книги из ГПНТБ / Новопашин А.А. Минеральная часть поволжских сланцев. Теоретические основы формирования строительных материалов и опыт применения их в строительстве

нающего хорошо обожженный кирпич. Куски горелой породы сох­ раняют слоистую структуру исходной глины и при ударе раска­ лываются на тонкие пластинки. Испытание на морозостойкость,

В терриконники направляется пустая порода, то есть меж­ сланцевые глины. Сланец попадает в отвал только в том случае, если он сильно измельчен н его не удалось отделить при сорти­ ровке. Поэтому основная часть горелых пород по химическому составу аналогична межсланцевым глинам.

Сланцы 2-го и 3-го слоя, попадая в терриконник, не меняют химического состава горелых пород; лишь минеральная часть сланца 1-го слоя, представляющая собою мергель, могла бы по­ влиять на него. Но вследствие того, что этот сланец отличается наиболее высоким содержанием органических веществ и поэтому более тщательно отбирается, следы его в терриконнике встреча­ ются редко.

В процессе обжига между компонентами, слагающими сланцы и межсланцевые глины, протекают реакции взаимодействия. Об

мой прямым титрированием. Только изредка (табл. 3.2) встреча­ ются отдельные куски, остатки сланца 1-го пласта, в которых со­ держание свободной извести достигает 17,36%.

В горелых породах S0 3 входит в состав сульфатов кальция — преимущественно ангидрита — CaS04 и частично гипса — CaS04-2H2 0. На рис. 17 приведены результаты дифференциаль-

40

но-термического (ДТА) и дифференциально-гравиметрического (ДГА) анализов шести наиболее типичных разновидностей горелых пород. На графиках видно, что интенсивное уменьшение веса начи­

Рис. 17. Кривые ДГА (а) и ДТА (б) горелых пород Кашпиррудника.

41

температуру, свидетельствует о недостаточности вентиляции в тол­

ятельство, характеризующее направление процессов, протекающих при обжиге межсланцевых глин: если в собственно горелых поро­ дах содержание S03 достигает 11,5%, то в спеках (проба № 4—5),. образовавшихся при частичном плавлении минеральных остатков, оно тем меньше, чем дальше зашел процесс плавления. Видимо, появление расплава способствует разложению CaS04 и усвоению

присутствия заметных количеств шлакового стекла, кристаллиза­ ция которого могла бы быть причиной выделения тепла. Это гово­ рит о том, что длительность формирования горелых пород в терриконнике — медленное нагревание и еще более медленное охлаж­ дение— обеспечивает стабилизацию продуктов обжига.

Петрографические исследования горелых пород, химический анализ которых приведен в табл. 3.2, показали, что наиболее сла­ бо обожженные пробы № 1, 2 и 3 имеют текстуру первичной породы, но из алевритовой составляющей сохраняется только кварц. При увеличении Х320 видно, что контуры кварцевых зерен потеряли четкость, они как бы сплавлены с вмещающей их железистой сте­ кловатой массой. Из других составляющих сохранили форму об­ ломки известковых раковин. Основная часть горелой породы пред­ ставлена изотропной желтовато-серой аморфной массой, как бы пропитанной мелкими стяжениями волластонита. Наибольшее со­ держание волластонита наблюдается в пробах № 2 и 3, обладаю­ щих максимальным удельным весом. N

В более крепко обожженных горелых породах, представленных пробами № 4 и 5, процесс формирования новообразований зашел значительно дальше. Кроме волластонита в них удалось обнару­ жить точечные и небольшие (0,1—0,15 мм) призматически пучко­

42

Рис. 18. Рентгенограммы типичных горелых пород Кашпиррудника.

дя по отсутствию заметных галло на линиях рентгенограммы, со­ держатся в ограниченных количествах.

Температура плавления такого неоднородного материала, ка­ ким является горелая порода, в значительной степени зависит от степени ее гомогенизации в процесе формирования. Из всех пред­ ставителей горелых пород наибольшей однородностью обладают спеки, поэтому у них наименьшая температура плавления. Темпе­ ратура плавления спеков около 1050—1085°С и довольно хорошо совпадает с теоретической, рассчитанной по формуле (2.14). По мере понижения температуры самообжига температура плавления горелых пород повышается и у слабообожженных разностей досстигает 1200—1300°С. Отличается только горелая порода, получа­ ющаяся из сланца 1-го пласта, так как высокое содержание СаО делает эту породу высокоогнеупорной и даже в спеках она обра-

43

зует рыхлые включения, постепенно гасящиеся и рассыпающиеся,

ности материала, слагающего терриконник, в отдельных участках заканчивается на разных стадиях. Большая влажность межслан­ цевых глин и сгорание углеводородов органической части обеспе­ чивает высокое содержание в газах, проходящих через толщу породы и находящихся в порах каждого куска, водяных паров и окислов углерода. Внутри кусков при выделении газов возможно да­ же возникновение избыточного давления, способствующего проте­ канию транспортных реакций и формированию новых соединений.

Дегидратация гидроалюмосиликатов и их аморфизация закан­

кой активностью: при испытании по стандартной методике как ги­ дравлические добавки способны набухать в растворе извести и присоединять более 70 мг СаО/г, то есть больше, чем некоторые активные минеральные добавки, применяемые в промышленности строительных материалов. В водной среде через 1,5 года количе­

при 600°С, то есть раньше, чем в обычных условиях. Видимо, это* происходит в результате взаимодействия между кальцитом и аморфизированной глиной. В интервале температур 600—700°С процесс диссоциации кальцита превалирует над процессом связывания сво­ бодной извести в силикатах и алюминатах, поэтому в горелой по­ роде появляется свободная СаО, которая способна выделяться в окружающий раствор. При дальнейшем повышении температуры начинает преобладать процесс связывания СаО в силикаты и алю­ минаты, вследствие чего содержание в горелой породе свободной извести уменьшается, и при 900°С она исчезает совсем. Одновре­ менно происходит преобразование аморфизированной глины в про­

непригодной для использования в качестве гидравлической добав­ ки. Это в одинаковой степени относится к обеим межсланцевым глинам.

О степени обжига глинистых пород, как это было показано в предыдущих исследованиях автора, можно судить по их способно­ сти адсорбировать метиленовую синь из водных растворов. Аморфизированные глины обладают большой адсорбционной способ­ ностью, а керамический черепок, в котором процессы формирова­ ния высокотемпературных минералов доведены до конца, метиле­ новую синь не адсорбирует. В табл. 3.3 показаны результаты оп-

44

Т а б л и ц а 3. 3

Адсорбционная способность и набухаемость горелых пород

ределения адсорбционной способности 6 проб горелых пород, опи­

этой способностью не обладают. В 1,0N растворе NaOH все пробы

ние среды с высокой концентрацией гидроксильных ионов, и наи­ большее количество метасиликатного стекла, которое, гидролизуясь, образует сильно набухающий тоберморитовый гель. Поэтому проба № 6 дает максимальное приращение объема в водной среде и в растворе NaOH. В известковом растворе основность гидроси­ ликатов повышается, в результате чего их структура из волокни­ стой постепенно превращается в пластинчатую и чешуйчатую, свойственную гидросиликатам группы C2 SH, что приводит к уменьшению объема осадка. Пробы № 1, 2 и 3, в которых отсут­ ствует свободная известь, но содержится большее количество аморфизированной глины, в водной среде не гидратируются, ще­ лочная среда вызывает гидролиз содержащегося в них в меньших,

Всесторонние испытания горелых пород показывают, что они могут быть использованы в основном по двум направлениям: слабообожженные разности, обладающие свойствами активной

45

при разработке для разделения на фракции, предназначенные для использования в указанных выше направлениях, требуется тща­ тельное их дробление и рассев.

