Апр 08 2001

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Опубликовано в 15:08 в категории Утилизация отходов

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

А.А. Мартынюк, Э.В. Янковская, В.А. Шулюк,

В.В. Головко, Ю.П. Казаков

ДПИНИИ "Теплоэлектропроект", г. Донецк, Украина

Проблема отходов относится к числу наиболее актуальных и наименее разрешённых природоохранных проблем. Чрезвычайно актуальна она для Донбасса и, особенно, Донецкой области.

Донецкая область занимает всего лишь 4,4 % площади Украины, но здесь сконцентрировано более 25 % всех отходов, образованных в Украине. Ежегодное образование промышленных отходов составляет 50-60млн. т в год. В области образуется около 50 % отходов угольной промышленности, более 40 % металлургических шлаков, более 30 % золошлаковых отходов теплоэлектростанций. Несмотря на спад промышленного производства в 1998г, на предприятиях области образовалось 44 млн. т отходов, из которых: 24 млн. т – отходы угледобычи и углеобогащения, около 7 млн. т – шлаки металлургического производства, примерно 4 млн. т – зола и золошлаковые отходы, более 5 млн. т вскрышных пород добычи нерудных материалов и отходов их обогащения. Уровень использования отходов как вторичного сырья чрезвычайно низок – в среднем 15-20 %. Как результат, в области находится более 1000 объектов накопления отходов в виде терриконов, отвалов, шлаконакопителей, свалок, которые занимают примерно 1 % территории области.

Энергетическая отрасль – одна из основных отраслей промышленности, от функционирования которой зависит благосостояние страны. Примерно 70 % электроэнергии Украины вырабатывается на тепловых электростанциях за счет сжигания ископаемого органического топлива. Основная часть продукции теплоэнергетики Украины определяется процессами горения твёрдого топлива – угля, в результате чего вырабатывается не только электроэнергия, но и образуется большое количество отходов – топливных зол и шлаков, являющихся продуктами термохимических и фазовых превращений неорганических компонентов часто с

включением несгоревшей органической части угля. В последнее время наблюдается ухудшение качества энергетических углей. Так, на примере Славянской ТЭС (таблица 1), зольность используемого угля возросла с 28 % (1997г) до 35,7 % (1999г), одновременно снизилась и его калорийность.

Таблица 1. Показатели качества угля, поступающего на Славянскую ТЭС, по годам

Наименование

показателя

1997

1998

1999

2000

Калорийность,

Ккал/кг

4752

4566

4099

4220

Зольность, %

28,0

31,2

35,66

39,0

Соответственно, увеличилось и количество золошлаковых отходов, складируемых на золоотвале.

Славянская ТЭС проектной мощностью 2100 МВт располагала на начало 2000 года турбоагрегатами мощностью 1600 МВт. Выработка электроэнергии в 1999г составила 1,763 млрд. кВт·ч. Вместе с тем, количество образовавшейся золы и шлаков составило 330241,8т, в том числе золы 264193,4т; шлака 66048,4т. Количество выброшенной в атмосферу золы составило 8421,2т, а уловленной – 255772,2т.

Таким образом, общее количество золы и шлаков, переданное на золоотвал, равнялось 321820,6т.

Ввиду отчётливо наметившейся тенденции ухудшения качества сжигаемого угля, его зольность может достигнуть 39 % на ближайшую перспективу. В этом случае общее количество образовавшейся золы и шлаков составит 360768,3т/год, т.е. увеличится на 30526,5т/год. Система гидрозолоудаления СлавТЭС оборотная с транспортировкой золошлаков в существующий золоотвал №1 площадью 104га.

На ТЭС сжигается донецкий уголь марки АШ, поставщиками которого являются ряд шахт Донецко-Макеевского и Луганского районов. Преобладающими минералами в золошлаках являются оксиды кремния, алюминия, железа; в малых количествах в них обнаруживаются оксиды кальция, магния, калия, натрия, серы; в небольших количествах – редкие и рассеянные элементы: уран, германий, галлий, свинец, цинк, молибден, вольфрам, олово, бериллий, цирконий, висмут, селен, кадмий, ртуть и др.

Золошлаковые отходы являются источником редких и рассеянных элементов, содержащихся в углях. В таблице 2 представлены данные химического состава углей на примере антрацитов Донбасса.

Таблица 2. Содержание малых элементов в товарной продукции антрацита шахт Донбасса

Наименование

элемента

Кларк элемента в осадочных породах,

г/т

Промышленный кларк,

г/т

Содержание элемента в угле, г/т

Шахта «Постниковская» ПО «Шахтёрск-уголь»

Шахта «Прогресс»

ПО «Торез-антрацит»

Комсомольская ПО «Антрацит»

Литий

55

9,1

86

35

38

Бериллий

3,4

0,43

0,90

0,54

0,72

Фтор

650

140

96

130

Хлор

150

500

730

Скандий

11

6,0

5,0

4,0

3,7

Титан

3900

790

890

920

Ванадий

110

26

25

37

50

Хром

78

59

46

75

Марганец

740

330

430

250

Кобальт

15

16

17

16

Никель

56

26

33

45

Медь

37

24

26

33

Цинк

79

31

29

32

Галлий

17

5,7·10-2

13

11

16

Германий

1,4

9,0·10-2

1,3

0,9

1,1

Мышьяк

11

31

11

11

Селен

0,49

2,0

Рубидий

120

1,4·10-2

17

38

49

Стронций

270

81

570

280

400

Иттрий

28

1,0

17

8,0

10

Цирконий

160

53

45

47

Ниобий

8,8

22

4,8

4,4

4,7

Молибден

2,1

110

1,8

1,5

2,4

Серебро

0,67

0,07

Олово

4,2

4,0

2,0

2,8

Цезий

4,2

43

1,8

1,8

3,8

Барий

470

360

390

330

Лантан

78

0,86

12

9,8

9,2

Церий

62

10,0

35

30

25

Иттербий

2,7

1,2

0,6

0,8

Вольфрам

1,7

410

2,1

1,8

3,3

Ртуть

0,33

0,7

0,2

0,67

Таллий

1,2

2,1·10-2

1,0

1,0

Свинец

17,5

19

13

23

Висмут

0,3

0,73

0,67

0,8

При сжигании углей большая часть соединений химических элементов концентрируется в золах и шлаках. Естественно, что концентрации практически всех микроэлементов в золошлаковых отходах выше, чем в среднем в Донецких углях.

Степень концентрирования многих микроэлементов не согласуется с литературными данными. Это объясняется особенностями поведения микроэлементов в зонах горения в котлах электростанций.

Согласно литературным данным микроэлементы Sr, Ba, РЗЭ, Ti, Zr, Hg, Mn не выносятся из золы при температуре сжигания топлива, т.к. связываются алюмосиликатной матрицей. Они равномерно распределяются в зольных остатках.

Микроэлементы Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Mo и некоторые другие при температуре >1000 0С в основном выносятся из высокотемпературной зоны за счёт образования газообразных соединений, конденсируются при охлаждении топочных газов до 110-120 0С. Шлаки обедняются, а золоуносы обогащаются элементами этой группы.

Промежуточное положение между элементами I и II групп занимают Со, Wi, Cu, Be, V. При низкотемпературных способах сжигания углей они равномерно распределяются между золоуносами, а при высокотемпературном сжигании происходит обогащение этими элементами высокодисперсной золы. Галогены, ртуть, частично селен и рений образуют в зоне высоких температур газообразные соединения, которые не улавливаются при сухих методах очистки дымовых газов.

В таблице 3 представлены данные химического анализа золошлаковых отходов Славянской ТЭС, золы уноса Кураховской ТЭС.

Таблица 3.

Наименование

элемента

Золошлаковые

отходы Слав ТЭС,

мас. доля % *

Донный ил (зола растений)*

Золошлаки Зуевской ТЭС,

% мас

Золоунос

Кураховской ТЭС

глубина 0,0-0,05

глубина 0,05-0,5

Свинец

2·10-3

2·10-3

0,3·10-3

(2,1-3,1)·10-2

Ванадий

15·10-3

10·10-3

0,7·10-3

(1,0-1,2)·10-2

Никель

5·10-3

5·10-3

0,7·10-3

1,7·10-2

0,032

Хром

10·10-3

10·10-3

2·10-3

5·10-3

Кобальт

2·10-3

2·10-3

7,3·10-2

>1,0·10-2

Висмут

1,5·10-4

1,5·10-4

Бериллий

2·10-4

2·10-4

(3,5-4,5)·10-3

Продолжение таблицы 3

Наименование

элемента

Золошлаковые

отходы Слав ТЭС,

мас. доля % *

Донный ил (зола растений)*

Золошлаки Зуевской ТЭС,

% мас

Золоунос

Кураховской ТЭС

глубина 0,0-0,05

глубина 0,05-0,5

Ниобий

2·10-3

1,5·10-3

Молибден

15·10-5

15·10-5

20·10-5

(5,0-8,0)·10-3

Олово

5·10-4

3·10-4

Литий

2·10-3

3·10-3

3·10-3

Медь

3·10-3

3·10-3

5·10-3

(2,6-6,9)·10-2

Цирконий

20·10-3

20·10-3

7·10-3

Ув

3·10-4

3·10-4

Барий

5·10-2

3·10-2

5·10-2

Индий

2·10-3

2·10-3

Лантан

2·10-3

2·10-3

1·10-3

Титан

20·10-2

50·10-2

3·10-2

5·10-2

Магний

10·10-1

7·10-1

5·10-1

Марганец

7·10-2

7·10-2

5·10-2

4,3·10-2

0,11-0,13

Кальций

50·10-1

50·10-1

Цинк

7·10-3

7·10-3

(6,0-7,0)·10-3

Скандий

7·10-4

7·10-4

Серебро

3·10-6

2·10-6

Стронций

3·10-2

Германий

1·10-2

(2,0-3,0)·10-4

Галлий

3·10-2

Мышьяк

менее 5·10-3

Ртуть

Хром

0,041-0,15

*Результаты полуколичественного спектрального анализа (данные «Артёмгеологии»)

Золошлаковые отходы, с одной стороны, являются ценным техногенным сырьём, с другой – колоссальным загрязнителем биосферы.

Так, исследованиями «Артёмгеологии» на примере Славянской ТЭС было показано, что ртуть и мышьяк являются основными загрязнителями почвенного покрова территорий, прилегаемых к ТЭС. Концентрации ртути в пределах аномалий достигают значений 40-75 единиц местного геофона, по основной площади участка работ не превышают 10-15 единиц, в среднем составляют 5-8 единиц.

Мышьяк по площади участка распространён повсеместно со значениями 4-7 единиц геофона, в единичных точках достигая значений 8-10 единиц.

При резком преобладании в аномалиях ртути и мышьяка, выделяется также свинец, который встречен по 10% точек опробования с уровнем концентрации 1,5-2,0 геофона, в единичных случаях 5,5 геофона, а также скандий с уровнем концентраций 1,5 геофона, в единичном случае 10,6 единиц.

Ждёт своего часа систематический анализ вод золоотвалов. Имеются пока единичные данные по загрязнению грунтовых и поверхностных вод.

Все эти данные необходимы для получения статистически достоверных знаний по загрязнению почвенного слоя, поверхностных и грунтовых вод путей миграции микроэлементов из золоотвалов и разработки способов предотвращения вредного влияния техногенных выбросов на окружающую среду. В связи с физико-химическими особенностями поведения микрокомпонентов зол и шлаков, необходимо переводить станции на раздельные схемы транспортировки золы и шлаков.

Актуальным является разработка рациональных, экономичных и экологичных способов обогащения углей с целью не только отделения породы, но и извлечения ценных для производства и опасных для жизнедеятельности компонентов.

Сопоставление данных химического состава продуктов и отходов обогатительных фабрик свидетельствует об извлечении некоторых компонентов в продуктах и отходах и обогатительных фабрик (таблица 4) в водную фазу.

Таблица 4. Содержание малых элементов в продуктах и отходах обогатительных фабрик

Наименование элемента

Содержание элемента, г/т

Моспинская ЦОФ

Кураховская ЦОФ

Постниковская ГОФ

Литий

Концентрат

15

24

21

Отсев

26

75

Флотохвосты

50

44

Порода

91

28

180

Шлам

120

Бериллий

Концентрат

1,0

1,4

1,0

Отсев

1,0

0,7

Флотохвосты

1,9

44

Порода

1,4

28

1,3

Шлам

1,5

Продолжение таблицы 4

Наименование элемента

Содержание элемента, г/т

Моспинская ЦОФ

Кураховская ЦОФ

Постниковская ГОФ

Хром

Концентрат

44

48

34

Отсев

62

62

Флотохвосты

71

77

Порода

90

84

92

Шлам

70

Марганец

Концентрат

110

160

210

Отсев

170

210

Флотохвосты

500

650

Порода

460

500

630

Шлам

540

Медь

Концентрат

26,0

19,0

31,0

Отсев

21,0

33,0

Флотохвосты

28,0

28,0

Порода

30,0

24,0

33,0

Шлам

25,0

Галлий

Концентрат

5,8

11,0

7,2

Отсев

7,2

14,0

Флотохвосты

16,0

13,0

Порода

19,0

27,0

Шлам

13,0

Германий

Концентрат

1,5

5,2

1,2

Отсев

2,2

1,9

Флотохвосты

1,2

1,4

1,5

Порода

1,3

1,4

Шлам

Мышьяк

Концентрат

31,0

18,0

42,0

Отсев

28,0

44,0

Флотохвосты

35,0

30,0

Порода

32,0

26,0

61,0

Шлам

35,0

Продолжение таблицы 4

Наименование элемента

Содержание элемента, г/т

Моспинская ЦОФ

Кураховская ЦОФ

Постниковская ГОФ

Стронций

Концентрат

260,0

170,0

220,0

Отсев

210,0

430,0

Флотохвосты

200,0

160,0

Порода

150,0

150,0

150,0

Шлам

300,0

Свинец

Концентрат

17,0

22,0

22,0

Отсев

12,0

12,0

Флотохвосты

32,0

34,0

Порода

38,0

38,0

Шлам

30,0

17,0

         

Так как золошлаковые отвалы являются ценной техногенной сырьевой базой редких, рассеянных и благородных металлов (особенно при сжигании бурых углей -–на Рефтинской ТЭС в России получают ~1 кг золота в сутки) необходимо проведение систематических исследований химического состава отходов, составить их кадастр.

Для разработки способов извлечения компонентов ценных и токсичных необходим кадастр существующих методов переработки.

Ранее считалось, что переработка золошлаков является сложным процессом из-за высокой температуры их образования при сжигании топлива и требует больших затрат серной кислоты для сульфатизации – 656 кг/т золы.

В настоящее время появились пионерские работы по извлечению цветных металлов из золы и шлака каменного угля Донбасса с применением соляной кислоты.

Таким образом, при комплексном подходе к изучению проблем промотходов решаются следующие задачи:

1. защита окружающей среды;

2. получение новых источников дефицитного минерального сырья и материалов;

3. создание новых рабочих мест.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.