Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Условия образования, виды свойства обсв 7
1.1 Условия образования 7
1.2 Виды и свойства осадков сточных вод 13
1.3 Направления применения ОБСВ (состояние вопроса) 19
ГЛАВА 2 Улучшение качества керамических материалов введением отходов (аналитический обзор) 24
2.1 Применение добавок в производстве керамического кирпича 24
2.2 Использование отходов в производстве керамзита 31
2.3 Некоторые аспекты получения материалов на основе жидкого стекла 35
Рабочая гипотеза 40
Цель и задачи исследования 43
ГЛАВА 3 Теоретическое обоснование использования аомк в керамических материалах 44
3.1 Процессы спекания в керамических материалах 44
3.2 Процессы газообразования при обжиге керамических масс 53
3.3 Кристаллизация силикатных расплавов введением катализаторов 56
3.4 Структурно-энергетические свойства керамических материалов с АОМК ' 60
ГЛАВА 4 Характеристика исходных материалов и методы исследований 72
4.1 Стандартные и общепринятые методы исследований 72
4.2 Нестандартные методы исследований 75
4.3 Термодинамический расчет 78
4.4 Методы математической статистики 82
4.5 Характеристика сырьевых материалов 85
ГЛАВА 5 Исследование состава и свойств обсв самарской гокс 90
5.1 Условия образования ОБСВ г. Самары 90
5.2 Исследование состава и свойств ОБСВ 92
5.3 Исследование процессов газификации углерода осадка 98
5.4 Выводы по главе 106
ГЛАВА 6 Экспериментальные исследования аомк как многофункциональной добавки в керамические массы 107
6.1 Керамический кирпич 107
6.2 Алюмосилнкатиый пористый заполнитель 118
6.3 Силикатный пористый заполнитель 125
6.4 Получение гранулированных пористых заполнителе 130
6.5 Возможная область применения гранулированных заполнителей 134
6.6 Выводы по главе 137
ГЛАВА 7 Опытно-промышленная проверка применения аомк в производстве керамического кирпича 139
7.1 Оценка керамических свойств глины Кипель-Чсркасского месторождения 139
7.2 Использование песка в производстве кирпича из глины Кинель-Черкасского местрождения 143
7.3 Применение АОМК в производстве кирпича из глины Кинель-Черкасского местрождения 147
7.4 Выводы по главе 150
ГЛАВА 8 Экологические аспекты утилизации аомк в производстве керамических материалов 151
Общие выводы 163
Литература 166
- Направления применения ОБСВ (состояние вопроса)
- Некоторые аспекты получения материалов на основе жидкого стекла
- Кристаллизация силикатных расплавов введением катализаторов
- Исследование процессов газификации углерода осадка
Введение к работе
Одним из самых распространенных материалов, традиционно используемых при возведении зданий и сооружений, являются керамические материалы. Более чем тысячелетняя практика позволяет отнести их к категории наиболее востребованных и долговечных строительных материалов. И до нынешнего времени керамический кирпич продолжает сохранять значение одного из ведущих стеновых изделий, доля его в общем балансе составляет около 40% [32]. Другим керамическим материалом, сфера применения которого весьма обширна (засыпки, заполнители для бетонов и др.), является керамзитовый гравий. Не менее актуальна разработка составов и технологий керамических, стеклокерамических и стеклообразных поризованных теплоизоляционных материалов специального назначения, применяемых для работы в агрессивных средах и при повышенных температурах.
Во многих регионах России остро стоит проблема производства высокомарочного керамического кирпича и легкого керамзита с улучшенными теплотехническими показателями. Основными причинами сложившейся ситуации можно назвать истощение природной сырьевой базы и отсутствие технологических разработок, учитывающих особенности состава и физико-химические свойства глинистого сырья.
Другой причиной нестабильности производства керамических материалов является быстрый рост цен на энергоносители, ставящий под угрозу развитие материалов, получаемых по обжиговым технологиям. Решением вопроса может служить вовлечение в сырьевой оборот многокомпонентных отходов, содержащих в своем составе не только минеральные, но и органические вещества. Участие в процессах горения последних снизит энергозатраты на сушку и обжиг кирпича и окажет положительное влияние на процессы структурообразования.