3.СЛАНЦЕВЫЕ ЗОЛЫ: УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И СОСТАВ

Внастоящее время основная часть сланца, добываемого на Кашпирском руднике, сжигается в топках Сызранской ТЭЦ. Сла­ нец с шахт на ТЭЦ доставляется по железной дороге и загружа­ ется в бункеры, откуда ленточными питателями подается в молот­

татели она поступает в шахтные мельницы, где превращается в тонкий порошок. Током воздуха порошок через специальную фор­ сунку вдувается в топку паровых водотрубных котлов системы ЦКТБ-75—39-Ф1. В течение года Сызранская ТЭЦ сжигает около 1 млн. 200 тыс. тонн сланца, что при средней его зольности в 70% обеспечивает получение примерно 800 тыс. тонн золы.

Замеры, произведенные институтом «Теплопроект», показыва­ ют, что температура в различных участках объема топки неодина­ кова: у стенок она составляет всего 700—800, а в середине превы­ шает 1000°С. Вероятно, в факеле температура значительно выше 1000°С, так как многие частицы золы оплавляются и некоторые из них представляют собою сферолиты из застывшего черно-зеленого стекла.

Уже в топке начинается и в дальнейшем в газоходах и пыле-

фильтрах. Полная очистка газов не обеспечивается перечисленным выше комплексом пылеулавливающих устройств, и некоторая часть

46

В разные периоды работы Сызранской ТЭЦ соотношение ме­ жду фракциями золы меняется: после ремонта шахтных мельниц увеличивается содержание мелких фракций, по мере износа бил увеличивается содержание крупных. Превращение полиминераль­ ной породы в тонкий порошок приводит к тому, что каждое зерно имеет свой минералогический состав. Различная крупность зерен при кратковременном пребывании золы в зоне высоких темпера­ тур обусловливает разную степень обжига, что делает золу еще бо­ лее неоднородной.

Из-под осадительных устройств зола водою смывается в шлако­ вую канаву, по ней пульпа самотеком стекает на поля осаждения.

На Сызранской ТЭЦ для этой цели используется овраг, перего­

сбрасываются в Волгу, но со временем неизбежно возникнет воп­

ным же недостатком гидрозолоудаления является то, что во время транспортировки золы водой и последующего отстаивания в кот- ловане-золохранилище полностью вымывается свободная СаО и гидратируются активные минералы и шлаковое стекло, определя­ ющие вяжущие свойства золы. На рентгенограмме золы из золо-

ляется CaS04 -2H20 и небольшое количество новообразований, по всей вероятности, гидросиликатов. Проведенные автором испыта­ ния показали, что гидратированная зола не обладает вяжущими свойствами, а активность ее как гидравлической добавки очень ма­ ла. Из-за преобладания пылевидных зерен она не представляет интереса как мелкий заполнитель в бетонах и растворах и как сы­

преодолением больших технических трудностей, так как пропитан­

Возможно, со временем гидратированная зола найдет примене­ ние в производстве строительных материалов, в частности, ячеи­ стых бетонов. Но в настоящее время реальную ценность представ-

47

Таблица 3.4

ских свойств золы приведены в табл. 3.4. Для всех разновидностей зол характерна небольшая величина удельного и особенно объем­ ного весов, что объясняется содержанием большого количества вспученных частиц. Этот вывод подтверждается изменением удель­ ного веса золы при помоле, который с увеличением тонкости зерен непрерывно увеличивается. Небольшой удельный вес золы и пре­ обладание мелких зерен обусловливают ее летучесть, что создает крайне тяжелые условия для работы обслуживающего персонала при отсутствии соответствующей герметизации оборудования и ас­ пирации.

Наиболее типичные результаты химических анализов сланцевых зол, полученные при сжигании сланца за последние 30 лет, приве­ дены в табл. 3.5. Несмотря на некоторые колебания в составе зол,

зистыми примесями происходит за счет износа бил шахтных мельниц, в которых производится размол сланца. Это подтверждается тем, что при погружении в золу обыкновенного магнита его поверхность