н., Гладкова И.Я., Никитина В.И. Особенности щелоков бисульфитных варок смешанных пород древесины: Известия высших учебных заведений // Лесной журнал. 1985. № 4. С. 92-95.

3. Примачева Л.Г., Бугаева Т.Н., Батрак А.И., Ковальская Н.Н. Пластификаторы на основе щелоков из сибирских пород древесины // Бетон и железобетон. 1984. № 8.

4. Ларионова З.И., Виноградов Б.Н. Петрография цементов и бетонов., М.: Стройиздат. 1974, с. 348.

5. Батрак А.И., Ерошевич А.К., Батрак В.А. Способ изготовления строительного материала. Россия. Патент на изобретение № 2145585. М., Бюллетень изобретений № 5. 2000.

6. Батрак А.И. Утилизация зол-уноса от сжигания энергетических углей КАТЭКа // Отбор, транспортировка и утилизация зол и шлаков от сжигания высококальциевых углей КАТЭКа: Сб. трудов участников первой российской научно-практической конференции. Под общей редакцией Б.В. Пестрякова. Красноярск. 2001.