مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
واکنش های شیمیایی و استحاله های فازی در احتراق
اجزای اصلی بخش غیر آلی زغال سنگ های قیری و غیر قیری، مینرال های رسی (تا 50 %)، کوارتز (تا 15 %) و اکسیدهای آهن، سولفیدهای آهن و کربنات ها می باشند. مقدار کلسیم سولفات نیز متغیر است. اجزای ناچیز دیگری نیز که حاوی فسفات ها، کلریدها، اسید هیومیک و همچنین آب آزاد و آب شیمیایی می باشند نیز در این مخلوط، وجود دارند.
واکنش های شیمیایی زیر در سوخت زغال سنگ در بستر سیال و در حضور آهک، رخ می دهد. اول از همه، آب موجود تبخیر می شود. سپس آب ساختاری موجود در مینرال های رسی، خارج می شود. دمای تجزیه در مینرال های رسی مختلف، متفاوت است. آب بین لایه ای هالوسیت ها، در دمایی 140 درجه ی سانتیگراد، خارج می شود، در حالی که آب گیری کامل آن، در دمای 450 درجه ی سانتیگراد، آغاز می شود. کائولینیت آب پیوندی خود را در دمایی بین 500 تا 650 درجه ی سانتیگراد از دست می دهد و به متاکائولینیت تبدیل می شود (متاکائولینیت یک آلومینیوم سیلیکات با واکنش پذیری بالاست که دارای مساحت سطح ویژه ی بالایی می باشد. رس ها گروه مونت موری لونیت مانند بنتونیت آب بین لایه ای خود را در دمای 150 درجه ی سانتیگراد، از دست می دهند. در این دما، آب گیری در حضور یون های سدیم و پتاسیم، ادامه می یابد. در دماهای بالاتر، خروج بدون بازگشت آب ترکیبی همراه با کاتیون های مواد قلیایی خاکی، رخ می دهد. در نهایت، در دمایی بین 600 تا 700 درجه ی سانتیگراد، پیوند آب ساختاری آزاد می شود. رس های ایلیتیکی مشابه رس های مونت موری لونیتی عمل می کنند. به هر حال، تجزیه ی آنها نیز با آهستگی بیشتر و اغلب به صورت ناقص، انجام می شود. فازهای آلومینوسیلیکاتی آمورف و سیلیکون دی اکسید آمورف که با تجزیه ی گرمایی مینرال های رسی ایجاد می شود، مسئول واکنش هیدرولیک و یا پزولانی خاکسترها در زمان مخلوط سازی آنها با آب، می باشد.
منیزیم کربنات در دماهای بالاتر از 500 درجه ی سانتیگراد، تجزیه می شوند و کلسیم کربنات نیز در دماهای بالاتر از 700 درجه ی سانتیگراد، تجزیه می شوند. نرخ تجزیه در صورتی افزایش می یابد که یون های قلیایی در مخلوط موجود باشند. پیریت نیز در دمایی در گستره ی دمای 400 تا 500 درجه تجزیه می شود و تجزیه ی آن با وجود یون های گوگرد و آهن، تسریع می شود.
کلسیم اکسید تولید شده در زمان تجزیه ی سنگ آهک، دارای مساحت سطح بالایی است و از این رو، به سهولت با اکسید گوگرد واکنش می دهد. این مسئله در دمایی در گستره ی 700 تا 850 رخ می دهد. در حضور مقادیر اضافی اکسیژن، انیدرید های کلسیم سولفات به جای کلسیم سولفیت تشکیل می شوند. مقادیر اضافی جاذب که در حقیقت برای افزایش اثربخشی گوگرد زدایی استفاده می شود، وارد خاکستر می شود و به صورت آهک آزاد یا کلسیم کربنات تشکیل می شود. برای حفظ واکنش پذیری بالایی خاکسترهای موجود در بستر سیال، این مهم است که دمای احتراق از 850 بالاتر نرود. این دمای پایین این اطمینان را ایجاد می کند که مساحت سطح ویژه ی بالاتری ایجاد شود و بنابراین، فعالیت این نوع از خاکسترها در مقایسه با خاکسترهای معمولی تولید شده در دمای 1600 درجه ی سانتیگراد، بالاتر است. خاکسترهای بادی ریز که با روش معمولی بدست می آیند، عمدتا حاوی ذرات کروی هستند که علاوه بر فاز شیشه ای، شامل فازهای کریستالی مانند مولایت، آنورتیت و یا اسپینل، نیز می باشند. فعالیت پزولانی این دسته از خاکسترها، عمدتاً به دلیل فاز شیشه ای است، در حالی که بخش عمده ای از فازهای کریستالی تشکیل شده، غیر فعال هستند. اگر زغال سنگ حاوی کلسیم کربنات، مورد استفاده قرار گیرد، کلسیم اکسید به دلیل تجزیه و واکنش با دی اکسید گوگرد و اکسیژن تشکیل می شود و این واکنش در نهایت، منجر به تولید کلسیم سولفات می شود. به هر حال، اکسید کلسیم واکنش نداده، هنوز هم در خاکستر باقی می ماند و به صورت آهک dead burnt باقی می ماند. این فاز مانند اکسید منیزیم آزاد، جزء مخرب محسوب می شود زیرا این مواد به آهستگی با آب واکنش می دهند و موجب تشکیل هیدروکسید می شوند. این واکنش ممکن است توام با انبساط و ترک خوردگی در قطعه ای باشد که از این خاکستر، تولید می شود.
