Научная статья на тему 'Оценка возможности использования золошлаковых отходов теплоэнергетики при производстве гранулированного пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок'

Оценка возможности использования золошлаковых отходов теплоэнергетики при производстве гранулированного пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
967
212
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗОЛОШЛАКОВЫЕ ОТХОДЫ ТЭС / ЗАПОЛНИТЕЛЬ / ШЛАК / ЗОЛА УНОСА / ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ / ЗОЛОШЛАКОВАЯ СМЕСЬ / РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ / ASH AND SLAG WASTES TPP / AGGREGATE / SLAG / FLY ASH / CHEMICAL COMPOSITION / ASH-SLAG MIXTURE / X-RAY PHASE ANALYSIS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Косарев Андрей Сергеевич, Смолий Виктория Александровна, Скориков Александр Валентинович

Представлены результаты лабораторных исследований золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС: золы уноса, шлака и золошлаковой смеси из золошлакоотвала. Цель исследований оценка соответствия химического и фазового состава, а также радиационной безопасности золошлаковых отходов, образующихся на Новочеркасской ГРЭС (Ростовская обл.), требованиям ГОСТ Р 57789 и ГОСТ 30108, анализ возможности их использования в качестве сырья для производства гранулированного пористого заполнителя, применяемого при изготовлении легких бетонов по ГОСТ 25820 и силикатных бетонов по ГОСТ 25214. Приводятся фотографии внешнего вида и микроструктуры золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС (золы уноса, шлака и золошлаковой смеси), результаты количественного химического анализа, рентгенофазового, дифференциально-термического и термогравиметрического анализов, измеренные значения удельной эффективной активности естественных радионуклидов в отходах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Косарев Андрей Сергеевич, Смолий Виктория Александровна, Скориков Александр Валентинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Assessment of the possibility of using ash and slag wastes of heat power engineering in the production of granular porous aggregate for concrete and heat-insulating filling material

The article presents the results of laboratory research of ash and slag wastes of the Novocherkassk TPP: fly ash, slag and ash-slag mixture. The purpose of the research is to assess the compliance of the chemical and phase composition, the radiation safety of ash and slag wastes generated at Novocherkasskaya TPP (Rostov Region), the requirements of GOST R 57789 and GOST 30108, the analysis of their use as raw materials for the production of granular porous aggregate used in the manufacture of light concrete according to GOST 25820 and silicate concrete according to GOST 25214. The article presents the photos the appearance and microstructure of the ash and slag wastes of the Novocherkassk TPP (fly ash, slag and ash-slag mixture), the results of quantitative chemical analysis, X-ray phase, differential thermal and thermogravimetric analyzes, and the measured effective specific activity of natural radionuclides in wastes.

Текст научной работы на тему «Оценка возможности использования золошлаковых отходов теплоэнергетики при производстве гранулированного пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок»

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 4

УДК 620.9:502.171 DOI: 10.17213/0321-2653-2018-4-111-117

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ЗАСЫПОК *

© 2018 г. А.С. Косарев, В.А. Смолий, А.В. Скориков

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Новочеркасск, Россия

ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF USING ASH AND SLAG WASTES OF HEAT POWER ENGINEERING IN THE PRODUCTION OF GRANULAR POROUS AGGREGATE FOR CONCRETE AND HEAT-INSULATING FILLING MATERIAL

A.S. Kosarev, V.A. Smoliy, A. V. Skorikov

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia

Косарев Андрей Сергеевич - мл. науч. сотр., НИИ Электро- Kosarev Andrey Sergeevich - Junior Researcher Scientist of the

механики, Южно-Российский государственный политехни- Scientific Research Institute of Electromechanics, Platov South-

ческий университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Ново- Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk,

черкасск, Россия. E-mail: nauka.urgtu@yandex.ru Russia. E-mail: nauka.urgtu@yandex.ru

Смолий Виктория Александровна - канд. техн. наук, доцент, Smoliy Victoria Aleksandrovna - Candidate of Technical

кафедра «Общая химия и технология силикатных материа- Sciences, Assistant Professor, Department «General Chemistry

лов», Южно-Российский государственный политехнический and Technology of Silicate Materials», Platov South-Russian

университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.

