Состав и свойства золы¶
Зола — остаток, образующийся при сжигании органических веществ (топлива, растительных остатков, отходов), содержащий минеральные компоненты исходного сырья в оксидной, карбонатной, сульфатной и других формах. Вещество представляет собой порошкообразную или сыпучую массу серого, белого или тёмного цвета, включающую оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия, титана, а также сульфаты, фосфаты, хлориды и следовые количества тяжёлых металлов. Состав и свойства золы определяются видом сжигаемого сырья, температурой и полнотой горения.
¶Состав золы
¶Основные оксиды
Химический состав золы характеризуется содержанием основных оксидов, суммарно составляющих 90–98 % массы:
| Оксид | Примерное содержание, % | Источник в сырье |
|---|---|---|
| SiO₂ (диоксид кремния) | 20–60 | песок, силикаты, зола каменного угля |
| Al₂O₃ (оксид алюминия) | 5–30 | глинистые минералы |
| Fe₂O₃ (оксид железа) | 2–15 | пирит, сидерит, гематит |
| CaO (оксид кальция) | 1–25 | карбонат кальция, плёнки на частицах угля |
| MgO (оксид магния) | 0,5–5 | доломит, глинистые минералы |
| Na₂O и K₂O | 0,5–8 | полевые шпаты, хлориды |
Помимо оксидов в золе присутствуют сульфаты (главным образом CaSO₄), карбонаты (CaCO₃), хлориды (NaCl, KCl), неорганический фосфор в форме фосфатов, а также стеклообразная фаза, образующаяся при быстром охлаждении расплавленных частиц.
¶Микроэлементы и тяжёлые металлы
Зола содержит широкий спектр микроэлементов: марганец, бор, цинк, медь, молибден, кобальт, никель, хром, ванадий. Вместе с тем в ней могут накапливаться токсичные элементы — свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, селен, — концентрация которых зависит от происхождения сырья. Зола бурого угля, например, нередко обогащена мышьяком и селеном, а зола мусора может содержать повышенные количества свинца и кадмия.
¶Зола растительного происхождения
Растительная зола (зола соломы, древесины, листвы) бедна азотом и серой, но богата калием, кальцием, магнием, фосфором и кремнием. Древесная зола содержит 5–15 % K₂O, 30–40 % CaO, 2–5 % MgO и 15–30 % P₂O₅, что делает её ценным калийно-кальциевым удобрением. Зола травянистых растений обычно содержит больше калия, чем древесная, а зола хвойных пород — больше кальция и магния.
¶Физические свойства
Зола характеризуется низкой насыпной плотностью (400–1000 кг/м³), малой теплопроводностью и химической инертностью. Размер частиц варьируется от долей микрометра до нескольких миллиметров. Удельная поверхность золы угля составляет 100–500 м²/г, что обуславливает её сорбционные свойства. Температура плавления золы зависит от соотношения кислых (SiO₂, Al₂O₃) и основных (CaO, MgO, Fe₂O₃) компонентов и лежит в пределах 1100–1600 °C.
¶Классификация по происхождению
- Топливная зола — продукт сжигания каменного и бурого угля, сланцев, природного газа на ТЭС. Наиболее изученный вид, ежегодно образуется в России в объёме десятков миллионов тонн.
- Растительная зола — продукт горения соломы, древесины, веток, листвы.
- Зола ТКО — остаток сжигания твёрдых коммунальных отходов на мусоросжигательных заводах.
- Вулканическая зола — тонкодисперсные породные фрагменты, выбрасываемые при извержениях; состав варьируется от базальтового до риолитового.
- Зола от сжигания биотоплива (пеллет, щепы) — близка по составу к растительной.
¶Применение
Зола используется в нескольких отраслях:
- Сельское хозяйство — раскисление почв (известкование), калийно-кальциевое удобрение, компонент для приготовления почвенных смесей.
- Строительство — добавка в бетон и строительные растворы (зола-уноса), сырьё для производства зольных блоков и цемента. Шлаковая зола из ТЭС применяется как пуццолановая добавка, повышающая морозостойкость и коррозионную стойкость бетона.
- Металлургия — извлечение ценных компонентов (алюминия, титана, редких элементов) из золы бурого угля Канско-Ачинского бассейна.
- Химическая промышленность — получение соды, кремнезёма, сульфата калия.
- Коммунальное хозяйство — зимняя посыпка дорог (зола как противогололёдный материал).
¶Экологические аспекты
Зола относится к отходам I–II класса опасности при высоком содержании токсичных элементов. При хранении на золохранилищах существует риск вымывания тяжёлых металлов в грунтовые воды. Одновременно зола обладает сорбционной способностью и может использоваться для очистки стоков от тяжёлых металлов и нефтепродуктов.
Источники:
- Химическая энциклопедия / Под ред. Кнунянца И. Л. — М.: Большая Российская энциклопедия.
- Справочник по химии топлива и сжигания / Под ред. В. В. Соболева, Г. Б. Варваров. — М.: Химия.
- ГОСТ 25619-83 «Золы топливные для строительных материалов».
- Справочник «Химический состав растений» / Под ред. Л. А. Кудряшова. — Л.: Наука.