Важнейшей проблемой современного индустриального общества является обращение отходов. Управление обращением отходов - это комплекс, который состоит из таких огромных блоков как сбор, разделение, переработка, хранение (или захоронение) и вторичное использование отходов. Несомненно, именно утилизация отходов в производстве строительных материалов и изделий является наиболее перспективным направлением их обращения.
Многие отходы крупных предприятий, образующиеся в большом количестве, ставят проблему поиска дорогостоящих (а иногда и специально оборудованных) площадей для их хранения. Однако значительно более злободневным является экологический аспект этого вопроса.
Одним из таких многотоннажных экологически небезопасных отходов является осадки бытовых сточных вод (ОБСВ). В настоящее время на территории страны уже накоплено несколько десятков миллионов тонн таких осадков, которые, как правило, содержат и тяжелые металлы и токсичные органические вещества, так как практически во всех городах идет смешение хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод.
В настоящее время ОБСВ в регионах с развитым промышленным потенциалом образуется около 100 млн. м3 в год [166]. Вопрос удаления, обработки и утилизации осадков на подавляющем большинстве очистных станций надлежащим образом не решен. В результате происходит их интенсивное накопление на иловых площадках, площадь которых только в составе сооружений по очистке городских сточных вод составляет около 4000 Га [166].
Исследования, приведенные в данной работе, посвященной использованию осадков бытовых сточных вод в производстве обжиговых керамических конструкционных и теплоизоляционных материалов, позволят не только утилизировать ОБСВ, снизить нагрузку на окружающую среду, т.н. экологическую напряженность, а также улучшить технико-экономические показатели производства керамических материалов. Можно сказать, что
переработанные отходы - это основной резерв материальных и энергетических ресурсов в строительной индустрии и смежных отраслях.
Номенклатура апробированных технологических добавок в строительной керамики довольно широка, однако многокомпонентных и полифункциональных, в которых одновременно содержатся и минеральные и органические вещества, встречаются значительно реже. Еще меньше существует отходов, которые помимо сбалансированного соотношения отдельных компонентов, поверхностно и химически активны. Одним из таких уникальных комплексов является осадок бытовых сточных вод.
Направления применения ОБСВ (состояние вопроса)
Основным направлением утилизации шламов является их использование в сельском хозяйстве в качестве органо-минерального азотно-фосфорного удобрения, а активного ила - в качестве кормовой добавки к рациону сельскохозяйственных животных. Но применение осадка в качестве удобрений ограничено наличием тяжелых металлов и других вредных примесей, а также необходимостью уничтожения патогенных микроорганизмов, а также яиц гельминтов.
Анализ отечественного и зарубежного опыта [43] показывает, что перспективным направлением обработки и утилизации осадков сточных вод для больших городов является сжигание осадков. В Санкт-Петербурге на территории Центральной станции аэрации в 1997 г. введен в эксплуатацию первый в России завод по сжиганию ОСВ. До последнего времени масса этого осадка ( 1000м /сут) вывозилась на автосамосвалах и складировалась на окраине города. Для этих целей в С.-Петербурге уже занято 160 га площадей и ежегодно необходимость в них росла до 10 га в год. [182]. Однако любое производство, связанное со сжиганием органики, обеспечивает в черте города как минимум несколько миллионов тонн загрязняющих веществ. Поэтому вопрос строительства мусор осжигающих заводов является весьма спорным с точки зрения экологических требований [65].
Альтернативный путь утилизации осадков - депонирование имеет свои недостатки. Основной из них - трудное экономическое и техническое решение проблемы, связанной с загрязнением подземных вод и выделением биогаза в процессе депонирования осадка.
Можно предположить, что наиболее удачным способом утилизации, который предполагает наиболее полное использование положительных качеств и одновременно снижение отрицательного воздействия осадков является их использование в производстве строительных материалов. Обзор по данной тематике позволил выявить несколько разработок в этой области. Однако многие технические решения по утилизации ОСВ в строительные материалы требуют значительных материальных и энергетических затрат при отсутствии гарантированных физико-механических свойств и токсикологических показателей полученных изделий, что является сдерживающим фактором их внедрения.
В работе [28] приведены данные исследований по разработке метода и технологии рационального использования смеси сырых осадков и избыточного активного ила в качестве добавки для получения цемента. Однако экологическими испытаниями установлено, что добавки шламов в кладочные растворы при увеличении количества до 15% ухудшают качество строительного материала. После вылеживании в воде шлама (от 1 до 5%) или образца кладочного раствора отмечается высокая токсичность воды. Вымывание металлов и острая токсичность наблюдаются после 5-Ю — суточной экспозиции. Шламы сточных вод, предварительно термически обработанные (прокаливание в течение 2 ч при 800 С), в тех же условиях оказались нетоксичными [41]. Данная работа подтверждает, что наиболее надежным способом снижения токсичности шламов является термическая обработка.
Наличие в осадке большого количества органических веществ и оксидов кальция предполагает возможность его использования в дорожном асфальтобетоне, поскольку битум хорошо взаимодействует с карбонатами и совместим с органическими веществами природного происхождения, а также с нефтепродуктами [25].
Осадки городских сточных вод также могут быть использованы при производстве гипсоблоков. Это позволяет утилизировать до 5% в пересчете на сухое вещество от массы вяжущего осадков. Введение последних в гипсовую смесь значительно замедляет сроки схватывания гипсового теста, что позволяет изменить технологию производства гипсовых изделий [47].
В последнее время стали появляться работы по использованию активного ила в производстве строительной керамики. Можно проследить два основных направления:
получение золокерамических изделий на основе многокомпонентных шихт из глин, песка, опилок и золы от сжигания осадка промышленных и бытовых сточных вод городского коммунального хозяйства, вместо традиционной золы ТЭЦ [133];
использование ила с водоочистных сооружений (в том числе высокой влажности), как правило в смеси с золой и другими добавками [1,117-120,127].
В исследованиях отмечается многоуровневый эффект: повышение пластичности, прочности, морозостойкости, снижение водопоглощения. Отличительной особенностью применение золы от сжигания осадков сточных вод является повышенное содержание в ней активных микроэлементов. Зола в составе шихты влияет на свойства глиняной массы: на ряду с улучшением сушильных свойств она является интенсификатором процесса формирования кристаллизационной структуры керамического материала.
Промышленное производство кирпича с добавкой золы от сжигания осадков сточных вод в ЗАО «НПО Керамика» свидетельствует о высокой экономической эффективности применения отходов.
Патентная проработка также позволила выявить несколько составов сырьевых смесей для приготовления керамзитового гравия, в состав которых входит осадок станций аэрации [6, 7, 124, 125]. Исследователи отмечают, что введение в глину, которая в естественном состоянии не вспучивается, добавки в виде осадка, позволяют сделать её пригодной для производства керамзита. По сравнению с керамзитом, приготовленным с добавкой 1% мазута, керамзит с ОБСВ имеет более высокую марку, шероховатую поверхность и большую открытую пористость, что важно для сцепления керамзита с раствором. Введение осадка обеспечивает снижение средней плотности керамзитового гравия и увеличение коэффициента вспучиваемости. Равномерно распределенные коллоидные соединения тяжелых металлов обволакивают и склеивают частицы сырьевой смеси, а при обжиге на поверхности гранул керамзита в результате взаимодействия ионов металлических соединений с частицами глины образуется металлоподобная твердая пленка.
Однако, упомянутые разработки, на наш взгляд, имеют некоторые недостатки: в состав смеси вводят дополнительные компоненты (торф, нефтешлам и др.); количество вводимого ОБСВ не обосновано и составляет 1-50%.
Некоторые аспекты получения материалов на основе жидкого стекла
Жидкостекольные материалы (силикаты натрия и калия) получают сплавлением кремнезема со щелочными компонентами содой, поташом и т.д.
