Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛ УНОСА УГОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ'

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛ УНОСА УГОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
103
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УГОЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ / ЗОЛА УНОСА / СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ / СТРОИТЕЛЬНАЯ ИНДУСТРИЯ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Немущенко Дмитрий Андреевич, Ларичкин Владимир Викторович

Наиболее перспективным направлением утилизации золошлаковых отходов угольных электростанций является их применение в строительной индустрии. С целью оценки возможности использования отходов в качестве вторичного сырья для производства строительных изделий и для определения областей, в которых применение данного сырья может быть эффективным, проведены исследования отдельных физико-химических свойств. Определены химический, фазовый, гранулометрический состав, потери при прокаливании, связующая способность, радиационная безопасность, термические свойства зол уноса Новосибирских ТЭЦ. Проведена классификация исследованного техногенного сырья в соответствии с требованиями действующих нормативно-правовых актов. Предложены направления возможного применения сырья в строительных технологиях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Немущенко Дмитрий Андреевич, Ларичкин Владимир Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESEARCH OF ASH WASTE FROM COAL-FIRED POWER PLANTS AS A POTENTIAL RAW MATERIAL FOR THE CONSTRUCTION INDUSTRY

The use of ash and slag waste from coal-fired power plants in the construction industry is the most promising direction for their utilization. The physical and chemical properties of wastes have been studied to assess the possibility of their use as a secondary raw material for the production of building products. The chemical, phase, granulometric composition, loss of ignition, binding property, radiation safety, thermal properties for fly ash from Novosibirsk thermal power plants were determined. The classification of the studied technogenic raw materials according to the requirements of the current regulatory legal acts was carried out. Directions for the use of raw materials in construction technology are proposed.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛ УНОСА УГОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ»

Научная статья

УДК 691.42 + 504.064.45 + 662.613.1 ГРНТИ: 67 Строительство и архитектура ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия doi:10.51608/26867818_2023_2_60

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛ УНОСА УГОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНОГО СЫРЬЯ

ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ

© Авторы 2023 НЕМУЩЕНКО Дмитрий Андреевич

SPIN: 6213-1170 старший преподаватель кафедры инженерных проблем экологии

AuthorID: 622346 Новосибирский государственный технический университет

(Россия, Новосибирск, e-mail: nemuschenko@corp.nstu.ru)

SPIN: 6583-0412 ЛАРИЧКИН Владимир Викторович

AuthorID: 108491 доктор технических наук, профессор

ScopusID: 6508047294 Новосибирский государственный технический университет

(Россия, Новосибирск, e-mail: larichkin@corp.nstu.ru)

Аннот ация. Наиболее перспективным направлением утилизации золошлаковых отходов угольных электростанций является их применение в строительной индустрии. С целью оценки возможности использования отходов в качестве вторичного сырья для производства строительных изделий и для определения областей, в которых применение данного сырья может быть эффективным, проведены исследования отдельных физико-химических свойств. Определены химический, фазовый, гранулометрический состав, потери при прокаливании, связующая способность, радиационная безопасность, термические свойства зол уноса Новосибирских ТЭЦ. Проведена классификация исследованного техногенного сырья в соответствии с требованиями действующих нормативно-правовых актов. Предложены направления возможного применения сырья в строительных технологиях.

Ключевые слова:угольные электростанции; зола уноса; строительные материалы; переработка отходов; строительная индустрия

Для цит ирования: Немущенко Д.А., Ларичкин В.В. Исследование зол уноса угольных электростанций как потенциального сырья для строительной индустрии // Эксперт: теория и практика. 2023. № 2 (21). С. 60-67. doi:10.51608/26867818_2023_2_60.

