Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в золах, при термической обработке

Изменения, происходящие при нагревании в золах, можно проследить на их дериватограммах (см. рис. 3, А, а). Эндотермический эффект на дифференциальных кривых при 100—105°С, сопровождаемый значительной скоростью потери массы, соответствует испарению из зол адсорбционной воды.
На ДТА температура воспламенения углерода полукоксовых и коксовых остатков в золах в основном фиксируется при 380—430°С. Экзотермический эффект зол ТЭС, наблюдаемый на ДТА с максимумом 520°С (зола Петропавловской ТЭЦ) и 600—640°С, сопровождаемый значительными потерями массы, связан с характеристикой и количеством полукоксовых и коксовых остатков в золе. Других изменений в золе при нагревании до 1000°C дериватографически не наблюдается.
На рентгенограмме зол ГЭС (см. рис. 3, А, б) зафиксированы рефлексы, принадлежащие минералу-муллиту: 5,37—5,40; 2,82—2,88; 2,68-2,70; 2,52—2,54; 2,27—2,29; 2,20; 2,11—2,12; 1,98; 1,69—1,70; 1,59—1,60; 1,52; 1,44*10в-10 м, а показатель преломления точечных образований (не выше 1,570) намного ниже, чем у муллита (1,654).
Как показывает рентгенофазовый анализ зол ТЭС, рефлексы этих образований каолинита соответствуют рефлексам, для муллита, полученного при обжиге каолинита выше 1250°С, но оптические свойства (показатель преломления и двупреломления) точечных образований, как у каолинита. Это, по-видимому, объясняется тем, что природный минерал каолинит в топках ТЭС во время сгорания угля претерпевает изменения, т. е. начинается процесс превращения каолинита в муллит; муллит же, по-видимому, находится в неразрешающей способности микроскопа. Следовательно, минеральная основа глинистых агрегатов зол ТЭС представлена в основном каолинитовыми глинами.
Процессы муллитообразования в глинах достаточно исследованы в отечественных работах, но вопрос о состоянии глинистого вещества в золах в настоящее время мало изучен. Поэтому с целью изучения процесса превращения каолинита в муллит образцы из золы Алма-Атинской ГРЭС обжигались при температуре 800—1200°С с интервалом 100°C.
При каждой конечной температуре образцы выдерживались в течение 30 мин. После нагревания они подвергались петрографическому анализу при помощи микроскопа в шлифах и иммерсионных жидкостях и рентгеновскому исследованию на установке УРС-50И с Cu-анодом и Ni-фильтром. При съемке рентгенограмм поддерживали строго постоянный режим работы установки.
Зола, обожженая при 800°С, содержит зерна кварца, полевого шпата, аморфизованные глинистые агрегаты из неоднородных тонкодисперсных точечных кристаллических образований в смеси с аморфной фазой. При этом кристаллическая фаза точечных образований каолинита имеет показатели преломления Ng=1,60; Np=1,58; Ng-Np=0,02. Размеры точечных образований достигают 1—10*10в-6 м.
При 900°С в золах отдельные кристаллы этих образований более укрупнены и имеют прямое угасание, показатели преломления у них колеблются в пределах Ng=1,620—1,630; Np= 1,580—1,600; Ng-Np = 0,03-0,04. Размеры их достигают 5—10*10в-6 м в длину и от доли микрона до 1*10в-6 м в поперечнике.
В золах, обожженных при 1000°С, образуются редкие призматические и игловидные кристаллы муллита с присущими для них оптическими свойствами: Ng=1,653; Np=1,638; Ng-Np=0,015. Полученные данные, где авторы установили, что муллит, названный ими первичным, образуется при экзотермической реакции из каолинита при 975°С.
Содержание аморфной фазы в золе, обожженной при 1000°C, составляет 45—55%. Количество ее увеличивается по мере повышения температуры обжига. При длительной выдержке этой температуры Al2O3 и SiO2 вступают во взаимодействие и образуют муллит. Обжиг золы при 1100°C показал, что при этой температуре увеличивается содержание муллита (до 10—15%), одновременно происходит незначительный рост его кристаллов, до (10—15)*10в-6 м в длину и от доли до 3*10в-6 м в поперечнике. Рентгенограммы обожженной золы при температурах 900—1200°С приведены на рис. 4, а.
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в золах, при термической обработке
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в золах, при термической обработке
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в золах, при термической обработке

При температуре обжига 1100°C рефлексы муллита (см. рис. 4, а) становятся более четкими (5,43; 2,71; 2,55; 2,21; 1,70*10в-10 м) по сравнению с исходными рефлексами точечных образований каолинита. При этой температуре появляются новые фазы — тридимит и кристобалит. Полученные данные, по-видимому, можно объяснить схемой, предложенной Г.В. Бриндли и М. Накахира.
