Как в россии решают проблему золошлаковых отходов

Алан-э-Дейл       15.07.2022 г.

Общие сведения о золошлаковых отходах

Золошлаковые отходы образуются при сгорании угля для производства электроэнергии и тепла на ТЭС и в котельных. Накопленные отходы называют золошлаковыми отвалами (ЗШО). Отвалы являются источником повышенной экологической опасности и оказывают негативное влияние на здоровье человека, подземные и поверхностные воды, атмосферу, растительный и животный мир. ЗШО служат причиной отчуждения земель, которые практически безвозвратно изымаются из полезного пользования.

Вместе с тем, зола и шлак не являются токсичными, и непосредственный контакт с ними, например, при отборе образцов для химического анализа, не наносит вреда здоровью человека.

Химический состав ЗШО крайне неоднороден и колеблется в значительных пределах, поскольку для сжигания используются угли из разных месторождений, имеющих неодинаковый химический состав.

Очень важная особенность ЗШО – высокое содержание в отвале редких металлов. Присутствуют и другие ценные химические элементы. К ним относятся благородные и цветные металлы.

По сути ЗШО являются вторичными ресурсами сырьевого значения, т.е. их можно рассматривать как техногенные месторождения полезных ископаемых. 

Уже многие годы исследования по изучению химических элементов, содержащихся в техногенных продуктах, ведут специалисты московского Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ). С помощью новейшей аппаратуры ими обнаружено 70 элементов (в их числе 35 редких металлов), в немалых количествах содержащихся в золошлаковых отвалах.

Необходимо отметить, что при сжигании углей концентрация ценных химических элементов в золе возрастает в 5–6 раз по отношению к исходной. Это позволяет говорить о приобретении вторичным сырьем новых свойств.

В золошлаковых отходах могут содержаться несгоревшие органические частицы топлива. Они играют важную роль при термической обработке отходов в процессе утилизации.

Проблемы нехватки чистой воды

Отрицательный момент от деятельности предприятий ТЭЦ — загрязнение атмосферы и воды в первую очередь. Ежегодно предприятия энергетического комплекса используют свыше тридцати миллиардов кубометров чистой воды. При сооружении на реках водохранилищ происходит затопление прилегающих плодородных земель, а иногда и жилья людей. Плотины и другие гидросооружения нарушают естественный речной ток, что приводит к обмелению рек и изменению уровня грунтовых вод. Последствия этих изменений — заболачивание и засоление почв, которые становятся непригодными для сельскохозяйственных работ. Разложение растительности, затопленной при сооружении водохранилищ, приводит к негативным изменениям водной фауны и флоры. Энергию на ТЭС получают от мощнейших турбин, приводимых в движение паром от чистой нагретой воды. Отработанный пар охлаждается и непрерывно сбрасывается в водоемы. Потоки теплой воды образуют источники теплового загрязнения на ТЭЦ.


Масштабы зоны подогрева в реках измеряются несколькими десятками километров «выжженной» в прямом и переносном смыслах реки. Изменение физических свойств воды в реках и водоемах влечет изменение химических составляющих, а дальше — биологических процессов. Страдает экология. ТЭЦ — тому причина.

Зачем уголь превращают в пыль

Уголь для ТЭЦ привозят по железной
дороге. Специальный ангар — вагонопрокидыватель — переворачивает вагоны по
одному. Отсюда топливо поступает через подземную сеть конвейеров в цех или на
склад, где его уплотняют.


Фото: Вагонопрокидыватель Sibnet.ru

В одном вагоне 67 тонн угля, его сжигают примерно за час в
одном котле. Но прежде чем сжечь, уголь измельчают — чтобы топливо сгорало быстрее
и полнее. Уголь проходит через своеобразное сито и направляется в дробилки.

«В котельном цехе мельницы размалывают уголь в пыль,
подсушивают его горячим воздухом. Эта смесь горячего воздуха с пылью попадает в
топку по специальным трубам — пылепроводам», — описывает процесс начальник
оперативно-диспетчерской службы ТЭЦ-3 Юрий Деев.

Фото: Юрий Деев Sibnet.ru

Попадает в топку — это направляется в котел. Внутри него смесь сгорает в воздухе и образуется пылеугольный факел — столб огня. Идет процесс преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию. 

На ТЭЦ-3 восемь котлов. Это сооружения в форме буквы «П», состоящие из множества труб, высотой 36 метров — настолько огромные, что обозреть котлы во всю их величину рядом стоящему человеку невозможно.

Котлы на ТЭЦ — навесные. Во время нагрева они увеличиваются
на 10 сантиметров. Неподвижными их делают мощные балки по периметру — ребра
жесткости.

Далее тепло через металл труб передается воде. Образуется так называемый острый пар — температурой порядка 550 градусов. Он, в свою очередь, идет по трубам в турбинный цех.

Догорает угольная пыль вверху, а шлак и зола более чем на 99% улавливаются электрофильтрами на электродах и стряхиваются в бункера.

Принцип предосторожности

Чтобы неблагоприятное воздействие от деятельности ТЭЦ минимизировать, разработку мер по защите экологии надо проводить вместе с планированием, разработкой и внедрением новых проектов предприятий. Особенно это касается территорий, соседствующих с охраняемыми заповедными зонами, на которых действуют особые нормативные документы. Нарушение их приводит к уголовной ответственности. От жилых застроек предприятия обязательно должны отделяться санитарно-защитными зонами. Такие зоны служат для барьера и снижения негативных факторов от промышленных объектов. Размеры таких зон устанавливаются государственными нормами и правилами с учетом ожидаемых негативных действий после экологической экспертизы соответствующих природных объектов.

Область использования и стандартизация

Согласно установленному стандарту под шлак металлургический – ГОСТ 3476-34, реализован свод требований к доменному материалу, отбираемому для приготовления цемента. Альтернативное использование отходов производства черных металлов – изготовление минеральной ваты. Источником сырья в этом случае выступает  щебень из металлургического шлака доменного, технические условия отбора которого прописаны в 18866-93. Пемза шлаковая – щебень пористый из металлургического шлака используется в качестве заполнителя бетонных смесей. Требования к этому материалу выделены в отдельный ГОСТ 9760-86.

Основной областью реализации металлургических отходов остается дорожное строительство. Именно под эту сферу изготавливается щебень пористый из металлургического шлака. При этом уровень пористости материала существенно влияет на его физико-механические свойства. Снижение параметра приводит к повышению прочностных характеристик. Для этих целей ранее использовалась процедура дегазации, позволявшая снизить пористость до 30%. Современные методики ориентированы на вакуумирования и центрифугирования шлака, что позволяет достичь цифры в 2%, фактически предлагая потребителю прочный недорогой щебень из отходов металлургии.

Щебень из отходов металлургии

Впрочем, в дорожном строительстве необходим щебень различной прочности, а соответственно пористости. Распределения в данном случае носит следующий характер. Под верхний слой дорожного полотна используются асфальтобетонные смеси на базе щебня пористостью 5 – 12%. Прокладка нижней части – основания автомагистрали допускает применение менее прочных материалов. В этом случае используется асфальт из шлакового щебня, пористостью 12 – 17%.

Что такое?

Золошлаковые отходы образуются в процессе сжигания угля или торфа, как правило, в процессе деятельности тепловых электростанций или котельных. Физически они представляют собой мелкую смесь частиц кварца и других элементов серого цвета.

Источники образования

Как было сказано, образуются эти отходы на объектах, производящих электрическую или тепловую энергию. В качестве сырья для такого производства выступает уголь, который смешивается с мазутом для лучшей горючести.

Кстати, отработанный мазут также требует правильной утилизации, о том, как она должна выполняться, читайте здесь.

В процессе сжигания угля из его минеральных компонентов образуется зола и шлак. Зола в данном случае является легкой пылеобразной массой.

Такие отходы удаляются из сжигающих установок. Как правило, на трубах стоят специальные золоуловители, а более тяжелые элементы золы оседают в печи. Шлаки, образовавшиеся в топке, измельчают. Время от времени установку очищают от скопившейся золы и шлака, помещая эти отходы на специальные площадки – шлакоотвалы.

Класс опасности по ФККО

По федеральному классификационному каталогу отходов, золошлаковые, имеют 5 класс опасности, следовательно, считаются практически неопасными отходами, которые не угрожают состоянию окружающей среды.

Вред для здоровья человека

Оценивая золошлаки с точки зрения вреда для здоровья человека, можно столкнуться с разными выводами. Так, за рубежом такие отходы считаются неопасными, а в России их относят к 4 классу опасности, т.е. к малоопасным. В любом случае золошлаки нуждаются в правильной утилизации и переработке.

Перспективное конструктивное решение насыпного золоотвала с незамерзающей дренажной системой

Предлагаемая конструктивная схем дренированного золоотвала на непроницаемом или экранированном основании приведена на рисунках 3.12 и 3.13.

