Библиографическое описание:

Кожахан А. К., Умбетова Ш. М. Научно-технологический анализ вторичной переработки техногенных отходов энергетики и горно-химических предприятий // Молодой ученый. — 2009. — №12. — С. 54-57.

В условиях жесткой конкуренции на мировом рынке для широкого использования и развития минерально-сырьевой базы Республики Казахстан требуется внедрение прогрессивных технологических решений, применимых на стадиях добычи, обогащения и технологического передела минерального сырья.

Исходя из необходимости ресурсосбережения при применении современных технологий важнейшей задачей является комплексное использование минерального сырья и техногенных отходов с целью получения при освоении месторождений широкого спектра не только ликвидных продуктов высокого качества, но и сопутствующих нестандартных видов минерального сырья. Комплексная переработка минерального сырья - разделение полезного ископаемого на конечные продукты с извлечением всех содержащихся в исходном сырье ценных компонентов, производство которых технически возможно и экономически целесообразно.

При технологическом переделе выделяют четыре уровня комплексной переработки твёрдого минерального сырья:

- выделение из сырья методами обогащения одного концентрата, содержащего один или несколько основных ценных компонентов (напр., угольного из угольных месторождений, монометаллического из месторождений цветных и чёрных металлов);

- дополнительное выделение методами обогащения самостоятельных концентратов, не являющихся основными для данной подотрасли (напр., молибденового из медно-молибденовых руд, медного и висмутового из вольфрам-молибденовых руд, баритового, флюоритового, полевошпатового из руд цветных металлов);

- выделение элементов-спутников, не образующих самостоятельных минералов (редких и рассеянных элементов), из концентратов обогащения химико-металлургическими методами или комбинированной переработкой полезного ископаемого (например, получают Se и Те из сульфидов; теллур, галлий из глинозёма; германий из угля; платиноиды из медно-никелевых руд; часть золота и серебра из пиритных концентратов и т. д.);

- использование отходов обогащения и металлургии для получения строительных материалов, удобрений и др. попутной продукции (например, щебня, песка, гравия из хвостов обогатительных фабрик; шлаковаты, фосфорных удобрений из доменных шлаков; серной кислоты из газов цветной металлургии).

Следует учесть, что при комплексной переработке необходим детальный анализ вещественного состава полезных ископаемых, продуктов обогащения и химико-металлургической переработки, так как на основе такого анализа рассчитывается баланс распределения полезных компонентов по продуктам переработки и разрабатывается технология их рационального извлечения.

Целесообразность выделения соответствующих компонентов определяется технико-экономическими условиями: наличием производственных мощностей, потребностью в данном виде продукции, возможностью транспортировки, наличием средств для строительства установок и технологических узлов, себестоимостью производства и т. д.

Комплексная переработка - важнейший принцип всех минерально-сырьевых отраслей промышленности. Анализ существующих технологических схем по переработке минерального сырья и технологий промышленных предприятий показал использование на них изношенного на 60-80% оборудования, применения устаревших средств механизации и автоматизации производственных процессов и систем газо- и пылеочистки.

Необходимо создание новых безопасных производств с использованием комплексных малоотходных технологий обогащения и переработки минерального сырья и техногенных отходов с получением целевых продуктов и новых материалов. При этом нужно совершенствовать существующие технологии добычи и передела минерального сырья и переработки  промышленных отходов. В результате решается проблема экологического оздоровления промышленных территорий: утилизация техногенных отходов, очистка и использование промышленных стоков, санация загрязненных водоемов и земель, снижение газопылевых выбросов в атмосферу и др.

Основными техногенными отходами предприятий энергетики, экономически целесообразными для вторичной переработки, являются зола и шлаки.

В области переработки золошлаковых отходов проведен значительный объем научно-исследовательских работ по вторичной переработке их для извлечения ценных компонентов и производства строительных материалов, существует целый ряд отработанных и внедренных в промышленном масштабе технологий переработки золошлаковых отходов в различные строительные материалы, а также применения их в дорожном строительстве.

