Некоторые особенности состава и свойств золошлака и золы-уноса от сжигания экибастузских углей

Введение. По данным Минприроды России, сейчас в стране образуется 22–25 млн т ЗШО в год, утилизируется до 10%. Распоряжением Правительства Российской Федерации № 1557-р от 15 июня 2022 г. утвержден «Комплексный план по увеличению объемов утилизации золошлаковых отходов V класса опасности». Экибастузские угли являются самыми высокозольными топливными углями, используемыми на ТЭС в РФ. Свойства золы-уноса и золошлаков зависят от вида сжигаемого топлива – его минеральной части (пустой породы), а также других технологических особенностей процессов приготовления, сжигания, улавливания и удаления материалов. Именно поэтому свойства этих материалов следует рассматривать в увязке с конкретным топливом.

Методы и материалы. Объектом исследования послужила зола-уноса и золошлак, полученные при сжигании экибастузских углей на российских ТЭС. С помощью методов физико-химического анализа изучен химико-минералогический состав, определены физические свойства и экологические параметры этих материалов.

Результаты. В результате проведенных исследований установлены химический, минералогический и фазовый составы золы-уноса и золошлака экибастузских углей. Выявлены специфические особенности физических свойств и установлены причины, обуславливающие их формирование. Получены уточненные данные об экологических характеристиках золы-уноса и золошлака.

Заключение. Экибастузские угли характеризуются наиболее высокой зольностью среди всех топливных углей, достигающей 45%, что обуславливает необходимость активного вовлечения ЗШО в строительную индустрию страны. Для эффективного применения ЗУ и ЗШЛ, образующихся при сжигании этих углей, требуется учитывать ряд специфических свойств. Зола-уноса экибастузских углей, характеризуясь сверхкислым химическим составом, не проявляет свойств, присущих минеральным вяжущим веществам. Однако ЗУ, полученная методом сухого улавливания, обладает способностью вступать во взаимодействие с продуктами гидролиза минеральных вяжущих и вовлекаться в процессы гидратации, что указывает на её потенциальную активность в составе строительных композитов. Каолинит, доминирующий в минералогическом составе пустой породы экибастузского угля с ограниченным присутствием плавней, обусловливает необходимость высоких температур для модификации и термоактивации минеральной составляющей. Эта особенность оказывает непосредственное влияние на фазовый состав образующейся ЗУ и ЗШЛ, определяя их характеристики и свойства. Диссоциация минералов в тонкоизмельченном угле стимулирует формирование как закрытой, так и открытой микропористости в зольных частицах. Этот процесс приводит к существенному увеличению их удельной поверхности и химической активности, определяя физические свойства ЗУ и ЗШЛ. Шлаковая составляющая от сжигания экибастузских углей нагревается только до стадии спекания, но не плавления. Это предопределяет пониженную плотность и механические показатели ЗШЛ. Экибастузские угли характеризуются повышенным содержанием фюзена в органической части. Петрографические характеристики данной органической массы предопределяют повышенную устойчивость углистых остатков к агрессивным воздействиям. Радиоактивность экибастузских ЗУ и ЗШЛ не превышает допустимый предел для отнесения их к I классу опасности по удельной эффективной активности ЕРН. Экибастузским ЗШО присвоен V класс опасности для окружающей природной среды, определяющий её как практически неопасные отходы.

1. Федорова Н.И., Исмагилов З.Р. Характеристика химического состава золы сапропелитовых углей различных месторождений // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2020. № 3. С. 27–32. DOI: https://doi.org/10.26730/1999-4125-2020-3-27-32

2. Лунёв А.А., Иванов Е.В., Сиротюк В.В. Применение золошлаковых смесей тепловых электростанций для строительства земляного полотна автомобильных дорог: монография. 2-е изд., испр. и доп. Омск: СибАДИ, 2023. 1 электрон. опт. диск (CD-R).

3. Prause B. Die Reaktion von Steinkohlen-Flugasche in hydraulisch und karbonatisch aushärtenden Bindemitteln // Kurzberichte aus der Bauforschung. 1991. B. 86. P. 629—633. https://katalog.bibliothek.kit.edu/bib/135557

4. Капустин Ф.Л.Технологические и экологические аспекты применения золы-уноса Рефтинской ГРЭС при производстве строительных материалов // Технология бетонов. 2011. № 7-8. С. 64–65.

5. Шульце С.Е., Рикерт Й. Влияние химического состава золы-уноса на ее реакционную способность // Цемент и его применение. 2012. № 1. С.170–176. https://jcement.ru/magazine/vypusk-1-/vliyanie-khimicheskogo-sostava-zoly-unosa-na-eereaktsionnuyu-sposobnost/

6. Sharonova O.M., Fedorchak M.A., Mazuro va E.V. The Composition and Structure of Ferrospheres Formed by Industrial Combustion of Ekibastuz Coal // Journal of Siberian Federal University. 2017. Chemistry 2 (10). pp. 175-185.

7. Сиротюк В.В., Троян Т.П. Влияние углистых остатков на качество золошлаков, применяемых для строительных технологий // Вестник СибАДИ. 2017. 6(58). 119–125.

8. Бирюков В.В., Метелев С.Е., Сиротюк В.В., Шевцов В.Р. Энергопроизводство и утилизация золошлаковых отходов // Вестник Российского государственного торгово-экономического университета. 2008. № 2. С. 221–229.

9. Попов Н.А., Иванов И.А. Характеристика несгоревших частиц в золах ТЭЦ // Труды Академии строительства и архитектуры СССР. Западносибирский филиал. 1961. Вып. 5. С.18–26.

10. Федынин Н.И. Об особенностях несгоревшего топлива в золах ТЭЦ и его влиянии на свойства золобетонов // Строительные материалы. 1963. № 4. С. 9–12.

11. Lunev A.A., Sirotyuk V.V. Influence of Granulometric Composition on the Mechanical Properties of Pond Ash // Soil Mech. Found. Eng. 2021. Vol. 58, № 4. P. 314–319.

12. Jambhulkar, H.P., Shaikh, S.M.S., Kumar, M.S., Fly ash toxicity, emerging issues and possible implications for its exploitation in agriculture; Indian scenario: A review, Chemosphere (2018), DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.09.045.

13. Овсейчук В.А., Крылов Д.А., Сидорова Г.П. Радиоактивность углей и продуктов их сжигания // Атомная стратегия. Режим доступа: http//www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=Artic.=4326. (дата обращения: 19.04.2025)

14. Алиназаров А.Х., Хайдаров Ш.Э., Хатамова Д.М. Технологические особенности использования угольной золы как эффективное решение экологической проблемы // Молодой ученый. 2014. № 8 (67). С. 366–369. URL: https://moluch.ru/archive/67/10986/ (дата обращения: 21.04.2025).