Россия. E-mail: vikk-toria@yandex.ru E-mail: vikk-toria@yandex.ru

Скориков Александр Валентинович - д-р техн. наук, профессор, Skorikov Alexandr Valentinovich - Doctor of Technical Sciences,

кафедра «Технология машиностроения», Южно-Российский Professor, Department «Technology of mechanical engineering»,

государственный политехнический университет (НПИ) Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI),

имени М.И. Платова. E-mail: tm.mf2015@yandex.ru Novocherkassk, Russia. E-mail: tm.mf2015@yandex.ru

Представлены результаты лабораторных исследований золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС: золы уноса, шлака и золошлаковой смеси из золошлакоотвала. Цель исследований - оценка соответствия химического и фазового состава, а также радиационной безопасности золошлаковых отходов, образующихся на Новочеркасской ГРЭС (Ростовская обл.), требованиям ГОСТ Р 57789 и ГОСТ 30108, анализ возможности их использования в качестве сырья для производства гранулированного пористого заполнителя, применяемого при изготовлении легких бетонов по ГОСТ 25820 и силикатных бетонов по ГОСТ 25214. Приводятся фотографии внешнего вида и микроструктуры золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС (золы уноса, шлака и золошлаковой смеси), результаты количественного химического анализа, рентгенофазового, дифференциально-термического и термогравиметрического анализов, измеренные значения удельной эффективной активности естественных радионуклидов в отходах.

Ключевые слова: золошлаковые отходы ТЭС; заполнитель; шлак; зола уноса; химический состав; золошлаковая смесь; рентгенофазовый анализ.

*

Работа выполняется в ЮРГПУ(НПИ) в рамках стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам на 2018-2020 годы, № СП-1106.2018.1 (Косарев А.С.), тема: «Разработка технологии производства эффективного энергосберегающего гранулированного пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок».

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 4

The article presents the results of laboratory research of ash and slag wastes of the Novocherkassk TPP: fly ash, slag and ash-slag mixture. The purpose of the research is to assess the compliance of the chemical and phase composition, the radiation safety of ash and slag wastes generated at Novocherkasskaya TPP (Rostov Region), the requirements of GOST R 57789 and GOST 30108, the analysis of their use as raw materials for the production of granular porous aggregate used in the manufacture of light concrete according to GOST 25820 and silicate concrete according to GOST 25214. The article presents the photos the appearance and microstructure of the ash and slag wastes of the Novocherkassk TPP (fly ash, slag and ash-slag mixture), the results of quantitative chemical analysis, X-ray phase, differential thermal and thermogravimetric analyzes, and the measured effective specific activity of natural radionuclides in wastes.

Keywords: ash and slag wastes TPP; aggregate; slag; fly ash; chemical composition; ash-slag mixture; X-ray phase analysis.

В настоящее время во всех федеральных округах РФ наблюдается устойчивой рост накопления золошлаковых отходов (ЗШО) в зо-лошлакоотвалах угольных электростанций: ежегодное образование ЗШО в России - более 30 млн тонн, объем накопленных ЗШО в отвалах - более 1,1 млрд тонн (238 секций золошлакоотвалов общей площадью более 28 тысяч гектаров), при этом объемы утилизации и вторичного использования данных видов отходов в России находятся на уровне около 13 - 15 % ежегодного выхода [1]. Сохранение данной тенденции в области образования, использования и хранения ЗШО грозит серьезными экологическими проблемами и ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу, также представляет реальную угрозу здоровью современных и будущих поколений страны. С учетом предполагаемого роста угольной генерации к 2030 г. (в 1,5 раза по сравнению с уровнем 2010 г.) ожидается, что ежегодный выход ЗШО на угольных ТЭС России составит не менее 35 млн тонн, как следствие, объем накопленных ЗШО к 2020 г. может превысить 1,3 млрд тонн, а к 2030 г. - 1,5 млрд тонн.

В мировой практике существует положительный опыт применения ЗШО. В 2010 г. на угольных электростанциях Европейского Союза было выработано более 36 млн тонн ЗШО, из которых более 50 % использовано при рекульти-вационных и ландшафтных работах, 40 % - как сырье для производства строительных материалов; 3,5 % - в дорожном строительстве и лишь 6,5 % отправлено в отвалы [2]. Передовыми странами в вопросе использования ЗШО являются: Китай, Индия, Германия, Польша, Япония. В Китае в 2012 г. выработано 489 млн тонн ЗШО, из которых 30 % использовано при производстве строительных материалов - цемент, бетон, газобетон и т.п.; 14 % в дорожном строительстве, 10 % в сельском хозяйстве и 10 % в рекультивационных и ландшафтных проектах [2]. В Индии, где уголь

доминирует в топливном балансе страны, с 1991 г. начато широкомасштабное внедрение практики полезного использования ЗШО. Вследствие этого использование золы уноса выросло до 100 млн тонн в 2011 г. (по сравнению с 1 млн тонн в 1994 г.). Правительством Индии сформулирована амбициозная цель - обеспечить 100 %-е полезное применение ЗШО текущего выхода начиная, с 2025 г. [2].