Жидкие стёкла представляют ряд водорастворимых силикатов и растворов кремнезёма, различающихся по свойствам в зависимости от числа атомов кремния к в системе силоксановых связей - Si-O-SL При к — 1 это низковязкие растворы мономеры, при к = 2-25 - растворы олигомера; при к 25 и молекулярной массе М 106 - вязкие поликремневые кислоты; при М 106 или при размере частиц больше 5 нм - коллоидный кремнезём [39].
По мере уменьшения щелочности и возрастания силикатного модуля т щелочные силикатные системы образуют ряд, соответствующий четырём вышеназванным формам кремнезёма: при т 2 - высокощелочные легкоподвижные системы; при т = 2-4 — жидкие стёкла; при т = 4-25 -полисиликаты; при т 25 — золи. Жидкие стекла, стекловидные силикаты, гидросиликаты в кристаллическом и аморфном состояниях относятся к низкомодульным силикатам.
Жидкие стёкла в качестве вяжущих обладают высокой адгезией к различным материалам, при твердении образуют прочный силикатный камень. Наиболее легко растворяются гидросиликаты натрия Na2H2Si04-4H20 с модулем 1. Медленнее растворяются стёкла с модулем 2 и выше, полнота растворения зависит от температуры, относительного количества взятой воды, степени измельчения растворяемого стекла, от введения различных добавок и наличия примесей.
Механизм растворения представляется как переход катионов щелочного металла с поверхности стекла в раствор за счёт сольватационного взаимодействия и встречное диффундирование молекул воды в массу стекла. На границе раздела образуется узкий реакционный слой со специфическими свойствами, отличающимися от свойств стекла и свойств раствора. Часть молекул воды вступает в реакцию гидролиза с образованием гидроксильных ионов, разрушающих анионный каркас фазы стекла на отдельные блоки по дефектам структуры. Кремнезём переходит в раствор.
Если размельчить растворимое стекло в порошок, т.е. увеличить поверхность раздела фаз, то быстро установится концентрация щелочи, при которой толщина гидратированного слоя стабилизируется на небольшой величине. Скорость растворения при стабилизированной толщине слоя будет высокой. Следовательно, технологически важна такая толщина специфического слоя, при которой устанавливается стационарный режим растворения.
Растворы щелочных силикатов эффективно взаимодействуют со многими твердыми веществами, в состав которых входят ионы или соли щелочноземельных металлов (различные глины, стёкла, золы, шлаки, карбонаты, сульфаты, фосфаты, фториды, силикаты, оксиды). Кальциты, особенно мел, реакционноспособны в низкомодульных растворах (при этом могут образоваться силикаты кальция). Многие из перечисленных веществ применяют в качестве отвердителей жидкостекольных композиций, расширяя технологические возможности силикатных материалов.
Применение в жидкостекольных композициях высокодисперсных добавок, увеличивающих модуль вяжущего, модифицирует структуру и интенсифицирует процесс твердения, усиливает адгезионное взаимодействие в системе «жидкое стекло - наполнитель». В работе [154] предложено использовать бинарную систему дисперсных наполнителей, включающую опоку и производственный шлам-отход.
Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность применения силикатнатриевой композиции в качестве основы для получения пористого заполнителя работами известных учёных: М.А. Матвеева, П.Н. Григорьева, Л.М. Бутта, И.И. Китайгородского, В. Эйтеля, У.Д. Кингери, Ю.П. Горлова, Б.Д. Тотурбиева, В.И. Корнева, В.В. Данилова, и др [26, 39, 74]. Новый подход к вопросу получения водостойких теплоизоляционных материалов (ТИМ) на основе жидкого стекла рассмотрен в работе [62]. В целях повышения водостойкости ТИМ на жидком стекле авторы работ предлагают композиции, в которых в качестве отвердителей и модификаторов использованы серый и белый портландцемент, гашеная известь, опока, алюминиевая пудра.
