Перспективные направления утилизации крупнотоннажных отходов энергетических предприятий и углеобогатительных фабрик

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

УДК 658.26, 504.06

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ КРУПНОТОННАЖНЫХ ОТХОДОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ И УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

© 2012 г. А.М. Васильев, В.В. Денисов

Новочеркасская государственная Novocherkassk State Meliorative

мелиоративная академия Academy

Проанализированы возможные направления утилизации крупнотоннажных отходов. Представлена схема классификации использования золошлаковых отходов угольных ТЭС в сфере мелиоративного строительства, а также обоснована целесообразность утилизации углистых колчеданов для получения ряда азотных удобрений и серно-кислотных мелиорантов. Предлагаемый подход позволит получить значительный экономический и экологический эффект.

Ключевые слова: техногенное месторождение; утилизация; экология; экономический эффект; золошлак; строительные материалы; азотные удобрения; мелиоранты.

In article possible directions of recycling of a large-capacity waste are analysed. The scheme of classification of use of a waste of the coal power enterprises in sphere of meliorative building is presented, and also the expediency of recycling of technogenic deposits for reception of some nitric fertilizers and amendments is proved. The offered approach will allow to receive considerable economic and ecological effect.

Keywords: a technogenic deposit; recycling; ecology; economic benefit; cindery slag; building materials; nitric fertilizers; amendments.

Антропогенное вмешательство в природную среду привело к накоплению на земной поверхности огромного количества отходов различных видов производств. В результате добычи и обогащения полезных ископаемых формируются десятки миллионов тонн отвальных пород и шламов. Крупнотоннажные отходы образуются при сжигании топлива на тепловых электростанциях, при металлургической трансформации руд и пр. При этом происходит концентрация не только объемов золотвалов, но и химических элементов, соединений и минералов, так как в отходы зачастую попадают сопутствующие полезные ископаемые и другие отходы производства, являющиеся потенциально полезным сырьем. В последнее время во всем мире возрос интерес к накоплениям промышленных отходов, и в особенности к накоплениям, возникшим при функционировании крупных тепловых электростанций. Техногенное накопление химических элементов превращается в один из важных источников минерального сырья. Объемы, ценность и условия залегания этих источников минерального сырья позволяют классифицировать их как техногенные месторождения. Техногенное месторождение - это искусственное накопление минерального вещества, по количеству, качеству

и условиям залегания пригодное в данное время или на перспективу для экономически целесообразного промышленного использования [1]. При образовании техногенного месторождения, помимо проблем технического характера, возникают еще и экономические проблемы. Основной из них является проблема определения допустимого уровня затрат на его формирование. Такие затраты оправданы, если, во-первых, в обозримом будущем наступит момент вовлечения техногенного месторождения в эксплуатацию, и, во-вторых, освоение его не будет убыточным по сравнению с освоением аналогичных природных месторождений. Следовательно, целенаправленное складирование крупнотоннажных промышленных отходов путем создания техногенных месторождений позволит не только обеспечить полноту использования недр, но и существенно уменьшить темпы загрязнения окружающей среды.

На современном этапе формирования техногенных месторождений их использование перспективно по нескольким направления, одним из которых является утилизация золошлаковых отходов ТЭС с дальнейшим применением в производстве бетонных, железобетонных и прочих изделий, используемых в сфере мелиоративного строительства (рисунок).

Схема классификации распределения золошлаковых отходов ТЭС в производстве строительных материалов

Экономический эффект образуется за счет замены природных крупных и мелких заполнителей (песок, щебень и пр.) некондиционными материалами - зо-лошлаковыми отходами из отвалов ТЭС. Это позволит существенно снизить стоимость изделия, например железобетонных лотков для открытых оросительных систем и пр. Данное направление имеет также огромное значение не только с экономических соображений, но и с экологической точки зрения. Достаточно учитывать то, что только за один сезон работы на угле ТЭС мощностью 1 млн кВт (по нынешним масштабам - это средняя электростанция) сжигается около 1,65 млн т каменного угля и образуется свыше 0,15 млн т шлака и золы, под отвал которых (высотой, в среднем, 6^7 м) требуется значительная площадь. Кроме того, существует проблема повышенного радиационного фона подобных техногенных месторождений. Из естественных радионуклидов, содержащихся в золошлаковых отходах, наибольшее значение имеют радий Rа-226, торий Т^232 и калий К-40. Радиоактивность материалов оценивается удельной концентрацией именно этих радионуклидов, и соответствующие показатели не должны превышать: Ra-226 - 1-10"8 Ки/кг; ТЬ232 - 7-10"9 Ки/кг; К-40 -1,3-10_7Ки/кг. Для смеси радионуклидов с удельной активностью С, должно выполняться условие:

C _ CRa-226

1-10"

CTh-232 , CK-40 --~—I--

<1.

Важно отметить, что при применении золошлако-вых отходов для производства строительных материалов необходимо предварительное проведение натурных обследований золошлакоотвалов и выбор для разработки участков с допустимой радиоактивностью. Расчетные характеристики радиоактивности (Ки/кг) можно определить по следующим формулам:

С = Щщ

M

ЪС,т, С =- 11

M

1-10

1-10-

где С, - удельная активность 1-го радионуклида (Ка-226, ^-232, К-40) в сорбирующем материале; С - суммарный показатель радиоактивности сорбирующего материала; Су - удельная активность /-го радионуклида в у-м компоненте; ту - масса у-го компонента, кг; М - масса сорбирующего материала, кг.

Кроме того, использование золошлаковых отходов возможно и в качестве фильтрующего сорбента для целей очистки поверхностного стока, что использовано при разработке патентов на изобретение РФ [2, 3].

Следующее перспективное, по нашему мнению, направление эффективной утилизации крупнотоннажных отходов заключается в переработке вторичных продуктов углеобогащения, существенно ухудшающих качество окружающей среды. Актуальность обогащения углей увеличивается в связи с ухудшением

и

качественных показателей добываемых углей на большинстве месторождений России и отсталостью технологий угледобычи, допускающих попадание больших масс породы в товарный уголь. Между тем обогатительные фабрики страны (в настоящее время их всего 37) загружены лишь на 50 %, а на функционирующих накопилось огромное количество отходов. Так, согласно данным [4], породные отвалы шахт и обогатительных фабрик Донбасса выделяют ежесуточно в атмосферу 6,33 т SО2, 2,7 т Н^, 60,2 т СО и других вредных веществ.

В соответствии с приведенными данными можно утверждать, что углеобогащение, приводящее к извлечению углистого колчедана, содержащего в своем составе железный (серный) колчедан FeS2, последующей его переработке, является задачей первостепенной важности, ее оперативное решение обусловлено экологическими, экономическими и социальными факторами. Актуальна эта проблема и для Ростовской области, входящей в основную угольную базу страны -Восточный Донбасс. Общие запасы углей здесь составляют 245 млрд т. На 12 угледобывающих предприятиях области числятся 14 действующих шахт с производственной мощностью 10 млн т. Общий объем складированных в них пород (углеотходов) превышает 270 млн м3, в том числе в сухих отвалах отходов занято 1,3 тыс. га земель, а общая площадь нарушенных земель в связи с угледобычей и углеобогащением достигает 7 тыс. га [4]. В таблице приведены расчет-

ные данные по производству сульфата аммония и серной кислоты при обжиге влажного углистого колчедана с различным содержанием серы при связывании ее огарком 2 % и режиме 2-стадийного окисления

[4].

Из анализа данных таблицы следует, что при крупномасштабной переработке углистых колчеданов, скопившихся в отвалах и образуемых в процессе углеобогащения, возможно создание индустрии производства серно-кислотного мелиоранта, необходимого для мелиорирования засоленных почв, имеющих широкий ареал распространения в нашей стране, а также ценного азотного удобрения - сульфата аммония. Эффективность азотных удобрений, согласно [4], зависит от почвенно-экологических условий и меняется в пределах 26 - 41 %. В абсолютных величинах окупаемость внесения 1 кг азота варьирует от 3,9 до 5,3 кг зерновых единиц.

На основании вышеизложенного представляется возможным сделать следующие выводы:

1. Проведенный анализ имеющейся информации свидетельствует о том, что рассматриваемые ресурсосберегающие технологии использования техногенного сырья, помимо технико-экономического эффекта в сфере мелиоративного строительства, обеспечивают возможность утилизации промышленных отходов предприятий, в том числе в Ростовской области, и способствуют улучшению экологического состояния окружающей среды;

Продукция, получаемая при переработке различных количеств углистого колчедана

Масса обжигаемого углистого колчедана в год, тыс. т Содержание серы, % по массе Масса получаемой продукции*, тыс. т Требуемое количество №Н3, тыс. т

(NH4)2S04 h2so4

100 20 28,7 34,7 7,7

30 43,0 52,1 11,6

35 50,2 60,8 13,7

40 57,4 69,5 15,7

200 20 57,4 69,4 15,7

30 86,0 104,2 23,3

35 100,3 121,6 27,4

40 114,7 139,0 31,3

500 20 143,5 173,5 38,5

30 215,0 260,6 58,7

35 250,8 304,0 68,6

40 286,4 347,4 78,3

Примечание: * с учетом 3 % потерь.

2. В Ростовской области имеются сырьевые источники, представляющие практический интерес для производства на их базе азотных удобрений широкого ассортимента, а также серной кислоты и сернокислотного мелиоранта. Особый интерес представляют углистые колчеданы - крупномасштабные серосодержащие отходы углеобогащения;

3. Существует необходимость создания специализированного производства перечисленного выше спектра, целевых продуктов путем утилизации крупнотоннажных отходов в интересах интенсификации развития сельского хозяйства, которое может быть организовано в рамках проекта диверсификации крупных угольных ТЭС.

Литература

1. Бутовицкий В.С. Охрана природы при обогащении углей : справочное пособие. М., 1991. 231 с.

2. Патент на изобретение РФ № 2347039, МПК E03F 1/00, 5/14, бюл. № 5, опубл. 20.02.2009 г.

3. Патент на изобретение РФ № 2393302, МПК E03F 5/14, бюл. № 18, 27.06.2010 г.

4. Диверсификация базовых предприятий энергетики в целях устойчивого развития АПК региона (на примере Ростовской области) : монография /А.М. Васильев [и др.]; под ред. В.В. Гутенева. Новочеркасск, 2010. 291 с.

Поступила в редакцию 5 декабря 2011 г.

Васильев Алексей Михайлович - канд. техн. наук, профессор, кафедра «Водоснабжение и водоотведение», Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (886352) 2-18-20.

Денисов Владимир Викторович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Химия и прикладная экология», Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (886352) 2-39-24.

Vasiliev Alexey Mihailovich - Candidate of Technical Sciences, professor, department «Water Supply and Water Diversion», Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. (886352) 2-18-20.

Denisov Vladimir Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Chemistry and Environment Science», Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. (886352) 2-39-24.