При обжиге каолинитовых глин существует реакционная серия со структурной непрерывностью от каолинита через метакаолинит (AI2O3*2SiО2) к фазе типа шпинели (2А12О3*3SiО2), образующей при 925—950°С с миграцией из структуры кремнезема (около 1 на 4SiО2). При более высокой температуре структура шпинелевого типа переходит в муллитовую фазу переменного состава при 1050°С с соотношением Al:Si=2:3 (названный «первичным» муллитом) и на этой стадии появляется кристобалит. Теория Г. В. Бриндли и М. Накахира предполагает, что муллит, первоначально образующийся из шпинели или γ-глинозема, при продолжении нагревания разлагается на кристобалит и более богатый глиноземом муллит: при 1200°С с соотношением AhSi=1:1, выше 1400°С — 3:2, т. е. 3Al2О3*2SiО2 (названный «вторичным»). Выделение кристобалита из структуры кремнезема становится заметным при 1100°С.
Под микроскопом наблюдается кристобалит с чешуйчатым строением по краям и трещинам кварцевых зерен. Он изотропный и имеет показатель преломления около 1,485+0,005. На рентгенограмме обнаружены рефлексы кристобалита 1,99; 1,48*10в-10 м.
Тридимит встречается в виде бесцветных тонких пластинок размерами до 40*10в-6 м. Показатель преломления тридимита около 1,475±0,005. Двупреломление очень низкое. Рентгеновский анализ (см. рис. 4, а) подтверждает появление тридимита рефлексами 4,12; 3,23; 1,81; 1,53*10в-10 м. Содержание тридимита увеличивается в интервале температур 1050—1100°C.
При температуре 1200°С происходит рост кристаллов муллита. Полевой шпат полностью преобразуется в стеклофазу, пронизанную игловидными кристаллами муллита, длина которых колеблется от 5 до 50, а толщина до 0,1*10в-6 м.
Увеличивается содержание муллита за счет уменьшения кристобалита и тридимита, что подтверждается данными рентгенограмм. Рефлексы кристобалита и тридимита 3,23; 1,99 и 1,48*10в-10 м исчезают (см. рис. 4, а), а интенсивность линии муллита 2,87—2,90; 2,52—2,54; 2,21—2,22; 1,89; 1,70 и 1,60*10в-10 м повышается. Увеличилась аморфная фаза. Она представлена двумя разновидностями бесцветного стекла, отличающимися только тем, что одна разновидность имеет показатель преломления 1,523+0,005, другая — 1,500+0,005.
Увеличение аморфной фазы происходит за счет преобразования мелких зерен кварца в стеклофазу (кварц переходит в расплав). По этой причине снизилось содержание кварца в золах.
При температуре 1200°С в золах обнаружена кристаллизация псевдоволластонита. Кристаллы его представлены бесцветными призматическими пластинчатыми индивидами, имеющими показатель преломления Ng=1,654; Np=1,610; сильное двупреломление Ng—Np = 0,044. Псевдоволластонит встречается в виде агрегатов, плотно сросшихся друг с другом. Размеры кристаллов не превышают 30*10в-6 м. Содержание псевдоволластонита не более 2%.
Рентгеновское исследование образцов, обожженных при 900, 1000, 1100 и 1200°С, показало, что во всех рентгенограммах имеются близкие к исходной золе линии межплоскостных расстояний муллита — 5,43—5,48; 3,78; 2,87—2,90; 2,70—2,71; 2,52—2,55; 2,28—2,30; 2,21—2,22; 2,12—2,13; 1,98—1,99; 1,70; 1,60*10в-10 м (см. рис. 4, а).
По-видимому, глины в топках в результате неравномерного обжига частично или полностью превращаются в муллит. При дальнейшей термообработке по мере повышения температуры и выдержки постепенно увеличиваются показатели светопреломления зародышей кристаллов и, наконец, формируются различимые в оптическом микроскопе кристаллы муллита с присущими им оптическими константами. Это явление аналогично формированию пироксенов в шлаках.
Таким образом, ступенчатый обжиг золы Алма-Атинской ГРЭС при 800, 900, 1000, 1100 и 1200°С дает полное представление о превращении тонкодисперсных частичек глинистых минералов зол с низким показателем преломления в кристаллы с оптическими свойствами, соответствующими муллиту.
На основании исследований химического (составы зол близки к глинистому сырью со значительным содержанием Al2O3 до 27%) и минералогического (содержание в основном тонкодисперсных точечных образований по показателю преломления каолинита 1,570 и рефлексом муллита, как показано на рис. 3, А, б) составов зол можно сделать вывод, что золы карагандинского, экибастузского и кузнецкого углей могут быть использованы в качестве основного сырья при производстве керамических стеновых материалов. При их термической обработке образующиеся иглы муллита и стеклофаза обеспечивают сцепление между минералами и придают им высокие прочностные свойства.
Однако отсутствие гидратной воды и особенности глинистой составляющей золы и строения частиц стекловидной фазы придают золам весьма низкую пластичность и связующую способность. Это вызывает необходимость применения соответствующей связки для улучшения формуемости изделий, получаемых на их основе.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: