Attrezzature per la produzione di cenere di legno. Utilizzo di ceneri e scorie provenienti da centrali termoelettriche

Aziende energetiche Territorio di Krasnojarsk e la Repubblica di Khakassia, parte del gruppo Siberian Generating Company, venduta e messa in circolazione economica nel 2013 662,023 migliaia di tonnellate di ceneri e scorie (ASW).

Nel corso dell'anno, la filiale di Krasnoyarsk della SGK ha aumentato del 4% il volume della partecipazione dei rifiuti di ammoniaca al fatturato economico, da 637.848 migliaia di tonnellate nel 2012 a 662.023 migliaia di tonnellate nel 2013.

Lo consente la crescita del fatturato economico delle ceneri e dei rifiuti di scorie (un sottoprodotto della combustione del carbone nelle centrali termoelettriche). ridurre il carico sull’ambiente nelle città in cui l’azienda opera. Vale la pena notare che la maggior parte dei rifiuti di ceneri e scorie (625,5 mila tonnellate) lo scorso anno è stata utilizzata per la vendita di grandi progetto ambientale per la bonifica della discarica di ceneri n. 2 della centrale elettrica del distretto statale di Nazarovo. La bonifica di una discarica di ceneri di scarto con una superficie di 160 ettari, situata nella zona del fiume Chulym, consentirà di restituire queste terre all'uso economico. Ad esempio, dopo alcuni potrebbero apparire spazi verdi.

Inoltre, la filiale di Krasnoyarsk della SGK continua a vendere ceneri e scorie alle imprese del settore edile. L'azienda ha iniziato a vendere ceneri secche e scorie nel 2007. All’epoca furono vendute solo 7mila tonnellate di rifiuti. Nel 2013 i volumi di vendita sono stati pari a 36.525 mila tonnellate di ceneri e scorie. Pertanto, i volumi medi annuali di vendita di ceneri e scorie sono aumentati nel corso dei 6 anni di attività in questo mercato più di cinque volte. T Questo aumento della domanda indica che i costruttori apprezzano molto questo tipo di materia prima. Allo stesso tempo, i rifiuti di ceneri e scorie vengono acquistati non solo dalle imprese del territorio di Krasnoyarsk, ma anche da altre regioni della Russia.

Grazie al lavoro attivo di SGC in questa direzione, lo scorso anno il volume dei rifiuti di ceneri venduti e coinvolti nel fatturato economico (662.023 migliaia di tonnellate) si è rivelato superiore del 34% alla quantità di rifiuti di ceneri e scorie generati dalle imprese energetiche di il ramo (495 mila tonnellate).

Nel 2014, la filiale di Krasnoyarsk della SGK continuerà a lavorare per includere le ceneri e le scorie nella circolazione economica, riducendo così il loro accumulo e riducendo il carico sull'ambiente. Proseguiranno i lavori di bonifica del deposito di cenere n. 2 della centrale elettrica del distretto statale di Nazarovskaya. Inoltre, l'azienda sta valutando opportunità e espansione del mercato commercializzazione di ceneri e scorie secche e per le esigenze non solo del settore edile, ma anche di altri settori.

Utilizzo di ceneri e scorie di scarto delle centrali termoelettriche in edilizia

Durante le attività delle imprese di energia elettrica vengono generate molte ceneri e scorie. La fornitura annuale di discariche di cenere nel territorio di Primorsky va da 2,5 a 3,0 milioni di tonnellate all'anno, nel territorio di Khabarovsk - fino a 1,0 milioni di tonnellate (Fig. 1). Nella sola città di Khabarovsk, più di 16 milioni di tonnellate di ceneri sono immagazzinate in discariche di cenere.

I rifiuti di ceneri e scorie (ASW) possono essere utilizzati nella produzione di vari calcestruzzi, malte, ceramiche, materiali termici e impermeabilizzanti e nella costruzione di strade, dove possono essere utilizzati al posto di sabbia e cemento.
Le ceneri volanti secche provenienti dai precipitatori elettrici del CHPP-3 sono quelle più ampiamente utilizzate. Ma l’utilizzo di tali rifiuti a fini economici è ancora limitato, anche a causa della loro tossicità. Accumulano una quantità significativa di elementi pericolosi.
Le discariche sono costantemente polverose, le forme mobili degli elementi vengono attivamente dilavate dalle precipitazioni, inquinando l'aria, l'acqua e il suolo.
L'uso di tali rifiuti è uno dei più problemi attuali. Ciò è possibile rimuovendo o estraendo componenti dannosi e preziosi dalle ceneri e utilizzando la massa di ceneri rimanente nel settore edile e nella produzione di fertilizzanti.

Brevi caratteristiche dei rifiuti di ceneri e scorie

Nelle centrali termoelettriche esaminate, la combustione del carbone avviene ad una temperatura di 1100-1600o C.
Quando la parte organica del carbone viene bruciata, si formano composti volatili sotto forma di fumo e vapore, e la parte minerale non combustibile del combustibile viene rilasciata sotto forma di residui focali solidi, formando una massa polverosa (cenere), come nonché scorie in pezzi.
La quantità di residui solidi per carboni duri e lignite varia dal 15 al 40%.

Il carbone viene frantumato prima della combustione e, per una migliore combustione, spesso viene aggiunto olio combustibile in una piccola quantità dello 0,1-2%.
Quando il combustibile polverizzato viene bruciato, le particelle piccole e leggere di cenere vengono trasportate dai gas di combustione e vengono chiamate ceneri volanti. La dimensione delle particelle di ceneri volanti varia da 3-5 a 100-150 micron. La quantità di particelle più grandi solitamente non supera il 10-15%.

Le ceneri volanti vengono raccolte dai raccoglitori di ceneri.
Nel CHPP-1 a Khabarovsk e nel CHPP di Birobidzhan, la raccolta delle ceneri avviene a umido utilizzando scrubber con tubi Venturi; nel CHPP-3 e CHPP-2 a Vladivostok, avviene a secco utilizzando precipitatori elettrici.
Le particelle di cenere più pesanti si depositano sul flusso inferiore e si fondono in scorie, che sono particelle di cenere aggregate e fuse di dimensioni variabili da 0,15 a 30 mm.
Le scorie vengono frantumate e rimosse con acqua. Le ceneri volanti e le scorie frantumate vengono prima rimosse separatamente, quindi mescolate per formare una miscela di ceneri e scorie.

Oltre alla cenere e alle scorie, la composizione della miscela di ceneri e scorie contiene costantemente particelle di carburante incombusto (sottocombustione), la cui quantità è del 10-25%. La quantità di ceneri volanti, a seconda del tipo di caldaia, del tipo di combustibile e della modalità di combustione, può rappresentare il 70-85% della massa della miscela, le scorie il 10-20%.
La polpa di cenere e scorie viene rimossa nel deposito ceneri attraverso tubazioni.
Durante il trasporto idraulico e nello scarico delle ceneri e delle scorie, le ceneri e le scorie interagiscono con l'acqua e l'anidride carbonica presenti nell'aria.
In essi si verificano processi simili alla diagenesi e alla litificazione. Si erodono rapidamente e, una volta essiccati ad una velocità del vento di 3 m/sec, iniziano a generare polvere.
Il colore dello ZShO è grigio scuro, stratificato in sezione trasversale, dovuto all'alternanza di sbuffi di grana diversa, nonché alla deposizione di schiuma bianca costituita da microsfere cave di alluminosilicato.
La composizione chimica media delle ceneri delle centrali termoelettriche censite è riportata nella seguente Tabella 1.

Tabella 1. Limiti del contenuto medio dei principali componenti delle ceneri

Il contenuto di Ni, Co, V, Cr, Cu, Zn non è superiore allo 0,05% di ciascun elemento.
Grazie alla loro forma sferica regolare e alla bassa densità, le microsfere hanno le proprietà di un eccellente riempitivo in un'ampia varietà di prodotti. Aree promettenti per l'uso industriale delle microsfere di alluminosilicato sono la produzione di materiali sferoplastici, materiali termoplastici per segnaletica stradale, fluidi per cementazione e perforazione, ceramiche termoisolanti radiotrasparenti e leggere per l'edilizia, materiali termoisolanti non infiammabili e calcestruzzo resistente al calore.

Le microsfere si trovano all'estero ampia applicazione in vari settori. Nel nostro Paese l'utilizzo delle microsfere cave è estremamente limitato e vengono smaltite insieme alle ceneri in discariche ceneri.
Per le centrali termoelettriche le microsfere sono “materiale dannoso” che intasa i tubi di riciclo dell’acqua. Per questo motivo è necessario sostituire completamente le tubazioni in 3-4 anni oppure effettuare lavori di pulizia complessi e costosi.

La massa inerte della composizione di alluminosilicato, costituente il 60-70% della massa dell'allumina, viene ottenuta dopo aver rimosso (estratto) dalle ceneri tutti i suddetti concentrati e componenti utili e la frazione pesante. Nella composizione è vicino alla composizione generale della cenere, ma conterrà un ordine di grandezza in meno di ferro, oltre a quelli dannosi e tossici.
La sua composizione è principalmente alluminosilicato. A differenza della cenere avrà una composizione granulometrica più fine ed uniforme dovuta alla macinazione precedente all'estrazione della frazione pesante.
Sull'ambiente e proprietà fisiche e chimiche può essere ampiamente utilizzato nella produzione di materiali da costruzione, nell'edilizia e come fertilizzante - sostituto della farina di lime (meliorant).

I carboni bruciati nelle centrali termoelettriche, essendo assorbenti naturali, contengono impurità di molti elementi preziosi (Tabella 2), tra cui terre rare e metalli preziosi. Quando bruciati, il loro contenuto nelle ceneri aumenta di 5-6 volte e può risultare di interesse industriale.
La frazione pesante estratta per gravità mediante impianti avanzati di arricchimento contiene metalli pesanti, compresi quelli preziosi. Attraverso la finitura, dalla frazione pesante vengono estratti i metalli preziosi e, man mano che si accumulano, altri componenti preziosi (Cu, rari, ecc.).
La resa dell'oro dai singoli depositi di cenere studiati è di 200-600 mg da una tonnellata di ceneri.
L'oro è sottile e non può essere recuperato con metodi convenzionali. La tecnologia utilizzata per estrarlo è il know-how.

Molte persone sono coinvolte nel riciclaggio dei rifiuti. Sono note più di 300 tecnologie per la loro lavorazione e utilizzo, ma sono per lo più dedicate all'uso delle ceneri nell'edilizia e nella produzione di materiali da costruzione, senza intaccare l'estrazione di componenti sia tossici e nocivi, sia utili e preziosi.

Abbiamo sviluppato e testato in laboratorio e in condizioni semiindustriali uno schema di base per il trattamento dei rifiuti solidi urbani e il loro completo smaltimento.
Lavorando 100mila tonnellate di ASW si possono ottenere:
- carbone secondario – 10-12 mila tonnellate;
- concentrato di minerale di ferro – 1,5-2 mila tonnellate;
- oro – 20-60 kg;
- materiale da costruzione (massa inerte) – 60-80 mila tonnellate.

A Vladivostok e Novosibirsk sono state sviluppate tecnologie simili per il trattamento dei rifiuti solidi urbani, sono stati calcolati i possibili costi e sono state fornite le attrezzature necessarie.
Estrazione dei componenti utili e riciclaggio completo dei rifiuti ceneri e scorie mediante l'utilizzo di proprietà utili e la produzione di materiali da costruzione libererà lo spazio occupato e ridurrà l’impatto negativo sull’ambiente. Il profitto è un fattore desiderabile ma non decisivo.
I costi di lavorazione delle materie prime tecnogeniche per ottenere prodotti e la simultanea neutralizzazione dei rifiuti possono essere superiori al costo del prodotto, ma la perdita in questo caso non dovrebbe superare i costi di riduzione dell'impatto negativo dei rifiuti sull'ambiente. E per le imprese energetiche, il riciclaggio delle ceneri e dei rifiuti di scorie significa ridurre i costi tecnologici per la produzione principale.

Letteratura

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V.V. Salomatov, dottore in scienze tecniche Istituto di Termofisica SB RAS, Novosibirsk

Ceneri e scorie provenienti da centrali termoelettriche che utilizzano carbone di Kuznetsk e modalità del loro riciclaggio su larga scala

La scala di trattamento dei rifiuti solidi delle centrali termoelettriche a carbone oggi è estremamente bassa, il che provoca l'accumulo di enormi quantità di ceneri e scorie nelle discariche di cenere, richiedendo la rimozione di aree significative dalla circolazione.

Nel frattempo, le ceneri e le scorie del carbone di Kuznetsk (KU) contengono componenti preziosi, come Al, Fe e metalli rari, che sono materie prime per altri settori. Tuttavia, con i metodi tradizionali di combustione di questi carboni, non è possibile utilizzare ceneri di carbone e scorie su larga scala, poiché a causa della formazione di mullite sono altamente abrasive e chimicamente inerti verso molti reagenti. I tentativi di utilizzare ceneri e scorie di tale composizione mineralogica nella produzione di materiali da costruzione portano ad un'intensa usura delle apparecchiature tecnologiche e ad una diminuzione della produttività dovuta al rallentamento dei processi fisici e chimici di interazione dei componenti della cenere con i reagenti.

È possibile evitare la mullitazione delle ceneri di carbone di Kuznetsk cambiando condizioni di temperatura bruciandoli. Pertanto, l'utilizzo di un letto fluido per la combustione del carbone a 800...900 oC permette di ottenere ceneri meno abrasive, e le sue fasi mineralogiche principali saranno la metacaolinite, ?Al2O3; quarzo, fase vetrosa.

Utilizzo di ceneri e scorie provenienti da centrali termoelettriche durante la combustione a bassa temperatura di HRSG

Quantità di scorie e ceneri provenienti dalla più tipica centrale termoelettrica energia elettrica 1295/1540 MW ed una capacità termica di 3500 Gcal/h sono circa 1,6...1,7 milioni di tonnellate all'anno.

Composizione chimica delle ceneri di carbone di Kuznetsk:

SiO2 = 59%; Al2O3 = 22%; Fe2O3 = 8%; CaO = 2,5%; MgO = 0,8%; K2O = 1,4%; Na2O = 1,0%; TiO2 = 0,8%; CaSO4 = 3,5%; C = 1,0%.

L'uso delle ceneri di carbone di Kuznetsk è più efficace nella produzione di solfato di alluminio e allumina utilizzando tecnologie kazake Istituto Politecnico. In base alla composizione materiale delle ceneri HRSG e alla sua quantità, lo schema di riciclaggio è presentato nella Figura 1.

In Russia vengono prodotti solo 6 tipi speciali di allumina, mentre solo in Germania ce ne sono circa 80. La loro gamma di applicazioni è molto ampia: dall'industria della difesa alla produzione di catalizzatori per l'industria chimica, dei pneumatici, leggera e altre. Il fabbisogno di allumina nel nostro paese non è coperto dalle nostre risorse, per cui parte della bauxite (materie prime per la produzione di allumina) viene importata dalla Giamaica, Guinea, Jugoslavia, Ungheria e altri paesi.

L'uso delle ceneri di carbone di Kuznetsk migliorerà in qualche modo la situazione con la carenza di solfato di alluminio, che è un mezzo per trattare i rifiuti e bevendo acqua, e utilizzato anche in grandi quantità nei settori della pasta e della carta, della lavorazione del legno, della luce, della chimica e di altri settori industriali. Il deficit di solfato di alluminio nella sola Siberia occidentale ammonta a 77...78 mila tonnellate.

Inoltre, la composizione dispersa di allumina ottenuta dopo la lavorazione con acido solforico consente di ottenere diversi tipi allumina speciale, il cui fabbisogno sarà soddisfatto in una certa misura producendoli per un importo di 240mila tonnellate.

I rifiuti della produzione di solfato di alluminio e allumina sono un componente della materia prima per la produzione di vetro liquido, cemento bianco, leganti per il riempimento di aree minerarie estratte, contenitori e vetri per finestre.

La necessità di questi materiali è in aumento e la loro domanda attualmente supera significativamente i volumi di produzione. Gli indicatori tecnici ed economici approssimativi di queste produzioni sono presentati nella Tabella 1.

Tabella 1. Principali indicatori tecnici ed economici per la lavorazione delle ceneri di carbone di Kuznetsk

Nome produzioni	Energia, migliaia di tonnellate	Prezzo USD/t	Se stesso, USD/t	Cap. allegati, milioni di dollari	Ecc Effetto, milioni di dollari	Termine ripaghiamo anni
Produzione di tipologie speciali allumina	240	33	16	20	4	5
Produzione di solfato alluminio	50	12	7	1	0,25	4
Produzione ferroleghe	100	27	16	5	1	5
Produzione liquida bicchiere	500	11	8	6	2	3
Produzione bianca cemento	1000	5	4	3	0.65	4,6
Produzione di leganti materiali	600	3	2	3	0,6	5
Produzione del vetro	300	18	15	5	1	5
TOTALE				42	9	4,7

Inoltre, è consigliabile produrre metalli rari e in tracce dalle ceneri HRH, principalmente gallio, germanio, vanadio e scandio.

