Название: Природоохранные технологии на ТЭС и АЭС Часть 2 - учебное пособие (Саломатов В.В.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1386


4.11.8.  природоохранные технологии по переработке золы низкотемпературного сжигания кузнецких углей

 

Одной из важнейших проблем, стоящих перед теплоэнергетикой страны, является защита окружающей среды от вредных выбросов предприятий отрасли. В этом аспекте одно из центральных мест занимают вопросы использования золошлаковых отходов. Масштабы переработки твердых отходов теплоэнергостанций крайне низки, что вызывает скопление огромных количеств силикозоопасной золы в золоотвалах, требующих изъятия из промышленного и сельскохозяйственного производства значительных площадей.

Кроме того, установлено, что тонна нетоксичной золы, выбрасываемая в трубу или уносимая ветром из золоотвалов, наносит ущерб в 150 руб., а на сброс, транспортирование и хранение каждой тонны углеотходов затрачивается в среднем 3,5 руб.

Между тем золы кузнецких углей содержат ценные компоненты, такие, как Al, Fe, редкие металлы, которые являются сырьем для многих отраслей народного хозяйства.

Однако традиционные методы сжигания углей не позволяют в широком масштабе использовать золу, так как за счёт образования муллита она имеет высокую абразивность и химически инертна ко многим реагентам.

Попытки использовать золу такого минералогического состава в производстве строительных материалов приводят к интенсивному износу технологического оборудования и снижению производительности в связи с замедлением физико-химических процессов взаимодействия компонентов золы с реагентами.

Избежать муллитации золы кузнецких углей можно при изменении температурных условий сжигания углей. Так использование топок кипящего слоя для сжигания угля при 800…900 оС позволит получить золу менее абразивную, а основными минералогическими фазами её будут метакаолинит, gAl2O3; кварц, стеклофаза. Химический состав золы кузнецкого угля следующий,

в процентах.

SiO2 - 59; Al2O3; - 22,0;  CaO - 2,5;  MgO - 0,8; Fe2O3 - 8,0;

K2O - 1,4;  Na2O - 1,0;  TiO2 - 0,8;  CaSO4; - 3,5; C - 1,0 .

Годовой выход золы составит 1,7 млн т. Исходя из вещественного состава золы и его количества предлагается схема утилизации, представленная на рис. 4.11.

Зола низкотемпературного

сжигания 1,7 млн т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнитная сепарация

 

 

   Магнитная фракция (Fe2O3, -61,2 \%)                                             зола 1,5 млн т

 

 

 

             200 тыс. т                  

  

Производства ферросплавов ФС-25    Производство              Производство  производство                                сульфата алюминия       спецвидов

          100 тыс. т                                   50 тыс. т                        глинозема

                                                                                                    240 тыс. т

 

                                                СИШТОФ 1,26 млн. т.

 

Производство               Производство        Производство    Производство

жидкого стекла             белого цемента      вяжущих              стекла

500 тыс. т                      1 млн т                   материалов        300 тыс. т

                                                                      600 тыс. т

 

Рис. 4.11. Схема утилизации золы низкотемпературного сжигания

 

По данным института ЛенНИИГИППРОХИМ дефицит сульфата алюминия только в районе Западной Сибири в 2000 г. возрастёт до 77…78 тыс. т.

В России производится всего 6 спецвидов глинозёма, в то время как только в Германии – около 80. Их спектр применения очень широк – от оборонной промышленности до производства катализаторов для химической, шинной, лёгкой и других отраслей промышленности. Потребности в глинозёме в нашей стране не покрываются собственными ресурсами, вследствие чего часть бокситов (сырья для производства глинозёма) импортируется из Ямайки, Гвинеи, Югославии, Венгрии и других стран.

Использование золы кузнецкого угля позволит несколько выправить положение с дефицитом сульфата алюминия, являющимся средством для очистки сточных и питьевых вод, а также применяемым в больших количествах

в целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, лёгкой, химической и других секторах промышленности. Кроме того, дисперсный состав глинозёма, полученного после сернокислотной переработки, позволяет получать различные виды спецглинозёма, потребность в которых будет в определённой степени удовлетворена при производстве их в количестве 240 тыс.т.

Отходы производств сульфата алюминия и глинозёма являются сырьевым компонентом для производства жидкого стекла, белого цемента, вяжущих материалов для закладки выработанного горного пространства, тарного и оконного стекла.

Потребность в этих материалах возрастает, и спрос на них в настоящее время значительно превышает объёмы их производства. Ориентировочные технико-экономические показатели производств представлены в табл. 4.8.

 

Т а б л и ц а   4.8

Основные технико-экономические показатели

природоохранных технологий

 

Наименование

производств

 

Мощ-

ность, тыс.т

Цена руб/т

Себестои-мость,

руб/т

Капиталовложения,

млн руб

Экономический

эффект,

млн руб

Срок окупаемости,

лет

Производство спецвидов глинозёма

 

240

 

200

 

100

 

120

 

24

 

5

Производство суль-фата алюминия

 

50

 

73

 

43

 

5

 

1,5

 

3,3

Производство  фер-

росплавов

 

100

 

160

 

100

 

30

 

6

 

5

Производство жид-

кого стекла

 

500

 

70

 

50

 

34

 

10

 

3,4

Производство белого цемента

 

1000

 

27

 

23

 

20

 

4

 

5

Производство вяжу-щих материалов

 

600

 

20

 

14

 

18

 

3,6

 

5

Производство стекла

300

105

90

26

4,5

5,8

                  ИТОГО

 

 

 

253

53,6

4,7

 

 

Кроме того, целесообразно проведение НИР по разработке технологий производства редких и рассеянных металлов, в первую очередь галлия, германия, ванадия и скандия.

