В роботі проведено аналіз і порівняння кривої плавкості, розрахованої з урахуванням реального хімічного складу досліджуваної золи і кривої плавкості, простроенной за допомогою перерахунку на трикомпонентну систему. Процес отримання розплаву в умовах низькотемпературної плазми зі швидкістю нагріву досліджуваного сировини понад 1000 ° С в секунду характеризується одночасним плавленням всіх фаз, на відміну від процесів, що протікають при звичайних швидкостях нагріву 0,5-1,0 ° С в секунду. Встановлено можливість отримання алюмосилікатних мікросфер за допомогою низькотемпературної плазми діаметром від 60 до 90 мкм на основі золошлакових відходів ТЕЦ (м Сіверськ, Томська область).

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Шеховцов Валентин Валерійович, Волокітін Олег Геннадійович


ALUMINOSILICATE MICROSPHERES RECEIVED ON THE BASIS OF ASH AND SLAG WASTE BY MEANS OF ENERGY OF LOW-TEMPERATURE PLASMA

In work the analysis and comparison of the curve fusibility calculated taking into account a real chemical composition studied ashes and the curve fusibility built by means of recalculation on three-component system is carried out. Process receiving fusion in the conditions of low-temperature plasma with a speed heating investigated raw material more than 1000 ° C a second is characterized by simultaneous melting all phases, unlike the processes proceeding at usual speeds of heating 0,5-1,0 ° C in a second. The possibility of receiving the Aluminosilicate microspheres by means of low-temperature plasma with a diameter from 60 to 90 microns on a basis the ash waste combined heat and power plant (Seversk, Tomsk region) is established.


Область наук:

  • технології матеріалів

  • Рік видавництва: 2016


    Журнал

    Бюлетень науки і практики


    Наукова стаття на тему 'алюмосилікатна МІКРОСФЕРИ, ОТРИМАНІ НА ОСНОВІ золошлакових відходів ЗА ДОПОМОГОЮ ЕНЕРГІЇ низькотемпературної плазми'

    Текст наукової роботи на тему «алюмосилікатна МІКРОСФЕРИ, ОТРИМАНІ НА ОСНОВІ золошлакових відходів ЗА ДОПОМОГОЮ ЕНЕРГІЇ низькотемпературної плазми»

    ?http: // www. bulletennauki. com

    УДК 549.657-032.896; 66.040.2

    Алюмосилікатна МІКРОСФЕРИ, ОТРИМАНІ НА ОСНОВІ золошлакових відходів ЗА ДОПОМОГОЮ ЕНЕРГІЇ низькотемпературної плазми

    ALUMINOSILICATE MICROSPHERES RECEIVED ON THE BASIS OF ASH AND SLAG WASTE BY MEANS OF ENERGY OF LOW-TEMPERATURE PLASMA

    © Шеховцов В. В.

    Томський державний архітектурно-будівельний університет

    Томськ, Росія shehovcov2010 @ yandex. ru © Shekhotsov V.

    Tomsk State University of Architecture and Building,

    Tomsk, Russia shehovcov2010 @ yandex. ru © Волокітін О. Г. канд. техн. наук

    Томський державний архітектурно-будівельний університет

    Томськ, Росія volokitin_oleg @ mail. ru © Volokitin O.

    PhD

    Tomsk State University of Architecture and Building

    Tomsk, Russia Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Анотація. В роботі проведено аналіз і порівняння кривої плавкості, розрахованої з урахуванням реального хімічного складу досліджуваної золи і кривої плавкості, простроенной за допомогою перерахунку на трикомпонентну систему. Процес отримання розплаву в умовах низькотемпературної плазми зі швидкістю нагріву досліджуваного сировини понад 1000 ° С в секунду характеризується одночасним плавленням всіх фаз, на відміну від процесів, що протікають при звичайних швидкостях нагріву 0,5-1,0 ° С в секунду. Встановлено можливість отримання алюмосилікатних мікросфер за допомогою низькотемпературної плазми діаметром від 60 до 90 мкм на основі золошлакових відходів ТЕЦ (м Сіверськ, Томська область).

    Abstract. In work the analysis and comparison of the curve fusibility calculated taking into account a real chemical composition studied ashes and the curve fusibility built by means of recalculation on three-component system is carried out. Process receiving fusion in the conditions of low-temperature plasma with a speed heating investigated raw material more than 1000 ° C a second is characterized by simultaneous melting all phases, unlike the processes proceeding at usual speeds of heating 0,5-1,0 ° C in a second. The possibility of receiving the Aluminosilicate microspheres by means of low-temperature plasma with a diameter from 60 to 90 microns on a basis the ash waste combined heat and power plant (Seversk, Tomsk region) is established.

    http: // www. bulletennauki. com

    Ключові слова: попелошлакові відходи, силікатний розплав, низькотемпературна плазма, мікросфери.

