Factors for increasing strength of composite materials based on fine high-calcium fly ash

Industrial high-calcium fly ashes obtained by burning Kansk-Achinsk coal at a thermal power plant and selected from different fields of electrostatic precipitators of an ash collecting plant were studied as the basis for composite binders (CB). The main factors influencing the properties of such CBs are the particle size, the concentration of superplasticizer at a water:binder (w/b) ratio of 0.25, and the proportion of HCFA in the mixture with cement. In particular, for cementless CBs at w/b 0.4, it was found that a change in the particle size d90 from 30 μm to 10 μm leads to an increase in compressive strength by more than 2 times – from 5.5–14 MPa to 11–36 MPa, accordingly, with a curing age of 3–300 days. The 0.12% additive of Melflux 5581F superplasticizer at w/b 0.25 increases the compressive strength – up to 14–32 MPa and up to 24–78 MPa, accordingly. The HCFA-cement blends were investigated in the range of 60–90% HCFA and the maximum compressive strength 77 MPa at 28 days of hardening was found at 80% HCFA. On the basis of 80% HCFA blend with the 0.3% addition of Melflux 5581F and 5% silica fume, the specimens of ultra-high strength (108 MPa at 28 days of hardening) were obtained

The Composition and Structure of Ferrospheres Formed by Industrial Combustion of Ekibastuz Coal

Изучены ферросферы, полученные в виде фракций высокой чистоты из промышленной летучей золы каменного угля Экибастузского бассейна. Установлено, что главной фазой ферросфер является феррошпинель (46-49 %), в которой часть железа замещена на Al и Mg, о чем свидетельствует более низкий параметр кристаллической решетки по сравнению с магнетитом. Основная часть кремния, алюминия и значительная часть железа входят в состав аморфного вещества ферросфер, составляющего 41-42 % в изученных фракциях. Методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии исследованы ферросферы трех типов (дендритного, блочного и дендритно- блочного строения), составляющие около 80 % изученных фракций. Установлено, что брутто-составы этих ферросфер соответствуют относительно низкоплавким (1100- 1300 ºC) составам, находящимся на границах областей кристаллизации вюстита, фаялита, железистого кордиерита, герцинита в тройной диаграмме состояния FeO–Al2O3–SiO2. Превалирующим типом глобул являются дендритные (48-63 %), которые состоят из тонких однонаправленных или разветвленных кристаллических индивидов Al, Mg-ферритовой шпинели. Дендритные кристаллы содержат Mg в 2-3 раза и Al в 1,1-2,1 раза выше по сравнению с участками аморфного вещества. Блочные ферросферы, имеющие близкий состав с дендритными глобулами, состоят из крупных высокожелезистых блоков феррошпинели, в которых содержание Mg и Al в 2-4 раза ниже, чем в межблочном аморфном веществе. Важным фактором, влияющим на строение ферросфер, выступает дисперсность их главного прекурсора – сидерита FeCO3The ferrospheres recovered from industrial fly ash of Ekibastuz coal have been studied in the form of high-purity fractions. It is found that the main phase of ferrospheres is a ferrite spinel (46-49 %), in which a part of iron is replaced by Al and Mg, as evidenced by the lower lattice parameter as compared with magnetite. A major amount of the silicon, aluminum and a substantial amount of the iron are included in amorphous substance of ferrospheres constituting 41-42 % in the studied fractions. Three types of ferrospheres (dendritic, block-like and dendritic-block structure) constituting about 80 % of the studied fractions have been investigated by SEM-EDS. It was found that the gross compositions of these ferrospheres correspond to a relatively low melting (1100-1300 ºC) composition points located on the border areas of crystallization for wustite, fayalite, ferrous cordierite and hercynite in the FeO-Al2O3-SiO2 ternary diagram. The predominant type of globules is dendritic (48-63 %), they consist of a thin unidirectional individuals or branched crystalline Al, Mg-ferrite spinel. Dendritic crystals contain Mg 2-3 times and Al 1.1-2.1 times higher compared with the amorphous regions. Block-like ferrospheres having a similar composition with dendritic globules consist of large, high-iron blocks of ferrospinels, in which Mg and Al content in the 2-4 times lower than in the interblock amorphous substance. An important factor influencing the structure ferrospheres is the dispersion of their main precursor – siderite FeCO

