КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛООТВАЛОВ
COMPLEX FOR ASH WASTES PROCESSING

Изобретение относится к области переработки техногенных образований от сжигания углей и может быть использовано для получения соединений кремния и алюминия.
В результате сжигания угля на теплоэлектростанциях образуются золошлаковые отходы (ЗШО). Выход золы составляет 5-20% от массы исходного угля, а объем вырабатываемой во всем мире золы оценивается в 750 млн тонн в год и продолжает увеличиваться. В России по разным оценкам в золоотвалах накоплено от 1,5 до 1,8 млрд тонн ЗШО.
Между тем, ЗШО содержит большое количество ценных компонентов, а их переработка может быть экономически и экологически выгодной альтернативой складированию на золоотвалах.
Из уровня техники известны способы переработки ЗШО [1-6], однако их аппаратурное оформление в виде описания комплексов применяемого оборудования не получило развития.
Из имеющихся описаний производственных линий можно отметить комплекс по патенту RU 2598613 [7]. Технологическая линия для переработки золошлаковых отходов содержит дозатор-питатель золошлаковых отходов, связанный с емкостью смесителя, соединенным с источником разжижающей среды линией подачи, классификатором золошлаковых частиц, средства отвода обезвоженных масс отклассифицированных фракций частиц. Линия снабжена рециркуляционным баком, который связан с выходом смесителя посредством трубопровода, снабженного первым насосом. Технический результат, получаемый при решении поставленной технической задачи, выражается в обеспечении возможности фракционирования золошлаковых отходов по крупности частиц, по меньшей мере, на три фракции. Недостатком является невозможность получения готовых товарных продуктов.
Из описания к патенту RU2682359 [8] известен также комплекс для переработки бокситов, содержащий мельницу для размола боксита в оборотном растворе, сушилку, первую мешалку для выщелачивания, сгуститель для отделения красного шлама от алюминатного раствора, промыватель для отмывки красного шлама от щелочи с получением алюминатного раствора, вторую мешалку для обескремнивания алюминатного раствора, декомпозер для выделения гидроокиси алюминия и трубчатую печь для получения глинозема, отличающийся тем, что он снабжен установленными после промывателя третьей мешалкой для выщелачивания красного шлама в разбавленном сернокислом растворе, фильтровальным устройством, брикетирующим прессом для уплотнения высокожелезистого красного шлама и экстрактором для выделения солей редкоземельных металлов(РЗМ), при этом фильтровальное устройство соединено с третьей мешалкой подающим пульпопроводом, брикетирующий пресс соединен с фильтровальным устройством транспортером, экстрактор для выделения солей редкоземельных металлов(РЗМ) соединен с фильтровальным устройством отводящим трубопроводом, а соединенная со сгустителем вторая мешалка для обескремнивания алюминатного раствора последовательно соединена с декомпозером для выделения из раствора гидроокиси алюминия и трубчатой печью для получения глинозема. Здесь видно, что в комплексах для разделения алюмосиликатных соединений применяют такие устройства, как мельницы, фильтровальные устройства, мешалки, сушильные камеры трубчатые вращающиеся печи. Недостатком известного комплекса является отсутствие устройств и дополнительных связей, позволяющих осуществить переработку именно золы и получить белую сажу как конечный продукт.
Наиболее близким к предлагаемому объекту является техническое решение по патенту RU102607 [9].
Это решение содержит последовательно соединенное между собой оборудование подготовки сырья, оборудование для его термической обработки и оборудование для химической обработки. Оборудование подготовки сырья содержит линию для первичной подготовки, включающую последовательно соединенные оборудование для многоступенчатой классификации отходов и устройства для флотации и магнитной сепарации сырья.
Оборудование для термической обработки содержит последовательно соединенные вращающуюся обжиговую печь, реактор для разложения обожженного материала в растворе гидроксида натрия, вакуумный фильтр, устройство для промывки пульпы при фиксированном значении рН раствора и устройство для сушки полученного глиноземного концентрата. При этом вход вращающейся обжиговой печи соединен с выходом линии для первичной подготовки сырья, то есть с выходом устройства  магнитной сепарации, а выход обжиговой печи  соединен с первым входом реактора, причем его второй вход соединен с выходом дозатора для регулируемой подачи в реактор  раствора с фиксированным содержанием оксида натрия.
Выход реактора через вакуумный фильтр и устройство для промывки пульпы при фиксированном значении рН раствора соединен с устройством для сушки полученного глиноземного концентрата. Для заданного функционирования системы устройство снабжено дозатором для регулирования в нем значении рН раствора подачей дистиллированной воды.