Возможные направления использования золошлаковых отходов - в производстве бетона: взамен части цемента, взамен наполнителя. В производстве искусственных заполнителей: глинозольного керамзита, зольного гравия, шлакоагулянта, азерита, аглопоритового гравия. В производстве кирпича, шлакоблоков. Переработка в зологранулянт. В дорожном строительстве. При обваловывании дамб золоотвалов, планировке территории, заполнении горнорудных выработок, утеплении кровли. Производ­ство керамики, рубероида, химических удобрений, ферросилиция и обезжелезненного гранулированного шлака, алюмосиликатного сплава, карби­да кремния, абразивных изделий. Магнитные микросферы, легкие алюмо-силикатные микросферы. Извлечение легких и редких металлов (рисунок 1).

Анализ выполненных научно-исследовательских работ позволяет сделать вывод о возможности значительного расширения переработки золошлаковых отходов в различные стройматериалы. Тем более, что она в основном осуществляется на технологическом оборудовании для переработки первичного сырья. Основным сдерживающим фактором более широкого использования этих отходов является недостаток мощностей на действующих ТЭС по раздельному отбору, складированию и подготовки к использованию золошлако­вых отходов и соответственно мощностей по приемке, складированию и подаче в технологический поток зол и шлаков ТЭС у потребителя.

Рисунок 1 - Направления использования отходов ТЭЦ, ТЭС

Непосредственно глиноземсодержащие золошлаковые отходы можно переработать способом известково-содового спекания [2]. Известняк в этом способе дозируется на связывание SiO2, а сода на получение алюмината натрия. При этом для получения 1т глинозема расходуется 7,5-8 т спека. Кроме того, требуются большие капитальные затраты и расход топлива, а сырье должно быть предварительно подвергнуто химическому обогащению. Все это делает способ слишком дорогим.

Принципиально осуществим также способ бесщелочного разложения золошлаков с получением саморассыпающихся спеков. Технологическая схема отличается высоким материальным потоком: 17 т спека на 1т глинозема.

Однако, для такого высококремнистого сырья, как золошлаки, более правильным является применение кислотных способов, которые позволяют уже в начале технологического процесса относительно просто осуществить отделение глинозема от кремнезема. Имеющиеся в настоящее время золошлаки тепловых электростанций являются трудновскрываемым сырьем, поскольку содержат упорный муллит и стеклофазу. Для их кислотного разложения необходимы автоклавные условия выщелачивания или предварительная термическая обработка. Автоклавное разложение связано с рядом трудностей, одной из которых является сильная коррозия аппаратуры.

Наиболее целесообразно переработать на коагулянты или глинозем на золошлаки, находящиеся в отвалах, получать искусственное легковскрываемое алюминийсодержащее сырье в процессе сжигания топлива. Это значительно упростит технологию переработки отходов, позволит экономить энергоносители.

Искусственное алюминий содержащее сырье-энерго- и саморассыпающиеся шлаки, анортитовые спеки можно получить из минеральной части дошизтованных известняком экибастузских углей в топках с жидким шлакоудалением, а золу низкотемпературного сжигания в топках кипящего слоя.

В Казахском национальном техническом университете было проведено опытно-промышленное испытание по сжиганию Экибастузского угля с добавкой известняка с получением шлака, пригодного для непосредственной переработки на сульфат алюминия и глинозема. Проведены также испытания по сжигани Экибастузских углей в котле с топкой кипящего слоя и получена партия золы низкотемпературного сжигания.

Проведенные испытания показали высокую эффективность предлагаемого пути утилизации минеральной части экибастузских углей с получением сульфата алюминия и глинозема. На основании проведенных исследований были предложены технологические схемы получения сульфата алюминия и глинозема из энергошлаков экибастузских углей и золы низкотемпературного сжигания (НС) экибастузских углей.

Грануллированный энергошлак, полученный после сжигания угля, дошихтованного известняком, обрабатывают серной кислотой 24-27% концентрации при 90-100°С в течение 1-2 ч., полученную после разложения материалов, а раствор направляют на отделение солей алюминия и железа методом высокотемпературного гидролиза. Алюминий отделяют в виде нерастворимого гидроксосульфатаводородного алунита, из которого после термического разложения получают глинозем. При необходимости получения коагулянта-сульфата алюминия, потребность в очистке от железа отпадает, т.к. сульфат железа сам является коагулянтом. Поэтому продукционный раствор достаточно упарить и затем получить кристаллический продукт.

