Ст. преподаватель Грибанова Г.И., Горлова Е. Ю.– студентка 2 курса

«Кузбасский государственный университет», Россия

МАСШТАБНАЯ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТЭЦ

Угленосные отложения Кузнецкого бассейна имеют длительную и сложную историю формирования, прослеженную от девона до юры. Окружающие его горно-складчатые сооружения Кузнецкого Алатау, Горной Шории и Салаира характеризуются разной металлогенической и геохимической специализацией. Кроме того, на обширной территории древнего бассейна имели место различные условия угленакопления. Все это не могло не наложить отпечаток на особенности геохимического спектра элементов – примесей углей разного возраста и разных районов Кузбасса.

В процессе извлечения из недр и использования углей накапливаются значительные массы отходов. Среди них вскрышные породы, шлаки, золы уноса, отходы углеобогащения и др. Лишь незначительная часть отходов используется для хозяйственных нужд.

Масштабы переработки твердых отходов угольных теплоэлектростанций на сегодня крайне низки, что вызывает скопление огромных количеств золошлаков в золоотвалах, требующих изъятия из оборота значительных площадей. Между тем золошлаки кузнецких углей (КУ) содержат ценные компоненты, такие, как Al, Fe, редкие металлы, которые являются сырьем для других отраслей. Однако при традиционных методах сжигания этих углей не удается в широких масштабах использовать золошлаки КУ, так как за счет образования муллита они имеет высокую абразивность и химически инертны ко многим реагентам. Попытки использовать золошлаки такого минералогического состава в производстве строительных материалов приводят к интенсивному износу технологического оборудования и снижению производительности в связи с замедлением физико-химических процессов взаимодействия компонентов золы с реагентами.

Избежать муллитации золы кузнецких углей возможно при изменении температурных условий их сжигания. Так, использование кипящего слоя для сжигания угля при 800–900 ºС позволяет получать золу менее абразивную, а основными минералогическими фазами ее будут метакаолинит, Al₂O₃; кварц, стеклофаза [1].

Одним из направлений использования золошлаковых отходов является утилизация золошлаковых отходов ТЭЦ при низкотемпературном сжигании каменных углей.

Количество золошлаковых отходов от наиболее типовой ТЭЦ электрической мощностью 1295/1540 МВт и тепловой мощностью 3500 Гкал/ч составляет порядка 1,6…1,7 млн. т. в год.

Химический состав золы кузнецких углей: SiO₂ = 59 %; Al₂O₃ = 22 %; Fe₂O₃ = 8 %; CaO = 2,5 %; MgO = 0,8 %; K₂O = 1,4 %; Na₂O = 1,0 %; TiO₂ = 0,8 %; CaSO₄ = 3,5 %; C = 1,0 %.

Использование золы кузнецких углей эффективнее всего в производстве сульфата алюминия и глинозема по технологиям Казахского политехнического института.

В России производится всего 6 спецвидов глинозема, в то время, как только в Германии – около 80. Их спектр применения очень широк – от оборонной промышленности до производства катализаторов для химической, шинной, легкой и других отраслей. Потребности в глиноземе в нашей стране не покрываются собственными ресурсами, вследствие чего часть бокситов (сырья для производства глинозема) импортируется из Ямайки, Гвинеи, Югославии, Венгрии и других стран.

Использование золы кузнецкого угля позволит несколько выправить положение с дефицитом сульфата алюминия, являющимся средством для очистки сточных и питьевых вод, а также применяемых в больших количествах в целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, легкой, химической и других секторах промышленности. Дефицит сульфата алюминия только в районе Западной Сибири составляет 77-78 тыс. т.

Отходы производств сульфата алюминия и глинозема являются сырьевым компонентом для производства жидкого стекла, белого цемента, вяжущих материалов для закладки выработанного горного пространства, тарного и оконного стекла.

Кроме того, целесообразно производство из золы каменных углей редких и рассеянных металлов, в первую очередь галлия, германия, ванадия и скандия. Из-за того, что ТЭЦ по условиям своего графика работает с переменной нагрузкой в течение года, выход золы неравномерен. Заводы же по переработке золы должны работать ритмично. Хранение сухой золы представляет определенные трудности. В этой связи предлагается в зимнее время часть золы направлять на грануляцию при помощи окомкователей. После окомкования и сушки гранулы обжигаются в топке котла, а затем пневмотранспортом направляются на временное хранение в сухой склад. Золовые гранулы в дальнейшем могут быть сырьевой базой для стройиндустрии или применяться в дорожном строительстве. Хранение гранул в открытом сухом складе не требует специальных защитных мероприятий и не создает опасности пыления. Емкость такого золоотвала составляет примерно 350-450 тыс. т., площадь около 300-300 м². Следовательно, он может находиться в непосредственной близости от площадки ТЭЦ.

Наилучшие показатели по утилизации будут иметь золошлаковые отходы, получаемые после сжигания каменных углей в котельных агрегатах с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), которые Россия пока не выпускает. Котлы с ЦКС обеспечивают не только резкое снижение выбросов окислов азота и серы, но и выдают золошлаковые отходы, которые успешно можно применять в промышленности для получения глинозема и строительных материалов. Это позволяет удешевить электростанцию за счет резкого сокращения территорий, необходимых для складирования золы, снизить загрязнение окружающей среды. Уменьшение пыления на ТЭЦ с котлами ЦКС происходит, во-первых, за счет уменьшения площади золоотвала, во-вторых, за счет того, что зола, полученная при сжигании кузнецкого угля в ЦКС, содержит гипс и обладает вяжущими свойствами. При некотором смачивании такой золы она будет твердеть, что устранит пыление даже в случае высыхания золоотвала.

Поскольку зола транспортируется на промышленные предприятия пневмотранспортом, потребление воды также несколько снижается. Кроме того, отсутствуют сточные воды с золоотвала, которые на ТЭЦ с традиционными пылеугольными котлами содержат соли тяжелых металлов и другие вредные вещества.

Другим возможным направлением использования золошлаков является получение ферросплавов. Проведено опробование промышленных технологий получения ферросиликоалюминия и ферросилиция из золошлаковых отходов, близких по составу к золам Кузнецких углей и их магнитной составляющей, которая может быть выделена методами магнитной сепарации. Полученные сплавы испытаны в промышленном масштабе на металлургических заводах страны.

Золошлаковые отходы, получаемые при сжигании кузнецких углей в энергетических парогенераторах по новой для России технологии циркулирующего кипящего слоя, востребованы для масштабной утилизации. Экономически эффективно из них производить по уже освоенным в промышленности технологиям весьма дефицитные ферросплавы, сульфат алюминия, спецвиды глинозема, жидкое стекло, белый цемент, вяжущие материалы и др.

Список литературы

1. Саломатов В. В. Природоохранные технологии на тепловых и атомных электростанциях : топография / В. В. Саломатов. – Новосибирск : изд-во НПУ. – 2006. – 853 с.

2. Угольная база России. Т. II. Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири. М. : ООО «Геоинформцентр». – 2003.

3. Нифантов Б. Ф. Кузнецкий бассейн // Ценные и токсичные элементы в товарных углях России. Справочник. – М. : Недра, 1996. – С. 9 – 140.