Производство силикатного кирпича и других строительных материалов из золы-уноса и шлаков энергогенерирующих компаний - Статья

Вданном обзоре рассматривается проблема утилизации золы и ее применение как основного материала в производстве различной продукции. Тем не менее, Китай с успехом справляется с данной проблемой, применяя золу в произtrialве силикатного кирпича. В этой работе также рассматриваются вопросы экологичности силикатного кирпича из золы, его преимущества по сравнению с другими строительными материалами. Если мы говорим о возможностях применения золы и шлаков в фармацевтике, или в производстве катализаторов, всевозможных наполнителях фильтров - это очень малые, незначительные объемы переработки малотоннажного производства. Если даже наши химики, технологи придумают сотни, тысячи разных технологий в разных областях производства, нехватка такого вторичного ресурса как зола-уноса и шлаков для производственников не грозит, пока не исчезнут мировые запасы углей.Одна из самых жестких и притязательных инстанций США - Агентство по защите окружающей среды вынесло свой вердикт: кирпич из золы является безопасным! Президент РФ Д.Медведев призвал создать в России индустрию переработки отходов, используя инновационные технологии. Для решения проблемы утилизации твердых отходов Медведев предложил создать в России индустрию переработки отходов, используя инновационные технологии. Среди этих технологий есть в перечне и технологии, напрямую относящиеся к вопросу утилизации золы: • Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов. Россия активно переняла технологии, применяемые в строительстве, от которых в странах запада уже отказались.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.

1. Научная и теоретическая часть.

1.1. О глубокой переработке угольных отходов.

1.2. Точка зрения химиков о природе золы-уноса и об экологических аспектах.

1.3. Классификационные признаки золы и шлаков для последующей технологии переработки.

2. Области применения золы и шлаков. 2.1. В строительной индустрии.

2.2. В химической промышленности. 2.3. В других областях.

3. Опыт работы зарубежных стран по использованию золы-уноса и шлаков энергогенерирующих компаний.

3.1. Опыт работы китайских энергогенерирующих компаний. 3.2. Опыт утилизации золы в европейских странах.

3.3. Опыт утилизации золы в США.

3.4. Примеры современного строительства с использованием золы и шлаков.

4. Переработка отходов - задача государственного масштаба.

4.1. Изменение политики государства в сфере защиты окружающей среды. 4.2. Развитие индустрии переработки отходов.

4.3. Экологическое законодательство - ужесточение мер к нарушителям. 4.4. Инновационность внедряемой технологии.

4.5. Доступные строительные материалы - залог успеха в реализации государственных программ: «Доступное жилье» и «Малоэтажное строительство».

5. Строительная индустрия - проблемы и задачи.

6. Проблемы энергогенерирующих компаний России по использованию золы-уноса и шлаков.

7. Проблемы индустрии строительных материалов России по нерудным материалам и использованию золы-уноса, шлаков.

8. Ведущие компании России по внедрению технологий по производству строительных материалов из золы-уноса и шлаков.

8.1. Компания ТЕХНОПОЛИС, (г.Казань).

8.2. Представительство компании HAIYUAN-GROUP в России и СНГ. 8.3. Ассоциация производителей силикатного кирпича РФ (г.Казань).

8.4. Научно-исследовательский институт железобетона и бетона (НИИЖБ).

8. Заключение

1

Вданном обзоре рассматривается проблема утилизации золы и ее применение как основного материала в производстве различной продукции. Рассматриваются наиболее важные аспекты - экологическая проблема, позиция государства в различных областях, проблемы строительной индустрии, энергогенерирующих компаний и пути практического решения задач.

По самым скромным оценкам экспертов, запасов угля в РФ хватит не менее чем на 200 лет. Позиция государства на сегодняшний день состоит в том, чтобы увеличить потребление угля в стране, а природный газ продавать другим странам.

В настоящее время в РФ очень многие ТЭЦ и ГРЭС работают на угле и скорее всего их количество в перспективе только увеличится. Для современных ТЭЦ и ГРЭС самая главная проблема - это образующаяся зола. Даже сегодня, когда угольная энергетика составляет всего лишь порядка 20% от всей энергетики в РФ, образуется порядка 30 миллионов тонн золы в год! Эта зола и есть основная проблема энергетиков.

