Применение зол и шлаков в промышленности

  Из  топливных шлаков и зол изготавливают  пористые заполнители, в том числе  аглопорит, Зольный гравий, глинозольный керамзит.

  К эффективным видам тяжелых заполнителей бетона, не уступающим по физико-механическим свойствам продукта дробления плотных  природных каменных материалов, относится  литой шлаковый щебень. При производстве этого материала литой огненно-жидкий шлак из шлаковозных ковшей  сливается  слоями толщиной 200…500 мм на специальные  литейные площадки или в тарпециевидные ямы-траншеи. При выдерживании в течение 2…3 ч. на открытом воздухе температура расплава в слое снижается до 800° С, и шлак кристаллизуется. Затем он охлаждается водой, что приводит к развитию в слое шлака многочисленных трещин. Шлаковые массивы на литейных площадках или в траншеях разрабатываются эскаваторами с последующим дроблением.

  Литой шлаковый щебень характеризуется высокими морозо и жаростойкостью, а также сопротивлением истиранию. Стоимость его в 3…4  раза ниже, чем щебня из природного камня.

  Шлаковая  пемза (тормозит) – одно из наиболее эффективных видов искусственных  пористых заполнителей. Ее получаю  поризацией шлаковых расплавов в результате их быстрого охлаждения водой, воздухом или паром, а также воздействием минеральных газообразователей. Из технологических способов получения шлаковой пемзы наиболее часто применяются бассейновый, струйный и гидроэкранный способы.

  Топливные шлаки и золы являются лучшим сырьем для производства искусственного пористого  заполнителя – аглопорита. Это обусловлено, во-первых, способностью золошлакового сырья так же, как глинистых пород и других алюмосиликатных материалов, спекаться на решетках агломерационных машин, во-вторых, содержанием в нем остатка топлива, достаточных для процесса агломерации. При использовании обычной технологии аглопорит получают в виде щебня из песка. Из зол ТЭС можно получать и аглопоритовый гравий, имеющий высокие технико-экономические показатели.

  Главная особенность технологии аглопоритового гравия в том, что в результате агломерации сырья образуется не спекшийся корж, а обожженные гранулы. Сущность технологии производства аглопоритового гравия заключается в получении сырцовых зольных гранул крупностью 10…20 мм, укладке их на колосники ленточной агломерационной машины слоем толщиной 200…300 мм и термической обработке.

  Производство  аглопритового по сравнению с обычным производством аглопорита характеризуется снижением на 20…30% расхода технологического топлива, более низким разрежением воздуха в вакуум-камерах и увеличением удельной производительности в 1,5…3 раза. Аглопоритовый гравий имеет плотную поверхностную оболочку и поэтому при практически равной объемной массе со щебнем отличается от него более высокой прочностью и меньшим водопглощением. Расчеты что замена 1 млн. м³ привозного природного щебня агдопортовым гравием из золы ТЭС лишь за счет сокращения транспортных расходов при перевозках на расстояние 500…1000 км дает экономии 2 млн. рублей. Применение аглопорита на основе зол и шлаков ТЭС позволяет получать легкие бетоны марок 50…4000 с объемной массой от 900 до 1800 кг/м³ при расходе цемента от 200 до 400 кг/м³.

  Зольный гравий получают гранулированием подготовленной золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭС с последующим спеканием и вспучиванием во вращающейся печи при температуре 1150…1250° С. На зольном гравии получают легкие бетоны с такими же примерно показателями, как и при использовании аглопоритного гравия. При производстве зольного гравия эффективны лишь вспучивающие золы ТЭС с содержанием топливных остатков не более 10%.

  Глинозольный керамзит – продукт вспучивания и спекания во вращающейся печи гранул, сформированных из смеси глин и золошлаковых отходов ТЭС. Зола может составлять от 30 до 80% всей массы сырья. Введение глинистого компонента улучшает формовочные свойства шихты, способствует выгоранию остатков угля в золе, что позволяет использовать золы с повышенным содержанием несгоревшего топлива.

  Объемная  масса глинозольного керамзита составляет 400..6000 кг/м³, а прочность при сдавливании в стальном цилиндре 3,4…5 МПа. Главные преимущества производства глинозольного керамзита по сравнению с аглопоритом и зольным гравием – возможность использования золы ТЭС из отвалов во влажном состоянии без использования сушильных и помольных агрегатов и более простой способ формирования гранул.  

