Модифицирование вяжущего композита зольными отходами термической переработки древесины

Модифицирование вяжущего композита зольными отходами термической переработки древесины

Представлены результаты исследований композиционных вяжущих на основе зольных отходов термической переработки древесины. Показана целесообразность практического использования золы древесной при производстве силикатного кирпича. Установлено, что при использовании золы древесной в составе сырьевой смеси для изготовления силикатного кирпича решается задача снижения многокомпонентности состава с одновременным сохранением высокого качества продукции.

Аннотация статьи
модифицирование
силикатный кирпич
сырьевая шихта
зольные отходы
Ключевые слова

Как известно, зольные отходы термической переработки древесины и других видов растительного сырья, используемого в качестве энергетического топлива, традиционно находят применение как эффективное минеральное удобрение, хорошо сбалансированное по содержанию основных макро- и микроэлементов, необходимых для полноценного роста и развития растений. При сжигании топлива в котельных установках обычно зольные отходы образуются трех фракций (зола уноса из циклонов, зола уноса из фильтров и подовая зола, представляющая собой зольный остаток), отличающихся как по объему образования, так и по химическому составу и свойствам. Состав и физические свойства (размер частиц, плотность и др.) зольных фракций зависят от многих факторов, включая физические и химические характеристики используемого топлива, параметры работы систем сжигания, технологии очистки топочных газов и др. В литературе весьма подробно приводятся такие сведения в отношении, как самих зол, так и их отдельных фракций. Анализируя зольные отходы как минеральное удобрение, автором работы [1] показано, что зольные отходы содержат экологически активные соединения тяжелых металлов (кадмия, свинца, цинка, меди и др.), концентрация которых увеличивается по мере перехода от зольного остатка к зольной пыли, превышая соответствующие предельные значения. Их избыток в соответствии с требованиями установленных нормативов не позволяет использовать фильтрационную золу для сельскохозяйственных целей, и определяет необходимость ее промышленной переработки. Поэтому поиск эффективных в технологическом и экологическом аспектах утилизации таких зольных отходов является актуальной задачей.

В настоящее время достаточно интенсивно развиваются как традиционные направления использования зольных отходов термической переработки энергетического сырья в качестве удобрения, эффективного и безопасного в экологическом аспекте, так и наукоемкие, связанные с получением высокотехнологичных сорбционных [2-4] и строительных композитов [5-8]. Как показано в [2-4], сорбенты на основе древесных опилок и зол не уступают по эффективности обычно используемым органоминеральным (торф) [9], неорганическим [10, 11], синтетическим [12] и другим сорбентам. Большой интерес представляют строительные композиты, полученные из доступных и отличающихся дешевизной древесных отходов [13].

Цель настоящей работы – исследование зольных отходов в качестве компонента сырьевой шихты для получения силикатного кирпича. В лабораторных исследованиях использована фракция золы уноса из циклонов, образующейся при сжигании в котельных установках коры и неиспользуемых отходов шпона натуральной чистой древесины. Физико-механические свойства и химический состав, отобранных образцов золы исследованы в соответствии с требованиями ГОСТ 10538-87 «Топливо твердое. Методы определения химического состава золы». По гранулометрическому составу зола древесная в основной своей массе представлена смесью фракций класса крупности 0,08 – 2,0 мм. Химический состав исследованных образцов золы древесной, высушенной в сушильном шкафу при температуре 100 ± 5 оС до воздушно-сухого состояния, определялся следующим соотношением компонентов, мас.%:

9,93 SiO2; 2,31 Al2O3; 38,68 CaO; 12,85 MgO; 3,75 Fe2O3; 0,44 ТiO2; 2,58 К2O; 0,45 Na2O; 7,44 SO3; 0,4 РО43-; 17,11 п.п.п (потери при прокаливании).

В основной своей массе зола представлена кремнеземсодержащими составляющими с повышенным по сравнению с составом природных кремнеземов содержанием соединений кальция и магния. Это решает задачу при ее использовании в составе сырьевой смеси для изготовления силикатного кирпича снижения многокомпонентности состава с одновременным сохранением высокого качества продукции и расширения сырьевой базы производства за счет использования отхода. Результаты исследований относительно характера влияния добавки золы древесной на механические свойства силикатного кирпича приведены в таблице. Результаты испытаний указывают на наличие модифицирующего эффекта при введении добавки золы древесной в состав сырьевой шихты. Образцы силикатного кирпича, изготовленные из сырьевой смеси с добавкой золы древесной, отвечают требованиям ГОСТ 379-2015 «Кирпич и камни силикатные. Технические условия».

