Характерной особенностью бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна является высокое содержание в золах-уносах CaO, MgO и SiO2. Шлам зольный

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.

Шлам зольный - сырье для производства ячеистого бетона