Original article

RESEARCH OF ASH WASTE FROM COAL-FIRED POWER PLANTS AS A POTENTIAL RAW MATERIAL

FOR THE CONSTRUCTION INDUSTRY

© The Author(s) 2023 NEMUSCHENKO Dmitriy Andreyevich

Senior lecturer

Novosibirsk state technical university

(Russia, Novosibirsk, e-mail: nemuschenko@corp.nstu.ru)

LARICHKIN Vladimir Viktorovich

Doctor of sciences (engineering), professor

Novosibirsk state technical university

(Russia, Novosibirsk, e-mail: larichkin@corp.nstu.ru)

Abstract The use of ash and slag waste from coal-fired power plants in the construction industry is the most promising direction for their utilization. The physical and chemical properties of wastes have been studied to assess the possibility of their use as a secondary raw material for the production of building products. The chemical, phase, granulometric composition, loss of ignition, binding property, radiation safety, thermal properties for fly ash from Novosibirsk thermal power plants were determined. The classification of the studied technogenic raw materials according to the requirements of the current regulatory legal acts was carried out. Directions for the use of raw materials in construction technology are proposed.

ф

Keywords: coal-fired power plants; ash waste; construction materials; recycling; construction industry

For citation: Pichugin Nemuschenko D.A., Larichkin V.V. Research of ash waste from coal-fired power plants as a potential raw material for the construction industry // Expert: theory and practice. 2023. № 2 (21). Pp. 60-67. (InRuss.). doi:10.51608/26867818_2023_2_60.

Введение

К числу важнейших задач отрасли производства строительных материалов относится необходимость расширения сырьевой базы, полагаясь, прежде всего, на местные сырьевые материалы и твердые отходы промышленности. На электростанциях при сжигании угля образуются многотоннажные золошлаковые отходы (ЗШО), которые в основном гидротранспортом размещаются на золоотва-лах. В зоне золоотвалов создаётся чрезвычайная экологическая ситуация из-за пылеобразования, инфильтрации токсичных компонентов ЗШО в почвенные горизонты и подземные воды. По данным Государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды Новосибирской области за 2018 год выход золошлаковых отходов на электростанциях г. Новосибирска составлял более 900 тыс. тонн, а площадь территорий, занятых под золоотвалы, составляла более 1000 га. К настоящему времени на полигонах накоплено более 30 млн. тонн смеси зол и шлаков.

Энергетической стратегией России до 2030 г. установлены индикаторы стратегического развития:

- доля угля в потреблении топлива тепловыми электростанциями России к 2030 г. должна увеличиться соответственно с 26 до 34-36 %;

- доля Восточных регионов страны (Канско-Ачинский бассейн, Восточная Сибирь, Дальний Восток) в общем объеме добычи угля увеличится с 33 % до 46-47 %;

- к 2030 году Сибирский федеральный округ будет устойчиво занимать первое место в России по добыче коксующегося и энергетического угля.

Для реализации Энергетической стратегии была утверждена Государственная программа Российской Федерации «Развитие энергетики», согласно которой также планируется рост добычи и использования угля.

Известно [1-3], что по составу и физико-химическим свойствам ЗШО пригодны для производства строительных материалов и изделий самой широкой номенклатуры. В природоохранном законодательстве России действует ряд нижеперечисленных нормативно-правовых актов, регламентирующих применение ЗШО в строительстве:

- ГОСТ 25818-2017 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия»;

- ГОСТ 25592-2019 «Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия»;

- ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия»;

- ГОСТ Р 57789-2017 «Золы, шлаки и золошлаковые смеси ТЭС для производства искусственных пористых заполнителей. Технические условия»;

- ОДМ 218.2.031-2013 «Методические рекомендации по применению золы-уноса и золошлаковых смесей от сжигания угля на тепловых электростанциях в дорожном строительстве».

Стандартами золошлаковое вторичное сырье не только классифицируется, но и устанавливаются диапазоны физико-химических характеристик для различных его применений в строительстве. В любых технологических приложениях для золошлакового сырья обязательно проведение контроля над содержанием природных радионуклидов, предусмотренное Нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009), и отнесение ЗШО к пятому классу опасности для окружающей среды по Федеральному закону от 24.06.1998 № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления».

Методология и результаты исследований

В работе объектами исследования являлись золы уноса сухого отбора от электрофильтров ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5 г. Новосибирска, образующиеся при сжигании бурого угля Канско-Ачинского угольного бассейна. В настоящее время особенно актуально проведение исследования свойств золы уноса ТЭЦ-5, которая в 2018 году была переведена с каменного угля кузнецкого бассейна на сжигание бурых углей Бородинского месторождения.

