Исследование химического состава фракций ценосфер Омской ТЭЦ-5

Ценосферы представляют собой полые стеклокерамические алюмосиликатные микросферы, которые образуются в составе золы уноса, когда уголь сжигается на тепловых электростанциях [1;3;5]. Они накапливаются в виде плавающего шлама в специальных котлованах. Ценосферы являются хорошим наполнителем в производстве пластиковых изделий, гипса, керамики, легких цементов и т.д. Продукты с их добавлением обладают повышенной износостойкостью, легкостью, высокими изоляционными свойствами и низкой стоимостью [1; 4].

Целью нашей работы явилось выделение отдельных фракций ценосфер Омской ТЭЦ-5 и исследование их химического состава. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) фракционировать ценосферы с помощью набора сит; 2) разделить полученные фракции по плотности осаждением частиц в гексане; 3) высушить ценосферы в вакууме при 105⁰С до постоянной массы; 4) выделить магнитные частицы из фракций ценосфер; 5) исследовать элементный и химический состав образцов отдельных фракций.

Элементный и химический состав образцов фракций ценосфер определяли методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на приборе JSM-6460LV «JEOL» и химического анализа по ГОСТ 5382-91.

Исследования фракционного состава ценосфер Омской ТЭЦ-5 показали, что преобладающей фракцией является частицы размером от 0,05 до 0,2 мм. Во всех фракциях присутствуют магнитные частицы (табл.). Их содержание с увеличением размера фракции уменьшается.

Результаты фракционного разделения ценосфер в гексане показали, что 21,2 % частиц имеют плотность менее 0,66 г/см³, остальные 78,8 % частиц имеют большую плотность. СЭМ исследованиями установлено, что плавающие в гексане частицы представляют собой цельные гранулы (рис.1).

Исследования химического состава ценосфер различных фракций показали, что они представляют собой многокомпонентную систему SiO₂ - Al₂O₃ - CaO - (Na, K)₂O - TiO₂ - Fe₂O₃ - P₂O₅. Для всех фракций ценосфер содержание макрокомпонентов Al₂O₃ и SiO₂ изменяется от 29,6 до 34,8 % масс и от 48,5 до 53,3 % масс соответственно (рис. 2). Содержание Fe₂O₃ в немагнитных фракциях ценосфер составляет 1,3 – 2,3 % масс. Оксиды калия и натрия присутствуют в незначительном количестве 0,4 – 0,6 % масс, и их концентрация практически постоянна.

Таблица 1.

Результаты определения фракционного состава ценосфер и содержания в них магнитных частиц

Рисунок 1. СЭМ изображение ценосфер фракции 0,2 мм с плотностью менее 0,66 г/см

Рисунок 2. Концентрационная диаграмма химического состава ценосфер различных фракций (мм): 1 - 0,05 П; 2 – 0,05 Т; 3 – 0,2 П; 4 – 0,2 Т; 5 – 0,4 П; 6 – 0,4 Т. Где П – плавающие и Т - тонущие в гексане частицы

В результате выполненных исследований было установлено, что преобладающей фракцией ценосфер, образующихся при сжигании экибастузских углей на Омской ТЭЦ-5, является фракция с размером частиц от 0,05 до 0,2 мм. Содержание оксидов Al₂O₃ и SiO₂ изменяется от 29,6 до 34,8 % масс и от 48,5 до 53,3 % масс соответственно, что согласуется с известными составами концентратов ценосфер, образующихся при сжигании углей данного месторождения [2]. Разделением частиц по плотности в гексане можно отделять скорлупу и разрушенные ценосферы от цельных гранул.