 

Производство сульфата алюминия и глинозёма

 

Разработаны научные основы и технологии получения сульфата алюминия и глинозёма на основе золы низкотемпературного сжигания (рис. 4.12).

Оптимальными условиями основных пределов технологии являются следующие:

– сжигание угля (температурный режим 800…900 оС);

– измельчение (тонина помола – 0,4 мм (не менее 90 \%);

– сернокислотное вскрытие (температура 95…105 оС);

– продолжительность 1,5…2 ч, концентрация серной кислоты 16…20 \%;

– разделение жидкой и твёрдой фаз (фильтроткань артикул Л-136, разрежение 400…450 мм рт.ст., нутч-фильтр 0,37…0,42 м3/м2.ч);

– промывка шлама двухстадийная;

– гидролитическое разложение (температура 230 оС, время 2 ч);

– термическое разложение (температура 760…800 оС).

Полученный продукционный сульфат алюминия (50 тыс. т в год) после грануляции и фасовки в полиэтиленовые мешки отправляется потребителям. Производство глинозёма по сравнению с получением сульфата алюминия имеет два дополнительных передела – термическое разложение сульфата алюминия и регенерации серной кислоты.

Основные технологические переделы производства сульфата алюминия проверены в опытно-заводских условиях на опытном производстве Уральского научно-исследовательского института химии на золе, аналогичной по физико-химическим свойствам золе кузнецких углей. На основании комплекса лабораторных и опытных работ сделан выбор оптимальной аппаратурно-технологической схемы утилизации золы, рекомендованы материалы для изготовления оборудования и коммуникаций. ЛенНИИГИППРОХИМом выполнена технико-экономическая оценка, показавшая целесообразность производства сульфата алюминия на основе золы низкотемпературного сжигания.

Сульфат алюминия, полученный из золы, по заключению института ВНИИВОДГЕО является хорошим коагулянтом для очистки промышленных сточных вод. Сиштоф после сернокислотной обработки ввиду малого содержания окислов железа (менее 0,5…0,7 \%) является заменителем песка в производстве белого цемента, а наличие в нём 4…6 \% гипса, позволит интенсифицировать процессы получения цемента.

Технологии сульфата алюминия и глинозёма защищены авторскими свидетельствами РФ (№ 694453, 908748, 937390).

 

ЗОЛА

 

 

 

 

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

 

МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ

 

КЛАССИФИКАЦИЯ

 

СЕРНОКИСЛОТНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

 

фИЛЬТРАЦИЯ

 

          СИШТОФ                                         ПРОЛУКЦИОННЫЙ РАСТВОР

 

ПРОИЗВОДСТВО                   ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ                   ВЫПАРКА И

СТРОЙМАТЕРИАЛОВ          РАЗЛОЖЕНИЕ 230 оС           ГРАНУЛЯЦИЯ

 

                                                ИСКУССТВЕННЫЙ                 СУЛЬФАТ

                                                          АЛУНИТ                       АЛЮМИНИЯ

 

 H2Al6(O4)4(OH)12                           Al2(SO4)316H2O

 

 

 

 

                                    ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ       РЕГЕНЕРАЦИЯ

                                                                                         СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

 

                                                Г Л И Н О З Е М

 

Рис. 4.12. Сернокислотная схема получения глинозема

и сульфата алюминия

 

Производство ферросплавов и строительных материалов

 

Теоретические основы получения ферросплавов на основе минеральной части углей разработаны в нашей стране довольно хорошо. Проведены ряд исследований и промышленных проверок технологий получения ферросиликоалюминия и ферросилиция из углеотходов, близких по составу к золам кузнецких углей и их магнитной составляющей, которая может быть выделена методами магнитной сепарации. Полученные сплавы были испытаны в промышленном масштабе на металлургических заводах страны для раскисления мартеновской стали и дали положительные результаты. Для отработки оптимальных условий получения ферросплавов на основе магнитной фракции золы кузнецких углей требуется проведение укрупнённо-лабораторных и промышленных испытаний в экспериментальном цехе завода ферросплавов.

Получение строительных материалов на основе сиштофа не требует изменения существующих технологий указанных производств. Сиштоф будет использоваться в качестве сырьевого компонента и заменять кварц, а также другие кремнесодержащие материалы, используемые в производстве строительных материалов. Кроме того, оксид кремния, содержание которого в сиштофе составит 75…85 \%, будет в основном в виде аморфного кремнезема

с высокой химической активностью, что позволяет прогнозировать улучшение технико-экономических показателей и качества цемента и вяжущих материалов. Минимальное количество железистых и других окрашивающих соединений в сиштофе даёт возможность получения на его основе белого цемента, потребность в котором очень велика.

Принципиально технологии получения цемента, вяжущих материалов, жидкого стекла отработаны Алма-Атинским НИИстройпроектом. В дальнейшем целесообразна проверка этих технологий в промышленном масштабе. Все природоохранные технологии защищены авторскими свидетельствами.