Утилізація попутних продуктів горіння вугілля у промисловості будівельних матеріалів
2006-10-30 11:27:50
У січні 2003 р. у місті Ст. Петерсбург (Флорида, США) відбувся 15-й Міжнародний симпозіум «Управління виробництвом і використання продуктів горіння вугілля», організований Американською асоціацією вугільних зол (АСАА). На симпозіумі заслухано 95 доповідей з різних аспектів цієї проблеми. Ряд технологічних рішень і зразків обладнання були представлені на виставці, уст-роїння в рамках симпозіуму. Контроль за виробництвом та утилізація продуктів горіння вугілля (ПГУ) є великої економічної та екологічної проблемою. Річний обсяг виробництва цих продуктів поступається лише обсягу випуску нерудних будівельних матеріалів і в 2000-2001 рр.., Склав в США 107 млн ??т, Європейському Союзі (ЄС) – 59 млн т в, Японії – 8,4 млн т (частка вугілля в паливному балансі Японії 17%). Координація роботи в області виробництва, маркетингу, визначення ефективних напрямків використання ПГУ для отримання конкурентно здатних на ринку і екологічно чистих матеріалів здійснюється в США АСАА. В ЄС аналогічні функції виконує Європейська асоціація продуктів горіння вугілля (ЕСОВА). Її асоційованими членами є організації Канади, Японії та Ізраїлю. До основної номенклатури ПГУ відносять: – золу-винесення (fly ash), отримувану електростатичним або механічним осадженням дрібних частинок з паливних газів; – шлак (bottom ash) – пористий матеріал, що отримується в сухих топіках (зазвичай з гідровидалення); – котельний шлак ( boiler slag) – склоподібний гранульований матеріал, що отримується в мокрих топках; – фосфогіпс (FGD gypsum)-продукт знесірчення паливних газів. У табл. 1 наведено розподіл ПГУ за видами за 2000-2001 рр.. Таблиця 1 Країни Продукти горіння вугілля Зола-винесення Шлак Котельний шлак Фосфогіпс млн т% млн т% млн т% млн т% США 61,8 57,7 17,1 16 2,3 2 25,9 24,2 ЄС 38,9 66 5,6 9,5 2,4 4 10,6 18 Виробництво ПГУ за період 1990-2000 рр.. в США збільшилося на 21%, при зростанні виробництва фосфогіпсу на 58%. Підвищення питомої ваги фосфогіпсу відзначається і в 2000-2002 рр.. Аналогічна тенденція спостерігається і в ЄС. При зростанні загального обсягу ПГУ в 1993-2000 рр.. близько 4,3%, виробництво фосфогіпсу збільшилася в 2,7 рази. З 10,6 млн т фосфогіпсу (2000 р.) 7 млн ??т вироблено в Німеччині. Утилізація продуктів горіння вугілля. У табл. 2 наведені дані за 2000-2001 рр.. За період 1992-2002 рр.. обсяг утилізації ПГУ в США збільшився на 70%, істотно випереджаючи обсяг зростання їх утворення. При цьому обсяг утилізації золи-винесення виріс на 67%, а фосфогіпсу в 10 разів. Таблиця 2 Країни Продукти горіння вугілля Зола-винесення Шлак Котельний шлак Фосфогіпс Всього млн т% * млн т% * млн т% * млн т% * млн т% * США 19,98 32,3 5,19 30,4 1,65 71,7 6,88 28 33,7 31,3 ЄС ** 17,89 46 2,24 40 2,4 100 7,63 72 30,16 52,4 Японія *********** **** 6,89 82 * Від загального випуску продукту; ** без урахування продуктів, які використовуються для рекультивації відкритих гірських розробок; *** немає даних Обсяг утілілізаціі золи-віднесення в ЄС збільшився за період 1993-2000 рр.. з 34 до 40%, а шлаку-з 25 до 40%. В Японії обсяг утилізації вугільних зол збільшився з 50% в 1990 р. до 82% в 2000 р. Структура використання ПГУ в США (2001 р.) представлена ??в табл. 3. Таблиця 3 Області використання,% до загального обсягу утилізації Зола-винесення Шлак Котельний шлак Фосфогіпс Добавки до цементу, бетону, розчину 56,1 13,7 – 6,4 Сировина для цементного клінкеру 4,7 2,8 – 0,4 Наповнювачі для різних цілей 16,3 20,4 0,6 2,4 Дорожнє будівництво: підстава доріг мінеральний порошок 4,8 0,5 10,5 0,2 0,6 0,6 Заміна дрібного піску в технології покрівельних матеріалів та інших цілей – 0,7 81,8 – Гірництво 3,7 1,8 – 1,6 стінові елементи — 82,1 Інші 10,6 48 17 6,5 Структура використання ПГУ в ЄС в 2000 р. характеризується наступними даними. Зола-винесення: добавки до бетону – 33%; добавки до цементу -10,7%; цементна сировина – 23,4%; бетонні блоки – 6,1%; дорожнє будівництво – 21,9%. Шлаки: бетонні блоки – 45,9%; цемент -7,3%; легкий заповнювач – 2,3%. Котельний шлак: дорожнє