Для определения возможности использования зол уноса Новосибирских ТЭЦ как вторичного сырья при производстве строительных материалов был проведен ряд физико-химических исследований и анализ результатов на соответствие требованиям указанных выше нормативных документов.

На первом этапе ситовым методом определялся гранулометрический состав зол уноса. Полученные данные представлены на рис. 1.

Близкий гранулометрический состав зол уноса различных электростанций объясняется сходными режимами измельчения угля перед сжиганием. Как видно, в исследованных золах уноса преобладает фракция с размерами частиц от 0,04 до 0,1 мм - более 77 % в ТЭЦ-3 и более 74 % в ТЭЦ-5. Содержание частиц размером менее 1 мм составляет соответственно 99,96 и 99,99 %; частиц менее 0,315 мм содержится соответственно 98,78 и 98,49 %.

Размеры фракций, мм

ТЭЦ-3 ТЭЦ-5

Рис. 1. Гранулометрический состав зол уноса Новосибирских ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5

После ситового анализа наиболее мелкодисперсную фракцию золы уноса ТЭЦ-3, прошедшую через сито с размером ячеек 40 мкм, подвергали гранулометрическому анализу на лазерном дифракционном анализаторе размера частиц Analysette 22 NanoTec Plus (Fritsch). Результаты приведены на рис. 2.

ь—

По ГОСТ 25818-2017 золы уноса по показателю дисперсности относятся к 3 классу (остаток на сите с размером ячеек 45 мкм свыше 40 %), т.е. допускается их применение в составе бетонов, за исключением бетонных и железобетонных конструкций, работающих в особо тяжелых условиях.

Для определения морфологических особенностей частиц сделан анализ зол уноса на электронном сканирующем микроскопе (рис. 3). Частицы золы в основном имеют шарообразную форму -остеклованные полнотелые и пустотелые частицы (микросферы), всплывающие на поверхность воды в условиях золоотвала при системе гидрозолоудаления с ТЭЦ. Среди шарообразных частиц встречаются и агрегаты неправильной формы. Процесс формирования микросфер в топочном пространстве и системе удаления дымовых газов неоднократно описывался исследователями, разработаны технологии применения микросфер в строительных материалах. Например, благодаря низкой плотности, приемлемой прочности, сферической форме, химической инертности, микросферы являются прекрасными наполнителями в полимерных материалах, лаках и красках, огнезащитных покрытиях [4-5; 14].

Зола уноса ТЭЦ-5 содержит около 0,1 масс. % полых микросфер - частиц, плотность которых меньше плотности воды, прокаленных при 1000 °С для удаления несгоревших остатков. Особенности химического состава и структуры микросфер изучались многими авторами, например [4; 6]. Микрофотография образца золы уноса ТЭЦ-3 показана на рис. 3.

*[|im]

Рис. 2. Гранулометрический состав фракции золы уноса ТЭЦ-3 менее 40 мкм

Анализ показал следующее:

- модальное значение - 14,0 мкм;

- наименьший размер частиц около 100 нм, частиц размером менее 200 нм 1,3 %;

- 50,9 % частиц имеет размер менее 10 мкм, 90 % частиц имеют размеры менее 17,6 мкм.

Пользуясь классификацией глинистого сырья по ГОСТ 9169-2021 «Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация», предварительно можно отнести исследованные золы уноса к следующим категориям:

- по количеству крупнозернистых включений (более 0,5 мм) - со средним содержанием;

- по содержанию тонкодисперсной фракции -низкодисперсные (менее 10 мкм - 50,9 %, менее 1 мкм - 13,3 %).

ТМ-1000_3917 D4 2 хбОО 100 um

Рис. 3. Микрофотография образца золы уноса ТЭЦ-3

Для определения кристаллической структуры зол уноса проводили исследования отобранных проб на рентгеновском дифрактометре D8 Advance. В таблице 1 приведены основные кристаллические соединения, а рентгенограммы на рис. 4 и 5.

