Научные труды

Современное состояние и проблемы утилизации побочных продуктов сжигания угля в Монголии

Present Situation of Coal Combustion By-products Utilisation in Mongolia and Challenges

УДК: 67.03 DOI: 10.18101/978-5-9793-0883-8-113-119

Побочные продукты сжигания угля обычно делятся на летучие золы, шлаки и отходы от сероочистки дымовых газов. Мировые тепловые электростанции ежегодно производят более 600 миллионов тонн летучей золы, из которых используется только 25%. Влажными или сухими способами летучие золы улавливаются и в итоге задерживаются в прудах или бассейнах и такие «прудовые золы» содержат летучую золу и/или шлак в различных пропорциях. Традиционно в производстве цемента, бетона и геополимеров в основном используются летучие золы. Несколько летучих зол и осадочных зол из водоемов Монголии оценивались методами рентгеновской дифракции, РФА, анализа размеров частиц, БЭТ, СЭМ, ТЭМ и методами гамма-спектроскопии. ТЭМ и метод БЭТ показали, что прудовые золы имеют пористую и агломерированную микроструктуру. Удельная площадь прудовой золы была примерно в десять раз больше, чем у летучей золы вследствие частичного растворения в водоеме растворимых соединений. В этой работе мы сообщаем о последних результатах по приготовлению бетона геополимерного типа, легковесных газобетона и кирпичей из летучей золы и прудовых зол.
Бетон геополимерного типа, полученный в полупромышленном масштабе с использованием прудовой золы, оказался сопоставимым по качеству с бетоном, изготовленным из обычного портландцемента. Прудовая зола без дополнительной обработки использовалась в приготовлении легкого бетона геополимерного типа с прочностью на сжатие достигавшей 3,17 МПа и с объемным весом 900 кг/ м3. Прудовая зола механоактивировання в течение 30 минут был также использована в приготовлении пасты геополимерного типа, что привело к получению продукта с пределом прочности при сжатии более чем 15 МПа.В работе продемонстрировано использование летучей золы и прудовой золы в производстве пасты геополимерного типа, строительного раствора, бетона и легкого газобетона. Такое использование позволит существенно сократить выбросы парниковых газов и уменьшить экологические проблемы, связанные с длительным хранением золы, депонированной в водоемы.

Coal combustion by-products are generally divided into fly ash, bottom ash and flue gas desulfurization waste. Globally, thermal power stations are producing over 600 million tonnes of fly ash per year of which only 25% is utilised. Pond ash is weathered ash which was deposited into an ash pond or lagoon by wet or dry methods comprising fly ash and/or bottom ash in variable proportions. Traditionally fly ash is mostly used in the production of cement, concrete and geopolymers.Several Mongolian fly ashes and pond ashes were evaluated by XRD, XRF, particle size analysis, BET, SEM, TEM and gamma spectroscopy methods. Here we report the latest results on the preparation of geopolymer type concrete, light-weight gaseous concrete and bricks from fly ash and pond ashes. TEM and BET methods revealed that pond ashes have a porous and agglomerated microstructure. The specific surface area of pond ash was about ten times higher than fly ash because of the partial dissolution of soluble compounds into the pond water.
Geopolymer-type concrete produced at semi pilot scale indicated that the quality of produced products was comparable with those prepared with ordinary Portland cement (OPC).
As-received pond ash was used in the preparation of geopolymer-type light-weight concrete with products achieving a compressive strength of 3.17 MPa and volume weight of 900 kg/m3. Pond ash mechanically activated for 30 min. was also used in geopolymer-type paste preparation which resulted in a product with a compressive strength of over 15 MPa.
Use of fly ash and pond ash in the production of geopolymer-type paste, mortar, concrete and lightweight gaseous concrete has been demonstrated. These uses substantially reduce greenhouse gas emissions and decrease the environmental problems associated with the long term storage of ashes deposited into ponds.

побочные продукты сжигания угля, характеризация, радиоактивность, строительные материалы, геополимеры, легкий бетон, микроструктура

coal combustion by-products, characterization, radioactivity, building materials, geopolymers, light-weight concrete, microstructure

1.We Energies Coal Combustion Products Utilization Handbook, Ramme – Tharaniyil 3rd Edition, 2013

2.Jha, V., Matsuda, M., Miyake, M. Resource recovery from coal fly ash waste: an overview study, J.Ceram. Soc.Jap. 2008, 116:167-175

3.Ahmaruzzaman, M. A review on the utilization of fly ash, Progress. Energy.Combust.Sci., 2010, 36: 327–363

4.Blissett, R.S., Rowson, N.A.A review of the multi-component utilisation of coal fly ash, Fuel, 2012, 97: 1–23

5.Perkins+Will, Fly ash White Paper, 54p. 2011

6.Wang, S, Wu, H. Environmental-benign utilisation of fly ash as low-cost adsorbents, J. Hazard. Mater.B, 2006, 316: 482-501

7.Temuujin, J., Minjigmaa, A., Davaabal, B., Bayarzul, U., Ankhtuya, A., Jadambaa, Ts., MacKenzie, K.J.D.: Utilization of radioactive high-calcium Mongolian flyash for the preparation of alkali-activated geopolymers for safe use as construction materials, Ceram. Inter., 2014, 40: 16475–16483

8.Temuujin, J., Minjigmaa, A., Bayarzul, U., Kim, D.S., Lee, S.H., Lee, H.J., Ruescher, C.H., MacKenzie, K.J.D.: Properties of alkali-activated geopolymer binders from milled pond ash and the immobilization of their heavy metal contaminants, Advances in Materials Science and Engineering. submitted (2015)

9.Temuujin, J., Minjigmaa, A., Zolzaya, Ts., Davaabal, B.: Preparation and characterisation of geopolymer type paste and concrete from high calcium Mongolian fly ashes, Trans. Ind. Ceram. Soc., 2014, 73: 157-160

10. Temuujin, J., Minjigmaa, A., Davaabal, B., Zolzaya, Ts., Bayarzul, U., Jadambaa, Ts., Rüscher, C.H.: Preparation of geopolymer-type mortar and “light-weight concrete” from copper floatation waste and coal combustion by products, Edited by Kriven, W., Wang, J., Zhu, D., Fischer, T., Kirihara, S., Developments in Strategic Ceramic Materials: Book Series of Ceramic Engineering and Science Proceedings, Wiley, ISBN: 978-1-119-21173-0, 2015, Volume: 36, Issue: 8, 89-102