Właściwości tworzyw autoklawizowanych otrzymanych z udziałem popiołów dennych

Transkrypt

1 Właściwości tworzyw autoklawizowanych otrzymanych z udziałem popiołów dennych dr inż. Zdzisław Pytel Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Materiałów Budowlanych V Międzynarodowa Konferencja NaukowoTechniczna Polska Ceramika , Kraków

2 Teza pracy Zważywszy na przeciętny skład chemiczny i mineralogiczny popiołów dennych, pochodzących ze spalania zarówno węgla kamiennego jak i brunatnego, istnieją racjonalne przesłanki do ich wykorzystywania w charakterze surowców pomocniczych do produkcji pełnowartościowych wyrobów wapiennopiaskowych, uzyskując przy tym dodatkowy efekt w postaci oszczędności w zużyciu naturalnego piasku kwarcowego, lecz przede wszystkim obniżenie jednostkowego zużycia wapna palonego.

3 Koncepcja badań 1. Otrzymanie zasadniczo dwóch rodzajów tworzyw wapiennopiaskowych, tj. tworzyw referencyjnych oraz tworzyw eksperymentalnych. 2. Sposób otrzymywania obu rodzajów tworzyw odbywa się w ustalonych, powtarzalnych warunkach w odniesieniu do sposobu przygotowania mieszanek surowcowych, formowania oraz obróbki hydrotermalnej. 3. Jedynym zmiennym parametrem procesu, będącym przedmiotem analizy, jest rodzaj i ilość wprowadzanego do zestawu surowcowego popiołu dennego. 4. Określenie podstawowych cech użytkowych, wynikających z zakresu normy PNEN 7712, obu rodzajów tworzyw i przeprowadzenie szczegółowej analizy porównawczej. 5. Badanie wybranych elementów mikrostruktury otrzymanych tworzyw.

4 Etapy realizacji pracy Etap I wstępna optymalizacja składu mieszanek surowcowych co do ilości i jakości wprowadzanego do nich popiołu dennego, Etap II ostateczna optymalizacja składu surowcowego zestawów surowcowych przygotowywanych w oparciu o jeden rodzaj badanego popiołu dennego, Etap III określenie stopnia redukcji zawartości wapna palonego w mieszaninie surowcowej

5 Rodzaje surowców wyjściowych 1.Piaski kwarcowe pochodzenia naturalnego: piasek drobnoziarnisty ze złoża Łysa Góra (symbol PKLG) piasek przemysłowy pochodzący ze złoża eksploatowanego przez ZPS Ludynia (symbol PKL), 2. Wapno palone otrzymane w warunkach przemysłowych pochodzące z LHOISTBukowa (symbol LBUŚR) 3. Popioły denne pochodzące z: popiół z w węgla brunatnego z Elektrowni Turów (symbol PDT) popioły z węgla kamiennego: z Elektrociepłowni Żerań (symbol PDŻ) oraz popiół z Elektrociepłowni CzechowiceDziedzice (symbol PDCD)

6 Charakterystyka surowców wyjściowych uziarnienie piasków kwarcowych Przechodzi przez sito, % wag Górna krzywa graniczna Dolna krzywa graniczna Piasek kwarcowy PK LG Piasek kwarcowy PK L Wymiar oczka w sicie, mm

7 Charakterystyka surowców wyjściowych wybrane właściwości wapna palonego Badany parametr CaO % wag. MgO % wag. (CaO+MgO) % wag. t 60 min. R 0,09 mm R 0,2 mm Wartość 92,9 0,6 89,1 3,8 94,1 99,9 parametru

8 Charakterystyka surowców wyjściowych skład chemiczny popiołów dennych Rodzaj popiołu SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 CaO MgO SO 3 S 2 S c jako SO 3 Na 2 O K 2 O L.O.I 900 C/1h PDT 32,2 19,9 3,9 1,5 24,0 1,3 13,0 0,12 13,3 1,1 1,2 1,8 PDŻ 60,2 23,3 4,4 0,8 1,5 2,8 0,33 n.o. 0,4 n.o. n.o. 1,2 PDCD 43,5 14,7 4,4 0,6 16,4 1,9 13,8 0,33 14,6 0,7 2,0 1,3

9 Charakterystyka surowców wyjściowych skład mineralny popiołów dennych intensywność, cps an h yd ryt k w arc k alcyt tlen ek w ap n ia Θ, d eg Popiół denny PD T

