Тверді відходи тес , їх компоненти
Як один із напрямів природоохоронних технологій є утилізація відходів ТЕС, а саме утворення золошлаків. Золошлакові відходи це відходи, що утворюються при спалюванні всіх видів вугілля і видаляються водою в шламонакопичувач. Застосовувати їх досить таки складно, але можна і навіть потрібно. Дрібні і легкі частинки з питомою поверхнею 1500-3000 см2/г, що містяться в кількості близько 90% , виносяться з топки газами, а більші осідають на дні топки і сплавляються в кускові шлаки.
Золошлакові відходи (ЗШВ) неоднорідні за місцем знаходження і навіть залежать від термінів зберігання. ЗШВ це найцінніший продукт, один з найбільш перспективних напрямків утилізації золошлакових відходів є виробництво з них пористих заповнювачів для легких бетонів. Кількість твердих залишків для кам'яного і бурого вугілля коливається від 15 до 40%. Вугілля перед спалюванням подрібнюється, і в нього для кращого згоряння часто добаляють в невеликому (0,1-2%) кількості мазут. При згорянні подрібненого палива дрібні і легкі частинки золи несуться димовими газами (золи виносу). Розмір частинок золи виносу коливається від 3-5 до 100-150 мкм. Кількість більших частинок зазвичай не перевищує 10-15%. Більш важкі частинки золи осідають на подтопці і сплавляються в кускові шлаки, що представляють собою агреговані і сплавів частки золи розміром від 0,15 до 30 мм. Шлаки подрібнюються і видаляються водою. Зола винесення та подрібнений шлак видаляється спочатку окремо, потім змішуються, утворюючи золошлакова суміш[12].
У складі золошлакової суміші крім золи та шлаку постійно присутні частинки незгорілого палива (недопал), кількість якого складає 10-25%. Кількість золи виносу в залежності від типу котлів, виду палива і режиму його спалювання може становити 70-85% від маси суміші, шлаку- 10-20%. Золошлакова пульпа віддаляється на золоотвал по трубопроводах .
Золи ТЕС, що використовують кам'яне вугілля, в порівнянні з золами ТЕЦ, що спалюють буре вугілля, відрізняються підвищеним вмістом SО3, зниженим - оксидів кремнію, титану, заліза, магнію, натрію, а шлаки - підвищеним вмістом оксидів кремнію, заліза, магнію, натрію і зниженим - оксидів сірки, фосфору. У складі ЗШВ розрізняються кристалічна, склоподібна і органічна складові.
Тверді відходи теплових електростанцій - золи і шлаки - близькі до металургійних шлаків за складом. За хімічним складом ці відходи на 80-90% складаються з SiO2, Аl2O3, FеО, Fе2O3, СаО, МgO зі значними коливаннями їх змісту. Крім того, до складу цих відходів входять залишки незгорілих часток палива (0,5-20%), сполуки титану, ванадію, германію, галію, сірки, урану.
Основна маса використовуваної частини шлаків і зол є сировиною для виробництва будівельних матеріалів, Так, золу ТЕС використовують для виробництва штучних пористих заповнювачів - зольного і аглопоритового гравію. При цьому для отримання аглопоритового гравію використовують золу, яка містить не більш 5-10% горючих, а для виробництва зольного гравію зміст в золі горючих не повинно перевищувати 3%. Випал серцевих гранул при виробництві аглопоритового гравію здійснюють на решітках агломераційних машин, а при отриманні зольного гравію - в обертових печах. Можливе використання зол ТЕС і для виробництва керамзитового гравію. Золи і шлаки від спалювання бурого і кам'яного вугілля, торфу і сланців, що містять не більше 5% часток незгорілого палива, можуть широко використовуватися для виробництва силікатної цегли в якості в'яжучого при утриманні в них не менше 20% СаО або в якості кремнеземистого заповнювача, якщо в них міститься не більше 5% СаО. Золи з високим вмістом частинок вугілля з успіхом використовуються для виробництва глиняної (червоної) цегли .
Кислі золошлакові відходи, а також основні з вмістом вільного вапна ≤10% використовують як активну мінеральну добавку при виробництві цементу. Зміст горючих речовин в таких добавках не повинно перевищувати 5%.
