Cendres volantes – Propriétés, source, avantages, utilisations

Les cendres volantes sont les cendres fines récupérées des gaz de combustion après la combustion du charbon. Elles constituent également le principal déchet solide rejeté par les centrales électriques au charbon. Elles sont principalement constituées d'oxydes de silicium, d'aluminium, de fer, de calcium et de magnésium.

Avec le développement de l'industrie énergétique, les rejets de cendres volantes des centrales au charbon augmentent d'année en année. Si une grande quantité de cendres volantes n'est pas traitée, elle génère de la poussière et pollue l'atmosphère. Mais aujourd'hui, les cendres volantes peuvent également être utilisées comme ressource.

Les propriétés des cendres volantes

Apparence: L'aspect des cendres volantes est similaire à celui du ciment, et leur couleur oscille entre le blanc laiteux et le gris noir. La couleur des cendres volantes est un indice de qualité important, reflétant leur teneur en carbone et, dans une certaine mesure, leur finesse. Plus la couleur est foncée, plus les particules sont fines et leur teneur en carbone élevée.

Classification: Les cendres volantes se divisent en cendres volantes à faible teneur en calcium et en cendres volantes à forte teneur en calcium. Généralement, les cendres volantes à forte teneur en calcium sont rougeâtres et celles à faible teneur en calcium sont grises. Les particules de cendres volantes présentent une structure alvéolaire poreuse avec une grande surface spécifique et une forte capacité d'adsorption.

Gradation des particules : La granulométrie des cendres volantes peut être grossièrement divisée en trois formes. La première est la cendre fine grise. Sa granulométrie est plus fine que celle du ciment et elle est principalement utilisée pour remplacer le ciment ou les mélanges de ciment dans le béton armé. La deuxième est la cendre grossière. Sa granulométrie est plus grossière que celle du ciment et elle est principalement utilisée dans les matériaux de construction tels que le mortier pour remplacer les granulats. La troisième est la cendre mixte. Les cendres volantes mélangées aux mâchefers peuvent être utilisées comme substitut de granulats ou pour le remplissage.

Densité: La masse volumique des cendres volantes ordinaires est de 1,8 à 2,3 g/cm³, soit environ les deux tiers de celle du ciment Portland. La masse volumique apparente des cendres volantes varie de 0,6 à 0,9 g/cm³, et la masse volumique apparente après vibration est de 1,0 à 1,3 g/cm³. La masse volumique des cendres volantes à haute teneur en calcium est légèrement supérieure.

Comment sont produites les cendres volantes ?

Le processus de combustion des cendres volantes est le suivant :

Le charbon pulvérisé brûle en suspension dans le four. La plupart des combustibles utilisés lors de la combustion du charbon peuvent être brûlés dans le four, tandis qu'une grande quantité de matières non combustibles contenues dans le charbon pulvérisé est mélangée aux gaz de combustion à haute température. Ces matières non combustibles (principalement des cendres) fondent partiellement sous l'effet de la température élevée. Parallèlement, sous l'effet de sa tension superficielle, de nombreuses fines particules sphériques se forment.

Sous l'action du ventilateur de tirage induit en queue de chaudière, les fumées, riches en cendres, s'écoulent vers la queue du four. À mesure que la température des fumées diminue, une partie des fines particules fondues se transforme en particules vitreuses grâce à un refroidissement rapide, ce qui augmente leur potentiel d'activité. Avant que le ventilateur de tirage induit ne rejette les fumées dans l'atmosphère, ces fines particules sphériques sont séparées et collectées par le dépoussiéreur, qui les transforme en cendres volantes.

Avantages et inconvénients des cendres volantes

Avantages

1. Économie d’énergie et réduction des émissions. Le recyclage des cendres volantes permet de réutiliser efficacement les ressources et d'éviter leur gaspillage. Parallèlement, en réduisant la demande en matières premières, il réduit également la pollution, notamment les gaz et eaux usées produits lors de l'exploitation minière et d'autres processus de production. Par conséquent, l'utilisation des cendres volantes peut permettre des économies d'énergie et une réduction des émissions.

2. Réduire les coûts. Les cendres volantes peuvent remplacer une partie du ciment en tant qu'adjuvant relativement bon marché, réduisant ainsi le coût des matériaux de construction. Leur utilisation permet également de réduire le temps de coulis et la teneur en ciment du béton, et d'améliorer la rapidité et la qualité de la construction.

3. Améliorer l’environnement. Les cendres volantes sont un matériau très stable qui ne se décompose pas et ne se dégrade pas avec le temps. De plus, leur poids relativement léger facilite leur transport et leur stockage. Tous ces facteurs facilitent leur recyclage et réduisent la pollution environnementale.