A causa del fatto che la centrale termica, secondo il suo programma, funziona con carico variabile durante tutto l'anno, la produzione di ceneri non è uniforme. Gli impianti di lavorazione delle ceneri devono funzionare ritmicamente. Lo stoccaggio delle ceneri secche presenta alcune difficoltà. A questo proposito si propone quanto segue orario invernale Parte delle ceneri viene inviata alla granulazione utilizzando pellettizzatori prodotti da Uralmash. Dopo la pellettizzazione e l'essiccazione, i granuli vengono cotti nel forno caldaia e quindi inviati tramite trasporto pneumatico per lo stoccaggio temporaneo in un magazzino asciutto. I granuli di cenere possono successivamente essere utilizzati come materia prima per l'industria edile o utilizzati nella costruzione di strade.

Lo stoccaggio dei granuli in un magazzino aperto e asciutto non richiede misure protettive speciali e non crea pericolo di polvere. La capacità di un tale deposito di cenere è di circa 350...450 mila tonnellate, la superficie è di circa 300-300 m2. Pertanto, potrebbe essere situato in prossimità del sito di cogenerazione.

I migliori indicatori di utilizzo saranno per le ceneri e le scorie ottenute dopo la combustione di HRSG in caldaie a letto fluido circolante (CFB), che la Russia non produce ancora. Le caldaie con CFB non solo forniscono una netta riduzione delle emissioni di ossidi di azoto e di zolfo, ma producono anche ceneri e scorie, che possono essere utilizzate con successo nell'industria per produrre allumina e materiali da costruzione. Ciò consente di ridurre i costi della centrale riducendo drasticamente le aree necessarie per lo stoccaggio delle ceneri e di ridurre l'inquinamento ambiente. La riduzione delle polveri nelle centrali termoelettriche con caldaie CFB avviene, in primo luogo, a causa della riduzione dell'area di deposito delle ceneri e, in secondo luogo, per il fatto che le ceneri ottenute dalla combustione del carbone di Kuznetsk nel CFB contengono gesso e ha proprietà astringenti. Bagnandola leggermente, la cenere si indurirà, eliminando la polvere anche se il deposito di cenere si asciuga.

Poiché le ceneri vengono trasportate agli impianti industriali tramite trasporto pneumatico, anche il consumo di acqua è leggermente ridotto. Inoltre, non ci sono acque reflue da una discarica di ceneri, che nelle centrali termoelettriche con caldaie tradizionali a carbone polverizzato contengono sali di metalli pesanti e altre sostanze nocive.

Produzione di solfato di alluminio e allumina

La tecnologia per la produzione di solfato di alluminio e allumina basata su ceneri di combustione a bassa temperatura è presentata nella Figura 2.

Le condizioni ottimali per l’implementazione di questa tecnologia sono le seguenti:

carbone che brucia ( regime di temperatura 800...900°C);
macinazione (finezza di macinazione – 0,4 mm (non inferiore al 90%));
apertura dell'acido solforico (temperatura 95...105 oC, durata 1,5...2 ore, concentrazione di acido solforico 16...20%);
separazione delle fasi liquida e solida (tessuto filtrante articolo L-136, vuoto 400...450 mm Hg, filtro Nutsch 0,37...0,42 m3/m2? h);
lavaggio fanghi in due fasi;
decomposizione idrolitica (temperatura 230 °C, tempo 2 ore);
decomposizione termica (temperatura 760...800 oC).

Il prodotto risultante, il solfato di alluminio (50mila tonnellate all'anno), dopo la granulazione e il confezionamento in sacchetti di plastica, viene inviato ai consumatori. La valutazione tecnica ed economica completata mostra la fattibilità della produzione di solfato di alluminio a base di ceneri di combustione a bassa temperatura.

Il solfato di alluminio, ottenuto dalle ceneri, è un buon coagulante per il trattamento delle acque reflue industriali.

Sishtof dopo il trattamento con acido solforico, a causa del basso contenuto di ossidi di ferro (meno di 0,5...0,7%), sostituisce la sabbia nella produzione di cemento bianco e la presenza in esso del 4...6% di gesso consentirà di intensificare i processi di produzione del cemento.

Produzione di ferroleghe e materiali da costruzione

La produzione di ferroleghe basate sulla parte minerale del carbone è stata ampiamente sviluppata. Sono state testate tecnologie industriali per la produzione di ferrosilicoalluminio e ferrosilicio da ceneri e scorie di scarto, che sono simili nella composizione alle ceneri di carbone di Kuznetsk e alla loro componente magnetica, che può essere isolata mediante metodi di separazione magnetica. Le leghe risultanti sono state testate su scala industriale presso gli impianti metallurgici del paese per la disossidazione dell'acciaio e hanno dato risultati positivi.

La produzione di materiali da costruzione basati su syshtof non richiede la modifica delle tecnologie esistenti in questi settori. Sishtof viene utilizzato come componente della materia prima e sostituisce il quarzo e altri prodotti contenenti silicio utilizzati nella produzione di materiali da costruzione. Inoltre, l'ossido di silicio, il cui contenuto in systof è del 75...85%, si presenta principalmente sotto forma di silice amorfa ad elevata attività chimica, che consente di prevedere un miglioramento delle prestazioni e della qualità del cemento e leganti. Importo minimo I composti ferrosi e altri coloranti in sishtof consentono di ottenere cemento bianco basato su di esso, la cui richiesta è molto elevata.

Nell'industria sono state sviluppate anche tecnologie per la produzione di cemento, leganti e vetro liquido.

Conclusione

I rifiuti di ceneri e scorie prodotti dalla combustione del carbone di Kuznetsk nei generatori di vapore che utilizzano la tecnologia del letto fluido circolante, nuova per la Russia, sono richiesti per il riciclaggio su larga scala. È economicamente efficiente produrre da essi, utilizzando tecnologie già padroneggiate nell'industria, ferroleghe molto rare, solfato di alluminio, tipi speciali di allumina, vetro liquido, cemento bianco e materiali leganti.

Bibliografia V.V. Salomatov Tecnologie ambientali sul termico e centrali elettriche nucleari: monografia / V.V. Salomatov. – Novosibirsk: casa editrice NSTU, – 2006. – 853 p.

74rif.ru/zolo-kuznezk.html,energyland.info/117948

Durante la combustione del carburante si generano rifiuti chiamati ceneri volanti. Vicino ai focolari sono installati dispositivi speciali per catturare queste particelle. Sono un materiale dispersivo con componenti di dimensioni inferiori a 0,3 mm.

Cos'è la cenere volante?

La cenere volante è un materiale finemente disperso con particelle di piccole dimensioni. Si forma quando il combustibile solido viene bruciato in determinate condizioni Temperature elevate(+800 gradi). Contiene fino al 6% di sostanza incombusta e ferro.

Le ceneri volanti si formano quando le impurità minerali contenute nel carburante vengono bruciate. Il suo contenuto è diverso per le diverse sostanze. Ad esempio, nella legna da ardere il contenuto di ceneri volanti è solo dello 0,5-2%, nella torba combustibile del 2-30% e nella lignite e nel carbone fossile dell'1-45%.

Ricevuta

Le ceneri volanti si formano durante la combustione del carburante. Le proprietà della sostanza ottenuta nelle caldaie differiscono da quelle create in laboratorio. Queste differenze influenzano le caratteristiche fisico-chimiche e la composizione. In particolare, durante la combustione nel forno, le sostanze minerali del combustibile si sciolgono, provocando la comparsa di componenti di un composito incombusto. Questo processo, chiamato sottocombustione meccanica, è associato ad un aumento della temperatura nel focolare fino a 800 gradi e oltre.

Per catturare le ceneri volanti sono necessari dispositivi speciali, che possono essere di due tipi: meccanici ed elettrici. Quando si utilizza il caricatore del gas, questo è esaurito un gran numero di acqua (10-50 m 3 di acqua per 1 tonnellata di ceneri e scorie). Questo è uno svantaggio significativo. Per uscire da questa situazione si utilizza un sistema di ricircolo: l'acqua, dopo essere stata ripulita dalle particelle di cenere, viene reimmessa nel meccanismo principale.