Теплоизоляционные материалы (ТИМ) на основе жидкого стекла (ЖС) в последнее время находят все более широкое применение в строительстве. Одной из основных проблем этих материалов является сравнительно низкая водостойкость, что обуславливается присутствием натриевой щелочи в композициях, отверждаемых под действием повышенных температур [61, 62]. Отверждение жидких стекол сопровождается образованием слабокислого геля Si(OH)4 с последующим его обезвоживанием, которое приводит к образованию дефектов на микро- и макроуровнях. Таким образом, первостепенными факторами формирования минимально дефектной структуры жидкостекольных композиций являются: обеспечение условий для ограничения процесса обезвоживания (синерезиса), а также необходимость химически связать максимально возможное количество свободной воды и кольматировать образующиеся в материале поры и дефекты. Для осуществления процесса пластификации в качестве пластификаторов следует вводить в композиции соединения с сильно полярными группами (в частности ОН-группы), что придает им сродство с сильнополярной поверхностью вяжущего.
Из первого условия вытекает необходимость диспергирования вяжущего и снижение потенциалобразующих ионов частиц геля; в результате диспергирования снижаются внутренние напряжения, а наличие полярных групп добавки должно вызывать их ориентированную сорбцию на частицах геля матрицы, вызывая эффект «защитного действия». При назначении вводимой добавки необходимо также предусмотреть создание условий для превращения органических добавок в смолообразный полимер, дополнительно уплотняющий структуру композита и воспринимающий напряжения, возникающие при сжатии геля.
Увеличение подвижности смеси за счет увеличения вяжущего нельзя назвать целесообразным как по экономическим критериям, так и с точки зрения формирования минимально дефектной структуры, так как увеличение вяжущего в системе неизбежно ведет к дефектности структуры. Таким образом, повышение реологических характеристик жидкостекольных композиций наиболее целесообразно достигнуть за счет введения модификаторов, оказывающих как пластифицирующее, так и уплотняющее воздействие на структуру. Для улучшения реологических характеристик можно вводить щелочной сток производств капролактама, а для уменьшения дефектности структуры заполнителя часть жидкого стекла заменить на тонкомолотую силикат-глыбу.
Кристаллизация силикатных расплавов введением катализаторов
Работами последних лет в области исследования керамических и стеклокристаллических материалов установлено, что наиболее высокими физико-механическими свойствами обладают материалы, имеющие мелкокристаллическую структуру, кристаллическая фаза которых связана максимально тонким слоем стеклофазы [102, 116, 161, 176].
Глинистые породы содержат элементы, способствующие интенсификации процесса кристаллизации глинистого расплава (например, Ті, Gr, Zn, Li). Однако содержание этих элементов не является достаточным для того, чтобы решающим образом влиять на процесс кристаллизации расплава.
Участие химических элементов в процессах формирования кристаллической структуры заключается в увеличении активных центров, реализующих точечные контакты по периметру кристаллических соединений или контактных зон с расплавом. Активность гидроксидов металлов наибольшая в момент удаления воды и окисления углерода, т.е. при обжиге глины.
Если учесть, что в большинстве алюмосиликатных систем образование центров новой фазы ускоряется в присутствии аморфных включений, областей ликвации, созданием восстановительной среды, то процесс можно превратить в каталитический за счет введения активированного комплекса, а формирование адгезионно-прочной контактной зоны можно объяснить с позиции теории стеклокристаллических материалов - ситаллов. Межкристаллическая прослойка (зона контакта) может быть разной по составу и размерам в зависимости от количества примесей, условий спекания и кристаллизации,
В крупнозернистых системах эта прослойка бывает менее плотной и утолщенной, а в мелкозернистых — более плотной и тонкой. Соответственно этому разрушение по границам зерен чаще всего наблюдается в грубозернистых системах. Более тонкая прослойка отличается повышенными механическими свойствами.
На свойства поликристаллических материалов оказывают влияние примеси, понижающие поверхностную энергию, и концентрирующиеся у поверхности. Соответствующим образом происходит и ориентация дипольных веществ на поверхности границе раздела [116].
