Данная статья посвящена исследованию и анализу применения зол-уноса в различных сферах. Ввиду актуальности экологических проблем, рассматриваются методы утилизации золы-уноса для снижения вредного воздействия на окружающую среду и повышения экологической безопасности производства. Зола-уноса, которая представляет собой материал, образующийся в результате сжигания угля, находит применение в производстве цемента, строительных материалов, как потенциальный источник дорогостоящих металлов и т. д.
Ключевые слова: зола-унос, ТЭЦ, утилизация, цемент.
Щелочное извлечение
Использование щелочных растворов, таких как NaOH, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 и NH 4 OH, позволяет эффективно извлекать микроэлементы кислой и амфотерной природы методом экстракции. В результате этого процесса получают дорогостоящий металлический скандий из промежуточных продуктов переработки боксита в оксид алюминия.
Суть процесса выщелачивания заключается в обработке исходного материала 5–12 % раствором карбоната натрия или бикарбоната натрия. Эта обработка проводится не менее трёх раз при определённых соотношениях и температуре в течение нескольких часов. В результате в раствор вводится гидроксид амфотерного металлического коллектора (например, раствор оксида алюминия или оксида цинка в гидроксиде натрия). И после завершения процесса выщелачивания осадок фильтруется, промывается, высушивается и прокаливается. Содержание оксида скандия в конечном продукте составляет 26–27 % [1].
Также существуют кислотные способы переработки золы. В данном способе используются растворы минеральных кислот (H 2 SO 4 , HCL, HNO 3 ). Кислотное выщелачивание сочетают с магнитной сепарацией, восстановительно-окислительным и хлорирующим обжигом.
В работах кафедры неорганической химии ОмГУ изучалась возможность извлечения редких и редкоземельных элементов из золы экибастузских углей. При обработке золы серной кислотой степень извлечения редких металлов, таких как церий, галлий и ванадий, изначально низкая: 0,35 % для Ce, 1,2 % для Ga и 4,6 % для V. Однако при увеличении температуры до 85°C наблюдается значительное увеличение степени извлечения: до 82 % для Ce, 16,3 % для Ga и 5,8 % для V. Дополнительно эффективным методом для увеличения извлечения является добавка NaCl.
Также стоит отметить, что обработка золы серной кислотой приводит к выщелачиванию радиоактивных элементов, таких как уран и торий. При этом степень извлечения урана составляет 87 %, а тория — 86 %.
Для повышения степени извлечения редкоземельных элементов из золы в сернокислой среде можно эффективно использовать электрохимическое выщелачивание. Обработку сернокислотной пульпы проводят на медном катоде и свинцовом аноде при определенной плотности тока и концентрации кислоты. В данном случае, при плотности тока 1,5 mA/см 2 и концентрации кислоты 50–300 г/л, степень извлечения редкоземельных элементов достигает 89 %. Таким образом, электрохимическое выщелачивание является эффективным методом для повышения извлечения редкоземельных элементов из золы в сернокислой среде [1].
Применение зол-уноса в производстве строительных материалов
Является перспективным направлением, которое уже нашло свое применение в создании различных составов и технологий для получения искусственных пористых заполнителей. Эти заполнители, такие как безобжиговый гравий, аглопоритовый и зольный гравий и другие, используются для производства легких бетонов, глинозольного кирпича и различных цементных вяжущих, включая золопортландцемент, известковозольный цемент, портландцементный клинкер с золой и другие.
Зола-унос при производстве цемента
Зола-уноса пригодна для использования в качестве пуццоланы. В присутствии влаги она вступает в химическую реакцию с гидроксидом кальция при комнатной температуре с образованием соединений, обладающих вяжущими свойствами. Зола-унос содержит большое количество кремнезема и оксида алюминия в реакционноспособной форме. Эти реакционноспособные элементы дополняют химический состав цемента при гидратации. При гидратации цемента образуется гель C–S–H и свободная известь, т. е. Ca(OH) 2 . Гель C-S-H связывает заполнители вместе и укрепляет бетон. Вода, сульфаты и СО 2 , присутствующие в окружающей среде, разрушают свободную известь, вызывая разрушение бетона. Технологи цементной промышленности заметили, что реакционноспособные элементы, присутствующие в золе-уносе, превращают проблемную свободную известь в прочный бетон. Разница между золой-уносом и портландцементом становится очевидной под микроскопом. Частицы золы-уноса имеют почти полностью сферическую форму, что позволяет им свободно течь и смешиваться в смеси. Это свойство делает золу-унос желательной добавкой для бетона [2].
Использования золы уноса в качестве укрепления грунтов
Как показывают опыт и специальные исследования, в качестве одного из наиболее эффективных решений для укрепления или осушения глинистых грунтов при сооружении земляного полотна автомобильных дорог может быть использование золы-уноса тепловых электростанций.
Для оценки возможности осушения глинистых грунтов в условиях Кемеровской области были проведены лабораторные исследования по укреплению тяжелого пылеватого суглинка золой-уноса Назаровской ГРЭС.
Испытания укрепленных грунтов производились в возрасте 7 сут. Поскольку, как известно, зола-унос относится к медленно твердеющим вяжущим, можно ожидать существенно улучшения таких свойств, как прочность, морозоустойчивость, в процессе эксплуатации дороги. Введение золы-уноса в тяжелый суглинок со степенью переувлажнения до 1,4 ведет к снижению общей влажности на 7–11 %. Уменьшение влажности, в свою очередь, улучшает технологические свойства суглинистого грунта. Грунт умешает липкость, становится более рыхлым. При введении золы уноса до 10 % оптимальная влажность грунта практически не изменяется, при введении 20 % золы-уноса оптимальная влажность уменьшается на 2 %, при введении 30 % золы-уноса — на 3 %. Максимальная плотность незначительно уменьшается [3].
Таким образом, зола уноса обладает многосторонними применениями и может быть использована в различных отраслях промышленности, что подчеркивает ее значимость как ценный ресурс.
Литература:
- Adeyeva L. N., Borbat V. F. Zola TETS — perspektivnoye syr'ye dlya promyshlennosti. // Vestn. Om. Un-ta. — № 2. — 2009. — 141–151 s.
- https://iescivilengineering.blogspot.com/2014/12/fly-ash.html
- Афиногенов, О. П. Применение золошлаковых отходов для укрепления грунтов в условиях Кемеровской области / О. П. Афиногенов, Р. Н. Малыхин. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 11 (249). — С. 20–23.