Caratteristiche principali

Lavorabilità. Più piccole sono le particelle, maggiore è l’impatto delle ceneri volanti. L'aggiunta di cenere aumenta l'omogeneità dell'impasto del calcestruzzo e la sua densità, migliora la stesura, inoltre riduce il consumo di acqua d'impasto a parità di lavorabilità.
Ridurre il calore di idratazione, importante soprattutto nella stagione calda. Il contenuto di ceneri nella soluzione è proporzionale alla diminuzione del calore di idratazione.
Assorbimento capillare. Quando si aggiunge il 10% di ceneri volanti al cemento, l'assorbimento capillare di acqua aumenta del 10-20%. Questo, a sua volta, riduce la resistenza al gelo. Per eliminare questo inconveniente è necessario aumentare leggermente l'inglobamento d'aria tramite appositi additivi.
Resistenza in acqua aggressiva. I cementi costituiti dal 20% di ceneri sono più resistenti all'immersione in acqua aggressiva.

Pro e contro dell'utilizzo delle ceneri volanti

L’aggiunta delle ceneri volanti alla miscela comporta una serie di vantaggi:

Il consumo di clinker è ridotto.
La macinazione migliora.
La forza aumenta.
La lavorabilità migliora facilitando la rimozione dei casseri.
Il restringimento è ridotto.
Riduce la generazione di calore durante l'idratazione.
Il tempo necessario alla comparsa delle crepe aumenta.
Migliora la resistenza all'acqua (sia pulita che aggressiva).
La massa della soluzione diminuisce.
La resistenza al fuoco aumenta.

Oltre ai vantaggi ci sono anche alcuni svantaggi:

L'aggiunta di cenere con un alto contenuto di sottocombusto modifica il colore della soluzione cementizia.
Riduce la resistenza iniziale alle basse temperature.
Riduce la resistenza al gelo.
Aumenta il numero dei componenti della miscela da controllare.

Tipi di ceneri volanti

Esistono diverse classificazioni in base alle quali è possibile dividere le ceneri volanti.

A seconda del tipo di combustibile che viene bruciato, la cenere può essere:

Antracite.
Carbonifero.
Lignite.

Secondo la loro composizione, le ceneri sono:

Acido (con contenuto di ossido di calcio fino al 10%).
Base (contenuto superiore al 10%).

A seconda della qualità e dell'ulteriore utilizzo, si distinguono 4 tipi di cenere: da I a IV. Inoltre, quest'ultimo tipo di cenere viene utilizzato per strutture in calcestruzzo utilizzate in condizioni difficili.

Lavorazione delle ceneri volanti

Per scopi industriali, viene spesso utilizzata la cenere volante non trasformata (senza macinazione, setacciatura, ecc.).

Quando il carburante brucia, si forma la cenere. Leggero e particelle fini A causa del movimento dei fumi, questi vengono portati via dal forno e catturati da speciali filtri nei raccoglitori di ceneri. Queste particelle sono ceneri volanti. La restante parte è denominata cenere di selezione secca.

Il rapporto tra queste frazioni dipende dal tipo di combustibile e dalle caratteristiche costruttive del focolare stesso:

con la rimozione dei solidi rimane nella scoria il 10-20% delle ceneri;
con rimozione delle scorie liquide - 20-40%;
in forni a ciclone - fino al 90%.

Durante la lavorazione possono entrare nell'aria particelle di scorie, fuliggine e ceneri.

Le ceneri volanti secche vengono sempre smistate in frazioni sotto l'influenza dei campi elettrici che si creano nei filtri. Pertanto, è più adatto all'uso.

Per ridurre la perdita di sostanza durante la calcinazione (fino al 5%), le ceneri volanti devono essere omogeneizzate e suddivise in frazioni. La cenere, che si forma dopo la combustione di carboni a bassa reazione, contiene fino al 25% della miscela combustibile. Pertanto, viene ulteriormente arricchito e utilizzato come combustibile energetico.

Dove vengono utilizzate le ceneri volanti?

Le ceneri sono ampiamente utilizzate in vari campi vita. Potrebbe trattarsi dell’edilizia, dell’agricoltura, dell’industria, dei servizi igienico-sanitari

Le ceneri volanti vengono utilizzate nella produzione di alcuni tipi di calcestruzzo. L'applicazione dipende dal tipo. La cenere granulata viene utilizzata nella costruzione di strade per la fondazione di parcheggi, aree di deposito di rifiuti solidi, piste ciclabili e argini.

Le ceneri volanti secche vengono utilizzate per rafforzare i terreni come legante indipendente e sostanza che indurisce rapidamente. Può essere utilizzato anche per la costruzione di dighe, dighe e altro

Per la produzione, la cenere viene utilizzata come sostituto del cemento (fino al 25%). Come riempitivo (fine e grossolano), la cenere viene inclusa nel processo di produzione di scorie di calcestruzzo e blocchi utilizzati nella costruzione di muri.

Ampiamente utilizzato nella produzione di calcestruzzo espanso. L'aggiunta di cenere alla miscela di calcestruzzo espanso ne aumenta la stabilità aggregativa.

Cenere dentro agricoltura usato come fertilizzanti di potassio. Contengono potassio sotto forma di potassa, facilmente solubile in acqua e disponibile per le piante. Inoltre, la cenere è ricca di altro sostanze utili: fosforo, magnesio, zolfo, calcio, manganese, boro, micro e macroelementi. La presenza di carbonato di calcio consente l'utilizzo delle ceneri per ridurre l'acidità del terreno. La cenere può essere applicata a varie colture nel giardino dopo l'aratura, concimare con essa i cerchi del tronco di alberi e arbusti e aggiungere anche prati e pascoli. Non è consigliabile utilizzare la cenere contemporaneamente ad altri fertilizzanti organici o minerali (soprattutto fosforo).

La cenere viene utilizzata per i servizi igienico-sanitari in condizioni in cui non c'è acqua. Aumenta il livello del pH e uccide i microrganismi. Viene utilizzato nelle latrine e nei luoghi in cui si accumulano i fanghi delle acque reflue.

Da tutto quanto sopra, possiamo concludere che una sostanza come la cenere volante è ampiamente utilizzata. Il prezzo varia da 500 rubli. per tonnellata (per commercio all'ingrosso di grandi dimensioni) fino a 850 rubli. Va notato che quando si utilizza il ritiro autonomo da regioni lontane, il costo può variare in modo significativo.

norme GOST

Sono stati sviluppati e sono in vigore documenti che controllano la produzione e la lavorazione delle ceneri volanti:

GOST 25818-91 “Cenere volante per calcestruzzo”.
GOST 25592-91 "Miscele di ceneri e scorie TPP per calcestruzzo".

Per controllare la qualità delle ceneri prodotte e delle miscele che le utilizzano, vengono utilizzati altri standard aggiuntivi. Allo stesso tempo, anche il campionamento e tutti i tipi di misurazioni vengono eseguiti in conformità con i requisiti dei GOST.

G. Khabarovsk

Durante le attività delle imprese del settore dell'energia elettrica, molti rifiuti di cenere. La fornitura annuale di discariche di cenere nel territorio di Primorsky va da 2,5 a 3,0 milioni di tonnellate all'anno, nel territorio di Khabarovsk - fino a 1,0 milioni di tonnellate (Fig. 1). Nella sola città di Khabarovsk, più di 16 milioni di tonnellate di ceneri sono immagazzinate in discariche di cenere.

I rifiuti di ceneri e scorie (ASW) possono essere utilizzati nella produzione di vari calcestruzzi e malte. Ceramiche, materiali termici e impermeabilizzanti, costruzioni stradali, dove possono essere utilizzati al posto di sabbia e cemento. Le ceneri volanti secche provenienti dai precipitatori elettrici del CHPP-3 sono quelle più ampiamente utilizzate. Ma l’utilizzo di tali rifiuti a fini economici è ancora limitato, anche a causa della loro tossicità. Accumulano una quantità significativa di elementi pericolosi. Le discariche sono costantemente polverose, le forme mobili degli elementi vengono attivamente dilavate dalle precipitazioni, inquinando l'aria, l'acqua e il suolo. L'utilizzo di tali rifiuti è uno dei problemi più urgenti. Ciò è possibile rimuovendo o estraendo componenti dannosi e preziosi dalle ceneri e utilizzando la massa di ceneri rimanente nel settore edile e nella produzione di fertilizzanti.