5. Плавленые и искусственные  каменные материалы  на основе шлаков и  зол 

  К основным направлениям  переработки  металлургических и топливных шлаков, а также зол наряду с производством  вяжущих, заполнителей и бетонов  на их основе относится получение  шлаковой ваты, литых материалов и  шлакоситталов, зольной керамики и силикатного кирпича.

  Шлаковая  вата – разновидность минеральной  ваты, занимающей ведущее место среди  теплоизоляционных материалов, как  по объему выпуска, так и по строительно-техическим свойствам. В производстве минеральной ваты доменные шлаки нашли наибольшее применение. Использование здесь шлака вместо природного сырья дает экономию до 150 грн. на 1 т. Для получения минеральной ваты наряду с доменными применяются также ваграночные, мартеновские шлаки и шлаки цветной металлургии.

  Требуемое соотношение кислотных и основных оксидов в шихте обеспечивается применением кислых шлаков. Кроме  того, кислые шлаки более устойчивы  против распада, недопустимого в  минеральной вате. Повышение содержания кремнезема расширяет температурный  интервал вязкости, т.е. разность температур, в пределах которых возможно волокнообразование. Модуль кислотности шлаков корректируется введением в шихту кислых или  основных добавок.

  Из  расплава металлургических и топливных  шлаков отливают разнообразные изделия: камни для мощения дорог и  полов промышленных зданий, тюбинги, бордюрный камень, противокоррозионные  плитки, трубы. Изготовление шлакового  литья началось одновременно с внедрением в металлургию доменного процесса. Литые изделия из шлакового расплава экономически более выгодны по сравнению  с каменным литьем, приближаясь к  нему по механическим свойствам. Объемная масса плотных литых изделий  из шлака достигает 3000 кг/м³, предел прочности на сжатие 500 МПа.

  Шлакоситаллы – разновидность стеклокристаллических материалов, получаемых направленной кристаллизацией стекол. В отличие от других ситаллов сырьевыми материалами для них служат шлаки черной и цветной металлургии, а также золы сжигания каменного угля. Шлакоситаллы разработаны впервые в СССР. Они широко применяются в строительстве как конструкционные и отделочные материалы, обладающие высокой прочностью. Производство шлакоситаллов заключается в варке шлаковых стекол, формировании из них изделий и последующей их кристаллизации. Шихта для получения стекол состоит из шлака, песка, щелочесодержащих и других добавок. Наиболее эффективно использование огненно-жидких металлургических шлаков, что экономит до 30…40% всего тепла, затрачиваемого на варку.

  Шлакоситаллы все шире применяются в строительстве. Плитами листового шлакосситалла облицовывают цоколи и фасады зданий, отделывают внутренние стены и перегородки, выполняют из них ограждения балконов и кровли. Шлакостиалл – эффективный материал для ступеней, подоконников и других конструктивных элементов зданий. Высокая износостойкость и химическая стойкость позволяют успешно применять Шлакоситаллы для защиты строительных конструкций и аппаратуры в химической, горнорудной и других отраслях промышленности.

  Золошлаковые отходы ТЭС могут служить отощающими топливосодержащими добавками в производстве керамических изделий на основе глинистых пород, а также основным сырьем для изготовления зольной керамики. Наиболее широко применяют топливные золы и шлаки как добавки при производстве стеновых керамических изделий. Для изготовления полнотелого и пустотелого кирпича и керамических камней в первую очередь рекомендуется использовать легкоплавкие золы с температурой размягчения до 1200° С. Золы и шлаки, содержащие до 10% топлива, применяют как отощающие, а 10% и более – как топливосодержащие добавки. В последнем случае можно существенно сократить или исключить введение в шихту технологического топлива.

  Разработан  ряд технологических способов получения  зольной керамики, где Золошлаковые отходы ТЭС являются уже не добавочным материалом, а основным сырьевым компонентом. Так, при обычном оборудовании кирпичных заводов может быть изготовлен зольный кирпич из массы, включающей золу, шлак и натриевое жидкое стекло в количестве 3% по объему. Последнее выполняет роль пластификатора, обеспечивая получение изделий с минимальной влажностью, что исключает необходимость сушки сырца.

  Зольную керамику выпускают в виде прессованных изделий из массы, включающей 60…80% золы-уноса, 10…20% глины и друге добавки. Изделия  поступают на сушку и обжиг. Зольная  керамика может служить не только стеновым материалом, обладающим стабильной прочностью и высокой морозостойкостью. Она характеризуется высокой  кислотостойкостью и низкой истераемостью, что позволяет изготавливать из нее тротуарные и дорожные плиты и изделия, обладающие высокой долговечностью.