Aerodynamic Separation of Fly Ashes of Selective Sampling from Pulverized Combustion of Coals of Different Ranks

This paper reports on the results of the investigation of fly ashes from pulverized combustion of coals of two ranks, i.e., the B2 (sub C) rank, which is taken from Fields 1−4 of the electrostatic precipitators at the BSDPS -1 (the Bfa series), and the T (sa) rank, which is taken from Fields 1 and 2 of the electrostatic precipitators at the MPP-22 (the Mfa series). It has been shown that fly ashes of the Bfa series have a lower bulk density and a higher dispersity and a unimodal particle size distribution. The size of particles increases along the gas-and-dust flow, in particular from the Field 1 to the Field 2 of the electrostatic precipitators. Fly ashes of the Mfa series are characterized by a higher density, a substantially lower dispersity, a bimodal particle size distribution and have rather close size characteristics for ashes from the Fields 1 and 2 of the electrostatic precipitators. The use of the aerodynamic separation has made it possible to obtain three products from fly ashes of both series which differ significantly in the bulk density and size of particles. Combination of selective sampling and aerodynamic separation of fly ashes from pulverized combustion of coals are promising techniques for manufacturing ash products with a controlled density and dispersity.Изучены летучие золы от пылевидного сжигания двух марок углей - марки Б2, отобранные с полей 1-4 электрофильтров на БГРЭС-1 (серия Bfa), и марки Т, отобранные c полей 1 и 2 ЭФ на Московской ТЭЦ-22 (серия Mfa). Показано, что летучие золы серии Bfa имеют пониженную насыпную плотность, более высокую дисперсность и мономодальное распределение частиц по размеру. При этом размер частиц значительно уменьшается по ходу газопылевого потока, в особенности от 1-го ко 2-му полю ЭФ. Золы серии Mfa отличаются более высокой плотностью, имеют существенно меньшую дисперсность, бимодальное распределение частиц по размеру и достаточно близкие размерные характеристики для зол поля 1 и 2 ЭФ. Аэродинамическое разделение позволило получить из летучих зол обеих серий три продукта, существенно отличающиеся по плотности и размеру частиц. Комбинирование селективного отбора и аэродинамического разделения летучих зол от пылевидного сжигания углей является перспективным способом для получения зольных продуктов заданной плотности и дисперсности

The Composition and Structure of Ferrospheres Formed by Industrial Combustion of Ekibastuz Coal

Изучены ферросферы, полученные в виде фракций высокой чистоты из промышленной летучей золы каменного угля Экибастузского бассейна. Установлено, что главной фазой ферросфер является феррошпинель (46-49 %), в которой часть железа замещена на Al и Mg, о чем свидетельствует более низкий параметр кристаллической решетки по сравнению с магнетитом. Основная часть кремния, алюминия и значительная часть железа входят в состав аморфного вещества ферросфер, составляющего 41-42 % в изученных фракциях. Методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии исследованы ферросферы трех типов (дендритного, блочного и дендритно- блочного строения), составляющие около 80 % изученных фракций. Установлено, что брутто-составы этих ферросфер соответствуют относительно низкоплавким (1100- 1300 ºC) составам, находящимся на границах областей кристаллизации вюстита, фаялита, железистого кордиерита, герцинита в тройной диаграмме состояния FeO–Al2O3–SiO2. Превалирующим типом глобул являются дендритные (48-63 %), которые состоят из тонких однонаправленных или разветвленных кристаллических индивидов Al, Mg-ферритовой шпинели. Дендритные кристаллы содержат Mg в 2-3 раза и Al в 1,1-2,1 раза выше по сравнению с участками аморфного вещества. Блочные ферросферы, имеющие близкий состав с дендритными глобулами, состоят из крупных высокожелезистых блоков феррошпинели, в которых содержание Mg и Al в 2-4 раза ниже, чем в межблочном аморфном веществе. Важным фактором, влияющим на строение ферросфер, выступает дисперсность их главного прекурсора – сидерита FeCO3The ferrospheres recovered from industrial fly ash of Ekibastuz coal have been studied in the form of high-purity fractions. It is found that the main phase of ferrospheres is a ferrite spinel (46-49 %), in which a part of iron is replaced by Al and Mg, as evidenced by the lower lattice parameter as compared with magnetite. A major amount of the silicon, aluminum and a substantial amount of the iron are included in amorphous substance of ferrospheres constituting 41-42 % in the studied fractions. Three types of ferrospheres (dendritic, block-like and dendritic-block structure) constituting about 80 % of the studied fractions have been investigated by SEM-EDS. It was found that the gross compositions of these ferrospheres correspond to a relatively low melting (1100-1300 ºC) composition points located on the border areas of crystallization for wustite, fayalite, ferrous cordierite and hercynite in the FeO-Al2O3-SiO2 ternary diagram. The predominant type of globules is dendritic (48-63 %), they consist of a thin unidirectional individuals or branched crystalline Al, Mg-ferrite spinel. Dendritic crystals contain Mg 2-3 times and Al 1.1-2.1 times higher compared with the amorphous regions. Block-like ferrospheres having a similar composition with dendritic globules consist of large, high-iron blocks of ferrospinels, in which Mg and Al content in the 2-4 times lower than in the interblock amorphous substance. An important factor influencing the structure ferrospheres is the dispersion of their main precursor – siderite FeCO

