научная статья по теме О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ГЛАВНЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КАА-ХЕМСКИХ УГЛЕЙ В ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДАХ ТЭЦ Г. КЫЗЫЛ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ГЛАВНЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КАА-ХЕМСКИХ УГЛЕЙ В ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДАХ ТЭЦ Г. КЫЗЫЛ»

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2012, № 5, с. 46-51

УДК 662.543.628

О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ГЛАВНЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КАА-ХЕМСКИХ УГЛЕЙ В ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДАХ ТЭЦ г. КЫЗЫЛ1

© 2012 г. Л. Х. Тас-оол*, Н. Н. Янчат**, К. Д. Аракчаа*

*Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тувинский государственный университет"

E-mail: tgu@tuva.ru **Учреждение Российской академии наук Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов (СО РАН)

E-mail: tikopr@mail.ru Поступила в редакцию 10.01.2012 г.

Представлены сравнительные данные силикатного анализа по распределению главных золообразу-ющих элементов каа-хемских углей в зольных уносах и шлаках ТЭЦ г. Кызыл в отопительные сезоны 1989—2009 гг. За двадцатилетний промежуток времени увеличилась степень связывания SO2 дымовых выбросов производства. Распределение шести главных золообразующих элементов между шлаком и золоуносом неравномерно: в шлаке концентрируются кремний, железо, марганец и сера. Зольный унос обогащен алюминием, титаном и недожогом. Содержание щелочных металлов и кальция в шлаках и зольных уносах практически не различается. Низкосернистые золошлаковые отходы Кызылской ТЭЦ с высоким содержанием кремния, алюминия, железа, кальция и недожога можно рекомендовать в качестве сырья в производстве строительных материалов, стеновой керамики, пористых заполнителей, строительстве дорог и т.д. Золоотвал представляет практический интерес по извлечению ценных ферромагнетиков (магнетит, ферросилиций) и алюмосиликатных микросфер.

Исследование параметров распределения главных неорганических элементов углей Каа-Хем-ского месторождения (Улуг-Хемский бассейн) проводится в рамках изучения возможностей промышленного использования золошлаковых отходов ТЭЦ г. Кызыл. Угли каменные, гумусовые, качественный состав (мас. %): С^ 82.7; Н^ 5.9;

О^ 13.1; № 1.2; 0.5; 1.9; Аа 5.2; У^ 35.8. Открытая разработка месторождения начата в 1976 г., основными потребителями углей являются тепловые электростанции, котельные предприятий и дома с печным отоплением (объем добычи 500—600 тыс. т/год).

В отопительный сезон 1989/1990 гг. в котлоаг-регатах ТЭЦ сожжено 177.0 тыс. т угля, образовалось золошлаковых отходов (ЗШО) 34.5 тыс. т. В аналогичный сезон 2009/2010 гг. утилизировано ЗШО в 2 раза меньше (16.4 тыс. т), хотя потребление угля снизилось лишь на 7% (до 164.4 тыс. т). Значительное уменьшение объема отходов обусловлено двумя факторами: заменой в 90-х годах всех шести котлоагрегатов на новые (с марки БКЗ-320 на БКЗ-75, температура в топке 1270— 1420°С, на выходе топки 950-1000°С, в поворотной камере 500—550°С) и снижением зольности

1 Работа частично выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 11-05-980252-р_сибирь_а.

угля с углублением вскрышных работ. Если в 1989 г. уголь добывался на усредненной глубине 37 м в пределах погружения 18—45 м, и зольность А) составляла 12.5%, то в 2009 г. он извлекался с уровней 41—74 м на усредненной глубине 57 м, а зольность уменьшилась на 1.2%: Аа = 11.3%.

Отбор проб для гранулометрического и силикатного анализов проводили в соответствии с ГОСТ 10742-71. В работе представлены результаты сравнительного анализа шестидесяти шести проб золошлакового материала, отобранных в отопительные сезоны 1989/1990 гг. (24 пробы зо-лоотвала, по одной пробе золы уноса и шлака), 2009/2010 гг. (20 проб золоотвала, 9 золоуноса и 8 шлака). Точки отбора проб из золоотвала показаны на рис. 1.

