КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-79-30004
НазваниеРазработка научных основ технологии полной комплексной переработки золошлаковых отходов угольных электростанций с получением ценных продуктов, востребованных в различных отраслях промышленности
Руководитель Сульман Михаил Геннадьевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" , Тверская обл
Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии
Ключевые слова золошлаковые отходы; переработка; углеродный, магнетитовый и алюмосиликатный концентраты; строительные смеси, органоминеральная добавка, премикс
Код ГРНТИ44.01.91, 44.09.35, 52.01.91
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проблема утилизации промышленных отходов является на сегодняшний день наиболее актуальной задачей в направлении защиты окружающей среды. Разработка и внедрение малоотходных технологий является одним из направлений улучшения экологической обстановки.
Сегодня на 172 угольных электростанциях, расположенных в различных регионах России, в том числе в ее Европейской части, сжигается более 123 млн.т. твердого топлива в год, что приводит к накапливанию 24 - 50 млн т/год ЗШО, из которых в промышленности используется примерно 1.5 - 2.0 млн т/год (в основном в дорожном строительстве). Золоотвалы занимают суммарную площадь более 30 тыс. га.
Накопленные ЗШО в непереработанном виде непригодны для широкого квалифицированного промышленного использования за исключением ряда приложений в дорожном строительстве (подсыпка дорог). Складирование отходов в золоотвалах усиливает антропогенное воздействие на окружающую среду и приводит к ежегодному увеличению платы за загрязнение окружающей среды.
При правильной организации переработки ЗШО, они могут быть реализованы как товарные продукты, что позволить получать дополнительный доход и сократит выплаты за загрязнение окружающей среды. Из золошлаковых отходов можно извлекать следующие полезные компоненты:
– исходное сырье для производства стройматериалов, цемента и пеносиликата;
– железный концентрат с высоким содержанием железа;
– концентрат благородных металлов (золото, платина, палладий);
– алюмосиликатные полые микросферы и др.
За счет применения продуктов глубокой переработки золошлаковых отходов возможно сокращение расходов топлива в цементной промышленности и увеличение на 25 - 30 % производства цемента без повышения топливных затрат. Применение зольных отходов в производстве сухих строительных смесей отражается на их качестве, эксплуатационных свойствах и стоимости, способствует повышению коррозионной стойкости материалов.
В рамках проекта предполагается разработка научно-технологических основ комплексной переработки ЗШО с извлечением и последующим получением из них ценных продуктов со стабилизированным составом и фиксированными физико-химическими свойствами, пригодных для использования в энергетике (углеродный концентрат), металлургии (магнетитовый концентрат) и строительной отрасли (алюмосиликатный продукт) и других отраслях (высокодисперсная алюмосиликатная микросфера).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Сульман М.Г., Чалов К.В., Косивцов Ю.Ю., Петропавловская В.Б., Делицын Л.М. Application of Ash Waste in the Production of Building Materials 21st International Multidisciplinary Scientific GeoConference & EXPO SGEM2021 (год публикации - 2021)
2. Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Косивцов Ю.Ю., Сульман М.Г. Unburned Gypsum Binders Based on Wastes from Faience Production 21st International Multidisciplinary Scientific GeoConference & EXPO SGEM2021 (год публикации - 2021)
3. Делицын Л.М., Попель О.С., Кулумбегов Р.В., Сульман М.Г., Петропавловский К.С. Main Ways of Disposal of Aluminosilicate Ash of Coal-Power Plants and Environmental Consequences Modern Approaches in Engineering and Natural Sciences (MAENS-2021) (год публикации - 2021)
4. Делицын Л.М., Сульман М.Г., Кулумбегов Р.В., Сидоров А.И., Косивцов Ю.Ю. Main Ways for Utilization of Alumosilicate Ash from Coal-Fired Thermal Power Plants of the Russian Federation and Environmental Consequences 21st International Multidisciplinary Scientific GeoConference & EXPO SGEM2021 (год публикации - 2021)
5. Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Сульман М.Г., Дебердеев Т. Activated Ash Filler Based on Waste from Thermal Power Plants 21st International Multidisciplinary Scientific GeoConference & EXPO SGEM2021 (год публикации - 2021)
6.
Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С.
Применение метакаолина и золы гидроудаления в безобжиговых гипсовых композитах
Строительные материалы, №8, страницы 11-17 (год публикации - 2021)
10.31659/0585-430X-2021-794-8-11-17
7.
Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С.
Облегченные гипсовые составы с пористыми наполнителями
Строительные материалы, №10 (год публикации - 2021)
10.31659/0585-430X-2021-796-10
8. Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б., Петропавловская В.Б. Structure Formation of Self-Reinforced Gypsum XII International Conference on Chemistry for Young Scientists "MENDELEEV 2021", страница 462 (год публикации - 2021)
9.
Косивцов Ю.Ю., Чалов К.В., Сульман М.Г., Луговой Ю.В., Новиченкова Т.Б., Петропавловская В.Б., Гаджиев Ш.А., Попель О.С.
Use of Ash and Slag Waste from Thermal Power Plants as an Active Component of Building Materials
Chemical Engineering Transactions, том 88, страницы 337-342 (год публикации - 2021)
10.3303/CET2188056
10.
Петропавловская В.Б., Сульман М.Г., Новиченкова Т.Б., Сидоров А.И., Петропавловский К.С.
Ultra-Dispersed Ash Filler for Dispersed Binding Systems
Chemical Engineering Transactions, том 88, страницы 1003-1008 (год публикации - 2021)
10.3303/CET2188167
11.
Петропавловская В.Б., Сульман М.Г., Новиченкова Т.Б., Косивцов Ю.Ю., Завадько М.Ю., Петропавловский К.С.
Gypsum Composition with a Complex Based on Industrial Waste
Chemical Engineering Transactions, том 88, страницы 1009-1014 (год публикации - 2021)
10.3303/CET2188168
12.
Макул Н., Федюк Р., Амран М., Аль-Акваа М.С., Пралат К., Немова Д., Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б., Петропавловская В.Б., Сульман М.Г.
Utilization of Biomass to Ash: An Overview of the Potential Resources for Alternative Energy
Materials, том 14, статья 6482 (год публикации - 2021)
10.3390/ma14216482
13.
Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б., Петропавловская В.Б., Сульман М.Г., Федюк Р., Амран М.
Faience Waste for the Production of Wall Products
Materials, том 14, статья 6677 (год публикации - 2021)
10.3390/ma14216677
14.
Петропавловская В.Б., Сульман М.Г., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С.
Corrosion resistant fine-grained ash concrete for repairs of constructions in the linen production
Journal of Physics: Conference Series, том 1926, статья 012045 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/1926/1/012045
15.
Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г., Бурьянов А.
Effective building mixtures based on hemihydrate plaster and highly dispersed mineral fillers
Journal of Physics: Conference Series, том 1926, статья 012056 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/1926/1/012056
16. Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Завадько М.Ю. Гипсовые композиты с микродисперсными наполнителями Тверь: Тверской государственный технический университет, 164 страницы (год публикации - 2021)
17.
Делицын Л.М., Рябов Ю.В., Кулумбегов Р.В., Сульман М.Г., Косивцов Ю.Ю., Завадько М.Ю.
Комплексная технология переработки золошлаковых отходов угольных электростанций
Экология и промышленность России, том 25, №7, страницы 20-25 (год публикации - 2021)
10.18412/1816-0395-2021-7-20-25
18.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Рябов Ю.В., Петропавловская В.Б., Сульман М.Г.
Перспективный метод утилизации золошлаковых отходов переменного состава на угольных электростанциях
Экология и промышленность России, том 25, №9,страницы 18-23 (год публикации - 2021)
10.18412/1816-0395-2021-9-18-23
Публикации
1.
Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г., Петропавловский К.С.
