Силикатный кирпич на основе зол и шлаков ТЭС

     Министерство  образования и науки, молодежи и спорта Украины

     Харьковский национальный университет строительства и архитектуры 

     Механико-технологический факультет

     Кафедра физико-химической механики и технологии

     строительных  материалов и изделий 
 

     Индивидуальное  задание

     по  учебной дисциплине: «Технология строительных материалов и изделий из отходов промышленности»

     на  тему: «Силикатный кирпич на основе зол и шлаков ТЭС» 
 
 
 
 
 
 

        Выполнила : студентка группы Т - 51

                        Котелевец И.С.                                 

                                           Проверила: Першина Л.А. 
 
 
 
 
 

     Харьков - 2011 г 

     Введение 

     Бережное  и рациональное использование природных  ресурсов в настоящее время приобретает  особое значение. Решение этой актуальной народнохозяйственной проблемы предполагает разработку эффективных безотходных  технологий за счет комплексного использования  сырья, что одновременно приводит и  к ликвидации огромного экологического ущерба, оказываемого «кладбищами» отходов. Само понятие «отходы производства и потребления» для многих материальных продуктов становится условным. Они  превращаются в ценное, порой даже дефицитное сырье.

     В то же время многие отходы промышленности и городского хозяйства, представляющие большой практический интерес, остаются недостаточно востребованными по разным причинам. В этом плане популяризация  возможных направлений применения отходов и достигаемого при этом эффекта имеет важное значение. В проблеме рациональной утилизации промышленных отходов в единый узел сплелись вопросы охраны окружающей среды и ресурсосбережения. Годовой экономический ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления оценивается на уровне 10% валового внутреннего продукта.

     Наиболее  рациональным направлением утилизации промышленных отходов является их использование  как техногенного сырья при получении  различного вида продукции и прежде всего строительного назначения.

     Так как строительство потребляет около  трети всей массы продукции материального  производства, материальные ресурсы  составляют более половины всех затрат на производство строительно-монтажных  работ. Решение проблемы ресурсосбережения в строительстве возможно при комплексном использовании технических, организационных, экономических факторов и ускорении научно-технического прогресса. 

     Важнейший резерв ресурсосбережения в строительстве  - это широкое использование вторичных материальных ресурсов, которыми являются отходы производства и потребления. Объем промышленных отходов увеличивается более высокими темпами, чем общественное производство, и имеет тенденцию к опережающему росту. Только на удаление их и складирование расходуется в среднем 8—10% стоимости основной производимой продукции.

     Использование промышленных отходов обеспечивает производство богатым источником дешевого и часто уже подготовленного  сырья; приводит к экономии капитальных  вложений, предназначенных для строительства  предприятий, добывающих и перерабатывающих сырье, и повышению уровня их рентабельности; высвобождению значительных площадей земельных угодий и снижению степени  загрязнение окружающей среды. Повышение  уровня использования промышленных отходов является важнейшей задачей  государственного значения.

     Одно  из наиболее перспективных направлений  утилизации промышленных отходов —  их использование в производстве строительных материалов, что позволяет  до 40% удовлетворить потребности  в сырье, этой важнейшей отрасли  промышленности. Применение отходов  промышленности позволяет на 10—30% снизить  затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством  их из природного сырья, экономия капитальных  вложений при этом составляет 35—50%.

     На  основе применения отходов промышленности возможно развитие производства не только традиционных, но и новых эффективных  строительных материалов. Новые материалы  обладают комплексом улучшенных технических  свойств и в то же время характеризуются  наименьшей ресурсоемкостью, как в  процессе производства, так и при  применении. 

     Одним из важнейших материальных ресурсов, необходимых для производства строительных материалов, является топливо. В последние  годы проблема повышения эффективности  использования топлива, его экономного расходования приобрела особую актуальность в связи с ростом его потребления  на технологические нужды, увеличением  затрат на его добычу.

     На  производство неметаллических строительных материалов и конструкций ежегодно расходуется около 50 млн т условного топлива. Для снижения расхода топлива применяют промышленные отходы. В ряде, случаев промышленные отходы можно рассматривать как полуфабрикаты, при получении которых уже затрачен определенный объем топлива. Так, при получении 1 кг металлургических шлаков расходуется более 1260 кДж теплоты, топливных зол и шлаков — 600— 840 кДж. Часть промышленных отходов может содержать значительное количество топливных остатков (например, в золе их содержится иногда до 20—30%).

     Масштабы  применения промышленных отходов в  производстве строительных материалов неуклонно увеличиваются. Некоторые виды отходов, как, например, доменные гранулированные шлаки, пользуются большим спросом в настоящее время и используются полностью. Передовые металлургические предприятия перешли практически на безотвальную работу.

     В Украине накоплен положительный опыт создания комбинированных производств. Это производства глинозема, содопродуктов и портландцемента на основе нефелиновых шламов и известняков, легированного чугуна и глиноземистого цемента и др.

     Развитие  и совершенствование производства строительных материалов, повышение  их экономической эффективности  на современном этапе в значительной степени будут определяться рациональностью  использования сырьевых ресурсов, полнотой вовлечения в производство отходов  различных отраслей промышленности. 

1. Анализ  отходов топливной  и энергетической промышленности

     К отходам топливно-энергетической промышленности относятся продукты, получаемые в  виде отходов при добыче, обогащении и сжигании твердого топлива. Эту  группу отходов разделяют по источнику  образования, виду топлива, числу пластичности минеральной части отходов, содержанию горючей части, зерновому составу, химико-минералогическому составу, степени плавкости, интервалу размягчения, степени вспучиваемое.

     Отходы  добычи и обогащения угля. Основными  видами твердого топлива являются каменные и бурые угли. При добыче и обогащении углей побочными продуктами служат шахтные и вскрышные породы, отходы углеобогащения.

