Президентская программа
исследовательских проектов

Найден способ снизить количество токсичных отходов при сжигании угля

19.03.2019 | Индикатор
Фото взято из открытых источников

Российские металлурги разработали новый эффективный способ утилизации компонентов золы после сжигания угля на теплоэлектростанциях (ТЭС). Технология позволит увеличить степень переработки золы до 100% и тем самым снизить количество токсичных отходов. Полученные продукты на основе оксидов алюминия, кремния и железа могут стать ценным ресурсом для промышленности России. Результаты работы представлены в Journal of Cleaner Production. Исследование поддержано в рамках Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).

«При внедрении разрабатываемой технологии произойдет качественное улучшение экологической обстановки в крупных городах. Благодаря отсутствию золоотвалов будут сохранены тысячи гектаров плодородной земли и получены ценные компоненты для промышленности России», — отмечает руководитель проекта Дмитрий Валеев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (Москва).

Сегодня человечество стремится к уменьшению количества токсичных отходов. В первую очередь, это важно для нашего собственного здоровья: воздух, которым мы дышим, вода, которую мы пьем, и пища, которую мы едим, — все это подвержено загрязнению. Поскольку огромное число промышленных предприятий выделяет миллионы тонн пыли, зол и ядовитых газов, необходимо приложить все усилия, чтобы минимизировать их вредное воздействие.

Одно из наиболее грязных производств — энергообеспечение. В России 27% от общего числа выбросов приходится на энергетику. Многие теплоэлектростанции в качестве сырья используют уголь. Причем он сгорает не полностью: например, на двух омских ТЭС доля остатка от используемого угля достигает 40%, что приводит к огромному выбросу отходов. Ежегодно в Омске образуется около 1,5 миллионов тонн угольной золы, а перерабатываются из них не более 5–10%. Всего в золоотвалах вблизи города уже накоплено более 75 миллионов тонн отходов.

Кроме того, транспортировка золы в хранилища — трудоемкий процесс, требующий большого количества воды. При хранении необходимо также постоянно насыщать золоотвалы влагой, которая со временем вымывает токсичные элементы: мышьяк, селен, свинец и ртуть. С грунтовыми водами эти ядовитые вещества переносятся на большие расстояния и загрязняют реки и почву. Несмотря на меры предосторожности, летом часть золоотвала успевает пересыхать, и под действием ветра возникают пылевые бури, которые загрязняют воздух и близлежащие почвы. На здоровье человека также оказывается негативное влияние: воздух, содержащий частицы золы, при вдыхании вызывает хронические заболевания легких. Но так же, как и бытовые, угольные отходы могут быть разделены и переработаны. Большая часть составляющих золы — оксиды кремния, алюминия, железа и недожженный углерод — представляет существенный интерес для металлургических заводов и предприятий химической промышленности. В исследовании ученые показали возможность получить богатые концентраты оксидов железа и углерода. Железный концентрат используют для того, чтобы получить железный порошок, а углеродный отправляют обратно на сжигание в ТЭС.

Главный акцент в исследовании сделан на максимальное извлечение алюминия. Для этого впервые применили автоклавный процесс с использованием соляной кислоты. Автоклав — это герметичный аппарат, позволяющий повышать температуру раствора существенно выше температуры кипения. С его помощью скорость химической реакции значительно ускоряется. Это особенно важно при выделении алюминия, так как он присутствует в золе в виде трудноразрушаемого минерала муллита, из которого делают огнеупорную керамику. В результате применения новой методики ученым-металлургам удалось извлечь алюминий на 95%. Получаемый хлорид алюминия можно использовать в качестве коагулянта — реагента, используемого для очистки питьевых и сточных вод. При этом его себестоимость снижается на 25% по сравнению с существующей технологией, где в качестве исходного сырья используется гидроксид алюминия.

Работа отвечает на несколько вызовов Стратегии научно-технического развития РФ: качественное изменение характера энергетических систем, исчерпание возможностей экономического роста России, основанного на экстенсивной эксплуатации сырьевых ресурсов, а также возрастание антропогенных нагрузок на окружающую среду до масштабов, повышающих риски для здоровья и жизни граждан.

В проекте также принимали участие сотрудники из Института проблем комплексного освоения недр имени академика Н.В. Мельникова РАН и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС».

Возврат к списку