CC BY
5
_НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ / INORGANIC CHEMISTRY_
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.123.83
ВЛИЯНИЕ СТЕКЛОФАЗЫ ЗОЛ АНГРЕНСКОЙ ТЭЦ НА СВОЙСТВА ЗОЛОКЕРАМИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ
Научная статья
Сидикова Т.Д.1' *
1 ORCID : 0000-0001-8745-6710;
1 Ташкентский государственный транспортный университет, Ташкент, Узбекистан
* Корреспондирующий автор (taxira-dalievna[at]mail.ru)
Аннотация
Статья посвящена проблемам изучению влияния состава и содержания стеклофазы на свойства золокерамических материалов. Для исследования была использована зола Ангренской ТЭЦ с содержанием 30-35% стеклофазы.
При исследовании влияния состава и содержания стеклофазы золы на свойства золокерамических материалов установлено, что стеклофаза играет определяющую роль при форматировании эксплуатационных свойств материалов. В процессе обжига зологлиняных образцов стеклофазы зола интенсифицирует процессы спекания.
В результате исследования установлено значительное содержание стеклофазы в золе (60-65%), что обусловливает формирование плотной структуры золокерамических образцов.
Установлено, что количественное содержание стеклофазы преимущественно алюмосиликатного состава способствует формированию прочной структуры золокерамического материала, которая дополнительно упрочняется при кристаллизации в ней муллита, анортита, гематита.
Ключевые слова: стеклофаза, золокерамика, зола Ангренской ТЭЦ.
INFLUENCE OF ANGREN TPP GLASS PHASE ON THE PROPERTIES OF ASH-CERAMIC MATERIALS
Research article
Sidikova T.D.1' *
1 ORCID : 0000-0001-8745-6710;
1 Tashkent State Transport University, Tashkent, Uzbekistan
* Corresponding author (taxira-dalievna[at]mail.ru)
Abstract
The article is dedicated to the problems of studying the influence of the composition and content of glass phase on the properties of ash-ceramic materials. Ash from Angren TPP with the content of 30-35% glass phase in it was used for the research.
When examining the effect of glass phase composition and content on the properties of ash-ceramic materials, it was found that glass phase plays a decisive role in formatting the performance properties of the materials. In the process of firing of glass phase samples, ash intensifies sintering processes.
As a result of the study, a significant content of glass phase in the ash (60-65%) was established, which leads to the formation of a dense structure of ash-ceramic samples.
It was established that the quantitative content of glass phases of predominantly aluminosilicate composition contributes to the formation of a strong structure of ash-ceramic material, which is further strengthened by crystallization in it of mullite, anorthite, hematite.
Keywords: Glass phase, ash and ceramics, Angren TPP ash.
Введение
В золах ТЭЦ, используемых при производстве стеновых золокерамических материалов, одной из основных фаз является стекловидное вещество, образованное в процессе термического превращения минеральной (в основном глинистой) части топлива [1], [2]. Содержание стеклофазы в золах различно и связано с химико-минералогическим составом сжигаемых углей. Стеклофаза оказывает значительное влияние на процесс образования кристаллической фазы, которая обуславливает основные свойства готовых изделий [3], [4], [5]. В связи с этим, нами изучено влияние состава и содержание стеклофазы на свойства золокерамических материалов. Для исследования была использована зола Ангренской ТЭЦ с содержанием 30-35% стеклофазы.
Основная часть
Стеклофаза представляет собой рыхлую массу тонкодисперсных частиц, которую трудно изучать в общей массе золы. Поэтому была выделена стеклофаза в чистом виде по следующей методике.
Фракцию золы, в которой концентрировалась основная часть стеклофазы, выделяли методом отмучивания. Для этого готовили суспензию золы, и из нее отбирали фракцию 0,01-0,005 мм, в которой содержание стеклофазы составляло 65-70%. Затем выделенную фракцию взбалтывали в делительной воронке с раствором тяжелой жидкости (бромформ с диметилформамидом) с плотностью 2,2-2,4г/см3. После отстаивания легкую фракцию отфильтровывали, промывали вначале спиртовым раствором, а затем дистиллированной водой. В результате был получен концентрат с содержанием стеклофазы до 95%.