Building Materials and Products based on Resource-saving Gypsum Compositions
Chemical Engineering Transactions, Vol. 94, pp. 685–690 (год публикации - 2022)
10.3303/CET2294114
2.
Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г., Завадько М.Ю., Петропавловский К.С.
Application of Microfillers in Energy-Saving Compressed Gypsum Composites
Chemical Engineering Transactions, Vol. 94, pp. 679–684 (год публикации - 2022)
10.3303/CET2294113
3.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Сульман М.Г., Косивцов Ю.Ю.
Ash from Coal-Fired Power Plants as a Raw Material for the Production of Alumina
Chemical Engineering Transactions, Vol. 94, pp. 655–660 (год публикации - 2022)
10.3303/CET2294109
4.
Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г., Петропавловский К.С., Федюк Р.С., Амран М.
Coal Ash Enrichment with Its Full Use in Various Areas
Materials, Vol. 15(19), art. 6610 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15196610
5. Делицын Л.М., Сульман М.Г., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Косивцов Ю.Ю. Production of Agloporite from Ash of Variable Composition of a Coal-Fired Power Plant 22nd International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2022 (год публикации - 2022)
6. Сульман М.Г., Чалов К.В., Косивцов Ю.Ю., Луговой Ю.В., Петропавловская В.Б. Influence of Alumosilicate Concentrate on the Characteristics of Building Materials 22nd International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2022 (год публикации - 2022)
7. Петропавловский К.С., Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г., Завадько М.Ю. Physico-Chemical Regularities of Formation Structures of non-Fired Gypsum Modified Stone 22nd International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2022 (год публикации - 2022)
8. Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г., Петропавловский К.С. Synthesis of Energy- and Resource-Saving Gypsum Compositions as the Basis of Building Materials and Products 22nd International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2022 (год публикации - 2022)
9.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Сульман М.Г.
Obtaining Alumina from the Ash of Coal-Fired Power Plants
Thermal Engineering, Vol. 69, No. 12, pp. 933-941 (год публикации - 2022)
10.1134/S0040601522120023
10.
Делицын Л.М., Рябов Ю.В., Кулумбегов Р.В., Лавриненко А.А., Сульман М.Г.
Влияние флотационных реагентов на извлечение углерода из золы угольных ТЭС
Экология и промышленность России, Т. 26, № 2, С. 14-19 (год публикации - 2022)
10.18412/1816-0395-2022-2-14-19
11.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Бородина Т.И., Сульман М.Г., Косивцов Ю.Ю.
Белитовые шламы из золы угольных ТЭС
Экология и промышленность России, Т. 26, № 11, С. 20-26 (год публикации - 2022)
10.18412/1816-0395-2022-11-20-26
12.
Гаджиев Ш.А., Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Сульман М.Г., Петропавловский К.С., Фирсов С.С.
Опытно-промышленные испытания переработки золы угольных ТЭС
Экология и промышленность России, Т. 26, № 12, С. 4–9 (год публикации - 2022)
10.18412/1816-0395-2022-12-4-9
13. Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Сульман М.Г., Завадько М.Ю., Большаков А.А. Использование отходов биотоплива в производстве строительных композитов Актуальная биотехнология, № 1, С. 54 (год публикации - 2022)
14.
Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Завадько М.Ю.
Influence of Acid-Activated Micro-Dispersed Additive on the Properties of Cement Sulphate-Resistant Compositions
Materials Research Proceedings, Vol. 21, pp. 285-292 (год публикации - 2022)
10.21741/9781644901755-51
15.
Петропавловская В.Б., Артамонова С.В., Щипанская Е.О., Раткевич Е.А., Петропавловский К.С.
Environmental management in ash and slag waste management in Russia
IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 1010, Art. 012135 (год публикации - 2022)
10.1088/1755-1315/1010/1/012135
16. Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Бурьянов А.Ф. Проектирование составов гипсовых сырьевых смесей, модифицированных добавками техногенного происхождения на основе местной сырьевой базы Химия, физика и механика материалов, № 1 (32), С. 76-90 (год публикации - 2022)
17. Свейти Ю., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Бурьянов А.Ф., Петропавловская В.Б. Дисперсно-армированные гипсовые композиции Химия, физика и механика материалов, № 2 (33), С. 32-45 (год публикации - 2022)
18.
