Утилизация и переработка отходов ТЭЦ

В производственном цикле крупных промышленных и теплоэнергетических предприятий зачастую образуются производственные отходы, являющиеся побочным продуктом их технологического процесса. На ТЭЦ и ТЭС одной из важных проблем является хранение и утилизация шламовых и золошлаковых отходов.

Шламовые отходы химводоочистки предприятий теплоэнергетических комплексов являются серьезной проблемой в цикле этого производства. В настоящее время шлам практически не используется. На многих станциях шламонакопители переполнены, что вызывает необходимость строительства новых шламоотстойников большой площади. На сегодняшний день вывоз и утилизация шламовых отходов является одной из важнейших проблем технологического и экологического плана.

Между тем шламовые отходы химводоочистки могут представлять определенный интерес в качестве промышленного сырья для некоторых видов производства. За рубежом этот вид отходов находит применение в производстве керамических изделий, в дорожном строительстве и т.д. В России промышленные отходы, в том числе и шлам, до недавнего времени вообще не рассматривались в качестве возможного вторичного сырья, что, с одной стороны, было обусловлено наличием в больших объемах необходимых природных ресурсов, с другой - устоявшимся отношением к отходам как к ненужному материалу. Лишь в последнее десятилетие, в связи с ужесточением экологических требований к хранению и утилизации отходов, многие из них стали рассматриваться в качестве потенциального сырья.

Проведенные исследования показали, что в сухом состоянии шлам теплоэлектроцентралей обладает весьма высокой дисперсностью. Большая часть (75%) слагающих его твердых частичек имеет размеры в пределах 10-25 мкм. Рентгенографический анализ позволил установить, что шлам практически полностью состоит из карбоната кальция (СаСО₃) с небольшой примесью гидроокислов железа.

Обычно природные карбонатные материалы с подобным составом используются для производства воздушной извести. Однако в случае со шламовым отходом следует учитывать его высокую влажность, которая будет заметно снижать активность полученной извести. Только при внедрении на ТЭЦ системы обезвоживания шлама его можно будет использовать для производства извести.

Первым этапом работы являлось определение оптимального количества добавки шлама в керамическую шихту. Для этого в глину, являющуюся сырьевым материалом для производства красного кирпича, добавляли 10, 20, 30 и 40% сухого шлама.

Второй этап включал в себя изучение физико-механических свойств изделий со шламовой добавкой (пористость, плотность, прочность и др.).

В результате исследований было установлено, что наиболее оптимальным будет введение в состав керамической шихты шлама в количестве 15-20%. Именно при таком его содержании прочность изделий соответствует нормам, регламентированным ГОСТ 530-95, т.е. они выдерживают нагрузку не менее 500 кг на 1 см². При больших количествах шлама прочность керамических изделий заметно ухудшается, что обусловлено уменьшением плотности кристаллизационных контактов между спекшимися минеральными частицами в объеме изделий.

Другой не менее значимой проблемой теплоэнергетических предприятий, работающих на твердом топливе, является хранение и утилизация золошлаковых отходов. В настоящее время только в Российской Федерации и золоотвалах накоплено более 2 млрд. тонн золошлаков, и с каждым годом эта цифра увеличивается в среднем на 40 млрд. тонн. Одним из наиболее крупных потребителей золошлаковых материалов по праву является строительная индустрия. Существующие способы переработки данных отходов в этой сфере весьма разнообразны, что обусловлено различным вещественным составом присутствующих в них зольных компонентов. Поэтому для разработки рекомендаций по выбору рационального использования золошлаковых материалов необходимо как можно точнее знать их состав и свойства.

Оценка экологической опасности золошлаковых отходов показала, что макро- и микрокомпоненты золошлаков не представляют опасности для окружающей среды. Проведенный рентгенографический анализ показал, что золошлаковые отходы характеризуются относительно однородным вещественным составом. В основном они представляют собой сферические частицы кремнезема. В меньших количествах присутствует кварц (SiO₂), муллит (Al₄SiО₈) и кальцит (CaСO₃).

При таком составе целесообразнее использование зоошлаковых отходов для добавления в цемент. Модельные эксперименты по оптимизации состава цементной смеси с золошлаковым наполнителем показали, что при 15-20% золошлаков в клинкере прочность цементных камней увеличивается до 20-30%. В первую очередь это обусловлено значительным ускорением процессов гидратации компонентов цементного клинкера, что и приводит к ускоренному набору прочности изделий. Подобная закономерность связана с тем, что твердые частички золошлаковой добавки снижают энергию активации образующихся кристаллогидратных соединений цементного клинкера. По сути зола-унос и дробленный шлак являются своего рода центрами кристаллизации в цементной смеси, на которых происходит нуклеация новообразующихся минеральных фаз.

На основании проведённых экспериментов можно сделать заключение, что золошлаковые отходы могут использоваться в качестве минеральных наполнителей в производстве железобетонных конструкций, заменяя более дорогой природный песчаный материал. Более того, золошлаковые смеси могут найти применение и в технологии приготовления вяжущих растворов на основе портландцемента в качестве активных минеральных добавок. Использование их в подобном качестве позволяет сократить расход цемента на 20-25 % при обеспечении требуемого по нормативам показателям качества.