По определению Ребиндера, модификаторами называют малые концентрации вещества, резко влияющие на процесс кристаллизации из растворов или расплавов. Модификаторы увеличивают число зародышей и этим способствуют образованию тонкозернистой структуры при затвердевании расплава; кроме того, они уменьшают скорость роста кристаллов и в некоторых случаях изменяют их форму.
В соответствии с этим модификаторы делятся на две группы — зародышеобразователи и замедлители роста кристаллов,
Модификаторы-зародышеобразователи образуют в расплаве высокодисперсную взвесь, частицы которой служат зародышами кристаллов. Частицы взвеси не должны вступать в химическое взаимодействие с расплавом и должны быть достаточно тугоплавкими, чтобы сохранять твердое состояние в расплаве, а также обладать изоморфностью с кристаллами расплава.
Модификаторы-замедлители кристаллизации адсорбируются на гранях кристаллического зародыша и понижают скорость его роста, К этой группе относятся поверхностно-активные модификаторы» Адсорбция такого модификатора на разных гранях бывает неравномерной, и тогда возможно большее или меньшее блокирование граней адсорбционным слоем модификатора, а, следовательно, и изменение формы кристалла. Ввиду замедления скорости роста кристаллов увеличивается время от начала до конца кристаллизации расплава, что способствует увеличению числа центров кристаллизации и более тонкозернистому строению затвердевшего расплава. Метод модифицирования широко применяется также и в керамике. При гетерогенном образовании зародышей новой фазы решающее значение имеет уменьшение поверхностной энергии. Непременным условием такого гетерогенного процесса является смачивание каталитической затравки фазой, образующей зародыш, глинистым расплавом. Вероятно, что введение АОМК в керамическую массу будет способствовать гетерогенной кристаллизации расплава.
В качестве каталитических модификаторов могут выступать р и d элементы оксидов, которые отличаются высокой энергетикой и при прочих равных условиях обеспечивают более высокую прочность при изгибе [92].
Кроме того, присутствие большей доли ковалентности при переходе от одно-двухвалентных катионов с большим координационным числом и малой энергией связи к трех-четырехвалентным катионом с прочной связью и малым координационным числом должно способствовать более термодинамически устойчивому состоянию фаз в окружающей среде, т.е. повышать долговечность керамического материала (табл. 3.2 рис.3.4).
С позиций донорно-акценторных взаимодействий доноры являются активными центрами поверхностей, которые открываются при обжиге за счет десорбции или дегидратации органических веществ или воды и взаимодействие между граничными фазами будет тем больше, чем больше открывается активных центров определенной природы на поверхностях при обжиге. В составе АОМК содержатся органические вещества, выгорание которых приходится на интервал температур 100 - 900С и адсорбционно связанная вода, удаление ее происходит при t - 200- 400. При этом РегОз восстанавливается до FeO, что способствует открытию активных донорных и акцепторных центров и формированию контактной зоны за счет донорно-акцепторного взаимодействия.
Представляет интерес работа [161], в которой путем каталитической кристаллизации достигается получение керамзита повышенной прочности путем максимально возможного перевода стеклообразной фазы в тонкокристаплическую при мелкопористой ее макроструктуре.
По существующей технологии керамзит после его обжига подвергается резкому охлаждению, что способствует переходу расплава в стеклообразное состояние- Однако стеклообразное состояние вещества с термодинамической точки зрения является состоянием неустойчивым и при благоприятных условиях, т. е. при изотермической выдержке в период кристаллизации ДЛЯ более полного завершения этого процесса, может перейти в устойчивое кристаллическое состояние. Активизировать этот процесс может присутствие тяжелых металлов либо кристаллических соединений, размерность которых соизмерима с толщиной стенки пор, В качестве катализаторов, способствующих образованию центров кристаллизации во всем объеме жидкой фазы, были приняты следующие вещества: пирит (FeS2), рутил (Ті02), сфалерит (ZnS), хромпикотит (Mg, Fe) (СҐ, А1)2 04, флюорит (CaF2), а также сульфид железа (FeS). Фазовый состав вспученных образцов, не содержащих катализатор, характеризуется слабой кристаллизацией расплава глинистой породы.
