Возможные технологии утилизации золы. Классификация 3 Сфера применения зол 5

Название	Классификация 3 Сфера применения зол 5
Дата	29.04.2022
Размер	0.64 Mb.
Формат файла
Имя файла	Возможные технологии утилизации золы.docx
Тип	Литература #504627

Оглавление

Введение 2

Классификация 3

Сфера применения зол 5

Зарубежный опыт использования 10

Заключение 12

Литература 13

Введение

Россия является одним из мировых лидеров по производству и экспорту угля, она занимает шестое место по объемам угледобычи после Китая, США, Индии, Австралии и Индонезии (на долю России приходится около 5% мировой угледобычи) и третье место по экспорту угля после Индонезии и Австралии (на международном рынке на долю России приходится около 15%, и российские угольные компании обеспечивают почти 40% всего прироста международной торговли углем)[1].

В России в 2016 году по данным аналитического центра при Правительстве РФ 104,8 млн. тонн добытого угля было использовано на электростанциях. При сжигании углей факельным или слоевым способом на теплоэлектростанциях (ТЭС) образуются газообразные продукты и твердые золошлаковые отходы (ЗШО) – золы уноса и шлаки. Согласно данным 2015 года за год в России образовался объем ЗШО в количестве 30,4 млн. тонн. Все остальные ЗШО находится на полигонах и в зоотвалах. Чтобы уменьшить складирование золошлаковых отходов на территориях городов их постепенно вовлекают в разные отрасли промышленного производства. Негативное влияние отходов на окружающую среду, а также отчуждение земель под золоотвалы дает развитие на перспективу таким направлениям как производство строительных материалов, дорожное строительство, сельское хозяйство, заполнение выработанного пространства угольных разрезов и шахт, биологическая и техническая рекультивация нарушенных земель.

Кроме того зола уноса пригодна для получения гипсовых вяжущих материалов. Добавка ее в сырьевую смесь в количестве до 20% приводит к повышению прочности и водостойкости полученных композиций [2]. Летучая зола используется для получения аддибатической пены с макропорами от 0,5 до 600 мм, представляющей интерес в качестве теплоизоляционного материала при строительстве. Добавка ее к силикату натрия в количестве 7,5% позволяет производить материал с высокими физико-механическими характеристиками: прочностью 0,44 МПа, плотностью 97 м³/кг и теплопроводностью 0,0488 Вт/(м К), используемый для теплоизоляции наружных стен [3, 4]. Зола уноса является перспективным материалом для использования в качестве минерального порошка при приготовлении асфальтобетонной смеси. Исследованиями, проведенными с золоотходами Бишкекской ТЭЦ (Кыргызстан), установлено, что по своим физико-механическим характеристикам асфальтобетоны на золе уноса удовлетворяют требованиям государственных стандартов, а по показателям прочности превышают стандартные образцы [6].

Классификация

Зола уноса – это несгораемый остаток минерального происхождения, который образуется в процессе горения твердого топлива на тепловых электростанциях. Зола улавливается электрофильтрами, а затем в сухом состоянии отбирается специальным отборником для производственных нужд, либо со шлаком и водой отправляется на отвал. Зола уноса может быть классифицирована по следующим параметрам: химический состав, фазовый минералогический состав, дисперсность (остаток на сите), содержание несгоревших частиц углерода (потери при прокаливании).

Рис.1 Классификация золы уноса

На состав и строение золы влияют следующие факторы:

вид топлива и морфологические особенности
тонкость помола
зольность топлива
температура в зоне сжигания
химический состав минеральных компонентов топлива
время горения частиц в данной зоне

Формирование силиката, алюмината и феррита кальция – способность к гидратации минералов – обусловлена содержанием карбоната в минеральной доле исходного топлива в процессе горения. Подобная зола при затворении способна схватывать и самостоятельно твердеть, так как в ней присутствует окись магния и кальция в свободном состоянии.

ГОСТ 25818-91 разделяет все золы в зависимости от сжигаемого угля:

 Антрацитовая (сжигают антрацит, полуантрацит и тощий каменный уголь (А)).

 Каменноугольная (сжигают каменный уголь (КУ)).

 Буроугольная (сжигают бурый уголь (Б))

Типы зол по химическому составу:

 Кислые: буроугольные, антрацитовые, каменноугольные (К).

 Основные: буроугольные с концентрацией оксида кальция ≥10% (О).

Есть 4 вида зол-уноса по качественным показателям:

1. Для изделий из тяжелого и легкого бетона и железобетонных конструкций.

