В работе были проведены химический анализ вышеуказанных отходов на содержание основных оксидов (так называемый силикатный анализ) по ГОСТ 5382-91; 10538; 11022 и полный химический (поэлементный) и спектральный анализы с целью выявления редкоземельных металлов, а также канцерогенных элементов. Химический анализ приведен в таблице 1.3.
Как видно из данных таблицы 1.З., все золы, шлаки и их смеси (в гидроотвалах) низкокальциевые, кислые (содержание оксида кальция колеблется от 1,7 до 6% с крайне незначительным количеством свободного). Основными оксидами являются оксид кремния (41...62%) и алюминия (20...31%). Потери при прокаливании у шлаков отсутствуют, а у зол колеблются от 3 до 26%. Преимуществом зол ТЭС Кузбасса является незначительное содержание в них сернистых соединений в пересчете на SО3 (от 0,2 до 2%).
Все золы и шлаки отвечают требованиям государственных стандартов России для применения в бетонах (26644-85; 25592-91 и 25818-91).
Для определения минеральных составов зол и шлаков ТЭС Кузбасса был использован комплекс методов: петрографические, минераграфические, электронномикроскопические, рентгено-структурные и дифференциально-термические исследования, измерены твердость и хрупкость минералов на микротвердометре ПМТ-ЗМ.
Петрографические исследования проведены на стереографическом микроскопе МПС-1, на универсальном петрографическом микроскопическом агрегате ПОЛАМ-ЛМПР с прецизионным определением на нем всех кристаллооптических констант минералов. Количественный структурно-минералогический анализ проведен на компьютеризированном микроскопическом комплексе МИУ-5М.
Минераграфические исследования проведены на исследовательских микроскопах МИМ-8М и МИМ-10. Поскольку зола тонкодисперсный материал, то для исследования силикатных минералов были изготовлены на эпоксидной смоле специальные брикеты, из
14
Таблица 1.3.
Результаты химического анализа зол и шлаков ТЭС Кузбасса
которых готовили шлифы для петрографических исследований в проходящем свете и аншлифы для минераграфических исследований минералов в отраженном свете.
Электронномикроскопические исследования проведены на микроскопе TESLA методом просвечивающей микроскопии и на сканирующем электронном микроскопе JSU-35, как в отраженных электронах с информацией о структуре поверхности зольных частиц, так и методом зонного микроэнергодисперсного анализа через полупроводниковый детектор-анализатор LINK в режиме обратно рассеянных электронов (Соmро) и во вторичных электронах (SEJ).
Рентгеноструктурные исследования проводили методом дифрактометрии на аппаратах ДРОН-2.
В таблице 1.4 приведены основные минералы зол двух крупнейших ТЭС Кузбасса и шлакового песка ТУ ГРЭС.
Таблица 1.4.
Минеральный состав, %
Наименование минералов
Зола Беловской ГРЭС
Зола ТУ ГРЭС
Шлаковый песок ТУ ГРЭС
Магнетит
Следы
1...2
следы
Гематит
2...5
5...7
2...4
Алюмосиликатное стекло
50…60
50…60
70…80
Глинистые
30...35
40...50
20...30
Углистые
5...10
5...10
-
Кварц, полевой шпат
1...4
1...5
1...2
Как показали исследования, основная минеральная составляющая шлакового песка - алюмосиликатное стекло, представлена в виде аморфного фазового состояния (96... 100% стеклофазы), в то время, как в золе преобладает кристаллическая фаза (70...88%).
На рисунках 1.8, 1.9 и 1.10 приведены дифрактограммы трех вышеуказанных материалов.
Аморфность фазового состояния шлакового песка подтверждается и исследованиями теплопроводности указанных представленных материалов в уплотненной засыпке в сухом состоянии в сравнении с керамзитовым гравием фракции 5...10 мм. Это сравнение необходимо для того, чтобы показать преимущество по теплрфизическим характеристикам легкого бетона из зол и шлаков ТЭС перед весьма распространенным в России керамзитобетоном. Данные приведены в таблице 1.5.
17
Рис. 1.9. Дифрактограмма золы Беловской ГРЭС
Рис. 1.9. Дифрактограмма золы ТУ ГРЭС
18
Рис. 1.10. Дифрактограмма шлакового песка ТУ ГРЭС
Таблица 1.5.
Теплопроводность золы, шлака и керамзита в засыпке
Наименование заполнителя
Теплопроводность, Вт/(м•°С)
Зола Беловской ГРЭС
0,236
Зола ТУ ГРЭС
0,242
Шлаковый песок ТУ ГРЭС
0,175
Керамзитовый гравий фракции 5...20 мм
0,250
В городе Экибастузе (республика Казахстан) каменный уголь добывается открытым способом с помощью роторных экскаваторов,
которые одновременно загружают уголь непосредственно в железнодорожные вагоны. Уголь не обогащается и используется главным образом на тепловых электростанциях. Его зольность достигает 40-50%. Используется на электростанциях Казахстана, Западной Сибири и Урала [4].