будівництво – 51,8%; заміна дрібного піску – 30,7%; розчини – 7,1%; бетони – 6,6%. Фосфогіпс: суха штукатурка – 58,9%; гіпсові блоки -3,2%; штукатурні роботи – 10,2%; самовирівнюючі підлоги – 17,3%. У Німеччині 50% потреби в гіпсовому сировину забезпечується використанням фосфогіпсу. В Японії (2001 р.) ПГУ використовуються як цементна сировина – 64%; добавки до цементу – 7% і в будівництві – 5%. Таким чином, провідними на-правліннями використання золи-винесення є: технологія бетону та цементу (США), технологія бетону та цементу, а також дорожнє будівництво (ЄС), технологія цементу (Японія). Ведучими напрями-ми використання шлаку, крім бетонної технології, є наповнювачі для загальнобудівельних і дорожніх робіт. Якість золи-винесення, використовуваної в бетоні, регламентується стандартами ASTM C618 (США), EN 450 (ЄС) та національними стандартами. У ряді доповідей аналізуються результати дослідження та розвитку нових технологій утилізації ПГУ. Використання золи-винесення і шлаку в технологам бетону. Високо-зольні бетони (V. Malhotra та ін, Канада) разом з економією цементу дозволяють отримати більш високу водонепроникність і довго-вічність, підвищити опір дії агресивних середовищ і ре-акції кремнієвих заповнювачів з лугами цементу. У доповіді K. Copeland та ін (США) підтримується напрям використання великих обсягів нізкокальціевой золи в технології бетону (до 50% від сумарної маси цементу Ц і золи 3) з урахуванням її пуццоланового ефекту. 54% товарного бетону в США випускається з використанням золи. Зміст золи в бетоні становить 15-20% від суми Ц +3. Збільшення вмісту до 25-30% дозволить додатково утилізувати 10 млн т золи. Наведено приклад, що підтверджує ефективність виробництва високозольного цементів: при со-триманні золи в співвідношенні 3 / (Ц +3) 51% і зниження витрати цементу до 182 кг/м3 при водовяжущем відношенні В / (Ц +3) = 0,35 досягну- та міцність бетону R28 = 50 МПа. У доповіді Т. Naik та ін (США) по-казана можливість отримання конструкційного бетону з міцністю R28 = 35 МПа при використанні золи, складованих гідравлічним способом. Зміст золи З / (Ц + З) склало 22-35%. Встановлено, що ультрамелкіе зола підвищує міцність, довго-вічність і легкоукладальність бетону. Отримано бетон з міцністю R28 = 55 МПа і високим опором таким агресивним середах як морська вода (доповідь К. Оbla, США). Вивчено ефективність вико-вання шлаків у важких і легких бетонах (доповідь N. Ghafoori, С. Alarcon, США). Сухий шлак застосовувався для усунення впливу води, пов'язаної зі шлаком, на результати випробування. Виявлено зниження міцності бетону при заміні піску шлаком: в 28-денному віці – на 20% при повній заміні піску і на 10% при 50%-ной заміні. У 60-денному віці міцність знизилася відповідно на 2,5% і 2%. У 90-денному віці спостерігалося збільшення міцності зразків зі шлаком на 1%. У доповіді М. Nisnevich, G. Sirotin, Y. Eshel (Ізраїль) висвітлена технологія комплексної утилізації великих обсягів шлаку і золи-винесення для виробництва легкого бетону. Комбіноване застосування шлаку і золи дає можливість використати переваги кожного продукту, а також компенсувати низьку міцність пористого шлаку. Високопористий шлак забезпечує зниження щільності бетону і підвищення його термічного опору. Великий обсяг золи забезпечує підвищення міцності і довговічності бетону за рахунок зниження обсягу порожнин у бетонній суміші і певною мірою пуццоланового ефекту. Результати лабораторних і промислових випробувань підтвердили ефективність запропонованої технології. Легкий бетон на основі шлаку і золи-винесення є перспективним матеріалом для виробництва стінових блоків, панелей та елементів перекриттів. R. Kreamer (США) досліджував хімічні і фізичні властивості золи, що визначають умови її застосування в якості головного компонента легких поризованих бетонів. Запропоновано технологію, що виключає застосування автоклавування шляхом використання аутогенного тепла, що виникає в бетонній суміші при гідратації цементно-зольної матриці. У доповіді G. Colaizzi (США) розглянута технологія золопенобетона, що дозволяє уникнути осадження піни, отриманої з по-міццю