CC BY
5
SRSTI 53.31.23
https://doi.org/10.48081/FODT1739
*V. V. Larichkin
Novosibirsk State Technical University, Russian Federation, Novosibirsk
dump sludge from alumina production study
The paper explores the possibility of involving in the processing of waste sludge from alumina production and ash and slag from thermal power plants of Aluminum of Kazakhstan JSC for the production of building products.
Alumina production in the Republic of Kazakhstan is concentrated in Aluminum of Kazakhstan JSC and is characterized by a large amount of waste sludge and ash and slag generated by Pavlodar TPP-1, which is part of the structure of the enterprise.
In the work, studies were carried out to obtain concrete mixtures consisting of alumina production sludge within 25—45 %, ash and slag from thermal power plants within 31—45 %, lime within 5—15 %, water 10—23 %.
Waste sludge in the composition of concrete served as a component of a mixed binder and hydraulically active filler, ash and slag — the role of mineral aluminosilicate additives in the composition of a mixed binder, lime — the role of hardening activators of a mixed binder.
In the course of the conducted experimental studies, it was found that mixture No. 1, including 25 % of alumina production dump sludge, 38 % of ash and slag TPP, 15 % quicklime and 22 % water.
Key words: metallurgy, waste sludge, alumina, recycling, construction.
Introduction
Alumina production in the Republic of Kazakhstan is concentrated in Aluminum of Kazakhstan JSC and is characterized by a large amount of waste sludge generated. The total volume of generated waste sludge exceeds 80 million tons [1].
The second major source of waste from Aluminum of Kazakhstan JSC is ash and slag from Pavlodar TPP-1, which is part of the structure of the enterprise [1].
In different years, the following areas of recycling of these wastes were studied [2-5]:
- as raw materials and active mineral additives in the production of Portland cement;
- in the production of concrete and foam concrete;
- in road construction as a bedding under the base;
- as a mineral powder for the preparation of asphalt mixtures.
In this paper, the possibility of involving in the processing of dump slags for the production of building products has been investigated. Materials and methods
The object of the study was waste sludge from alumina production and ash and slag from TPP-1 of Aluminum of Kazakhstan JSC.
Table 1 - Chemical composition of waste sludge from alumina production and ash and slag from TPP-1, %_
Name Na2O MgO Al2O3 SiO2 SO3 K2O CaO Fe2O3 CL
Waste sludge 1,69-1,93 0,7-0,8 4,48-7,6 15,1-18,1 0,38-1,13 0,03-0,37 26,3-31,9 23,3-41,6 0,07-014
Ash from TPP 0,22-0,91 0,59-1,58 17-26,7 31,8-58,7 0,08-0,1 0,16-0,55 1,6-2,13 9,9-26,6 0,04-0,1
Waste sludge from alumina production of Aluminum of Kazakhstan JSC in terms of chemical composition is represented mainly by oxides of silicon, aluminum, iron and calcium, which account for more than 80 % of the mass of the material. Granulometric composition of waste sludge by fractions: (+1) mm ~ 5 %; (-0.053) mm ~ 30 %.
Calcium oxide and silica are linked to the P-modification of dicalcium silicate in an inactive form. Iron oxides are represented by magnetite and hematite. A small amount of sodium oxide and aluminum oxide is present in the waste sludge in the form of calcium hydrogarnets. These compounds are insoluble in alkaline and aluminate solutions of any concentration and are absolutely inert. A small amount of sodium hydroaluminosilicate (HASC) is also discharged to the sludge field along with the insoluble residue.
Waste sludge is not explosive, not radioactive, and according to the degree of impact on the human body, it belongs to substances of the fourth hazard class.
The chemical composition of ash and slag is mainly represented by oxides of the main ash-forming elements (silicon, aluminum, calcium, iron, magnesium, sodium, potassium).
Ash and slag waste from the combustion of Ekibastuz coal belongs to the IV class of hazard.
In the work, the technology for the production of building products (brick) was investigated. The compositions of the mixtures are shown in table 2.
