ГлавнаяНаиболее широко применяющиеся каменные угли Донецкого бассейна характеризуются высокожелезистой зольной частью (до 20—22% FeO+Fe2O3). Несколько меньшее содержание окислов железа отмечается в зольной части углей Печорского бассейна, Челябинского, Кизеловского, Черемховского и некоторых других месторождений. Маложелезистая зольная часть присутствует в каменных углях Кузнецкого, Экибастузского, Карагандинского бассейнов и ряда месторождений Урала, Восточной Сибири и Сахалина, а также в бурых углях Подмосковного бассейна. Зольная часть всех перечисленных видов топлива содержит не более 8—10% CaO. К видам топлива с высококальциевой зольной частью относятся каменные угли Средней Азии и некоторых месторождений восточных районов (Райчихинского, Артемовского, Кангаласского, Черногорского), бурые угли Канско-Ачинского бассейна, многие типы торфа и горючие сланцы. Количество CaO в зольной части колеблется от 15—40% у углей и торфа до 25—60% у горючих сланцев.
Сжигание топлива в промышленных установках осуществляется в условиях окислительной среды, что приводит к образованию в кусковых шлаках и пылевидных золах окисных соединений железа. При жидком удалении минеральной части в расплавленном виде наблюдается восстановление соединений трехвалентного железа в закисные при непосредственном взаимодействии Fe2O3 с углеродом. В связи с этим химический состав шлаков и зол, полученных из одного и того же топлива, но при разных способах удаления, несколько различается. В табл. 7 приведены анализы различных шлаков и зол, подвергшихся исследованию в качестве компонента вяжущего для производства изделий, твердеющих при водотепловой обработке.
Пылевидные золы, образующиеся при сжигании каменного угля, содержат невыгоревшие органические вещества и Fe2O3; гранулированные шлаки характеризуются практически полным выгоранием топлива и переходом соединений железа в двухвалентное состояние (табл. 7). Буроугольные шлаки и золы содержат повышенное количество глинозема (подмосковные электростанции) или окиси кальция (сибирские и некоторые средне-азиатские электростанции) при значительно меньшем количестве окислов железа. Торфяные золы в большинстве имеют повышенное содержание CaO, реже Fe2O3 или кремнезема в виде кварца. Сланцевые золы и шлаки являются высококальциевыми.
Значительно больше различий в фазовом составе топливных шлаков и зол. Наиболее прост состав топливного гранулированного шлака, сложенного прозрачным кислым железистым стеклом, содержащим мельчайшие точечные включения прозрачного минерала с N > 1,7, похожие на фаялит.Пылевидная каменноугольная зола неоднородна. В ней присутствуют черные или бурые непрозрачные частицы аморфизованного обжигом глинистого вещества, обогащенные невыгоревшей органикой (коксом), капельки бесцветного или желтого стекла, оплавленные зерна обломочного материала (кварца, полевых шпатов) и небольшое количество игольчатых кристалликов муллита в капельках стекла. В золах от сжигания подмосковного бурого угля преобладают светлые частицы аморфизованного глинистого вещества и капельки прозрачного стекла.
Высококальциевые виды топлива при пылеугольном сжигании дают золы, обогащенные окисью кальция и реже окисью магния, а при низкой температуре в топке (сжигание торфа) — также недиссоциированными карбонатами. В золах некоторых горючих сланцев присутствуют сульфаты — ангидрит, сульфат калия.
Наиболее сложен фазовый состав кусковых топливных шлаков. При низкотемпературном сжигании в шлаке можно выделить три основные составные части: спекшаяся и частично оплавленная масса собственно шлака, неизмененные или слабоизмененные примеси шахтных пород и невыгоревший уголь.
Повышение температуры в слое приводит к большему оплавлению шлака с кристаллизацией в стекле иголок муллита, удлиненных выделений анортита и непрозрачных фаз: магнетита в виде дендритов и октаэдров, а гематита в виде пластинок.
Пылевидные золы имеют небольшой насыпной объемный вес (0,7—0,9 г/см3) при удельном весе от 2 до 2,2. Гранулированные шлаки значительно плотнее (удельный вес 2,6—3), и насыпной объемный вес их достигает 1,1—1,3 г/см3. Наибольшую плотность имеют кусковые шлаки от сжигания высокожелезистых донецких антрацитов (объемный вес в куске до 3 г/см3, удельный вес до 3,25).
Гранулированные шлаки микротрещиноваты и относительно легко размалываются. Повышенная закристаллизованность их, отмеченная при высококальциевом составе и недостаточно быстром охлаждении (например, у шлака Назаровской ТЭЦ), увеличивает их прочность и затрату энергии на измельчение.
Вторичные изменения топливных шлаков и зол зависят от содержания нестойких фаз. К последним относятся:
1) неизмененное глинистое вещество, присутствующее в шлаках низкотемпературного сжигания, которое набухает и диспергируется в водной среде с увеличением объема;
2) дегидратированное, но не аморфизованное глинистое вещество, способное к регидратации;
3) невыгоревшая органика — кокс и вторичный сажистый углерод;
4) CaO и MgO, взаимодействующие с водой с образованием гидратов окисей, а в дальнейшем карбонатов;
5) сульфиды железа, окисляющиеся при совместном воздействии воздуха и воды.
В результате объемных изменений, обусловленных указанными фазами, происходит постепенное разрушение кусковых шлаков. Остальные фазы являются стабильными.