В России ситуация с утилизацией и рецик-лингом ЗШО отличается кардинально. Известно более 300 технологий утилизации и переработки ЗШО, однако масштабного промышленного внедрения данных технологий не произошло [1]. Из наиболее крупных примеров использования золы-уноса в России можно отметить: Рефтин-ский завод газозолобетонных изделий (ООО «ПСО "Теплит"»), которое было организовано в 1989 г. как непрофильное подразделение Рефтинской ГРЭС с целью переработки золы уноса, мощность завода - 145 тыс. м3 твинт-блоков (ячеистого бетона) в год. В 2002 г. завод был выделен в самостоятельное предприятие и вошел в состав НП УС «Атомстройкомплекс». ЗШО используются в качестве кремнеземистого компонента при производстве газозолобетонных блоков автоклавного твердения. Более 40 лет зола уноса и золошлаковая смесь из золоотвала ТЭЦ-1 г. Ангарска успешно поставляется ЗАО «Иркутскзолопродукт» для производства цемента на АО «Ангарскцемент», мощность завода составляет 1 млн 211 тыс. тонн цемента в год. ООО «ЭКО-Золопродукт» с создания в 2008 г. прошло путь от небольшой фирмы, реализующей золу и золошлаковую смесь региональным потребителям, до одного из основных операторов рынка Центрального, Южного и Уральского регионов с объемом реализации около 200 тыс. тонн золошлаковых продуктов в год.

Образующиеся на предприятиях теплоэнергетики Ростовской области золошлаковые отходы размещаются на золошлакоотвалах общей площадью более 250 га, на которых

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 4

размещено более 40 млн тонн отходов. Наибольший вклад в образование ЗШО в Ростовской области вносит Новочеркасская ГРЭС.

Новочеркасская ГРЭС расположена в микрорайоне Донской города Новочеркасска Ростовской области Южного федерального округа. Входит в состав ПАО «ОГК-2». В качестве основных видов топлива на электростанции используются уголь марки АШ (антрацитовый штыб) Донецкого угольного бассейна (шахты Садкинская, Шерловская-Наклонная, Обухов-ская-Западная), кузнецкий уголь и природный газ. Резервное топливо - газ, мазут; растопочное топливо - газ, мазут; система транспортирования золы и шлака на золоотвал - гидравлическая. Технико-экономические показатели Новочеркасской ГРЭС: установленная электрическая мощность 2258 МВт, тепловая - 60 Гкал/ч; количество энергоблоков - 8; количество и марка турбин: 2 х К-264(3 00)-240-2, 3хК-270(300)-240-2, 1хК-290(310)-23,5-3, 1хК-300(325)-23,5-2, 1хК-330-23.5. Объем накопленных золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС - более 40 млн тонн, ежегодно образуется более 800 тыс. тонн - более 10 % от объема ежегодно образующихся в Ростовской области промышленных отходов. При этом на предприятиях стройиндустрии в качестве вторичных ресурсов используется лишь незначительная часть (10 - 15 %) ЗШО.

Для проведения исследований химического и фазового состава золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС был произведен отбор проб согласно методике, указанной в ГОСТ Р 57789-2017 [3]. Фотографии микроструктуры ЗШО получены с помощью сканирующего электронного микроскопа Quanta 200. Количественный химический анализ проводили в региональном лабораторном центре АО «Южгеология». Фазовый состав определяли методом рентгено-фазового анализа на порошковом рентгеновском дифрактометре ARL X'TRA (Швейцария) с моно-

хроматизированным СиКа-излучением методом рис. j. зола Новочеркасской ГРЭС

сканирования по точкам (шаг - 0,02°, время / Fig. 1. Ash of Novocherkasskaya TPP

Таблица 1 / Table 1

Химический состав золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС / Chemical composition of ash and slag

wastes of Novocherkasskaya TPP

накопления в точке - 1 с) в интервале 20 от 0 до 90°. Дифференциально-термический и термогравиметрический анализ выполнен на деривато-графе Netzsch STA 449 С Jupiter, производства NETZSCH-Gerätebau GmbH (Германия). Идентификацию дериватограмм проводили с использованием картотеки PDF-2 [4] в программном комплексе Crystallographica. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов проводилось с помощью спектрометрической установки МКС-01А «МУЛЬТИРАД».