Намыв ЗШО в рабочую секцию отвала с гидропульпопровода осуществляется в течение 2—3 лет, после чего воздушно-обезвоженный золошлако-вый материал вывозится на отведенную площадку. Механические примеси (обломки горных пород, остатки сухой растительности, обрывки бумаг, целлофана, битое стекло и др.), занесенные в золоотвал ветром или другим путем и попавшие в состав проб ЗШО, отделяли вручную. В пробах ЗШО визуально различимы чередующиеся раз-нозернистые слои как стекловидной, так и кри-

Рис. 1. Схема золоотвала ОАО "Кызылская ТЭЦ": цифры 1, 2, ... 20 — точки отбора проб ЗШО; секции № 1 и № 2 — соответственно, рабочий и резервный бассейны гидроприема ЗШО; секция № 3 — участок складирования ЗШО.

сталлической составляющих преимущественно серого цвета (с оттенками от светлого до темного).

Дисперсный состав ЗШО приведен в табл. 1. Основу (95%) золы уноса 2009 г. представляют гранулы тонкозернистых фракций <0.25 мм с преобладанием доли пылевидной фракции <0.05 мм (37%). Золоунос 1989 г. в целом был крупнее: содержание фракции средней дисперсности 0.50—0.25 мм в три раза больше, чем в 2009 г. (9.18% против 2.83%), а тонкозернистой фракции <0.25 мм, наоборот, меньше на 6%. Отмеченные различия, очевидно, вызваны изменением технологии сжигания угля в новых котлах.

Шлак на четверть состоит из агрегированных кусков остывших капель расплава диаметрами от 0.3 до 13 см, оставшаяся масса на 78.6% сложена из гранул средней дисперсности 0.50—0.09 мм; содержание пылевидной фракции (<0.05 мм) около 7%, что в 5 раз меньше, чем в образцах золоуносов.

Главный компонент ЗШО — зольный унос (90—95%), а потому дисперсность вещества золо-отвала практически не отличается от золоуноса: основная масса (92%) состоит из тонкодисперс-

ных фракций <0.25 мм, среди которых доминирует (32%) пылевидная <0.05 мм. На предприятиях электроэнергетики Приморского края, в которых сжигается смесь каменных и бурых углей, содержание золоуноса меньше чем в отходах ТЭЦ г. Кызыл и не превышает 70—85% [1].

Химический состав ЗШО. В табл. 2 приведены результаты силикатного рентгенофлуоресцент-ного анализа на приборе СРМ-25 золы исходного угля и усредненных проб ЗШО после сплавления с тетраборатом лития на стадии пробоподготов-ки; содержание серы определялось методом полуколичественного анализа на приборе S4 Pioneer, Bruker. Видно, что основным компонентом золы угля и золы ЗШО является SiO2 (29—42%).

Распределение шести главных золообразую-щих элементов между шлаком и золоуносом неравномерно: в шлаке концентрируются кремний, железо, марганец и сера. Так, содержание [SiO2] в шлаке составило 37.3%, в золоуносе — 28.7% (в золе угля 29.3%); соответственно, [Fe2O3] — 24.0%; 18.7% (18.3%); [MnO] - 0.5%; 0,3% (0.2%); [SO3] -5.3%; 2.5% (8.4%). Зольный унос обогащен алю-

48 ТАС-ООЛ и др.

Таблица 1. Гранулометрический состав твердых отходов ТЭЦ г. Кызыл

Место отбора пробы Содержание*, %

размеры частиц, мм

>1.0 1.0-0.5 0.50-0.25 0.250-0.125 0.125-0.090 0.090-0.063 0.063-0.050 <0.050

Золоунос 2009/2010 гг. n = 9 — (0.39) 0.99 — (0.86) 2.36 —(2.83) 5.18 5 .93 (9.65) 18.34 6 .71 (11.61) 21.74 1 L84 (18.94) 31.62 1 1 .47 (17.55) 21.41 1 075 (37.44) 57.52