ترکیب شیمیایی و فازی مربوط به خاکسترهای بدست آمده از فرایند AFBC و PFBC
باقیمانده های جامد تشکیل شده از فرایندهای AFBC و PFBC ممکن است به صورت مخلوطی از مواد غیر آلی موجود در سوخت، ترکیبات ایجاد شده از واکنش با گوگرد و جاذب اضافی در نظر گرفته شوند. ترکیبات اکسیدی آنها ممکن است بر اساس ترکیب سوخت، ترکیب جاذب و نسبت های مخلوط سازی، تخمین زده شود. ترکیب شیمیایی این مواد مشابه خاکسترهای بادی است که به صورت متداول در احتراق دمای بالا از همان زغال سنگ، بدست می آید، به جز آنکه میزان اکسید کلسیم (یا اکسید منیزیم) و تری اکسید گوگرد در آنها بالاتر است (جدول 1).
ترکیب شیمیایی این خاکسترها، به تنها برای ارزیابی کیفیت آنها و استفاده های بالقوه از این مواد، کافی نیست. علاوه بر میزان کل اکسید کلسیم موجود، این مهم است که میزان آهک آزاد و آهک ترکیبی به صورت کلسیم سولفات، کلسیم کربنات و یا مینرال های رسی، تخمین زده شود. این مسئله تنها کافی نیست که میزان اتلاف یا احتراق ماده نیز بر اساس استاندارد تخمین زده شود. در حقیقت میزان اتلاف یافته، میزان کربن باقیمانده، آب ترکیبی و دی اکسید کربن متصل شده در داخل کربنات کلسیم و منیزیم می باشد. این مسئله همچنین مهم می باشد که تمایز میان آهن دوبار مثبت و سه بار مثبت و میزان آن، تشخیص داده شود. در حقیقت، اکسیداسیون اولی موجب ایجاد انبساط های نامطلوب می شود.