10 Charakterystyka surowców wyjściowych skład mineralny popiołów dennych an h yd ryt k w arc k alcyt intensywność, cps Θ, d eg Popiół denny PD CD

11 Preparatyka próbek Właściwości technologiczne mas do formowania próbek aktywność mieszanek 8%, wilgotność formiercza 6% Rodzaj próbek: próbki w kształcie walca o wymiarach dxh=25x25 mm, Warunki formowania: proces formowania próbek prowadzono metodą dwustronnego, dwustopniowego prasowania z międzystopniowym odpowietrzaniem. Wartości ciśnień początkowego i końcowego etapu prasowania wynosiły odpowiednio 10 i 20 MPa, Warunki obróbki hydrotermalnej: ciśnienie nasyconej pary wodnej 1,02 MPa, temperatura pary wodnej 180 C, czas autoklawizacji 9,5 godziny.

12 Skład surowcowy mieszanin etap I Symbol mieszaniny // Symbol próbki Piaski kwarcowe PK LG PK L Udział danego składnika w mieszaninie, % wagowy PD T Popioły denne PD Ż PD CD Wapno palone Woda M 0 83,6 8,1 8,3 M 1 62,7 20,9 8,1 8,3 M 2 41,8 41,8 8,1 8,3 M 3 19,3 61,6 7,5 15,4 M 4 82,2 7,9 9,9 M 5 61,6 20,6 7,9 9,9 M 6 41,1 41,1 7,9 9,9 M 7 20,6 61,6 7,9 9,9 M 8 82,2 7,9 9,9 M 9 61,6 20,6 7,9 9,9 M 10 41,1 41,1 7,9 9,9 M 11 20,6 61,6 7,9 9,9 M 12 82,2 7,9 9,9

13 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap I 1.8 tworzywo referencyjne seria próbek PDT seria próbek PDZ seria próbek PDCD ρ, kg/m M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 Symbol próbki

14 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap I 50 tworzywo referencyjne seria próbek PDT seria próbek PDZ seria próbek PDCD 40 f B, MPa M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 Symbol próbki

15 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap I tworzywo referncyjne seria próbek PDT seria próbek PDZ seria próbek PDCD 30 c w, % M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 Symbol próbki

16 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap I P 0, % M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 Symbol próbki tworzywo referencyjne seria próbek PDT seria róbek PDZ seria próbek PDCD

17 Skład surowcowy mieszanin etap II Symbol mieszaniny // Symbol próbki Udział danego składnika w mieszaninie, % wagowy Piaski kwarcowe Popioły denne Wapno PK LG PK L PD T PD Ż PD CD Palone Woda M 13 82,2 7,9 9,9 M 14 61,6 20,6 7,9 9,9 M 15 41,1 41,1 7,9 9,9 M 16 20,6 61,6 7,9 9,9

18 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap II 2.0 tworzywo referencyjne próbki etapu ρ, kg/m M13 M14 M15 M16 Symbol próbki

19 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap II f B, MPa tworzywo referencyjne próbki etapu 2 M13 M14 M15 M16 Symbol próbki

20 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap II w c, % tworzywo referencyjne próbki etapu 2 M13 M14 M15 M16 Symbol próbki

21 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap II tworzywo referencyjne próbki etapu 2 30 P 0, % M13 M14 M15 M16 Symbol próbki

22 Skład surowcowy mieszanin etap III Symbol mieszaniny // Symbol próbki Udział danego składnika w mieszaninie, % wagowy Piaski kwarcowe Popioły denne Wapno PK LG PK L PD T PD Ż PD CD Palone Woda M 17 64,5 21,5 6,2 7,8 M 18 68,3 22,7 4,1 4,9 M 19 64,7 21,5 5,4 8,4 M 20 66,2 22,1 5,2 6,5 M 21 64,8 21,6 5,2 8,4 M 22 86,8 5,3 7,9

23 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap III 2.0 tworzywo referencyjne próbki etapu ρ, kg/m M13 M17 M18 M19 M20 M21 M22 Symbol próbki

24 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap III f B, MPa tworzywo referenyjne próbki etapu 3 M13 M17 M18 M19 M20 M21 M22 Symbol próbki

25 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap III tworzywo referencyjne próbki etapu 3 c w, % M13 M17 M18 M19 M20 M21 M22 Symbol próbki

26 Charakterystyka otrzymanych tworzyw etap III tworzywo referencyjne próbki etapu 3 P 0, % M13 M17 M18 M19 M20 M21 M22 Symbol próbki