4. Améliorer les performances des matériaux existants. Utilisées comme adjuvants dans le béton, les cendres volantes peuvent améliorer la durabilité, la résistance au gel, la résistance à la compression et d'autres caractéristiques du béton. Ces caractéristiques sont difficiles à obtenir avec le béton traditionnel. Par conséquent, l'ajout de cendres volantes permet non seulement d'économiser des ressources, mais aussi d'améliorer les performances du béton, ce qui est très utile pour les applications pratiques.

5. Développer de nouveaux marchés. Le recyclage des cendres volantes peut ouvrir de nouveaux marchés. Dans certaines régions, comme l'Europe, l'Amérique et l'Asie, les cendres volantes sont devenues un matériau de construction largement utilisé. Avec l'amélioration des exigences nationales en matière de protection de l'environnement et d'efficacité énergétique, les cendres volantes bénéficieront d'une attention croissante.

Inconvénients

1. Il faut maîtriser la proportion appropriée. Lorsque les cendres volantes sont utilisées comme matière première, le rapport béton/cendres volantes doit être strictement contrôlé afin de ne pas affecter la qualité du béton.

2. Ne convient pas à tous les types de bétonte. Bien que les cendres volantes puissent améliorer les performances du béton, elles ne conviennent pas à tous les types de béton. Il est donc nécessaire de faire une distinction rigoureuse lors de leur utilisation.

3. Il est plus difficile d’évaluer la qualité. Un excès de cendres volantes mélangées au béton peut entraîner des problèmes tels qu'une diminution de la résistance du béton. Cependant, la quantité de cendres volantes étant difficile à évaluer, il convient de les utiliser avec précaution, sous peine d'altérer la qualité du béton.

Utilisations des cendres volantes

Les cendres volantes sont riches en ressources, peu coûteuses et contiennent une grande quantité de principes actifs. Après traitement, elles peuvent être utilisées pour des applications secondaires dans les domaines des matériaux de construction, du béton et des produits chimiques.

1. Fabriquer du béton et du ciment. Après tri et broyage, les cendres volantes peuvent être utilisées comme matière première pour le béton. Les différentes quantités de mélange influencent le durcissement, la résistance, le retrait et d'autres propriétés du béton. La technologie de fabrication du ciment à partir de cendres volantes est relativement mature, de sorte que la quantité de mélange dans le ciment peut atteindre 75%.

2. Fabriquer des produits en briques. Après avoir traité des matières premières telles que les cendres volantes à travers une série de processus, elles peuvent être transformées en différentes briques en blocs, telles que des briques creuses en cendres volantes et des briques pleines.

3. Être utilisé dans l'industrie chimique. L'alun de haute pureté peut être extrait des cendres volantes, ce qui permet de synthétiser de la bauxite et de produire de la poudre de SiC, un matériau céramique non oxydé. Après un certain processus de raffinage, les cendres volantes peuvent être transformées en matériau de remplissage polymère, et le matériau synthétique peut être modifié.

4. Fabriquer des engrais agricoles. Les cendres volantes sont riches en oligo-éléments, tels que le silicium, le bore, le soufre, le zinc, le cuivre, le calcium, le magnésium et le fer. Leur texture meuble peut améliorer considérablement la structure du sol. L'ajout d'une quantité appropriée d'additifs, selon une formule scientifique, permet de fabriquer un engrais composé.

5. Produire la céramsite. La céramsite utilise des cendres volantes comme matière première principale, auxquelles on ajoute de l'eau et un liant, puis on la transforme en billes et on la fritte pour obtenir des granulats artificiels. La proportion de cendres volantes utilisée dans la production de céramsite peut atteindre 80%, un matériau plus léger, offrant une bonne isolation thermique, une forte fonction d'isolation thermique, une résistance mécanique élevée et une grande résistance aux chocs. L'utilisation de céramsite à base de cendres volantes dans les immeubles de grande hauteur et les éléments de grande portée permet de réduire la masse de la structure de 33%, et d'améliorer considérablement les performances d'isolation thermique.

De plus, les cendres volantes peuvent également être utilisées dans la production de mortier, de panneaux de séparation légers, de briques isolantes et d'autres produits.

Les cendres volantes sont un matériau de construction aux multiples applications. Leur utilisation permet non seulement d'améliorer la qualité et l'efficacité des bâtiments, mais aussi de protéger l'environnement, d'économiser l'énergie et de réduire la pollution. En tant que nouveau matériau de construction, nous devons étudier attentivement ses propriétés, son champ d'application et ses technologies de transformation afin d'en exploiter pleinement le potentiel.