یک شاخص بسیار مهم در کیفیت خاکستر، میزان کربن باقیمانده ی آن است که در یک گستره ی 0.1 تا 10 % متغیر می باشد. به دلیل مساحت سطح بالا، حتی تغییرات اندک نیز ممکن است موجب اثر قابل ملاحظه ای بر روی میزان آب مورد نیاز برای تولید ملات یا بتن از مخلوط حاوی خاکستر، شود. این مسئله ممکن است بر روی استحکام قطعه ی نهایی نیز اثرگذار باشد. علاوه بر این، عوامل شیمیایی ممکن است بر روی سطح کربن بچسبند که این مسئله بر روی خواص مخلوط، مؤثر می باشد. در نهایت، حضور کربن ممکن است بر روی رنگ ماده مؤثر باشد. این مسئله مشابه حضور مگنتیت در این مواد می باشد. رنگ قرمز به دلیل وجود اکسید آهن (III) می باشد. الگوهای تفرق اشعه ی X نشاندهنده ی وجود خطوط متمایز از کلسیت، آنیدریت و کوارتز، می باشد. مقادیر اندک از هماتیت، فلدسپار و رس های الیتیکی نیز ممکن است وجود داشته باشند. مواد حاصله از فرایند PFBC که از فیلترهای کیسه ای بدست آمده اند، حاوی کلسیت نیستند. به هر حال، تمام فازهای دیگر نیز که در این مواد می توانند وجود داشته باشند، موجب تغییر در خواص ماده می شوند. شکل 1، 2 و 3 الگوهای تفرق اشعه ی X مربوط به خاکسترهای PFBC است. همانگونه که با استفاده از میکروسکوپ نوری قابل مشاهده می باشد، حدود 25 % از کلسیت در خاکسترهای بستر و سیکلون ها، حضور دارد. میزان کوارتز نیز تا 15 % می باشد. میزان 18 % انیدرید نیز در خاکستر کف بستر مشاهده شده است که این میزان در خاکستر مربوط به سیکلون، تنها 7 % است. میزان فازهای آهن دار نیز تقریباً 7 % است و میزان اجزای رسی نیز بین 17 تا 26 % است. بررسی های میکروسکوپی بر روی خاکسترها، بدست آمده از فیلتر کیسه ای قابل انجام نیستند زیرا ذرات این خاکسترها، بسیار ریز هستند. به هر حال، رنگ قهوه ای کم رنگ احتمالا به دلیل وجود آهن سه ظرفیتی و یا عدم وجود مقادیر قابل توجه از کربن باقیمانده می باشد.
یک بررسی با استفاده از اشعه ی X بر روی خاکسترهای بادی بدست آمده از سیکلون های موجود در فرایند AFBC نشاندهنده ی وجود مقادیر قابل توجه از کلسیم اکسید می باشد (شکل 4). مقادیر بالای انیدرید و کوارتز و همچنین مقادیر اندک از هماتیت و کلسیت، در این نوع از خاکسترها، مشهود می باشد. همین خاکستر بعد از واکنش با آب، حاوی مقادیر قابل توجهی اتریانجیت، پرتلندیت و ژیپسوم می شود (شکل 5).
تجزیه و تحلیل گرمایی افتراقی (DTA) و همچنین آنالیز ترموگراویمتری (TGA) روش های دیگری است که برای بررسی ترکیب فازی این خاکسترها، مفید می باشند. یک مقایسه بر روی خاکستر بستر و همچنین خاکستر بدست آمده از سیکلون های فرایند PFBC (شکل 6 و 7) نشاندهنده ی تفاوت هایی در میزان کلسیم کربنات و اندیریت می باشد.
یک اتلاف وزن متوسط در دمای 600 درجه ی سانتیگراد، نشاندهنده ی وجود مقادیر اندکی کربن باقیمانده و یا اکسید منیزیم می باشد. در خاکسترهای نرم بدست آمده از فیلترهای کیسه ای (شکل 8)، فازهای اشاره شده در بالا، نیز در مقادیر اندک، وجود دارند.
داده های بدست آمده از آنالیز DTA و TGA بر روی خاکستر بادی بدست آمده از فرایند AFBC متفاوت هستند (شکل 9). یک اثر گرمازا به همراه اتلاف وزن نیز به دلیل اکسیداسیون این کربن باقیمانده، مشاهده می شود. در بالاتر از دمای 450 درجه ی سانیتگراد، یک تجزیه ی گرماگیر از منیزیت باقیمانده نیز ممکن است مشاهده شود. اثرات گرمازا در دمای 510 درجه ی سانتیگراد، مربوط به افزایش وزنی است که به دلیل اکسیداسیون آهن دو ظرفیتی، ایجاد شده است. به موازات این امر و در دماهای بالاتر، اکسیداسیون کربن باقیمانده، ادامه می یابد. در نهایت، در بالاتر از دمای 700 درجه ی سانتیگراد، یک تجزیه در کلسیت باقیمانده، رخ می دهد.
این انتظار وجود دارد که یک تجزیه ی دمایی از انیدریت در دماهای بالاتر از 1150 درجه ی سانتیگراد، رخ دهد. در نمونه های ذخیره سازی شده در هوای مرطوب، یک پیک نیز در حدود 500 درجه مشاهده می شود که این پیک مربوط به تجزیه ی کلسیم هیدروکسید تشکیل شده است. تکنولوژی احتراق مربوطه و همچنین ترکیب فازی خاکسترهای حاصله در جدول 2 آورده شده است.
فعالیت مربوط به خاکسترهای حاصله از بستر سیال
یک تفاوت اساسی میان خاکسترهای حاصله از فرایند AFBC و PFBC، عدم وجود مقادیر متمایز از آهک آزاد در خاکسترهای حاصله از فرایند PFBC است، در حالی که میزان این فاز در خاکستر AFBC ممکن است از 15 % بیشتر شود. میزان انیدریت در هر دو ماده مشابه است. در حضور آب، کلسیم اکسید و کلسیم سولفات موجود در خاکسترهای AFBC متحمل هیدراسیون می شوند و با اشکال فعال از آلومینا واکنش می دهند. این اشکال فعال از آلومینا از طریق تجزیه ی گرمایی مینرال های رسی تشکیل می شوند. این مسئله موجب تشکیل اتریانجیت میشود. آهک آزاد اضافی و کلسیم سولفات در سیستم به صورت فازهای پرتلندیت و ژیپسیوم، باقی می مانند. این واکنش در اصل در خاکسترهای حاصل از فرایند PFBC رخ نمی دهد. علت این مسئله، وجود مقادیر محدودی از آهک آزاد در این نوع از مواد می باشد.
واکنش مهم دیگر که در هر دو نوع خاکستر رخ می دهد، تشکیل یک ژل آمورف از جنس CS(A)H می باشد که در آن فازهای آمورف سیلیسی و آلومینوسیلیکاتی، موجود می باشد. تشکیل اتریانژیت و CS(A)H به دلیل واکنش هایی است که مربوط به گیرش و سخت شدن مخلوط آب و خاکستر در بستر سیال می باشد. فرایند سخت شدن به طور متمایز در مورد خاکسترهای AFBC سریع تر است زیرا تشکیل اتریانژیت سریع تر از تشکیل ژل CS(A)H است. واکنش دیگر که همچنین موجب گیرش و سخت شدن می شود، هیدراسیون انیدریت و تبدیل شدن آن به ژیپسیوم می باشد. به هر حال، این فرایند در مورد خاکسترهای فرایند AFBC از اهمیت بیشتری برخوردار است. این خاکسترها دارای مقادیر کلسیم سولفات بیشتری هستند.
خواص هیدراسیون مربوط به این خاکسترها، ممکن است به طور قابل توجهی با اضافه کردن کلسیم هیدروکسید و یا ژیپس، بهبود می یابد. این مسئله با استفاده از افزایش میزان اتریانژیتی انجام می شود که ممکن است تشکیل شود. این مسئله در واقع به میزان آلومینای خاکستر وابسته می باشد. افزودن کلسیم هیدروکسید ممکن نیست برای خاکسترهای فرایند AFBC و حاوی مقادیر آهک آزاد فراوان، ضروری باشد اما این مورد برای خاکسترهای PFBC ضروری است. افزودن کلسیم هیدروکسید ممکن است نه تنها تشکیل اتریانژیت را تشدید کند، بلکه همچنین می تواند موجب تشکیل فاز CS(A)H شود.
همچنین این احتمال وجود دارد که بتوان خاکسترهای دو فرایند را با سرباره ی کوره ی بلند، مخلوط سازی کرد. در این مورد، قابلیت هیدراسیون نهفته ی سرباره، بوسیله ی آهک آزاد و کلسیم سولفات موجود در خاکستر، فعال سازی می شود. در نهایت، خاکسترهای AFBC و PFBC ممکن است با سیمان پرتلند مخلوط شوند و یا حتی با کلینکر، آسیاب شوند. در این موارد، خاکستر هم به عنوان یک جزء هیدرولیکی/ پزولانی عمل می کند و هم به عنوان منبعی برای کلسیم سولفات.
وجود یون های فلزی سنگین بوسیله ی ژل AS(A)H ژئولیتی، بی تحرک می شود. در این حالت برخی از یون های سمی (مانند بورات ها و آرسنات ها) ممکن است بی تحرک شوند و در داخل ساختار اتریانژیت، گرفتار شوند. این مسئله موجب می شود تا بتوان از خاکسترهای بستر سیال در کاربردهای محیط زیستی نیز استفاده کرد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Waste materials used in concrete manufacturing/ Satish Chandra
اجزای اصلی بخش غیر آلی زغال سنگ های قیری و غیر قیری، مینرال های رسی (تا 50 %)، کوارتز (تا 15 %) و اکسیدهای آهن، سولفیدهای آهن و کربنات ها می باشند. مقدار کلسیم سولفات نیز متغیر است. اجزای ناچیز دیگری نیز که حاوی فسفات ها، کلریدها، اسید هیومیک و همچنین آب آزاد و آب شیمیایی می باشند نیز در این مخلوط، وجود دارند.
