Эволюция золообразующих компонентов углей при их сжигании
Для того чтобы грамотно реконструировать итоговый минеральный состав золы, необходимо отчетливо представлять себе фазовые превращения минерального вещества, реализующиеся в процессе сжигания топлива, а также характер его взаимодействия с раскаленными топочными газами. Достаточно просто и наглядно этот вопрос рассмотрен в монографии Л.Л. Кизильштейна и др. (1995), по материалам которой составлена табл. 4.3.2.1.
Внешне наиболее прост механизм термического преобразования органоминеральных и элементоорганических соединений. В окислительной среде обжига в качестве «первичных продуктов» образуются простые оксиды соответствующих химических элементов. Так, сульфо- органические соединения разлагаются с образованием S02 и S03; комплексные гуматы железа - Fe203, FeFe204, FeO, С02, Н20; гуматы кальция - СаО, С02, Н20; гуматы магния - MgO, С02, Н20.
Наиболее сложные и многоступенчатые преобразования претерпевают минералы глин.
Таблица 4.3.2.1
Основные формы соединений макрокомпонентов минеральной части угля и первичных продуктов их превращений при термообработке (Кизильштейн и др„ 1995)
|
Макрокомпо! iei it |
Соединения, минералы |
Соединения, образующиеся при термической обработке в среде |
|
|
окислительной |
восстановительной |
||
|
Сера |
Дисульфид FcSj |
S02 и S03, сульфаты, пирротин |
H2S, S, сульфиды, сульфаты, пирротин, сульфиты |
|
Сульфаты |
Сульфаты, S02, SOj |
H2S, сульфаты, сульфиты |
|
|
Сульфоорганиче- ские |
|||
|
Кремний |
Оксид (кварц) |
(p-Si02, высокотемпературные модификации Si02 |
До 1300 °С те же соединения, что в окислительной среде, выше - SiC, SiO, крем- нийалюминиевые сплавы и др. |
|
Элементоорганические |
|||
|
Алюминий |
Алюмосиликаты |
Н20, А12Оз - 2Si02 (ЗАЬО? х 2Si02 + Si02) |
До 1500 °Сте же соединения, что в окислительной среде |
|
Каолинит |
|||
|
Монтмориллонит |
Н20, Si02, кордие- рит, энстатит, муллит, шпинель |
До 1500 °С те же соединения, что в окислительной среде |
|
|
Г идрослюды |
Н20, стеклообразная масса, шпинель, муллит, К20 |
||
|
Полевые шпаты |
Н20, стеклообразная масса, Na20 (газ), К20 (газ), муллит, шпинель, силикаты |
До 1500 °С тс же соединения, что в окислительной среде |
|
|
Давсонит NaAlC03(OH)2 |
NaA102, Н20, С02 |
||
|
Комплексные гуматы |
А1203, со2, Н20 |
А120з, газообразные продукты |
|
Окончание таблицы 4.3.2.1
|
Макрокомпонент |
Соединения, минералы |
Соединения, образующиеся при термической обработке в среде |
|
|
окислительной |
восстановительной |
||
|
Железо |
Сульфиды* |
S02, SO,, Fe203 |
Fe*, FeO |
|
Сульфаты |
Fe, Fe304 Fe304, FeO, Fe* |
||
|
Карбонаты (сидерит) |
С02, Fe203, Fe304 FeO |
C02, FeO, Fe304, FeS |
|
|
Оксиды и гидроксиды |
H20, оксиды железа |
Fe, FeO, Fe304, H20 |
|
|
Комплексные гуматы |
To же, C02 |
Fe, FeO, Fe304, газообразные продукты |
|
|
Кальций (магний) |
Карбонаты СаС03, MgCQj, CaMg(C03)2 и др. |
C02, CaO, MgO |
Те же, что в окислительной среде |
|
Сульфаты (гипс) |
H20, CaSO„ |
Н20, CaS03, CaS, CaO |
|
|
Г уматы |
C02, CaO, MgO, h2o |
MgO, газообразные продукты |
|
|
Алюмосиликаты** |
** |
** |
|
|
Натрий (калий) |
Алюмосиликаты** |
** |
** |
|
Хлориды (NaCl, КС1) |
NaCl, KC1 |
NaCl, КС1 |
|
|
Г уматы |
co2, h2o |
C02, газообразные продукты |
|
|
Титан |
Рутил ТЮ2 |
Ti02 |
Ti02, низшие оксиды титана |
|
Элементоорганические или комплексные гуматы |
Ti02, C02, H20 |
Оксиды титана различной валентности, газообразные продукты |
|
Примечание: * - включая минералы и соединения, указанные для макрокомпонента сера; ** - все минералы и соединения, указанные для макрокомпонента алюминий.
В диапазоне температур 600...900 °С отмечается активная дегидратация и аморфизация каолинита, монтмориллонита, хлоритов, гидрослюд и т. гг Вследствие термодеструкции названных слоистых водосодержащих алюмосиликатов происходит переход всех слагающих их катионов в активированное состояние. Это принципиально важный момент, поскольку именно из-за аморфизации упомянутых минералов все дальнейшие фазовые преобразования в зольной части топлива (в том числе и плавление) реализуются за времена, не превышающие нескольких секунд. Данный вопрос подробно рассмотрен в литературе по керамическому производству (Будников, Гистлинг, 1971; Августиник, 1975 и др.).
Наиболее часто в золошлаковых отходах встречаются кварц (различные его модификации), магнетит, гематит, магнитный гранулят, муллит, кальцит, ангидрит, силикаты и алюмосиликаты кальция, полевой шпат, обожженное глинистое вещество, обломки оплавленных пород, оксид кальция, алюминаты и алюмоферриты кальция, апатит, несгоревшие частицы топлива (кокс, полукокс). Основной особенностью золошлаков и зол является присутствие в их составе рентгеноаморфпой стекловидной фазы (Макаров, 2006).