Не менее остро стоит проблема экологии. Руководство страны ведет курс на дальнейшее ужесточение мер относительно предприятий, загрязняющих окружающую среду. Более того, предлагаетсясоздать все условия для организации отходоперерабатывающей индустрии. Государство готово идти на налоговые послабления и иные меры для развития этой индустрии.

Всем давно понятно, что зола не отход производства, а вторичный ресурс, который мог бы стать основным сырьем строительной отрасли. Ведь только строительная индустрия способна освоить такое количество образуемой золы.

Одновременно назревает необходимость в доступных строительных материалах, так как только с недорогим строительным материалом можно реализовать государственные программы «Доступное жилье» и «Малоэтажное строительство». Строительная индустрия постепенно берет ориентир на массовость и доступность, так как эта ниша рынка практически никем не занята. В целом ряде регионов спрос на строительные материалы не может быть удовлетворен материалами, произведенными в данном регионе. Это приводит к дополнительному росту стоимости строительства.

Один из наиболее очевидных путей решения данной проблемы - использование золы для производства силикатного кирпича и других строительных материалов. По этому пути идет Китай, США и многие другие страны. Причем опыт Китая в этом плане можно признать передовым. Это обусловлено, прежде всего, большой долей угля в энергетике КНР - 78%. С учетом масштабов энергетики, производства в целом, утилизация и переработка золы в КНР одна из приоритетных задач. Тем не менее, Китай с успехом справляется с данной проблемой, применяя золу в произtrialве силикатного кирпича.

В этой работе также рассматриваются вопросы экологичности силикатного кирпича из золы, его преимущества по сравнению с другими строительными материалами.

1. Научная и теоретическая часть.

1.1. О глубокой переработке угольных отходов. Развитие глубокой переработки углей и угольных отходов — это надежное средство обеспечения устойчивого развития экономики России. Преждевсего,надодатьтерминологическоеуточнениенаследующиеопределения

«отход» и «вторичные сырьевые ресурсы». Понятие «отход» первую очередь говорит об отсутствии технологий, которые могли быпереработать их в целевой продукт. Следующий важный фактор - это масштабы их образования и возможные области их применения. Здесь мы должны определить главные приоритетные технологии переработки по масштабам их образования. Если мы говорим о возможностях применения золы и шлаков в фармацевтике, или в производстве катализаторов, всевозможных наполнителях фильтров - это очень малые, незначительные объемы переработки малотоннажного производства. Если мы говорим о возможности применения золы-уноса и шлаков в стройиндустрии, то это соизмеримые

2 показатели с масштабами их образования, так как это уже крупнотоннажное производство. Если даже наши химики, технологи придумают сотни, тысячи разных технологий в разных областях производства, нехватка такого вторичного ресурса как зола-уноса и шлаков для производственников не грозит, пока не исчезнут мировые запасы углей. Цель химиков, технологов достичь глубины переработки угля до 100%, т.е добиться абсолютной безотходности. Например, даже образующийся углекислый газ при сжигании угля можно превратить в такие ценные продукты как поликарбонатные пластмассы, нашедшей в последнее время широкое применение, или же использовать их для производства кальцинированной соды, или же сухого льда. Углекислый газ тоже вторичный сырьевой ресурс. Примером может служить производимые в промышленном масштабе поликарбонатные пластмассы на ОАО «Казаньорсинтез», единственном в РФ. Эта технология позволяет превратить продукты горения низкоэффективных отходов нефтехимии, а также загрязняющий атмосферу г.Казани углекислый газ в ценные товарные продукты безопасным и экологически чистым способом. Поликарбонатные пластмассы могут быть использованы для изготовления компакт-дисков для компьютеров, аудио-и видеоаппаратуры, сверхпрочных, легких и объемных ветровых стекол для большегрузных автомашин и автобусов, разнообразных осветительных приборов для легкового автотранспорта, а также широкого спектра термостойкой и экологически чистой бытовой продукции - строительного, пищевого, медицинского назначения.

1.2. Точка зрения химиков о природе золы-уноса и об экологических аспектах.

Известно, что разное процентное содержаниеокиси свинца придает хрусталю отличительные особенности, но качественным считается хрусталь, имеющий в своем составе окиси свинца не менее 24%, что делает материал абсолютно прозрачным.

