Утилизация золы и топливных шлаков

Значительное количество шлаков и золы образуется при сжи­гании твердых топлив. Их количество (%) составляет при сжигании:

Использование отходов теплоэлектростанций (ТЭС) имеет большое экономическое и экологическое значение, поскольку их очень много, а создание и содержание отвалов требует значительных средств. За сутки работы ТЭС мощностью 1 млн. кВт сжигает 10000 т угля и выделяет 1000 т шлака и золы. Ежегодно для захоронения такого количества шлаков при высоте захоронения 8 м требуется более 1 га площадей.

Золошлаковые отходы являются загрязнителями окружающей среды. В 1994 г. принята Федеральная программа по переработке золошлаковых отходов ТЭС России до 2000 г., предусматривающая строительство предприятий по переработке их в стройматериалы с последующей рекультивацией земель.

Топливные шлаки по составу и свойствам отличаются от ме­таллургических. Основными компонентами золошлаковых отходов, образующихся при сжигании твердых топлив, являются оксиды кремния (19—65 %) и алюминия (3—39 %) и несгоревшие частицы топлива (7—23 %).

Температура в топливных камерах современных ТЭЦ дос­тигает 1600 °С, топливо подается в камеру в пылевидном состоянии. Образующиеся из минеральной части топлива частицы пыли имеют различный фракционный состав. При размере до 100 мкм пылевидные частицы уносятся дымовыми газами (зола-унос). Более крупные частицы оседают на под камеры и оплавляются, образуя стекловидную массу, которую затем подвергают грануляции.

Количественное соотношение между золой-уносом и шлаком зависит от сорта топлива и конструкции топки. Для одного и того же топлива из минеральной части в шлак переходит: в топках с твердым шлакоудалением 10—20 %, в топках с жидким шлакоудалением — 20—40 %, в циклонных топках — до 85—90 %.

Зола-унос может использоваться в производстве строительных материалов без дополнительной обработки (помола, просеивания и т. п.).

Нелетучая зола может использоваться в гранулированном виде в дорожном строительстве для изготовления основания участков парковки автомобилей, велосипедных дорожек, дорог, набе­режных. Ее можно использовать в качестве покрытия на полигонах для размещения твердых бытовых отходов.

Летучую и нелетучую золу можно использовать качестве инертного наполнителя в асфальтах.

Большие возможности утилизации золы связаны с ее сорб­ционными свойствами. По составу зола близка к неорганическим катионообменникам — цеолитам, имеющим формулу n Na₂O • m SiO₂ • k Аl₂O₃. Несгоревшие частицы угля, присутствующие в золе, также являются активным адсорбентом по отношению к орга­ническим малодиссоциирующим веществам.

Благодаря этим свойствам золу можно применять для очистки слабозагрязненных сточных вод. Емкость золы как адсорбента составляет мг/ч: 3—10 - по меди, 2—5 — по цинку, 4—6,5 — по свинцу. Степень очи­стки сточных вод определяется количеством использованной для этих целей золы и кислотностью раствора (табл. 8.3).

Из приведенных данных видно, что при содержании золы 3,0 г/л раствора (или сточной воды) очищенная вода практически не содержит ионы меди, свинца, цинка и мышьяка.

Для определения возможности и направлений использования золы необходимо знать ее физические и химические свойства. Химический состав золы влияет на ее способность к выщелачиванию, а также определяет ее поведение при старении. Физические свойства золы (такие, как дисперсность, гидрав­лическая проводимость, плотность, уплотняемость, прочность, несущая способность и др.) влияют на прочностные характе­ристики и эксплуатационные свойства получаемых строительных материалов на ее основе.

Наиболее важными являются испытания, при которых определяется способность к выщелачиванию различных состав­ляющих золы. Они позволяют определить поведение золы и ее про­изводных при эксплуатации.

Главной областью применения топливных шлаков, так же как и металлургических, является производство строительных ма­териалов. Их используют самостоятельно, как теплоизолирующую засыпку, и как компонент для производства цемента, газобетона, керамзитобетона, зольного гравия, глиняного и силикатного кирпича. При использовании шлакозольных вяжущих получают бетоны с прочностью на сжатие до 40 МПа.

Топливные шлаки жидкого удаления можно использовать в производстве отделочной керамической плитки: при содержании в смеси до 30 % шлаков плитка имеет отличные физико­механические свойства и хороший внешний вид.

Зола-унос сухого улавливания может использоваться при строительстве автомобильных дорог для укрепления грунтов, в качестве самостоятельного медленно твердеющего вяжущего, а также в сочетании с цементом и известью. Возможно также использование такой золы и при выполнении гидротехнических работ: для производства сборного железобетона, изготовления бетонных растворов при строительстве плотин, дамб и других гидротехнических сооружений. Такой опыт накоплен при строительстве Братской ГЭС, когда была использована зола Иркутской ТЭС-1.

Однако объемы утилизации золы и топливных шлаков в России пока незначительны. В отличие от передовых стран, где объемы использования топливных минеральных отходов достигают 62 % во Франции и 76 % в Германии, в России утилизируется не более 9 % топливных шлаков.