Материалы из вулканического пепла(такие как вулканический пепел, летучая зола, кремнеземная пыль, зола рисовой шелухи и т. д.) проявляют уникальные свойства благодаря своим химически активным компонентам и микроструктурам. Они играют незаменимую роль в областях строительных материалов, экологического инжиниринга, геологической реставрации и применения оборудования для переработки хвостов. Основные свойства и механизмы действия следующие:

1.Активные компоненты (SiO₂ и Эл₂O₃): обычно 60–90%. В щелочной среде (такой как Ca(ОЙ)₂, образующейся при гидратации цемента) происходит пуццолановая реакция:

SiO₂ + Ca(ОЙ)₂ + H₂O → CSH гель.
Этот наноразмерный (10–50 нм) гель CSH эффективно заполняет поры и уплотняет материал, улучшая его компактность.

2.Развитие силы: прочность на сжатие через 28 дней увеличивается на 15–30% при замене цемента на 20% летучей золы; в долгосрочной перспективе, через 90 дней, степень пуццолановой реакции превышает 80%. Рост прочности в 2 раза выше, чем у чисто цементных систем.
Это явление особенно желательно в оборудовании по переработке хвостов, где конструктивные элементы должны быть прочными и долговечными.

1.Заполнение частиц: Частицы вулканического пепла, в основном < 45 мкм (с примесью кремнезема размером всего 0,1–0,3 мкм), заполняют пустоты между зернами цемента, снижая общую пористость на 5–8%.
Такое уплотнение ослабляет межфазную переходную зону (ПЗ) — ее толщина уменьшается с 40 мкм до 15 мкм — тем самым препятствуя возникновению и распространению трещин.
Такие свойства имеют решающее значение при проектировании узлов оборудования для переработки хвостов, подверженных высоким нагрузкам.

2.Уточнение структуры пор: Доля крупных капиллярных пор (50 нм) снижается почти на 50%.
Это приводит к повышению морозостойкости (потеря массы < 3% после 300 циклов замораживания-оттаивания) и стойкости к проницаемости (проницаемость падает ниже 1 × 10^{-12} м/с), что желательно для оборудования по переработке хвостов, подвергающегося воздействию суровых условий эксплуатации.

1.Низкий уровень выбросов углерода и утилизация отходов:
Каждая тонна летучей золы, заменяющая цемент, сокращает выбросы КО₂ на 0,6–0,8 тонны.
Это дает возможность широкомасштабной утилизации промышленных отходов в оборудовании по переработке хвостов, сокращая объемы утилизации отходов и экономя ресурсы.

2.Химическая стойкость:
Пуццолановая реакция истощает Ca(ОЙ)₂ и препятствует образованию расширяющегося эттрингита (расширение < 0,1%), повышая устойчивость к воздействию сульфатов.
Кроме того, за счет образования соли Фриделя (образующейся из Эл₂O₃ и Кл¯) коэффициент диффузии хлоридов снижается до 1 × 10^{-13} м²/с, что продлевает срок службы оборудования по переработке хвостов в агрессивных средах.

3.Гидратация и контроль тепла:
Для крупных конструкций добавление 30% вулканического пепла может снизить пиковую температуру гидратации на 10–15 °C, смягчая термическое растрескивание — важный фактор при проектировании массивных компонентов для оборудования по переработке хвостов.

1.Геополимерный прекурсор:
Около 50% глины можно заменить вулканическим пеплом для получения геополимеров с прочностью на сжатие 80–100 МПа; после 28 дней в кислоте с рН 2 сохранение прочности составляет 85%.
Это делает его пригодным для использования в специализированных компонентах оборудования по переработке хвостов, подвергающихся воздействию кислоты.

2.Стабилизация грунта и затвердевание тяжелых металлов:
Благодаря адсорбции и ионному обмену свинец²+ и Кд²+ могут быть отверждены на 90%.
Кроме того, КО₂ реагирует с Ca²+, образуя кальцит (CaCO₃), что обеспечивает поглощение углерода в размере 100–200 кг на тонну, что представляет ценность для оборудования по переработке хвостов в экологически чувствительных производствах.

3.Применение функциональных материалов:
Каталитические материалы на основе вулканического пепла на основе TiO₂ способны разлагать органические соединения (например, родамин B тссссс 90%) под воздействием УФ-излучения, в то время как пористые легкие заполнители, изготовленные из вулканического пепла, имеют низкую теплопроводность 0,12–0,25 Вт/{мК}.
Такие свойства могут быть реализованы в специализированных компонентах оборудования для переработки хвостов.

1.Наномодификация:
Добавление 0,1% углеродных нанотрубок может увеличить электропроводность в 10^4 раз, что делает их полезными для электромагнитного экранирования и интеллектуальных сенсорных компонентов в оборудовании по переработке хвостов.

2.Биологически-вспомогательная активация:
Бактерии рода Бацилла выделяют уреазу, катализирующую осаждение CaCO₃, что обеспечивает самовосстановление микротрещин на 60%.
Данная технология демонстрирует потенциальную возможность продления срока службы оборудования по переработке хвостов в условиях механических нагрузок.

Ключевое преимущество материалов из вулканического пепла заключается в их синергии реактивности, структуры и экологических преимуществ. Будущие исследования должны быть сосредоточены на индивидуальных модификациях и низкоуглеродных методах производства.

Для промышленного применения, в частности, в оборудовании по переработке хвостов, мы рекомендуем:

1.Выбор материала:
Выбирайте вулканический пепел с индексом активности тссссс 70% (согласно ГБ/T 1596-2025).

2.Оптимизация дизайна смеси:
Используйте метод поверхности отклика (РСМ), чтобы сбалансировать механические свойства и долговечность.

3.Интеллектуальный мониторинг:
Внедрить оптоволоконные датчики для отслеживания процесса гидратации в процессе эксплуатации.

Для морского применения рекомендуется использовать вулканический пепел с высоким содержанием кальция (СаО тссссс 15%) для повышения устойчивости к хлоридам; сканирование 3D X-КТ можно использовать для проверки оптимизации структуры пор в компонентах оборудования для переработки хвостов.