vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2018-20-4-135-144vestniktgasu-460Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSСОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ И ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫMODERN PRODUCTION AND TREATMENT TECHNOLOGIES USING THERMAL PLASMA ENERGYАньшаковА. С.AnshakovA. A.

докт. техн. наук, профессор, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

DSc, Professor

anshakov@itp.nsc.ruГауссК. С.GaussK. S.

аспирант

Research Assistant

gauss.ksyu@mail.ruВолокитинО. Г.VolokitinO. G.

докт. техн. наук, профессор

DSc, Professor

volokitin_oleg@mail.ruШеховцовВ. В.ShekhovtsovV. V.

аспирант

Research Assistant

shehovcov2010@yandex.ruИнститут теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАНРоссияThe Kutateladze Institute of Thermal Physics SB RASRussian FederationТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation20182908201804135144Copyright © Аньшаков А.С., Гаусс К.С., Волокитин О.Г., Шеховцов В.В., 20182018Аньшаков А.С., Гаусс К.С., Волокитин О.Г., Шеховцов В.В.Anshakov A.A., Gauss K.S., Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/460

В настоящей работе представлены результаты исследований по получению силикатных расплавов на основе зол ТЭС с использованием энергии термической плазмы и производству стеклокристаллических материалов. Разработан и апробирован плазмохимический реактор. Расчетным путем установлено, что при изменении тепловой мощности плазмотрона от 50 до 100 кВт и поддержании оптимальной температуры расплава в плазмохимическом реакторе Tрасп = 1850 С расход исходного сырья Gсыр на установку может варьироваться от 0,019 кг/с (1,11 кг/мин) до 0,047 кг/с (2,81 кг/мин). На основе проведенных экспериментальных работ установлена зависимость кристаллизационных свойств расплава от состава шихты. В работе отмечено, что для получения стеклокристаллического материала с повышенной степенью кристалличности необходимо полученный силикатный расплав подвергать двухстадийной термической выдержке с температурами 1-й ступени 700 °С в течение 1 ч, 2-й ступени 950 °С в течение 2 ч. При этом степень кристалличности возрастает до 60–65 %. Проведены физико-механические исследования (прочность на сжатие и изгиб, тепловой коэффициент линейного расширения) полученных изделий. Произведена оценка полученных результатов с имеющимися аналогами на отечественном и зарубежном рынках.

 

The paper presents research results on silicate melt and glass-ceramic material production based on ashes generated by thermal power plants using the energy of thermal plasma. A plasma-chemical reactor is designed and tested. Calculations show that when the thermal power of plasma torch varies from 50 to 100 kW and the optimum melt temperature of 1850 °C is maintained in the plasma-chemical reactor, the feed rate varies. The dependence between the crystallization properties of the melt and the mixture composition is established. To obtain the material with increased crystallinity, the resulting silicate melt is subjected to plasma treatment at 700 °C for 1 hour and 950 °C for 2 hours. The degree of crystallinity increases up to 60–65 %. Compressive and flexure strength and coefficient of linear expansion of obtained products are determined. The obtained results are compared with those available in the domestic and foreign markets.

