Блог

Мы живем в индустриальную эпоху, когда материальность окружающего нас мира все стремительнее вовлекается в бездонную сферу потребительских интересов. Все больше вокруг нас вещей, сделанных из радикально преобразованных элементов неживой природы. Это и пластики, и металлы, и стекло, и всевозможные композиты. Несть им числа, но неутолимая жажда потребления требует еще, еще, еще…

С наслаждением потребляя переделанную под себя окружающую среду, человечество мало задумывается о цене такой глобальной переделки. И очень напрасно. Ведь в процессе получения 1 тонны материи с улучшенными потребительскими характеристиками неизбежно образуется 2…3, а то и 10 тонн материи с характеристиками очень сильно ухудшенными – так называемых, промышленных отходов. Эта неизбежность диалектична по природе, и при существующем подходе человека к материальным ресурсам обойти ее невозможно. В результате очень скоро индустриальное человечество гарантированно захлебнется в отходах собственной жизнедеятельности. Первые пароксизмы этого уже вовсю содоргают обитаемый мир. Прорыв хранилища красного шлама в Венгрии, отравление земли расползающейся сланцевой золой в странах Балтии, пыльные бури, налетающие на возделанные поля с золоотвалов угольных ТЭС, лунный ландшафт из терриконов и безжизненные шлаковые отвалы – вот неполный перечень явлений изнанки индустриального благополучия, все чаще уродующих его красивую лицевую сторону.

В чем же коренная проблема подхода человечества к наличествующим ресурсам? Она в узко понятой утилитарности: любой элемент материального мира рассматривается как источник одного-единственного полезного продукта. Из боксита выделяют окись алюминия, из железной руды – окись железа, из угля – горючие вещества. Все остальное – будь там хоть золото с алмазами – безжалостно направляется в отвалы. Так проще, и так, до недавнего времени, было дешевле.

Сегодняшнее человечество начинает расплачиваться за эту простоту и дешевизну человечества вчерашнего. Приходит осознание, что с этими миллионами тонн отходов надо что-то делать. И даже предпринимаются попытки решения этой проблемы, но, как и прежде, узость понимания вопроса значительно сужает спектр возможных решений. Самое часто принимаемое из них – закопать под землю! То есть, просто убрать с глаз. А дальше – пусть болит голова у человечества завтрашнего.

Мы утверждаем, что единственный путь, который позволит радикально решить проблему промышленных отходов – полное их разделение на коммерчески востребованные продукты. Ключевое понятие здесь – «полное», ведь если в ходе переработки отходов образуются некие другие отходы, то мы просто заменяем на свалке один опасный мусор другим, зачастую более опасным. Кроме того, это - единственный путь, который делает борьбу с отходами экономически выгодной, в отличие от заведомо нерентабельных попыток использовать отходы как источник какого-то одного ценного продукта (или свойства) в соответствии со старой парадигмой.

Предлагаем рассмотреть наш подход на примере утилизации нескольких широко распространенных отходов.

Золошлак от сжигания угля.

(Зола – полиминеральное сырье будущего)

Не секрет, что промышленная революция стала возможной благодаря освоению угля как источника энергии. Более того, с начала этой революции и по сегодняшний день уголь был основным, а до 20 века – и единственным высококонцентрированным источником энергии для нужд промышленности и энергетики. Широкое применение угля привело к тому, что в мире накоплены огромные количества остатков от его сжигания – зол и золошлаков. Эти отходы традиционно складируют в золоотвалах, которые имеют тенденцию разрастаться, уменьшая и без того дефицитную площадь обитаемой суши. Золошлаки пытаются использовать, в основном, для засыпки старых выработок, подсыпки дорог, как заполнитель в бетон – то есть, как инертный материал вроде песка и щебня. Но зола – не инертна, это очень активная субстанция. Под воздействием дождевой воды, воздуха и солнца в ней протекает множество химических процессов. Некоторые из них способны разрушить бетон, в который золу неосторожно добавили. Другие приводят к выделению растворимых соединений токсичных тяжелых металлов – в частности, ртути. Эти соединения попадают в воду и отравляют сельскохозяйственные земли.