2. Для строительных растворов и бетонных конструкций на основе тяжелого и легкого бетона.

3. Для изделий, конструкций на базе ячеистого бетона.

4. Для изделий, железобетонных и бетонных конструкций, применяемых в особо тяжелых условиях (гидротехнические сооружения, аэродромы).

В зависимости от активности золы бывают:

 Активные. Наличие у золы самостоятельных вяжущих свойств.

 Скрытые активные. Кислые золы не обладают самостоятельными вяжущими свойствами, требуется активатор для затвердевания.

 Инертные. Соответствующе предыдущему классу.

Золы с высоким содержанием кальция

В эту категорию попадают золы Приволжских, Прибалтийских сланцев, бурых углей Канско-Ачинского района (КАТЭК). Данная категория зол более распространена в России, поскольку залежи этих углей составляют примерно 40% общенациональных запасов. Как раз эти самые угли используются в ТЭЦ Новосибирска, Барнаула, Омска, Ачинска и тремя ТЭЦ Красноярска. В настоящий момент в отвалах находится 24 миллиона тонн зол. Только лишь одна новосибирская ТЭЦ ежедневно заполняет отвалы 200 тоннами отходов. Из плюсов такой золы можно выделить самостоятельные вяжущие свойства из-за наличия гипса и клинкерных минералов. Оттого они могут применяться как замена в пенобетоне части цемента.

Многофазным материалом является зола твердого топлива с высоким содержанием кальция. Имеются вяжущие свойства. Концентрация отдельных компонент в них различна. Вяжущие свойства золы зависят от состава и соотношения фаз. Качественный баланс фаз позволяет улучшать химические и физические свойства материала и получать предельную гидравлическую активность. При более детальном изучении гидравлической активности фаз и механизма их взаимодействия становится возможным получить оптимальное содержание вяжущих материалов. Фазы высококальцевых зол можно объединить в группы по типу твердения либо же свойствам в такие группы:

 Клинкерные материалы: ферриты кальция, алюминаты, силикаты.

 Воздушные вяжущие материалы: свободная окись кальция, магния, полуводный и безводный сульфат кальция.

 Стекловидная вата: основное и кислое стекло.

 Нерастворимый остаток.

Из-за неоднородного состава зерен топливной смеси наряду с возможностью контакта пылинок, которые сгорают в подвешенном состоянии, все химические процессы протекают в объемах отдельных крупиц. Это приводит к сосредоточению железосодержащих, клинкерных минералов и основного количества оксида кальция в тяжелой зольной фракции (удельный вес более 2,88). Средняя фракция наполнена кварцем (1,83-2,88), алюмосиликатным стеклом и оксидом кальция. Легкая фракция сосредотачивает полые внутри шарики силикатного стекла (менее 1,83).

Существует связь между гидравлической активностью и химсвойствами фаз высококальцевых зол. Все слагающие золы фазы делят на два вида в зависимости от их способности к твердению и гидратации:

 Фазы, которые способны гидратироваться. Сюда относят воздушные вяжущие вещества и клинкерные материалы.

 Фазы, которые способны гидратироваться и генерировать искусственный камень исключительно в присутствии активаторов затвердевания: это нерастворимый остаток и стекловидная фаза. Последний материал гидратируется и затвердевает лишь в присутствии свободной окиси кальция наряду, сульфата кальция, а нерастворимый остаток – при взаимодействии со свободным оксидом кальция.

Кислые золы
Они отличаются нестабильным химическим составом и большим количеством кремнезема наряду с малой концентрацией оксида кальция. У кислых зол нет вяжущих свойств. Однако при взаимодействии с известью и цементом такие свойства проявляются. Самая стабильная с точки зрения химического состава зола пятой ТЭЦ Новосибирска, у нее также наименьшее ППП. Использование кислых зол как кремнеземистого компонента при изготовлении ячеистого бетона часто позволяет уйти от сложного процесса автоматического клавирования и заменить его пропариванием.

Сфера применения зол

Современные разработки технологий изготовления качественных и современных стройматериалов с применением в качестве исходного сырья многотонных отходов промышленного производства (зола уноса ТЭС и металлургические шлаки) позволяют использовать золу для получения таких стройматериалов как:

Ячеистый бетон или пенобетон.

Зола уноса получается путем электростатического или механического выделения пылевидных частиц из отходящих газов котельных агрегатов сжигающих угольную пыль. Согласно EN 197-1, зола, получаемая другими методами, не может быть использована в цементе.

Кремниевая зола уноса (V) это мелкая пыль, главным образом, с зернами сферической формы, обладающая пуццолановыми свойтсвами. Состоит в основном из активного диоксида кремния (SiO₂) и оксида алюминия (Al₂O₃). Остальное – это оксид железа (Fe₂O₃) и другие соединения.

Требования:

Активный оксид кальция (CaO) максимум 10,0%

Активный диоксид кремния минимум 25,0%

Потери при прокаливании (несгоревший уголь):

Кат.А

5,0%

Кат.В

7,0%

Кат.С

9,0%

Использование золы в технологии изготовления пенобетона позволяет улучшить агрегативную устойчивость смесей в промежутке с самого начала и до полного схватывания цементного теста. Благодаря этому предотвращается диффузия компонентов в пространстве из-за гравитационных сил и негативное влияние на образование структуры. Второй положительный момент – мелкодисперсный состав. Он способствует генерированию плотной упаковки частичек в межпоровой перегородке ячеистого бетона. Если такого явления нет, то первичные продукты гидратации приобретут гелеобразное состояние. При их высыхании начнут появляться усадочные явления. Образуемая перегородка будет отличаться низкой прочностью, что приведет к резкому падению прочностных показателей пенобетона. Разработанная технология с добавлением модифицирующих добавок и специальное оборудование позволяют изготавливать мелкие изделия на базе неавтоклавного пенобетона согласно ГОСТ с большой (≥30%) экономией цемента.

Улучшение характеристик тяжелых бетонов с помощью золы-уноса.

Зола может применяться для производства сборных и монолитных ЖБ конструкций. Это позволяет управлять структурообразованием, подвижностью и жизнеспособностью, скоростью твердения и прочностью бетонной смеси. Эффективность применения золы в равной степени зависит от показателей исходного сырья (цемента и золы) и правильного похода к определению путей ее использования. Технологии компании позволяют применять золу в 3 направлениях:

 Добавка вместо части цемента.

 Зола вместо части песка.

 Самостоятельный компонент.

Производство керамзитобетона (легкий бетон).

Основное требование к технологии производства легких бетонов состоит в обеспечении плотной структуры. Удовлетворение данного условия обеспечивается содержанием в керамзитобетонной смеси фракции до 1,2 мм на уровне 40%, в песчаной фракции порядка половины частиц должны быть менее 0,15 мм. Современные керамзитовые заводы не выпускают керамзитовый песок, и это приводит к тому, что многие заводы «грешат» добавлением обычного песка в конструкционнотеплоизоляционный керамзитобетон. В качестве эффективного заменителя в легких бетонах служит зола, которую можно полностью или частично использовать вместо других видов мелкого заполнителя.

Малоцементные бетоны для обустройства оснований автодорог.

Мосты, аэродромы ремонтируются с помощью шлакосиликатных бетонов, куда может добавляться зола. Кроме того, шлакосиликатные бетоны служат для устройства кислотостойких полов в химических, металлургических цехах и других производствах, где есть агрессивные среды. Такие полы получают путем заливки или выкладывают плитками из шлакосиликатных бетонов.

Получение зольных вяжущих материалов.

Они находят свое место в производстве строительных конструкций гидротермального и влажно-воздушного твердения. Этому материалу под силу заменить цемент в процессе изготовления товарного бетона, строительного раствора и готовых изделий строительных комбинатов. Наиболее целесообразно строить подобные комбинаты в непосредственной близости к ГРЭС и ТЭС. Также зола уноса применяется в качестве добавки к цементу, не снижающей свойств материала, для приготовления спецбетонов, получения легких бетонных заполнителей, в дорожном строительстве. Следует отметить, что принятие решения о целесообразности использования золы уноса должно основываться на технологических и физико-механических испытаниях.

Сельское хозяйство

Отходы тепловых электростанций содержат большое количество ценных микроэлементов и оксидов, поэтому их можно использовать в качестве мелиорантов и удобрений в сельском хозяйстве, в лесном хозяйстве, для ремедиации почв, рекультивации земель и т.д. [19, 20]. Они улучшают водно-физические и агрохимические показатели почв, а также, являясь хорошим калийным удобрением, повышают содержание в почве обменного калия на 4-8%. Рекомендуемая оптимальная норма их внесения составляет 60 т/га [21]. Наибольшая концентрация микроэлементов наблюдается в немагнитной фракции золы,которую рекомендуют для использования в качестве микроудобрений. Для достижения наибольшего эффекта получают гранулированные, обогащенные связанным азотом микроудобрения пролонгированного действия [25].

Внесение золы уноса в почву в определенных концентрациях повышает ее плодородие, способствует росту растений и накоплению в них макро- и микроэлементов. Урожайность и питательный состав зависят от вида почвы, количества внесенной добавки и выращиваемых культур [26, 27].

Кроме того, по мнению авторов работ [23, 24, 25], летучая зола является пестицидом и, внесенная в почву, защищает растения от многих сельскохозяйственных вредителей: снижает появление личинок, повышает устойчивость растений к различным видам болезней, а также используется в качестве инсектицида для обработки садовых культур.

Использование золы в строительстве.

В мировой строительной практике широко используют как неклассифицированные золы, так и золы после их предварительного обогащения или разделения на составляющие [11]. Так, золы могут использоваться для сооружения оснований дорожных покрытий, при реконструкции верхних изношенных слоев асфальта как фиксатор дегтя, смолы, гудрона, для создания планировочных насыпей и т. п. [10] Использование зол в этих целях должно быть обосновано в ходе испытаний пригодности и безопасности, с учетом механических нагрузок и погодно-климатических факторов. Необходимо оценить химическую безопасность использования зол с точки зрения загрязнения грунтовых вод вымываемыми из золы токсичными веществами. Кроме того, необходимо иметь технологии пылеподавления, исключающие загрязнение близлежащих территорий из-за уноса зольной пыли при выполнении строительных работ.

Как сухая, так и влажная (из отвалов) дисперсная зола ТЭЦ широко используется для изготовления изделий из плотных или ячеистых золобетонов (стеновые блоки и панели, плиты покрытий и перекрытий) [5]. Золы используются как добавка в бетоны взамен природного материала – песка. Наибольшее распространение золобетоны получили как материал для ограждающих конструкций в виде крупных блоков для стен промышленных зданий [6]. Ограничением использования золы как наполнителя служит ее дисперсность и высокая пористость, что приводит к высокой влагоемкости бетона, меньшей прочности и повышенной деформируемости. Для получения изделий заданного качества требуется выверенная дозировка золы, строгое соблюдение режимов термообработки – пропаривания и автоклавирования.

Использование золы при производстве строительных материалов регулируется нормативами (ГОСТы и ТУ), которые устанавливают такие показатели качества, как дисперсный состав, химический состав, насыпная плотность, наличие посторонних включений и т. д. Для обеспечения нужного уровня качества вводятся ограничения по объему использования ЗШМ в том или ином продукте. В конкретном производстве час-то может использоваться только часть золы, удовлетворяющая требованиям. Соответствующая фракция должна выделяться и проходить дополнительную подготовку либо на площадке ТЭЦ, либо в районе золоотвала (гидравлическое разделение, классификация зольной пульпы, обезвоживание) [9]. Поскольку золы углей различных месторождений значительно различаются между собой, их использование в строительстве определяется дисперсным и химическим составом каждой золы.

Для утилизации зол, образующихся при сжигании экибастузских углей на ом-ских ТЭЦ, предложены технологии, позво-ляющие получать следующие материалы:

высокопрочные минеральные вяжущие на основе золы ТЭЦ-5 и шлама Ачинского глиноземного завода. Это минеральное вяжущее (зальцит) соответствует портландцементам марок М-400-500 [7];
ячеистый бетон (газобетон), в котором зола полностью заменяет песок. Доля золы в общей массе сырья достигает 50–55 %. Газобетон относится к конструктивно-теплоизоляционным материалам [8];
аглопорит, используемый для производства бетонов и теплоизоляционных засыпок. Аглопоритовый гравий является наиболее золоемким (до 90 % золы) продуктом. Его получают путем смешения золы с глиной, гранулирования и обжига при 1150 ˚С [9].

Дорожное строительство.
Золы тепловых электростанций являются универсальным материалом для дорожного строительства. Их можно использовать для отсыпки дорожных насыпей, устройства оснований и всех слоев, автомобильных дорог, в качестве компонента вяжущих материалов для укрепления грунтов, минерального порошка, а так-же добавки в состав цементобетона [23, 24].

Проведены исследования по использованию золы Дарханской ТЭС (Монголия) в качестве компонента дорожных грунтов. Установлено, что, являясь высокоуглеродистыми, кислыми, малокальциевыми соединениями, золы имеют плохое сцепление с почвой, поэтому в состав дорожных бетонов необходимо вводить добавки извести или природного известняка [21]. Применение отходов ТЭС Забайкальского края в составе цементогрунтов позволяет получить эффективный композиционный материал с высокими показателями прочности для дорожного строительства [25]. Добавка полимерных материалов в состав цементогрунтов способствует повышению их морозостойкости и трещиностойкости [26].

Использование золошлаков позволяет получать комплексные вяжущие материалы, включающие в себя металлургические шлаки и портландцемент, служащие для укрепления оснований автомобильных дорог и позволяющие почти наполовину снизить стоимость прокладки полотна [18].

Зола уноса является перспективным материалом для использования в качестве минерального порошка при приготовлении асфальтобетонной смеси. Исследования-ми, проведенными с золоотходами Бишкекской ТЭЦ (Кыргызстан), установлено, что по своим физико-механическим характеристикам асфальтобетоны на золе уноса удовлетворяют требованиям государственных стандартов, а по показателям прочности превышают стандартные образцы [6].

Закладочные смеси.

Золошлаковые отходы представляют собой перспективный материал для приготовления смесей для заполнения земляных выработок при ведении добычных работ. Определены оптимальные составы данных композиционных материалов, в которых доля золы составляет 18%. Установлено, что приготовленные образцы соответствуют предъявляемым требованиям научно-технической документации [19].

Проведены работы по изучению свойств золошлаковых отходов как техногенных грунтов. В результате установлено, что они обладают показателями, позволяющими использовать их для устройства оснований зданий и сооружений [17]. Также зола уноса, обладая низкой степенью пучинистости, может применяться как основание под фундаменты зданий [16].

Производство сорбентов

Золошлаковые материалы обладают высокой поглотительной способностью (сорбирующими свойствами) и термической устойчивостью, что дает возможность использовать их в качестве дешевых сорбентов паров азотной кислоты [14]. При введении золы уноса в поток дымовых газов топливосжигающих устройств добиваются снижения содержания в них оксидов азота за счет адсорбции данных газов на поверхности золы [15]. Зола уноса может использоваться для очистки сточных и поверхностных вод от нефти и нефтепродуктов [39]. Кроме того, входя в состав комплексного реагента, позволяет очищать водные растворы от катионов алюминия, переводя их в твердую фазу, представляющую концентрат алюминия для его последующего выделения [16]. Тяжелые металлы (свинец, медь, кадмий, цинк и хром), содержащиеся в природных водоемах, также могут быть адсорбированы на поверхности золы уноса. Максимальная поглотительная способность наблюдается при рН=6,5 и составляет порядка 5 мг металла на грамм золы, причем установлена возможность одновременного удаления загрязнителей [17].

Цеолиты. Зола уноса тепловых электростанций является перспективным материалом для синтеза цеолитов, обладающих высокими адсорбционными характеристиками [10]. Для получения цеолитов из золы уноса можно проводить ее разделение, а также вводить в ее состав добавки. Так из немагнитной фракции золы уноса, образуемой от сжигания угля Печерского угольного бассейна, методом гидротермального синтеза были получены цеолиты и определены их катионообменные свойства. Установлено, что они обладают высокой сорбционной активностью по отношению к катионам стронция, бария и аммония [12]. Добавка к летучей золе модифицированной сланцевой золы позволяет получать цеолитный материал для адсорбции свинца, цинка и хрома [13].

Зарубежный опыт использования

На сегодняшний день в России под золошлаковые отходы отдано примерно 20 тыс. км² земли (территория Израиля или Словении), где в зоне отчуждения находятся 1,3-1,5 млрд. тонн отходов сжигания угля. Под глобальной угрозой закрытия находятся большинство полигонов из-за переполнения по существующим нормативам.

Всего 10% от совместного количества образовавшихся отходов в России идут на дальнейшую переработку в стройиндустрию, дорожное строительство и другие отрасли промышленности. В цивилизованных же станах перерабатывают 70-95% от выхода ЗШО, а в Дании и Нидерландах – 100%.

В последние годы скандинавские компании импортируют золошлаки и сходные промышленные отходы из Польши, Болгарии и других стран по отрицательной стоимости. В абсолютных цифрах объема переработки (до 30 млн. тонн ежегодно) в первых строчках рейтинга находится, как ни странно, Индия.

На экологию индийцам по большому счету все равно, здесь изначально нашли экономический стимул: еще в начале 90-х индийские инженеры придумали свою технологию получения кирпича из угольной золы без использования природной глины. Итог – революция строительной индустрии, кратное увеличение темпов застройки и поток зарубежных инвестиций в страну.

Проблема утилизации ЗШО в нашей стране возникла не сегодня и не вчера. Практически ежегодно, начиная с 2008 года, в России проводятся совещания, конференции, симпозиумы по теме утилизации золошлаковых отходов. Есть государственная программа «Энергоэффективность и развитие энергетики» до 2030 года, в ней прописаны целевые показатели использования ЗШО. Также существуют региональные программы, но эффекта от них пока практически нет.

Результатом бесконечной череды совещаний стало решение о переименовании отходов ТЭС в золошлаковые материалы (ЗШМ), чтобы на уровне семантики обозначить их особую ценность для промышленности.

Американский профессор Р. Е. Дэвис в начале 1930 годов ознакомил большую публику со своей идеей об использовании золы уноса (fly ash) для производства бетона и разработал для нее спецификацию. Но до 1946 года нигде в мире не было оборудования для улавливания этой золы. Лишь только в конце 90-х годов правительства развитых стран и не до конца развитых стран основательно взялись за решение проблемы промышленных отходов горения угля.

В Америке, в разных штатах, доля переработки ЗШО колеблется от 30 до 50%. Американцы также кивают на отсутствие технологий для более масштабного коммерческого использования золошлаковых отходов.

В Скандинавских странах уровень утилизации золы ТЭЦ довели до 100%. Более подробную статистическую раскладку можно посмотреть на сайте ECOBA – Европейской ассоциации по утилизации продуктов горения угля (Coal Combustion Products). Организация была основана в 1990 году, в нее входят 28 энергетических компаний из 15 стран, выпускающих 88% золошлаковых материалов в ЕС.

В просвещенной Европе кратное увеличение объемов переработки ЗШМ началось с введения общих для Евросоюза политических директив, регулирующих выбросы в угольной промышленности. Самые известные стандарты – IPPC, LCPD,IED.

В 2010 году страны Тихоокеанского региона (Индонезия, Китай, Австралия) создали свою Азиатскую ассоциацию угольной золы (Asian Coal Ash Association). Они регулярно публикуют отчеты на своем сайте и решения по переработке золошлаковых отходов.

Существует 5 основных направлений переработки золы (в порядке убывания популярности):

строительные материалы (цемент, кирпич, блоки);
дорожное строительство (наполнители для дородного полотна);
строительные проекты (стеновой материал);
производство различных наполнителей;
сельское хозяйство (стабилизаторы почвы).

В золе содержится добрая часть периодической таблицы: оксид кремния, алюминия, железа, редкоземельные металлы и так далее. Одно из перспективных направлений переработки отходов золы — извлечение из них полезных металлов. Зола богата оксидом алюминия, ее можно рассматривать как потенциальный заменитель бокситов. Впервые алюминий научились извлекать из отходов горения угля в 1950-е годы в Польше. В «холодную войну» действовало эмбарго на поставку алюминиевой руды в страны Восточной Европы. Первый завод в Польше был открыт в 1953 году, он производил 10 000 тонн алюминия и 100 000 тонн цемента из ЗШМ. Второй был построен в 1970-м и выдавал уже и того и другого в 10 раз больше.

Сегодня извлечение из золы алюминия активно используют в Китае. Свою технологию китайцы начали разрабатывать в 2004 году. В 2012 году был запущен масштабный проект в Тогто (Tuoketuo), где базируется крупнейшая электростанция мира. По исходным данным на производство завод должен ежегодно производить 240 млн. тонн оксида алюминия (сырья для получения алюминия) и 200 млн. тонн силиката кальция. В третьей фазе проекта эти цифры планируется увеличить вдвое. Все это с большим запасом покрывает внутренние потребности Китая в металле.

Золы также могут быть источником получения более дешевого урана. По крайней мере, этими технологиями активно занималась канадская компания Sparton Resources, экспериментируя на монгольском и китайском угле.

В Японии, например, вообще достигает 100%. Страна озаботилась утилизацией золы и шлаков еще в 1980-е годы. Японцы планировали постепенно снизить долю угольной генерации, заменив ее на атомную, но авария на АЭС «Фукусима-1» приостановила этот процесс. Кстати, Япония — одна из немногих стран, которая умудряется ЗШО экспортировать.

Среди лидеров по утилизации также Китай, Индия, США и Австралия. Китай лидирует по количеству образованных и переработанных отходов. Если говорить об их доле, то она достигает почти 70%. В стране, потребляющей в 32 раза больше угля, чем Россия, проблема ЗШО в целом решена.

Крупные потребители на товарном рынке — строительная индустрия и промышленность строительных материалов. Использование золы снижает себестоимость ряда строительных материалов (цемент, сухие строительные смеси, бетон, строительные растворы) на 15–30%. Применение золы в земляном полотне автомобильных дорог способствует снижению их себестоимости.

Один из наиболее доступных методов переработки отходов золы — использование их в качестве наполнителя при изготовлении бетонной смеси. Эта технология позволяет снизить себестоимость тяжелого бетона при изготовлении тротуарного и других видов отделочного камня, а также в монолитном домостроении. Например, с использованием золы построен небоскреб «Бурдж-Халифа» в ОАЭ. В нашей стране дома с использованием таких материалов возводились начиная с 50-х годов прошлого века.

Второй вариант использования — извлечение глинозема для последующего производства алюминия. При этом содержание оксида алюминия в золах некоторых видов углей может достигать 30%.

С 2011 года ЗШО включены в перечень приоритетных материалов промышленного производства. Это значит, что предприятия, использующие этот вид материалов для алюминиевой отрасли, могут претендовать на субсидии государства.

Стимулы для России

Самый распространенный способ удаления золы и шлаков с ТЭЦ — по трубопроводу: шлаки смешивают с водой и в виде пульпы отправляют на золошлакоотвал, где они перерабатываются в ЗШМ. В среднем переход ЗШО в пригодные для дальнейшего использования в рекультивации материалы занимает примерно год-два.

Одна из проблем состоит в том, что перевозка таких отходов возможна примерно пять месяцев в году. Большинство отвалов сосредоточено в Сибири; проведенные эксперименты показали, что погрузка, транспортировка и выгрузка при отрицательных температурах требуют слишком больших ресурсов.

Во-вторых, сама транспортировка в любое время года капиталоемка. По расчетам СУЭК, перевозка золошлаковых материалов с Красноярской ГРЭС-2 до Бородинского разреза (примерно 65 км), может оказаться убыточной.

Хотелось бы отметить, что именно эта проблема мешает другим странам довести переработку ЗШО до 100%. Например, в Китае переработка сконцентрирована в тех областях, где в непосредственной близости от станций находятся строительные предприятия. А Японии удалось добиться таких результатов только потому, что большинство ТЭЦ расположены на берегу: это позволило перейти на более выгодную транспортировку водным транспортом.

К тому же, в большинстве стран действует государственная поддержка переработки ЗШО в виде субсидий, а также немаловажных налоговых льгот. Данного не хватает в России для благополучного решения проблемы ЗШО.

Заключение

Анализ научных публикаций российских и зарубежных авторов показал, что отходы золы тепловых электростанций представляют собой универсальный материал для использования в различных отраслях промышленности, в т. ч. в строительстве, металлургии, сельском хозяйстве и т.д., а из выделенных из них ценных компонентов можно получать различные виды продукции.

Кроме того, вовлечение отходов теплоэнергетики в промышленный оборот позволит не только сократить их количество на золоотвалах, но и предотвратить складирование новых партий, создавая безотходные производства, и снизить нагрузку топливно-энергетического комплекса на окружающую среду.

Литература

[1] Таразанов И.Г., Губанов Д.А. Итоги работы угольной промышленности России за январьдекабрь 2020 года // Уголь. 2020. № 3. С. 54-69. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-3-54-69.

[2] Sharifov A., Subhonov D.K., Shodiev G.G., Bo-boev T.S. Using coal ash of Fon-Yaghnob deposit ascomposition of filler material from gypsum cementing. Reportsof the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan. 2016;59(9-10):413-417. (In Russian)

[3]. Lee Y.-R., Soe J.T., Zhang S., Ahn J.-W., Park M.B., Ahn W.-S. Synthesis of nanoporous materials via recycling coal fly ash and other solid wastes: A mini review. Chemical Engineering Journal. 2017;317:821-843. DOI: 10.1016/j.cej.2017.02.124

[4]. Li Y., Cheng X., Cao W., Gong L, Zhang R., Zhang H. Fabrication of adiabatic foam at low temperature with sodium silicate as raw material. Materials and Design. 2015;88:1008-1014.

[5]. Рябов Ю. В., Делицын Л. М., Власов А. С., Голубев Ю. Н. Получение магнитных продуктов из золы уноса Каширской ГРЭС // Обогащение руд. – 2013. – № 6.

[6]. Madanbekov N.J., Osmonova B.J. Application in asphalt concrete mixtures a mineral powder from an ash carryover from the thermoelectric power center of Bishkek city. Vestnik KGUSTA .2016; 1 (51): 99-103. (In Russian)

[7] Прокопец В.С. Призводство высокопрочных минеральных вяжущих на основе ЗШО Омских ТЭЦ / В.С. Прокопец // Расширение региональной сырьевой базы вовлечением в оборот золошлаковых материалов ТЭЦ ОАО «ТГК- 11». С. 116–127.

[8] Козлитин В.А. Ячеистый бетон из отходов – лидирующий материал для жилищного строительства / В.А. Козлитин // Расширение региональной сырьевой базы вовлечением в оборот золошлаковых материалов ТЭЦ ОАО «ТГК- 11». С. 74–92.

[9] Успенский С.К. Переработка и подготовка золошлаковых материалов к использованию / С.К. Успенский // Расширение региональной сырьевой базы вовлечением в оборот золошлаковых материалов ТЭЦ ОАО «ТГК-11». С. 93–11.

[10] Сиротюк В.В. Опыт и перспективы использования золошлаковых материалов в транспортном строительстве / В.В. Сиротюк // Расширение региональной сырьевой базы вовлечением в оборот золошлаковых материалов ТЭЦ ОАО «ТГК-11». С. 37–52.

[11] Сокол Э.В. Природа, химический и фазовый состав энергетических зол Челябинских углей / Э.В. Сокол, Н.В. Максимова. Новосибирск, 2001. 110 с.

[12] http://bibliotekar.ru./spravochnik-64/14htm

[13] http://entcentr.narod.ru/tehrazr.htm

[14] Власова В.В. Разработка технологии комплексного извлечения полезных компонентов из золошлаковых отходов ТЭС Иркутской области: Дис. …канд. техн. наук. – Иркутск, 2005 г. – 182 с.

[15] Виноградов Б.Н,. Высоцкая О.Б. Методы оценки качества зол ТЭС / Химия твердого топлива. – Москва, 1990. – № 4. – С. 139 – 143.

[16] Коробочкин В.В., Крашенинникова Н.С., Эрдман С.В., Фролова И.В. Химическая технология неорганических веществ: Лабораторный практикум. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 172 с.

[17] Делицын Л. М., Власов А. С. Необходимость новых подходов к использованию золы угольных ТЭС // Теплоэнергетика. – 2010. – № 4.

[18] Рябов Ю. В., Делицын Л. М., Власов А. С., Бородина Т. И. Флотация углерода из золы уноса Каширской ГРЭС // Обогащение руд. – 2013. – № 4.

[19] Jambhulkar H.P., Shaikh S.M.S., Kumar M.S. Fly ash toxicity, emerging issues and possible implications for its exploitation in agriculture; Indian scenario: A review //Chemosphere. 2018. Vol. 213. P. 333-344. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.09.045

[20]. Basu M., Pande M., Bhadoria P.B.S., Mahapatra S.C. Potential fly-ash utilization in agriculture: A global review // Progress in Natural Science. 2009. Vol. 19. P. 1173-1186. DOI10.1016/j.pnsc.2008.12.006

[21]. Гребенщикова Е.А., Юст Н.А., Пыхтеева М.А. Влияние химической мелиорации путем внесения золошлаковых отходов на физико-химические свойства почвы // Вестник КрасГАУ. 2016. №. 6. С. 3-8.

[22]. Соловьев Л.П., Пронин В.А. Утилизация зольных отходов тепловых электростанций // Современные наукоемкие технологии. 2011.№ 3. С. 40-42.

[23]. Не Н., Dong Z., Peng Q., Wang X., Fan С, Zhang X. Impacts of coal fly ash on plant growth and accumulation of essential nutrients and trace elements by alfalfa (Medicago sativa) grown in a loessial soil // Journal of Environmental Management. 2017. Vol. 197. P. 428-439. DOI10.1016/j.jenvman.2017.04.028

[24]. Tripathi R.C., Masto R.E., Ram L.C. Bulk use of pond ash for cultivation of wheat-maize-eggplant crops in sequence on a fallow land // Resources, Conservation and Recycling. 2009. Vol. 54. P. 134-139.

DOI: 10.1016/j.resconrec.2009.07.009

[25]. Arputha S.S., Narayanasamy P. Bio-efficacy of flyash-based herbal pesticides against pests of rice and vegetables // Current Science. 2007. Vol. 92 (6). P. 811-816.

[26]. Bagchi S.S., Jadhan R.T. Pesticide dusting powder formulation using flyash - A cost effective innovation // Indian Journal of Environmental Protection. 2006. Vol. 26 (11). P. 1019-1021.