РАЗДЕЛ 2
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор и обоснование объектов исследования
В настоящее время до 80 % всей электроэнергии поставляют тепловые электростанции, основным видом топлива для которых является каменный уголь. По статистическими данным количество золы и шлаков, получаемых на тепловых электростанциях удваивается каждые 10 лет. Емкость золоотвалов современных ТЭС достигает 20-40 млн.м3 [177]. Резкое ухудшение добычи газа в России, недостаточное его количество в Украине, проблемы с мазутом и атомным топливом - все это заставит нас еще долго использовать в качестве топлива ТЭС уголь [22]. Средняя электростанция дает в год около 600 тыс.т отходов, которые занимают до 6 га плодородных земель [178].
На территории Украины накоплено более 100 млн.т золошлакового техногенного сырья, количество которого ежегодно увеличивается более чем на 10 млн.т [179].
По данным, проведенным в статье [22] в Украине используется 0,2 % золы тепловых электростанций и то, зачастую бесконтрольно и примитивно. В странах СНГ используется около 3 % топливосодержащих отходов [1].
В тоже время уровень утилизации зол и шлаков в США составляет до 15 %, Англии - до 43 %, Франции - до 55 %, Германии - до 67 % [180].
Все это предопределяет необходимость переработки зол ТЭЦ Украины в многотоннажном производстве, например, при изготовлении стеновой керамики.
Для проведения исследований по теме диссертационной работы выбраны золы Николаевской ТЭС и Приднепровской ГРЭС.
Одной из наиболее развитой отраслей в Украине является металлургическая промышленность. Она занимает одно из ведущих мест как по объему перерабатываемого минерального сырья, так и его удельному расходу на тонну конечной продукции. На основных технологических переделах производства металлургической продукции образуются побочные продукты - отходы, химический состав и физико-механические свойства которых позволяют считать их ценным сырьем для производства строительных материалов. В настоящей работе в качестве щелочесодержащей добавки использованы отходы щелочного расплава Никопольского южнотрубного завода.
Большое количество отходов производства образуется при изготовлении стекла, как на стекольных заводах, так и при его использовании на строительных объектах и в быту. Молотый стеклобой широко используется в производстве керамики как интенсификатор процессов стеклообразования. В стеклобое содержится значительное количество щелочных оксидов (до 16-18 %). В качестве другой щелочесодержащей добавки к золокерамическим массам в исследованиях использовался стеклобой Симферопольского стеклотарного завода.
В соответствии с классифицирующей техногенного сырья по агрегатному состоянию в момент выделения его из основного технологического процесса, предложенной П.И. Баженовым [181], выбранные в качестве объектов исследования отходы производства относятся к твердым класса Б (искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов).
Выбор местного глинистого сырья для проведения исследований был обусловлен необходимостью снижения стоимости и повышения конкурентоспособности кирпича на Юге Украины, в частности в Крыму. Как известно, основным стеновым материалом в Крыму является дешевый камень-ракушечник. Энергоемкий керамический кирпич, выпускаемый в Крыму, несколько дороже стенового природного камня. Снижение стоимости кирпича может быть достигнуто при использовании золокерамических смесей с щелочесодержащими отходами и современных ресурсосберегающих технологий его производства. Поэтому для проведения исследований выбраны легкоплавкие глины Крымских месторождений.
Кроме того, утилизация многотоннажных отходов промышленности производств, используемых в настоящей работе, позволит улучшить экологическую обстановку в Украине, а разработка оптимальной ресурсосберегающей технологии их переработки в золокерамический кирпич даст возможность расширить материальную базу строительства за счет выпуска качественного и дешевого стенового материала.
2.2. Характеристика используемых сырьевых материалов
Тепловые электростанции в Украине работают на угле Донецкого угольного бассейна с ежегодным выходом золошлаковых отходов более 10 млн. тонн [179].
В настоящей работе использованы золы Николаевской ТЭС и Приднепровской ГРЭС.
Золы от сжигания углей являются грубодисперсным материалом, состоящим, в основном, из компонентов, не обладающих пластичностью, поэтому при использовании их для производства кирпича необходимы пластифицирующие добавки, которыми могут служить местные пластичные глины.
Золы имеют серо-черный цвет из-за присутствия в них значительного количества несгоревшего топлива. Остаточное топливо в золах представлено в основном коксом и полукоксом. Для микроскопических исследований органическое вещество удаляли путем обжига золы при 600 0С.
По данным петрографических исследований минеральная часть зол ТЭС представлена глинистыми агрегатами с различной степенью аморфизации, стекловидным веществом и кристаллической фазой, состоящей из кварца, полевых шпатов, кальцита и в меньшем количестве магнетита, гематита, корунда и муллита.
Стекловидное вещество наблюдается в виде бесцветных изотропных шариков. Поверхность шариков шероховатая, корродированная, показатель светопреломления составляет от 1,500 до 1,580±0,002. Кроме бесцветной разновидности присутствует окрашенные в желтый и бурый цвета стекла с более четкими контурами и гладкой поверхностью.
Цвет стекол обусловлен наличием оксидов железа, их светопреломление составляет 1,600-1,630. В сферических стекловидных частицах содержатся включения полевых шпатов, магнетита, глинистых частиц, иногда кварца и муллита. Кварц в золе наблюдается в малоизмененном виде. Мелкие его зерна частично оплавлены по краям. Под микроскопом в иммерсионных препаратах отмечено незначительное содержание кристобалита и тридимита в виде реакционной каймы вокруг зерен кварца и по трещинам. Зерна полевого шпата подвержены изменен