Выделенные стеклофазы и обожженные золокерамические образцы были изучены петрографическим, рентгенографическим и ИКС-методами анализа. Стеклофаза золошлаков Ангренской ТЭЦ в основном имеет алюмосиликатный состав и представлена сферическими стекловатыми частицами [6], [7]. Встречаются разновидности стекловатых частиц, окрашенных в желтый, светло-бурый цвета, которые отличаются от бесцветных частиц более высоким показателем светопреломления. Поверхность стекловатых окрашенных разновидностей чистая, контуры хорошо окантованы. Около 80% стеклофазы составляют частицы сферической формы, остальные - угловые обломки стекла, бесцветные пластинчатые частицы, на поверхности которых имеются вкрапления. Наблюдаются муллитированные участки стекла (рис.1) Показатель светопреломления у разновидностей стеклофазы колеблется от 1,47 до 1,68.
Отдельные разновидности стеклофазы изучить в общей пробе очень сложно. Поэтому стеклофазу разделили по степени выщелачивания в плавиковой кислоте.
Рисунок 1 - Стеклофаза золошлаков Ангренской ТЭЦ ( х 31000): а - общая проба; б - муллитизированный участок DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2022.123.83.1
Химическую устойчивость к агрессивным средам определяли методом потерь веса при кипячении в растворах 2н.№ОН и плавиковой кислоте разной концентрации (10,5 и 2,5%-ная) при различной продолжительности (от 10 до 90 мин.)
Установлено, что наиболее легко растворяются образцы с показателем светопреломления 1,47 - 1, 48 и 1,52 - 1,54, отнесенные к алюмосиликатному стеклу, обогащенному кремнеземом и оплавленными глинистыми частицами.
Отмечено, что окрашенные разновидности стекол более устойчивы к воздействию кислоты. Обработка стеклофазы в течение 20 минут 10%-ной ОТ приводит к растворению до 70% стеклофазы, 5%-ной до 48-55% и 2, 5%-ной - до25-30%. При дальнейшем увеличении продолжительности обработки стеклофазы 10%-ной ОТ до 60-80 минут растворяется 83-88% стеклофазы.
785
580 460|
840 550^30
1200 1000 800 600 400
частота, см"1
Рисунок 2 - ИК спектр стеклофазы Ангренской ТЭС DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2022.123.83.2
Петрографическое исследование проб, обработанных кислот, показало, что бесцветное алюмосиликатное стекло, преимущественно метокристоболитового и глинистого метокаолинитового составов, наиболее легко подвергается выщелачиванию. Его содержится до 55-60% от общего содержания стеклофазы. Количество железистого стекла магнетитового и гематитового составов составляет около10% от общей пробы. Остальные части стеклофазы представлены как желтый и бурый цвета с разновидностями стекла и показателем светопреломления 1,60-1,68, бесцветными разновидностями стекла с высоким показателем светопреломления (1,62-1,64), содержащего тонкодисперсные включения муллита (см. рис.1,б). Эти разновидности стекла являются стойкими к воздействию кислоты [8].
Сравнение ИК-спекторов золокерамических образцов (Рис.2), показывает, что с повышением продолжительности изотермической выдержки возрастает интенсивность полосы 785 см-1 а-кристобалита, и свидетельствует об интенсификации полиморфного перехода |3-кварца в а-кристобалит.
ИК-спекторы стеклофазы подтверждает, что при выщелачивании стеклофазы растворяется алюмосиликатное стекло метакристоболитового состава, для которого характерна полоса поглощения 790 см-1.
Отмечается, также, некоторое уменьшение содержания кварцевого стекла с характерными полосами поглощения 460, 690, 780, 1080 см-1 и увеличение интенсивности полос поглощения 550, 570, 740, 895 см-1, которые относятся к стеклу с включениями муллита.
Петрографический анализ также показал, что с увеличением продолжительности изотермической выдержки в обожженном материале возрастает количество стеклофазы, кристобалита и муллита.
При изучении влияния состава и содержания стеклофазы золы на свойства золокерамических материалов установлено, что стеклофаза играет определяющую роль при форматировании эксплуатационных свойств материалов [9], [10], [11]. В процессе обжига зологлиняных образцов, стеклофазы интенсифицируют процесс спекания.
Рентгенографические и петрографические исследования показали, что стеклофаза алюмосиликатного состава с участками, обогащенными кремнеземом и аморфизованными глинистыми агрегатами, является матрицей для кристаллизации кристаболита и муллита. В результате зонального выгорания остаточного углерода золы происходят превращения в стеклах гематитового и магнетитового составов, что приводит к более раннему оплавлению фаз, интенсифицирующему образованию муллита, анортита, полиморфные превращения кварца.
Значительное содержание стеклофазы в золе (60-65%) обусловливает формирование плотной структуры золокерамических образцов. При удалении из золы 30-70% стеклофазы (от ее общего содержания) замедляется процесс спекания и жидкая фаза образуется в меньшем количестве, поэтому ослабляется ее связующая роль, что приводит к резкому увеличению водопоглащения, снижению средней плотности и механической прочности образцов (от 20 до 8 МПа).
Таким образом, количественное содержание стеклофазы преимущественно алюмосиликатного состава способствует формированию прочной структуры золокерамического материала, которая дополнительно упрочняется при кристаллизации в ней муллита, анортита, гематита.
Методами петрографического, рентгенографического и ИК-спектроскопического анализа проведено комплексное исследование влияния состава и содержания стеклофазы золы на свойства золокерамических материалов. Физико-химическими превращениями в процессе обжига золокерамического материала установлено, что стеклофаза играет определяющую роль при форматировании эксплуатационных свойств материалов.
В процессе обжига зологлиняных образцов стеклофазы зола интенсифицирует процессы спекания.
А также стеклофаза выполняя роли цементирующего связующего, указанные кристаллические фазы фиксирует в образованной жидкой стекольной фазе, обеспечивая прочный каркас керамического материала. Жидкая стеклофаза уплотняет и упрочняет керамический материал и активно участвует в важном процессе фазообразования керамики.
Заключение
В результате исследования, усовершенствована методика получения композиционных материалов на основе твердых силикатных связующих, позволяя получать материалы с высокими, хорошо воспроизводимыми прочностными характеристиками.
Конфликт интересов
Не указан.
Рецензия
Все статьи проходят рецензирование. Но рецензент или автор статьи предпочли не публиковать рецензию к этой статье в открытом доступе. Рецензия может быть предоставлена компетентным органам по запросу.
Conflict of Interest
None declared.
Review
All articles are peer-reviewed. But the reviewer or the author of the article chose not to publish a review of this article in the public domain. The review can be provided to the competent authorities upon request.
Список литературы / References
1. Красный Б.Л. Летучая зола как техногенное сырье для получения огнеупорных и изоляционных керамических материалов / Б.Л. Красный, К.И. Иконников, Д.О. Лемешев и др. // Стекло и Керамика - 2021. - № 3
2. Сюй Г. Характеристики и применение летучей золы в качестве экологичного строительного материала: современный обзор / Г. Сюй, С. Ши // Ресурсы, консервация и переработка. - 2018. - № 136. - С. 95 - 109.
3. Буков Н.Н. Влияние механоактивации на процессы стеклообразования при получении пеностеклокристаллических материалов / Н.Н. Буков, А.С. Левашов, Р.В. Горохов и др. // Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: сб. докладов VIII Всероссийской научно-практической конференции. - Бийск: БТИ АлтГТУ, 2008. - С. 19-21.
4. Сидикова Т.Д. Строительные материалы из отходов производства / Т.Д. Сидикова //Современное строительство и архитектура. - 2016. - № 1(01). - С. 50-52.
5. Sidikova T.D. Crystallization and physicochemical properties of glasses based on industrial wastes / T.D. Sidikova // Glass and ceramics. - 1997. - № 3. - P. 29-30.
6. Сиражиддинов Н.А. Исследование свойств системы лёсс-золошлак-флотоотход с применением метода симплекс-решетчатого планирования эксперимента / Н.А. Сиражиддинов, Т.Д. Сидикова, А.П. Иркаходжаева // Стекло и Керамика. - 1995. - №7. - С.26-29.
7. Сидикова Т.Д. Производство строительной керамики из промышленных отходов / Т.Д. Сидикова // Современное строительство и архитектура. - 2019. - № 2(14).
8. Бабашов В.Г. К вопросу о кристаллизации муллита в керамическом композиционном материале / В.Г. Бабашов, В.Г. Максимов, Н.М. Варрик // Стекло и Керамика. - 2021. - № 12. - С. 9-14.
9. Stolboushkin A.Yu. Use of Coal-Mining and Processing Wastes in Production of Bricks and Fuel for Their Burning / A.Yu. Stolboushkin, A.I. Ivanov, O.A. Fomina // International Conference on Industrial Engineering. - 2016.
10. Wange P. Microstructure-property relationship in high strength MgO-Al2O3-SiO2-TiO2 glass-ceramics / P. Wange, T. Hoche, C. Russel // J. Non-Cryst. Solids. - 2002. - Vol. 298. - P. 137-145.
11. Bhasin S. Effect of pyrophyllite additions on sintering characteristics of fly ash based ceramic wall tiles / S. Bhasin, S.S. mritphale, N. Chandra // Brit. Ceram. Trans. - 2003. - № 102. - P. 83-86.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Krasnyj B.L. Letuchaja zola kak tehnogennoe syr'e dlja poluchenija ogneupornyh i izoljacionnyh keramicheskih materialov [Fly ash as an anthropogenic raw material for the production of refractory and insulating ceramic materials] / B.L. Krasnyj, K.I. Ikonnikov, D.O. Lemeshev [et al.] // Steklo i Keramika [Glass and Ceramics] - 2021. - № 3. [in Russian]
2. Sjuj G. Harakteristiki i primenenie letuchej zoly v kachestve jekologichnogo stroitel'nogo materiala: sovremennyj obzor [Characteristics and application of fly ash as an environmentally friendly building material: a modern overview] / G. Sjuj, S. Shi // Resursy, konservacija i pererabotka [Resources, conservation and recycling]. - 2018. - № 136. - P. 95 - 109. [in Russian]
3. Bukov N.N. Vlijanie mehanoaktivacii na processy stekloobrazovanija pri poluchenii penosteklokristallicheskih materialov [Influence of mechanoactivation on glass formation processes in the production of foam glass-crystalline materials] / N.N. Bukov, A.S. Levashov, R.V. Gorohov [et al.] // Tehnika i tehnologija proizvodstva teploizoljacionnyh materialov iz mineral'nogo syr'ja : sb. dokladov VIII Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Technique and technology of production of heat insulating materials from mineral raw materials: Proceedings of VIII All-Russian Scientific and Practical Conference]. - Biysk: BTI AltSTU, 2008. - P. 19-21. [in Russian]
4. Sidikova T.D. Stroitel'nye materialy iz othodov proizvodstva [Construction materials from industrial waste] / T.D. Sidikova // Sovremennoe stroitel'stvo i arhitektura [Modern Construction and Architecture]. - 2016. - № 1(01). - P. 50-52. [In Russian]
5. Sidikova T.D. Crystallization and physicochemical properties of glasses based on industrial wastes / T.D. Sidikova // Glass and ceramics. - 1997. - № 3. - P. 29-30.
6. Sirazhiddinov N.A. Issledovanie svojstv sistemy ljoss-zoloshlak-flotoothod s primeneniem metoda simpleks-reshetchatogo planirovanija jeksperimenta [Study of properties of ash-slag system using the simplex-shear method of
experiment planning] / N.A. Sirazhiddinov, T.D. Sidikova, A.P. Irkahodzhaeva // Steklo i Keramika [Glass and Ceramics]. -1995. - №7. - P.26-29. [in Russian]
7. Sidikova T.D. Proizvodstvo stroitel'noj keramiki iz promyshlennyh othodov [Production of construction ceramics from industrial waste] / T.D. Sidikova // Sovremennoe stroitel'stvo i arhitektura [Modern Construction and Architecture]. - 2019. -№ 2(14). [in Russian]
8. Babashov V.G. K voprosu o kristallizacii mullita v keramicheskom kompozicionnom materiale [On the crystallization of mullite in a ceramic composite material] / V.G. Babashov, V.G. Maksimov, N.M. Varrik // Steklo i Keramika [Glass and Ceramics]. - 2021. - № 12. - P. 9-14. [in Russian]
9. Stolboushkin A.Yu. Use of Coal-Mining and Processing Wastes in Production of Bricks and Fuel for Their Burning / A.Yu. Stolboushkin, A.I. Ivanov, O.A. Fomina // International Conference on Industrial Engineering. - 2016.
10. Wange P. Microstructure-property relationship in high strength MgO-Al2O3-SiO2-TiO2 glass-ceramics / P. Wange, T. Hoche, C. Russel // J. Non-Cryst. Solids. - 2002. - Vol. 298. - P. 137-145.
11. Bhasin S. Effect of pyrophyllite additions on sintering characteristics of fly ash based ceramic wall tiles / S. Bhasin, S.S. mritphale, N. Chandra // Brit. Ceram. Trans. - 2003. - № 102. - P. 83-86.