Затем технология производства хрусталя из кремниевого песка стала включать добавление, кроме окиси свинца, еще и борной кислоты, соединений мышьяка и сурьмы. А для создания цветного хрусталя используются различные добавки: для красного цвета -добавляют кадмий или соединения золота, для розового - кремний, для синего - кобальт. Зеленым хрусталь делает окись меди, а изысканный фиолетовый цвет придают окислы марганца. Однако все вышеназванные составляющие хрусталя являются тяжелыми металлами опасными для здоровья, превышающие ПДК в сотни тысяч раз! Однако пользуются престижной хрустальной посудой, фужерами. Никто, никогда не задумывался об отравлении тяжелыми металлами, и не было в истории случаев отравления. Секрет прост - все тяжелые металлы находятся в нерастворимом в воде, стекловидном состоянии. Созданный самой природой горный хрусталь существует в земной коре со дня его сотворения.

Мы часто пользуемся красками, и без них не можем представить свой быт. Попробуем углубиться в учебники химии о природе пигментов, основу всех бытовых и производственных красок. Свинцовые белила. По химическому составу - карбонат свинца PBCO3. Силикатные свинцовые белила - неорганические синтетические пигменты состава 2PBSIO2.Pb(OH)2. Желтые железоокисные пигменты - химическая формула Fe2O3.H2O(FEOOH). Хромовые пигменты. Стронциевый крон -хромат стронция SRCRO4. Желтые пигменты, представляют собой сернистый мышьяк As2S3, этот золотисто-желтый пигмент известен более 3 тысяч лет. Применялся он в средние века и в эпоху Возрождния, как природный, так и искусственный пигмент. Красные кадмиевые пигменты. Ртутная киноварь - сульфид ртути HGS. Если углубимся в составы глазурных красок красивой фарфоровой, керамической посуды, то и здесь тоже не обойтись без присутствия тяжелых металлов.

Таких примеров можно было бы привести целое множество. Все эти соединения объединяет одно - все они находятся в нерастворимом в воде, термодинамически устойчивом состоянии при любых условиях окружающей среды. Созданные самой природой они существуют не один миллион лет без каких либо изменений. Над природными залежами этих минералов находятся населенные пункты, города, через них проходят грунтовые воды, подземные течения. Люди пьют эту воду и 3 не отравляются, т.к. содержание тяжелых металлов в воде не превышает допустимых норм. Почему? Потому что эти минералы, содержащие тяжелые металлы существуют в виде нерастворимых в воде силикатных систем, окислов, сульфидов, карбонатов, представляющих собой в основном стекловидные, кристаллические структуры.

Уголь, представляющий собой термодинамически устойчивую систему из смеси органических углеводородов, углерода в смеси горными породами, содержащий часть элементов таблицы Д.И.Менделеева при сжигании, т.е. при высоких температурах подвергается глубоким химическим, физическим преобразованиям. Известно, что углерод и углеводороды горят с выделением большого количества тепла и углекислого газа, неорганические примеси угля преобразуются в золу. При этом, часть тяжелых металлов, превращенные в водорастворимые соли, начинают представлять экологическую опасность, т.к. в отвалах золы смываясь атмосферными осадками переходят в почву, многократно повышая содержания тяжелых металлов. Цивилизация нарушает термодинамически устойчивую систему, получает экологическую проблему.

Однако цивилизация не может обходиться без энергоносителей, основы своей жизнедеятельности. Причем, человечеству придется обжигать запасы угля с большим содержанием примесей, сталкиваясь с еще большими выбросами золы.

Задача перед учеными, химиками, технологами, производственниками стоит одна - найти такие теtrialгии производства целевого продукта, где зола пtrialщается в продукт термодинамически устойчивый и нерастворимой в воде форме. Речь идет о таком химическом и физическом состоянии целевого продукта, близкому к природным аналогам, как силикатным системам, стекловидным соединениям, сульфидам, окислам и т.д.

1.3. Классификационные признаки золы и шлаков для последующей технологий переработки.

С точки зрения подбора эффективной технологии, последующей переработки в целевые продукты надо различать следующие квалификационные признаки золы-уноса и шлаков.

