Перспективы использования золошлаковых отходов теплоэнергетики при производстве строительных теплоизоляционных материалов

Проблема утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) возникла не сегодня и не вчера. На данный момент действует государственная программа «Энергоэффективность и развитие энергетики» до 2030 г., где прописаны целевые показатели использования ЗШО. Средний показатель использования золошлаковых отходов менее 2,5 млн т в год из 30 млн т образующихся в России ежегодно [1].

На территории г. Улан-Удэ площади золоотвалов стремительно растут, на зо-лоотвалах ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 в год образуется 160 тыс. т отходов, и это не учитывая отходы различных мелких котельных. В 2013 г. на ТЭЦ-1 выход ЗШО составил 139940 т, в 2014 г. — 108549 т, а по ТЭЦ-2 эти показатели составили 37497 т — в 2013 г. и 31006 т — в 2014 г., соответственно. Площади золоотвалов стремительно растут. Основная проблема это несовершенство законодательства и отсутствие целенаправленного подхода к регулированию обращения с отходами. Проблема утилизации ЗШО решается очень медленно, нет государствен- ной политики в области использования природных инертных и техногенных материалов с целью сохранения экологического равновесия. Еще одна проблема это техническая неподготовленность энергетических предприятий к первичному разделению и сортировке золошлаковых материалов, складированию их и выдаче потребителям. К тому же недостаточно внедряются результаты НИОКР, накопленные в отечественной и мировой практике. Данные вопросы необходимо решать в обозримом будущем.

Цель работы : разработка теоретических и технологических основ для производства пеностекол общестроительного и технического назначения с использованием золошлаковых отходов ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 г. Улан-Удэ, исследование их физико-механических и эксплуатационных свойств.

В процессе работы были исследованы золошлаковые отходы, стеклобой и горные породы (перлит, кварцитовый песчаник, известняк и др.). Материалы предварительно подверглись сушке, затем приведены в тонкомолотое состояние дроблением в щековой дробилке и измельчены в вибрационном истирателе до удельной поверхности 350-450 м²/кг. Компоненты растворяют в водном растворе гидрооксида натрия и тщательно перемешивают в лабораторном смесителе принудительного действия. Для получения гранулированного пеностекла порции пенообразующей смеси подвергаются грануляции в виброгрануляторе. Для получения блоков, плит и фасованных изделий пенообразующую смесь подвергают прессованию в пресс-формах. Влажность образцов на уровне формования составляет не более 16-18%. Изготовленные образцы подвергаются нагреву и вспениванию при обжиге в электрокаменной печи с максимальной температурой подъема до 1100°С.

В ходе исследования установлено, что в золошлаковых отходах, стеклобое и горных породах имеются все необходимые для получения пеностекла алюмосиликатного состава стеклообразующие оксиды (табл. 1).

Состав золошлаков в отходах по оксидам

Таблица 1

Золошлаковые отходы по химическому, гранулометрическому и фазовоминералогическому составам во многом идентичны природному минеральному сырью. В работе были рассмотрены в основном ЗШО попадающие в золошлакоотвалы при мокром удалении зол-уноса и топливных шлаков, образованных в топке котла.

В результате работы были получены различные образцы пеностекол с различной плотностью. Среди полученных образцов имеются с довольно высокими показателями средней плотности от 900 до 1170 кг/м³ и прочности R сж от 7,9 до 20,0 МПа. Полученный материал можно использовать при заполнении каркасов вместо кирпича, но при этом он обладает лучшими теплозащитными свойствами, благодаря пористой структуре.

Перспективы производства . По классической технологии, разработанной Китайгородским [3], используется специально сваренное стекло (эрклез) с использованием кварцевого песка, известняка, соды и сульфата натрия, что требует возведения стекловаренной печи больших капитальных затрат.

Использование в настоящей работе комплексной шихты, состоящей из золошлаковых отходов, стеклобоя и горных пород, а также технологических добавок интенсификаторов плавления позволит получать пеностекло без использования высокотемпературной варки. Технологию производства по неполной схеме можно представить как процесс, состоящий из двух основных стадий. К первой стадии относятся все подготовительные операции с исходными компонентами, заканчивающиеся гранулированием пенообразующей смеси. Вторая стадия включает все операции, связанные с термическими процессами (нагрев, спекание, вспенивание при обжиге, отжиг), в результате которых достигают необходимых свойств изделий. Приведем примерную технологическую схему производства гранулированных и плитных пеностекол (рис. 1).

Рис. Технологическая линия по производству гранулированных и плитных пеностекол

В состав разработанной линии производства пеностекла входят:

Участок I. Подготовка компонентов, здесь осуществляются дробление и помол с целью получения тонкодисперсных порошков стеклобоя, горных пород и золошлаковых отходов (золошлаковые отходы могут при необходимости подвергаться электромагнитной сепарации с целью выделения магнитной фракции); Участок II. Подготовка смеси тонкомолотых компонентов стеклошихты (стеклобоя, горных пород и ЗШО), подготовки сырцовых гранул в грануляторе из смеси с определенной пропорцией тонкомолотых компонентов стеклошихты и технологических добавок — щелочного компонента, газообразователя, воды и др.;

Участок III. Сушка сырцовых гранул и их хранения;

Участок IV. Вспенивание в барабанной печи и охлаждение пеностекольного гранулята в барабанном холодильнике, выгрузки гранул из холодильника, их сортировки и барабанном грохоте, складирования, упаковки и отгрузки потребителю.

Участок V. Вспенивание в барабанной печи и садки пеностекольного гранулята в формах в печь отжига, поста доводки пеностекольных изделий, упаковки, складирования и отгрузки потребителю.

Благодаря комплексному использованию золошлаковых отходов, горных пород и стеклобоя снижается энергия активации плавления и вспенивания пеностекол при обжиге. Использование золошлаковых отходов позволяет экономить природно-минеральное сырье, поскольку ЗШО это не столько отходы, а вторичное сырье, отвечающее всем необходимым требованиям для производства теплоизоляционных пеностекол. Также использование ЗШО позволяет снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Полученные пеностекла можно использовать для теплозащиты трубопроводов и в других отраслях промышленности.