The Peculiarities of the Composition for Individual Ferrospheres of Three Morphological Types

Изучены макрокомпонентный, фазовый составы фракции ферросфер -32+20 мкм, выделенной из высококальциевых зол, и составы индивидуальных глобул разных морфологических типов. Найдено, что основными фазами фракции являются (1) феррошпинель (31 мас. %) с параметром кристаллической решетки, близким параметру стехиометрического магнетита, (2) гематит (31 мас. %) с параметрами решетки, меньшими по сравнению с параметрами стехиометрического гематита и (3) рентгеноаморфная фаза с неидентифицированными кристаллическими фазами (37 мас. %). По данным SEM-EDS, на порошках и полированных срезах показано, что основными типами индивидуальных глобул являются блочные, скелетно- дендритные и пластинчатые. Для них наблюдается однотипная поверхностная и объемная кристаллизация железосодержащих фаз, а зависимости CaO=f(Fe2O3) описываются линейными уравнениями регрессии с высокими коэффициентами корреляции. Определены отличия состава трех основных типов глобулThe major component and phase compositions of the -32+20 μm ferrosphere fraction, extracted from high-calcium fly ashes, and the compositions of individual globules of different morphological type were studied. It was found that the main phases of the fraction are (1) ferrospinel (31 wt.%) with the lattice parameter close to stoichiometric magnetite parameters, (2) hematite (31 wt.%) with lattice parameters smaller than the stoichiometric hematite parameters and (3) X-ray amorphous phase with unidentified crystalline phases (37 wt.%). According to the SEM-EDS data on powders and polished sections, it was shown that the base types of individual globules are block, skeletal-dendritic and plate types. They show the same surface and bulk crystallization for iron oxide phases and the CaO = f (Fe2O3) dependence is described by linear regression equations with high correlation coefficients. The differences of composition for the three main types of globules, were identifie

Influence of Chemical Additives on the Properties of Composite Materials Based on Fine-Dispersed High-Calcium Fly Ash

Композитные материалы (КМ) получали на основе тонкодисперсной высококальциевой летучей золы (ВКЛЗ), отобранной с 4-го поля электрофильтров Красноярской ТЭЦ-2, с добавкой суперпластификатора Melflux 5581F при отношении вода : связующее В/С = 0.25. Изучено влияние концентрации суперпластификатора в интервале 0.06-0.6 мас. % на прочностные свойства композитных материалов, а также влияние добавки сульфата натрия в качестве ускорителя гидратационного твердения и добавок-замедлителей – фосфата натрия, тетрабората натрия и лимонной кислоты. Установлена оптимальная концентрация суперпластификатора (0.3 мас. %). Определено, что сульфат натрия способствует улучшению прочности КМ, а добавки тетрабората натрия и лимонной кислоты позволяют эффективно регулировать время схватыванияComposite materials (CM) were obtained on the basis of fine- dispersed high-calcium fly ash (HCFA), selected from the 4th field of electrostatic precipitators of Krasnoyarsk TPP-2, with the addition of Melflux 5581F superplasticizer at the water: binder ratio W/B = 0.25. The influence of the concentration of superplasticizer in the range 0.06-0.6 wt. % on the strength properties of composite materials was studied. The effect of the addition of sodium sulfate as an accelerator of hydration hardening and additives-retarders of sodium phosphate, sodium tetraborate and citric acid, were studied. The optimal concentration of superplasticizer was established (0.3 wt. %). It was determined that sodium sulfate helps to improve the strength of CM, and the addition of sodium tetraborate and citric acid can effectively regulate the setting tim