Ці ж відходи можна використовувати в якості гідравлічної добавки (10-15%) до цементу. Золу з вмістом вільної СаО не більше 2-3% використовують для заміни частини цементу в процесі приготування різних бетонів. При виробництві пористих бетонів автоклавного твердіння в якості в'яжучого компонента використовують сланцеву золу, яка містить 14% вільної СаО, а в якості кремнеземистого компонента - золу спалювання вугілля з вмістом грючіх 3-5%. Використання золошлакових відходів за вказаним напрямком є не тільки економічно вигідним (внаслідок скорочення споживання гіпсового каменю, піску, цементу, вапна, палива), але і дозволяє підвищити якість відповідних виробів [13].
Все золи характеризуються близьким хімічним складом мінеральної частини (табл.3.1), але різко відрізняються за гранулометричним складом і питомої поверхні, при цьому золи більшості ТЕС мають величину питомої поверхні від 3000 до 5000 см2 / г. Незважаючи на високу питому поверхню всіх зол гідравлічно активні мінерали часто знаходяться всередині крапель скла або покриті склом, ускладнює контакт мінералів з водою. Тому при використанні золи виносу для отримання в'яжучих матеріалів необхідно руйнування скла для розтину активних мінералів, тобто потрібен помел золи. Мінералогічний склад золи всіх проб по кожній ТЕС представлений в основному аморфізованним глинистим речовиною, склом безбарвним і забарвленим, залишками вугілля і кристалічною фазою у вигляді кварцу, муллита, магнезиту і зрідка польового шпату.
Таблиця 3.1 – Склад золи-винос ТЕС,%
| Компонент | Запорізька ТЕС | Придніпровська ТЕС | Луганська ТЕС | Криворізька ТЕС |
| SiO2 | 54,37 | 54,5 | 55,44 | 53,68 |
| TiO2 | 1,16 | 0,82 | 0,90 | 0,26 |
| Al2O3 | 21,81 | 22,80 | 18,96 | 25,89 |
| Fe2O3 | 13,30 | 10,11 | 14,40 | 11,53 |
| FeO | - | 0,63 | 0,36 | - |
| CaO | 3,44 | 3,10 | 3,83 | 1,78 |
| MgO | 1,89 | 2,30 | 1,88 | 1,63 |
| MnO | - | 0,133 | - | - |
| K2O | 1,97 | 3,49 | 2,99 | 2,94 |
| Na2O | 0,80 | 1,35 | 0,80 | 0,95 |
| P2O5 | 0,17 | 0,150 | 0,351 | 0,23 |
| SO3 | 1,13 | 0,945 | 0,44 | 0,35 |
Для отримання в'яжучого матеріалу і виробів на його основі з високими фізико-механічними властивостями (без обмеження умов експлуатації) необхідне введення добавок-активаторів або застосування механо-хімічної активації золи. Зола ТЕЦ містить компоненти, що володіють унікальними технологічними властивостями, що дозволяють ефективно використовувати їх у багатьох сучасних технологіях.
Компоненти зол і шлаків:
v Немагнітна мінеральна фракція:
I. Мікросфери алюмосилікатні
II. Ценосфери
v Магнітна мінеральна фракція:
I. Мікросфери магнетитові
II. Гранули феросиліція
Зола і тверді викиди містять немагнітні та магнітні фракції. Поділ на такі фракції і їх дослідження виконуються, насамперед, з позицій впливу осадів золи на природу і для цілей визначення напрямів використання золи цих фракцій. Очевидно, що магнітні фракції збагачені залізом в кристалічній магнітній формі (мікросфери магнетитові) .
Мінеральні включення, що утворюють шари і лінзи, паралельні площині нашарування пласта. До цієї групи відносять більшість мінеральних компонентів вугілля. Мінеральні включення в формі дрібних ізольованих зерен утворюють скупчення, витягнуті з паралельної площині нашарування. Така форма локалізації типова для хемогенних (аутигенних) мінералів, з яких найбільш поширені сульфіди заліза і карбонати.