     Шахтные отвальные породы наиболее часто  представлены аргиллитами, алевритами, песчаниками, известняками.

     Метаморфизированные аргиллиты, алевриты и песчаники обладают высокой плотностью и, как правило, трудно размокают в воде. Их можно отнести к малопластичному или непластичному глинистому сырью.

     Для применения в производстве строительных материалов наибольший интерес представляют отходы углеобогащения, характеризуемые  наименьшими колебаниями состава  и свойств. Содержание угля, не выделенного  в процессе обогащения, может достигать 20%. Отходы углеобогащения представлены обычно в виде кусков крупностью 8—80 мм.

     В соответствии с типовыми схемами  технологического процесса обогащения уголь из шахт после измельчения  подвергают гидравлической классификации  по крупности, затем обогащают методом  гравитации, выделяя концентрат, промышленный продукт и породу (отходы гравитационного  обогащения углей). При обезвоживании  концентрата выделяют шлам с размером зерен менее 1 мм, который направляют на флотацию. После флотационного  обогащения получают концентрат и отходы флотации (хвосты).

     В зависимости от способа получения  отходов и их класса по крупности  содержание угля, а соответственно химический состав и число пластичности изменяются в широких пределах. Наибольшее количество угля (10—30%) находится в  отходах флотации. В отходах гравитационного  обогащения класса 1—13 мм количество угля может достигать 15%, а в отходах  класса 13—150 мм — 4—7%. В отходах угледобычи содержание угля колеблется от 0 до 10%. Весьма важным ограничивающим фактором применения отходов обогащения углей  является наличие в них серы. Содержание ее, например, в породах центрального Донбасса достигает 3—4%.

     Влажность отходов зависит от способа их получения. Естественная влажность  аргиллитов 4—5%. Отходы флотации углей, добываемые из шламонакопителей, имеют влажность 25—30%.

     Продуктами  обжига пустых пород, сопутствующих  месторождениям каменных углей, являются горелые породы. Их разновидностями  являются глиежи — глинистые и глинисто-песчаные породы, обожженные в недрах земли при подземных пожарах в угольных пластах, и отвальные перегоревшие шахтные породы.

     Залежи  природных горелых пород широко распространены в различных регионах. Истинная плотность их составляет 2,4—2,7 г/см3, средняя плотность — 1300—2500 кг/м3, прочность на сжатие — 20—60 МПа. По основным физическим и химическим свойствам они близки к глинам, обожженным при 800—1000 °С. Химико-минералогический состав горелых пород разнообразен, однако общим для них является наличие активного глинозема  в виде радикалов дегидратированных глинистых минералов или в виде активных глинозема, кремнезема и железистых соединений. К горелым породам, наряду с природным сырьем, относятся и перегоревшие пустые шахтные породы, содержащие минимальное (менее 5%) количество углистых примесей и минеральную глинисто-песчаную часть, обожженную в той или иной степени.

       Породы смешаны с отходами  угля, горючих сланцев, серой и  др. Под действием кислорода воздуха  уголь и сера окисляются и  самовозгораются, а под влиянием  высоких температур (до 1000 °С) порода подвергается естественному обжигу. Органические примеси при этом частично выгорают. Наиболее интенсивно горят породы в терриконах шахт с коксующимися или антрацитовыми углями. Степень обжига горелых пород зависит от многих причин. Неравномерное поступление влаги в горячий слой породы, неравномерное количество воздуха, соприкасающегося с поверхностью породы в терриконе, а также большое количество мелких фракций, затрудняющих доступ кислорода к очагам горения, приводит к тому, что обжиг происходит крайне неравномерно, несмотря на высокую температуру в терриконе. В результате образуется материал различной степени обжига (от спекшегося до слабообожженно-го) с неодинаковыми физико-механическими свойствами. Неоднородность материала в терриконе — один из его существенных недостатков. Размер частиц колеблется в пределах от 40 см до долей миллиметра. В терриконах встречаются плотные и пористые разновидности горелых пород.

     Золошлаковые отходы. При сжигании твердых видов топлива в топках тепловых электростанций образуются зола в виде пылевидных остатков и кусковой шлак, а также золошлаковые смеси. Они являются продуктами высокотемпературной (1200—1700 °С) обработки минеральной части топлива.

     В зависимости от температурных условий  образование золы и топливных  шлаков возможно без плавления, в  присутствии расплава и при полном расплавлении исходных компонентов. В  первом случае золы и шлаки образуются при сжигании низкокалорийных видов  твердого топлива. Получение из расплава характерно для гранулированных  топливных шлаков. Наиболее характерно получение топливных зол и  шлаков в результате взаимодействия расплава с твердыми фазами.

     Образование шлаков и зол первых двух групп  происходит обычно в слабоокислительной среде, что способствует окислению органических соединений и сульфидов и присутствию соединений железа в трехвалентном виде. Образование отходов третьей группы происходит в восстановительной среде, что приводит к сохранению сульфидной серы и преобладанию двухвалентных соединений железа.

     Топливо сжигают в слое над колосниковой решеткой в виде мелких кусков или  при вдувании в пылевидном состоянии. Золы пылевидного сжигания проходят высокотемпературную обработку. Они  имеют сравнительно однородный химический состав и незначительное содержание несгоревших частиц топлива. Некоторая  часть золы оседает на трубах котла, поде и стенках топки, но основная ее масса (зола-унос) уносится с дымовыми газами, улавливается и скапливается в бункерах, откуда удаляется потоком  воды или пневмотранспортом. На большинстве  действующих ТЭС применяют систему  Тидро-удаления для транспортирования золошлаковых смесей в отвалы.