واکنش های شیمیایی زیر در سوخت زغال سنگ در بستر سیال و در حضور آهک، رخ می دهد. اول از همه، آب موجود تبخیر می شود. سپس آب ساختاری موجود در مینرال های رسی، خارج می شود. دمای تجزیه در مینرال های رسی مختلف، متفاوت است. آب بین لایه ای هالوسیت ها، در دمایی 140 درجه ی سانتیگراد، خارج می شود، در حالی که آب گیری کامل آن، در دمای 450 درجه ی سانتیگراد، آغاز می شود. کائولینیت آب پیوندی خود را در دمایی بین 500 تا 650 درجه ی سانتیگراد از دست می دهد و به متاکائولینیت تبدیل می شود (متاکائولینیت یک آلومینیوم سیلیکات با واکنش پذیری بالاست که دارای مساحت سطح ویژه ی بالایی می باشد. رس ها گروه مونت موری لونیت مانند بنتونیت آب بین لایه ای خود را در دمای 150 درجه ی سانتیگراد، از دست می دهند. در این دما، آب گیری در حضور یون های سدیم و پتاسیم، ادامه می یابد. در دماهای بالاتر، خروج بدون بازگشت آب ترکیبی همراه با کاتیون های مواد قلیایی خاکی، رخ می دهد. در نهایت، در دمایی بین 600 تا 700 درجه ی سانتیگراد، پیوند آب ساختاری آزاد می شود. رس های ایلیتیکی مشابه رس های مونت موری لونیتی عمل می کنند. به هر حال، تجزیه ی آنها نیز با آهستگی بیشتر و اغلب به صورت ناقص، انجام می شود. فازهای آلومینوسیلیکاتی آمورف و سیلیکون دی اکسید آمورف که با تجزیه ی گرمایی مینرال های رسی ایجاد می شود، مسئول واکنش هیدرولیک و یا پزولانی خاکسترها در زمان مخلوط سازی آنها با آب، می باشد.
منیزیم کربنات در دماهای بالاتر از 500 درجه ی سانتیگراد، تجزیه می شوند و کلسیم کربنات نیز در دماهای بالاتر از 700 درجه ی سانتیگراد، تجزیه می شوند. نرخ تجزیه در صورتی افزایش می یابد که یون های قلیایی در مخلوط موجود باشند. پیریت نیز در دمایی در گستره ی دمای 400 تا 500 درجه تجزیه می شود و تجزیه ی آن با وجود یون های گوگرد و آهن، تسریع می شود.
کلسیم اکسید تولید شده در زمان تجزیه ی سنگ آهک، دارای مساحت سطح بالایی است و از این رو، به سهولت با اکسید گوگرد واکنش می دهد. این مسئله در دمایی در گستره ی 700 تا 850 رخ می دهد. در حضور مقادیر اضافی اکسیژن، انیدرید های کلسیم سولفات به جای کلسیم سولفیت تشکیل می شوند. مقادیر اضافی جاذب که در حقیقت برای افزایش اثربخشی گوگرد زدایی استفاده می شود، وارد خاکستر می شود و به صورت آهک آزاد یا کلسیم کربنات تشکیل می شود. برای حفظ واکنش پذیری بالایی خاکسترهای موجود در بستر سیال، این مهم است که دمای احتراق از 850 بالاتر نرود. این دمای پایین این اطمینان را ایجاد می کند که مساحت سطح ویژه ی بالاتری ایجاد شود و بنابراین، فعالیت این نوع از خاکسترها در مقایسه با خاکسترهای معمولی تولید شده در دمای 1600 درجه ی سانتیگراد، بالاتر است. خاکسترهای بادی ریز که با روش معمولی بدست می آیند، عمدتا حاوی ذرات کروی هستند که علاوه بر فاز شیشه ای، شامل فازهای کریستالی مانند مولایت، آنورتیت و یا اسپینل، نیز می باشند. فعالیت پزولانی این دسته از خاکسترها، عمدتاً به دلیل فاز شیشه ای است، در حالی که بخش عمده ای از فازهای کریستالی تشکیل شده، غیر فعال هستند. اگر زغال سنگ حاوی کلسیم کربنات، مورد استفاده قرار گیرد، کلسیم اکسید به دلیل تجزیه و واکنش با دی اکسید گوگرد و اکسیژن تشکیل می شود و این واکنش در نهایت، منجر به تولید کلسیم سولفات می شود. به هر حال، اکسید کلسیم واکنش نداده، هنوز هم در خاکستر باقی می ماند و به صورت آهک dead burnt باقی می ماند. این فاز مانند اکسید منیزیم آزاد، جزء مخرب محسوب می شود زیرا این مواد به آهستگی با آب واکنش می دهند و موجب تشکیل هیدروکسید می شوند. این واکنش ممکن است توام با انبساط و ترک خوردگی در قطعه ای باشد که از این خاکستر، تولید می شود.
ترکیب شیمیایی و فازی مربوط به خاکسترهای بدست آمده از فرایند AFBC و PFBC
باقیمانده های جامد تشکیل شده از فرایندهای AFBC و PFBC ممکن است به صورت مخلوطی از مواد غیر آلی موجود در سوخت، ترکیبات ایجاد شده از واکنش با گوگرد و جاذب اضافی در نظر گرفته شوند. ترکیبات اکسیدی آنها ممکن است بر اساس ترکیب سوخت، ترکیب جاذب و نسبت های مخلوط سازی، تخمین زده شود. ترکیب شیمیایی این مواد مشابه خاکسترهای بادی است که به صورت متداول در احتراق دمای بالا از همان زغال سنگ، بدست می آید، به جز آنکه میزان اکسید کلسیم (یا اکسید منیزیم) و تری اکسید گوگرد در آنها بالاتر است (جدول 1).
یک شاخص بسیار مهم در کیفیت خاکستر، میزان کربن باقیمانده ی آن است که در یک گستره ی 0.1 تا 10 % متغیر می باشد. به دلیل مساحت سطح بالا، حتی تغییرات اندک نیز ممکن است موجب اثر قابل ملاحظه ای بر روی میزان آب مورد نیاز برای تولید ملات یا بتن از مخلوط حاوی خاکستر، شود. این مسئله ممکن است بر روی استحکام قطعه ی نهایی نیز اثرگذار باشد. علاوه بر این، عوامل شیمیایی ممکن است بر روی سطح کربن بچسبند که این مسئله بر روی خواص مخلوط، مؤثر می باشد. در نهایت، حضور کربن ممکن است بر روی رنگ ماده مؤثر باشد. این مسئله مشابه حضور مگنتیت در این مواد می باشد. رنگ قرمز به دلیل وجود اکسید آهن (III) می باشد. الگوهای تفرق اشعه ی X نشاندهنده ی وجود خطوط متمایز از کلسیت، آنیدریت و کوارتز، می باشد. مقادیر اندک از هماتیت، فلدسپار و رس های الیتیکی نیز ممکن است وجود داشته باشند. مواد حاصله از فرایند PFBC که از فیلترهای کیسه ای بدست آمده اند، حاوی کلسیت نیستند. به هر حال، تمام فازهای دیگر نیز که در این مواد می توانند وجود داشته باشند، موجب تغییر در خواص ماده می شوند. شکل 1، 2 و 3 الگوهای تفرق اشعه ی X مربوط به خاکسترهای PFBC است. همانگونه که با استفاده از میکروسکوپ نوری قابل مشاهده می باشد، حدود 25 % از کلسیت در خاکسترهای بستر و سیکلون ها، حضور دارد. میزان کوارتز نیز تا 15 % می باشد. میزان 18 % انیدرید نیز در خاکستر کف بستر مشاهده شده است که این میزان در خاکستر مربوط به سیکلون، تنها 7 % است. میزان فازهای آهن دار نیز تقریباً 7 % است و میزان اجزای رسی نیز بین 17 تا 26 % است. بررسی های میکروسکوپی بر روی خاکسترها، بدست آمده از فیلتر کیسه ای قابل انجام نیستند زیرا ذرات این خاکسترها، بسیار ریز هستند. به هر حال، رنگ قهوه ای کم رنگ احتمالا به دلیل وجود آهن سه ظرفیتی و یا عدم وجود مقادیر قابل توجه از کربن باقیمانده می باشد.
یک تفاوت اساسی میان خاکسترهای حاصله از فرایند AFBC و PFBC، عدم وجود مقادیر متمایز از آهک آزاد در خاکسترهای حاصله از فرایند PFBC است، در حالی که میزان این فاز در خاکستر AFBC ممکن است از 15 % بیشتر شود. میزان انیدریت در هر دو ماده مشابه است. در حضور آب، کلسیم اکسید و کلسیم سولفات موجود در خاکسترهای AFBC متحمل هیدراسیون می شوند و با اشکال فعال از آلومینا واکنش می دهند. این اشکال فعال از آلومینا از طریق تجزیه ی گرمایی مینرال های رسی تشکیل می شوند. این مسئله موجب تشکیل اتریانجیت میشود. آهک آزاد اضافی و کلسیم سولفات در سیستم به صورت فازهای پرتلندیت و ژیپسیوم، باقی می مانند. این واکنش در اصل در خاکسترهای حاصل از فرایند PFBC رخ نمی دهد. علت این مسئله، وجود مقادیر محدودی از آهک آزاد در این نوع از مواد می باشد.
واکنش مهم دیگر که در هر دو نوع خاکستر رخ می دهد، تشکیل یک ژل آمورف از جنس CS(A)H می باشد که در آن فازهای آمورف سیلیسی و آلومینوسیلیکاتی، موجود می باشد. تشکیل اتریانژیت و CS(A)H به دلیل واکنش هایی است که مربوط به گیرش و سخت شدن مخلوط آب و خاکستر در بستر سیال می باشد. فرایند سخت شدن به طور متمایز در مورد خاکسترهای AFBC سریع تر است زیرا تشکیل اتریانژیت سریع تر از تشکیل ژل CS(A)H است. واکنش دیگر که همچنین موجب گیرش و سخت شدن می شود، هیدراسیون انیدریت و تبدیل شدن آن به ژیپسیوم می باشد. به هر حال، این فرایند در مورد خاکسترهای فرایند AFBC از اهمیت بیشتری برخوردار است. این خاکسترها دارای مقادیر کلسیم سولفات بیشتری هستند.
خواص هیدراسیون مربوط به این خاکسترها، ممکن است به طور قابل توجهی با اضافه کردن کلسیم هیدروکسید و یا ژیپس، بهبود می یابد. این مسئله با استفاده از افزایش میزان اتریانژیتی انجام می شود که ممکن است تشکیل شود. این مسئله در واقع به میزان آلومینای خاکستر وابسته می باشد. افزودن کلسیم هیدروکسید ممکن نیست برای خاکسترهای فرایند AFBC و حاوی مقادیر آهک آزاد فراوان، ضروری باشد اما این مورد برای خاکسترهای PFBC ضروری است. افزودن کلسیم هیدروکسید ممکن است نه تنها تشکیل اتریانژیت را تشدید کند، بلکه همچنین می تواند موجب تشکیل فاز CS(A)H شود.
همچنین این احتمال وجود دارد که بتوان خاکسترهای دو فرایند را با سرباره ی کوره ی بلند، مخلوط سازی کرد. در این مورد، قابلیت هیدراسیون نهفته ی سرباره، بوسیله ی آهک آزاد و کلسیم سولفات موجود در خاکستر، فعال سازی می شود. در نهایت، خاکسترهای AFBC و PFBC ممکن است با سیمان پرتلند مخلوط شوند و یا حتی با کلینکر، آسیاب شوند. در این موارد، خاکستر هم به عنوان یک جزء هیدرولیکی/ پزولانی عمل می کند و هم به عنوان منبعی برای کلسیم سولفات.
وجود یون های فلزی سنگین بوسیله ی ژل AS(A)H ژئولیتی، بی تحرک می شود. در این حالت برخی از یون های سمی (مانند بورات ها و آرسنات ها) ممکن است بی تحرک شوند و در داخل ساختار اتریانژیت، گرفتار شوند. این مسئله موجب می شود تا بتوان از خاکسترهای بستر سیال در کاربردهای محیط زیستی نیز استفاده کرد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Waste materials used in concrete manufacturing/ Satish Chandra