У вугіллі найбільш розповсюджені сульфідні, карбонатні, кальцитові, крем'яні, кремністокарбонатні, фосфористо-карбонатні (останні рідко) конкреції. Розміри конкрецій коливаються від кількох міліметрів до десятків сантиметрів. Форма конкрецій зазвичай овальна або сферична. Найчастіше конкреції мають чіткі межі з навколишньою вугільною речовиною[14].
Вивчення факторів, що впливають на розподіл і концентрацію мінеральних компонентів в вугільній речовині, є об'єктом численних досліджень. Давно було виявлено, що накопичення більшості мінералів у вугіллі залежить від фаціальних умов древнього торфонакоплення.
З генетичних позицій мінеральні компоненти вугілля прийнято класифікувати наступним чином: алюмосилікатні і магнітні мікросфери, а також незгорілі вугільні частинки. Алюмосилікатні порожнисті мікросфери утворюються при пиловугільному спалюванні твердого палива в результаті специфічної грануляції розплаву мінеральної частини вугілля шляхом її дроблення на окремі дрібні краплі і роздування останніх через збільшення обсягу газових включень.
Алюмисилікатні полі мікросфери разміром от 10 до 500 мкм. Насипна густина матеріалу350–500 кг/м3, питома – 500–600 кг/м3. Основними компонентами фазово мінерального складу мікросфер є алюмосилікатна склофазой, муллит, кварц. У вигляді домішки присутній гематит, польовий шпат, магнетит, гідрослюда, оксид кальцію. Переважаючими компонентами їх хімічного складу є кремній, алюміній, залізо. Можливі мікроприміси різних компонентів в кількостях нижче порога токсичності або промислової значущості. Вміст природних радіонуклідів не перевищує допустимих меж. Максимальна питома ефективна активність становить 350-450 Вк / кг і відповідає будівельним матеріалам другого класу (до 740 Вк / кг).Пористий бетон є популярним будівельним матеріалом, який набув широкого поширення завдяки своїм властивостям. Його відрізняють низька щільність, висока теплоізоляція, невелику питому вагу. За кордоном використання мікросфер з золи ГЕС було розпочато в 60-хроках. У нашій країні також розроблені технології застосування мікросфер як наповнювачів композиційних матеріалів.У силікатних сферах переважають оксиди кремнію, алюмінію, калію. Температура плавлення силікатних мікросфер перевищує 1350°С. Силікатні мікросфери майже в 2 рази легший за воду, що є основою їх ефективного гравітаційного виділення.
Розроблено багато пристосувань для виділеннямікросфер (декантатор, згущувачі, гідроциклони і ін.).Метод виділення мікросфер заснований на їх низької порівняно з іншими компонентами золи-винесення та золешлакових сумішей щільності: в воді вони спливають і, таким чином, можуть бути виділені в необхідних для лабораторних досліджень кількостях [15].
Області застосування:
· Нафтова і газова промисловість: тампонажні полегшені цементи при облаштуванні свердловин.
· Будівництво: надлегкі бетони, теплоізолюючі штукатурні і кладочні суміші, інші види сухих будівельних сумішей, тепло- і звукоізоляційні покриття при влаштуванні покрівельних і фасадних конструкцій, міжповерхових перекриттів, а також теплоизолирующая підготовка для підлог.
· Керамічні вироби: легкі вогнетривкі стінові матеріали і покриття, полегшені матеріали авіаційно-космічного призначення.
· Лакофарбові матеріали: тонкошарові енергозберігаючі та вогнезахисні фарби.
· Полімерні матеріали: виготовлення різних плавзасобів (човнів, буїв, рятувальних жилетів, модулів плавучості підводних човнів і батискафів), радіопрозорих теплоізоляційних екранів радіотехнічної апаратури, ізоляція теплотрас, формувальні матеріали для стоматології.
· Хімічна промисловість: каталізатори знешкодження відходів стічних вод, сенсибілізатори емульсійних вибухових речовин, виробництво звукозахисних композитів в автомобілебудуванні, виробництво шин, шпаклівок і грунтовок, абразивного інструменту високої продуктивності, нековзних складів для підошов взуття, меблевих молдингів .