Материал: Строение и свойства стеклокристаллических материалов на основе горных пород и шлаков (г. Чимкент, 8-10 октября 1974 г.) [сборник статей] 250-летию АН СССР посвящается

Таблица I. Химический состав золошлаков ИвГРЭС, вес %

дования были выбраны термовесовой и дифференциально-термические анализы, выполняемые по типовым методикам (2 ). Для дифференци­ ально-термического анализа использовались порции материала ве­ сом 1,0 г,при термовесовом - навески весом 0,2-0,25 г . Пробы аолошлака предварительно просушивались при 70° в течение 2,0 часов и измельчались до полного прохождения через сито 900 отв/см2.

На первом этапе исследования изучался общий характер процессов, происходящих в золошлаке при нагревании. В интер­ вале температур 20-1000°С, согласно ДТА, активное выгорание органической массы, сопровождаемое выделением тепла, начинает­ ся при температуре 2Ю-215°С и заканчивается при 590-600°С. другие процессы, связанные о поглощением тепла, к горению ор­ ганической массы, очевидно, отношения не имеют и в дальнейшем нами не изучались.

Результаты термовесового анализа указывают, что процеоо выгорания сопровождается уменьшением веса золошлака на 11,5- 12,5%. В дальнейшем эха цифры рассматривались как процентное содержание органических остатков в торфяном золошлаке. Харак­ тер кривых позволяет сделать вывод, что при данных режимах тер­ мообработки в интервале температур 200-500°С количество выгора­ ющей органической масоы ДР почти не завиоит от скорости на­ гревания навески и определяется температурой термообработки.

Обработка аолошлака при температурах 400-500°С позво­ ляет в сравнительно короткий срок полностью удалить органическую маооу. При низкотемпературной обработке /~300°C / появляется возможность путем изменения температуры и времени выдержки бо­ лее плавно регулировать содержание оотаточной органической массы

397

в золошлаке.

Приведенные результаты получены для иалых объемов золошлака /навеска иенее 1,0 г , высота слоя материала 6-8 км/, а которых диффузия кислорода воздуха проходит достаточно свобод­ но и горение происходит по кинетической или промежуточной схе­ ме.

материалов постоянного гранулометрического состава может быть достигнуто за счет второго сомножителя.

схеме имеет зонный характер. Это означает, что сгорание угле­ рода за счет диффундирующего кислорода воздуха происходит в слое 0 , который перемещается в объеме материала от периферии к центру /для слоя - от поверхности к нижним участкам/ со ско­

распределение кислорода в различных участках слоя будет не одинаковым и окислительно-восстановительные процевсы будут протекать по-разному.

398

Проверка данного вывода была проведена на 2-ом этапе ис­ следования. Навески золошлака весом 80-90 г, помещенные в вы­ сокие корундизовые тигли йг б /толщина слоя золошлака б ,0-6,5 см/ нагревались в сшштовой печи до температуры 1000°С со ско­ ростью 10 град/мин. Из верхней, средней и нижней части тиглей отбирались пробы золошлака и подвергались термовесовому анали­ зу, Полученные результаты указывают на то, что за время пред­ варительного прокаливания в верхней и средней части тигля окисление углерода происходило за счет кислорода воздуха и за­ кончилось полностью. В то же время в нижней части тигля орга­ ническая масса выгорела не полностью. При термовесовом анали­ зе. произошло дополнительное окисление углерода, сопровождав­ шееся уменьшением веса навески на k,5%. Окисление углерода золошлака в нижней части тигля в условиях недостатка кислоро­ да привело к образованию в продуктах горения окиси углерода. Взаимодействие СО с золошлаковым материалом способствовало восстановлению металлов из окислов. При термовесовом анализе в малой пробе восстановленный металл окислялся кислородом воз­ духа, что сопровождалось увеличением веса навески на 1,0$» при температурах 550-650°. Очевидно, что окисление восстановленно­

го металла не закончилось при этих температурах, но начавшееся при температуре 650° эндотермическое разложение материалов золошлака /очевидно карбонаты/ маскирует этот процесс и при­ водит к уменьшению веса навески.

Для устранения этого явления в последующих сериях опы­ тов было увеличено время выдержки тиглей с золошлаком при тем­ пературе 1000° в ходе предварительного прокаливания. Для вто­ рой серии выдержке составляла I час, в третьей серии - 2 часа. Термовесовой анализ проб этих серий показал, что с увеличением времени термообработки полнота окисления углерода в нижней части тигля возрастает и при 2-х часовой выдержке углерод вы­ горает полностью. Увеличение веса, навески при термовеоовом ана­ лизе за счет окисления восстановленного металла кислородом воз­ духа имеет место во всех трех сериях. Максимальное увеличение веса /2,5% / зафиксировано во 2-ой серии. В третьей серии уве­ личение веса навески на 1,0 % больше чем в первой серии, на 0,5 % меньше, чем во второй. Очевидно, в опытах третьей серии за время выдержки при 1000°С в ходе предварительного прокали­ вания количество продиффундировавшегося в нижнюю часть тигля кислорода оказалось достаточным не только для полного выгора-

399

ния углерода, но и для частичного окисления восстановленного иеталла.

Факт восстановления металлов при нагревании торфяного золошлака был подтвержден прямым путем. При варке стекол в тиглях й б из шихт, состоящих на 80-85 % из торфяного золошлака, в 90% варок в нижней части тигля обнаруживались сфери­ ческие кусочки металла диаметром 2-6 мм. Химический анализ по­ казал, что восстановленным металлом является железо. При варке стекол в меньших объяемах (тигли й 3-4) восстановление железа не происходило.

Таким образом:

1. Выгорание остаточной органической массы ид торфяного золошлака при нагревании происходит в интервале температур 215600°С.

2. Окислительно-восстановительные процессы, происходящие при нагревании золошлака, связанные с диффузией кислорода воз­ духа, в малых и больших объемах протекают по разному. Малая скорость диффузии газов через слой волошлака приводит к тому, что при толщине диффузионного слоя 4-5 см во внут­ реннем объеме материала окисление углерода происходит при • недостатке кислорода. Это замедляет скорость выгорания уг­ лерода и приводит к восстановлению металлов из окислов, в

-первую очередь к восстановлению железа.

Ли т е р а т у р а :

1.Н.М.Павлушкин. "Основы технологии ситаллов", Москва, 1970г. 242-246.

2. Н.М.Павлушнин, Г.Г.Сеитюрин, Р.Я.Ходарковокая. "Практикум по технологии стекла и ситаллов", Москва, 1970 г ., отр. 485-493.

3. С.Т.Ростовцев. "Теория металлургических процессов", Метал» лургиздат, 1956 г.

4. С.Т.Ростовцев. "Основы кинетики восстановления железных руд газами". Научные труды ДМИ выл. 29. Металлургивдат, 1952 г.

40Q.