Александрова О.В., Куанг Н.Д., Булгаков Б.И., Федосов С.В., Лукьянова Н.А., Петропавловская В.Б.
The Effect of Mineral Admixtures and Fine Aggregates on the Characteristics of High-Strength Fiber-Reinforced Concrete
Materials, Vol. 15, Art. 8851 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15248851
Публикации
1.
Бабаев Д.Д., Петропавловский К.С., Данякин В.А., Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б.
Утилизация фосфогипса в производстве строительных изделий
Вестник Тверского государственного технического университета. Серия "Строительство. Электротехника и химические технологии", № 1 (17), С. 5-13 (год публикации - 2023)
10.46573/2658-7459-2023-1-5-13
2.
Федюк Р., Макарова Н., Хадер Д., Козин А., Амран М., Петропавловская В., Новиченкова Т., Сульман М., Петропавловский К.
Combined effect on properties and durability performance of nanomodified basalt fiber blended with bottom ash-based cement concrete: ANOVA evaluation
Journal of Materials Research and Technology, Vol. 23, pp. 2642-2657 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jmrt.2023.01.179
3.
Свити Ю., Петропавловская В., Новиченкова Т., Петропавловский К.
Influence of bed ash on the rheology and properties of gypsum building mixtures
E3S Web of Conferences, Vol. 403, art. 03012 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202340303012
4.
Петропавловский К.С., Раткевич Е.А., Новиченкова Т.Б., Петропавловская В.Б.
The use of technogenic carbon in gypsum compositions for green building
E3S Web of Conferences, Vol. 403, art. 03013 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202340303013
5.
Федюк Р., Макарова Н., Козин А., Ломов М., Петропавловская В., Новиченкова Т., Венсю С., Сульман М., Петропавловский К.
Nanomodified Basalt Fiber Cement Composite with Bottom Ash
Journal of Composites Science, Vol. 7, art. 96 (год публикации - 2023)
10.3390/jcs7030096
6.
Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Сульман М.Г.
The Use of Aluminosilicate Ash Microspheres from Waste Ash and Slag Mixtures in Gypsum-Lime Compositions
Materials, Vol. 16, art. 4213 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16124213
7.
Свити Ю., Петропавловская В., Коровицын Д., Петропавловский К., Новиченкова Т.
Problems of Disposal of Acid Fuel Ash in the Composition of Building Composites
AIP Conference Proceedings, Vol. 2560, art. 020021 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0125393
8.
Делицын Л.М., Попель О.С., Кулумбегов Р.В., Сульман М.Г., Петропавловский К.С.
Main Ways of Disposal of Aluminosilicate Ash of Coal-Power Plants and Environmental Consequences
AIP Conference Proceedings, Vol. 2526, art. 040041 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0145419
9.
Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Сульман М.Г.
Formation of the Structure of Ash-Gypsum of Non-Hydration Hardening
Chemical Engineering Transactions, Vol. 103, pp. 763-768 (год публикации - 2023)
10.3303/CET23103128
10.
Каляскин П.А., Петропавловский К.С., Петропавловская В.Б., Сульман М.Г., Новиченкова Т.Б.
Study of the Properties of Concrete with Gypsum-Ash Binder
Chemical Engineering Transactions, Vol. 103, pp. 769-774 (год публикации - 2023)
10.3303/CET23103129
11.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Сульман М.Г.
Foamed Aluminosilicate Material for Building Purposes from Coal-Fired Thermal Power Plant Ash
Chemical Engineering Transactions, Vol. 103, pp. 799-804 (год публикации - 2023)
10.3303/CET23103134
12.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Косивцов Ю.Ю., Сульман М.Г.
Full utilization of coal-fired power plant ash and slag waste components
IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 1212, art. 012024 (год публикации - 2023)
10.1088/1755-1315/1212/1/012024
13.
Корнеев А., Петропавловская В., Новиченкова Т.
Modeling the Structure of Compacted Gypsum Materials
AIP Conference Proceedings, Vol. 2948, art. 020051 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0165261
14.
Некрасова И.Ю., Петропавловская В.Б., Петропавловский К.С.
Review: Mathematical Modeling of the Processes of Hydration Hardening of Binder Systems
AIP Conference Proceedings, Vol. 2948, art. 020049 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0165254
15.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Рябов Ю.В., Попель О.С., Сульман М.Г.
Dry Magnetic Separation of Ash from a Coal Power Station
Ecology and Industry of Russia, Vol. 27, Iss. 4, pp. 22-27 (год публикации - 2023)
10.18412/1816-0395-2023-4-22-27
16.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Петропавловский К.С., Лобачева Л.В., Сульман М.Г.
Preparation of Fly Ash of Ekibastuz Coals for Subsequent Production of Alumina
Ecology and Industry of Russia, Vol. 27, Iss. 11, pp. 22-27 (год публикации - 2023)
10.18412/1816-0395-2023-11-22-27
17.
Петропавловская В.Б., Петропавловский К.С., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Курятников Ю.Ю.
Cement Compositions with Pulverized Basalt
AIP Conference Proceedings, Vol. 2526, art. 020022 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0115775
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Выполнена работа по классификации золы углей различных бассейнов занимающих значительную долю в угольной энергетике России. Экспериментальное исследование золы Троицкой ГРЭС, работающей на Экибастузском угле, позволило определить её химический и фазово-минералогический состав и основные физические свойства. Исследование различных способов разделения золы на отдельные составляющие (фракционирование по размеру частиц, магнитная сепарация, флотационное, химическое обогащение) позволило определить те концентраты, на которые целесообразно разделять исходную золу в промышленных условиях и предложить технологию ее переработки.
Экспериментально установлено, что из золы Троицкой ГРЭС можно получить методом пенной флотации углеродный концентрат, комбинированным гравитационно-магнитным методом – магнетитовый концентрат, методом химического обогащения – глинозёмный концентрат и белитовый шлам. Определены основные технологические параметры получения концентратов.
В связи с тем, что зола представляет собой новый перспективный тип глинозёмно-кремнезёмного сырья, были исследованы её основные физико-химические свойства: химический, фазовый (минералогический) и гранулометрический состав, удельный вес и удельная площадь поверхности. Знание этих свойств является основным условием для правильного выбора технологии полной (100 %-й) переработки золы в промышленную продукцию. Зола углей Кузнецкого и Экибастузского бассейнов характеризуется низким содержанием оксидов кальция и магния, высоким содержанием оксида кремния и относится к кислой золе. Тем не менее, химический состав золы из этих бассейнов различается, и соответственно, требуются различные методы ее переработки. Отличительным свойством химического состава золы экибастузского угля является высокое содержание Al2O3 и SiO2, которые в совокупности составляют от 85 до 90 %. Выполнен рентгенофазовый анализ золы. Полученные дифракционные спектры показывают, что образцы содержат аморфную и кристаллическую компоненты.
Для выявления наличия основных функциональных групп в макромолекуле органической массы золы, а также отдельных видов связей, определяющих энергетическую неоднородность поверхности золы, был использован метод автоматизированного анализа углей по инфракрасным спектрам отражения. Наблюдаемые полосы поглощения в области 3450-3650 1/см соответствует полосам валентных колебаний ОН-1 на поверхности носителя, причем данные колебания не связанные, а находятся в виде кристаллогидратов, в области 2960-2872 1/см наблюдаются слабо проявляющиеся валентные колебания CH-групп, максимум на 1600-1650 1/см отнесены к внутриплоскостным колебаниям С=С атомов углерода в графитоподобных системах. Данные ИК-спектра свидетельствуют о том, что углеродсодержащая поверхность частичек золы является гетерополярной. Исходя из этого были использованы реагенты, содержащие в своем составе предельные, непредельные и кислородсодержащие соединения.