Основными элементами дренированного золоотвала являются: водоупорное (естественное или экранированное) основание 1, спланированное с уклоном к внутреннему дренажу с формированием внешней обваловки; дренирующий слой 2 толщиной 20-25 см (песчано-гравийная смесь, щебень, шлак), устраиваемый по всей площади основания; незамерзающий дренажный коллектор 3, обеспечивающий отвод во внешнюю емкость профильтровавшихся через толщу золы и загрязнившихся при этом атмосферных вод; поярусно наращиваемая дренажная призма 4, располагаемая над дренажным коллектором; золошлаки 5, отсыпаемые поярусно с уплотнением при оптимальной влажности; упрочняющие дренирующие прослойки 6, предотвращающие морозное пучение, переувлажнение, солифлюкционное оплывание и эрозионный размыв в поверхностном слое; экран 7 из суглинка, золобетона или пленки 8; утепленный дренажный выпуск 9; внешняя емкость 10 для сбора противофильтровавшихся стоков; рекультивационный слой, не перекрывающий центральный дренаж.

Преимущества предлагаемого технического решения состоят вследующем. Надежность сооружения обеспечивается без устройства внешнего дренажа, обычно промерзающего при малых инфильтрационных расходах и по этой причине весьма неэффективного. Планировка прилегающей территории с уклоном от золоотвала исключает поступление в него внешнего поверхностного стока. Осадки, выпадающие на поверхность насыпи и просачивающиеся в массив золошлаков, гарантированно отводятся по внутренней незамерзающей дренажной системе во внешнюю теплоизолированную емкость. Весенний сток накапливается в понижении над дренажом, что гарантирует быстрое оттаивание сезонномерзлой пробки в начале весны и последующую нормальную работу дренажа. Упрочняющие дренажные прослойки в поверхностном слое на откосах предотвращают его разжижение и оплывание в периоды сезонного оттаивания и обильных дождевых осадков, практически исключают пучение при сезонном промерзании насыпи.

Аналогично выполняется золоотвал более значительных размеров в плане, включающий несколько дренажных прорезей (рисунок 2.13).

По рассмотренному выше методу выполнено теплофизическое обоснование предлагаемой криогенной технологии возведения насыпного золоотвала. Исследованы три варианта технологии заполнения емкости золошлаковыми отходами в климатических условиях, обобщенных для характерных регионов области вечной мерзлоты (Центральная Якутия, Колыма, таблица 3.3.)- Однородное основание сложено суглинком; начальная температура вечномерзлого массива принята равной минус 2С. Нижнее граничное условие — постоянная температура мерзлого грунта на глубине 5 м также равна минус 2С. Теплофизические характеристики суглинка и золошлаковых отходов /81, 85/ (таблица 3.4) приняты по аналогу — проекту золоотвала Анадырской ТЭЦ.

Температура ЗШО на карте в процессе формирования очередного расчетного слоя равна 30С в период с 1 мая по 30 сентября, 25С в период с 1 октября по 30 ноября и 20С в период с 1 декабря по 30 апреля. В теплый период года отсыпка ЗШО осуществляется слоями толщиной 0,1м; в расчете принято, что эти слои условно мгновенно появляются на поверхности основания или ранее отсыпанного массива 15 и 30 числа каждого месяца. В холодный период года количество ЗШО возрастает вдвое и толщина расчетного слоя, появляющегося дискретно с шагом по времени 15 дней, принимается равной 0,2 м. «Зимние» слои также появляются 15 и 30 числа каждого месяца.

В технологической схеме I рассматривается отсыпка ЗШО на карту, заполняемую преимущественно в зимние периоды.

На первом этапе с 1 мая по 30 сентября на мерзлое основание отсыпается первый летний ярус ЗШО Н\\ в результате его теплового влияния основание оттаивает на глубину hTi.

На втором этапе с 1 октября по 1 декабря предусматривается перерыв в отсыпке, в течение которого летняя насыпь и оттаявшее под ней основание промораживаются; на стадии промораживания систематически удаляется снег с поверхности насыпи.

Золошлаковые материалы с ТЭЦ помогут восстановить красноярские земли

Золошлаковые материалы (ЗШМ), произведенные на красноярских теплоэлектроцентралях, стали применять для рекультивации нарушенных земель в Березовском районе Красноярского края. Золошлаки успешно используют для засыпки отработанных песчаных карьеров и в производстве строительных материалов, но возможный диапазон их применения гораздо шире.

В начале 2020 года все тепловые станции СГК в Красноярском крае получили положительные заключения государственной экологической экспертизы на техническую документацию по изготовлению золошлаковых материалов (ЗШМ). Все пробы золы и шлака, которые используются для производства материалов, прошли лабораторные исследования: на содержание тяжёлых металлов, нефтепродуктов, бензапирена, а также микробиологическую, агрохимическую и радиологическую экспертизу. Безопасность материалов подтверждена аккредитованными лабораториями.