По содержанию влаги и других включений: 1. Сухая зола-уноса, получаемая из циклонов и электрофильтров. Эта абсолютно сухая зола, чистая, без посторонних включений. По фракционному составу в сухой золе доля более крупных фракций, размерами около 1 мм, больше чем в золе, образующейся в электрофильтрах или уловителях мокрой очистки.

2. Шлаки, образующиеся после чистки печей обжига угля, представляющие крупные комки, глыбы в виде стекловидной массы, не содержащей влагу.

3. Шлам золы уноса образуется после мокрой очистки, как правило, последней стадии пылеулавливания и хранится в шламонакопителях. Шлам золы представляет собой водную суспензию тонкодисперсной золы-уноса.

4. Зола и шлаки, увлажненные атмосферными осадками, находящиеся в золоотвалах. Как trialло, золоотвалы становятся однtrialенно местом захоронения твердых бытовых отходов населенных пунктов и промышленных предtrialий.

По химическому составу: Химический состав золы-уноса и шлаков значительно отличается по химическому, минералогическому и фазовому составу: - В зависимости от места добычи углей. Зольность углей из разных шахт даже одного угольного бtrialна всегда отличается.

- От способа улавливания и хранения. Химический и фракционный состав сухой золы-уноса отличается по этапам очистки (циклоны, электрофильтры, мокрое пылеулавливание).

2. Области применения золы и шлаков

В данном разделе области применения золы и шлаков описываются в порядке приоритетов по масштабности использования сырья, относящегося к крупнотоннажному производству.

2.1. В строительной индустрии. - Производство силикатного кирпича.

4

- Производство газосиликатобетонных блоков и изделий, в т.ч. и армированных.

- Производство сухих строительных смесей более 20 видов по области применения.

- Производство гидравлических вяжущих и добавок к портландцементу. - Производство теплоизоляционных материалов.

- Производство строительных шпатлевок, герметизирующих материалов (в качестве наполнителя).

2.2. В химической промышленности. Производство катализаторов, производство наполнителей (производство резинотехнических изделий реактопластов и термопластичных материалов, производство герметиков в качестве наполнителей).

2.3. В других областях

- Производство тонких ультрадисперсных наполнителей.

- Производство фильтров тонкой очистки промышленного назначения. Теперь рассмотрим вопрос возможности использования золы и шлаков по их классификационным признакам.

Сухая зола-уноса, без посторонних включений, только что образовавшиеся в циклонах - уловителях идеальное сырье для производства: - Силикатного кирпича, стеновых строительных материалов. - Сухих строительных смесей.

- Тонкомолотых наполнителей.

Шлаки, образующиеся в печах обжига являются сырьевым источником в производстве: - Гидравлических вяжущих: пуццоланового цемента, золо-шлако-известкового вяжущего, добавки к портландцементу. Например, марка ПЦ-400 Д20 означает, что портландцемент марки 400 содержит в своем составе 20% тонкомолотых шлаков, при сохранении прочностных характеристик. Другие виды цементов специального назначения.

- Теплоизоляционных материалов, аналогичных стекловате, базальтовым или муллитовым ватам различного технического назначения.

- Тонкомолотых наполнителей.

Шлам, образуется после мокрой очистки и содержит в своем составе более тонкодисперстную золу-уноса в виде водной суспензии. Является хорошим сырьем для производства: - газосиликатобетонных блоков, изделий автоклавного твердения - теплоизоляционного стенового строительного материала.

- шпатлевок и клеевых составов строительного и технического назначения на вододисперсионной вяжущей основе.

Зола и шлаки из золоотвалов. Зола и шлаки в золоотвалах сильно увлажнены, содержат промышленный и бытовой мусор и металлические включения. Переработка золы и шлаков из золоотвалов требует установки дополнительного технологического оборудования для их сушки, измельчения, магнитной сепарации, помола, просеивания. Только тогда эти отходы превращаются во вторичные сырьевые ресурсы. При всех дополнительных затратах вторичное сырье из золоотвалов имеет свои преимущества. По химическому, фазовому составу оно являются более однородным, т.к. в отвалах происходит усреднение его состава. С точки зрения технологии для последующей переработки это положительный фактор.

3.Опытработыпоиспользованиюзолы-уносаишлаков энергогенерирующих компаний зарубежных стран.

