Президентская программа
исследовательских проектов

Ученые извлекли 99% несгоревшего углерода из угольной золы с ТЭС

28.05.2019 | Газета.ru

Ученые из Института металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова РАН исследовали методы извлечения магнитных материалов и углерода из золы, вырабатываемой тепловыми электростанциями. Оказалось возможным извлекать до 99% несгоревшего углерода для его вторичного использования. Работа опубликована в журнале Minerals. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.

Ежегодно на тепловой электростанции (ТЭС) № 4 в Омске после сжигания угля из Экибастузского месторождения Республики Казахстан остается около 230 тысяч тонн угольной золы – это около 45% массы сжигаемого угля. Зола не используется, а хранится на свалках вблизи реки Иртыш. Вода в реке может быть загрязнена в летнее время года, когда часть шламохранилища пересыхает и ветер разносит золу на многие сотни метров вокруг. Это, в свою очередь, может привести к значительному загрязнению Иртыша и прилегающих рек. Комплексная переработка золы позволит улучшить экологическую обстановку в городах и на прилегающих территориях источника и сохранит плодородные земли и чистоту рек.

Зола в основном содержит 20–35% глинозема (оксида алюминия), 50–65% кремнезема (применяемого в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий), 5–15% магнетита, до 6% несгоревшего углерода. Раньше ученые исследовали методы получения глинозема и керамики. При необходимости повторного использования всей золы нужно детальное изучение таких методов обогащения как, мокрая магнитная сепарация для разделение магнитных и немагнитных частиц, и флотация – для отделения «недожега» (несгоревший до конца уголь).

В своей работе авторы исследовали эффективность магнитной сепарации и флотации с использованием дизельного топлива, которое отличается высокой эффективностью и низкой ценой. Оказалось, что сухая магнитная сепарация золы повышает долю магнетита примерно в 2 раза. В то же время после мокрой магнитной сепарации концентрация магнетита увеличивается с 5,3% до 12,5%. Анализ показывает, что магнетитовый концентрат состоит в основном из магнетита, муллита и кварца. Содержание углерода в концентрате, полученном после флотации достигает примерно 20%.


Картинка: концентрат магнетита, снятый на сканирующем электронном микроскопе: (а) сфера с дендритными структурами магнетита, (б) сфера с гексагональными объемными агломератами магнетита, (в) сфера со структурами звезд из магнетита, (г) отдельные субмикронные пирамидальные кристаллы магнетита, связанные в структуру звезды. Источник: Dmitry Valeev et al. / Minerals, 2019

«Исследование направлено на изучение процессов обогащения золы за счет выделения в концентрат магнитной составляющей, содержащей железо и несгоревший до конца углерод. Сами по себе эти концентраты могут представлять интерес для предприятий цветной металлургии и химической промышленности. Однако основной упор сделан на получение концентрата с минимальным количеством оксида железа и углерода. Магнетит является главной примесью в нашей технологии. Это связано с тем, что в процессе выделения алюминия из алюмосиликатного концентрата соляной кислотой он также переходит в раствор, загрязняя его. Углерод останется в нерастворимом кислотой остатке, который планируется использовать в строительной отрасли. Но даже небольшое количество углерода снижает механические свойства строительных материалов. В дальнейшем из растворов, содержащих хлорид алюминия, предполагается выделять соль алюминия, из которой можно получать глинозем, а из него – металлический алюминий. Таким образом, главный акцент в исследовании сделан на комплексность переработки золы с получением в конечном итоге глинозема для металлургической отрасли», – рассказывает старший научный сотрудник Лаборатории проблем металлургии комплексных руд имени академика И. П. Бардина, кандидат технических наук Дмитрий Валеев.

В работе также приняли участие ученые из Института проблем комплексного освоения недр им. Н.В. Мельникова Российской академии наук (Москва, Россия), Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева и Университета науки и технологий Джангсу (Китай).

Возврат к списку