В настоящее время разработанных, разрабатываемых и действующих технологий насчитывается около 400. Но технологии крупнотоннажной утилизации почти отсутствуют (строительство дорог 3%, засыпка, закладка, подсыпка 2%, раскисление почв 1%).

Причинами низкого уровня утилизации золошлаковых отвалов, характерных для всех ТЭС и ТЭЦ, являются:

1.    Отсутствие на большинстве тепловых электростанции установок по сухому отбору золы, а использование гидрозолотоотвалов приводит к большим трудностям и требует значительных капиталовложений.

2.    Значительная неоднородность фазового, химического и гранулометрического состава золы, приводящая к нестабильности результатов ее использования.

3.    Повышение содержание несгоревшего топлива 12-20% в среднем, а иногда до 30-40%.

4.    Отсутствие спецтранспорта, исключающего загрязнение окружающей зоны. Отсутствие спецоборудования и технологии усреднения и ввода в смесь отвальной золы переменной влажности, которая летом пылит, при влажности более 20% переходит в вязкотекучее состояние, а зимой замерзает.

5.   Высокая отпускная цена золы.

Проблема комплексного использования минеральных составляющих Экибастузского угольного месторождения и золошлаков от сжигания в настоящее время остается из одной самых острых и важнейших научно-технических, экологических проблем, требующих решения. Можно предположить, что одним из самых перспективных направлений использования золы ТЭС станет ее переработка в зологранулянт  непосредственно на самих ТЭС.

На практике из почти более чем трех десятков направлений использования этих отходов применяется не более десяти. Причем основными направлениями использования золошлаковых отходов являются: обвалование дамб золоотвалов, известкование кислых почв, производство бетонов и строительство дорог - всего около 80% от объема используемых золошлаковых отходов. Более эффективные и современные направления использования почти не реализуются. При этом экономическая эффективность от использования золы в производстве кирпича, цемента, ячеистого бетона может быть велика.

Не внедряются современные технологии по извлечению из золошлаковых отходов германия, молибдена, галлия, зола углей может служить сырьем для получения алюминия и его соединений и материалов на основе карбида кремния. Известны разработки по получению ферросплавов термохимическим путем, например, ферросилиция, что дает громадную экономию электрической энергии [3]. Развитию использования золошлаков мешает и их высокая отпускная цена. Сложилась пародоксальная ситуация, когда годами ни кому не нужные отходы, отравляющие на многие десятки километров вокруг воздух воду и почву, вдруг обрели цену и тем самым снизился объем и без того низкой их утилизации.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что золошлаки от сжигания экибастузких углей не являются сырьем ни для одной отрасли. Их должны использовать совместно несколько отраслей, в том числе и горно-химические предприятия. В противном случае (если золошлаки использовать в каком-то одном направлении) неминуемо появятся новые отходы со всеми последствиями.

Химическая промышленность Республики Казахстан состоит из горно-химических предприятий бассейна Каратау, рудников «Жанатас», «Коксу», «Кокджон». Объемы фосфатно–кремнистых слансов содержащихся в спецотвалах рудника «Жанатас» составляет: V–9,48 млн.т, содержание Р2О5–12-14%. Объемы забалансовых руд рудников «Коксу» и «Кокджон» составляют более 20,0 млн.т, содержание Р2О5–8-17%. Объемы отвалов пустых пород вскрыши составляют: V–более 220млн.м3. Объемы отходов рудоподготовки около 1,14 млн.т, содержание Р2О5–6-10%, а в мелкой фракции отсева<10 мм, содержание Р2О5–14,5%. Анализируя приведенные данные можно рекомендовать следующие пути утилизации отходов горного производства фосфорной промышленности:

Фосфатно-кремнистые сланцы, широко распространенные на месторождениях Жанатас и Коксу после обогащения в тяжелых средах т.е. суспензиях, могут быть использованы в качестве товарного сырья для электровозгонки фосфора. Для фосфатно-кремнистых сланцах находящихся в отвалохранилище  приемлемо комбинированное суспензионно-флотационное схема обогащения, по которой имеется возможность получения кондиционного концентрата для экстракционной переработки на минеральные удобрения.