Table 2 - Compositions of mixtures from waste sludge from alumina production and ash and slag from TPP-1, wt. %
Name Mixture compositions
№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5
Waste sludge 25 30 31 40 45
Ash and slag from TPP 38 45 31 45 30
Quicklime 15 10 15 5 10
Water 22 15 23 10 15
According to the recommendations [6], as the basis of concrete mixtures, we used waste sludge from alumina production and ash and slag from thermal power plants, which perform the following role:
- waste sludge in the composition of concretes and mortars acts as a component of a mixed binder and hydraulically active filler;
- ash and slag play the role of mineral aluminosilicate additives in the composition of the mixed binder;
- lime plays the role of hardening activators of the mixed binder.
The manufacture of building products was carried out on the basis of the technological line of Ecostroy NII-PV LLP (Pavlodar, Republic of Kazakhstan). This enterprise has extensive experience in the development and implementation of innovative technologies for the involvement of metallurgical waste in processing [7-11].
The manufacture of building products was carried out similarly to the technology described in [8], in which the Rifey-Udar complex was used for the production of building materials.
The purpose of this complex is to produce a variety of building products from rigid concrete mixes by vibro-compression. Functionally, the entire production complex is divided into two components: the mixture preparation system and the forming block (Figure 1).
Figure 1 - General view of the technological line of Ecostroy NII-PV LLP
Results and discussion
Finished samples were tested for strength in accordance with GOST 8462, as well as for water absorption, frost resistance and average density in accordance with GOST 7025-91. The test results are presented in table 3.
Table 3 - Results of testing samples from waste sludge from alumina production and ash and slag from TPP-1, wt.%
Name Mixture compositions
№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5
Ultimate compressive strength, MPa:
1 days 22,5 20,1 20,1 17,3 16,5
7 days 24,7 22,0 22,7 22,5 20,1
28 days 28,5 24,6 26,1 23,3 21,5
Average density, g/sm3 1,475 1,460 1,514 1,482 1,539
Water absorption, % 26,8 27,8 26,9 27,2 27,2
Frost resistance, cycles 20 35 15 20 15
As can be seen from Table 3, mixture No. 1 has the greatest strength after 28 days, mixture No. 2 has the highest water absorption, mixture No. 2 has the highest frost resistance, and mixture No. 5 has the highest average density.
Table 3 also shows that the following mixtures have the lowest values of the same indicators: strength after 28 days - mixture No. 5, water absorption - mixture No. 1, frost resistance - mixture No. 3 and No. 5, average density - mixture No. 2.
Conclusions
Thus, mixture No. 1, which includes 25 % of dump sludge from alumina production, 38 % of TPP ash and slag, 15 % of quicklime and 22 % of water, has the optimal properties with maximum strength indicators and relatively high frost resistance of the above mixture options.
REFERENCES
1 Ibragimov, A. T. Razvitie tehnologii proizvodstva glinozema iz boksitov Kazahstana / A. I. Ibragimov, S. V. Budon. - Pavlodar : Dom pechati, 2010. - 304 p.
2 Borger, V. V. Pererabotka boksitovyh resursov I othodov glinozemnogo proizvodstva / V. V. Borger // Materialy mezhdunarodnoi nauchno-practicheskoi konferencii «Metallurgia Priirtyshya v realizacii programy forsirovannogo industrialno-innovacionnogo razvitia «Kazahstan - 2020» (27 aprelya 2011 goda). - Pavlodar, 2011. - P. 23-31.
3 Ivanov, A. I. Kompleksnaya pererabotka boksitov / А. I. Ivanov, G. N. Kozhevnikov, F. G. Sitdikov, L. P. Ivanova. - Ekaterinburg : Ur.RAN, 2003. -180 p.
4 Bykov, P. O. Aktualnost povyshenia kompleksnosti pererabotki boksitov Kazahstana / P. О. Bykov, Z. B. Karshygina, М. М. Suindikov, Е. U. Liholobov // Trudy Mezhdunarodnoy nauchnoi konferencii «Nauka i obrazovanie - veduschii factor strategii «Kazahstan - 2030». - Karaganda : KarGTU, 2010. - P. 45-48.
5 Ambarnikova, G. A. Aktualnye problem proizvodstva glinozema // Materialy mezhdunarodnoi nauchno-practicheskoi konferencii «Metallurgia Priirtyshya v realizacii programy forsirovannogo industrialno-innovacionnogo razvitia «Kazahstan - 2020» (27 aprelya 2011 goda). - Pavlodar, 2011. - P. 18-23.
6 Recomendacii po primeneniu boksitovyh shlamov glinozemnogo proizvodstva v betonah i stroitelnyh rastvorah. - Moscow : NIIZhB Gosstroya SSSR, 1990. - 28 p.
