Утилизация золы и топливных шлаков
Значительное количество шлаков и золы образуется при сжигании твердых топлив. Их количество (%) составляет при сжигании:
Бурого угля................... 10—15
Каменного угля.... 3 — 40
Антрацита...................... 2 — 30
Торфа............................. 2 — 30
Дров............................... 0,5 —1,5
Мазута........................... 0,15—0,2
Сланцев.......................... 50 — 80
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 юлошлаковых 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 ггекловидную 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 шла - коудалением — 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 п №20'
• т 8Ю2 • к А1203. 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.
Таблица 8.3 Изменение содержания ионов тяжелых металлов в растворе в зависимости от количества введенной золы
|
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 п 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.