3.1. Опыт работы китайских энергогенерирующих компаний.

В одном обзоре невозможно произвести даже краткое описание вышеуказанных технологических процессов по использованию золы-уноса, шлаков, шламов золы-уноса. Здесь мы остановимся лишь на одном крупнотоннажном технологическом процессе - это производствосиликатногокирпичаиззолы-уноса.Вэтойсвязинужноучестьопытработы

5 энергогенерирующих компаний Китая, потому что около 80% этих компаний работает на угле. Необходимо учитывать еще и масштабы энергетики Китая сравнивая их с РФ. При каждой энергогенерирующей компании в непосредственной близости расположен завод по производству силикатного кирпича. При более крупных таких компаниях работают около 2, 3-х заводов по производству силикатного кирпича. Причем производимый силикатный кирпич состоит в основном на 90% из золы. Если при этом учесть, что для автоклавной обработки используется вторичный пар, образующийся после выработки электроэнергии из генераторов, то становится понятным насколько это экономически выгодное производство. Например, стоимость одного утолщенного (250х120х88мм) силикатного кирпича в пересчете на рубли в Китае обходится в 35 копеек. Рыночная стоимость такого кирпича в России 8?9 рублей. Будучи в ознакомительных командировках в Китае мы сами убедились, что зола практически полностью используется для производства строительных материалов, не занимая огромные территории золоотвалами.

Компания HAIYUAN-GROUP www.haiyuan-group.ruпроизводитипоставляетгидравлические пресса для производства силикатного, огнеупорного, шамотного кирпича, кирпича методом гиперпрессования, в целом готовые заводы «под ключ» для энергогенерирующих компаний Китая, и заводам других стран, производящих силикатный кирпич. Производя около500прессоввгод,сусилиемпрессования от 600 до 5000 тонн, эта компания занимает первое место в мире (см. русскоязычный буклет компании HAIYUAN-GROUP в приложениях). В российском рынке продукция компании HAIYUAN-GROUP успешно работает на Рязанском заводе строительных изделий www.rzsi.ru.

Рефтинская ГРЭС работающая на экибастузском угле дает до 5 млн. тонн отходов ежегодно. Ежегодно ОГК5 перечисляет Ростехнадзору в качестве платы за загрязнение окружающей среды золоотвалами Рефтинской ГРЭС около 40 млн рублей. Это не учитывая стоимости строительства этих золоотвалов, затрат на содержание целого хозяйственного механизма, занимающегося вывозом и хранением этих золоотвалов.

Руководители, технические специалисты стройиндустрии России, посетившие заводы силикатного кирпича энергогенерирующих компаний в Китае, комплектованные и построенные компанией HAIYUAN-GROUP очень высоко оценивают уровень производимой ими технологического оборудования (см. приложение - статья директора ОАО «Яснополянские строительные материалы» А.Медведева).

3.2. Опыт утилизации золы в европейских странах. В 1990 г. европейскими производителями электроэнергии была основана

Европейская Ассоциация продуктов сжигания угля (ЕСОВА), чтобы гарантировать выгодное и высококачественное использование золы. Сегодня ассоциация включает 18 полноправных членов от 11 европейских стран и тесно сотрудничает со смежными ассоциациями на других континентах. Американская Ассоциация угольной золы (АСАА), Канадские отрасли промышленности, перерабатывающие угольную золу (CIR-CA), Центр утилизации угля в Японии (CCUJ) и Национальное правление угольной золы Израиля (NCAB) — присоединенные члены ЕСОВА. Члены ЕСОВА рассматривают угольную золу, произведенную на угольных электростанциях, как ценное сырье и строительный материал, которые могут использоваться совместимым с окружающей средой способом. Задача ЕСОВА — распространять это положение, особенно по отношению к законодательным и стандартизирующим институтам.

Большая часть произведенной золы используется в строительной индустрии, в гражданском строительстве и как строительные материалы. В 1999 г. только 2.1 % золы было временно складировано для будущего использования и 9.2% — размещено в отвалах. Общее производство золы-уноса на электростанциях, в Европейском Союзе составило 37.1 млн. т в 1999 г., причем большая часть этой золы используется в производстве строительных материалов. Для России необходимо изучение и обобщение зарубежного опыта утилизации золы.

6