7 Akishaev, K., Bykov, P., Shoshay, Zh., Tulegulov, A., Yergaliyev, D. Mathematical formulation and the problem solution of clustering recipes of concrete mixtures using technogenic waste and slags of metallurgical enterprises // Metalurgija 61 (2022) 1. - P. 213-216.
8 Aryngazin, K. Sh., Bogomolov, A. V., Tleulessov, A. K. Innovational construction materials of LLP «EcostroyNII-PV» production // Defect and Diffusion Forum, 2021, 410 DDF. - P. 806-811.
9 Арынгазин, К. Ш., Ларичкин, В. В., Алдунгарова, А. К. Инновационное использование твёрдых техногенных отходов предприятий теплоэнергетикии
металлургии Павлодарской области в производстве строительных материалов // Наука и техника Казахстана. - 2016. - № 3-4. - С. 34-39.
10 Patent na izobretenie № 34714 «Betonnaya smes» / Bykov Bogomolov A. V., Akishev K. M., Asainova D. K. - zayavl. 01.08.2019; opubl. 20.11.2020, bul. №46. - 3 s.
11 Aryngazin, K. Sh., Aldungarova, A. K., Tleulesov, A. K., Bykov, P. O., Bogomolov, A.V., Larichkin, V. V., Shamenov, А. А. Ispolzovanie tehnogennyh othodov v proizvodstve stroitelnyh materialov // Stroitelstvo : Novye tehnologii - novoe oborudovanie, 2018. - № 12. - P. 48-53.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Ибрагимов, А. Т. Развитие технологии производства глинозема из бокситов Казахстана / А. Т. Ибрагимов, С. В. Будон. - Павлодар : Дом печати, 2010. - 304 с.
2 Боргер, В. В. Переработка бокситовых ресурсов и отходов глиноземного производства / В. В. Боргер // Материалы международной научно-практической конференции «Металлургия Прииртышья в реализации программы форсированного индустриально-инновационного развития «Казахстан - 2020» (27 апреля 2011 года). Павлодар, 2011. - С. 23-31.
3 Иванов, А. И. Комплексная переработка бокситов / А. И. Иванов, Г. Н. Кожевников, Ф. Г. Ситдиков, Л. П. Иванова. - Екатеринбург : Ур.РАН, 2003. - 180 с.
4 Быков, П. О. Актуальность повышения комплексности переработки бокситов Казахстана / П. О. Быков, З. Б. Каршигина, М. М. Суюндиков, Е. Ю. Лихолобов // Труды Международной научной конференции «Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан - 2030». - Караганда : КарГТУ, 2010. - С. 45-48.
5 Амбарникова, Г. А. Актуальные проблемы производства глинозема / Г. А. Амбарникова // Материалы международной научно-практической конференции «Металлургия Прииртышья в реализации программы форсированного индустриально-инновационного развития «Казахстан - 2020» (27 апреля 2011 года). - Павлодар, 2011. - С. 18-23.
6 Рекомендации по применению бокситовых шламов глиноземного производства в бетонах и строительных растворах. - М. : НИИЖБ Госстроя СССР, 1990. - 28 с.
7 Akishaev, K., Bykov, P., Shoshay, Zh., Tulegulov, A., Yergaliyev, D. Mathematical formulation and the problem solution of clustering recipes of concrete mixtures using technogenic waste and slags of metallurgical enterprises // Metalurgija 61 (2022) 1. - P. 213-216.
8 Aryngazin, K. Sh., Bogomolov, A. V., Tleulessov, A. K. Innovational construction materials of LLP «EcostroyNII-PV» production // Defect and Diffusion Forum, 2021, 410 DDF. - P. 806-811.
9 Арынгазин, К. Ш., Ларичкин, В. В., Алдунгарова, А. К. Инновационное использование твёрдых техногенных отходов предприятий теплоэнергетикии
металлургии Павлодарской области в производстве строительных материалов // Наука и техника Казахстана. - 2016. - № 3-4. - С. 34-39.
10 Патент на изобретение № 34714 «Бетонная смесь» / Арынгазин К. Ш., Тлеулесов А. К., Алдунгарова А. К., Быков П. О., Богомолов А. В., Акишев К. М., Асаинова Д. К. - заявл. 01.08.2019; опубл. 20.11.2020, бюл. № 46. - 3 с.