піноутворювачів, особливо ефективна при використанні золи з великим вмістом вугілля. Осадження піни відбувається при реакції золи з реагентами, застосовуваними для утворення піни. Розроблено реагент, що не викликає реакції з золою. Отриманий пінобетон є перспективним матеріалом для різних областей будівництва, у тому числі виробництва легких заповнювачів. Використання золи-віднесення в технологам цементу. У ряді доповідей висвітлені питання використання золи в якості цементної сировини. У доповіді J. Hicks (США) розглянуті швидкотверднучі цементи та цементи для стінових конструкцій на основі висококальціевих зол класу С (ASTM C618). Цементи з-стоять з 80% золи, застосованої в комбінації з добавками. Швидкотверднучий цемент характеризується часом схоплювання 15-20 хв., Високою активністю, низькою водопотребностью. Бетони на їх основі мають високі морозостійкість, довговічність, сульфатостойкость. Бетони для стінових конструкцій також володіють хорошими будів-них властивостями. Використання ПГУ в технології легких заповнювачів. У доповіді A. Misrа (США) розглянуто результати дослідження легких заповнювачів на основі золи-винесення класу С по ASTM С618 (вміст СаО> 22%). Прийнято водозольное ставлення 0,2-0,4 (цемент не застосовувався), відношення піску і золи варіювалося в межах 1,5-2,5. Для підвищення міцності заповнювачів розглянута можливість застосування мікроволокон. Міцність отриманого матеріалу в семиденному віці дорівнює 10 МПа. Заповнювачі виготовлялися методом екструзії. Доповідь М. Wu та ін (США) по-священний методам виготовлення заповнювачів з сухих і вологих розпорошених продуктів знесірчення топкових газів. Описана досвідчена установка для їх виготовлення. Отримані легкі та середньої маси заповнювачі відповідають стандартним вимогам і призначені для використання у виробництві стінових блоків і дорожніх конструкцій. Використання золи-винесення у виробництві цегли. У доповіді М. Chou та ін (США) викладено результати розробки технологічного процесу виробництва керамічної цегли з використанням великого обсягу нізкокальціевой золи класу F (ASTM C618). Зола застосована замість кварцового піску, який грає істотну роль в процесах формування, сушки і випалення. Досліджено сировинні суміші з вмістом золи від 20 до 70%. Встановлено, що добавка золи підвищує міцність цегли і значно знижує його водопоглинання. Компанія Pittsburgh Mineral & Environmental Technology (PMET), Inc. (США) представила технологію виробництва автоклавного цегли, що містить до 90% вугільних зол. Міцність такої цегли відповідає міцності керамічного обпаленої цегли і перевершує міцність бетонних блоків. Збагачення зол. Технологія і обладнання для збагачення зол були представлені поруч промислових компаній. У доповіді KS Park та ін (Південна Корея) показано значення видалення із золи незгорілих частинок вугілля. Ці частинки, мають меншу щільність, ніж цемент і зола-винесення, і легко коагулюють, сприяють розшарування бетонної суміші, знижуючи міцність затверділого бетону. У разі використання багатостадійного класифікатора втрати при прожарюванні (ППП) були знижені з 8,4 до 2,9%. Згадана вище компанія РМЕТ представила одностадійне технологію збагачення зол, засновану на застосуванні струменевого млини і повітряного класифікатора. ППП золи за цією технологією знижується в 2-3 рази. Компанія Separation Technologies, Inc. (США) продемонструвала електростатичний сепаратор для виділення незгорілого вугілля. Поділ засноване на тому, що в електричному полі частинки золи заряджаються негативно, а частинки вугілля – позитивно. Ряд компаній доповіли про проекти комплексної обробки золи (виділення і спалювання незгорілих частинок вугілля, складування збагаченої золи, її відвантаження та ін.) У ряді доповідей розглянуті питання вилучення із золи редіх металів. Нові технологічні рішення і результати досліджень, надані на 15-му Міжнародному симпозіумі «Управління виробництвом і використання продуктів горіння вугілля», можуть бути використані для підвищення ефективності утилізації відходів в промисловості будівельних матеріалів.
ДЖЕРЕЛО: Будівельні матеріали.