В то же время зола содержит в себе практически все элементы таблицы Менделеева, в том числе редкие и благородные металлы. Выделять их согласно старой парадигме – в качестве единственного целевого продукта – зачастую невыгодно из-за низкого содержания, да и проблему золы как отхода это не решает.

Картина меняется, если рассматривать золу как поликомпонентное сырье. В результате ее переработки по предлагаемым нами технологиям в качестве основных продуктов получаются оксиды кремния, алюминия, железа и кальция, причем, и это очень важно, достаточно высокой степени чистоты, что значительно повышает их рыночную стоимость. Так, стоимость технического оксида кремния – несколько долларов за тонну. А стоимость чистого оксида кремния в виде «белой сажи» - в 1000 раз больше.

Кроме основных оксидов, при полном разделении золы на компоненты становится возможным выделение и утилизация миноритарных примесей. А в их число входят уже более интересные соединения: это и двуокись титана, и оксиды ванадия, и соединения скандия, и редкоземельные металлы, и платиноиды, серебро и золото…

По скромным оценкам, продукты, полученные при разделении 1 тонны золы имеют рыночную стоимость около 2000 долларов. Но в некоторых золах содержание ценных примесей бывает таким, что стоимость переработанной золы превышает 10000 долларов за тонну.

Красный шлам.

Красный шлам – это многотоннажный отход, образующийся при получении глинозема из бокситов по методу Байера: получение 1 тонны глинозема сопровождается образованием 2 и более тонн красного шлама. Этот отход представляет собой агрессивную сильнощелочную пульпу, которую складируют в огромных шламохранилищах и не знают, что с ней делать. Хранилища периодически разрушаются, что приводит к крупным экологическим катастрофам.

Основным путем утилизации красного шлама на сегодня, учитывая высокое содержание в нем железа, является переработка его в чугун. Но процесс этот сложен, так как, в отличие от железной руды, шлам очень трудно обогащается, приходится переплавлять его с «пустой» минеральной частью, что приводит к накоплению нового отхода – металлургического шлака. Кроме того, при этом не выделяют другие ценные компоненты.

А они в красном шламе есть, и весьма интересные. Это и металлы платиновой группы, и тот же скандий, и титан, и цирконий, и редкоземельные элементы. В зависимости от происхождения бокситов, цена входящих в состав красного шлама элементов (при условии их разделения на чистые вещества) составляет 5…12 тысяч долларов.

Сланцевая зола.

В отличие от нефти и угля, содержащих много энергии, но встречающихся достаточно редко, горючий сланец распространен весьма широко, но относительно беден энергией. Если зольность качественного угля не превышает 10…15%, то для сланцев этот показатель в 3…4 раза выше. Соответственно, и золы при сжигании сланца образуется в 3…4 раза больше, чем при сжигании угля. Кроме этого, сланцевая зола содержит очень много извести и свободной окиси кальция, что делает ее высокоагрессивным веществом.

Первоначально направлений утилизации сланцевой золы было 2: изготовление строительных материалов (высокое содержание окиси кальция позволяет рассматривать сланцевую золу как некий аналог извести, правда, не очень высокого качества – большое количество примесей сильно портит цвет) и раскисление болотистых почв. Правда, второй путь вскоре продемонстрировал свою ошибочность: из-за высокого содержания в золе тяжелых металлов и легкости их усвоения растениями на кислых почвах, среди людей, потреблявших эти растения, вскоре начались эпидемии хронических отравлений, вплоть до случаев массового облысения детей. Поэтому сегодня от такого применения отказались.

Наша технология позволяет разделить сланцевую золу на высококачественную чистую белоснежную известь, чистые оксиды кремния, алюминия и железа, а также выделить в чистом виде примесные элементы, среди которых титан, цирконий, молибден и другие вещества, общей стоимостью до 5 тысяч долларов за тонну.

Таким образом предлагаемая нами концепция переработки заключается в полном разделении промышленного отхода на составляющие его элементы. Все эти вещества, будучи получены в чистом виде, ликвидны и имеют высокую рыночную стоимость, что обеспечивает рентабельность переработки. Кроме того, территория бывшего хранилища отходов полностью освобождается и может быть перепрофилирована для строительства или сельского хозяйства, что значительно повышает стоимость земельного участка.

