Таблица I. Химический состав золошлаков ИвГРЭС, вес %
^ГоТГА^ 2°3|Р в 203 { СаО
2J + ‘
!П 0 ,
ГК,0 ! Л о3|п.п.п|
1+2 1
П/а^О!
(Гигроскоп. -
!влага
!% вес.
|
|
|
34,92 11,87 11,78 18,36 |
2,01 1,58 1,46 18,11 Ю0,13 4,29 |
В овязи с тем, что |
при горении органической массы окисле |
ние С, J |
, // и т .д . сопровождается изменением веса исходного ма |
териала |
и выделением тепла, в качестве основных методов иссле |
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
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.
|
Поэтому полученные закономерности,очевидно, применимы |
к тем случаям, когда |
золошлак будет |
нагреваться в тонком олое |
/ 4&-I0 мы/. |
При переходе |
к большим объемам может |
измениться |
режим горения. |
|
|
|
|
|
|
|
G.T. Ростовцев |
в работах /3 , |
4 / показал, |
что режим го |
рения может |
быть определен по величине характеризующего крите |
рия |
л1Л 1 ' |
где И '*;/* |
h ^D‘*J5iCZ) |
2 / 3 |
|
, |
»ч>' |
|
|
~ |
|
|
|
Ф - |
поверхность пор в объеме |
материала, см /см |
|
К - |
константа окорости |
химической |
реакции |
|
- относительный объем пор в куске /отношение объема пор к |
|
полному объему куска/ |
|
|
|
‘Т) - коэффициент диффузии |
|
|
|
|
Q - размер куска /слоя/ |
|
|
|
|
|
|
При значениях |
~ |
\ |
j ^ |
r процесс протекает в диффузи |
онной области, при |
|
|
^-/-процесс идет по-кинетической |
схеме, при 0,1 |
Ю - |
в промежуточной области. |
|
Изменение величины критерия |
при использовании |
материалов постоянного гранулометрического состава может быть достигнуто за счет второго сомножителя.
Увеличивая толщину слоя материала, т .е , |
увеличивая Q , |
можно достигнуть з н а ч е н и я .Q^IOis перевести |
процесс горения |
в диффузионную область. Выгорание углерода по диффузионной |
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
ростью V (Определяемой значением К и</)'. |
В силу этого за вре |
мя |
, где : |
|
Н - |
толщина слоя материала |
|
\/ - |
скорость перемещения активного |
слоя |
распределение кислорода в различных участках слоя будет не одинаковым и окислительно-восстановительные процевсы будут протекать по-разному.
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-
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.
