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.
Основным потребителем ЗШО традиционно является строительная индустрия, но интерес строителей ограничивается, в основном, золой-уноса сухого золоудаления, так как она характеризуется относительно стабильными свойствами, поставляется в сухом виде и содержит мало угля, представляющего собой крайне нежелательную примесь в бетонах и растворах. ЗШО мокрого удаления практически не используются по причине нестабильного гранулометрического состава, высокой влажности (до 200%) и значительного (до 25%) содержания угля. Учитывая то, что объем таких ЗШО в 10…15 раз превышает объем золы-уноса, можно сделать вывод, что в лучшем случае утилизируется 7-10% вырабатываемых ЗШО. Ужесточение экологических нормативов по содержанию в строительных материалах хрома, ртути, кадмия и других токсичных веществ, содержащихся в золе, вообще ставит под угрозу саму возможность применения непереработанной золы в строительстве.
В то же время, концентрация угля, ферросилиция, оксида алюминия и некоторых других элементов и соединений в ЗШО достаточна для того, чтобы рассматривать их как сырье для получения ценных промышленных и энергетических продуктов. В 1 тонне ЗШО в среднем содержится 500-550 кг оксида кремния, 200-250 кг оксида алюминия, 100-200 кг высококачественного угля, 50-70 кг ферросилиция. Некоторые золы отличаются промысловыми концентрациями титана, ванадия, хрома, германия, редкоземельных элементов.
Наше предприятие разрабатывает и внедряет в промышленность технологии рециклинга зол и золошлаков энергетической индустрии и металлургии. Основной особенностью предлагаемых технологий переработки ЗШО является комплексное выделение большого ассортимента продуктов. Это выгодно отличает наше предложение от других распространенных решений, ориентированных на получение только 1-2 целевых продуктов, что для такого сложного сырья, как ЗШО, оказывается нерентабельным.
В процессе переработки ЗШО по предлагаемой схеме товарные продукты очищаются от примесей тяжелых и редких металлов. Последние переводятся в нерастворимые (безопасные для окружающей среды) соединения и могут быть в дальнейшем утилизированы.
Концептуально предлагаемый нами процесс переработки можно разделить на 3 ступени:
- Кондицирование отвальных золошлаков. Технология включает сушку золошлака и классификацию на фракции по крупности (шлаковый щебень, шлаковый песок, зола). Полученные материалы поставляются потребителям в строительной индустрии.
- Сепарация золошлака. Кроме сушки и фракционирования процесс включает выделение сопутствующих ценных компонентов физическими методами (магнитным, гравитационным и флотационным разделением). Технология позволяет дополнительно получать углерод, оксид железа, ферросилиций и микросферу.
- Глубокая переработка золы. Технология подразумевает полное разложение золошлака или некоторых его компонентов пиро- и гидрометаллургическими методами с разделением на основные оксиды и выделением сопутствующих ценных примесей. Большинство операций выполняется в водной среде, что исключает пыление и выбросы аэрозолей. Технология по сути безотходна, так как все конечные продукты имеют рыночную ценность и целевых потребителей.
Переход с низшей ступени на высшую позволяет существенно повысить стоимость получаемых продуктов и, соответственно, эффективность переработки (смотри таблицу).
Товарные продукты, получаемые на каждой ступени переработки ЗШО
Формула |
Продукт |
Выход, масс.% |
Область применения |
Цена, €/т |
первая ступень (инвестиции порядка 1 000 000 евро) |
||||
шлаковый щебень | 20…30 | заполнитель в бетон | 15 | |
шлаковый песок | 20…30 | заполнитель в бетон | 20 | |
зола-уноса | 40…60 | Активная добавка в бетон/цемент | 40 | |
Продажная цена продуктов переработки 1 тонны золы, евро | 30 | |||
вторая ступень (инвестиции порядка 5 000 000 евро) |
||||
шлаковый щебень | 20…30 | заполнитель в бетон | 15 | |
шлаковый песок | 20…30 | заполнитель в бетон | 20 | |
зола-уноса | 40…60 | активная добавка в бетон/цемент | 40 | |
уголь (графит, кокс) | 5…15 | мозвращение на ТЭЦ | 50 | |
ферромагнитные частицы | 5…10 | металлургия, производство цемента, | 70 | |
ферросилиций | 5…7 | металлургия | 350 | |
микросфера | 0,01…0,05 | специальные области | 300 | |
Продажная цена продуктов переработки 1 тонны золы, евро | 70 | |||
третья ступень (инвестиции порядка 10 000 000 евро) |
||||
уголь (графит, кокс) | 5…15 | мозвращение на ТЭЦ | 50 | |
ферросилиций | 5…7 | металлургия | 350 | |
микросфера | 0,01…0,05 | специальные области | 300 | |
Fe2O3 | оксид железа (III); (hematite) | 7…10 | производство красного пигмента | 1000 |
Fe3O4 | железная шпинель; (magnetite) | 7…15 | производство черного пигмента | 1000 |
SiO2 | аморфный оксид кремния; (microsilica; silicafume; белая сажа) | 50…70 | добавка в растворы/бетоны, адсорбент, компонент силикатных блоков | 2000 |
Al2O3 | аморфный оксид алюминия; (alumina) | 10…25 | ускоритель твердения цемента, производство корунда, алюминия | 2500 |
TiO2 | оксид титана (titania, titanium white) | 1…5 | катализатор, белый пигмент, производство титана | 3000 |
миноритарные оксиды: CuO, NiO, V2O5, Cr2O3, WO3, редкоземельные элементы | до 5 | сырье для цветной металлургии; содержит ценные и редкие элементы | ||
Продажная цена продуктов переработки 1 тонны золы, евро | 1800 |
На сегодняшний день нашим предприятием построены и успешно функционируют 3 предприятия переработки золы по первой ступени, 1 завод, работающий по технологиям второй ступени, ведется проектирование завода, использующего технологии третьей ступени.