Brevi caratteristiche dei rifiuti di ceneri e scorie

Nelle centrali termoelettriche esaminate, la combustione del carbone avviene ad una temperatura di 1100-1600 C. Quando viene bruciata la parte organica del carbone, si formano composti volatili sotto forma di fumo e vapore, e la parte minerale non combustibile del carbone il carburante viene rilasciato sotto forma di residui focali solidi, formando una massa polverosa (cenere), nonché scorie grumose La quantità di residui solidi per carboni duri e lignite varia dal 15 al 40%. Il carbone viene frantumato prima della combustione e, per una migliore combustione, viene spesso aggiunta una piccola quantità (0,1-2%) di olio combustibile.
Quando il combustibile polverizzato viene bruciato, le particelle piccole e leggere di cenere vengono trasportate dai gas di combustione e vengono chiamate ceneri volanti. La dimensione delle particelle di ceneri volanti varia da 3-5 a 100-150 micron. La quantità di particelle più grandi solitamente non supera il 10-15%. Le ceneri volanti vengono raccolte dai raccoglitori di ceneri. Nel CHPP-1 a Khabarovsk e nel CHPP di Birobidzhan, la raccolta delle ceneri avviene a umido utilizzando scrubber con tubi Venturi; nel CHPP-3 e CHPP-2 a Vladivostok, la raccolta delle ceneri avviene a secco utilizzando precipitatori elettrici.
Le particelle di cenere più pesanti si depositano sul flusso inferiore e si fondono in scorie, che sono particelle di cenere aggregate e fuse di dimensioni variabili da 0,15 a 30 mm. Le scorie vengono frantumate e rimosse con acqua. Le ceneri volanti e le scorie frantumate vengono prima rimosse separatamente, quindi mescolate per formare una miscela di ceneri e scorie.
Oltre alla cenere e alle scorie, la composizione della miscela di ceneri e scorie contiene costantemente particelle di carburante incombusto (sottocombustione), la cui quantità è del 10-25%. La quantità di ceneri volanti, a seconda del tipo di caldaia, del tipo di combustibile e della modalità di combustione, può rappresentare il 70-85% della massa della miscela, le scorie il 10-20%. La polpa di cenere e scorie viene rimossa nel deposito ceneri attraverso tubazioni.
Durante il trasporto idraulico e nello scarico delle ceneri e delle scorie, le ceneri e le scorie interagiscono con l'acqua e l'anidride carbonica presenti nell'aria. In essi si verificano processi simili alla diagenesi e alla litificazione. Si erodono rapidamente e, una volta essiccati ad una velocità del vento di 3 m/sec, iniziano a generare polvere. Il colore dello ZShO è grigio scuro, stratificato in sezione trasversale, dovuto all'alternanza di sbuffi di grana diversa, nonché alla deposizione di schiuma bianca costituita da microsfere cave di alluminosilicato.
La composizione chimica media delle ceneri delle centrali termoelettriche censite è riportata nella seguente Tabella 1.

Tabella 1

Limiti del contenuto medio dei principali componenti delle ASH

Componente			Componente
Componente			Componente
SiO2	51- 60	54,5		3,0 – 7,3
TiO2	0,5 – 0,9	0,75	Na2O	0,2 – 0,6	0,34
Al2O3	16-22	19,4	K2O	0,7 – 2,2	1,56
Fe2O3	5 -8		COSÌ 3	0,09 – 0,2	0,14
	0,1 – 0,3	0,14	P2O5	0,1-0,4	0,24

Le ceneri delle centrali termoelettriche che utilizzano carbone fossile, rispetto alle ceneri delle centrali termoelettriche che utilizzano lignite, sono caratterizzate da un maggiore contenuto di SO3 e ppm e un minore contenuto di ossidi di silicio, titanio, ferro, magnesio e sodio. Scorie – alto contenuto di ossidi di silicio, ferro, magnesio, sodio e basso contenuto di ossidi di zolfo, fosforo, p.p.p. In generale le ceneri sono altamente silicee, con un contenuto abbastanza elevato di alluminati.
Il contenuto di elementi impuri nell'ASW secondo l'analisi spettrale semiquantitativa di campioni ordinari e di gruppo è mostrato nella Tabella 2. Secondo il libro di consultazione, l'oro e il platino hanno valore industriale, con Yb e Li che si avvicinano a questo nei valori massimi. Il contenuto di elementi nocivi e tossici non supera i valori consentiti, sebbene i contenuti massimi di Mn, Ni, V, Cr siano vicini alla “soglia” di tossicità.

Tavolo 2

Elemento	CHPP-1		CHPP-3			CHPP-1			CHPP-3
	Media	Massimo.	Media			Media	Massimo.		Media
Ni	40-80			60-80	Ba	1000	2000-3000		800-1000
Co		60- 1 00			Essere
Ti	3000	6000	3000	6000	Y	10-80
V	60-100				Sì
Cr		300- 2000	40-80	100-600	La
Mo					sr		600-800				300-1000
W					Ce
N.B					SC
Zr	100-300	400-600		600-800	Li
Cu	30-80			80-100	B
Pb	10-30	60-100	30-60		K	8000		10000-30000		6000-8000		10000
Zn		80-200		1 00
Sn		3-40			Au	0,07	0,5-25,0		0,07		0,5-6,0
Ga	10-20				Pt mg/t	10-50	300-500

La composizione di ASH è costituita da componenti cristallini, vetrosi e organici.

La materia cristallina è rappresentata sia dai minerali primari della sostanza minerale del combustibile, sia dalle nuove formazioni ottenute durante il processo di combustione e durante l'idratazione e l'alterazione nella discarica delle ceneri. In totale, nella componente cristallina delle ceneri si trovano fino a 150 minerali. I minerali predominanti sono meta- e ortosilicati, ma anche alluminati, ferriti, alluminoferriti, spinelli, minerali argillosi dendritici, ossidi: quarzo, tridimite, cristobalite, corindone, -allumina, ossidi di calcio, magnesio ed altri. Spesso osservati, ma in piccole quantità, i minerali minerali sono cassiterite, wolframite, stanina e altri; solfuri: pirite, pirrotite, arsenopirite e altri; solfati, cloruri, molto raramente fluoruri. Come risultato dei processi idrochimici e degli agenti atmosferici, nelle discariche di cenere compaiono minerali secondari: calcite, portlandite, idrossidi di ferro, zeoliti e altri. Di grande interesse sono gli elementi nativi e i composti intermetallici, tra i quali si trovano: piombo, argento, oro, platino, alluminio, rame, mercurio, ferro, ferro-nichel, ferriridi di cromo, oro rameoso, varie leghe di rame, nichel, cromo con silicio e altri.

Nonostante il ritrovamento di goccioline di mercurio liquido alta temperatura la combustione del carbone è un evento abbastanza comune, soprattutto nella frazione pesante dei prodotti di arricchimento. Ciò probabilmente spiega la contaminazione da mercurio dei suoli quando si utilizza ASW come fertilizzante senza una purificazione speciale.

La sostanza vetrosa, prodotto di trasformazioni incomplete durante la combustione, costituisce una parte significativa delle ceneri. È rappresentato da vetro di colore diverso, prevalentemente nero con una lucentezza metallica, varie microsfere sferiche vetrose, madreperla (sfere) e loro aggregati. Costituiscono la maggior parte della componente scorie delle ceneri. Nella composizione sono ossidi di alluminio, potassio, sodio e, in misura minore, calcio. Tra questi rientrano anche alcuni prodotti di trattamento termico dei minerali argillosi. Spesso le microsfere sono cave all'interno e formano formazioni schiumose sulla superficie di discariche di cenere e stagni di sedimentazione.

La materia organica è rappresentata dalle particelle di carburante incombusto (sottocombustione). La sostanza organica trasformata nel forno è molto diversa da quella originale e si presenta sotto forma di coke e semi-coke con bassissima igroscopicità e rilascio di sostanze volatili. La quantità di sottocombustione nelle ceneri studiate era del 10-15%.

Componenti preziosi e utili di AShO

Tra i componenti dell'alluminosilicato, quelli di interesse pratico nelle ceneri sono il concentrato magnetico contenente ferro, il carbone secondario, le microsfere cave di alluminosilicato e una massa inerte di composizione di alluminosilicato, una frazione pesante contenente una miscela di metalli nobili, rari e oligoelementi.

Come risultato di molti anni di ricerca, sono stati ottenuti risultati positivi per l'estrazione di componenti preziosi da ceneri e scorie (ASW) e il loro completo riciclaggio (Fig. 2).

Creando una catena tecnologica sequenziale di vari strumenti e apparecchiature, da ASW è possibile ottenere carbone secondario, concentrato magnetico contenente ferro, frazione minerale pesante e massa inerte.

Carbonio secondario. Durante uno studio tecnologico utilizzando il metodo della flottazione, è stato isolato un concentrato di carbone, che abbiamo chiamato carbone secondario. È costituito da particelle di carbone incombusto e suoi prodotti trattamento termico– coke e semi-coke, caratterizzati da maggior potere calorifico (>5600 kcal) e contenuto di ceneri (fino al 50-65%). Dopo aver aggiunto olio combustibile, il carbone riciclato può essere bruciato in una centrale termoelettrica oppure, ricavandone bricchetti, può essere venduto alla popolazione come combustibile. Viene estratto dall'AShO mediante flottazione. Resa fino al 10-15% in peso di ASW lavorato. Le dimensioni delle particelle di carbone sono 0-2 mm, meno spesso fino a 10 mm.