Таблица 1 - Содержание основных соединений в золах

уноса ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5

№ п.п. Соединение Содержание, вес. %

ТЭЦ-3 ТЭЦ-5

1 CaO 14,20 16,54

2 SiO2 32,12 29,68

3 CaSO4 4,06 3,57

4 MgO 8,14 7,28

5 FesO4 5,12 3,53

6 Ca3Al2O6 18,94 22,71

7 Ca2FeAlO5 10,75 8,38

8 Ca2SiO4 6,67 8,32

Видно, что в золах уноса преобладают окислы кальция и кремния, а также связанный кальций в составе сложных соединений с алюминием, железом и кремнием. По содержанию оксида кальция согласно ГОСТ 25818-17 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия» данные золы относятся к группе основных (или высококаль-цевых) зол (>10 % СаО), по виду сжигаемого топлива - буроугольные.

Содержание в золе уноса больших количеств оксида кальция полезно для строительных материалов, если этот химический элемент находится в связанном состоянии (силикаты, алюминаты и др.) и может быть нежелательным, если СаО в значительном количестве остается в свободном состоянии. Это порождает потенциальную нестабильность материалов, содержащих такие золы, связанную с длительной гидратацией при затворении. Определено, что большое содержание в золах уноса свободной окиси кальция вызывает самостоятельное твердение керамических масс на их основе, что исключает возможность формования изделий пластическим способом.

Значительная часть окиси кальция не является «свободной» (по ГОСТ 25818-17), т. е. химически активной, так как по результатам микроскопии можно видеть, что шарообразные частицы преимущественно покрыты расплавом (находятся в остеклованном виде). Такие частицы без механической обработки не гидра-тируются, например, в случае использования золы в технологиях получения бетона. Поэтому в каждом конкретном случае применения зол уноса, как компонента смеси для получения бетона, с учетом технологии предварительной подготовки золы, требуется контролировать содержание именно «свободной окиси кальция» с использованием методики, рекомендованной ГОСТ 23227-78. В работе [7] изложены различные способы устранения деструктивного влияния свободной окиси кальция, а именно - предварительное пропари-вание золы, помол, ускоренное гашение свободной окиси кальция раствором хлористого кальция.

Для применения зол уноса в керамической технологии важно отметить содержание красящих оксидов. Данное техногенное сырье относится к группе с весьма низким содержанием красящих оксидов (сумма оксидов Fe2O3 + TiO2 менее 1 %). В золах уноса, рассмотренных ТЭЦ железо находится в форме закиси или в составе более сложных соединений (см. табл. 1), непосредственно Fe2O3 и TiO2 не обнаружены, содержание Ti около 0,21 % (см. табл. 3).

Значительная часть золы представлена аморфной составляющей.

Для оценки способности зол уноса проявлять вяжущие свойства принято оценивать следующие показатели (например, по рекомендациям [8]):

- модуль основности (гидросиликатный модуль):

mi.

йо

LUSfli

1ШИ*

.■as

ists

[>JSn* till

/ lll-'ll'l

II 11II II I

Рис. 5. Рентгенограмма золы уноса ТЭЦ-5

Ма =

CaO + MgO + K2O + Na2O

SiO2 + Al2O3 - силикатный (кремнеземистый) модуль:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

M =-

SiO,

K = -

SiO + TiO„

Источник золы уноса Показатели качества

Мо Мс K

ТЭЦ-3 0,69 6,27 0,69

ТЭЦ-5 0,80 8,41 0,80

Таблица 3 - Элементный состав (выборочно) золы-уноса ТЭЦ-3

А1Д + Fe2O3 - коэффициент качества, показывающий отношение оксидов, повышающих гидравлическую активность, к оксидам, снижающим ее: СаО + Л!203 + МдО

Показатели, рассчитанные для исследованных зол, приведены в табл. 2. По модулю основности и силикатному модулю золы относятся к акт ивным, но по коэффициенту качества - к группе скрыт о акт ивных, которые могут применяться в качестве сырья для производства изделий, требующих интенсификации твердения.

Таблица 2. Показатели качества золы уноса

Элемент Содержание в золе ТЭЦ-3, масс. %

Al 4,7

B 0,22

Ва 0,1

Ca 24,0

Co 3,0-10-3

Cr 3,0-10-3

Cu 3,0-10-3

Fe 8,77

K 0,76

Li 2,0-10-3

Mg 2,8

Mn 0,22

Mo 3,0-10-3

Na 3,94

Ni 7,0-10-3

P 4,0-10-2

Si 13,7

Sr 0,16

Ti 0,21

V 7,0-10-3

Y 2,0-10-3

Yb 2,0-10-4

Zn 1,0-10-2

Zr 2,0 •Ю-2

Определение потерь при прокаливании (п.п.п.) проводили аналогично ГОСТ 21216-2014 «Сырье глинистое. Методы испытаний». Сущность метода заключается в прокаливании тиглей с навеской пробы до постоянной массы при температуре (1000±50) °С. Среднее значение потери массы при прокаливании для золы уноса с ТЭЦ-3 составило 1,4 %, для ТЭЦ-5 - 1,7 %, это говорит о том, что в золе содержится незначительное количество несгорев-ших органических остатков. Согласно ГОСТ 25818-17 исследуемые золы относятся к категории А, так как потери составляют менее 2 %. Низкая величина п.п.п. позволяет использовать данное сырье в технологиях связанных с высокотемпературной обработкой.

Сравнение полученных данных химического анализа (по содержанию оксида кремния и кальция) и п.п.п. с требованиями ГОСТ Р 57293-2016 «Цемент общестроительный. Технические условия», показывает, что исследованные золы соответствуют требованиям при условии предварительной механоакти-вации в мельницах для повышения активности оксидов кальция и кремния. Следует отметить, что ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» в отличие от ГОСТ Р 57293-2016 (ЕМ 197-1:2011) дополнительно регламентирует в золах уноса содержание не более 5 % М§0.

Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП) на приборе OPTIMA4300DV был определен элементный состав золы уноса ТЭЦ-3, см. табл. 3.

В составе золы уноса ТЭЦ-3 не обнаружены благородные металлы (или их содержание ниже предела обнаружения), как, например, в отходах от сжигания углей месторождений Дальнего Востока [9-10]. Но в золе ТЭЦ-3 присутствуют редкоземельные элементы в концентрациях, позволяющих оценить их как потенциальное сырье для горно-перера-батывающей промышленности. Исследователями [11-12] неоднократно высказывалось мнение, что зо-лошлаковые отходы необходимо рассматривать как сырье для выделения редкоземельных металлов, т. к. разведанные промышленно-значимые месторождения таких элементов практически не разрабатываются из-за низкой рентабельности добычи. В подтверждение можно сравнить содержание отдельных редкоземельных элементов в золе ТЭЦ-3 (см. табл. 4) со средним содержанием в земной коре и ориентировочными кондициями на добываемое сырье, пересчитанными на чистый металл.

Таблица 4 - Некоторые редкоземельные элементы в золе уноса ТЭЦ-3_

Содержа- Среднее со- Промышленно зна-

Эле- ние в золе держание в чимые концентра-

мент ТЭЦ-3, земной коре, ции (кондиции),

масс. % масс. % масс. %

B 0,22 4,0-10-3 1,0...4,0

Mo 3,0 •Ю-3 1,1 •Ю-4 0,1...0,5

Sr 0,16 1,4 •Ю-2 1,7.5,1

Yb 2,0 •Ю-4 3,3-10-7 -

С целью изучения физико-химических процессов, протекающих в зольных материалах при их нагревании, проводился дифференциально-термический анализ.

На кривой ДТА (рис. 6) наблюдается широкий экзотермический пик в диапазоне температур около 450-500 °С, два существенных эндотермических эффекта при ~250 и ~350 °С и один незначительный эндотермический эффект при ~80 °С, который связан видимо с удалением воды, адсорбированной развитой поверхностью частиц. Экзотермический эффект связан, в первую очередь, с выгоранием ококсован-ных органических остатков. Также, в связи с тем, что потери при прокаливании золы ТЭЦ-3 незначительные (1,4 %), можно предположить, что в этом интервале температур происходят полиморфные превращения кристаллических соединений кальция (см. табл. 1).

Согласно СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009» для отходов промышленности, являющихся сырьем для изготовления строительных материалов, контролируется эффективная удельная активность природных радионуклидов (Лэфф, Бк/кг). Этот параметр Аэфф определяется по формуле:

Аэфф = Ава + 1,31-Ат + 0,09Ак , где Ава, Ауи, Ак - удельные активности изотопов радия, тория и калия, Бк/кг.