плазменная технологиясиликатный расплавзолы ТЭСстеклокристаллические материалыфизико-химические и механические исследованияplasma technologybottom ashsilicate meltglass-ceramic materialsphysicochemical and mechanical researchРабота выполнена при поддержке государственного задания Министерства образования и науки РФ (номер проекта 11.8207.2017/8.9). Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 18-48-703004 р_мол_а.ReferencesAnshakov A.S., Urbakh E.K., Urbakh A.E., Cherednichenko V.S., Kuzmin M.G. Investigation of thermal plasma generator of technological function // Thermophysics and Aeromechanics. 2015. V. 22. № 6. P. 775–778.Anshakov A.S., Urbakh E.K., Urbakh A.E., Cherednichenko V.S., Kuzmin M.G. Investigation of thermal plasma generator of technological function. Thermophysics and Aeromechanics. 2015. V. 22. No. 6. Pp. 775–778.Буянтуев С.Л., Урханова Л.А., Хмелев А.Б., Лхасаранов С.А., Кондратенко А.С. Переработка золошлаковых отходов электродуговой плазмой для получения композиционных строительных материалов // Вестник ВСГУТУ. 2016. Т. 61. № 4. С. 19–26.Buyantuev S.L., Urkhanova L.A., Khmelev A.B., Lhasaranov S.A., Kondratenko A.S. Pererabotka zoloshlakovykh otkhodov elektrodugovoy plazmoy dlya polucheniya kompozitsionnykh stroitel'nykh materialov [Plasma processing of ash and slag wastes for the production of composite building materials]. Vestnik VSGUTU. 2016. V. 61. No. 4. Pp. 19–26. (rus)Alekseeva I.P., Dymshits O.S., Zhilin A.A., Mikhailov M.D., Khubetsov A.A. Effect of yttrium oxide on the crystallization of glasses of the MgO-Al2O3-SiO2 system, nucleated by a mix of titanium and zirconium dioxides, and the transparency of glass-crystalline materials in the superhigh-frequency spectral region // Journal of optical technology. 2015. V. 82. № 4. P. 262–267.Alekseeva I.P., Dymshits O.S., Zhilin A.A., Mikhailov M.D., Khubetsov A.A. Effect of yttrium oxide on the crystallization of glasses of the MgO-Al2O3-SiO2 system, nucleated by a mix of titanium and zirconium dioxides, and the transparency of glass-crystalline materials in the superhigh-frequency spectral region. Journal of Optical Technology. 2015. V. 82. No. 4. Pp. 262–267.Stefanovsky S.V., Myasoedov B.F., Remizov M.B., Kozlov P.V., Belanova E.A., Shiryaev A.A., Zubavichus Y.V. Cesium speciation in aluminophosphate-based glass-crystalline materials for immobilization of high level waste from uranium-graphite channel reactor spent nuclear fuel reprocessing / Doklady chemistry. 2014. V. 457. P. 148–153.Stefanovsky S.V., Myasoedov B.F., Remizov M.B., Kozlov P.V., Belanova E.A., Shiryaev A.A., Zubavichus Y.V. Cesium speciation in aluminophosphate-based glass-crystalline materials for immobilization of high level waste from uranium-graphite channel reactor spent nuclear fuel reprocessing. Doklady chemistry. 2014. V. 457. Pp. 148–153.Kaz'mina O.V., Vereshchagin V.I., Semukhin B.S. Structure and Strength of Foam-Glass-Crystalline Materials Produced from a Glass Granulate // Glass physics and chemistry. 2011. V. 37. № 4. P. 371–377.Kaz'mina O.V., Vereshchagin V.I., Semukhin B.S. Structure and strength of foam-glass-crystalline materials produced from a glass granulate. Glass Physics and Chemistry. 2011. V. 37. No. 4. Pp. 371–377.Chen M.J., Zhang F.S., Zhu J.X. Effective utilization of waste cathode ray tube glass-Crystalline silicotitanate synthesis // Journal of hazardous materials. 2010. V. 182. № 1–3. P. 45–49.Chen M.J., Zhang F.S., Zhu J.X. Effective utilization of waste cathode ray tube glass-crystalline silicotitanate synthesis. Journal of Hazardous Materials. 2010. V. 182. No. 1–3. Pp. 45–49.Kaz'mina O.V., Vereshchagin V.I., Abiyaka A.N. Assessment of the compositions and components for obtaining foam-glass-crystalline materials from aluminosilicate initial materials // Glass and ceramics. 2009. V. 66. № 3–4. P. 82–85.Kaz'mina O.V., Vereshchagin V.I., Abiyaka A.N. Assessment of the compositions and components for obtaining foam-glass-crystalline materials from aluminosilicate initial materials. Glass and Ceramics. 2009. V. 66. No. 3–4. Pp. 82–85.Береговой В.А., Сорокин Д.С. Стеклокристаллические материалы на основе кремнистых пород // Региональная архитектура и строительство. 2015. № 1. С. 54–57.Beregovoy V.A., Sorokin D.S. Steklokristallicheskiye materialy na osnove kremnistykh porod [Glass-ceramic materials based on siliceous rocks]. Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo. 2015. No. 1. Pp. 54–57. (rus)Ахунов Д.Б., Жураев Х.А. Стеклокристаллические материалы на основе базальтов Кутчинского месторождения // Современные научные исследования и разработки. 2017. № 3 (11). С. 14–17.Akhunov D.B., Zhuraev Kh.A. Steklokristallicheskiye materialy na osnove bazal'tov Kutchinskogo mestorozhdeniya [Glass ceramic materials based on basalt from Kuchinskoe deposit]. Sovremennye nauchnye issledovaniya i razrabotki. 2017. No. 3 (11). Pp. 14–17. (rus)Il’ina V.P. Glass crystal materials made from mineral and technogenic feedstock from Karelia // Glass and ceramics. 2007. V. 64. № 9–10. P. 318–321.Il‟ina V.P. Glass crystal materials made from mineral and technogenic feedstock from Karelia. Glass and Ceramics. 2007. V. 64. No. 9–10. Pp. 318–321.Karayannis V., Moutsatsou A., Domopoulou A. Fired ceramics 100 % from lignite fly ash and waste glass cullet mixtures // Journal of building engineering. 2017. V. 14. P. 1–6.Karayannis V., Moutsatsou A., Domopoulou A. Fired ceramics 100 % from lignite fly ash and waste glass cullet mixtures. Journal of Building Engineering. 2017. V. 14. Pp. 1–6.Волокитин О.Г., Верещагин В.И., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Шеховцов В.В. Анализ процессов традиционного и плазменного плавления золы ТЭЦ // Техника и технология силикатов. 2016. Т. 23. № 3. С. 2–5.Volokitin O.G., Vereshchagin V.I., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Shekhovtsov V.V. Analiz protsessov traditsionnogo i plazmennogo plavleniya zoly TETS [Analysis of traditional and plasma melting of ash from thermal power plants]. Tekhnika i tekhnologiya silikatov. 2016. V. 23. No. 3. Pp. 2–5. (rus)Abzaev Yu.A., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V. Investigation of the melting of quartz sand by low-temperature plasma // Glass and ceramics. 2015. V. 72. № 5–6. P. 225–227.Abzaev Yu.A., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V. Investigation of the melting of quartz sand by low-temperature plasma. Glass and Ceramics. 2015. V. 72. No. 5–6. Pp. 225–227.Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Волокитин О.Г., Шеховцов В.В., Хайсундинов А.И. Электродуговые и электроплазменные устройства для переработки силикатсодержащих отходов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 3-3. С. 109–113.Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V., Haysundinov A.I. El-ektrodugovyye i elektroplazmennyye ustroystva dlya pererabotki silikatsoderzhashchikh otkhodov [Electric arc and electroplasma devices for processing silicate waste]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. 2014. V. 57. No. 3-3. Pp. 109–113. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.