Установлено влияние флотационных реагентов и физических методов воздействия на них, в процессе извлечения углеродсодержащего концентрата на его выход и качество. Благодаря колебательным движениям частиц под воздействием звуковых волн образуются тонкодисперсные эмульсии собирателя в воде. Флотации мелких шламов вследствие их большой удельной поверхности поглощают из пульпы большее количество реагентов, чем крупные частицы золы, что негативно отражается на показателях флотации. В этой связи для их обогащения целесообразно применение флокулянтов флотации, которые приводят к укрупнению мелких пылевидных частиц, что позволяет повысить показатели флотации. Было изучено влияние количество вводимого в пульпу флокулянта на показатели флотации мелких фракций золы (˂ 50 мкм). Зависимость удельной теплоты сгорания полученных при флотации углеродных концентратах от содержания в них углерода установили с помощью калориметра оснащенным стандартной кислородной бомбой.
Зола бурых углей Канско-Ачинского бассейна, характеризующихся высоким содержанием оксида кальция необходимого для в процессе варки стекол для снижения энергии активации вязкого течения, была использована для получения стеклокристаллических материалов. Для доведения состава шихты пригодной для получения стеклокристаллических материалов к золе добавляли закаленный алюмосиликатный плав – отход переработки сподумена и SiO2. Изучено влияние концентрации катализатора кристаллизации на фазовый состав стеклокристаллического материала. Установлены кристаллические фазы образующихся материалов. Были изучены Физико-механические свойства разрабатываемого стеклокристаллического материала.
В целях получения эффективного геополимерного композита с повышенными эксплуатационными свойствами на основе отходов топливной золы было определено влияние плотности раствора жидкого стекла на сроки схватывания геополимерного теста. Определены нормальная густота и сроки схватывания для каждого состава. Исследованы физико-механические свойства модифицированных геополимерных композитов. Установлено, что с увеличением плотности активатора увеличивается и средняя плотность образцов геополимера.
По результатам исследования возможности синтеза перспективных органоминеральных комплексов на основе продуктов недожога, выделенных из ЗШС, была получена рецептура премикса для производства бесцементных строительных материалов для зданий и объектов с рациональным энергопотреблением и оптимизированной эмиссией СО2. Полученные результаты исследований показали, что, помимо углеродного скелета в составе выделенного из золошлаковой смеси при флотации недожога присутствуют и отдельные сфероидальные микро- и наночастицы алюмосиликатов с присутствием кристаллической и аморфной фазы. Алюмосиликатные включения захвачены сетчатой структурой углерода. Они имеют широкое распределение по размерам, что подтверждается анализом темнопольных снимков углеродной добавки-модификтора.
Высокая открытая пористость и развитая поверхность углеродных частиц способствует активной кристаллизации вяжущей матрицы с измененной морфологией кристаллов Исследованиями методами ртутной порометрии установлено, что введение пористого наполнителя с содержанием алюмосиликатных частиц в структуре заметно меняет распределение пор. В структуре получаемого искусственного камня на основе углеродного модификатора наблюдаются поры размером не более 10 мкм, что благоприятно отражается на теплофизических и структурных характеристиках строительных композитов. Этим композиты выгодно отличаются от материалов. При этом более чем на треть увеличивается закрытая пористость, что будет обуславливать высокие эксплуатационные свойства и коррозионную стойкость получаемого камня.
Публикации
1.
Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Клименко Н.Н., Попель О.С., Сульман М.Г., Синельщиков В.А., Сычев Г.А., Петропавловский К.С.
Обогащение железосодержащего концентрата гидрофторидом аммония
Экология и промышленность России, Т. 28, № 3, С. 22-26 (год публикации - 2024)
10.18412/1816-0395-2024-3-22-26
2. Петропавловский К.С., Некрасова И.Ю., Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б. Green Сomposites Based on Gypsum and Ash Waste International Conference on Construction and Building Materials (ICCBM), AIP Conference Proceedings (год публикации - 2024)
3.