The Peculiarities of the Composition for Individual Ferrospheres of Three Morphological Types

Изучены макрокомпонентный, фазовый составы фракции ферросфер -32+20 мкм, выделенной из высококальциевых зол, и составы индивидуальных глобул разных морфологических типов. Найдено, что основными фазами фракции являются (1) феррошпинель (31 мас. %) с параметром кристаллической решетки, близким параметру стехиометрического магнетита, (2) гематит (31 мас. %) с параметрами решетки, меньшими по сравнению с параметрами стехиометрического гематита и (3) рентгеноаморфная фаза с неидентифицированными кристаллическими фазами (37 мас. %). По данным SEM-EDS, на порошках и полированных срезах показано, что основными типами индивидуальных глобул являются блочные, скелетно- дендритные и пластинчатые. Для них наблюдается однотипная поверхностная и объемная кристаллизация железосодержащих фаз, а зависимости CaO=f(Fe2O3) описываются линейными уравнениями регрессии с высокими коэффициентами корреляции. Определены отличия состава трех основных типов глобулThe major component and phase compositions of the -32+20 μm ferrosphere fraction, extracted from high-calcium fly ashes, and the compositions of individual globules of different morphological type were studied. It was found that the main phases of the fraction are (1) ferrospinel (31 wt.%) with the lattice parameter close to stoichiometric magnetite parameters, (2) hematite (31 wt.%) with lattice parameters smaller than the stoichiometric hematite parameters and (3) X-ray amorphous phase with unidentified crystalline phases (37 wt.%). According to the SEM-EDS data on powders and polished sections, it was shown that the base types of individual globules are block, skeletal-dendritic and plate types. They show the same surface and bulk crystallization for iron oxide phases and the CaO = f (Fe2O3) dependence is described by linear regression equations with high correlation coefficients. The differences of composition for the three main types of globules, were identifie

Aerodynamic Separation of Fly Ashes of Selective Sampling from Pulverized Combustion of Coals of Different Ranks

This paper reports on the results of the investigation of fly ashes from pulverized combustion of coals of two ranks, i.e., the B2 (sub C) rank, which is taken from Fields 1−4 of the electrostatic precipitators at the BSDPS -1 (the Bfa series), and the T (sa) rank, which is taken from Fields 1 and 2 of the electrostatic precipitators at the MPP-22 (the Mfa series). It has been shown that fly ashes of the Bfa series have a lower bulk density and a higher dispersity and a unimodal particle size distribution. The size of particles increases along the gas-and-dust flow, in particular from the Field 1 to the Field 2 of the electrostatic precipitators. Fly ashes of the Mfa series are characterized by a higher density, a substantially lower dispersity, a bimodal particle size distribution and have rather close size characteristics for ashes from the Fields 1 and 2 of the electrostatic precipitators. The use of the aerodynamic separation has made it possible to obtain three products from fly ashes of both series which differ significantly in the bulk density and size of particles. Combination of selective sampling and aerodynamic separation of fly ashes from pulverized combustion of coals are promising techniques for manufacturing ash products with a controlled density and dispersity.Изучены летучие золы от пылевидного сжигания двух марок углей - марки Б2, отобранные с полей 1-4 электрофильтров на БГРЭС-1 (серия Bfa), и марки Т, отобранные c полей 1 и 2 ЭФ на Московской ТЭЦ-22 (серия Mfa). Показано, что летучие золы серии Bfa имеют пониженную насыпную плотность, более высокую дисперсность и мономодальное распределение частиц по размеру. При этом размер частиц значительно уменьшается по ходу газопылевого потока, в особенности от 1-го ко 2-му полю ЭФ. Золы серии Mfa отличаются более высокой плотностью, имеют существенно меньшую дисперсность, бимодальное распределение частиц по размеру и достаточно близкие размерные характеристики для зол поля 1 и 2 ЭФ. Аэродинамическое разделение позволило получить из летучих зол обеих серий три продукта, существенно отличающиеся по плотности и размеру частиц. Комбинирование селективного отбора и аэродинамического разделения летучих зол от пылевидного сжигания углей является перспективным способом для получения зольных продуктов заданной плотности и дисперсности