Золошлаковые отходы образуются в результате термохимических превращений неорганической части твердых топлив и различаются по химическому, гранулометрическому и минералогическому составу, физическим свойствам в зависимости от вида твердого топлива и его месторождения, а также от технологии его сжигания на ТЭС [5, 6]. ЗШО большинства видов топлива на 98 - 99 % [5] состоят из свободных и связанных в химические соединения оксидов кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия, натрия, титана, серы (табл. 1).

Зола уноса (зола) [3] (табл. 1, рис. 1) - тонкодисперсный материал с размером частиц менее 0,315 мм (основную фракцию составляют частицы с размером 0,08 мм), образующийся из минеральной части твердого топлива, сжигаемого в пылевидном состоянии, и улавливаемый золоулавливающими устройствами из дымовых газов тепловых электростанций.

Вид отходов Химический состав, % по массе

SiO2 AkO3 Fе2Oз+ FeO СаО MgO SO3 TiO2 K2O Na2O P2O5 MnO 111111 S

Зола 44,64 24,7 9,9 2,35 1,5 0,58 0,97 3,77 0,97 0,14 0,05 10,4 99,97

Шлак 57,07 16,8 10,38 3,53 1,9 0,14 0,93 4,54 2,56 0,14 0,1 1,4 99,49

ЗШС* 44,15 21,32 14,24 2,76 1,14 1,12 0,64 3,96 0,98 0,11 0,05 9,36 99,83

Примечание: * золошлаковая смесь

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 4

Шлак [3] (табл. 1, рис. 2) - грубодисперсный материал с размером зерен от 0,315 мм до 40 мм, образующийся из минеральной части твердого топлива, агрегирующийся в нижней части топочного пространства тепловых агрегатов и удаляемый в жидком, кусковом или частично порошкообразном состоянии. В отличие от золы уноса, шлак образуется при более высоких температурах (1300 - 1700 °С), практически не содержит механического недожога (несгоревших угольных частиц) и характеризуется большей однородностью, содержание стекловидной фазы составляет 85 - 98 % [6]. При пылевидном сжигании твердых топлив на ТЭС шлаки составляют 10 - 25 % от массы образуемых золошлаковых отходов.

Рис. 2. Шлак Новочеркасской ГРЭС / Fig. 2. Slag of Novocherkasskaya TPP

При совместном удалении гидро- или пневмотранспортом на золошлакоотвал золы уноса и шлака образуется третий вид отходов -золошлаковая смесь.

Золошлаковая смесь (ЗШС) [3] (табл. 1, рис. 3) - полидисперсная смесь из золы и шлака, образующаяся при их совместном складировании на тепловых электростанциях. Зольная составляющая: частицы золы и шлака размером менее 0,315 мм. В зависимости от свойств золы и золошлаковой смеси количество зольной составляющей в шихте может находиться в пределах от 20 до 70 % [3, 6].

Рис. 3. Золошлаковая смесь из золошлакоотвала Новочеркасской ГРЭС / Fig. 3. Slag of Novocherkasskaya TPP

Цель исследования - оценка возможности использования золошлаковых отходов (золы уноса, шлака и золошлаковой смеси) Новочеркасской ГРЭС в качестве сырья для производства искусственного пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок в соответствии с требованиями ГОСТ Р 57789-2017 [3].

Золы, шлаки и золошлаковые смеси, применяемые в качестве сырья для производства искусственных пористых заполнителей, должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 57789-2017 [3]. Содержание основных химических составляющих в ЗШО должно находиться в следующих пределах, % по массе [3]: диоксид кремния (8Ю2) - не более 70; свободный диоксид кремния ^Ю2св) - не более 30; оксид алюминия (АЬОз) - от 10 до 20; диоксид титана (ТЮ2) - от 0,5 до 1,5; сумма оксидов железа ^е2Оз + БеО) -от 2,5 до 10; оксид кальция (СаО) - не более 5; оксид магния (МgО) - не более 4; сумма оксидов натрия и калия (№20 + К2О) - от 2 до 6; сумма соединений серы в пересчете на S0з - не более 2, в том числе сульфидной серы - не более 1; остатки несгоревшего топлива (частицы углерода) - не более 15 % для производства зольного аглопорита. Допускается использование ЗШО с содержанием А1 2О3 более 20 % для заполнителей специального назначения - жаростойких, высокопрочных.

