« Назад

Вступ

Україна належить до країн з високим рівнем розвитку енергетично-промислового комплексу, сільського господарства, сфери споживання різноманітної продукції промислового й аграрного походження. Щороку в господарський обіг в Україні залучається понад 1 млрд т природних речовин. Це сировина і продукція гірничодобувної промисловості, виробництва будівельних матеріалів, сільського та лісового господарства, виробництва мінеральних добрив, целюлозно-паперової і нафтопереробної промисловості тощо.

За існуючих обсягів первинного ресурс споживання і високої концентрації промисловості, для більшості галузей якої є характерними багатотоннажні технологічні процеси, утворюється величезна кількість залишкових продуктів як виробництва – технологічних відходів, так і споживання – побутових відходів.

Накопичення подібних продуктів у місцях їх утворення і наступного зберігання спричиняє значні екологічні ризики для довкілля, особливо для таких його складових атмосферне повітря, як поверхневі і підземні природні води, ґрунти, рослинний покрив тощо.

В наш час для України актуальною є проблема екологічної рівноваги в системі людина–довкілля. Одним з важливих чинників довкілля є геологічне середовище. У наслідок техногенного навантаження, трансформації природно-техногенних та інших систем виникає низка проблем, пов’язаних з екологічним станом геологічного середовища.

На сьогоднішній день підприємства теплоенергетики України можна сміливо віднести до основних забруднювачів навколишнього середовища. На їх частку припадає понад 30% викидів шкідливих речовин від загального обсягу викидів промислових підприємств.

Зростаючий попит на електроенергію і тепло зумовлює підвищення обсягів їх виробництва, що тягне за собою збільшення викидів шкідливих речовин в атмосферу від об'єктів теплоенергетики. Крім того, діяльність теплоелектростанцій пов'язана з утворенням великої кількості відходів різних класів небезпеки, значну частину яких складають золо шлакові відходи (ЗШВ). Відвали золо шлакових матеріалів займають великі площі, а їх догляд вимагає значних експлуатаційних витрат, які впливають на підвищення собівартості виробництва енергоносіїв. Вони є джерелом забруднення навколишнього середовища, представляють небезпеку для здоров'я населення і загрозу рослинному та тваринному світу прилеглих територій. Одним з можливих шляхів вирішення даної проблеми є утилізація відходів, тобто повернення їх в матеріальний кругообіг, що має важливе екологічне, економічне і енергозберігаюче значення [1].

Розвиток паливно-енергетичного комплексу передбачає значне збільшення частки вироблення електричної енергії за рахунок спалювання на теплових електростанціях (ТЕС) твердого палива, що неминуче приведе до утворення і накопичення значної маси відходів золи та шлаку. Від спалювання твердого палива на ТЕС щорічно утворюється понад 100 млн.т золошлакових відходів, які накопичуються у відвалах.

Загальна площа землі, зайнятої під відвали, становить близько 35 тис. га. На золо відвалах ТЕС складується понад 1,5 млрд. т золо шлакових відходів, і рівень їх використання становить 10-15%, що значно нижче рівня використання в розвинених країнах. У зв'язку з цим проблема утилізації золи та шлаку ТЕС, що працюють на твердому паливі, актуальна.

Компоненти зол і шлаків мають цінні технологічні властивості, внаслідок чого можуть бути самостійно використані в різних галузях промисловості. Утилізація золошлакових відходів теплоелектростанцій актуальна і займає першочергове місце серед перспективних проблем у багатьох країнах світу. В даний час відходи теплоелектростанцій лише на 10-15% використовуються в різних галузях виробництва, але потенціал їх використання набагато ширше.

Отже, ці відходи потребують комплексної переробки. Під комплексною переробкою ми розуміємо повне застосування компонентів переробки у діяльності людини і це може бути не лише будівельні матеріали а також мінеральні добрива.

Золошлакові відходи утворюються при спалюванні твердого палива в топках теплових електростанцій при температурі в топковій камері 1200-17000С. Вихід золошлакових відходів залежить від виду палива і складає:

- в бурому вугіллі 10-15%;

- в кам'яному 3-40%;

- в горючих сланцях 50-80%;

- в мазуті 0,15-0,20%.

Паливо спалюють у вигляді дрібних шматків або в пилоподібному стані, відходи утворюються, відповідно, у вигляді шлаку або золи. Золу уловлюють за допомогою води в спеціальних бункерах і видаляють у вигляді пульпи гідротранспортом в золовідвали. Шлаки гранулюють шляхом швидкого охолодження водою і видаляють у відвали сухим або гідравлічним способом разом із золою. Зола є тонкодисперсним матеріалом і складається з частинок розміром 0,005-0,1 мм, розмір частинок шлаку – 20-30 мм.

Хімічний склад золошлакових відходів залежить від мінеральної складової 28% палива і коливається залежно від родовища вугілля. Для прикладу, вміст основних оксидів в золошлакових відходах: SіO₂ 37-63%, А1₂O₃ 9-37%, Fe₂O₃ 4-17%, СаО 1-32%, МgО 0,1-5%, SО₃ 0,05-2,5%.

