Отходов добычи и обагощения угля.

Вопросы:

1. Условия происхождения (образования) отходов.

2. Классификация материалов и их особенности.

3. Химический и минералогический составы отходов.

4. Технология строительных материалов на основе отходов.

Энергетический комплекс, представляя горно-угольную технологию, с большим выходом отвальных и горелых пород, дает разнообразные отходы, ценность которых значительна при изготовлении различных строительных материалов. Ежегодный объем только отходов углеобогащения составляет 50 млн. т.

Разновидность отходов энергетического комплекса

Энергокомплекс

золы шлаки

шламы гидроудаления различных щелочей

песок, углистая порода горелая порода

отходы углеобогащения сточные воды

Горелые породы, как и другие обожженные глинистые материалы, обладают активностью по отношению к извести и могут использоваться как гидравлические добавки к вяжущим. Высокая адсорбционная активность и сцепление с органическими вяжущими позволяют применять в асфальтовых бетонах. Естественно обжигаемые в недрах земли или в терриконах угольных шахт могут применяться в жаростойких бетонах и при производстве пористых заполнителей.

Горелые породы содержат активный глинозем в виде радикалов глинистых дегидратированных минералов, а также активный кремнезем и глинистые соединения.

Химический состав отходов углеобогащения (по массе, %)

Состав минеральной части

Основная масса аргиллитов представляет собой глинистые минералы - гидрослюда, каолинит. Содержание - 66 %. К прочим (другим) породам относят: алевролиты, песчаники, карбонаты.

В составе алевролитов преобладает кварц (до 70 %), полевые шпаты не более 8-10 % (в виде слюд: биотит, мусковит). Примерно в равных соотношениях с алевролитом присутствуют песчаники. Главные породообразующие минералы песчаников: кварц - 50...80 %, полевые шпаты - 1...10 %, которые в большей части изменены или замещены карбонатами и кремнистым веществом. В отличие от зол и шлаков не содержат стекловидных компонентов.

В процессе горения шахтных пород за счет остатков топлива и окисления серы, достигается температура 600...800 °С (1000). Происходит ряд превращений в результате которых появляется адсорбционная активность, а также пуццолановая активность.

Активность дегидратированных глинистых минералов зависит от строения кристаллической решетки и убывает от каолинита к гидрослюдам.

Активность горелых пород по отношению к извести и гипсу характеризуется величиной глинитно-железистого модуля:

М_глж = (Al₂O₃ + Fe₂O₃) / SiO₂

В зависимости от модуля породы делятся на 4 группы:

Характерным показателем для горелых пород является адсорбционная активность. Максимальную активность проявляют породы обжжонные при t = 500...600 °С. При t = 800...1000 °С активность резко снижается. Повышению активности горелых пород способствуют микропоры и микротрещины. Высокая адсорбционная активность и адгезия к высокомолекулярным соединениям позволяет отнести горелые породы к лучшим наполнителям в асфальтовых вяжущих и полимерных составах. Композиции с активными наполнителями имеют высокие физико-механические свойства при незначительных расходах полимеров.

Применение горелых пород

Высокая химическая и адсорбционная активность, адгезия к высокомолекулярным соединениям, относят горелые породы к лучшим наполнителям в асфальтовых вяжущих. Использование горелых пород в качестве заполнителей в бетонах подтверждает их эффективность (особенно жаростойких).

Горелая порода как активная минеральная добавка для вяжущих систем:

- известково-глинитные вяжущие - 10...30 % извести в зависимости от активности ГП и до 5 % гипса. Для обеспечения достаточной воздухостойкости породы должны содержать Аl₂O₃ не менее 14 %, содержание СаО увеличивается до 50 %. По прочности на сжатие вяжущее соответствует маркам М50 и М100. При нормальной температуре прочность растет медленно и к 3 месяцам достигает 2…3-х кратного увеличения по сравнению с 28 сутками. При пропаривании прочность увеличивается в 1.5…3 раза к 28 суток, а при автоклавировании в 4…5 раз;

- Сульфатно-глинистые вяжущие –это композиционное вяжущие, состоящее из:

- двуводного гипса – 50…65 %;

- горелой породы – 15…40 %;

- активизатора – ПЦ клинкер 10…20 %.

Безобжиговые сульфатно-глинитные вяжущие относятся к группе гидравлических вяжущих, твердение которых обусловлено за счет химического взаимодействия гипсового камня, ПЦ и горелой породы, а также процессами перекристаллизации двуводного гипса. В воздушных сухих условиях, прочность невелика, R = 5…7 МПа, причем к 60 суткам нарастание прекращается. Во влажных условиях наблюдается длительный рост прочности к 28 суткам – 20 МПа и 1 году – 40 МПа. Прогрев при t > 100°С нежелателен, так как приводит к дегидратации гипса.

Накоплен положительный опыт применения широко распространенной разновидности горелых пород – глиежей – как гидравлических добавок к портландцементу и пуццолановому портландцементу. Реакционная способность добавок возрастает по мере повышения их дисперсности. Как и золы ТЭС, глиежи вводятся в пуццолановый портландцемент в количестве 25…40%. Глиежи в меньшей степени, чем другие добавки осадочного происхождения, увеличивают Водопотребность цемента и соответственно Водопотребность бетонных смесей, деформации усадки и набухания бетона.

Широкое использование горелых пород затруднено из-за их неоднородности состава и наличия некоторого количества несгоревшего топлива.

Также немаловажным является наличие различных веществ, которые характеризуются как вредные или опасные.

Основные вредные примеси.

Наибольшую опасность для человека представляют радиоактивные соединения тория, урана, стронция, цезия, канцерогенные соли ванадия, бериллия, теллура, сурьмы, бора, кадмия, никеля, свинца, селена, фосфора, хлора, фтора, отравляющие соединения мышьяка, висмута, меди, особенно нитрат натрия, разрушающий механизм кроветворной системы живых существ.

Отходы добычи и обогащения угля

По химическому составу отходы близки к радиационному глиняному сырью. Как вредная примесь в них присутствует сера, которая находится в сульфатных и сульфидных соединениях. Эти отходы в основном применяют в производстве стеновых керамических материалов и пористых заполнителей. Входя в состав шихт они выполняют роль отощающих и выгорающих добавок. При получении кирпича пластическим способом величина добавки составляет – 10…30 %.

Отходы дробят, измельчают в молотковых, шаровых и других мельницах. Считают, что присутствие топливо-содержащей добавки при равномерном обжиге улучшает прочностные показатели до 70…40 %, экономит топливо до 30 %.

В керамическом кирпиче следует отметить два основных процесса:

I – взаимодействие конс. остатков (С) с наиболее легковосстанавливающимися соединениями

II – выгорание С и удаление из черепка.

Восстановление железа (FeO) способствует более активному взаимодействию с глинистыми минералами; возникают прочные соединения. FeO более активный плавень.

II I

Fe₂O₃ Fe₃O₄, FeO FeO, Fe (горит)

Fe₃C

О₂ СО С

СО₂ СО₂ СО

Область О₂ Область СО Область С

Отходы флотации

- не нуждаются в измельчении;

- шламы имеют сравнительно высокую теплотворную способность (18900…21000 кДж/кг);

- влажность более 25 %, затрудняет введение в шихту и гомогенизацию смеси;

- применяют не только как топливную добавку, но и как компонент керамической шихты. (увеличивает связующую способность и особенно сопротивление сжимающим усилиям);

- из всех отходов угольной промышленности – наиболее стабильны по составу.

Применяются для пустотелого кирпича, керамзитовых камней и в крайнем случае для производства аглопорита.

Анализ технологических методов получения ИПЗ показывает, что наиболее продуктивен метод агломерации, т.е. спекание на решетке. Требования:

1. для обеспечения нормального спекания шихты должно содержаться топлива (в пересчете на условия) около 10 %.

2. В процессе агломерации сера переходит в связанное состояние.

Одним из критериев пригодности сырья является модуль плавкости:

сырье пригодно если М_п = 4…20

 

Диаграмма химического состояния

 

SiO₂, 100 %

 

 

10 90

 

30 70

 

 

50 50

100 40

Al₂O₃ 1 2 å - пл.

1 - r = 600 кг/м³; 2 - r = 600…800 кг/м³

 

Пригодность топливосодержащего сырья (топливные золы, отходы углеобагощения, горелые породы в производстве глинозольного керамзита можно оценить на тройной диаграмме.

 

Тройная диаграмма SiO₂ – Al₂O₃ -CaO

 

SiO₂

 

80 20

 

 

60 40

 

40 60

 

 

Al₂O₃ 100 80 60 40 20 å - (SiO₂ + Al₂O₃)

 

Содержание основных оксидов SiO₂ – 33…57 %; Al₂O₃ – 14…37 %; å - (S + A) – 10…50 %

Целесообразно использовать с Fe₂O₃ – 12…20 %; Al₂O₃ – 20…35 %. Шихтовку можно производить глиной и золой ТЭС.

 

Наилучший для получения аглопорита является состав (зола и др.):

SiO₂ – 40…57 %; Al₂O₃ – 19…21 %; плавни – 15…35 %

Состав с Al₂O₃ > 20 % независимо от других компонентов получает легкий аглопорит. Установлено, что стабильное высокое качество аглопорита обеспечивается, если зола имеет интервал спекания не менее 30 % и t_пл > 1400 °С. Коэффициент вспучивания не более 15 и содержание SO₃ не более 7 %. В шихте содержание топлива 8…12 %.

Химический состав шахтной породы

SiO₂ – 35…37 %; Al₂O₃ – 13…21 %; Fe₂O₃ – 10…17 %; CaO – 2…3 %; MgO – 2…4 %; SO₃ – 0.2…0.3 %; ппп (топлива) 7…11 %.

Пористые материалы с r₀ = 300…1000 кг/м³ R = 15 – 2 мПа и 7 – 9 мПа.

Плотная керамика – керамический стеновой кирпич.

Требования к золам:

- по плавкости t_пл до 1200…1400 °С;

- содержание топлива не ограничивается при 10 % в шихту меньше вводят топлива;

- размер частиц более 3 мм должен быть не более 5 %;

- содержание серы до 2%;

- карбонатные с размером более 1 мм не допускаются.