Комплексная технология переработки сухих зол уноса тэц. Зола уноса: описание, состав, гост, особенности применения и отзывы Ориентировочные нормы и сроки внесения в сельскохозяйственном производстве

Энергопредприятия Красноярского края и Республики Хакасия, входящие в группу «Сибирская генерирующая компания», в 2013 году реализовали и вовлекли в хозяйственный оборот 662,023 тысячи тонн золошлаковых отходов (ЗШО).

За год Красноярский филиал СГК увеличил объемы вовлечения ЗШО в хозяйственный оборот на 4% - с 637,848 тысяч тонн в 2012 году до 662,023 тысячи тонн в 2013 году.

Рост хозяйственного оборота золошлаковых отходов (побочного продукта сжигания угля на теплоэлектростанциях) позволяет снижать нагрузку на окружающую среду в городах присутствия компании. Стоит отметить, что основной объем золошлаковых отходов (625,5 тысяч тонн) в минувшем году был направлен на реализацию крупного экологического проекта по рекультивации золоотвала №2 Назаровской ГРЭС. Рекультивация отработанного золоотвала площадью 160 гектаров, расположенного в районе реки Чулым, позволит вернуть эти земли в хозяйственный оборот. Например, через несколько там могут появиться зеленые насаждения.

Кроме того, Красноярский филиал СГК продолжает реализовывать золошлаковые отходы предприятиям строительной отрасли. Впервые продажу сухой золы и шлаков компания начала в 2007 году. Тогда было реализовано всего 7 тысяч тонн отходов. В 2013 году объемы реализации составили 36,525 тысяч тонн золошлаковых отходов. Таким образом, среднегодовые объемы реализации золошлаковых отходов за 6 лет работы на этом рынке выросли более чем в пять раз. Т акой рост спроса свидетельствует о том, что строители высоко оценили этот вид сырья. При этом золошлаковые отходы покупают не только предприятия из Красноярского края, но и из других регионов России.

Благодаря активной работе СГК в этом направлении, в минувшем году объем реализованной и вовлеченной в хозяйственный оборот ЗШО (662,023 тысяч тонн) оказался выше на 34% количества образованных энергопредприятиями филиала золошлаковых отходов (495 тысяч тонн).

В 2014 году Красноярский филиал СГК продолжит работу по вовлечению золошлаковых отходов в хозяйственный оборот, тем самым сокращая их накопление и снижая нагрузку на окружающую среду. Продолжатся работы по рекультивации золоотвала №2 Назаровской ГРЭС. Кроме того, компания рассматривает возможности и расширения рынков сбыта сухой золы и шлаков и для нужд не только строительной индустрии, но и других отраслей промышленности.

Использование золошлаковых отходов ТЭЦ в строительстве

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 , 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 .

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 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.
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.: Не-дра, 1996, 238 с.
9. Черепанов А.А. Золошлаковые материалы// Основные проблемы изучения и до-бычи 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.

В.В. Саломатов, д.т.н. Институт теплофизики СО РАН, г. Новосибирск

Золошлаковые отходы ТЭЦ на кузнецких углях и пути их масштабной утилизации

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 оС позволяет получать золу менее абразивную, а основными минералогическими фазами ее будут метакаолинит, ?Al2O3; кварц, стеклофаза .

Утилизация золошлаковых отходов ТЭЦ при низкотемпературном сжигании КУ

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 кузнецкого угля:

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. Исходя из вещественного состава золы КУ и ее количества, схема утилизации представлена на рисунке 1.

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.

Кроме того, дисперсный состав глинозема, полученного после сернокислотной переработки, позволяет получать различные виды спецглинозема, потребность в которых будет в определенной степени удовлетворена при производстве их в количестве 240 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.

Потребность в этих материалах возрастает, и спрос на них в настоящее время значительно превышает объемы их производства. Ориентировочные технико-экономические показатели данных производств представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные технико-экономические показатели по переработке золы кузнецких углей

Кроме того, целесообразно производство из золы КУ 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, выпускаемых «Уралмашем». 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 КУ 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.

Производство сульфата алюминия и глинозема

Технология получения сульфата алюминия и глинозема на основе золы низкотемпературного сжигания представлена на рисунке 2.

Оптимальными условиями осуществления данной технологии являются следующие:

• сжигание угля (температурный режим 800…900 оС);
• измельчение (тонина помола – 0,4 мм (не менее 90 %);
• сернокислотное вскрытие (температура 95…105 оС, продолжительность 1,5…2 ч, концентрация серной кислоты 16…20 %);
• разделение жидкой и твердой фаз (фильтроткань артикул Л-136, разрежение 400…450 мм рт. ст., нутч-фильтр 0,37…0,42 м3/м2?ч);
• промывка шлама двухстадийная;
• гидролитическое разложение (температура 230 оС, время 2 ч.);
• термическое разложение (температура 760…800 оС).

Полученный продукционный сульфат алюминия (50 тыс. т в год) после грануляции и фасовки в полиэтиленовые мешки отправляется потребителям. Выполненная технико-экономическая оценка показывает целесообразность производства сульфата алюминия на основе золы низкотемпературного сжигания.

Сульфат алюминия, полученный из золы, является хорошим коагулянтом для очистки промышленных сточных вод.

Сиштоф после сернокислотной обработки ввиду малого содержания окислов железа (менее 0,5…0,7 %) является заменителем песка в производстве белого цемента, а наличие в нем 4…6 % гипса позволит интенсифицировать сами процессы получения цемента.

Производство ферросплавов и строительных материалов

Получение ферросплавов на основе минеральной части углей разработано основательно. Проведено опробование промышленных технологий получения ферросиликоалюминия и ферросилиция из золошлакоотходов, 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 для раскисления стали и дали положительные результаты.

Получение строительных материалов на основе сиштофа не требует изменения существующих технологий указанных производств. Сиштоф используется в качестве сырьевого компонента и заменяет кварц, а также другие кремнийсодержащие продукты, используемые в производстве строительных материалов. Кроме того, оксид кремния, содержание которого в сиштофе составляет 75…85 %, представлен в основном в виде аморфного кремнезема с высокой химической активностью, что позволяет прогнозировать улучшение показателей и качества цемента и вяжущих. Минимальное количество железистых и других окрашивающих соединений в сиштофе дает возможность получать на его основе белый цемент, потребность в котором очень велика.

Технологии получения цемента, вяжущих материалов, жидкого стекла также отработаны в промышленности.

Заключение

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.

Библиографический список Саломатов В.В. Природоохранные технологии на тепловых и атомных электростанциях: монография / В.В. Саломатов. – Новосибирск: изд-во НГТУ, – 2006. – 853 с.

74rif.ru/zolo-kuznezk.html, energyland.info/117948

Одна из главных причин этого - неоднородность и нестабильность состава производимой золы, что не обеспечивает надежного полезного эффекта при ее утилизации в строительной отрасли - главном потенциальном потребителе. Переработка гигантских объемов производимой вокруг мегаполисов золы с помощью известной техники - классификаторов и мельниц, учитывая низкую потребительскую стоимость и сильное расхождение в сроках производства и потребления, гарантированно будет убыточным производством.

Зола - дефицитный товар

Неполное потребление производимой золы доставляет энергетикам одни лишь проблемы, т. к. в этом случае необходимо содержать две системы золоудаления. Удаление золы и содержание отвалов составляли раньше примерно 30% себестоимости энергии и тепла ТЭЦ. Однако если учесть рыночную стоимость потерянной земли вблизи мегаполисов, снижение стоимости земли и недвижимости на значительном расстоянии от станций и золоотвалов, прямой ущерб здоровью людей и природе, в частности загрязнение пылью воздушного бассейна и растворимыми солями и щелочью водоемов и подземных вод, то эта доля реально должна быть значительно выше.

Зола уноса в развитых странах является таким же товаром, причем дефицитным, как тепло и электроэнергия. Качественная зола уноса, удовлетворяющая стандартам и пригодная для использования в бетоне в качестве добавки, связывающей избыток извести и снижающей водопотребность, стоит, например, в США наравне с портландцементом ~60$/т.

Идея экспорта в США переработанной каменноугольной золы может оказаться разумной. Некачественная зола уноса, например с низкотемпературных «экологически чистых» котлов с кипящим слоем, в которых сжигается низкокачественный уголь с высоким содержанием серы (станция Жерань в Варшаве), предлагается по отрицательной стоимости порядка -5$ / т, но при условии, что потребитель забирает ее всю. Аналогичная ситуация в Австралии. Таким образом, переработка золы может быть рентабельной только в том случае, если благодаря технологии появится ряд более качественных продуктов, которые найдут потребителей в полном или почти полном объеме на ограниченной территории вблизи места производства. При стандартном использовании золы уноса в качестве добавки в бетон или строительную керамику проблема не может быть решена принципиально из за ограниченной емкости местного рынка. К тому же добавка золы нестабильного состава в бетон возможна без потери качества лишь в очень ограниченном количестве, что делает бессмысленной всю эту затею.

Перспективы переработки

С химической точки зрения не использовать золы уноса - абсурд. Можно выделить как минимум 3 типа перспективных для переработки зол:
1) высокальциевые золы от сжигания бурых углей (БУЗ), например с Канско-Ачинского угольного бассейна, с высоким содержанием оксида и сульфата кальция, т. е. по составу близких к портландцементу и с высоким химическим потенциалом - запасенной энергией;
2) кислые золы от сжигания каменных углей (КУЗ), состоящих в основном из стекла, включая микросферы;
3) золы с высоким содержанием редкоземельных элементов.

Необходимо отметить, что в природе не бывает двух одинаковых углей, поэтому не бывает одинаковых зол. Речь всегда должна идти о локальной технологии переработки золы уноса в конкретном регионе, т. к. основные потребители должны располагаться вблизи источника золы. Любая самая замечательная технология состоится лишь в том случае, если местный рынок будет в состоянии «проглотить» всю или почти всю массу переработанной золы.

Для комплексной переработки золы уноса предлагается использовать возможности нового класса техники - так называемой электро-масс-классификаторов (ЭМК). Эта техника основана на обнаруженном относительно недавно новом явлении - образовании во вращающихся турбулентных газовых потоках плотных заряженных аэрозолей (газо-пылевой плазмы) и их разделении во внутренних электрических полях.

Явление трибозарядки частиц при трении или ударах известна человечеству с незапамятных времен, однако до сих пор наука не может предсказать даже знак заряда.

Преимущества ЭМК

Несмотря на предельную сложность явления, техника ЭМК внешне очень проста и имеет преимущества по всем параметрам относительно обычных воздушных сепараторов или струйных мельниц, дезинтеграторов.

Одно из главных преимуществ - полная экологическая чистота, т. к. процессы осуществляются в закрытом объеме, т. е. ЭМК не нуждается в каких-либо дополнительных устройствах типа компрессоров или систем пылеулавливания - циклонов или фильтров, даже при работе с нанопорошками. Тонкая фракция аэрозоля, заряженная одним знаком, удаляется из аэрозоля кулоновской силой через центр, против действия силы вязкости Стокса и центробежной силы. Частицы разряжаются на стенках в камере улавливания или через заряженные ионы в атмосфере, а заряд возвращается в камеру генерации аэрозоля.

Таким образом, в технике ЭМК осуществляется процесс сепарации порошков на неограниченное количество фракций с круговоротом заряда. При разделении неоднородных систем, включая золы, возможно разделение не только по размерам частиц, но и по другим физическим характеристикам.

Другое важное преимущество ЭМК - возможность реализовать одновременно несколько различных операций за один проход (например, сепарацию с механической активацией или измельчением), как в непрерывном, так и в дискретном исполнении. Огромные массы золы с высоким содержанием тонких частиц невозможно сепарировать на известной технике, т. к. неэффективно пылеулавливание именно тонких частиц, имеющих самую высокую ценность и одновременно представляющих наибольшую опасность для людей и окружающей среды.

Выделение из золы уноса тонкой фракции на ЭМК дает возможность эффективного непрерывного разделения крупной фракции по другим параметрам, например по размерам частиц, по магнитной восприимчивости, плотности, форме частиц, электрическим свойствам. Диапазон производительности техники ЭМК не имеет аналогов: от порции в 1 грамм до 10 тонн/час в непрерывном режиме при диаметре ротора не более 1,5 м. Диапазон дисперсности разделяемых материалов также широк: от сотен мкм до ~0,03 мкм - ЭМК также намного превышает все известные виды техники, приближаясь к мокрой сепарации с использованием центрифуг.

Технологии переработки золы

Возможности ЭМК позволяют реализовать гибкую «умную технологию» переработки золы с ориентацией на рыночный потенциал ее отдельных компонентов. Детальное изучение ряда зол уноса, включая ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5 г. Новосибирска, позволило разработать оптимальные схемы их переработки, а также предложить технологии производства строительных материалов с утилизацией основной массы продуктов из золы.

БУЗ, получаемая в частности на ТЭЦ-3, состоит в основном из стеклянных сферических частиц с вариацией содержания кальция и железа. Эти частицы обладают вяжущими свойствами и при реакции с водой, медленнее, чем портландцемент, но образуют цементный камень. Однако наряду с ними есть частицы несгоревшего угля в виде кокса, содержание которого может доходить до 7%, зерна оксида кальция CaO (5 30%) и сульфата кальция CaSO4 (5 15%), покрытые стеклом, неактивные минералы - кварц и магнетит. Кокс оказывает однозначно негативное влияние на прочность камня, подобное макропорам.

Но наиболее негативную роль играют зерна CaO, особенно крупные. Эти зерна реагируют с водой со значительным увеличением объема и заметно медленнее основной массы золы, в т. ч. из за капсулирования стеклом.

Действие крупных частиц CaO можно сравнить с миной замедленного действия. Прочность камня на основе золы обычно невысока и составляет в среднем около 10 МПа (100 кГ/см2), но из за нестабильного состава варьирует от 0 до 30 МПа. Потребительская стоимость определяется нижней границей, т. е. равна нулю. Для отбора золы пригодного состава необходим экспрессный анализ, требующий дорогого спектрометра. Отбор для утилизации лишь части золы не представляет какого либо интереса.

Механическая обработка золы на ЭМК в режиме механической активации поверхности частиц с одновременной сепарацией примерно 50% тонкой фракции меньше 60 мкм решает перечисленные проблемы.

Оптимальный срок хранения активированной тонкой фракции золы с дополнительным ростом прочности камня на ~5 МПа составляет 1 5 суток, после чего трещины закрываются с падением активности ниже исходной.

Эта особенность зольного вяжущего требует переработки золы в основном самими потребителями. Прочность камня при оптимальных условиях активации и хранения уже не опускается ниже 10 МПа, а при малых добавках цемента порядка 10%, и хлорида кальция CaCl2 примерно 1%, (т. н. зимняя добавка, активирующая реакцию с малыми зернами песка) зольное вяжущее становится полноценным, но дешевым материалом для приготовления безусадочного низкомарочного бетона М100-М300.

Марка бетона определяется прочностью после 28 суток выдержки, но бетон с зольным вяжущим набирает прочность и дальше, увеличивая ее в 2 3 раза (в обычном бетоне - лишь на 30%). Крупная фракция может быть легко переработана: разделение по размерам частиц или на трибоэлектрическом сепараторе дает крупную фракцию кокса, которую можно вернуть обратно в котел, на магнитном сепараторе отделяется фракция из сферических частиц магнетита, которую можно использовать, например, в качестве специального пигмента. Остаток после затворения водой на 1 2 недели представляет собой штукатурный или строительный раствор.

Бион из золы

На рисунке показана прочность камня при различном соотношении цемента и зольного вяжущего. Можно выделить 3 области: низкомарочный бетон на основе зольного вяжущего с малыми добавками цемента, обычный бетон с небольшими добавками 10 20% зольного вяжущего, и бетон максимальной прочности с добавкой зольного вяжущего 25 50%. Если использовать зольное вяжущее в качестве добавки, то весь рынок в мегаполисе сможет потребить лишь небольшую часть производимой золы.

Производство бетона с большой добавкой зольного вяжущего до 50%, несмотря на привлекательность, представляет собой зону повышенного риска. Это связано с тем, что доля сульфата кальция CaSO4 в золе варьирует в пределах 5, а его высокое содержание может привести к образованию эттрингита при реакции с глиноземистым компонентом цемента с большим увеличением объема уже после образования прочного камня. В связи с этим образование эттрингита называют чумой для бетона.

Относительно проще найти применение низкомарочному бетону. В этом случае максимальный объем зольного вяжущего, например, из золы ТЭЦ-3 составит 60 тыс. тонн в год, из которого можно приготовить 200 тыс. куб. м бетона. Его будет достаточно для строительства 3000 малоэтажных индивидуальных домов или для покрытия 200 км местных дорог шириной 8 м. Зола может храниться в сухих условиях сколь угодно долго, поэтому рассогласование в сроках производства и потребления никак не скажется на качестве при переработке золы на месте строительства.

Переработка кислых КУЗ, представляющих собой в основном стеклянные сферические частицы, включая полые микросферы, и остатки несгоревшего угля в виде кокса до 5% также легко реализуется с использованием техники ЭМК. У микросфер, составляющих около 5% золы, имеется множество специальных областей применения, вплоть до медицины.

Главными потребителями КУЗ, помимо производителей бетона, являются кирпичные заводы. К сожалению, глины в России, как правило, тощие, а добавки золы не являются необходимыми. Потенциальная емкость регионального рынка на продукты из КУЗ пока в несколько раз ниже объема производимой золы. Вариант экспорта в развитые страны продуктов из золы необходимо просчитывать.

В Великобритании низкокачественные отходы закладывают в основания дорог. До 10 20% вырабатываемой КУЗ можно утилизировать с пользой в качестве флоккулянта в производстве грунтоблоков при организованном строительстве в полуавтономных экопоселках индивидуального малоэтажного жилья. Целостная концепция строительства доступного комфортабельного жилья на основе местных ресурсов и отходов изложена в проекте «Новая малоэтажная Россия» и доступна в Интернете. В целом для КУЗ рынок необходимо формировать в течение нескольких лет при наличии инвестиций.

Для чего нужна утилизация?

К сожалению, как строительство дорог, так и индивидуальное строительство через земельные отношения полностью зависит от чиновников. Эти области традиционно наименее прозрачны, что способствует процветанию коррупции. Инновации в этих областях реально невозможны без политической воли властей.

Безотходное использование ископаемых углей особенно выгодно государству со стратегической точки зрения, поскольку без дополнительных затрат удвоится объем производства вяжущих материалов и кроме этого за счет угля значительно снизится потребление газа внутри страны, что позволит увеличить объемы его продаж за рубеж. Производство альтернативного вяжущего на основе золы обеспечит конкуренцию в секторе низкомарочного бетона региональным монополистам - производителям цемента.

Зырянов Владимир Васильевич,

Энергетика и промышленность России

Как это часто бывает, использовать золу для получения стройматериалов придумали не мы, а практичный запад - там давно широко применяются золошлаковые материалы в строительстве и ЖКХ. Главная ценность нового метода изготовления стройматериалов из золы - охрана природы.

Ликуйте, экологи и «Greenpeace»: опасность экологических катастроф, связанных с опасностью размывания золоотвалов и загрязнения золой окружающей среды, сводится к минимуму. Налицо колоссальная экономия средств - ведь на обслуживание хранилищ золы тратится немало денег. Остальные преимущества переработки золы заключается в экономической выгоде использования этого вторсырья.

Кирпич, созданный из золы, годится для строения и жилого дома, и производственного помещения, и забора. Он даже может быть использован как облицовочный. Рецепт изготовления такого кирпича предельно прост: 5% воды, 10 - извести, остальное - зола (соль и перец по вкусу).

Современная цена такого кирпича, выпускаемого, например, на омском заводе (ООО «СибЭК» - Сибирский эффективный кирпич) - 5–6 рублей, что делает этот «продукт» очень конкурентоспособным.

Испытания кирпича доказывают его высокое качество и широкие возможности в применении. Прочность, водопоглощение, морозоустойчивость не уступают силикатному кирпичу. Показатель теплопроводности близок к показателям дерева. Да и внешний вид радует своей практически совершенной формой - допуски размеров такого кирпича не более 0,5 миллиметра, а это, если подумать, снова экономия - на этот раз на количестве схваточного раствора. К тому же зольный кирпич легче, удобнее в кладке, позволяет делать её безупречно ровной. Для улучшения внешнего вида кирпича в его состав можно добавить красители.

Жизнь подталкивает к поиску новых идей и решений. Использование золы как сырья для кирпича и других стройматериалов поистине удачная и очень своевременная находка. Количество «убитых зайцев» в этом случае намного больше двух пресловутых. И в который раз подтверждается поговорка, что все ценное - у нас под ногами.

Всем известно, что одним из наиболее универсальных и древних удобрений является древесная зола. Она не только удобряет и ощелачивает почву, но создает благоприятные условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов особенно азотфиксирующих бактерий. А также повышает жизнестойкость растений. Она наиболее благоприятно влияет на урожай и его качество, чем промышленные калийные удобрения, поскольку почти не содержит хлора.

Компания «Техносервис» смогла организовать производство глубокой утилизации кородревесных отходов, и, как результат, получила экологически чистое комплексное удобрение пролонгированного действия - древесную золу гранулированную (ДЗГ).

Основные преимущества ДЗГ:

• Привлекательной особенностью данного продукта является его новый гранулированный формат. Размер гранул составляет от 2 до 4 мм, удобный при фасовке и транспортировке, его легко перевозить любым видом транспорта в контейнерах или мешках, удобно вносить в почву любым видом техники. Гранулированный формат способствует более благоприятным условиям труда персонала.
• Обработка и нанесение пылящей золы - очень сложный процесс. Для снижения уровня пыления при нанесении сельскохозяйственных удобрений эффективнее использовать гранулированную золу. Гранулирование облегчает процесс внесения золы, а также замедляет процесс растворения золы в почве. Медленная растворимость - это преимущество, так как сельскохозяйственным угодьям не причиняется шокового воздействия, связанного с изменением кислотности и питательной среды.
• Внесение древесной золы гранулированной - максимально действенный способ борьбы с процессом закисления почвы. Помимо этого, восстанавливается структура почвы - она становится рыхлой.
• Древесная зола гранулированная содержит все, за исключением азота, необходимые для растений элементы питания. ДЗГ практически не содержит хлора, поэтому ее хорошо применять под растения, негативно реагирующие на этот химический элемент.
• Древесная зола гранулированная складируется и бессрочно хранится на типовых сухих складах хранения минеральных удобрений при естественной влажности и вентиляции воздуха.

Инвестиция в землю

Зольные удобрения компании «Техносервис» - это лучшая инвестиция в вашу землю. Древесная зола гранулированная - эффективный, экологичный и приносящий доход элемент ответственного фермера.

Внося ДЗГ, вы гарантируете увеличение ценности ваших угодий и их сохранность для будущих поколений. Таким образом, вы сможете выгодно использовать свою почву как объект долгосрочных инвестиций. Благодаря удачному выбору объекта, даже недоходная земля превратится в полностью покрытую урожаем часть фермерской собственности. Естественные пропорции питательных веществ, длительная продолжительность воздействия, медленная растворимость и равномерное распределение делают ДЗГ ООО «Техносервис» превосходным решением как для сельского хозяйства, так и с точки зрения экологии!

ДЗГ - на прирост урожайности!

В ходе полевых исследований, в соответствии с разработанной в Ленинградской области программой, проводившихся в 2008-2011 гг. на кислой дерново-подзолистой почве, выведенной из сельскохозяйственного оборота около 5 лет ранее, удалось сделать следующие выводы:

• Древесная зола с котельных пригодна для повышения плодородия и устранения повышенной кислотности дерново-подзолистых почв.
• Получен суммарный за 3 года севооборота прирост урожайности сельскохозяйственных культур 25-64% за счет одного только мероприятия: известкования слабокислой дерново-подзолистой почвы древесной золой с котельных.
• При комплексной обработке почвы совместно с минеральными и органическими удобрениями можно достигнуть значительно больших урожаев.
• Рекомендуется древесную золу с котельных использовать в качестве химического мелиоранта при проведении периодического и поддерживающего известкования кислых дерново-подзолистых почв.

По данным Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии Д. Н. Прянишникова ДЗГ можно применять в качестве минерального удобрения со свойствами мелиоранта для основного внесения под сельскохозяйственные культуры и декоративные насаждения на кислых и слабокислых почвах в открытом и защищенном грунте.

Ориентировочные нормы и сроки внесения в сельскохозяйственном производстве:

• все культуры - основное или предпосевное внесение из расчета 1,0-2,0 т/га;
• все культуры - основное внесение (в качестве мелиоранта с целью снижения кислотности почв) из расчета 7,0-15,0 т/га с периодичностью 1 раз в 5 лет.

Ориентировочные дозы, сроки и способы внесения агрохимиката в личных подсобных хозяйствах:

• овощные, цветочно-декоративные, плодово-ягодные культуры - внесение при обработке почвы осенью или весной или при посеве (посадке) из расчета 100-200 г/м2;
• овощные, цветочно-декоративные, плодово-ягодные культуры - внесение при обработке почвы осенью или весной (в качестве мелиоранта с целью снижения кислотности почв) из расчета 0,7-1,5 кг/м2 с периодичностью 1 раз в 5 лет.