    Keywords: ash wastes, silicate melt, low-temperature plasma, microspheres.

    Рівень переробки твердих відходів на теплових електростанціях на сьогоднішній день вкрай низький, що призводить до значного накопичення золошлакових відходів в золовідвалах. Головним аспектом утилізації золошлакових відходів є висока температура плавлення (1600-1700 ° С), що залежить безпосередньо від вкрай неоднорідного хімічного складу. Одним з найбільш важливих компонентів в золовідвалах є наявність мікросфер, які утворюються при спалюванні вугілля в печах. Микросфера є дрібнодисперсний порошок фракцією 5-500 мкм, з хімічним складом SiU2 (51-70%), АЬОз (18-40%), що відноситься до групи алюмосилікатних матеріалів. Виділяють кілька груп порожнистих мікросфер, що відрізняються способом отримання і кількістю, що входять до складу, компонентів. Наприклад, полімерні, алюмосилікатні (керамічні, зольні), скляні, силікатні і вуглецеві [1, 2, 3]. Унікальні властивості мікросфер на основі золи визначають доцільність використання їх в якості основи для отримання легких теплоізоляційних та інших будівельних матеріалів.

    Порожні алюмосилікатні мікросфери найбільш часто використовуються в практиці нафтової і газової промисловості для тампонування свердловин. Відомо, що добавка до складу тампонажних розчинів порожнистих мікросфер сприяє зниженню їх щільності при відносно невисокій водопотребности, а формується тампонажний камінь з включенням мікросфер має низьку теплопровідність, підвищену міцність і тріщиностійкість. Таким чином, введення порожніх мікросфер дозволяє отримати тампонажний розчин і цементний камінь придатні для кріплення свердловин в криолитозоне [4].

    Об'єктом дослідженням в роботі були попелошлакові відходи ТЕЦ м Сіверськ (Томська область), отримані після спалювання кам'яного вугілля. Вихідний (усереднений) хімічний склад представлений у Таблиці.

    Таблиця.

    Хімічний склад золошлакових відходів

    Сировинні Зміст оксидів, мас. %

    матеріали SIU2 AI2U3 Fe2Us CaU MgU R2U АТПР Мк

    Зола ТЕЦ 51,16 35,07 3,62 8,33 0,91 0,23 0,68 9,33

    Мк-модуль кислотності, M = Siu2 + AlO CaO + Mgu

    Досліджувана сировину піддавалося плавлення з використанням плазмової установки [5] з метою видалення домішок зі складу та отримання на його основі алюмосиликатного скла. Технологічні режими при цьому відповідали значенням:? 7 = 160 В, 7 = 220 А, Р = 35,2 кВт, д = 1,8х106 Вт / м2. Процес утворення розплаву протікає за рахунок впливу висококонцентрованих потоків плазми на порошкоподібну сілікатсодержащее сировину, в результаті якого здійснюється нагрівання дрібнодисперсних частинок з подальшим формуванням гомогенного розплаву.

    http: // www. bulletennauki. com

    На рисунку 1 представлено порівняння кривої плавкості, розрахованої з урахуванням реального хімічного складу досліджуваної золи і кривої плавкості, простроенной за допомогою перерахунку на трикомпонентну систему.

    Малюнок 1. Криві плавкости золи: 1 - рівноважна залежність в системі CaO-AhOз-SiO2; 2 -неравновесная залежність для фактичного хімічного складу.

    Аналіз кривих плавкости (Малюнок 1) показав, що температура початку освіти розплаву золи не перевищує 1350 ° С. При цьому однакову кількість первинного розплаву (близько 35%) в реальній системі утворюється при 1 170 ° С, а в модельній при 1350 ° С. Подальше збільшення рідкої фази проходить аналогічно для рівноважних і нерівноважних процесів. Освіта 100% -го розплаву золи в модельній системі відбувається при температурі 1640 ° С, однак з урахуванням реального хімічного.

    Наступним етапом роботи була підготовка отриманого алюмосиликатного скла для виробництва мікросфер. Для цього алюмосилікатні скло піддавалося механічній обробці в планетарної кульовий млині періодичної дії. Розмір частинок знаходяться в межах 50-100 мкм.

    Для отримання алюмосилікатних мікросфер був використаний плазмотрон лінійної дії з вузлом кільцевого введення порошкового матеріалу з газодинамической фокусуванням [6]. Параметри експерименту: плазмообразующий газ - азот, потужність плазмового струменя 45 кВт, витрата порошку 1,25 г / с. На рисунку 2 представлені отримані алюмосилікатні мікросфери.

