Татьяна Хамзина
Угольная зола – что представляет собой?
Угольная зола является основным остатком сгорания угля, образующимся при сжигании пылевидного угля на теплоэлектростанциях. Ежегодно производятся миллионы тонн угольной золы. Утилизация угольной золы является экологически неприемлемой. Угольная летучая зола состоит в основном из несгоревшего углерода и неорганических соединений (таких как кремнезем, глинозем и небольшое количество оксидов железа, оксид кальция, оксид магния, оксид фосфора, диоксид титана и т. д.).
Татьяна Хамзина, ИПКОН РАН, г. Москва, лаборатория комплексной переработки нетрадиционного минерального сырья
Состав угольной золы, образовавшейся после сжигания
Уголь содержит значительное количество различных микроэлементов, и после сжигания концентрация этих элементов в угольной золе иногда в 4–10 раз выше, чем в исходном угле. Угольную золу можно рассматривать как основной потенциальный источник выброса многих химических элементов в окружающую среду.
Угольная зола, образующаяся при сжигании угля для производства энергии, является промышленным побочным продуктом, признанным загрязнителем окружающей среды. Из-за экологических проблем, связанных с угольной золой, во всем мире были проведены значительные исследования по этому вопросу.
С точки зрения производства электроэнергии угольная зола является отходом, а с точки зрения использования угля угольная зола представляет собой ресурс, который еще предстоит полностью использовать; таким образом, производители тепловой электроэнергии ищут способы использования угольной золы.
Использование угольной золы в качестве сырья
На сегодняшний день было опубликовано множество обзорных статей и исследований, касающихся угольной золы, ее применения и свойств, включая обзор свойств угольной золы и ее применения в строительстве, адсорбции, производстве легких заполнителей, а также синтезе цеолитов. Из-за некоторых многообещающих характеристик угольной золы существует сильная тенденция найти возможное применение этому материалу, например, для получения эффективных адсорбентов, графитоподобных материалов, наполнителей и т. д.
Продукты золоотделения ТЭС могут быть использованы в различных отраслях промышленности: металлургии, энергетике, химической промышленности, в производстве строительных материалов.
Угольная зола является многообещающим альтернативным источником редкоземельных элементов, которые являются важными материалами во многих технологиях.
Понимание физических, химических и минералогических свойств летучей золы угля важно, поскольку эти свойства влияют на ее последующее использование и утилизацию. Конкретные свойства зависят от типа используемого угля, условий сжигания, а также от других факторов. Физически летучая зола представляет собой мелкие частицы со средним размером <20 мкм и имеет насыпную плотность от низкой до средней (0,54–0,86 г/см3), большую площадь поверхности (300–500 м2/кг) и легкую текстуру. Содержащиеся железо и несгоревший углерод влияют на видимый цвет, который варьируется от белоснежного до желтого, от оранжевого до темно-красного или от коричневого до непрозрачного.
Сравнение различных вариантов применения угольной золы имеет недостатки и ограничения применения. Эффективность и экономичность извлечения ценных металлов и синтез цеолина являются основными ограничивающими факторами. Методы извлечения оксида алюминия имеют некоторые недостатки, и большинство работ, о которых сообщалось на сегодняшний день, проводились только в лабораторных масштабах. Катализаторы золы в промышленной практике не применялись.
Применение угольной золы в разных отраслях
Ожидается, что утилизация угольной золы повысит потенциальные возможности в промышленности. Однако большинство описанных методов все еще находятся на ранних стадиях коммерциализации. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы превратить это исследование в коммерческую реальность. Поскольку последние технологии переработки угольной золы имеют свои недостатки, следует уделять больше внимания разработке новых технологий.
Летучая зола имеет большой потенциал в области защиты окружающей среды и является интересной альтернативой для замены активированного угля или цеолитов для адсорбции в воздухе или очистки воды.
Сейчас основными потребителями золы по разработанным технологическим процессам и рекомендациям являются преимущественно различные отрасли строительства. Однако особенности золы (полиэлементный состав, специфические химические и физико-механические свойства) открывают все новые разнообразные возможности для ее использования.
Осваиваются процессы по комплексному использованию угольной золы. При этом из нее могут выделяться различные ценные продукты и материалы: магнетит, алюминий (в виде глинозема и криолита) и даже углерод.
Установлена возможность применения золы в сельском хозяйстве для удобрения почвы с целью введения в нее цинка, калия, молибдена и бора, находящихся в золе. Исследования проводились с золой электростанций на различных почвах. В результате опытов было выявлено, что бор из золы оказывает благоприятное влияние на рост растений.
Угольная зола — это мощный резерв вторичного сырья, использование которого позволит значительно улучшить технико-экономические показатели многих отраслей промышленности, где они найдут широкое применение.
Существует острая и постоянная потребность в разработке новых методов переработки угольной золы.
Ожидается, что производство угольной золы будет увеличиваться еще много лет в результате растущей зависимости мира от производства электроэнергии с использованием угля.
В большинстве случаев работы в этой области лабораторного масштаба, и необходимы дальнейшие разработки.
Летучая зола, хотя и загрязняет окружающую среду, является важным сырьем для различных применений. Использование летучей золы в строительстве, удаление органических соединений, тяжелых металлов, красителей и синтез цеолита могут значительно помочь в снижении загрязнения окружающей среды. Для получения максимальной выгоды следует использовать новые технологии эффективного использования угольной золы.
