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.

По заключению ряда специализированных организаций (Мос­ковского НИИ им. Ф. Ф. Эрисмана, Санкт-Петербургского Инсти­тута токсикологии и др.), проводивших в 1996 - 1998 гг. исследо­вания на животных, золошлаковые отходы являются нетоксичны­ми. Это открывает более широкие перспективы для их экономиче­ски выгодного и экологически безопасного использования в про­мышленном, гражданском и дорожном строительстве.

Принятая в 1994 г. Федеральная программа по переработке зо - лошлаковых отходов ТЭС предусматривает строительство в раз­личных регионах предприятий по переработке их в стройматериа­лы с последующей рекультивацией земель.

Известны более 100 технологий производства бетона с исполь­зованием золошлаковых отходов. Так же как и шлаки металлурги­ческого производства, топливные шлаки можно использовать для производства керамзита и шлакоблоков. Имеется опыт применения золошлаковых отходов в сельском хозяйстве для раскисления и удобрения почв.

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%), несгоревшие частицы топлива (7 — 23%), а также в небольших количествах микроэле­менты.

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 шлакоуда - лением 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 в качестве инертного наполнителя в асфальтах.

Большие возможности утилизации золы связаны с ее сорбци - онными свойствами. По составу зола близка к неорганиче­ским катионообменникам - цеолитам, имеющим формулу nNa20- mSi02-ЈAl203. Несгоревшие частицы угля, присут­ствующие в золе, также являются активным адсорбентом по отношению к органическим малодиссоциирующим веществам. Благодаря этим свойствам золу можно применять для очистки сла - бозагрязненных 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. 10.2).

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, ке - рамзитобетона, зольного гравия, глиняного и силикатного кирпича. При использовании шлакозольных вяжущих получают бетоны с прочностью на сжатие до 40 МПа.

Жидкие топливные шлаки можно использовать в производстве отделочной керамической плитки: при содержании в смеси до 30% шлаков плитка имеет отличные физико-механические свойства и хороший внешний вид.

Зола-унос сухого улавливания может использоваться при стро­ительстве автомобильных дорог для укрепления грунтов, в качест­ве самостоятельного медленно твердеющего связущего, 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.

В связи с тем что шлаки содержат соединения фосфора, каль­ция, магния, различные микроэлементы, их используют для про­изводства минеральных удобрений в форме муки.

На рис. 10.8 приведена схема производства фосфат-шлакового удобрения из остеклованного кускового шлака размером 150 - 200 мм.

Первичное дробление производится в шаровой мельнице с пе­риферийной разгрузкой. Фракция размером 25 мм сепарируется и тарельчатым питателем подается в мельницу тонкого помола, ра­ботающую в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. Мелкие
частицы (до 2 мм) попадают в циклон, из которого ковшовым эле­ватором подаются в силосный склад, а оттуда - в бункер упаковоч­ных машин. Вся линия подключена к обеспыливающим фильтрам и работает под небольшим вакуумом.

I - грейферный кран; 2 - приемная решетка; 3 - приемный бункер; 4 - каретковый питатель; 5 - шаровая мельница грубо­го помола; 6 - элеватор; 7 - магнитный сепаратор; 8 - ленточ­ный конвейер; 9 - бункер металла; 10 - загрузочный бункер;

II - тарельчатый питатель; 12 - шаровая мельница тонкого по­мола; 13 - магнитный сепаратор; 14 - воздушный сепаратор; 15 - Циклон; 16 - шнек; 17 - силос; 18 - просеивающий шнек; 19 -

Промежуточный бункер; 20 - упаковочная машина

Представляет интерес использование в качестве удобрений гра­нулированных шлаков, так как такое удобрение будет разлагаться в почве в течение 10 - 15 лет, передавая все это время растениям необходимые питательные вещества. Такие гранулы не пылят, не слеживаются и не смерзаются, а потому их можно вносить в почву и летом, и зимой. Стоимость гранулированного шлака ниже сто­имости муки.

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 в 1998 г. было утилизирова­но менее 5% образовавшихся золошлаковых отходов ТЭС: из 40 млн. т утилизировано только 1,9 млн. т.