27 Mikrostruktura tworzyw Tworzywo referencyjne (próbka M13)

28 Mikrostruktura tworzyw Tworzyw eksperymentalne (próbka M14) Tworzywo referencyjne (próbka M13)

29 Wnioski końcowe 1. Ze względu na skład chemiczny i mineralny popiołów dennych, istnieją techniczne i technologiczne możliwości wykorzystywania niektórych z nich do produkcji autoklawizowanych materiałów budowlanych, odznaczających się korzystniejszymi cechami użytkowymi w odniesieniu do wyrobów wapiennopiaskowych otrzymywanych w sposób tradycyjny.

30 Wnioski końcowe 1. Ze względu na skład chemiczny i mineralny popiołów dennych, istnieją techniczne i technologiczne możliwości wykorzystywania niektórych z nich do produkcji autoklawizowanych materiałów budowlanych, odznaczających się korzystniejszymi cechami użytkowymi w odniesieniu do wyrobów wapiennopiaskowych otrzymywanych w sposób tradycyjny. 2. Spośród wytypowanych do badań popiołów dennych, zdecydowanie korzystniejszy efekt uzyskano dla popiołów pochodzących ze spalania węgla kamiennego.

31 Wnioski końcowe 1. Ze względu na skład chemiczny i mineralny popiołów dennych, istnieją techniczne i technologiczne możliwości wykorzystywania niektórych z nich do produkcji autoklawizowanych materiałów budowlanych, odznaczających się korzystniejszymi cechami użytkowymi w odniesieniu do wyrobów wapiennopiaskowych otrzymywanych w sposób tradycyjny. 2. Spośród wytypowanych do badań popiołów dennych, zdecydowanie korzystniejszy efekt uzyskano dla popiołów pochodzących ze spalania węgla kamiennego. 3. Oprócz właściwości popiołu dennego, również ważnym czynnikiem jest jego udział w mieszaninie surowcowej. Otrzymane wyniki wskazują bowiem, że optymalna ilość wprowadzanego popiołu dennego z węgla kamiennego, do zestawu surowcowego wynika z 25% poziomu substytucji obecnego w nim piasku kwarcowego.

32 Wnioski końcowe 1. Ze względu na skład chemiczny i mineralny popiołów dennych, istnieją techniczne i technologiczne możliwości wykorzystywania niektórych z nich do produkcji autoklawizowanych materiałów budowlanych, odznaczających się korzystniejszymi cechami użytkowymi w odniesieniu do wyrobów wapiennopiaskowych otrzymywanych w sposób tradycyjny. 2. Spośród wytypowanych do badań popiołów dennych, zdecydowanie korzystniejszy efekt uzyskano dla popiołów pochodzących ze spalania węgla kamiennego. 3. Oprócz właściwości popiołu dennego, również ważnym czynnikiem jest jego udział w mieszaninie surowcowej. Otrzymane wyniki wskazują bowiem, że optymalna ilość wprowadzanego popiołu dennego z węgla kamiennego, do zestawu surowcowego wynika z 25% poziomu substytucji obecnego w nim piasku kwarcowego. 4. Wskazana ilość popiołu dennego z węgla kamiennego w mieszaninie surowcowej pozwala na uzyskiwanie tworzyw autoklawizowanych wykazujących zdecydowanie wyższe cechy wytrzymałościowe w porównaniu z wyrobami referencyjnymi. W związku z powyższym możemy z udziałem omawianych odpadów energetycznych, przy nie zmienionej ilości wapna palonego, produkować materiały autoklawizowane o podwyższonej wytrzymałości lub zmniejszając do pewnego stopnia udział wapna w mieszaninie surowcowej, produkować tego typu materiały budowlane o cechach wytrzymałościowych zbliżonych do wyrobów tradycyjnych.

33 Wnioski końcowe (cd.) 5. Obserwowany efekt poprawy cech wytrzymałościowych omawianych tworzyw autoklawizowanych jest prawdopodobnie wynikiem modyfikacji ich mikrostruktury, polegającej na korzystnych zmianach ilościowych i jakościowych następujących w trakcie procesu powstawania produktów syntezy.

34 Właściwości tworzyw autoklawizowanych otrzymanych z udziałem popiołów dennych dr inż. Zdzisław Pytel Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Materiałów Budowlanych V Międzynarodowa Konferencja NaukowoTechniczna Polska Ceramika , Kraków