Первые партии ЗШМ, классифицированные по ГОСТу 25100-2011 как техногенный дисперсный грунт, уже произвели Красноярской ТЭЦ-1 и использовали в Березовском районе.

В окрестностях Красноярска и даже в черте города — десятки опустошенных карьеров, для заполнения которых можно применять золошлаки с красноярских станций.


На трех городских ТЭЦ ежегодно образуется до 300 тысяч тонн золошлаков. Как материал их можно эффективно использовать в самых разных сферах деятельности. ЗШМ применимы при выполнении технического этапа (планировка, формирование откосов, отсыпка выемок и котлованов) рекультивации нарушенных земель, устранения последствий недропользования, вертикальной планировке территории, формирования промежуточного изолирующего слоя на полигонах с бытовыми отходами, а также в производстве стройматериалов и дорожном строительстве.

Похожие новости

15/06/2020

О российских ученых, чьи исследования известны по всему миру, а разработки успешно интегрированы в реальный сектор экономики. Уникальное оборудование для добычи битумной нефтиСкважинные виброисточники дебалансного типа, разработанные в Институте горного дела СО РАН руководителем научно-инженерного центра горных машин и геотехнологий Андреем Савченко с коллегами Артёмом Флянтиковым, Дмитрием Евстигнеевым, Михаилом Цуповым, применяются для увеличения добычи вязкой, битумной нефти, и поставляются в крупнейший нефтяной регион Китая –  Синьцзян-Уйгурский автономный район.

468

21/11/2015

Ведущие эксперты СО РАН поделились своим видением перспектив разведки и добычи нефти в России, а также роли углеводородного сырья в глобальной и национальной экономике. Сколько в России месторождений? Какова стратегия нефтяной отрасли в XXI веке? И наконец, насколько прогнозируемы мировые цены? В докладе научного руководителя  ИНГГ СО РАН академика Алексея Эмильевича Конторовича  прозвучал ответ на первый из вопросов подзаголовка.

1976

10/06/2020

Специалисты ИНГГ СО РАН провели виртуальные эксперименты, благодаря которым стала возможна дальнейшая работа по созданию новых фазоизменяемых материалов. Эти задачи в ИНГГ СО РАН выполнили в рамках междисциплинарного проекта с коллегами из двух институтов Сибирского отделения – ИТ СО РАН и ИХТТМ СО РАН.

627

06/09/2017

​Ученые Института химии и химической технологии ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (г. Новосибирск) решили проблемы переработки необогатимых руд уникального редкометального Чуктуконского месторождения.

1238

06/07/2016

​В пресс-центре «ТАСС-Сибирь» прошел круглый стол, посвященный инновационным подходам в сфере охраны окружающей среды.  Организатором мероприятия выступил департамент промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска.

2273

24/04/2020

​​Организаторы объединенной секции 58-й Международной научной студенческой конференции, посвященной физическим методам исследования и химии твердого тела, впервые провели заседания в дистанционном формате (в программе Zoom).

858

28/02/2016

Очередной шаг по превращению столицы Кузбасса в град угля и науки сделали сибирские ученые, определив основные направления работы Федерального исследовательского центра угля и углехимии. На прошедшей в Кемерове Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития углехимии в России: наука, технологии, производства» председатель Сибирского отделения РАН академик Александр Асеев вел речь о задачах, которые предстоит решить с помощью фундаментальных исследований в Кузбассе.

2206

23/10/2017

​​28-30 ноября 2017 года в г. Сыктывкар (Республика Коми) состоится 26-я научная конференция «Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента». Организаторами мероприятия выступают Федеральное агентство научных организаций, Российская академия наук, Уральское отделение РАН, Коми научный центр УрО РАН, Институт геологии Коми НЦ УрО РАН.

2008

29/11/2017

​20-24 ноября 2017 года состоялась научно-практическая конференция «Шелковый путь, Транссиб. Маршруты сопряжения: экономика, экология», в рамках которой прошел симпозиум «Проблемы развития систем особо охраняемых природных территорий трансграничных регионов на современном этапе», посвященный 100-летию заповедного дела и Году экологии в России.