Измерения активности были выполнены на спектрометрическом комплексе УСК «Гамма-Плюс» с блоком детектирования СБДГ-01. Результаты приведены в таблице 5. Зола уноса ТЭЦ-3 относится к I классу по нормам радиационной безопасности (Аэфф < 370 Бк/кг) и пригодна для любых видов строительных материалов.

Для определения связующей способности зол уноса проводили испытания на определение предела прочности при сжатии и изгибе согласно ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатие». Для этого изготавливали образцы-балочки, где в качестве связующих использовали портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б и золы уноса.

Таблица 5 - Результаты измерения удельной активности

радионуклидов в золе уноса ТЭЦ-3

Радионуклиды Ед. изм. Удельная активность радионуклидов

226Ra Бк/кг 222,08

232Th Бк/кг 34,82

40 K Бк/кг 159,84

Аэфф. + А Бк/кг 291

Установлено, что образцы, сформованные с использованием в качестве связующего только зол уноса ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5, не выдерживают испытаний.

Вес: -0.0201 / 0.0100 dT сравнения: -8.902 / 1.171 Т образца: 22.875 / 933.172

2500 5000 7500 10000

Рис. 6. Термограмма золы уноса ТЭЦ-3: линия красного цвета - изменение температуры, °С

При замене части цемента (50 %) золой уноса ТЭЦ-3, прочность при сжатии в 1,3 раза меньше прочности контрольного образца, где в качестве связки используется только портландцемент. При замене части цемента (50 %) золой ТЭЦ-5, предел прочности при сжатии уменьшается в 5,4 раза в сравнении с контрольным образцом.

Выводы

1. Зола уноса ТЭЦ-3 может служить заменой части цемента в строительных растворах, а на основе зол уноса ТЭЦ-5 рекомендуется изготавливать бетонные растворы для низкомарочных изделий.

2. Показано, что зола может использоваться в качестве замены части связующего и/или являться наполнителем в составе бетонов, а также в рецептурах при производстве стеновой и облицовочной керамики.

3. Золы могут применяться при производстве цемента, при осуществлении требуемой по технологии подготовки.

4. Установлено, что исследованное вторичное сырье безопасно по радиационному фактору.

Заключение

Более ранними исследованиями по результатам анализа многочисленных проб зол уноса Барнаульской, Новосибирской и Назаровской ТЭС, сжигающих в смеси угли трех месторождений Канско-Ачинского бассейна (Назаровский, Ирша-Бородин-ский, Березовский), установлены значительные колебания оксидного состава [13]. Коэффициент вариации содержания БЮ2, М2О3, М§О, БОз составляет 1723 %, свободного СаО достигает 34 %. Соответственно, при использовании этих зол в технологиях получения материалов необходимо организовывать эксперимент так, чтобы пробами обеспечить максимальное перекрытие полей состава. В работе по результатам анализа построена диаграмма возможного химического состава зол уноса (рис. 7). Нестабильность химического состава зол сухого отбора Новосибирской ТЭЦ-3 отмечается также авторами работы [7], которые проанализировали результаты валового химического анализа проб зол уноса, отобранных с февраля по октябрь одного года.

На электростанциях сжигаются угли различных разрезов угольного месторождения, в течение года могут меняться соотношения углей разрезов в топливном балансе станции. Химический состав зол также зависит от геометрии рудного тела и глубины залегания, технологий обогащения, режимов сжигания угля на станции и др. Гранулометрический состав меняется при изменении технологии измельчения топлива на станции, зависит от места отбора золы в системе удаления отходящих газов (циклоны, поля электрофильтров).

Si02

СаО + М^О А1гОз + Ре20з

Рис. 7. Вариация химического состава зол углей КАТЭК [13]:

+ - химический состав исследованных проб, штриховка - область возможного химического состава

Следует отметить важные изменения в государственной политике (например, Распоряжение Правительства РФ от 15 июня 2022 г. № 1557-р «Об утверждении комплексного плана по повышению объемов утилизации золошлаковых отходов V класса опасности») и политике генерирующих организаций, направленной на создание условий для утилизации ЗШО.