11 Арынгазин, К. Ш., Алдунгарова, А .К., Тлеулесов, А. К., Быков, П. О., Богомолов А. В., Ларичкин, В. В., Шаменов, А. А. Использование техногенных отходов в производстве строительных материалов // Строительство : Новые технологии - новое оборудование. - 2018. - № 12. - С. 48-53.
Material received on 06.06.22.
*В. В. Ларичкин
Новосибирск мемлекетлк техникальщ университет^ Ресей Федерациясы, Новосибирск к. Материал 06.06.22 баспаFа тYстi.
ГЛИНОЗЕМ еНДЩСШЩ YЙIНДI ШЛАМДАРЫН ЗЕРТТЕУ
Жумыста цурылыс буйымдарын eHdipy ушт «Казацстан алюминий» АК жылу электр станцияларыныц глинозем eHdipiciHщ yrnHdi шламдары мен кул-цожын цайта вцдеуге тарту мумктдг зерттелген.
Казацстан Республикасында глинозем B^ipc «Казацстан алюминийi» АЦ-да шогырланган жэне кэсторын цурылымына третт Павлодар ЖЭО-1 пайда болатын yrn^i шламдары мен кул-цож цалдыцтарыныц квп мвлшерiмен сипатталады.
Жумыста 25-45 % шегтде глинозем вндiрiciнiц шламдарынан туратын бетон цоспаларын, 31-45 % шегтде жылу электр станцияларыныц кул — цожын, 5-15 % шегтде эк, 10-23 % су алу бойынша зерттеулер жург1зшдь
Бетондар цурамындагы yrn^i шламы аралас Тутцыр жэне гидравликалыц белcендi толтыргыш компонентШц рвлт атцарды, кул шлак аралас тутцырдыц цурамындагы минералды алюминосиликатты цоспалардыц рвлi, эк аралас тутцырдыц цатаю активаторларыныц рвлi.
Жyргiзiлген эксперименттт зерттеулер барысында ец жогары бержтж кврcеткiштерi 28,5 МПа децгейнде жэне цоспалардыц жогарыда аталган нусцаларыныц аязга твзiмдiлiгiнiц салыстырмалы жогары кврcеткiштерi бар (20 циклга дешн) № 1 цоспаныц цурамында глинозем вндiрiciнiц yrn^i шламыныц 25 %-ы, ЖЭО кул шлагыныц 38% - ы, cвндiрiлмеген эктщ 15 %-ы жэне судыц 22 %-ы бар екендг аныцталды.
Кiлттi свздер: металлургия, yrn^i шламы, глинозем, рециклинг, цурылыс. *В. В. Ларичкин
Новосибирский государственный технический университет, Российская Федерация, г. Новосибирск. Материал поступил в реакцию 06.06.22.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОТВАЛЬНЫХ ШЛАМОВ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В работе исследована возможность вовлечения в переработку отвальных шламов глиноземного производства и золошлака тепловых электростанций АО «Алюминий Казахстана» для производства строительных изделий.
Производство глинозема в Республике Казахстан сосредоточено в АО «Алюминий Казахстана» и характеризуется большим количеством образующихся отвальных шламов и золошклаков Павлодарской ТЭЦ-1, входящей в структуру предприятия.
В работе проведены исследования по получению бетонных смесей, состоящих из шламов глиноземного производства в пределах 25—45 %, золошлака тепловых электростанций в пределах 31—45 %, извести в пределах 5-15 %, воды 10-23 %.
Отвальный шлам в составе бетонов выполнял роль компонента смешанного вяжущего и гидравлически активного наполнителя, золошлак роль минеральных алюмосиликатных добавок в составе смешанного вяжущего, известь роль активизаторов твердения смешанного вяжущего.
В ходе проведенных экспериментальных исследований установлено, что оптимальными свойствами с максимальными прочностными показателями на уровне 28,5 МПа и относительно высокими показателями морозостойскости (до 20 циклов) из вышеперечисленных вариантов смесей обладает смесь № 1, включающая 25 % отвального шлама глиноземного производства, 38 % золошлака ТЭЦ, 15 % негашенной извести и 22 % воды.
Ключевые слова: металлургия, отвальный шлам, глинозем, рециклинг, строительство.