Бабаев Д.Д., Петропавловская В.Б., Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б.
Geopolymers based on industrial waste
Third International Scientific and Practical Symposium on Materials Science and Technology (MST-III 2023), Proceedings of SPIE, Vol. 12986, art. 1298615-1 (год публикации - 2024)
10.1117/12.3018032
4. Петропавловский К.С., Каляскин П.А., Петропавловская В.Б., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г. Study of creep behaviour of self-reinforced gypsum composites Chemical Engineering Transactions (год публикации - 2024)
5. Петропавловская В.Б., Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б., Косивцов Ю.Ю., Сульман М.Г. Synthesis of biopositive composites based on gypsum binder and dispersed additive of unburned coal Chemical Engineering Transactions (год публикации - 2024)
6.
Петропавловская В.Б., Петропавловский К.С., Каляскин П.А., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г.
High Strength Zologypsum Composite
Proceedings of the 24th International Multidisciplinary Scientific GeoConference & EXPO
SGEM2024, ISSUE 4.1, Paper 275 (год публикации - 2024)
10.5593/sgem2024/4.1/s18.36
7.
Петропавловская В.Б., Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г., Косивцов Ю.Ю.
Low Carbon Binders with Ash Microsphere
Proceedings of the 24th International Multidisciplinary Scientific GeoConference & EXPO
SGEM2024, ISSUE 4.1, Paper 283 (год публикации - 2024)
10.5593/sgem2024/4.1/s18.37
8. Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Косивцов Ю.Ю., Сульман М.Г. The influence of ultrasonic treatment of apolar collectors on the performance of carbon extraction from ash of coal power plants Chemical Engineering Transactions (год публикации - 2024)
9.
Делицын Л.М., Сульман М.Г., Кулумбегов Р.В., Попель О.С., Сидоров А.И.
Utilization of Ash from the Combustion of Kuznetsk and Ekibastuz Coals
Proceedings of the 24th International Multidisciplinary Scientific GeoConference & EXPO
SGEM2024, ISSUE 4.1, Paper 331 (год публикации - 2024)
10.5593/sgem2024/4.1/s18.44
Возможность практического использования результатов
В результате реализации проекта созданы научные основы технологии получения высококачественных продуктов:
- углеродный концентрат (не менее 60-70% С) для использования в качестве котельного топлива, в том числе для обеспечения энергетических потребностей технологических процессов переработки ЗШО;
- магнетитовый концентрат: фракция < 0.2мм для порошковой металлургии; магнетитовый концентрат для получения чугуна и стали, в том числе в составе клинкера для плавки железорудных концентратов;
- алюмосиликатный продукт, используемый в качестве активного компонента в строительных материалах (бетон, цемент, кирпич, стеновые изделия)
На основе продуктов обогащения золошлаковых отходов ТЭС осуществлен синтез инновационных востребованных продуктов – многофазных высокопрочных вяжущих, а также эффективных наноструктурирующих органоминеральных добавок-премиксов для производства современных строительных материалов – минеральных вяжущих композиций, сухих общестроительных, закладочных и инъекционных смесей, цементных и асфальтобетонов и т.д.
Проектируемые инновационные композиционные вяжущие предназначены прежде всего для улучшения эксплуатационных характеристик строительной продукции, нуждающейся в обеспечении их коррозионной стойкости и повышенных деформативных показателях. Это обеспечит безопасность строительной продукции и значительное снижение затрат на ее производство.
Использование комплексного подхода переработки ЗШО экономически и технологически оправдано, так как позволяет снизить затраты на хранение отходов и добычу ископаемого углеводородного сырья. Разработанная технология может быть применена в промышленности на территориях ТЭС и хранилищах золошлаков для получения углеродных, магнетитовых и алюмосиликатных концентратов, а также на промышленных предприятиях по переработке отходов для эффективной утилизации последних.