Использование золошлаковых отходов ТЭЦ в строительстве

А.А.Черепанов
(Институт тектоники и геофизики им. Ю.А.Косыгина ДВО РАН, г.Хабаровск)

Источник: http://www.74rif.ru/zolo-kuznezk.html

В процессе деятельности предприятий электроэнергетики образуется много золошлаковых отходов. Годовое поступление золы в золоотвалы составляет по Приморскому краю от 2,5 до 3,0 млн. т в год, Хабаровскому — до 1,0 млн. т (рис.1). Только в пределах г. Хабаровска в золоотвалах хранится более 16 млн. т золы.

Золошлаковые отходы (ЗШО) можно использовать в производстве различных бетонов, строительных растворов [2–7], kерамики, теплогидроизоляционных материалов, дорожном строительстве, где они могут быть использованы взамен песка и цемента.

Большее применение находит сухая зола уноса с электрофильтров ТЭЦ–3. Но использование таких отходов в хозяйственных целях пока ограничено, в том числе и в связи с их токсичностью. В них накапливается значительное количество опасных элементов.

Отвалы постоянно пылят, подвижные формы элементов активно вымываются осадками, загрязняя воздух, воды и почвы.

Использование таких отходов — одна из наиболее актуальных проблем. Это возможно путем удаления или извлечения из золы вредных и ценных компонентов и использование оставшейся массы золы в строительной индустрии и производстве удобрений.

Краткая характеристика золошлаковых отходов

На обследованных ТЭЦ сжигание углей происходит при температуре 1100–1600o С. При сгорании органической части углей образуются летучие соединения в виде дыма и пара, а негорючая минеральная часть топлива выделяется в виде твердых очаговых остатков, образуя пылевидную массу (зола), а также кусковые шлаки.

Количество твердых остатков для каменных и бурых углей колеблется от 15 до 40%.

Уголь перед сжиганием измельчается и в него, для лучшего сгорания, часто добавляют в небольшом 0,1–2% количестве мазут.

При сгорании измельченного топлива мелкие и легкие частицы золы уносятся дымовыми газами, и они носят название золы уноса. Размер частиц золы уноса колеблется от 3–5 до 100–150 мкм. Количество более крупных частиц обычно не превышает 10–15%.

Улавливается зола уноса золоуловителями.

На ТЭЦ–1 г. Хабаровска и Биробиджанской ТЭЦ золоулавливание мокрое на скруберах с трубами Вентури, на ТЭЦ–3 и ТЭЦ–2 г. Владивостока сухое на электрофильтрах.

Более тяжелые частицы золы оседают на подтопки и сплавляются в кусковые шлаки, представляющие собой агрегированные и сплавившиеся частицы золы размером от 0,15 до 30 мм.

Шлаки размельчаются и удаляются водой. Зола уноса и размельченный шлак удаляются вначале раздельно, потом смешиваются, образуя золошлаковую смесь.

В составе золошлаковой смеси кроме золы и шлака постоянно присутствуют частицы несгоревшего топлива (недожог), количество которого составляет 10–25%. Количество золы уноса, в зависимости от типа котлов, вида топлива и режима его сжигания может составлять 70–85% от массы смеси, шлака 10–20%.

Золошлаковая пульпа удаляется на золоотвал по трубопроводам. Зола и шлак при гидротранспорте и на золошлакоотвале взаимодействуют с водой и углекислотой воздуха.

В них происходят процессы, сходные с диагенезом и литификацией. Они быстро поддаются выветриванию и при осушении при скорости ветра 3 м/сек начинают пылить.

Цвет ЗШО темносерый, в разрезе слоистый, обусловленный чередованием разнозернистых слойков, а также осаждением белой пены, состоящей из алюмосиликатных полых микросфер.Усредненный химический состав ЗШО обследованных ТЭЦ приведен в нижеследующей таблице 1.

Таблица 1. Пределы среднего содержания основных компонентов ЗШО

Содержание Ni, Co, V, Cr, Cu, Zn не более 0.05% каждого элемента.

Благодаря правильной сферической форме и низкой плотности, микросферы обладают свойствами прекрасного наполнителя в самых разнообразных изделиях. Перспективными направлениями промышленного использования алюмосиликатных микросфер являются производство сферопластиков, дорожно-разметочных термопластиков, тампонажных и буровых растворов, теплоизоляционных радиопрозрачных и облегченных строительных керамик, теплоизоляционных безобжиговых материалов и жаростойких бетонов [3].

За рубежом микросферы находят широкое применение в различных отраслях промышленности. В нашей стране использование полых микросфер крайне ограничено и они вместе с золой сбрасываются в золоотвалы.

Для ТЭЦ микросферы являются «вредным материалом», забивающим трубы оборотного водоснабжения. Из–за этого приходится в 3–4 года полностью производить замену труб или проводить сложные и дорогостоящие работы по их очистке.

Инертная масса алюмосиликатного состава, составляющая 60–70% массы ЗШО, получается после удаления (извлечения) из золы всех выше перечисленных концентратов и полезных компонентов и тяжелой фракции. По составу она близка к общему составу золы, но будет на порядок меньше содержать желез, а так же вредные и токсичные.

Состав ее в основном алюмосиликатный. В отличии от золы она будет иметь более мелкий равномерный гранулометрический состав за счет до измельчения при извлечении тяжелой фракции.

По экологическим и физико–химическим свойствам может широко использоваться в производстве строительных материалов, строительстве и в качестве удобрения – заменителя известковой муки (мелиорант).

Сжигаемые на ТЭЦ угли, являясь природными сорбентами, содержат примеси многих ценных элементов (табл.2), включая редкие земли и драгметаллы. При сжигании их содержание в золе возрастает в 5–6 раз и может представлять промышленный интерес.

Тяжелая фракция, извлекаемая методом гравитации с помощью усовершенствованных обогатительных установок, содержит тяжелые металлы, включая драгметаллы. Путем доводки из тяжелой фракции извлекаются драгметаллы и, по мере накопления, другие ценные компоненты (Cu, редкие и др.).

Выход золота из отдельных изученных золоотвалов составляет 200–600 мг из одной тонны ЗШО.Золото тонкое, обычными методами неизвлекаемое. Используется технология его извлечения типа ноу–хау.

Утилизацией ЗШО занимаются многие. Известно более 300 технологий их переработки и использования, но они в основыной своей массе посвящены использованию золы в строительстве и производстве строительных материалов, не затрагивая при этом извлечения из них как токсичных и вредных компонентов, так и полезных и ценных.

Нами [1,10] разработана и опробована в лабораторных и полупромышленных условиях принципиальная схема переработки ЗШО и полной их утилизации.

При переработке 100 тыс. т ЗШО можно получить:

– вторичный уголь — 10–12 тыс.т ;

– железорудный концентрат — 1,5–2 тыс.т;

– золото — 20–60 кг;

– строительный материал (инертная масса) — 60–80 тыс.т.

Во Владивостоке и Новосибирске разработаны близкие по типу технологии переработки ЗШО, расчитаны возможные затраты и предусмотрено необходимое оборудование.

Извлечение полезных компонентов и полная утилизация золошлаковых отходов за счет использования их полезных свойств и производства строительных материалов позволит высвободить занимаемые площади и снизить негативное воздействие на окружающую среду. Прибыль при этом является желательным, но не решающим фактором.

Прибыль при этом является желательным, но не решающим фактором.

Затраты на переработку техногенного сырья с получением продукции и одновременной нейтрализацией отходов могут быть выше стоимости продукции, но убыток в этом случае не должен превышать затраты на снижение негативного воздействия отходов на окружающую среду. А для энергетических предприятий утилизация золошлаковых отходов – снижение технологических расходов на основное производство.

Литература

1. Бакулин Ю.И., Черепанов А.А. Золото и платина в золошлаковых отходах ТЭЦ г. Хабаровска//Руды и металлы, 2002, №3, с.60–67.

2. Борисенко Л.Ф., Делицын Л.М., Власов А.С. Перспективы использования золы угольных тепловых электростанции./ЗАО «Геоинформмарк», М.:2001, 68с.

3. Кизильштейн Л.Я., Дубов И.В., Шпицгауз А.П., Парада С.Г. Компоненты зол и шлаков ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1995, 176 с.

4. Компоненты зол и шлаков ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1995, 249 с.

5. Состав и свойства золы и шлаков ТЭС. Справочное пособие под ред. Мелентьева В.А.,Л.: Энергоатомиздат, 1985, 185 с.

6. Целыковский Ю.К. Некоторые проблемы использования золошлаковых отходов ТЭС в России. Энергетик. 1998, №7,с.29–34.

7. Целыковский Ю.К. Опыт промышленного использования золошлаковых отходов ТЭС// Новое в российской энергетике. Энергоиздат, 2000, № 2, с.22–31.

8. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник. М.: Недра, 1996, 238 с.

9. Черепанов А.А. Золошлаковые материалы// Основные проблемы изучения и добычи минерального сырья Дальневосточного экономического района. Минерально-сырьевой комплекс ДВЭР на рубеже веков. Раздел 2.4.5. Хабаровск: Изд-во ДВИМ–Са, 1999, с.128–120.

10. Черепанов А.А. Благородные металлы в золошлаковых отходах дальневосточных ТЭЦ// Тихоокеанская геология, 2008. Т. 27, №2, с.16–28.

Вернуться к библиотеке