В результате количественного химического анализа ЗШО Новочеркасской ГРЭС (см. табл. 1) установлено, что: высокое содержание оксида кремния Si02 (в золе - 44,64, в шлаке - 57,07, в ЗШС - 44,15 % по массе) обусловливает более легкий переход данных материалов в стеклообразное состояние при высокотемпературной термообработке; высокое содержание оксида алюминия АЬОз (в золе - 24,7, в шлаке - 16,8, в ЗШС

- 21,32 % по массе) повышает температуру размягчения и плавления ЗШО, однако наличие в составе легкоплавких компонентов, таких как оксиды железа Fe2Oз и БеО (в золе - 9,9, в шлаке

- 10,38, в ЗШС - 14,24 % по массе) и оксиды щелочных металлов К2О и N20 (в золе - 4,74, в шлаке - 7,1, в ЗШС - 4,94 % по массе) будет способствовать снижению данного негативного эффекта.

Как видно из рис. 4, а и табл. 2 фазовый состав золошлаковой смеси представлен преимущественно фазами кварца ^Ю2), ортоклаза (АЬОз К2О 68Ю2), гематита (а-Бе2Оз) и незначительным количеством пирита (Бе82). Основной кристаллической фазой является кремнезём

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 4

(SiO2) низкой степени кристалличности [4, 7]. Высокий фон на рентгенограмме свидетельствует о наличии значительного количества стеклофазы [7].

Таблица 2 / Table 2 Результаты идентификации кристаллических фаз золошлаковой смеси из золошлакоотвала Новочеркасской ГРЭС / Results of identification of crystalline phases of ash-slag mixture from the dump of Novocherkasskaya TPP

Образец ЗШС (автоматическая идентификация линий на рис. 4, а) Эталонные образцы [4, 7]

AI2O3 K2O 6SÍO2 SÍO2 FeS2 Fe2O3

4,2433 4,25 4,245 - -

3,3492 3,33 3,337 - -

2,6958 - - - 2,6995

2,5326 2,53 - - -

2,5148 2,53 - - 2,5176

2,4623 2,47 2,451 2,46 -

1,8165 1,82 1,815 1,82 -

1,6069 - 1,605 - 1,6028

1,4506 1,45 1,451 - -

Фазовый состав шлака (рис. 4, б) представлен рентгеноаморфной фазой с интенсивным гало в интервале углов съемки 2© от 18 до 35 градусов. Кристаллические образования отсутствуют [7].

Ё? ^ К

280 240 200

i е 160

и Ъ |§ 120

§ 80

к

^ 40

i.......... 4 2433

2,5148

щ 2,695 8 1 2,2810 1,8165 ,1284 З0452 1,6069 1,4506

0 10

20

30

40

50

60

!» Я

160 140

120

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

I 8 100 IÍ 80

60 40

Рис. 4. Рентгенограммы золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС: а - золошлаковая смесь; б - шлак / Fig. 4. Sciagram of ash and slag wastes of Novocherkasskaya TPP: a - ash and slag mixture; б - slag

Как видно из рис. 5, а, термограмма золошлаковой смеси из золоотвала Новочеркасской ГРЭС характеризуется экзотермическими

эффектами с двумя пиками при температурах 653 и 755,2 °С. Высокотемпературный пик 755,2 °С на термограмме свидетельствует о наличии в ЗШС остатка несгоревшего твердого топлива (частиц углерода) с незначительной примесью пирита и маггемита (переход альфа Ре20з в гамма Ре20з -650 - 680 °С) [7], присутствие которых подтверждается данными рентгенофазового анализа (рис. 4, а и табл. 2). Экзотермический эффект сопровождается потерей массы образца на 12,18 % (рис. 5, а) за счет выгорания остатков несгоревшего топлива (частиц углерода).

