СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ
METHOD FOR ASH AND SLAG WASTE PROCESSING

Изобретение относится к области переработки золошлаковых отходов (ЗШО) от сжигания углей тепловых электростанций и может быть использовано для получения органоминерального порошка для изготовления асфальтобетонных смесей в дорожном строительстве, в качестве минеральной добавки при производстве бетонных смесей, сухих строительных смесей, цемента, а также при производстве строительных материалов.
Состав ЗШО определяется видом сжигаемого топлива, технологией сжигания и складирования. В химическом составе зол и шлаков преобладают соединения кремния, алюминия, кальция, магния и железа. Однако для разных ТЭЦ используется уголь разных месторождений, поэтому химический состав смеси ЗШО в отвалах неоднороден и сильно колеблется.
При горении угля происходят потери угля за счет недожога, остается минеральная несгорающая часть - смесь золы, шлака, частиц закоксованного угля.
После переработки ЗШО несгораемая часть отправляется для перемалывания. Готовый сыпучий минеральный порошок поступает на хранение в накопитель.
Сейчас самыми крупными потребителями ЗШО являются производители стройматериалов, присутствие ЗШО в качестве добавки в сырье для производства строительных смесей, бетона и цемента серьезно снижает их себестоимость и повышает качество.
Известен способ переработки золошлаковых отходов из отвалов системы гидрозолоудаления тепловых электростанций, включающий механическое транспортирование отходов из отвалов, их разжижение, разделение разжиженной золошлаковой смеси по фракциям с требуемой для последующей утилизации крупностью золошлаковых частиц по меньшей мере на два потока, сгущение каждого потока с отделением полых микросфер и частиц несгоревшего угля, а также осветленной воды, и подачу обезвоженной массы каждой фракции на соответствующую утилизацию [патент РФ № 2363885].
Недостатком данного технического решения является то, что получаемые в результате его применения золошлаковые материалы по сути остаются сырьем и не являются полноценными кондиционными продуктами, требуя дальнейшей переработки по различным технологиям. Это существенно сужает возможности их дальнейшего использования, поскольку от потенциальных потребителей требуются дополнительные материальные и финансовые затраты на доработку такого продукта.
»
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является изобретение «Способ переработки золошлаковых отходов из отвалов системы гидрозолоудаления тепловых электростанций с целью получения кондиционных зольных продуктов по патенту РФ № 2569132.
Изобретение относится к области переработки золошлаковых отходов от сжигания углей тепловых электростанций.
Способ включает заготовку сырья - золошлаковых смесей естественной влажности - из отработанной и осушенной секции золошлакоотвала ТЭС, механическое обезвоживание сырья путем буртования на территории золоотвала или на площадке складирования до влажности 25-30 %, принудительную сушку сырья в сушильном агрегате до конечной влажности менее 1 % с разделением в процессе сушки высушенного материала по крайней мере на две фракции, материалу придают более качественные характеристики путем измельчения его до заданной тонины помола, которая определяется конечным назначением получаемого в результате измельчения кондиционного зольного продукта (механическая активация) и при необходимости проведения химической активации.
Недостатком данного способа является достаточная сложность в реализации, длительность технологического процесса и невозможность получения конечного продукта надлежащего качества.
Задачей предлагаемого способа переработки золошлаковых отходов является получение качественных кондиционных зольных продуктов и сокращение длительности технологического процесса.
Техническим результатом предлагаемого способа является получение высокодисперсной минеральной добавки высокого качества, обладающей повышенными эксплуатационными свойствами за счет механической активации и повышения физико-химических свойств частиц, а также сокращение длительности технологического процесса (повышение производительности) за счет удаления недожога до стадии дробления.
Технический результат достигается тем, что способ переработки отходов из осушенных секций золошлакоотвала системы гидрозолоудаления тепловых электростанций включает механическое обезвоживание сырья до влажности 25-30 % буртованием, принудительную сушку до конечной влажности менее 1 % с разделением сырья в процессе сушки по меньшей мере на две фракции и восстановление его активных свойств путем измельчения материала до заданной тонины помола и отличается тем, что перед принудительной сушкой сырье классифицируют на грохоте, удаляя недожог в виде фракций +0,5 мм, в высушенном материале выделяют фракцию -45 мкм и отправляют ее на склад, а фракцию +45 мкм измельчают до требуемого размера и направляют на хранение в накопитель.
Кроме того, измельчение материала производят центробежно ударным методом.
Кроме того, на этапе принудительной сушки сырья используют двойной барабан выгрузки и загрузки сырья с повышенной экономичностью расхода теплоносителей (до 30 %)
Кроме того, на стадии измельчения материала добавляют кастомизированную добавку.
Способ включает заготовку сырья - золошлаковых смесей естественной влажности - из отработанной и осушенной секции золошлакоотвала ТЭС. Механическое обезвоживание сырья производят путем буртования на территории золоотвала или на площадке складирования до влажности 25-30 %.
Перемещают сырье в приемный бункер, удаляют недожог в виде фракций +0,5 мм путем классификации на грохоте.
Принудительную сушку сырья осуществляют в сушильном агрегате до конечной влажности менее 1 % с разделением в процессе сушки высушенного материала по крайней мере на две фракции, фракция менее 45 мкм собирается циклонным и рукавным фильтрами и подается в накопительные силосы пневмонасосом, фракция более 45 мкм поступает в накопительный бункер и/или в мельницу на дополнительный помол до заданного значения тонины помола.
