РОЗДІЛ 2
СИРОВИННІ МАТЕРІАЛИ, ОБЛАДНАННЯ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Специфіка відходів виробництва
Всебічне залучення відходів у процес кругообігу речовини сучасного виробництва веде до економії первинних природних ресурсів. Безперервне подорожчання й обмеженість останніх перетворюють задачу утилізації всіх відходів у серйозну соціально-економічну і науково-технічну задачу суспільного виробництва. Не можна не відзначити, що дане питання прямо пов'язане з екологічною стабільністю в суспільстві, а економічна ефективність використання відходів прямо пов'язана з екологічною ефективністю.
Специфіка відходів виробництва, як вторинних ресурсів, диктує різноманітні шляхи їхньої утилізації. Найбільш характерними є наступні:
* пряма заміна первинної сировини відходами (без спеціальної обробки і переробки). Це виходить з ідентичності деяких основних їхніх технологічних властивостей. У більшому ступені це відноситься до відходів зі складу розкривних і побіжних порід, що добуваються, які, у ряді випадків, відповідають природній мінеральній сировині. Одержувані матеріали є побіжною вторинною сировиною;
* заміна вихідної сировини відходами за умови їх додаткової (спеціальної) переробки, з подальшим її використанням у якості сировинних матеріалів в галузі виробництва. Це найпоширеніший тип утилізації;
* використання відходів (зі спеціальною переробкою або без неї) як вихідної сировини для одержання побіжних продуктів (кінцевого споживання).
Останнім часом вторинні джерела сировинних ресурсів широко використовуються у виробництві будівельних матеріалів різного призначення. Будівельна індустрія одна з зон суспільного виробництва, де широко використовуються різноманітні відходи промисловості. Будівництво одна із найбільш матеріалоємних галузей промисловості, де можна раціонально використовувати відходи - побічні продукти різних виробництв, таких як металургійне, паливно-енергетичне та інші. У цій галузі частка відходів по сировинному еквіваленту, у загальному обсязі споживання ресурсів, складає 37,5 %.
2.2. Характеристика сировинних матеріалів
Теплові електростанції в Україні працюють на вугіллі Донецького вугільного басейна з щорічним виходом золошлакових відходів більше 10 млн. т [6].
Для порівняння в табл. 2.1 наведений хімічний склад золи-винесення різних ТЕЦ [15, 24].
Таблиця 2.1
Порівняння хімічного складу золи-винесення різних ТЕС (в % по мас.)
Назва ТЕСSiO2Al2O3Fe2O3+FeOTiO2СаОMgOSO3K2ONa2OНВЧЛадижинська55,524,710,40,92,51,30,52,71,50,5Придніпровська54,424,412,01,03,11,40,40,30,12,9Миколаївська 45,622,317,01,12,21,50,70,40,24,5
В зв'язку з тим, що хімічний склад золи-винесення ТЕС, представлених в табл. 2.1, майже однаковий, вирішили в дослідженнях використовувати золу-винесення Ладижинської ТЕС. Ця зола-винесення являє собою дрібнодисперсний матеріал, що складається з частинок розмірами від декількох мікронів до 0,14 мм.
Фізичні властивості золи-винесення такі: а) гідравлічна активність = 0,4 МПа; б) насипна густина = 1150 кг/м3; істинна густина = 1,95 г/см3; питома поверхня Sпит = 2000-3000 см2/г; д) м'якість млива Тзв = 10%; е) вміст ВНЧ менш 15%.
Хімічний та мінералогічний склади відповідають основним вимогам, що висуваються до зол для бетонів.
Результати мікроскопічних досліджень (рис. 2.1) свідчать, що мікроструктура золоцементного в'яжучого відносно компактна і рівнопориста, спостерігаються в переважній більшості розподілені замкнуті пори округлої неправильної форми з середнім розміром від 0,038 до 0,76 мм.
Рис. 2.1. Мікроструктура зразка (збільшена 100 разів) золи-винесення
На мікрофотографії (рис 2.1) спостерігаються ділянки рихлої структури зі з'єднуючими порами і замкнутою мікроструктурою. Цементуюча маса затверділого в'яжучого має, як правило, криптокристилічну мікроструктуру. Зустрічається значна кількість уламків клінкера і його окремі мінерали (аліт-С3S, беліт-С2S, чотирикальцієвий алюмоферіт-С4AF).
Компоненти золи-винесення представлені в основному кульками ізотропного скла безбарвні або буруватого кольору з середнім розміром від 0,0076 до 0,076 мм в діаметрі. Зустрічаються уламки скла, кутовато-неправильної форми, з розмірами від 0,015 до 0,08 мм по довжині і дрібнодисперсних скопичувань чорного кольору ймовірно органічної речовини. Деякі кульки скла мають дрібні округлі пори. В зоні контакту кульок та уламків скла спостерігається в основному різка поверхня розділу. Адгезія між зернами заповнювача достатньо різноманітна. Найчастіше простежується чітка поверхня розподілу, інколи з механічно- і хімічно-корозійним контактом, особливо з більш дрібними зернами кварцу.
Рис. 2.2. Рентгенограма золи-винесення Ладижинської ТЕС: 1 - кварц; 2 - C3S; 3 - C2S; 4 - C4AF; 5 - Ca(OH)2; 6 - CaCO3; 7 - CSH (11)
На рис 2.2 РФА вказує на наявність таких мінерально-фазових новоутворень: кварцу (SiO2)- міжповерхневих відстаней-d/n = 4,24; 3,34; 2,46; 1,55; 1,388 1,377; А?; 3-х кальцієвого силікату - аліту (С3S) з d/n 2,75; 2,28; 2,13; 1,67 А?; двокальцієвого силікату - беліту (С2S) з d/n 3,7;3,24; 3,22; 2,22 А ; чотирикальцієвого алюмофериту з d/n (C4AF) - 7,6; 3,27; 3,18; 2,06 А?; гідрооксиду кальцію Ca(OH)2 з d/n - 2,66 ; 1,98; 1,63 А ; карбонату кальцію-CaCO3 з d/n - 3,03 А?; гідросилікату кальцію типу CSH(11).
Всі властивості золи-винесення визначались за методикою, викладеній в ОСТ 34-70-542-81, ГОСТ 25592-91 та ГОСТ 25818-91.
Як комплексну алюмоферитну добавку для активації золи-винесення використовували червоний шлам Миколаївського глиноземного заводу. Будова червоного шламу дрібнодисперсна 90 % частинок має радіус менше 10 мкм.
Фізичні властивості червоного шламу: насипна густина = 1350 кг/м3; істина густина = 2,38 г/см3; пустотність П = 59,7%.
Червоний шлам характеризується постійним хімічним складом по даних лабораторії МГЗ вміст оксидів в складі ч