Il concentrato magnetico contenente ferro ottenuto da ceneri e scorie è costituito per il 70-95% da aggregati magnetici sferici e incrostazioni. I restanti minerali (pirrotite, limonite, ematite, pirosseni, clorite, epidoto) sono presenti in quantità dal singolo granello all'1-5% del peso del concentrato. Inoltre, nel concentrato si osservano sporadicamente rari grani di metalli del gruppo del platino, nonché leghe di composizione ferro-cromo-nichel.

Esternamente si presenta come una massa polverulenta a grana fine di colore nero e grigio scuro con granulometria predominante di 0,1-0,5 mm. Le particelle più grandi di 1 mm non sono più del 10-15%.

Il contenuto di ferro nel concentrato varia dal 50 al 58%. Composizione del concentrato magnetico da ceneri e scorie provenienti dalla discarica di ceneri del CHPP-1: Fe - 53,34%, Mn - 0,96%, Ti - 0,32%, S - 0,23%, P - 0,16%. Secondo analisi spettrale il concentrato contiene Mn fino all'1%, Ni i primi decimi di %, Co fino allo 0,01-0,1%, Ti -0,3-0,4%, V - 0,005-0,01%, Cr - 0,005 -0,1 (raramente fino all'1%) , W – dal successivo. fino allo 0,1%. La composizione è buona minerale di ferro con additivi leganti.

La resa della frazione magnetica secondo i dati di separazione magnetica in condizioni di laboratorio varia dallo 0,3 al 2-4% della massa di ceneri. Secondo i dati della letteratura, durante il trattamento di ceneri e scorie mediante separazione magnetica in condizioni industriali, la resa del concentrato magnetico raggiunge il 10-20% della massa di cenere, con l'estrazione dell'80-88% di Fe2O3 e il contenuto di ferro del 40-46 %.

Il concentrato magnetico derivante da ceneri e scorie può essere utilizzato per la produzione di ferrosilicio, ghisa e acciaio. Può anche servire come materia prima per la metallurgia delle polveri.

Le microsfere cave di alluminosilicato sono un materiale disperso composto da microsfere cave di dimensioni variabili da 10 a 500 micron (Fig. 3). La densità apparente del materiale è 350-500 kg/m3, la densità specifica è 500-600 kg/m3. I componenti principali della composizione fase-minerale delle microsfere sono la fase vetrosa-alluminosilicato, la mullite e il quarzo. Come impurità sono presenti ematite, feldspato, magnetite, idromica e ossido di calcio. I loro componenti predominanti Composizione chimica sono silicio, alluminio, ferro (Tabella 3). Le microimpurità di vari componenti sono possibili in quantità inferiori alla soglia di tossicità o di importanza industriale. Il contenuto di radionuclidi naturali non supera i limiti consentiti. L'attività specifica effettiva massima è 350-450 Vk/kg e corrisponde ai materiali da costruzione di seconda classe (fino a 740 Vk/kg).

SiO2

52-58

Na2O

0,1-0,3

TiO2

0,6-1,0

K2O

Al2O3

COSÌ 3

non più di 0,3

Fe2O3

3,5-4,5

P2O5

0,2-0,3

Umidità

Non più di 10

Galleggiabilità

Non meno di 90

Contenuto di Ni, Co, V, Cr, Cu, Zn non più dello 0,05% di ciascun elemento
Grazie alla loro forma sferica regolare e alla bassa densità, le microsfere hanno le proprietà di un eccellente riempitivo in un'ampia varietà di prodotti. Aree promettenti per l'uso industriale delle microsfere di alluminosilicato sono la produzione di materiali sferoplastici, materiali termoplastici per segnaletica stradale, fluidi per cementazione e perforazione, ceramiche termoisolanti radiotrasparenti e leggere per l'edilizia, materiali termoisolanti non infiammabili e calcestruzzo resistente al calore.
All’estero le microsfere trovano largo impiego in diversi settori. Nel nostro Paese l'utilizzo delle microsfere cave è estremamente limitato e vengono smaltite insieme alle ceneri in discariche ceneri. Per le centrali termoelettriche, le microsfere sono “materiale dannoso” che intasa i tubi circolanti di alimentazione dell’acqua. Per questo motivo in 3-4 anni è necessario sostituire completamente le tubazioni oppure effettuare complessi e costosi lavori di pulizia.
La massa inerte della composizione di alluminosilicato, costituente il 60-70% della massa dell'allumina, viene ottenuta dopo aver rimosso (estratto) dalle ceneri tutti i suddetti concentrati e componenti utili e la frazione pesante. Nella composizione è vicino alla composizione generale della cenere, ma conterrà un ordine di grandezza in meno di ferro, oltre a quelli dannosi e tossici. La sua composizione è principalmente alluminosilicato. A differenza della cenere avrà una composizione granulometrica più fine ed uniforme (dovuta alla prima macinazione in fase di estrazione della frazione pesante). Grazie alle sue proprietà ambientali e fisico-chimiche, può essere ampiamente utilizzato nella produzione di materiali da costruzione, nell'edilizia e come fertilizzante - sostituto della farina di calce (meliorante).
I carboni bruciati nelle centrali termoelettriche, essendo assorbenti naturali, contengono impurità di molti elementi preziosi (Tabella 2), comprese terre rare e metalli preziosi. Quando bruciati, il loro contenuto nelle ceneri aumenta di 5-6 volte e può risultare di interesse industriale.
La frazione pesante estratta per gravità mediante impianti avanzati di arricchimento contiene metalli pesanti, compresi quelli preziosi. Attraverso la finitura, dalla frazione pesante vengono estratti i metalli preziosi e, man mano che si accumulano, altri componenti preziosi (Cu, rari, ecc.). La resa dell'oro dai singoli depositi di cenere studiati è di 200-600 mg da una tonnellata di ceneri. L'oro è sottile e non può essere recuperato con metodi convenzionali. La tecnologia utilizzata per estrarlo è il know-how.
Molte persone sono coinvolte nel riciclaggio dei rifiuti. Sono note più di 300 tecnologie per la loro lavorazione e utilizzo, ma sono per lo più dedicate all'uso delle ceneri nell'edilizia e nella produzione di materiali da costruzione, senza intaccare l'estrazione di componenti sia tossici e nocivi, sia utili e preziosi.
Abbiamo sviluppato e testato in condizioni di laboratorio e semiindustriali uno schema di base per il trattamento dei rifiuti solidi urbani e il loro completo smaltimento (Fig.).
Lavorando 100mila tonnellate di ASW si possono ottenere:
- carbone secondario – 10-12 mila tonnellate;
- concentrato di minerale di ferro – 1,5-2 mila tonnellate;
- oro – 20-60 kg;
- materiale da costruzione (massa inerte) – 60-80 mila tonnellate.
A Vladivostok e Novosibirsk sono stati sviluppati tipi simili di tecnologie di trattamento dei rifiuti solidi urbani, sono stati calcolati i possibili costi e sono state fornite le attrezzature necessarie.
L'estrazione di componenti utili e il completo utilizzo dei rifiuti di ceneri e scorie attraverso l'uso delle loro proprietà benefiche e la produzione di materiali da costruzione libereranno lo spazio occupato e ridurranno l'impatto negativo sull'ambiente. Il profitto è un fattore desiderabile ma non decisivo. I costi di lavorazione delle materie prime tecnogeniche per ottenere prodotti e la simultanea neutralizzazione dei rifiuti possono essere superiori al costo del prodotto, ma la perdita in questo caso non dovrebbe superare i costi di riduzione dell'impatto negativo dei rifiuti sull'ambiente. E per le imprese energetiche, il riciclaggio delle ceneri e dei rifiuti di scorie significa ridurre i costi tecnologici per la produzione principale.

Letteratura

Elenco dei disegni
all'articolo di A.A
Utilizzo di ceneri e scorie di scarto delle centrali termoelettriche in edilizia

Fig. 1. Riempimento del deposito di ceneri del CHPP-1, Khabarovsk
Fig.2. Diagramma schematico elaborazioni complesse ceneri e scorie provenienti dalle centrali termoelettriche.
Fig.3. Microsfere cave di alluminosilicato ZShO.

Come spesso accade, non siamo stati noi ad avere l'idea di utilizzare la cenere per produrre materiali da costruzione, ma il pratico Occidente: i materiali di cenere e scorie sono stati a lungo ampiamente utilizzati lì nell'edilizia, nell'edilizia abitativa e nei servizi comunali. Il valore principale del nuovo metodo di produzione di materiali da costruzione dalle ceneri è la protezione dell'ambiente.