Переработка забалансовых фосфоритов сдерживается не только низким содержанием Р2О5, но и наличием значительной массы вредных для переработки примесей, ограничивающих промышленное использование забалансовых руд путем шихтования (смешения) их с балансовыми рудами.

Применение процесса обогащения забалансовых руд в тяжелых суспензиях, с получением концентрата состоящего из полубогатых и высококачественных руд для производства экстракционной фосфорной кислоты и на ее основе фосфорсодержащих удобрений, характеризуется выходом концентрата около 50% по фракции более 10мм. Кроме того, появляются вторичные отходы в виде рудной мелочи фракции менее 10мм при среднем дроблении руды, которые рекомендуются обогащать по схеме рисунка 2.

Рисунок 2 – Принципиальная схема обогащения рудной мелочи месторождения Тьесай.

 

Таким образом, основными техногенными отходами ТЭС являются золошлаки и дымовые газы. Отходами химических заводов является: фосфорный шлам, фосфорные шлаки; коттрельная пыль; фосфогипс; фосфорная мелочь. Эти отходы находят широкое применение в дорожном строительстве, а также для производства строительных изделий и конструкции. Поэтому необходимо создание базы данных по экологически чистым технологиям обращения с отходами в стране.

Список использованных источников

 

1. Ефимов Р. В. Влияние добавки зол ТЭС на качество керамических строительных материалов. — В кн.: Техническая информация. Серия «Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей». Вып. 3. М., ВНИИЭСМ, 1972, с. 9.

2.Иванов И. А., Калашникова И. Г. Исследование зол ТЭС с повышенным содержанием несгоревших остатков для получения обжигового кирпича полусухого прессования. — В кн.: Технология изготовления конструкций для полносборного строительства в Сибири. Новосибирск,  1974

3. Сулейменов С. Т., Такибаева С. С, Сайбулатов С. Ж. и др. Исследование состава зол ТЭС и ГРЭС Казахстана с целью определения пригодности их для получения строительных материалов.—Там же, № 6, с. 41.

4.Фалалеев П. П. Применение золы тепловых электростанции в энергетическом строительстве и пути дальнейшего расширения объемов использования золошлаковых отходов в народном хозяйстве. В кн.: Использование новых легких материалов и отходов производства в строительстве. М.: Стройиздат, 1972, с. 23.

5.Окружающая среда и устойчивое развитие в Казахстане, Алматы, 2004, 209 с.

6.Состав и свойства золы и шлака ТЭС. Справочное пособие//под ред. В.А.Мелентьева .- Л.: Энергоатомиздат, 1985, 288с.

7.РНД 03.1. 7.01-94. Методические указания по определению уровня загрязнения компонентов окружающей среды токсичными веществами отходов предприятий теплоэнергетики.-Алматы: МЭиБ РК, 1995.

8.Айсаутова С. Снижение накопления отходов ГМК // Промышленность Казахстан. 2005. № 10

9.Уманец В.Н., Степанова Е., Алдерзин М. Комплексное управление отходами // Промышленность   Казахстана. 2004. № 6.

10.Лакерник М.М., Мазурчик Э.Н., и др. Переработка шлаков цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1977.

11.Сайбулатов С.Ж., Тогжанов И.А., Абдрахитов В.З., Михайлова Н.Ф. Использование отходов цветной металлургии и энергетики в составах керами­ческих масс для производства кирпича //Комплексное использование мине­рального сырья. - 1990. - №3.

 

 

Основные термины (генерируются автоматически): золошлаковых отходов, минерального сырья, переработки золошлаковых отходов, техногенных отходов, использования золошлаковых отходов, переработки отходов, передела минерального сырья, зол ТЭС, экибастузских углей, переработки техногенных отходов, переработки отходов Масложиркомбината, золы низкотемпературного сжигания, использование отходов обогащения, забалансовых руд, переработки отходов полимерных, технологию переработки отходов, переработки минерального сырья, использования золы ТЭС, вторичной переработки, утилизация техногенных отходов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle