Найден способ снизить количество токсичных отходов при сжигании угля

Российские металлурги разработали новый эффективный способ утилизации компонентов золы после сжигания угля на теплоэлектростанциях (ТЭС). Технология позволит увеличить степень переработки золы до 100% и тем самым снизить количество токсичных отходов. Полученные продукты на основе оксидов алюминия, кремния и железа могут стать ценным ресурсом для промышленности России. Результаты работы представлены в Journal of Cleaner Production. Исследование поддержано в рамках Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).

«При внедрении разрабатываемой технологии произойдет качественное улучшение экологической обстановки в крупных городах. Благодаря отсутствию золоотвалов будут сохранены тысячи гектаров плодородной земли и получены ценные компоненты для промышленности России», — отмечает руководитель проекта Дмитрий Валеев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (Москва).

Сегодня человечество стремится к уменьшению количества токсичных отходов. В первую очередь, это важно для нашего собственного здоровья: воздух, которым мы дышим, вода, которую мы пьем, и пища, которую мы едим, — все это подвержено загрязнению. Поскольку огромное число промышленных предприятий выделяет миллионы тонн пыли, зол и ядовитых газов, необходимо приложить все усилия, чтобы минимизировать их вредное воздействие.

Одно из наиболее грязных производств — энергообеспечение. В России 27% от общего числа выбросов приходится на энергетику. Многие теплоэлектростанции в качестве сырья используют уголь. Причем он сгорает не полностью: например, на двух омских ТЭС доля остатка от используемого угля достигает 40%, что приводит к огромному выбросу отходов. Ежегодно в Омске образуется около 1,5 миллионов тонн угольной золы, а перерабатываются из них не более 5–10%. Всего в золоотвалах вблизи города уже накоплено более 75 миллионов тонн отходов.

Кроме того, транспортировка золы в хранилища — трудоемкий процесс, требующий большого количества воды. При хранении необходимо также постоянно насыщать золоотвалы влагой, которая со временем вымывает токсичные элементы: мышьяк, селен, свинец и ртуть. С грунтовыми водами эти ядовитые вещества переносятся на большие расстояния и загрязняют реки и почву. Несмотря на меры предосторожности, летом часть золоотвала успевает пересыхать, и под действием ветра возникают пылевые бури, которые загрязняют воздух и близлежащие почвы. На здоровье человека также оказывается негативное влияние: воздух, содержащий частицы золы, при вдыхании вызывает хронические заболевания легких. Но так же, как и бытовые, угольные отходы могут быть разделены и переработаны. Большая часть составляющих золы — оксиды кремния, алюминия, железа и недожженный углерод — представляет существенный интерес для металлургических заводов и предприятий химической промышленности. В исследовании ученые показали возможность получить богатые концентраты оксидов железа и углерода. Железный концентрат используют для того, чтобы получить железный порошок, а углеродный отправляют обратно на сжигание в ТЭС.

Главный акцент в исследовании сделан на максимальное извлечение алюминия. Для этого впервые применили автоклавный процесс с использованием соляной кислоты. Автоклав — это герметичный аппарат, позволяющий повышать температуру раствора существенно выше температуры кипения. С его помощью скорость химической реакции значительно ускоряется. Это особенно важно при выделении алюминия, так как он присутствует в золе в виде трудноразрушаемого минерала муллита, из которого делают огнеупорную керамику. В результате применения новой методики ученым-металлургам удалось извлечь алюминий на 95%. Получаемый хлорид алюминия можно использовать в качестве коагулянта — реагента, используемого для очистки питьевых и сточных вод. При этом его себестоимость снижается на 25% по сравнению с существующей технологией, где в качестве исходного сырья используется гидроксид алюминия.

Работа отвечает на несколько вызовов Стратегии научно-технического развития РФ: качественное изменение характера энергетических систем, исчерпание возможностей экономического роста России, основанного на экстенсивной эксплуатации сырьевых ресурсов, а также возрастание антропогенных нагрузок на окружающую среду до масштабов, повышающих риски для здоровья и жизни граждан.

В проекте также принимали участие сотрудники из Института проблем комплексного освоения недр имени академика Н.В. Мельникова РАН и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС».

Материал подготовлен при поддержке Фонда президентских грантов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.