Rallegratevi, ambientalisti e Greenpeace: il rischio di disastri ambientali associati al rischio di erosione dei depositi di cenere e all'inquinamento da cenere dell'ambiente è ridotto al minimo. I risparmi sui costi sono enormi: dopo tutto, vengono spesi molti soldi per il mantenimento degli impianti di stoccaggio delle ceneri. I restanti vantaggi del riciclaggio delle ceneri risiedono nei vantaggi economici derivanti dall’utilizzo di questo materiale riciclabile.

Il mattone in frassino è adatto per la costruzione sia di un edificio residenziale che locali di produzione e una recinzione. Può essere utilizzato anche come rivestimento. La ricetta per realizzare un mattone del genere è estremamente semplice: 5% di acqua, 10% di lime, il resto è cenere (sale e pepe a piacere).

Il prezzo attuale di tali mattoni, prodotti, ad esempio, nello stabilimento di Omsk (SibEK LLC - Siberian Effective Brick) è di 5-6 rubli, il che rende questo "prodotto" molto competitivo.

I test sui mattoni dimostrano la sua alta qualità e le ampie possibilità di applicazione. La resistenza, l'assorbimento d'acqua e la resistenza al gelo non sono inferiori alla pietra arenaria calcarea. L'indice di conducibilità termica è vicino a quello del legno. E l'aspetto è praticamente gradevole forma perfetta- le tolleranze dimensionali di un tale mattone non sono superiori a 0,5 millimetri e questo, se ci pensi, fa di nuovo risparmiare, questa volta sulla quantità di malta. Inoltre, il mattone di frassino è più leggero, più comodo da posare e consente di essere perfettamente livellato. Per migliorare aspetto mattoni, puoi aggiungere coloranti alla sua composizione.

La vita ti spinge a cercare nuove idee e soluzioni. L'uso della cenere come materia prima per mattoni e altri materiali da costruzione è davvero una scoperta riuscita e di grande attualità. Il numero di "piccioni con una fava" in questo caso è molto più dei famigerati due. E ancora una volta si conferma il detto che tutto ciò che ha valore è sotto i nostri piedi.

Uno dei motivi principali di ciò è l'eterogeneità e l'instabilità della composizione delle ceneri prodotte, che non forniscono un effetto benefico affidabile quando vengono smaltite nel settore edile, il principale potenziale consumatore. La lavorazione di enormi volumi di ceneri prodotte attorno alle megalopoli utilizzando tecnologie note - classificatori e mulini, tenendo conto del basso costo al consumo e della forte discrepanza nei tempi di produzione e consumo, è garantita come una produzione non redditizia.

La cenere è una merce rara

Il consumo incompleto delle ceneri prodotte causa solo problemi agli ingegneri energetici, poiché in questo caso è necessario mantenere due sistemi di rimozione delle ceneri. La rimozione delle ceneri e la manutenzione delle discariche rappresentavano circa il 30% del costo dell'energia e del calore delle centrali termoelettriche. Tuttavia, se prendiamo in considerazione il valore di mercato dei terreni perduti vicino alle megalopoli, la diminuzione del valore dei terreni e degli immobili a notevole distanza dalle stazioni e dai depositi di cenere, i danni diretti alla salute umana e alla natura, in particolare l’inquinamento dei bacini atmosferici con polvere e sali solubili e alcali di corpi idrici e acque sotterranee, allora questa quota dovrebbe essere davvero molto più alta.

Le ceneri volanti nei paesi sviluppati sono la stessa merce, e scarsa, del calore e dell’elettricità. Cenere volante di alta qualità che soddisfa gli standard ed è adatta per l'uso nel calcestruzzo come additivo che lega la calce in eccesso e riduce i costi della domanda di acqua, ad esempio, negli Stati Uniti, alla pari con il cemento Portland, ~ $ 60/t.

L’idea di esportare ceneri di carbone riciclate negli Stati Uniti potrebbe essere intelligente. Le ceneri volanti di bassa qualità, ad esempio provenienti da caldaie a letto fluido “rispettose dell’ambiente” a bassa temperatura che bruciano carbone di bassa qualità con un alto contenuto di zolfo (stazione di Zeran a Varsavia), sono offerte ad un costo negativo dell’ordine di -5$ / t, ma a condizione che il consumatore se la prenda tutta. La situazione è simile in Australia. Pertanto, la lavorazione delle ceneri può essere redditizia solo se, grazie alla tecnologia, compaiono una serie di prodotti di qualità superiore che troveranno consumatori in quantità complete o quasi complete in un'area limitata vicino al luogo di produzione. A uso standard ceneri volanti come additivo per il calcestruzzo o la ceramica da costruzione, il problema non può essere risolto sostanzialmente a causa della capacità limitata del mercato locale. Inoltre, l'aggiunta di cenere di composizione instabile al calcestruzzo è possibile solo in pochi casi senza perdita di qualità quantità limitate, il che rende l'intera idea inutile.

Prospettive di elaborazione

Da un punto di vista chimico non utilizzare le ceneri volanti è assurdo. Possiamo distinguere almeno 3 tipologie di ceneri promettenti per la lavorazione:
1) ceneri ad alto contenuto di calcio derivanti dalla combustione di carbone bruno (LBC), ad esempio dal bacino carbonifero di Kansk-Achinsk, con un alto contenuto di ossido e solfato di calcio, cioè simili nella composizione al cemento Portland e con un elevato potenziale chimico - energia immagazzinata;
2) ceneri acide derivanti dalla combustione del carbon fossile (HCC), costituite principalmente da vetro, comprese le microsfere;
3) ceneri con un alto contenuto di elementi di terre rare.

È bene notare che in natura non esistono due carboni identici, quindi non esistono mali identici. Dovremmo sempre parlare di tecnologia locale per la lavorazione delle ceneri volanti in una regione specifica, poiché i principali consumatori dovrebbero trovarsi vicino alla fonte delle ceneri. Qualsiasi tecnologia più notevole potrà realizzarsi solo se il mercato locale sarà in grado di “inghiottire” tutta o quasi la massa di ceneri lavorate.

Per il complesso trattamento delle ceneri volanti, si propone di utilizzare le capacità di una nuova classe di apparecchiature: i cosiddetti classificatori di massa elettromagnetica (EMC). Questa tecnica si basa su un nuovo fenomeno scoperto relativamente di recente: la formazione di aerosol carichi densi (plasma di gas e polvere) in flussi di gas turbolenti rotanti e la loro separazione in campi elettrici interni.

Il fenomeno della tribocarica delle particelle durante l'attrito o l'impatto è noto all'umanità da tempo immemorabile, ma fino ad ora la scienza non è nemmeno in grado di prevedere il segno della carica.

Vantaggi dell'EHR

Nonostante l'estrema complessità del fenomeno, la tecnica EMC è esteriormente molto semplice e presenta vantaggi sotto tutti gli aspetti rispetto ai tradizionali separatori ad aria o mulini a getto, disintegratori.

Uno dei principali vantaggi è la completa compatibilità ambientale, poiché i processi vengono eseguiti in un volume chiuso, ovvero l'EMC non richiede dispositivi aggiuntivi come compressori o sistemi di raccolta della polvere - cicloni o filtri, anche quando si lavora con nanopolveri. Una sottile frazione dell'aerosol, carica dello stesso segno, viene rimossa dall'aerosol dalla forza di Coulomb attraverso il centro, contro l'azione della forza viscosimetrica di Stokes e della forza centrifuga. Le particelle vengono scaricate sulle pareti della camera di raccolta o attraverso ioni carichi nell'atmosfera, e la carica viene restituita alla camera di generazione dell'aerosol.

Pertanto, nella tecnica EMC, viene eseguito il processo di separazione delle polveri in un numero illimitato di frazioni con circolazione di carica. Quando si separano sistemi eterogenei, comprese le ceneri, è possibile separarli non solo in base alla dimensione delle particelle, ma anche in base ad altre caratteristiche fisiche.

Un altro importante vantaggio dell'EMC è la capacità di implementare simultaneamente diverse operazioni in un unico passaggio (ad esempio, separazione con attivazione meccanica o macinazione), sia in versione continua che discreta. Enormi masse di cenere con un elevato contenuto di particelle fini non possono essere separate con la tecnologia nota, poiché la raccolta della polvere proprio delle particelle fini che hanno il valore più alto e allo stesso tempo rappresentano il pericolo maggiore per l'uomo e l'ambiente è inefficace.

