Процессы образования, ресурсы и основные свойства полых микросфер в золах-уноса тепловых электростанций

• Автор: Дрожжин, Валерий Станиславович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саров
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Глава I. Полые алюмосиликатные микросферы в золах-уноса электростанций
1.1 Предшественники и ближние аналоги
1.2 Микросферы в золах-уноса
1.3 Постановка задачи
Глава II. Процессы формирования полых микросфер в золах-уноса электростанций
2.1 Фракционирование золы-уноса по плотности, состав золы и доля микросфер в золах-уноса
2.2 Влияние химического и минералогического состава примесей в углях на образование микросфер
2.3 Процессы газовыделения при образовании полых микросфер
2.4 Влияние температурных условий сжигания углей, реологических свойств и дисперсного состава исходных минеральных частиц на содержание микросфер в золах уноса
2.5 Модельные эксперименты по изготовлению полых микросфер из частиц минеральных компонентов углей
Глава III.Технический мониторинг на электростанциях Российской Федерации по микросферам из зол-уноса
3.1 Распространенность источников микросфер в регионах России
3.2 Методика определения производственного ресурса электростанции по микросферам
3.3 Скопления микросфер на золоотвалах электростанций
Глава IV. Свойства микросфер из зол-уноса и методы контроля
4.1 Структурно механические свойства
4.2 Взаимодействие с агрессивными средами
4.3 Теплофизические свойства
4.4 Диэлектрические характеристики
4.5 Удельная эффективная активность естественных радионуклидов
4.6 Компьютерная база данных «Зольные микросферыРоссийской Федерации»
4.7 Функциональные особенности зольных микросфер в сравнении с материалами аналогами
4.8 Направления использования микросфер из зол уноса в разработках РФЯЦ-ВНИИЭФ
Основные Выводы
Заключение
Список литературы
Приложения

Актуальность проблемы. В условиях современной индустрии производство основных материалов, изделий или услуг все в большой степени оценивается по параметрам, характеризующим количество образующихся отходов. Поэтому прогрессивной тенденцией в материалоемких отраслях является превращение промышленных отходов в сырье, пригодное для индустриального использования. Это в полной мере относится и к зольным отходам электростанций, которых в России ежегодно образуется не менее 25 млн. тонн.
Одним из наиболее ценных компонентов зольных уносов являются пористые частицы-микросферы (или ценосферы) - легкая фракция золы уноса, представляющая собой мелкодисперсный, сыпучий порошок, состоящий из полых тонкостенных частиц сферической формы, алюмосиликатного состава, диаметром в несколько десятков или сотен микрон. На электростанциях, где зольные отходы удаляются в виде водной пульпы, микросферы, имея плотность менее 1 г/см3, в результате естественной флотации всплывают на поверхность водных бассейнов золоотвалов и находятся там длительное время в виде «пенных слоев» различной толщины.
В США, Евросоюзе, а также в ряде других стран создана определенная индустрия утилизации зольных микросфер в различных отраслях промышленности. Чаще всего они применяются в качестве наполнителей разнообразных композиционных материалов на основе органических и неорганических связующих. Их стоимость может составлять до 70СЬ-1200$ США за тонну.
Однако анализ публикаций по проблеме утилизации зольных микросфер, а также анализ характера деятельности предприятий - производителей микросфер позволяет определить резервы развития этого, в техническом отношении перспективного и экологически оправданного вида деятельности. К настоящему времени отсутствуют систематизированные сведения о ресурсах и качественных показателях зольных микросфер российских электростанций. Предприятия-производители не контролируют значительную часть основных свойств микросфер, по-видимому не обладая разработанными методиками контроля. Отсутствует классификация зольных микросфер, ставящая в соответствие технические параметры микросфер и области их применения. Исследователи зольных микросфер практически не касаются вопросов образования микросфер, а отсутствие сведений об основных физико-химических закономерностях, влияющих на формирование полой сферы, вносит элемент случайности в деятельность по утилизации и сдерживает возможность управления процессами образования микросфер в золах уноса. Эти обстоятельства определяют актуальность проведенных исследований.
В начале 90-х годов, в связи с расширением в РФЯЦ-ВНИИЭФ конверсионной деятельности, накопленный опыт работ с микросферами для физических экспериментов позволил начать исследования по микросферам, применяющимся в промышленности. В последние 10 лет в РФЯЦ-ВНИИЭФ проведен целый комплекс работ по микросферам из природных силикатов и, в частности, по микросферам из зол-уноса электростанций, причем некоторые работы выполнены в Российской Федерации впервые.