Таблица

Результаты физико-механических испытаний

Соотношение компонентов сырьевой смеси,

мас. %

Влажность смеси,

мас. %

Объёмная масса кирпича, кг/ м3

Предел прочности,

МПа

Марочность, М

зола

известь

песок

при сжатии

при изгибе

0

(контроль)

6

94

7

1500

11,9

3,5

75

15

7

78

8

1500

12,2

3,2

100

25

8

67

8,5

1620

12,0

3,1

100

30

10

60

8,5

1710

12,6

2,9

125

35

10

55

8,5

1800

12,6

2,7

125

40

10

40

9

1810

12,7

2,7

125

45

10

45

9,5

1800

13,0

2,8

125

50

6

44

10

1520

11,2

2,5

100

Установлено, что при использовании золы древесной в качестве компонента сырьевой шихты для получения силикатного кирпича достигается значительное снижение энергозатрат при сохранении эксплуатационных характеристик изделий. Добавка золы в состав силикатной смеси до 45 мас.% при совместном помоле сырьевой смеси, включающей известь, песок и золу древесную, улучшает не только зерновой состав силикатной смеси и формуемость кирпича-сырца, но и участвует в образовании гидросиликатов кальция. Прочность камня при этом обеспечивается не физическим сцеплением гидратных новообразований вяжущего с зернами заполнителя, а путем химического взаимодействия извести и кварцевого песка с образованием гидросиликатов кальция по реакции

хСа(ОН)2+SiO2+mН2О → хCaO·SiO2·nН2О.

Таким образом, подтверждена целесообразность практического использования зольных отходов термической переработки древесины при производстве силикатного кирпича. Данная добавка обладает модифицирующими свойствами, что обосновывает ее применение в составе сырьевой смеси.

Результаты исследования получены в рамках выполнения государственного задания (Задание № 11.9503.2017/8.9).

Текст статьи
  1. Вильдбахер Н. Утилизация золы котельных, работающих на древесном топливе. Минск, 2007. 28 с.
  2. Сомин В. А., Фогель А. А., Комарова Л. Ф. Очистка воды от ионов металлов на сорбентах из древесных отходов и минерального сырья // Экология и промышленность России. 2014. № 2. С. 56 -60.
  3. Фогель А. А., Сомин В. А., Комарова Л. Ф. Изучение сорбционных свойств материалов на основе отходов производства древесины и минерального сырья // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. № 4. С. 461-465.
  4. Фоменко А. И., Соколов Л. И. Исследование сорбции фосфат-ионов из водных растворов золой древесной // Журнал прикладной химии. 2015. Т.88. Вып. 4. С. 622-626.
  5. Ватин Н.И., Петросов Д.В., Калачев А.И., Лахтинен П. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Инженерно-строительный журнал. 2011. №4. С.16-21.
  6. Делицын Л. М., Рябов Ю. В., Власов А. С. Возможные технологии утилизации золы// Энергосбережение. 2014. №2. С. 59-66.
  7. Энтин З.Б., Нефедова Л.С., Стржалковская Н.В. Золы ТЭС – сырье для цемента и бетона // Цемент и его применение. 2012. № 2. С.40-46.
  8. Силикатный кирпич на основе зольных микросфер и извести / В. Д. Котляр, А. В. Козлов, О. И. Животков, Г. А. Козлов // Строительные материалы. 2018. № 9. С. 17-21.
  9. Гаврилов, С. В. Адсорбционные свойства торфа и продуктов его переработки / С. В. Гаврилов, З. А. Канарская // Вестник Казанского технологического университета. 2015. № 2. С. 422-427.
  10. Ефремова С. В. Очистка воды от различных загрязнителей шунгитовым сорбентом и биосорбентами, полученными на его основе / С. В. Ефремова // Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79. № 3. С. 404-409.
  11. Свиридов А.В., Ганебных Е.В., Елизаров В. А. Алюмосиликатные сорбенты в технологиях очистки воды // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 28-30.
  12. Лесничая Т.В., Александрова В.С., Зыкова О.П. и др. Сорбция фосфат-ионов материалами на основе гидроксидов титана и лантана // Журнал прикладной химии. 2009. Т.82. № 6. С. 897-900.
  13. Борзунова А. Г., Зиновьева И. С. Комплексная переработка древесного сырья. Утилизация древесных отходов // Успехи современного естествознания. 2012. № 4 . С. 180-181.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 декабря по 15 декабря
Осталось 10 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии
19 декабря
Загрузка в elibrary
19 декабря
Рассылка печатных экземпляров
23 декабря