Исследование процессов газификации углерода осадка
Целью термодинамического исследования являлось теоретическое обоснование возможности практической реализации процесса газификации углеводородной части ОБСВ при обжиге керамического кирпича и керамзита.
Многочисленные исследователи процессов очистки сточных вод отмечают, что сухое вещество осадка содержит, в основном, углерод в количестве до 88 % (глава 1). Как уже отмечалось ранее органические соединения в процессе обжига при температуре 900С и более превращаются в углерод (С). С целью моделирования термодинамических превращений различных органических соединений, содержащихся в ОБСВ, принимаем всю сумму содержащихся органических соединений за углерод (С).
Перечень химических реакций газификации углерода определяется составом шихты, ее влажностью, составом дымовых газов (продуктов сгорания технологического топлива) в протоке которых осуществляется обжиг керамического кирпича. Поскольку реакции газификации протекают не только на поверхности материала, но и в порах, то это находит отображение в реакциях неполного окисления углерода (4), паровой и углекислотной конверсии углерода (5-7), сопровождающихся образованием СО и Н2. Именно эти реакции способствуют нормированию восстановительной среды в порах керамики, которая способствует диссоциации Fe203- FeO.
Так как при обжиге керамики основное количество углеродных добавок подвергается превращениям в интервале температур 200-600С, то расчеты выполнены для следующих условий:
температурный интервал исследований 298-1000 К;
давление 1 атм;
рассмотрены реальные газы и конденсированные системы. Результаты термодинамического расчета приведены в таблицах 5.3-5,5 и нарис. 5,6-5.8.
Проведенные результаты расчетов АНг и AGr и констант равновесия в интервале температур 298-1000 К, показали, что все указанные реакции газификации углерода возможны.
Реакции (1) - (4), (8) протекают с выделением тепла, а реакции (5) -(7) являются эндотермическими.
Согласно полученным результатам расчета энергии Гиббса вероятность самопроизвольного протекания реакций (I), (3), (4), (8) наиболее высока. Из этого можно сделать вывод, что в газовой фазе будут преобладать следующие продукты реакции: СО, С02, НіО, которые и являются основными вспучивающими агентами при формировании пористой структуры керамических материалов (глава 3-2).
Реакции окисления (1), (3), (4), (8) являются необратимыми и их равновесие сильно смещено в сторону образования продуктов реакции (Кр»1), В исследуемом интервале температур возможно достижение равновесия следующих реакций: (2), (5) — (7)- С увеличением температуры равновесия в реакциях (5) - (7) смещается в сторону продуктов реакции (СО и Н2)
1. Физико-химический анализ ОБСВ показал, что исследуемый отход представляет собой органно-минеральный комплекс, минеральная часть которого состоит из аморфно-кристаллических веществ и обладает структурной неустойчивостью, а значит активностью.
2. Органические соединения составляют 40-75% и выгорают в основном в интервале температур от 200 до 800 С. Минеральная часть состоит из кварца, глинистых минералов и тяжелых металлов, суммарное содержание которых в осадке не превышает 1,31 мг/г {с достоверностью 0,95).
3. Кварц в составе АОМК находится в метастабильной, активной и реакциоиноспособной форме, что определяется степенью дефектности его структуры и подтверждается опытами по адсорбции метиленовой сини.
4. Термодинамический расчет обосновал возможность практической реализации процесса газификации углеводородной части АОМК при обжиге керамических материалов.
5. Доказано, что в газовой фазе будут преобладать СО, СОг, НаО, которые будут участвовать в физико-химических процессах формирования керамических материалов:
6. Реакции окисления являются необратимыми и их равновесие сильно смещено в сторону образования продуктов реакции (Кр»1). В исследуемом интервале температур возможно достижение равновесия паровой и углекислотной конверсии С и паровой конверсии СО. С увеличением температуры равновесие в реакциях паровой и углекислотной конверсии С смещается в сторону продуктов реакции (СО и Н2).