Высушенный материал поступает в центробежно-ударный помольный комплекс, где измельчается до заданной тонины помола менее 45 мкм, которая определяется конечным назначением получаемого в результате измельчения кондиционного зольного продукта (механическая активация).
При необходимости на стадии помола добавляются химически активные добавки для придания специальных свойств конечному кондиционному зольному продукту (химическая активация).
Центробежно-ударное измельчение позволяет получать продукт с удельной поверхностью на 30 % больше по сравнению с прототипом, что дает лучший результат при испытаниях на предел прочности при сжатии (таблица 1).
Другим существенным отличием является добавление в производственную линию системы подачи модификатора на стадии помола химически активных добавок. За счет этого в полученную базовую высокодисперсную минеральную добавку с удельной поверхностью на 30 % больше чем у прототипа будут добавляться индивидуально подобранные для конкретной производственной линии заказчика модифицирующие добавки для различных областей применения (под потребности заказчика).
То есть в результате применения технологии можно будет получать как базовую высокодисперсную минеральную добавку общего применения, так и кастомизированную под индивидуальные потребности Заказчика модифицированную высокодисперсную минеральную добавку, что соответствует тенденциям умного производства.
2
Конечный продукт: 90 % - фракция от 25 до 45 мкм, 10 % - остаток на сите от 45 до 50 мкм с удельной поверхностью не менее 5000 см/г.
Размеры наиболее реакционных гидравлически активных частиц лежат в пределах от 10 до 45 мкм. Однако получение зерна менее 25 мкм является энергозатратным и неэффективным.
Удельная поверхность напрямую зависит от размера зерна. Размер зерна более 45 мкм дает меньше удельную поверхность, что выходит за границы оптимума.
2
2
Предел удельной поверхности лежит в диапазоне от 4500 до 5500 см/г - это является оптимумом. Получение удельной поверхности более 5000 см/г является энергозатратным и неэффективным и лежит за границами оптимума.
Согласно закону Риттингера работа, затраченная при дроблении, пропорциональна вновь полученной поверхности измельченного материала или степени измельчения.
Выбранный диапазон удельной поверхности получаемого материала обусловлен закономерностями, изложенными в [Величко Е.Г. Повышение эффективности использования минеральных модификаторов путем оптимизации дисперсного состава бетона: дис. … д-ра техн. наук. М., 1998. Гл. 3.3 Оптимальные параметры использования различных видов минеральных модификатор к вяжущим веществам для бетонов. C. 125].
В таблице 1 приведены результаты испытания полученного продукта относительно аналогов.
В таблице приведены данные испытаний на основе:
1. 100%-й цемент.
2. Зола уноса с электрофильтров.
3. Золошлаковая смесь после помола на шаровой мельнице.
2
4. Золошлаковая смесь (модифицированная минеральная добавка) с удельной поверхностью 5050 см/г.
2
5. Золошлаковая смесь (модифицированная минеральная добавка) с более высокой удельной поверхностью (6000 см/г) - показывает, что при больших затратах на производство имеет меньший предел прочности при сжатии, чем производимый продукт.
Таблица 1
Состав вяжущего в бетонной смеси
R<sub>сж.</sub>,%
28 сут
90 сут
1
Цемент 100 %
S<sub>уд. </sub>= 3800 см<sup>3</sup>/г
100
100
2
ЗУ (зола уноса) с электрофильтров
Цемент 80 % + ЗУ 20 %
S<sub>уд. </sub>= 2900 см<sup>3</sup>/г
80
98
3
ЗШО после шаровой мельницы
S<sub>уд.</sub>=<sub></sub>4200 см<sup>3</sup>/г
89
101
Цемент 80 % + ЗШО 20 %
4
ЗШО после центробежно-ударной мельницы
S<sub>уд. </sub>= 5050 см<sup>3</sup>/г
Цемент 80 % + ЗШО 20 %
105
117
5
ЗШО после центробежно-ударной мельницы
S<sub>уд. </sub> 6100 см<sup>3</sup>/г
Цемент 80 % + ЗШО 20 %
92
103
уд.
сж
Примечание: В/В = Const (водовяжущее - отношение массы воды к массе вяжущего после затворения смеси); S- удельная площадь; R- коэффициент сжатия.
2
По итогам испытаний наилучший результат показала модифицированная добавка, полученная предложенным производством (пункт 4). Удельная поверхность 5050 см/г является оптимумом.
Во всех испытаниях добавлялась химическая добавка: модифицированный полиметиленнафталинсульфонат (ПНС).
Для сушки могут использоваться барабанные сушилки с двойным барабаном, например серии 2СГМ, которыеконструкционно являются самыми экономичными, по возможностям и комплектации как СГМ. В комплексе с автоматизацией и в сравнении с одинарными сушилками экономия составляет от 20 до 60 % топлива. Производятся в вариантах с охлаждением высушиваемой фракции и в варианте повторного использования тепла (https://prom59.ru/barabannye-sushilki.htm).
Применение указанного способа позволяет получить кондиционный зольный продукт с гарантированными стабильными и воспроизводимыми характеристиками и качеством, который может использоваться в строительстве и промышленности строительных материалов по широкому спектру направлений: в качестве минеральной добавки при производстве цемента, в качестве добавки и наполнителя при производстве растворов и бетонных смесей, в сухих строительных смесях, в качестве минерального порошка при производстве асфальтобетонных смесей и в других областях.