Недостатком устройства по прототипу является отсутствие возможности получения белой сажи и продукта, содержащего глинозем, а не концентрат глинозема. Белая сажа находит в настоящее время широкое применение в различных отраслях промышленности [10, 11] как вещество, обладающее сверхразвитой удельной поверхностью.
Технической проблемой, решаемой в предлагаемом комплексе, является возможность получения белой сажи и продукта, содержащего глинозем.
о
о
Предлагаемое техническое решение содержит последовательно соединенное между собой оборудование подготовки сырья, оборудование для его термической обработки и оборудование для химической обработки. Оно отличается тем, что оборудование для подготовки сырья включает в себя последовательно соединенные между собой смеситель, гранулятор и дозатор. Оборудование для термической обработки представляет собой трубчатую вращающуюся печь спекания и барабанный холодильник. Предусмотрено, что печь спекания работает при пониженных относительно прототипа температурах на уровне 200…400С (по прототипу 800…1300С – что обуславливает и различное название печного оборудования). В результате низкотемпературного спекания образуется спек силиката натрия и гидроалюмосиликата натрия, из которого удается впоследствии получить ценный продукт – белую сажу и раствор сульфата алюминия, где не содержатся посторонние продукты, в противовес прототипу, где получают лишь концентрат глинозема.
Оборудование для химической обработки включает в себя загрузочный бункер, мельницу, первую пропеллерную мешалку, первую фильтровальную систему и параллельно выполненные первую и вторую линии. Первая линия включает вторую пропеллерную мешалку с подачей углекислого газа, вторую фильтровальную систему с параллельно расположенными сушильной камерой и третьей пропеллерной мешалкой с подачей извести, соединенной с третьей фильтровальной системой, соединенной со смесителем а также с обжиговой печью, соединенной с третьей пропеллерной мешалкой и второй пропеллерной мешалкой. Вторая линия включает четвертую пропеллерную мешалку с подачей серной кислоты, четвертую фильтровальную систему, пятую пропеллерную мешалку с подачей каустической щелочи, соединенную со второй пропеллерной мешалкой.
На фиг.1 приведен состав предлагаемого комплекса с линиями связи между отдельными единицами оборудования.
Предлагаемый комплекс содержит последовательно соединенное между собой оборудование подготовки сырья, оборудование для его термической обработки и оборудование для химической обработки. Оборудование для подготовки сырья включает в себя последовательно соединенные между собой смеситель 1, гранулятор 2 и дозатор 3. Оборудование для термической обработки представляет собой трубчатую вращающуяся печь спекания 4 и барабанный холодильник 5. Оборудование для химической обработки включает в себя загрузочный бункер 6, мельницу 7, первую пропеллерную мешалку 8, первую фильтровальную систему 9 и параллельно выполненные первую и вторую линии. Первая линия включает вторую пропеллерную мешалку 10 с подачей углекислого газа, вторую фильтровальную систему 11 с параллельно расположенными сушильной камерой 12 и третьей пропеллерной мешалкой 13 с подачей извести, соединенной с третьей фильтровальной системой 14, соединенной со смесителем 1, а также с обжиговой печью 15, соединенной с третьей пропеллерной мешалкой 13 и второй пропеллерной мешалкой 10. Вторая линия включает четвертую пропеллерную мешалку 16 с подачей серной кислоты, четвертую фильтровальную систему 17, пятую пропеллерную мешалку 18 с подачей каустической щелочи, соединенную со второй пропеллерной мешалкой 10.
2
Комплекс работает следующим образом. В смеситель 1 подают сырье в виде золы, воду и щелочной раствор. Смесь поступает в гранулятор 2, полученный гранулят через дозатор 3 поступает на термическую обработку в трубчатую вращающуюся печь спекания 4. Полученный спек поступает в барабанный холодильник 5, где охлаждается. Гранулы поступают в загрузочный бункер 6, а затем в мельницу 7 с подачей воды. Полученная пульпа поступает в первую пропеллерную мешалку 8 для осуществления реакции растворения силиката натрия из спека. Затем пульпа поступает в первую фильтровальную систему 9, где происходит разделение на жидкую фазу силиката натрия и твердую фазу, содержащую гидроалюмосиликат натрия (ГАСН). Далее в первую линию поступает жидкая фаза и попадает во вторую пропеллерную мешалку 10. Туда же подают углекислый газ из обжиговой печи 15. В результате выпадает твердая фаза в виде белой сажи SiO с развитой удельной поверхностью. Белую сажу отделяют во второй фильтровальной системе 11 и удаляют влагу в сушильной камере 12. Содовый раствор, полученный во второй фильтровальной системе 11, передают в третью пропеллерную мешалку 13, где происходит смешение с известью CaO. В результате реакции содового раствора с известью образуется карбонат кальция и раствор каустической щелочи. Полученная пульпа поступает в третью фильтровальную систему 14, где разделяется жидкая и твердая фаза. Твердая фаза в виде карбоната кальция направляется в обжиговую печь 15, где получают известь и направляют ее третью пропеллерную мешалку 13. При этом образовавшийся в результате реакции разложения карбоната кальция углекислый газ направляют во вторую пропеллерную мешалку 10.
2
Во второй линии обработки твердая фаза (ГАСН) направляется в четвертую пропеллерную мешалку 16, где смешивается с раствором серной кислоты. В результате реакции образуется твердая фаза SiO с малой удельной поверхностью и раствор сульфата алюминия. Пульпа направляется в четвертую фильтровальную систему 17, где происходит разделение фаз.
Раствор сульфата алюминия используют для получения глинозема, как это описано, например, в справочнике [12, с.234].
2
Твердая фаза SiO с малой удельной поверхностью направляется в пятую пропеллерную мешалку 18, где смешивается каустической щелочи полученной из третьей фильтровальной системы 14. В результате реакции растворения образуется силикатный раствор, который направляется во вторую пропеллерную мешалку 10 с целью дальнейшего получения белой сажи с развитой удельной поверхностью.
Технической проблемой, решаемой в предлагаемом комплексе, является возможность получения белой сажи и продукта, содержащего глинозем.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.   Патент RU 2630021. Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций. МПК C04B18/10, F23G5/00, B09B3/00, H05H1/00. Заявка: 2016122592 от 07.06.2016 Заявитель Институт химии твердого тела УрО РАН. Опубл. 05.09.2017.
2.   Патент CN102862999. Crystallization and concentration device used for extracting alumina from coal ash through acid leaching method/ GE XIANGHUA. Заявитель SUZHOU ZHONGHENG PRESSURE VESSEL MFG CO LTD. МПК C01F7/02. Опубл. 2015-05-20. Заявл. 2012-09-14.
3.   Патент RU2605987. Способ комплексной переработки золы от сжигания углей. МПК B09B3/00, C01B33/12. Заявка 2015129883 от 20.07.2015. Заявитель ООО "Челябинский инновационный центр"
4.   Патент RU2436855. Способ извлечения алюминия и железа из золошлаковых отходов. Заявка 2010144752/02 от 01.11.2010. Опубл. 20.12.2011. Заявитель Институт горного дела ДВО РАН
5.   Патент RU2344887. Способ переработки золы и/или шлака котельных и теплоэлектростанций. МПК B09B3/00 B03B9/04. Заявка: 2007118589/03 от 18.05.2007. Опубл. 27.01.2009. Патентообладатель: Сибирский Государственный Индустриальный Университет
6.   Патент RU 2502568. Способ комплексной переработки золы от сжигания углей. МПК B09B3/00, B82B3/00, C01F7/74, C01F17/00. Заявка: 2012106049/05 от 20.02.2012. Опубл. 27.08.2013. Заявитель: Открытое акционерное общество "Территориальная генерирующая компания № 11" Патентообладатель: ОАО "Территориальная генерирующая компания № 11"
7.   Патент RU 2598613. Технологическая линия для переработки золошлаковых отходов. МПК B03B 9/04. / Заявка: 2015147548/03 от 06.11.2015. Опубл. 27.09.2016. Заявитель Дальневосточный федеральный университет
8.   Патент RU2682359. Комплекс для переработки бокситов. МПК C22B21/00. Заявитель Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина. Заявка: 2017141064 от 20.12.2016. Опубл. 19.03.2019.
9.   Патент RU102607. Система производства глиноземного концентрата из золошлаковых отходов электростанций. Заявитель Объединенный институт высоких температур РАН МПК C01F 7/00. Заявка: 2010140726/05 от 06.10.2010. Опубл. 10.03.2011.
10.   Патент RU 2416621. Порошковый наполнитель для термопластичных эластомерных материалов на основе каучука. Заявитель ООО "Шунгитовые технологии. Заявка 2009141673/05 от 12.11.2009. Опубл. 20.04.2011.
11.   Патент RU 2194555. Огнетушащий порошковый состав и способ его получения. Опубл. 20.12.2002. Заявка № 2001119504/12 от 13.07.2001.
12.   Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. 1970. 320 с.