У золі присутнє незгоріле паливо до 6-7% і більш, в шлаках, як правило, воно відсутнє. У золошлакових відходах також концентруються радіонукліди. При використанні їх для виробництва будівельних матеріалів необхідно здійснювати контроль за їх вмістом.

При оцінюванні золошлакових відходів (як сировини для будівельних матеріалів) важливою характеристикою їх хімічного складу є співвідношення основних і кислотних оксидів — модуль основності:

Мо= (САО + МgО):(SiO₂ +Al₂O₃),

при М0 > 1 шлаки відносяться до основних, при М0 < 1 — до кислих.

Більшість золошлаків ТЕС — кислі. Істинна густина золошлаків (залежно від хімічно-мінералогічного складу) коливається в межах 1800-2400 кг/м ³, насипна – 600-1100 кг/м ³. Зола і шлак є великотоннажні відходи. Так, наприклад, теплова електростанція потужністю 1 млн. кВт за добу спалює близько 10000 т вугілля, при цьому утворюється близько 1000 т золи і шлаку.

Золошлакові відвали займають великі площі земель, забруднюють ґрунти, поверхневі та підземні води й особливо – повітряний басейн. Золошлакові відходи є цінною вторинною мінеральною сировиною.

Зола і шлак мають гідравлічну активність і можуть використовуватися:

- для виробництва безклінкерних в’яжучих, з яких найбільш відомий вапняно-зольний цемент,що отримують спільним помелом золи й вапна. Склад вапняно-зольного цементу залежить від вмісту в золі активного оксиду кальцію; оптимальна кількість вапна в цьому цементі складає 10-40%;

- для виробництва цементу: як добавки до сировини при виробництві портландцементу. Присутність у складі золи незгорілого палива приводить до зниження його витрати; як активні добавки в готовий портландцемент додають до 15% тонкомеленого золошлаку, в пуцолановий – до 25-40%. Введення золи в цемент знижує його міцність у початкові терміни твердіння, а при тривалих термінах твердіння міцність цементу із золою стає вищою;

- для виробництва легких пористих заповнювачів. Паливні шлаки і зола є сировиною для виробництва пористого заповнювача — аглопориту, керамзит отримують спученням і спіканням в печах гранул, що формують із суміші глини, яка спучується і золи;

- шлаки використовують для виробництва щебеню. Шлаки повинні бути стійкі проти розпаду. При повільному охолодженні шлаків разом з утворенням мінералів можуть відбуватися поліморфні перетворювання, що призводить до розпаду і мимовільного перетворення шматків шлаку в порошок. Шлаки рекомендують застосовувати після стабілізації зернового складу, тобто після тривалого (3-6 місяців) вилежування у відвалах. Унаслідок цього в них гаситься вільний оксид кальцію, частково вилуговуються солі і29 окислюються паливні залишки;

- установлена ефективність введення золи до 20-30% замість цементу при виготовленні бетонів і розчинів. Особливо доцільно введення золи в бетон гідротехнічних споруд. Наприклад, зола використовувалася при будівництві Дністровського гідровузла, Братської ГЕС;

- для виробництва легких бетонів. Дрібний заповнювач у бетонах може бути замінений золою. Як крупний заповнювач також застосовують щебінь з паливних шлаків, аглопорит або керамзит на основі золи;

- для виробництва силікатної цегли, замість вапна і піску, при цьому витрата вапна знижується на 10-50%, піску на 20-30%. Така цегла має нижчу густину, ніж звичайна;

- як пісна і вигоряюча добавки у виробництві керамічних виробів на основі глинистих матеріалів;

- як основну сировину для виробництва зольної кераміки. Так, на звичайному устаткуванні цегляних заводів може бути виготовлена зольна кераміка з маси, що складається із золи, шлаку, натрієвого рідкого скла в кількості 3% за об'ємом. Зольна кераміка характеризується високою кислотостійкістю, низьким стиранням, високою хімічною і термічною стійкістю;

- для виробництва шлакової пемзи і вати;

- одним з основних споживачів паливного шлаку є дорожнє будівництво, де його використовують як засипку при спорудженні основи доріг, для приготування асфальтобетону;

- золу використовують як наповнювач для виробництва мастик рулонних покрівельних матеріалів;

- на золовідвалах золошлакові відходи використовують для спорудження вторинних дамб. Не дивлячись на очевидні вигоди і перспективи широкого застосування золошлакових відходів, об'єм їх використання у нашій країні не перевищує 10% [2].

Утилізація золи і шлаків вимагає вирішення цілого комплексу питань – від розробки технічних умов на їх застосування, технологічних ліній з їх переробки, транспортних і навантажувально-розвантажувальних засобів – до перебудови психології господарників відносно використання вторинних мінеральних ресурсів.