ТГ,% 100 98 96 94 92

90 88

ТГ,% 101 100 99 98 97 96 95

Пик: 755,2 °С

ДСК, мВт/мг 8

70

94

100 200 300 400 500 600 700 800 900 Температура, °С

б

Рис. 5. Дериватограммы золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС: а - золошлаковой смеси; б - шлака / Fig. 5. Thermogram of ash and slag wastes of Novocherkasskaya TPP: a - ash-slag mixture; б - slag

В результате рентгенофазового и дифференциально-термического исследований установлено, что шлак Новочеркасской ГРЭС представлен рентгеноаморфной стеклофазой и характеризуется повышенным фоном рентгенограммы, обусловленным примесями гидроксидов железа (рис. 4, б). Термограмма шлака Новочеркасской ГРЭС (рис. 5, б) характеризуется наличием на фоне растянутого и относительно пологого экзотермического эффекта (от 100 до 1000 °С) с интенсивностью 3,75 мВт/мг наличием трех дополнительных остроконечных экзотермических пиков при температурах 680,1, 698,9 и 730 °С и одним слабо выраженным эндотермическим пиком с максимумом - 906,2 °С. Экзоэффекты

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 4

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 4

связаны со структурными трансформациями оксидов железа. Характер термограммы аналогичен вулканическому стеклу кислого состава -обсидиану, в котором присутствуют минералы из группы эпидота-цоизита (эндотермический пик 900 - 1100 °С) [7].

Согласно требованиям ГОСТ Р 57789-2017 [3] удельная эффективная активность естественных радионуклидов (Аэфф) (1) золы, шлаков и золошлаковых смесей не должна превышать 370 Бк/кг. В ЗШО из девяти радиоактивных элементов, известных в природе, и 15 элементов, имеющих долгоживущие радиоактивные изотопы, основными источниками радиоактивного излучения являются торий (232ТЬ), радий (226Иа) и продукты их распада, а также калий (40К) [8]. Активность других элементов в 103...1017 раз ниже активности тория, радия и калия [9].

Суммарная удельная активность естественных радионуклидов Аэфф в ЗШО, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека, согласно ГОСТ 30108-94 [8] определяется по формуле

Аэфф = Лка + 1,31Лть + 0,085Лк , (1)

где Лъа, Ать, Ак - удельные активности радия, тория и калия, Бк/кг.

В результате радиологического анализа по ГОСТ 30108-94 [8] установлено, что исследованные образцы золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС относятся, согласно СанПиН 2.6.1.2523-09, к I классу строительных материалов (Аэфф < 370 Бк/кг) [10] и пригодны для любых видов строительства, удельная эффективная активность естественных радионуклидов (Аэфф) в образцах проб: золы - (326±40) Бк/кг, шлака -(323±37) Бк/кг и золошлаковой смеси из зо-лошлакаотвала - (324±28) Бк/кг.

На основании данных количественного химического анализа, дифференциально-термических, термогравиметрических, рентге-нофазовых и радиологических исследований проб золы уноса, шлака и золошлаковой смеси Новочеркасской ГРЭС можно заключить, что в ЗШО наблюдается незначительное отклонение от требований ГОСТ Р 57789-2017 [3]: в шлаке и золошлаковой смеси превышено содержание оксидов железа (Бе2Оз+БеО), а также в шлаке незначительно превышено суммарное содержание оксидов натрия и калия (Ка2О+К2О), однако в целом ЗШО Новочеркасской ГРЭС при условии корректировки состава шихты могут быть

использованы в качестве сырья для производства искусственных пористых заполнителей по ГОСТ Р 57789-2017 [3].

Золошлаковые отходы являются ценным сырьевым материалом, прошедшим первичную термическую обработку, они способны заменить природное сырье в производстве широкого спектра строительных силикатных материалов (вяжущих веществ, бетонов, пеностекла, искусственных заполнителей, силикатных строительных смесей, силикатного кирпича, пенобетона и других материалов). Получение на основе зо-лошлаковых отходов пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок (аналога гранулированного пеностекла) является одним из наиболее перспективных и экономически выгодных направлений использования ЗШО и позволит решить как задачу масштабной утилизации отходов, так и значительного удешевления сырьевой составляющей пеностекла [11].

Литература

1. Дворкин ЛИ., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности. Ростов н/Д.: Феникс, 2007. 368 с.

2. Alam J., Akhtar M. Fly ash utilization in different sectors in Indian scenario // International journal of emerging trends in Engineering and Development. 2011. № 1. P. 1 - 14.