La separazione di una frazione fine dalle ceneri volanti utilizzando un EMC consente di separare in modo efficace e continuo la frazione grossolana in base ad altri parametri, ad esempio dimensione delle particelle, suscettibilità magnetica, densità, forma delle particelle e proprietà elettriche. La gamma di prestazioni della tecnologia EMC non ha analoghi: da una porzione di 1 grammo a 10 tonnellate/ora in modalità continua con un diametro del rotore non superiore a 1,5 m. Anche la gamma di dispersione dei materiali separati è ampia: da centinaia di micron a ~0,03 micron - anche la compatibilità elettromagnetica supera di gran lunga tutto specie conosciute tecnologia, avvicinandosi alla separazione a umido mediante centrifughe.

Tecnologie di lavorazione delle ceneri

Le funzionalità EMC consentono di implementare una “tecnologia intelligente” flessibile per il trattamento delle ceneri, concentrandosi sul suo potenziale di mercato singoli componenti. Uno studio dettagliato di una serie di ceneri volanti, tra cui CHPP-3 e CHPP-5 a Novosibirsk, ha permesso di sviluppare schemi ottimali per il loro trattamento, nonché di proporre tecnologie per la produzione di materiali da costruzione con l'utilizzo della massa di prodotti dalla cenere.

BUZ, ottenuto in particolare presso CHPP-3, è costituito principalmente da particelle sferiche di vetro con contenuto variabile di calcio e ferro. Queste particelle hanno proprietà astringenti e quando reagiscono con l'acqua reagiscono più lentamente del cemento Portland, ma formano pietra di cemento. Tuttavia, insieme a loro ci sono particelle di carbone incombusto sotto forma di coke, il cui contenuto può arrivare fino al 7%, grani di ossido di calcio CaO (5-30%) e solfato di calcio CaSO4 (5-15%), ricoperto di vetro, minerali inattivi - quarzo e magnetite. Cox ha un chiaro impatto Influenza negativa sulla resistenza della pietra, simili ai macropori.

Ma il ruolo più negativo è giocato dai grani di CaO, soprattutto quelli di grandi dimensioni. Questi grani reagiscono con l'acqua con un aumento significativo di volume e notevolmente più lentamente rispetto alla maggior parte delle ceneri, anche a causa dell'incapsulamento del vetro.

L'effetto delle grandi particelle di CaO può essere paragonato a una bomba a orologeria. La resistenza della pietra a base di cenere è generalmente bassa e in media è di circa 10 MPa (100 kg/cm2), ma a causa della composizione instabile varia da 0 a 30 MPa. Il costo al consumo è determinato dal limite inferiore, ovvero è pari a zero. Per selezionare le ceneri di composizione adeguata è necessaria un'analisi rapida, che richiede uno spettrometro costoso. Selezionare solo una parte delle ceneri da smaltire non ha alcun interesse.

Il trattamento meccanico delle ceneri su un EMC nella modalità di attivazione meccanica della superficie delle particelle con separazione simultanea di circa il 50% della frazione fine inferiore a 60 micron risolve i problemi elencati.

La durata di conservazione ottimale della frazione fine attivata delle ceneri con un ulteriore aumento della resistenza della pietra di ~5 MPa è di 1–5 giorni, dopodiché le fessure si chiudono con un calo di attività al di sotto di quello iniziale.

Questa caratteristica del legante per ceneri richiede la lavorazione delle ceneri principalmente da parte dei consumatori stessi. La resistenza della pietra in condizioni ottimali di attivazione e conservazione non scende più al di sotto di 10 MPa, e con piccole aggiunte di cemento dell'ordine del 10% e di cloruro di calcio CaCl2 di circa 1% (il cosiddetto additivo invernale che attiva la reazione con piccoli granelli di sabbia), il legante di cenere diventa un materiale completo ma economico per la preparazione del calcestruzzo antiritiro di bassa qualità M100-M300.

La qualità del calcestruzzo è determinata dalla sua resistenza dopo 28 giorni di stagionatura, ma il calcestruzzo con legante di cenere aumenta ulteriormente la resistenza, aumentandola di 2-3 volte (nel calcestruzzo ordinario - solo del 30%). La frazione grande può essere facilmente lavorata: la separazione per granulometria o su un separatore triboelettrico produce una grande frazione di coke, che può essere restituita alla caldaia; su un separatore magnetico viene separata una frazione di particelle di magnetite sferica, che può essere utilizzata , ad esempio, come pigmento speciale. Il residuo dopo la miscelazione con acqua per 1-2 settimane è intonaco o malta.

Bion dalle ceneri

La figura mostra la resistenza della pietra a diversi rapporti di cemento e legante di cenere. Si possono distinguere tre aree: calcestruzzo di bassa qualità a base di legante di cenere con piccole aggiunte di cemento, calcestruzzo ordinario con piccole aggiunte di legante di cenere del 10-20% e calcestruzzo di massima resistenza con l'aggiunta di legante di cenere del 25-50%. Se come additivo si utilizza un legante per la cenere, l'intero mercato di una metropoli sarà in grado di consumare solo una piccola parte della cenere prodotta.

La produzione di calcestruzzo con una grande aggiunta di legante di cenere fino al 50%, nonostante la sua attrattiva, è un'area ad alto rischio. Ciò è dovuto al fatto che la proporzione di solfato di calcio CaSO4 nelle ceneri varia entro 5 e il suo alto contenuto può portare alla formazione di ettringite quando reagisce con la componente alluminosa del cemento con un grande aumento di volume dopo la formazione di un pietra forte. A questo proposito la formazione di ettringite è definita una piaga del calcestruzzo.

È relativamente più facile trovare usi per il calcestruzzo di bassa qualità. In questo caso, il volume massimo di legante di cenere, ad esempio dalle ceneri del CHPP-3, sarà di 60mila tonnellate all'anno, da cui potranno essere preparati 200mila metri cubi. m di cemento. Sarà sufficiente per costruire 3.000 case singole basse o per coprire 200 km di strade locali con una larghezza di 8 m. Le ceneri possono essere immagazzinate all'asciutto per tutto il tempo desiderato, quindi una discrepanza nei tempi di produzione e consumo non pregiudicherà in alcun modo la qualità della lavorazione delle ceneri in cantiere.

Anche il trattamento dell'anidride carbonica acida, che sono principalmente particelle sferiche di vetro, comprese microsfere cave, e resti di carbone incombusto sotto forma di coke fino al 5%, può essere facilmente implementato utilizzando la tecnologia EMC. Le microsfere, che costituiscono circa il 5% di ceneri, hanno molte applicazioni speciali, inclusa la medicina.

I principali consumatori di KUZ, oltre ai produttori di calcestruzzo, sono le fabbriche di mattoni. Sfortunatamente, le argille in Russia sono generalmente sottili e non sono necessarie aggiunte di cenere. La capacità potenziale del mercato regionale per i prodotti HRSG è ancora molte volte inferiore al volume delle ceneri prodotte. Opzione di esportazione in i paesi sviluppati devono essere calcolati i prodotti dalle ceneri.

Nel Regno Unito, i rifiuti di bassa qualità vengono depositati alla base delle strade. Fino al 10-20% dell'HUZ prodotto può essere utilmente utilizzato come flocculante nella produzione di blocchi di terreno durante la costruzione organizzata di singole abitazioni basse in ecovillaggi semi-autonomi. Un concetto olistico per la costruzione di alloggi convenienti e confortevoli basati sulle risorse locali e sui rifiuti è delineato nel progetto “New Low-Rise Russia” ed è disponibile su Internet. In generale, il mercato per KUS deve formarsi nell'arco di diversi anni, a seconda della disponibilità di investimenti.

Perché è necessario il riciclaggio?

Sfortunatamente, sia la costruzione stradale che la costruzione individuale attraverso le relazioni fondiarie dipendono completamente dai funzionari. Queste aree sono tradizionalmente le meno trasparenti, il che consente alla corruzione di prosperare. L’innovazione in questi settori è davvero impossibile senza la volontà politica delle autorità.

L'uso senza rifiuti del carbone fossile è particolarmente vantaggioso per lo Stato da un punto di vista strategico, poiché senza costi aggiuntivi il volume di produzione di materiali leganti raddoppierà e, inoltre, a causa del carbone, il consumo di gas all'interno del paese sarà ridotto notevolmente ridotto, il che aumenterà il volume delle sue vendite all'estero. La produzione di un legante alternativo a base di cenere garantirà concorrenza nel settore del calcestruzzo di bassa qualità ai monopolisti regionali, i produttori di cemento.

Zyryanov Vladimir Vasilievich,

Energia e industria della Russia