  В производстве силикатного кирпича  зола ТЭС  используется как компонент  вяжущего или заполнителя. В первом случае расход ее достигает 500 кг., во втором – 1,5…3,5 т. на 1 тыс. шт. кирпича. При введении угольной золы расход извести снижается на 10…50%, а сланцевые золы с содержанием CaO+MgO до 40…50% могут полностью заменить известь в силикатной массе. Зола в известково-зольном вяжущем является не только активной кремнеземистой добавкой, но и способствует пластификации смеси и повышению в 1,3…1,5 раза прочности сырца, что особенно важно для обеспечения нормальной работы автоматов-укладчиков.  

6. Золы  и шлаки в дорожно-строительных и изоляционных материалах

  Крупнотоннажным потребителем топливных зол и  шлаков является дорожное строительство, где золы и золошлаковые смеси используют для устройства подстилающих и нижних слоев оснований, частичной замены вяжущих при стабилизации грунтов цементом и известью, как минеральный порошок в асфальтовых бетонах и растворах, как добавки в дорожных цементных бетонах.

  Золы, полученные при сжигании углей и  горючих сланцев, применяются в  качестве наполнителей кровельных и  гидроизоляционных мастик. Золошлаковые смеси в дорожном строительстве применяют неукрепленными и укрепленными. Неукрепленные золошлаковые смеси используют в основном в качестве материала для устройства подстилающих и нижних слоев оснований дорог областного и местного значения. При содержании не более 16% пылевидной золы их применяют для улучшения грунтовых покрытий, подвергаемых поверхностной обработке битумной или дегтевой эмульсией. Конструктивные слои дорог можно выполнить из золошлаковых смесей с содержанием золы не более 25…30%. В гравийно-щебеночных основаниях в качестве уплотняющей добавки целесообразно применять золошлаковую смесь с содержанием пылевидной золы до 50%, Содержание несгоревшего угля в топливных отходах ТЭС, применяемых для возведения дорог, не должно превышать 10%. 

  Также как и природные каменные материалы относительно высокой прочности, золошлаковые отходы ТЭС служат для изготовления битумоминеральных смесей, применяемых для создания конструктивных слоев дорог 3-5 категорий. Из топливных шлаков, обработанных битумом или дегтем (до 2% по массе), получают черный щебень. Смешивая подогретую до 170…200° С золу с 0,3…2% раствора битума в зеленом масле, получают гидрофобный порошок с объемной массой 450…6000 кг/м³. Гидрофобный порошок одновременно может выполнять функции гидро- и теплоизоляционного материала. Распространено применение зол в качестве наполнителя мастик. 

7. Использование сланцевой золы в  бетонах и строительных растворах

  На  текущий момент инновацией в строительстве  можно назвать любое нововведение, будь то технология или материалы, позволяющее  получать преимущества среди конкурентов  соответствующей отрасли. Реализация любой инновации, конечно же, затрагивает  не только актуальность, но и окупаемость  проектов. Известно, что часто «новое – это хорошо забытое старое», и проект компании «ПрофЦемент-Вектор» может служить этому примером. В конце 2009 года на рынок Северо-Запада РФ были представлены сланцевые золы с торговыми марками «ZOLEST-bet», «ZOLEST-block», «ZOLEST-bio», поставляемые в Россию миллионами тонн до 1991 года и практически не используемые в наши дни. Аналогов на территории РФ, как впрочем, и в мире, сланцевые золы не имеют, а спектр областей применения достаточно широк:

  1. Производство строительных материалов: цемент, газобетонные блоки, сухие  смеси, бетоны, строительные растворы, железобетон.

  2. Заполнение отработанных шахт  и карьеров бетонными растворами  на основе сланцевой золы.

  3. Строительство фундаментов под  шоссе, ж/д полотна и трубопроводы.

  4. Стабилизация загрязненных и  нестабильных грунтов портов, речных  русел, фундаментов зданий, площадок  и т. д. 

  Сланцевая зола, представляет собой вторичный продукт, получающийся на тепловых электростанциях, использующих диспергированный горючий сланец в качестве технологического топлива, и относится к группе материалов, называемых в технологии цементов «летучая зола-унос». Состав сланцевой золы включает в себя минералы портландцементного клинкера – до 10% двухкальциевого силиката (2CaO, SiO2), до 2% трехкальциевого алюмината (3CaO, Al2O3), кроме того, около 30% стекловидной фазы, до 17% сульфатов кальция, около 30% нерастворимого остатка, до 11% свободного, несвязанного оксида кальция (CaOсв).