Шлак 2009/2010 гг. n = 8 0.20 (2.03) 10.68 ; 0 .27 (3.69) 14.69 8.34 (23.54) 35.81 24.86 (43.76) 64.75 6 .12 (11.26) 18.27 1 .89 (5.70) 11.82 — (3.11) 7.50 1 .01 (6.88) 16.76

Золоотвал 2009 г. n = 20 — (1.08) 4.77v ' 010 (1.20) 2.69 0 .61 (5.37) 10.37 3 32 3 - 32 (18.81) 37.42 7 .76 (14.20) 30.23 5 .30 (14.58) 27.21 1 .88 (12.27) 35.88 2 Ш (32.44) 62.13

Золоунос 1989/1990 гг. n = 1 0.79 0.93 9.18 89.10

Шлак 1989/1990 гг. n = 1 2.58 1.71 15.80 79.91

* В числителе минимальное, в знаменателе максимальное, в скобках среднее содержание частиц в образце.

минием, титаном и недожогом, п.п.п.: содержание [А1203] в золе уноса 13.2%, в шлаке 7.9% (в золе угля 12.2%); [1Ю2] - 0.7%; 0.5% (0.5%); [п.п.п] -12.9%; 4.8% (2.7%). Содержание щелочных металлов и кальция в шлаке и золоуносе практически не различается.

За двадцатилетний промежуток времени (1989-2009 гг.) увеличилась степень связывания 802 дымовых выбросов энергетического производства: в золоотвале содержание сульфатной серы [803] повысилось в 4 раза (от 0.2 до 0.8%), а также увеличилось содержание [СаО] в 1.7 раза (от 8.5 до 14.6%) и [1Ю2] - в 1.5 раза (0.6% против 0.4%). Очевидно, и эти факты вызваны изменением технологии сжигания угля в новых котлоагре-гатах.

Вещественный состав твердых отходов. Под бинокуляром микроскопа МБС-10 в составе проб золоуноса и золоотвала определяются угловатые зерна кварца, полевых шпатов и частицы несго-ревшего угля ячеистой структуры и черной окраски (иногда с бурым налетом). Рыхлые аморфные комковатые частицы золоуноса светлой, темно-серой и охристой окраски, разлагающиеся с выделением газообразных продуктов под воздействием растворов слабых кислот, представляют собой частицы вторичных минералов (СаС03, Са804 и Fe203).

Пробы шлаков отличаются большим содержанием частиц стекловидного вещества; глинистая стеклофаза образована мелкими чешуйчатыми частицами овальной и сферической форм разнообразной окраски (от бесцветной до темно-бурой и черной). Методом рентгенофазового анализа

идентифицируются кварц a-SiO2, муллит 3Al2O3 • • 2SiO2, силлиманит Al2SiO5 и другие минералы. Характер дифракционных линий, конфигурация и межплоскостные расстояния указывают на несовершенство кристаллической структуры вторичных минералов [2, 3].

В ЗШО присутствуют легко отделяемые магнитом оплавленные ферромагнитные соединения овальных и удлиненных форм черного, темно-серого цвета с преобладающим размером частиц 0.5—0.1 мм. Полагаем, что поддающиеся магнитной сепарации соединения представляют собой сплав ферросилиций (FenSim) (в шлаке концентрируются кремний и железо) и минерал магнетит (Fe3O4); в исходном угле железо представлено главным образом в виде железоорганиче-ских соединений (~94%), а также пирита (FeS2) и сидерита (FeCO3) [2]. Ферросилиций и магнетит после извлечения из ЗШО могут быть использованы в промышленности [4]: 1) в качестве раскисляющих и легирующих добавок при выплавке электротехнических, рессорно-пружинных, кор-розионно- и жаростойких стальных деталей для аппаратур, работающих в агрессивных средах, 2) в порошковой металлургии, 3) в составе "тяжелых" бетонов, способных экранировать электромагнитные и радиоактивные излучения, 4) в технологиях обогащения полезных ископаемых в тяжелых средах.

Легкая фракция с плотностью <1 г/см3, плавающая на водной поверхности рабочего бассейна золоотвала, представляет собой алюмосиликат-ные микро

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химическая технология. Химическая промышленность»