В частности, ООО «Сибирская генерирующая компания», эксплуатирующая в том числе Новосибирские ТЭЦ, утвердила технические условия и технологические регламенты, в которых установлены критерии оценки качества зол уноса сухого отбора и золошлаковых материалов, находящихся на золоот-валах. Несомненно, что соблюдение требований указанных документов должно привести к повышению стабильности показателей качества вторичного сырья и позволит активнее использовать его в производстве строительных материалов.

Библиографический список

1. Костин В. В. Опыт использования отходов ТЭС в производстве строительных материалов. - Новосибирск: НГАСУ, 2001. - 40 с.

2. Худякова, Л. И. Использование золошлаковых отходов тепловых электростанций / Л. И. Худякова, А. В. За-луцкий, П. Л. Палеев // XXI век. Техносферная безопасность. - 2019. - Т. 4, № 3(15). - С. 375-391. - РО! 10.21285/2500-1582-2019-3-375-391. - EDN HSWLIW.

3. Технологические возможности использования отходов теплоэнергетики в сельском строительстве / А. П. Пичугин, В. Ф. Хританков, А. Ю. Кудряшов, Е. Г. Пименов // Инновации и продовольственная безопасность. - 2018. -№ 2(20). - С. 14-21. - EDN UQFRZG.

4. Логанина, В. И. Использование зольных алюмо-силикатных микросфер в известковых сухих строительных смесях для отделки / В. И. Логанина, М. В. Фролов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2017. - № 3. - С. 6-8. - РО! 10.12737/24623. - EDN YGJCQR.

5. Полые микросферы в золах уноса электростанций: сборник научных статей / под ред. В. С. Дрожжина. -Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009. - 125 с.

6. Физико-химическое исследование золошлако-вых отходов / А. А. Ведягин, И. В. Мишаков, Б. М. Хлебников [и др.] // Энциклопедия инженера-химика. - 2008. -№ 10. - С. 21-26. - EDN RXJEBZ.

7. Костин В. В. Применение зол и шлаков ТЭС в производстве бетонов. - Новосибирск: НГАСУ, 2001. - 176 с.

8. Применение зол уноса и золошлаковых смесей при строительстве автомобильных дорог: обзорная информация отечественного и зарубежного опыта применения отходов от сжигания твердого топлива на ТЭС / сост. Е.И. Путилин, В.С. Цветков, ФГУП «СОЮЗДОРНИИ». - М., 2003. - 57 с.

9. Черепанов, А. А. Комплексная переработка золошлаковых отходов ТЭЦ (результаты лабораторных и полупромышленных испытаний) / А. А. Черепанов, В. Т. Кар-даш // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. - 2009. - № 2(16). - С. 98-115. - EDN КУ71УУ.

10. Исследование возможностей комплексной переработки отходов предприятий энергетики Приморского

края / Е. И. Шамрай, А. В. Таскин, С. И. Иванников, А. А. Юдаков // Современные наукоемкие технологии. - 2017. -№ 3. - С. 68-75. - EDN YIZVMJ.

11. Прохоров К. В., Александрова Т. Н. Особенность распределения редкоземельных элементов в продуктах переработки тонкодисперсного материала техногенного характера // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2013. - С 200-208.

12. Определение промышленно значимых кондиций редких элементов в золошлаковых отходах Кузбасса / Т. Г. Черкасова, И. В. Исакова, А. В. Тихомирова [и др.] // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2021. - № 5(147). - С. 37-44. - DOI 10.26730/1999-4125-2021-5-37-44. - EDN YLCSTQ.

13. Овчаренко Г. И. Оценка свойств зол углей КАТЭКа и их использование в тяжелых бетонах / Г. И. Овчаренко, Л. Г. Плотникова, В. Б. Францен. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1997. - 149 с.

14. Зырянов В. В., Зырянов Д. В. Зола носа - техногенное сырье. - М.: ООО «ИПЦ "Маска"», 2009. - 320 с.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Статья поступила в редакцию 26.04.2023; одобрена после рецензирования 24.05.2023; принята к публикации 24.05.2023.

The authors declare no conflicts of interests. The authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The article was submitted 26.04.2023; approved after reviewing 24.05.2023; accepted for publication 24.05.2023.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.