1449

Возможные способы решения проблем энергетики

Необходимость уменьшения негативного влияния на среду обитания энергетики как никогда остро ставит вопрос экономии энергии. В первую очередь за счет уменьшения энергоемкости всех производственных процессов

Для этого нужны современные разработки, которые примут во внимание следующие моменты:

  • экономию энергии в быту;
  • приближение объектов выработки энергии к потребителю, что сокращает затраты за счет повышения КПД используемого топлива, одновременно снижая риск от тепловых загрязнений;
  • совершенствование физических и химических методов подготовки топлива для доведения его до безопасного и энергетически выгодного горючего;
  • модернизацию режимов горения;
  • совершенствование и разработка высокоэффективных очистных сооружений.

Разновидности шлакового продукта

В металлургической промышленности выделяют два продукта, оставшихся после переработки металла – это шлаки и зола. Среди отходов данного типа выделяются два основных: это остатки чёрной и цветной металлургии.

Отходы черной металлургии

В каждой стране, где развита металлургическая промышленность, имеются свалки, на которых хранятся, негативно воздействующие на окружающую среду остатки производства. Среди них остатки черной металлургии, к которым относятся:

  1. Шлаки – это остатки сырья, которые остались после переработки на производстве. Среди отходов есть такие, которые представляют ценность: титан, ванадий. Эти средства используют для изготовления строительных материалов.
  2. Керамическая труба, лом – такие отбросы проходят очищение и далее используются для изготовления других предметов.
  3. Окалины – это оксидовая смесь, которая образуется путём окисления. Окалины проходят переработку в цехах металлургических заводов, поскольку в них высокий процент железа.
  4. Шлам – это вид отхода, который образуется посредством деятельности на горнодобывающем участке. Получает шлам, когда происходит процесс промывания руды. Внешне они похожи на порошок, ил, стружку металла. Шламы  перерабатывают в удобрения, которые применяются в сельском и лесном хозяйствах.

Если отбросы черной металлургии проходят вторичную переработку, то их токсическое воздействие на окружающую среду снижается.

Отходы цветной металлургии

Остатки цветной металлургии являются наиболее опасными для всего живого. Частички металлов имеют свойство скапливаться в организме человека и в последствии приводят к различным заболеваниям, мутациям и изменениям в ДНК. Не исключается и летальный исход.

Существует три типа опасности, которую представляют цветные металлы:

  1. Первый тип – это металлы, которые представляют наибольшую опасность. Малейшая доза, которая попала в организм человека, в 99,9% случаев приводит к гибели. К таким металлам относят мышьяк, ртуть, цинк.
  2. Второй тип – это цветная металлургия, которая опасна на среднем уровне. Токсические элементы нарушают нервную, мышечную, кровеносную или пищеварительную систему. Следует избегать контакта с никелем, кобальтом, хромом.
  3. Третий тип – это низкий уровень опасности. Если небольшое количество элементов попадает в организм, угрозы для жизни нет. А увеличение может привести к отравлению. Один из таких металлов – это марганец.

Шлаковые отбросы при выплавке чугуна и стали

Остатки, которые встречаются после выплавки чугуна, подразделяются на несколько разновидностей:

  • доменные – мусор, образующийся после работы с чугуном, который бывает литейный, специальный и предельный;
  • сталеплавильные – к этой категории относится мусор, появившийся после выплавки стали.

Шлаки первой разновидности образуются вместе с чугуном, когда происходит плавка шихты. Она состоит из таких компонентов, как топливо, флюс и руда. К флюсу обычно относят известняк.

Шлак, который является не таким плотным, как металл, во время обработки всплывает над ним. Посредством такого процесса происходит отделение мусора от чугуна. Остатки, являющиеся продуктом переработки, из специального устройства выходят через специальное отверстие, а металл – через нижнее. Пройдя вторичную обработку, остаток оседает, а после того, как сливается чугун, вновь отправляется на переработку. Конечная цель вторичной переработки сырья – выделения металлических частичек из вторичного сырья.

Стойкие и распадающиеся материалы

Ещё один процесс, который происходит на металлургическом производстве, это остывание остатков. После того, как порода остынет, происходит образование камневидных, гранулированных и стекловидных пород.

Устойчивость тоже является фактором, который характеризирует шлак. Противоположностью                                 нераспадающихся пород являются:

  1. Силикатные, которые после утилизации распадается и превращаются в порошок, похожий на муку.
  2. Известковые – они самопроизвольно распадаются на отдельные кусочки твёрдого материала.
  3. Железистые. После переработки и воздействия на них влаги происходит растрескивание продукта.
  4. Марганцевые, процесс распада которых происходит после контактирования с влажной средой.

Вторичные продукты, которые получаются после переработки устойчивых металлов, используют для изготовления щебня.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.