Может ли летучая зола найти применение?

Огромный разлив угольной золы был обнаружен 2 февраля на электростанции Дук Энерджи в Северной Каролине, что вызвало значительный ущерб для реки Дэн. Разлив был вызван, когда произошел шторм и дренажная труба, которая предназначена для защиты пруда, рухнула и 82000 тонн золы смешались с 27 миллионами галлонов, которые начали течь в реку. Чиновники не предоставили график очистки, и свидетели описали увиденное таким образом: Серый шлам два дюйма толщиной покрыл берег реки в течении более чем двух миль.

Разлив в реке Дэн – не единственный недавний разлив угольной золы. 22 декабря 2008 года произошел разрыв дамбы, и зола залила 84 акра, которые эксплуатируются Администрацией Долины Теннесси в Кингстоне заводом Фоссил в Роун Каунти, штат Теннесси. 1,1 миллиард галлонов угольной летучей золы (суспензии) были выпущены, и более 300 гектаров покрылись до 6 футов ила. Разлив был больше, чем Эксон Вальдез, он повредил соседние объекты и загрязнил лежащие близко водные пути.

Угольная зола является крупнейшим типом отходов, производится в Соединенных Штатах более чем 100 млн. тонн в год и во многих других странах. Угольная зола содержит токсичные химические вещества, включая свинец, мышьяк, ртуть и радиоактивный уран. EPA рассматривает новые правила для регулирования отходов угольной золы, несмотря на протесты со стороны промышленности.

От масштаба этой проблемы возникает вопрос, выгодно ли использовать отходы угольной золы? Что делается в мире для решения этой проблемы?

EPA поддерживает полезное использование отходов производства и определяет его как повторное использования в продукт, который обеспечивает функциональную пользу, сохраняет природные ресурсы и соответствует техническим требованиям продукта и отраслевых стандартов. Выгодное использование отходов может способствовать устойчивому будущему за счет снижения издержек производства, сокращения потребления энергии и выбросов парниковых газов.

Летучая зола представляет собой легкие частицы, захваченные в выхлопных газах на электрофильтрах угольных электростанций. Летучая зола очень хорошо сочетается с цементом, ее свойства уже давно используются в качестве добавки в цемент. Крупный зольный остаток собирается в нижней части котлов. Отношение летучей золы в шлаке находится в пределах от 70:30 до 80:20 в зависимости от типа котла и типа угля.

В соответствии с EPA летучая зола может использоваться в качестве сырья в бетон, цемент или как наполнитель в стабилизационных проектах и дорожного полотна. Зола просто используется в качестве наполнителя или элемента контроля снега на дорогах. Около 43 % летучей золы в США в настоящее время используется для замены портландцемента.

Критики утверждают, что утилизация летучей золы в конкретных строительных материалах опасна, поскольку она предполагает низкую структурную способность и может привести к загрязнению воздуха внутри помещений в результате выщелачивания химических веществ или едких реакции с другими материалами. Разницы в химическом составе летучей золы из различных источников усугубляет проблемы, вследствие чего сложно обеспечить необходимую прочность бетонов.

Традиционная кладка требует много энергии в производстве, изготовление бетона и кирпича является одним из самых больших источников парниковых газов. Глиняные кирпичи получают в печи и обжигают при 2000 °С в течение 3–5 дней. Печи, как правило, работают непрерывно, даже когда нет ни одного кирпича. При производстве портландцемента возникают дополнительные углеродистые эмиссии от прокаливания сырья известняка. Согласно NIST (Национальный институт стандартов и технологий) углеродный след на кубический ярд обожженной глины кирпича составляет 991 фунт и 572 фунта для кирпича.

Новые составы для кирпичей, которые изготовлены из золы уноса углей смогут решить некоторые из этих проблем. Летучая зола все чаще используется во всем мире как ингредиент для кирпича и появилось разнообразие технологий ее использования. Кирпичи получают высокую прочность и долговечность от химической реакции летучей золы с водой. Летучая зола в сочетании с песком и пигментами, формируется на виброуплотнителе и затвердевает с помощью пара в течение двух дней. Этот метод использует на 85 % меньше энергии, чем традиционные печи обжига и углеродный след на кубический ярд летучей золы кирпича составляет 191 фунт.

Calstar – компания, которая заявила о своем существовании в 2006 году в Силиконовой долине с производством в штате Висконсин, который производит кирпичи из летучей золы используя метод, описанный выше. Они утверждают, что их кирпичи требуют на 81 % меньше энергии для производства, включая 37 % перерабатывания летучей золы и выделения на 84 % меньше CO₂ в процессе производства. Низкое использование энергии и недорогого сырья позволяют Calstar предложить конкурентоспособные цены и высокие прибыли. Продукты Calstar получили многочисленные LEED-сертификации и похвалы. Критики возражают, что продукты не зарекомендовали себя в течение долгого времени и могут продолжать выщелачивать токсичные химические вещества.

Выщелачиваемость токсинов из летучей золы является одним из важнейших вопросов в определении того, что летучая зола может быть предоставлена на полезное использование. Известно, что зола является высокотоксичной. Кроме того, хорошо известно, что эти токсичные химические вещества могут быть локализованы в кристаллической матрице, если летучую золу подвергать тепловой или химической обработке.

Витрификация – термохимической процесс, который происходит при высоких температурах около 1500 °С , при этом зола способна превратиться в шлак, стекловидное вещество, похожее на обсидиан. Остеклованный шлак был подвергнут TCLP-анализу (характеристика токсичности). Керамические шлак был одобрен для использования в качестве строительного материала и заполнителя. Недостатком этого процесса является количество энергии, необходимой для плавления золы. Высокие температуры газификации, такие как в плазменных газогенераторах, будут производить шлак вместо пепла и является более эффективным, чем рассматривать пепел в отдельном процессе.

В Шанхае, Китай новый мусоросжигательный завод для сжигания золы был введен в эксплуатацию в январе 2014 года, который использует плазменные горелки, поставляемые из Alter NRG Калгари, Канада. Плазменная горелка Вестингауз растапливает золу и преобразует ее в шлак, который был одобрен для использования в качестве строительного материала. Хотя этот завод относится к мусоросжигательному, но он использует те же принципы, которые применимы и к угольной золе.

В Индии около 150 миллионов тонн летучей золы производятся каждый год, и это число растет, поскольку новые угольные электростанции добавляются для удовлетворения растущих потребностей в энергии. В целях борьбы с растущей проблемой отходов летучей золы, индийское правительство занимается обязательным производством зольных кирпичей и убедительным их использованием в новых строительных проектах. Производство кирпичей – является традиционной промышленностью в Индии с годовым производством более 200 миллиардов кирпичей и 76 миллионов тонн CO₂, испускаемых из печей.

Кирпичи на основе летучей золы были изобретены в 1990 году двумя индийскими изобретателями. Они использовали другой процесс, чем тот, который используется в США на Calstar. Индийский метод использует сочетание летучей золы, извести и гипса и полностью заменяет использование глины из почвы. Кирпичи характеризуются высоким качеством и не требуют обжига в печи. Всемирный банк примкнул к течению и есть программа, которая позволяет предпринимателям зарабатывать углеродные кредиты, чтобы компенсировать затраты на установку. Более 16000 зольной пыли используется на кирпичных заводах в настоящее время по всей Индии. Кирпичи на основе летучей золы в настоящее время составляют одну шестую часть годового производства Индии, сохраняются энергии, почвы, токсические отходы производства находят свое место в полезном использовании.

Конечно, угольная зола отходов является растущей проблемой. Сотни миллионов тонн золы лежит в опасных свалках вблизи домов и водных путей и в настоящее время ее залежи все увеличиваются. Известно также, что летучая зола имеет некоторые полезные свойства, которые используется в кирпичной кладке, но контроль качества и токсичные вопросы выщелачиваемости должны быть решены.