Концепция основана на пакете технологий, основанных на гидрометаллургических процессах с обязательным рециклингом действующих реагентов. Одно из главных качеств предлагаемых нами решений – отказ от применения высокоагрессивных реагентов, типа концентрированных кислот, что снижает опасность техногенных экологических катастроф в случае нештатных ситуаций. Другое важное качество- полное отсутствие отходов и сбросов; перерабатываемый материал разделяется и утилизируется полностью. Для каждого вида отходов подбирается своя последовательность технологических операций, позволяющая оптимизировать процесс переработки и минимизировать затраты времени и энергии.

 

Основным экономически доступным и перспективным энергоносителем, добываемым в ЕС, есть уголь. Поэтому крупнейшие ТЭС и ГРЭС являются угольными. В то же время, угольная энергетика относится к наиболее экологически опасным, так как количество отходов на единицу выработанной энергии у угля максимально. В частности, после сжигании угля остаются золошлаковые отходы (далее — ЗШО), объем которых превышает 1/5 количества исходного угля и в абсолютных цифрах для ЕС достигает 1 млн. тонн в год. Кроме проблемы отчуждения земель под золоотвалы, ЗШО представляют и серьезную экологическую опасность, так как содержат растворимые вещества (в том числе соли тяжелых металлов), которые вымываются дождями и проникают в грунтовые воды, отравляя их. Следовательно, золоотвалы — это постоянно действующий источник загрязнения воды и почвы, приводящий к неэффективному использованию земельных ресурсов и снижающий рыночную стоимость окружающей земли, зданий и сооружений. Это доказывает актуальность проблемы утилизации ЗШО и необходимость поиска новых областей их использования.

Вторая жизнь золоотвалов

Анализ ситуации с утилизацией угольных зол ТЭС показывает двойственность существующей проблемы. С одной стороны, рынок качественной золы ненасыщен, поставщики завышают цены, но золы все равно не хватает. С другой стороны, экологи говорят об огромных площадях, отчужденных под золоотвалы, об миллионах тонн токсичных, никому не нужных отходов. Как же так?

На самом деле противоречия нет, просто речь идет о разной золе. Та, которая пользуется спросом и которой не хватает – зола–унос. Это зола, которую уносит выходящий из топок дым. Она мелкая, сухая и достаточно чистая. С ней легко работать, ее удобно доводить до требований стандартов. У нее есть только один недостаток – этой золы мало. Дым уносит не более 10% зольных частиц. А остальная зола вместе со сплавленным в комки шлаком удаляется на золоотвалы. Чаще всего для этого используют поток воды – так называемое мокрое золоудаление. Но даже если золу удаляли сухим способом, она увлажняется уже на золоотвале. В результате получается смесь частиц различных размеров, нестабильная по качеству и очень мокрая. В таком виде ее практически невозможно кондицировать – привести в соответствие с требованиями стандартов. А сушить ее – дорого и сложно. Вот и приходится либо терпеть золоотвалы, либо пытаться засунуть эту золошлаковую смесь хоть куда нибудь – например, в старые шахты.

Сытый век дешевых нефти и газа подходит к концу. Этот прискорбный факт осознает все большее число землян, от рядовых граждан до крупных бизнесменов и правительств. А осознав, начинают искать способы предотвратить надвигающийся энергетический голод. В результате таких поисков проявляются проекты использования энергии ветра и солнца, приливов и вулканов. Даже бытовой мусор пытаются превратить в энергию.

Все эти проекты весьма полезны с точки зрения упражнения ума. Но, в то же время, они поучительны как иллюстрация тщетности человеческих потуг. На самом деле, ветер – стихия весьма переменчивая и не желающая дуть ровно и сильно круглые сутки. Солнце дает достаточно энергии только безоблачным днем и только в узкой полосе около экватора. На приливах много энергии не выработаешь, связываться с вулканами – достаточно опасно, а сжигание мусора, снижая остроту одних проблем, тут же создает другие, экологические – ведь с токсичным дымом горящей пластмассы и не менее токсичными шлаками нужно что-то делать.