Золи та золошлаки ТЕС і ТЕЦ – відходи чи цінна сировина?

Чистий вуглець, залізо, розсіяні, рідкісні і рідкісноземельні метали, сировина для будівельних матеріалів, високоякісний абсорбент, унікальні мікросфери. Все це про відходи від роботи ТЕС і ТЕЦ, точніше про 300 млн тонн золошлакових відходів, які можна перетворити на корисну сировину.

В Україні частка електроенергії, виробленої ТЕС та ТЕЦ станом на січень 2020 року складає приблизно 32% . І все ще залишається на другому місці після атомної енергетики. Тверде викопне паливо (в основному кам’яне вугілля) – основна сировина для  роботи таких електростанцій. При його спалюванні утворюється велика кількість шлаку, летючого попелу, сірчистого газу, оксидів азоту, вуглецю та інших з’єднань.

Золошлакові відходи (ЗШВ) теплостанцій відносять до найбільш багатотоннажних промислових відходів. Орієнтовно, теплоелектростанція (ТЕС) потужністю 1 млн кВт за добу роботи спалює 10000 т вугілля, виділяючи при цьому, близько 1000 т шлаку та золи. Паливо спалюють у вигляді дрібних шматків чи у пилоподібному стані, відходи утворюються відповідно у вигляді шлаку чи золи. Золу уловлюють за допомогою води в спеціальних бункерах і видаляють у вигляді пульпи гідротранспортом у золовідвали. Шлаки гранулюють шляхом швидкого охолодження водою і видаляють у відвали сухим чи гідравлічним способом.

Щороку в Україні накопичується 8 млн тонн золошлаків. А обсяги вже накопичених відходів сягають майже 300 млн тонн. При цьому майже всі золошлакові відвали українських вугільних ТЕС та ТЕЦ вже майже заповнені.

Займаючи величезні площі, вони є джерелом забруднення довкілля. При цьому розраховано, що на відвали теплових електростанцій застосовується в середньому 0,3 % всього обсягу електроенергії, яка виробляється ТЕС (отже, мають місце значні матеріальні витрати). Крім того, означені зольні відходи являють собою постійне джерело забруднення ґрунтів, водного та повітряного басейнів, а їх накопичення у природних екосистемах призводить до погіршення стану довкілля, порушення життєдіяльності тваринного та рослинного світу, негативного впливу на здоров’я людей.

Разом з тим, за хімічним і мінералогічним складом вони багато в чому ідентичні природним мінеральним матеріалом та можуть стати джерелом корисних елементів. І хоча на сьогодні безпосереднє використання золи у різних галузях промисловості дуже обмежене у зв’язку з неоднорідністю її складу, наявності в ній не згорілого вугілля, високий (до 25 %) і непостійний вміст якого є головною перешкодою для застосування золи, існує ряд наукових розробок і винаходів, які були апробовані у реальних виробничих умовах, що підтверджують можливість застосування золошлаків ТЕС як комплексної багатоцільової сировини для виготовлення вугільного концентрату, концентрату заліза для металургійної галузі, будівельних матеріалів, сорбентів, матеріалів для дорожнього будівництва та особливого матеріалу – так званих мікросфер зол виносу.

Ефективність застосування технологій утилізації паливних відходів залежить від багатьох факторів. Слід враховувати склад золи і шлаку, гранулометричний (фракційний), хімічний, мінеральний, мікроелементний склад відходів, а також інші показники. Тільки після повного аналізу можна приймати рішення по вибору методу утилізації відходів.

Зола являє собою тонкодисперсний матеріал і складається з часток крупністю 0,1-0,005 мм. Крупність часток шлаку 20-30 мм. Хімічний склад золошлакових відходів залежить від мінеральної складової палива і коливається в залежності від родовищ вугілля. Показовий вміст основних оксидів у золошлакових відходах: SiO2 37-63 %, А12О3 9-37 %, Fe2О3 4-17 %, CaO 1-32 %, MgO 0,1-5 %, SO3 0,05-2,5 %. У золі присутнє незгоріле паливо до 6-7 % до 25 %, у шлаках, як правило, воно відсутнє. У незначній кількості наявні такі елементи, як Tі, K, Na. У деякому вугіллі зустрічаються навіть дорогоцінні метали: Au, Ag, Pt, рідкі та розсіяні елементи.

На сьогодні існує більше 300 технологій перероблювання золошклакових відходів (ЗШВ), проте вони в більшості присвячені використанню золи у будівництві і виробництві будівельних матеріалів.

Зупинимось на тих, які були апробовані в українських умовах і являються комплексними.

Флотація. Якщо коротко, то флотація – це спосіб збагачення корисних копалин у водному середовищі, заснований на різниці можливостей мінералів утримуватись на міжфазовій поверхні.

Реалізація традиційного способу флотаційного збагачення золи ТЕС дає концентрат і відходи флотації. Флотоконцентрат являє собою вуглецевмісну фракцію (Аd = 45–14 %). Вуглецева складова концентрату характеризується показником крупності < 100 мкм і в цілому являє собою різноманітні модифікації коксу. Відходи флотаційного збагачення золи складаються в основному із алюмосилікатів, а залишковий вміст вуглецю в них коливається у межах 2–8 %. Завдяки наявності названих компонентів флотаційної сепарації золи ТЕС відходні продукти можуть бути використані у різних галузях промисловості: металургії, енергетиці, хімічній промисловості, у виробництві будівельних матеріалів. Малозольний флотоконцентрат можна використовувати як компонент пиломазутних паливних композицій для доменних процесів. Враховуючи те, що в металургії застосовується спосіб розливання металу сифоном у виливницю, де як теплоізолююче покриття використовується концентрат з вмістом вуглецю 35–60 %, вуглецевмісний відходний матеріал дозволяє відмовитися від використання графіту для тих же цілей.

Зворотна флотація. На кафедрі хімії НТУ «Дніпровська політехніка» був запропонований спосіб зворотної флотації, принцип якого полягає у кондиціонуванні золопульпи у суміші із жирнокислотним збирачем (фракції жирних кислот С15–С17) та шляхом введення аніонного депресора вуглецевмісних частинок з отриманням камерного продукту. При цьому збирач адсорбується на поверхні мінеральної фракції й покращує її фізикохімічні властивості, а саме підвищує її гідрофобність. Отримана за такого способу вуглецевмісна фракція золи характеризується високою питомою поверхнею, що дозволяє використовувати її у якості високласного адсорбенту, особливо для токсичних стоків, ситуація з якими в нашій країні носить загрозливий характер.

Одна із Технологій безвідходної переробки золи також належеть до флотаційних способів утилізації. Розроблена у 90-х років минулого сторіччя на базі тоді ще Національного гірничого університету у м. Дніпро. З використанням якої можна отримати 3 основних групи компонентів:

1) алюмосилікатні фракції (75%) – широко використовуються в багатьох галузях будівництва та є основою виробництва: бетонів, матеріалів для будівельних і штукатурних розчинів, безарматурних малих бетонних блоків, керамічних виробів (черепиця, цегла та ін); використовується в якості добавки-замінника цементу (замінює 30% цементу) ;

2) вуглецева маса (25%) – може бути використана в повторному спалюванні в котлоагрегатах на тих же самих станціях, для виробництва коксу, у теплоізоляційному покритті при розливі сталі, як паливна добавка, сорбент важких металів, магнетит, спеціальний чорний пігмент, порошки для копіювальної техніки.

3) мікросфери (до 0,2%) – являють собою унікальне поєднання форми, низької щільності з високою механічною міцністю, термостабільності і хімічної інертності, що дає можливість забезпечити широке застосування мікросфер в якості компоненту теплоізоляційних матеріалів, сорбентів, радіопрозорих керамік, наповнювачів композиційних матеріалів і спеціальних видів цементу. Мікросфери є перспективною сировиною для отримання на їх основі каталізаторів, адсорбентів, капсулюючих матеріалів, здатних функціонувати в умовах дії агресивних середовищ і високої температури.

Ще у 1997 році ця технологія була успішно застосована на “Луганській” ТЕС. При виробничій потужності переробки золи – 400 тис. т/рік, було отримано переробленої продукції: вугільний концентрат з теплотою згорання 4000 ккал/год – 120 тис. т; сировина для будівельних матеріалів – 280 тис. т.

Магнітна та електрична сепарація золи. Найважливішим фазовим компонентом такого способу переробки є оксиди заліза у кількості 20%. Сполуки заліза (FeO і Fe2O3) входять до сфероїдизованих частинок склофази.

Магнітна складова – це чорні оплавлені кульки, що складаються з магнетиту і гематиту. Використання сухої і вологої магнітної сепарації дозволяє відокремити високоякісний магнетит з леткої золи. Магнетит, отриманий таким способом, можна використовувати як обважнювач при збагаченні вугілля у важкому середовищі. Немагнітний продукт застосовується для виготовлення цементу, закладки гірничих виробок як наповнювач та ін. Також суху золу можна розділити методом електричної сепарації на барабанних коронних сепараторах з достатньо високим вилученням вуглецю в концентрат.

Хімічні методи конверсійної переробки золи, що дають можливість вилучення рідкісноземельних елементів, тугоплавких і кольорових металів. Особливо зважаючи на те, що середній міст зазначених елементів у золі вищий ніж у гірських породах. А при комплексній переробці, навіть при мінімальному вмісті, їх вилучення може бути економічно вигідним.

 

Перспективні напрямки і способи переробки ЗШВ

 

Особливої уваги заслуговує ще один побічний продукт роботи теплоелектростанцій – так звані золи-виносу, які утворюються при видаленні дрібної та легкої фракцій, які виносяться димовими газами на електрофільтри-уловлювачі. Вони мають унікальні адсорбційні та в’яжучі властивості, які були використані при проведенні досліджень щодо утилізації фільтрату (концентрату) полігону № 5 Київського звалища твердих побутових відходів (ТПВ), а також при очищенні модельних і реальних стічних вод різного складу та походження. Було показано, що механічна суміш золи і, наприклад, концентрату (продукту, отриманого після очищення фільтрату системою зворотного осмосу) призводить до утворення твердого, практично водонерозчинного матеріалу. Застосування золи як адсорбенту, дозволяє на модельній системі забезпечити наступні ступені вилучення важких металів, % мас.: Fe – 97,6; Cu – 98,3; Cr (III) – 98,7; Zn – 92,4; Mn – 97,2; Pb – 96,3. Високий рівень очищення спостерігається і на реальних промислових стічних водах.

Експериментальними дослідженнями на Бортницькій станції аерації доведена ефективність застосування золи-виносу ТЕС для фіксації, зневоднення сирих та зброджених осадів, надлишкового активного мулу. Що значно підвищує ступінь і ефективність очищення води, особливо якщо екстраполювати його на ті величезні об’єми, які щодоби скидаються на мулові майданчики.

При всій перспективності і великій кількості вже доведених і відпрацьованих технологій  сьогодні в Україні до переробки залучаються лише 10% від усього об’єму ЗШВ і то лише для виробництва будівельних матеріалів.

 

Джерело: nv.ua

 

То може вже настав час змін. І зольні відходи ТЕС це зовсім не відходи? Це унікальна композиція речовин, які завдяки спрямованій переробці можуть певною мірою поповнити дефіцит традиційної мінеральної сировини. Сконцентрована у зольному комплексі велика кількість сполук заліза, алюмінію, хрому, нікелю, марганцю та інших хімічних елементів (наприклад, ванадію, германію, галію) дозволяє розглядати зольні відходи як цінний вторинний ресурс отримання певного виду матеріалів і при цьому спосіб вивільнення значних територій. Використання ЗШВ і зол-виносу як адсорбентів дозволить вирішити проблему утилізації та переробки стоків, відокремлення від мулів та очищення стічних вод.

Проте для реалізації таких перспектив вирішення цілого комплексу питань – від розробки технічних умов на їхнє застосування, технологічних ліній з їх переробці, транспортних і вантажно-розвантажувальних засобів, до перебудови психології господарників у відношенні вторинних мінеральних ресурсів і звичайно державної підтримки.

Малова Марина

Поділитися на facebook
Facebook
Поділитися на twitter
Twitter
Поділитися на linkedin
LinkedIn

Схожі записи

“За продовження спеціальних дозволів на користування надрами збір не справлятиметься”, – депутати усунули дискримінаційну норму із законопроєкту

Профільний комітет Верховної ради виключив із законопроєкту №4187 “Про внесення змін до деяких законодавчих актів України щодо підтримки розвитку вітчизняних

Читати далі