Таблица
Химический состав выделенных фракций зол-уноса Рязанской ГРЭС, Подмосковный угольный бассейн
Плотность фракции г/см3 Массовая доля оксидов, %
С S Р Si02 А12Оз MgO NazO Ті02 CaO к2о Fe203 Сг2Оз MnO
р > 2.89 - - - 9,0 10,0 1,9 - 0,6 2,5 2,5 73,0 2,2 0,18
р > 2.65 - - - 30,0 12,0 2,1 0,02 1,0 9,0 - 45,0 0,05 0,1
р > 2.40 Скорость плавления была слишком высокой - получился пористый образец
р > 2.15 - - - 44,5 45,0 1,2 0,2 1,2 1,9 1,4 4,0 0,03 0,02
р> 1.90 - - - 40,0 55,0 0,4 0,06 1,0 0,6 1,3 0,9 0,02 0,01
р > 1.66 - - - 51,0 40,0 0,9 0,2 1,2 1,8 2,2 3,0 0,02 0,02
р > 1.40 - - - 53,0 34,0 1,4 0,4 1,3 2,7 2,8 4,5 0,03 0,01
р > 1.15 - - - 57,0 28,0 3,3 0,6 1,1 2,6 2,7 3,9 - 0,03
р > 0.91 - - - 50,0 40,0 0,9 0,2 1,1 2,0 1,6 2,9 0,03 0,02
р > 0.626 - - - 50,0 35,0 1,8 0,2 1,1 2,4 4,2 5,0 0,02 0,04
р < 0.626 Количество осадка недостаточно для приготовления пробы
Пролжение таблицы
Химический состав выделенных фракций зол-уноса Череповецкой ГРЭС, Печерский угольный бассейн (интинский уголь)
Плотность фракции г/см3 Массовая доля оксидов, %
С S Р Si02 А12Оз MgO Na20 ТЮ2 CaO к2о Fe203 Cr203 MnO
р > 2.89 - 0,3 0,01 23,0 7,0 5,3 0,6 0,4 12,0 0,5 51,0 0,01 0,3
р > 2.65 - 0,25 0,02 33,7 10,9 5,2 0,7 0,6 11,0 0,7 36,0 0,02 0,2
р > 2.40 1,0 0,1 0,02 60,5 17,0 2,7 1,4 0,9 4,7 1,5 11,0 0,02 0,12
р>2.15 5,0 0,1 0,02 64,0 18,0 2,7 1,0 0,7 2,8 1,6 6,0 - 0,06
р > 1.90 4,0 0,06 0,01 60,0 18,0 3,3 1,8 0,8 2,2 1,8 7,7 0,2 0,05
р > 1.66 4,0 0,06 0,01 60,0 19,0 3,3 1,3 1,0 1,8 1,7 7,0 0,02 0,05
р> 1.40 1,0 0,03 0,01 61,0 19,0 3,4 2,0 0,9 1,5 2,0 8,1 0,02 0,05
р> 1.15 - 0,03 0,01 63,0 20,0 4,0 1,2 0,8 1,2 2,2 6,8 0,02 0,06
р > 0.91 - - - 66,0 18,0 4,2 2,2 0,8 0,7 2,0 6,0 0,02 0,06
р > 0.626 - 0,02 - 63,0 18,0 4,8 1,2 0,8 0,9 2,2 7,2 0,01 0,06
р < 0.626 1,0 0,15 - 59,0 21,0 5,0 1,9 0,7 0,9 2,1 7,5 0,01 0,07