Обеспечение экологической безопасности термической переработки высокосернистых углеотходов Мосбасса Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 622.7 Н.А. Гагарина

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОСЕРНИСТЫХ УГЛЕОТ-ХОДОВ МОСБАССА

У'Л течественная и зарубежная практика показала перспективность использования в различных отраслях промышленности отходов добычи и обогащения углей. Применение углеотходов по сравнению с традиционным сырьем в ряде случаев позволяет достичь экономии топлива. В частности разработаны такие технологии, как, получение из углеотходов топливо-миинеральных добавок для производства строительных материалов, газификации и другие, позволяющие наиболее эффективно использовать их энергетический и сырьевой потенциал.

Наиболее перспективной технологией утилизации высокосернистых углеотходов является тепловая обработка, которая в настоящее время служит основой технологической операции при переработке многих отходов других отраслей с получением различных видов дополнительных продуктов: строительных, огнеупорных и

конструкционных материалов, компонентов сырьевой шихты в черной и цветной металлургии. Она позволяет наиболее эффективно использовать энергетический потенциал углесодержащих компонентов для обеспечения необходимого температурного интервала для соответствующего преобразования неорганической минеральной составляющей. При этом нужно учитывать условия, в которых будет происходить термический процесс: в окислительной среде органическая масса углеотходов играет роль только топливного компонента, практически не взаимодействуя с минеральными компонентами; в восстановительной же среде помимо энергоноси-

теля она является одновременно составляющей, обеспечивающей восстановление оксидов железа. Окислительная термообработка углеотходов, представляющих собой сложные полиминеральные системы, сопровождается последовательнопараллельным протеканием целого ряда химических реакций. Интенсивность протекания этих процессов будет зависеть от режимов и условий термообработки. В общем случае, преобразования состава углеотходов при тепловом взаимодействии можно описать следующей системой уравнений:

С + О2 ^ СО2; (1)

Бе82 + г02 ^ 802/803 +

+ (Ре0, Ре304, Ре203); (2)

Ре804 пН20 + т02 ^

^ Бе0 (Рез04, Ре20з) + 802/80з; (3)

тА1203 п8і02 qH20 ^ А1203 у 8і02 +

8+Ю2 + qH20; (4)

БеС03 + 02 ^ (Ре0, Ре304, Ре203) +

+СО2; (5)

802 + 1/2 О2 ^ 803. (6)

При термической обработке высокосернистых углеотходов Мосбасса происходит концентрация серы в газообразной фазе в виде 802/803 и Н28. Поэтому газообразные продукты термообработки высокосернистых углеотходов следует очищать, или по возможности утилизировать.

Одним из способов повышения экологической безопасности термообработки углеотходов является добавление в состав обра-

батываемой полиминеральной смеси специальных добавок, способных «связать» серу в твердой фазе.

Например, при введении в состав исходной смеси СаСОз активизирует протекание в ней при тепловой обработке дополнительной группы реакций, описываемых уравнениями:

8О2/8Оз + О2 + СаО(ЫяО)

^ Са8О4(Мя8О4);

(7)

Са, Мя(СОз)2 о СаО + МяО + СО2; (8)

СаСОз = СаО + СО2; (9)

8Ю2 + п СаО ^ пСаОх 8Ю2; (10)

уСаО + wAl2O3 + 8Ю2 + qFeOx ^ vCaOwAl2O3qFeOx 8Ю2; (11)

СаО + 8О2 ^ Са8 + Са8О4; (12)

Са8Оз ^ Са8 + Са8О4; (13)

Са8 + О2 ^ Са8О4. (14)

Приведенные выше реакции свидетельствуют о возможности значительного снижения содержания серы за счет введения с исходную полиминеральную смесь минеральной добавки в виде измельченного известняка.

1. Астахов А.С. и др. Экология горного дела и природная среда. - М.: изд-во Академии горных наук, 1997.

2. Шпирт М.Я. Безотходная технология. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых. - М.: Недра, 1986, -255 с.

В результате протекания этих реакций возможна локализация значительной доли серы в сульфатную, экологически безопасную форму, а также в сульфид кальция, который представляет экологическую опасность для окружающей среды. Однако его наличие в твердом остатке можно исключить использованием «окислительных» условий термообработки. Их образование происходит преимущественно за счет протекания твердофазных реакций. Образование Са8, Са8О4 происходит в результате разложения пирита и взаимодействия продуктов этого процесса в кальцийсодержащими минералами. Твердый остаток, получающиеся после термообработки могут быть использован в следующих направлениях: в качестве основного компонента сырьевой шихты для производства керамических стеновых изделий или искусственных пористых заполнителей для легких бетонов; вместо алюмосиликат-ных и железосодержащих компонентов, как добавка сырьевой шихты в производстве цемента.

Таким, образом, переработка высокосернистых углеотходов Мосбасса способна обеспечить безотходность технологического процесса.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Шпирт М.Я. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей. - М.: Недра, 1990.

4. Ласкорин Б.Н., Барский Л.А., Персиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья. Системный анализ. - М.: Недра, 1984. - зз4 с.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------

Гагарина Н.А. - аспирантка, кафедра «Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный университет.