3. ГОСТ Р 57789-2017. Золы, шлаки и золошлаковые смеси ТЭС для производства искусственных пористых заполнителей / Технические условия. М.: Стандартинформ, 2017. 7 c.

4. PDF-2.ThepowderdiffractionfileTM.International Center for Diffraction Data (ICDD) // PDF-2 Release 2012. URL: http://www.icdd.com/index.php/pdf-2/ (дата обращения: 24.07.2018).

5. Пантелеев В.Г., Ларина Э.А., Мелентьев В.А. [и др.]. Состав и свойства золы и шлака ТЭС. Л.: Энергоатомиз-дат. 1985. 288 с.

6. Компоненты зол и шлаков ТЭС / Л.Я. Кизильштейн, И.В. Дубов, А.Л. Шпицглуз, С.Г. Парада. М.: Энергоато-миздат. 1995. 176 с.

7. Термический анализ минералов и горных пород / М-во геологии СССР. Всесоюз. науч.-исслед. геол. ин-т «ВСЕГЕИ». Л.: Недра. 1974. 399 с.

8. ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов. М.: Изд-во стандартов, 2003. III, 7, [1] c.

9. Пугач Л.И. Энергетика и экология. Новосибирск: изд-во НГТУ, 2003. 504 с.

10. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99): СП 2.6.1.758-99. М.: Минздрав России, 1999. 115 с.

11. Смолий В.А., Косарев А.С., Яценко Е.А., Гольцман Б.М. Физико-химические особенности получения ячеистых стекломатериалов на основе стеклобоя и золошлаковых отходов теплоэнергетики // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2018. № 3. С. 112 - 118.

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 4

References

1. Dvorkin L.I., Dvorkin O.L. Stroitel'nyye materialy iz otkhodovpromyshlennosti [Building materials from industrial wastes]. Ros-tov-na-Donu: Feniks, 2007, 368 p.

2. Alam J., Akhtar M. Fly ash utilization in different sectors in Indian scenario. International journal of emerging trends in Engineering and Development, 201, no. 1, pp. 1 - 14.

3. GOST 57789-2017. Zoly, shlaki i zoloshlakovyye smesi TES dlya proizvodstva iskusstvennykh poristykh zapolniteley. Tekhnich-eskiye usloviya [Ash, slag and ash-slag mixtures of TPP for the production of artificial porous aggregates. Technical conditions]. Moscow: Standartinform, 2017, 7 p.

4. PDF-2.ThepowderdiffractionfileTM.International Center for Diffraction Data (ICDD) // PDF-2 Release 2012. URL: http://www.icdd.com/index.php/pdf-2/.

5. Panteleyev V.G., Larina E.A., Melent'yev V.A. at el. Sostav i svoystva zoly i shlaka TES [Composition and properties of ash and slag of thermal power plants]. Leningrad: Energoatomizdat, Leningrad otdeleniye, 1985, 288 p.

6. Kizilstein L.Ya., Dubov I.V., Spitsgluz A.L., Parada S.G. Komponenty zol i shlakov TES [Components of ash and slag of TPP]. Moscow: Energoatomizdat, 1995, 176 p.

7. Pugach L.I. Energetika i ekologiya [Energy and ecology]. Novosibirsk: Publ. NGTU, 2003, 504 p.

8. GOST 30108-94. Materialy i izdeliya stroitel'nyye. Opredeleniye udel'noy effektivnoy aktivnosti yestestvennykh radionuklidov [Materials and products for construction. Determination of the specific effective activity of natural radionuclides]. Moscow: Publ. standartov, 2003, 7 p.

9. Pugach L.I. Energetika i ekologiya [Energy and ecology]. Novosibirsk: Publ. NGTU, 2003, 504 p.

10. Normy radiatsionnoy bezopasnosti (NRB-99) [Norms of radiation safety (NRB-99)]: SP 2.6.1.758-99. Moscow: Minzdrav Ros-sii, 1999, 115 p.

11. Smoliy V.A., Kosarev A.S., Yatsenko E.A., Gol'tsman B.M. Formirovaniye struktury yacheistogo stekla na osnove zoloshla-kovykh otkhodov Novocherkasskoy GRES [Formation of the structure of cellular glass on the basis of ash and slag wastes of Novocherkasskaya TPP]. Glass and ceramics, 2018, no. 8, pp. 20 - 24. (In Russ.)

Поступила в редакцию /Received 09 октября 2018 г. / October 09, 2018

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.