    За даними електронної мікроскопії, отримані по плазмової технології алюмосилікатні мікросфери, мають гладку зовнішню поверхню, діаметр варіюється від 60 до 90 мкм. Середній коефіцієнт несферичності по 50 частинкам становить 1,5 (відхилення від сферичності встановлювалося з відносини великого і меншого діаметрів мікросфер).

    http: // www. bulletennauki. com

    Малюнок 2. Електронно-мікроскопічний знімок поверхні отриманих

    алюмосилікатних мікросфер.

    В результаті проведених досліджень встановлено можливість отримання алюмосиликатного скла на основі золошлакових відходів ТЕЦ м Сіверськ (Томська область). Процес отримання розплаву в умовах низькотемпературної плазми зі швидкістю нагріву досліджуваного сирь більше 1000 ° С в секунду характеризується одночасним плавленням всіх фаз, на відміну від процесів, що протікають при звичайних швидкостях нагріву 0,5-1,0 ° С в секунду. Встановлено можливість отримання алюмосилікатних мікросфер за допомогою низькотемпературної плазми діаметром від 60 до 90 мкм на основі золошлакових відходів ТЕЦ (м Сіверськ, Томська область).

    Дослідження виконано за фінансової підтримки РФФД в рамках наукового проекту №16-38-50052 мол_нр.

    Список літератури:

    1. Данилін Л. Д., Дорожжін В. С., Куваєв М. Д. та ін. Порожні мікросфери із зол-винесення - багатофункціональний наповнювач композиційних матеріалів // Цемент і його застосування. 2012. №4. С. 100-105.

    2. Овчинников П. В., Кузнєцов В. Г., Фролов А. А. та ін. Спеціальні тампонажні матеріали для низькотемпературних свердловин. М .: Недра-Бизнесцентр, 2002. 115 с.

    3. Гнатенко А. Н. Мікросфери - їх застосування в промисловості і будівництві // Популярне бетоноведенія. 2008. 12. 11.

    4. Мерзляков М. Ю., Яковлєв А. А. Застосування тампонажних розчинів з включенням порожнистих мікросфер при кріпленні свердловин в криолитозоне. Новосибірськ: Формат, 2015. 370-376 з.

    http: // www. bulletennauki. com

    5. Пат. 2503628 РФ. C03 B37 / 04. Плазмова установка для отримання тугоплавкого силікатного розплаву / О. Г. Волокітін, Е. В. Тимонов, Г. Г. Волокітін, А. А. Никифоров, В. К. Чібірков. Заявлено 22.06.2012; Опубл. 10.01.2014, Бюл. №1. 5 з.

    6. Пат. 2474983 РФ. H05 B7 / 22. Вузол кільцевого введення порошкового матеріалу електродугового плазмотрона / В. І. Кузьмін, А. А. Михальченко, Є. В. Картал. Заявлено 07.07.2011; Опубл. 10.02.2013, Бюл. №1. 6 з.

    References:

    1. Danilin L. D. Hollow microspheres from the evils ablations - a multipurpose filler of composite materials. L. D. Danilin, V. S. Dorozhzhin, M. D. Kuvayev et al. Cement and its application 2012, no. 4, pp. 100-105.

    2. Ovchinnikov P. V., Kuznetsov V. G., Frolov A. A., etc. Special grouting materials for low-temperature wells. Moscow, LLC Nedra-Businesstsentr, 2002 115 p.

    3. Gnatenko A. N. Mikrosfera - their application in the industry and construction. Popular Betonovedeniye magazine, 2008, 12, 11.

    4. Merzlyakov M. Yu., Yakovlev A. A. Use of grouting solutions with inclusion of hollow microspheres when fastening wells in the kriolitozena. Novosibirsk: LLC Format, 2015-го, 370-376 p.

    5. Stalemate. 2503628 Russian Federation. C03 B37 / 04. Plasma installation for receiving refractory silicate fusion / O. G. Volokitin, E. V. Timonov, G. G. Volokitin, A. A. Nikiforov, V. K. Chibirkov. It is declared 6/22/2012; publ. 1/10/2014, Bulletin no. 1, 5 p.

    6. Stalemate. 2474983 Russian Federation. H05 B7 / 22. Knot of ring input of powder material of an arc plasmatron / V. I. Kuzmin, A.A. Mikhalchenko, E.V. Kartayev. It is declared 7/7/2011; publ. 2/10/2013, Bulletin no. 1, 6 p.

    Робота надійшла до редакції Прийнята до публікації

    09.03.2016 р 14.03.2016 р.


    Ключові слова: золошлакових відходів /ASH WASTES /СИЛІКАТНИЙ РОЗПЛАВ /SILICATE MELT /низькотемпературної плазми /LOW-TEMPERATURE PLASMA /МІКРОСФЕРИ /MICROSPHERES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити