автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Поведение токсичных микроэлементов при сжигании смесей углей и отходов гальванического производства

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И .ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ ГОНОЧИХ ИСКОПАЕШХ

На правах рукописи

Съёмцмков Сергей Евгеньевич

ПОВВДНИЕ ТОКСИЧНЫХ ШТОаШЬНТОВ ПРИ с&игмши

СМЕСЕЙ УГЛЕЙ И ОТХОДОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.17.0? -

хл?:!!чесяая ^технология топлива и газа

Асторэфэра? диссертации на соискание ученой степени кандадата технических наук

Москва 1993

Работа выношена в лаборатории минеральных компонентов

>

углей Института горвчих ископаемых Министерства топлива ц энергетики Российской Федерации -

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Шпирт И.Я. •

Официальные оппоненты: доктор геолого-шшералогнчзс-

ких наук, профессор Еремгл И, кандидат технических наук, зав.отделом Л^убос ДМ.

Ведущая организация: Институт нефте- к углехиыического синтеза при Иркутском госуниверситете

Защита диссертации состоится _"___________1993 г.

в часов на заседании специализированного Совета

К 135.03.02 при Институте горючш: ископаемых по адресу: 117071, г. Москва, Ленинский проспект, 29.

С диссертацией иодно ознакомиться в библийтеие Института горючих ископаемых Министерства топлива и энзрготикц Россг.йскс федерации.

Автореферат разослан "_" 1593 г.

¿'чаныВ секретарь специализированного Сс^еуа, кандидат технических науи

Кос? Л.Л,

0в1цай ХАРАКТЕРИСТИКА работы

Актуальность проблемы . Большие, объемы сжигания углей для получения электроэнергии й т-епла в настоящее время и перспектива увеличения нх в будущей привлекли внимание исследователей, за-ниыающихся вопроса»."* экологического воздействия знерготехноло-гических-установок на окружающую сроду. Если ранее наибольшее внимание уделялосъ основным факторам воздействия: образован!» окислов азота и серы, утилизации больших объемов золошлаковых отходов, то в последние годы активно проводятся исследования, направленные на изучение поведения так называемых потенциально токсичных микроэлементов ( -ТлО ), таких как цинк, свинец, хром, никель, марганец, медь, кадмий и других, при сжигании углей в энергетических установках, которые могут в этих условиях образо- • сыеатъ соединения опасно действующие на среду обитания. Большое внимание в последнее время привлекает методы термического обезвреживания различных видов твердых отходов, для реализации которых такае необходимо иметь длиныг по поведения экологически опаснмх микроэлементов в процессах окислительной термообработки. Работа проводилась по программе " Энергия " Государственного комитета по науке и технике СССР с 19б7 по 1990 гг.

Цзль.работч . Теоретическое и гкепери^онтальноо изучение поподешш потенциально токсичных 1;икрсэлеыентов при спмгашш смесей угле,'! и огходоз гальванического производства ( ОГП ) с разработкой технологической схему обезв-рэпипанял отходов.

Научная новизна . Проведен термодинамический анализ процесса коягсестзениого распределена м?еици»Л!П» тскскчгспс микроэлементов при сглгании угле!) а 0Ш. Нз оспопаз-сш еяйяериконталыю-го изучения поведения Т«9 прл стока $1*231? й т Сйобепг с ОШ нз пилоткой установке и при прз!£Ж2ягйй» (йпггжй» ЗгйКЯ ькяйл'ены

основные закономерности их поведения в этих процессах. Показана возможность образования в этих процессах гидролитически устойчивых (в широком интервале рН) соединений Т¿О.

Практическая ценность . Подученные результаты показали принципиальную возможность термического обезвреживания ОГП с получением инертного, экологически безопасного продукта, предложена технологическая схеыа, позволявшая решить проблему утилизации ОГП при полном устранении твердых отходов. Показана перспектива применения полученных в этом процессе продуктов,в производстве различных строительных материалов. Результаты работы проверены в условиях Иркутского завода Радиоприёмников и одобре-.ны на заседании техсовета завода.

Автор защищает:

- полученные по результатам термодинамических расчётов на ЭВД модели количественного распределения цинка, марганца, свинца, кадмия и других микроэлементов при сгигании смеси угля и ОГП в интервале температур от 673 до. 1873 К;

- установленные зависимости количественного распределения токсичных микроэлементов в зольных уносах и шлаках, полученных при промышленном сзигании угля на ТЭС;

- установленные зависимости количественного распределения ТМЭ в продуктах сжигания смесей углей Донецкого, Нуснсцкого бассейнов и Берозовского месторождения с ОГО в различных соотношениям и ваиономерности образования гидролитически усгойчивих соединении токсичных микроэлементов при сангашш угля и отходов гальванического производства;

- обоснование возможности термического обезвреживания ОГП с получением экологически безопасного продукта;

- технологическую езеену утилизации отходов гальванике кого производства.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на: "Всесоюзном научно-техническом совещании по заащте озера Байкал от загрязнения", Иркутск, .19Ш г.; "Всесоюзном совещании по комплексному использовании зол, углей СССР.в народном хозяйстве", Иркутск, I9Ö9 г.; "Региональной научно-технической конференции по экологическим проблемам энергетики", Новосибирск, 1990 г,; "УП семинаре преподавателей кафедр и групп теплофизичес-кого профиля ВУЗов Сибири и Дальнего Востока", Новосибирск, 1990 г.; на годичных конференциях молодых учёных и аспирантов ИГИ, Москва, 1989-99 гг.; "Региональной научно-технической конференции о повышении эффективности производства энергии в условиях Сибири", Иркутск, 1992 г.; "УШ семинаре преподавателей кафедр и групп теплофизического профиля ВУЗов Сибири и Дальнего Востока", Иркутск, 1992 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка цитируемой литература, вкдячахце-го 97 наименований работ отачэственных и зарубежных авторов. Материал излоявн на 149 страницах машинописного текста, результаты иллюстрируются 10 рисунками и 42 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОдаШНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена обзору литературы и содеслит анализ научных работ по исследование распределения микроэлемэнтои при еаиганми углей. Рассмотрены основнно видц твёрдых отходов, со-дергшдих экологически опасные микроэлементы, а также работа ко сбсзвреаивашио ОГП методом окислительно^-термообработки.

Анализ работ по изучения) распределения мивроаяеызнтоа а.г.; сжигании углей (йшярт М.Я., Лебодоэ B.Ö., fyöan S.A., Клар S.P.t

Егоров А.П. и др.) показал, что в настоящее время реализовала в промышленном масштабе, либо доведены до стадии обработанных технологических схем, способы извлечения из углей германия, галлия и урана. Однако, с подавляющем большинстве случаев концентрация микроэлементов весьма низка, а поэтому недостаточно исследовано поведение микроэлементов при сжигании углей, для детального изучения поведения токсичных микроэлементов при саигании углей необходимо искусственно повысить содержание Т1ДЭ в склгаемых углях цутёы добавления в исходную смесь осадка сточных вод гальванического производства, содержащего те же ТМЭ, что и угли.

Для характеристики распределения микроэлементов е продуктах сжигания предложено два параметра - приведенная концентрация в конкретном продукте ( Ус), иногда обозначаемая коэффициентом обогащения (КО),и степень извлечения Расчёт этих-парамет-

ров проводится по соотношениям:

; 1Ц-У1-П ,

0

где С с , С с - содержание элемента в I - том твердом продукте и в исходной смеси; ^ - выход I - го продукта. Если ЁУс'УС^!* рассматриваемый элемент практически не образует газообразных соединений.

Теоретическое и экспериментальное изучение поведения "ШЭ при скитании углей и их смесей с 0П1 ыоает стать основой для разработки технологической схемы обезврегемышия отходов гальванического производства.

Во второй главе с использованием программного комплекса "АСТРА" выполнено физико-химическое моделирование поведения по-Тйнциально '»оксичних микроэлементов минеральной части угля ь процессе енлгания угля и ОПТ. В качество осноьы для построения усфаоднн&мьчвской модели горения -набраны состава, прздетавадэадо

собой o::ecu бурого угля (Азейского месторождения) и осадка сточная под гальванического производства з различных соотношениях.

По .результатам термодинамических расчетов ш*ЭВМ получены ,'годолн поведения цинка, никеля, меди, марганца, свинца, хрома и надбил пр:! сжигании смеси иП1 и угля в соотношении 1:5, 1:10, 1:?.5 при ci - з интервале температур ст 673 до 1673 К.

Базис модели содержал нозздисныые компоненты С tJÎ t О ,

и вклвчад а себя 119 соединений в газовом фазе л чэ соединений в конденсированной фаза.

При чзученчп поведения определенного микроэлемента в банк псч-т».кч* дзнн!« п20,л»1лись тернодинрлические характеристики его газообразных ч кснденсароганннх соединений.

Исследование поведения цинка было проведено ¡¡а модели при хоптентрациях его п исходной смеси соответственно 0.006 ; 0,0145; 0,026 В результате термодинамических расчётов была получена гаспсиуссть равновесных концентрация соединения цинка от температуры горения В условиях высокотемпературного процесса до 1373 К равновесной $opuovi цинка является Ъп Al^Ll;t , присутствующий а .'сонденсироЕяннкх продуктах. С увеличением температуры горения 3FHR Т473 К становится возможным переход цинка в газовую фазу.

Г-топрнь перехода цинка а газовую фазу будет зависеть от тем-j сроннп, которая спродоляе™ давление пара над шшке:* и г* г о c;-vf я noîi а врезегч пргбиьзмш "пстиц вольного остова з i;uco~ коте?<п*р*туриой зоне. Слезет огнд^тъ угел::"ен!!л содержания иди-j, по>1;!10м .уносс, лреииугественно в выеокодмспсреных фракциях, ù :.-г<-'р.*>стйНиен температура в топочном пространстве переход цннкл г оо-ыз-'о укоси ^ол-оз уезялчмпаться. Ппрпсмзчзльнг) г яольиня унос пин;: переходи:1 вчдз £tl и ¿П 0 . За^ен л зависимости от услслиН ргагирозания образуптся другие его соединения (силикат, карбонат И др.).

Поведение никеля рассматривалось на примере сжигания сноси, содержащей 0,0002; 0,0006; 0,0012 % никеля. Характер распределения никеля свидетельствует о возможности образования при температура 1673 К ортосиликата J/l^SlOj. . С ростом температуры постепенно увеличивается вероятность образования газообразной MiOHl . Таким образом,"суммируя полученные расчетные данные по распределению никеля,мояно^предположить, что в процессе вц-■сокотенпер&турного сжигания смеси 0П1 и угля возможно частичное обогащение зтиы элементом зольных уносов за счет возгонки и последующей конденсации МШН), .

Поведение марганца при сжигании смеси угля и ОГП исследовалось на модели при следующих концентрациях иарганца в смеси; 0,003; 0,007; 0,0135 %. Марганец зо всем интервале температур образует практически только конденсированные соединения. По пере роста температуры последовательно в равновесии образуются оксиды Мп02 Jfn304 и силикат Вероятность образования

газообразных соединений марганца крайне ыала.

Формы соединений марганца в зольной уносе н шлакэ будут одинаковыми и представлены, главные образом, ортосиликатом и оксидами марганца.

Изучение поведения свинца проводилось при еодернаниях в исходной смеси, соответственно, 0,0002; 0,001; 0,002 %,

Характер распределения к образования свинца с процессе го~ реши не зависит от его концентраций. Б процессе шеокотемпера-туркого окисления угольн'ого вещества свинец склскса к ооразова-ни газообразных фаз Р1)0(Г.) , Pt'/Г.), пр:шо:л с возрастанием температуры переход свинца в газообразные cäju увеличивается. Оялоэдение продуктов процесса при их делении по газоаоцу тракту должно приводить к практически полной конденсации соединений свинца, вероятнее всего, на вцсокодисперсних частицах. В кенден-

"сиро ванных фазах принципиально возмолшо образование силиката свинца , что будет определяться условиями контакта

Р&О и вшг и временем нахождения частицы в зона высоки;: температур.

Исследование поведения меди проводилось на модели при содержаниях её в исходной смеси 0,015; 0,037; 0,073 %. Проведетша расчеты показали, ';го до 1573 К медь конденсируется в конденсированных продуктах сжигания в виде

С ростом температуры становится термодинамически возможным переход 'Меди в газовую фазу в виде

С и. О (г.) , Си (р.).

■ Поведение кадмия рассматривалось при содержаниях ого в исходной смеси от 0,0003 до 0,0015 %.

Температурные редкий горения существенно влияют на распределение кадмия-меяду конденсированными н газообразными продуктами процесса. При.температуре 1273 К для кадмия характерно образование конденсированных фаз, например, по реакции:

СсЮаср.) + СЛосро

При температуре горения вызе 1273 К кадмий шлюсится из ан-сокчтенпературнол зоны, гласно образом, за счз? образования га-зообрао'лых соединен;!Л а виде СсСО (г.) и СсС(г.).

Исходя из результатов термодинамических расчетов иоредонпл кадмия в подели горения, следует слидать обеднения наденем ила-ковых остатков и обогащения зольных уносов.

Поведение хрома исследовалось на модели прк содержаниях ого в исходной ес-эсн от 0,0145 до 0,063 %. Для юнп-зрлтур горемнл

Г1 'Л

ниге 1173 К хдрдктерчн конденсированные соодг.ненил хрегл и''_->0~ и ¿>1 . С ростом температуры постепенно уиедцчип&л-сл роятность образования газообразно л Оь (ОН . Д'Ш аромл пол?:',л пароход а равновесном состоянии а газона флэу возможен при яаратуро 1673 К, При тоапоратурз езигаиил 1273-1473 л хром оуда?

равномерно распределяться между зольными остатками, а при высокотемпературном процессе возможна частичная возгонка и обогащение газообразными соединениями хрома высокодисперсной золы.

Для получения систематических характеристик распределения микроэлементов в твердых продуктах и смывных пульпах Усть-Илиы-ской ТЭЦ была разработана полугодовая программа, в соответствие с которой осуществлялся отбор проб угля, золы, шлака,золы-унос« эолошлаковой пульпы.

Анализ содержания микроэлементов в поступающем на сжмгакж угле показывает, что содержание никеля, меди, цинка, ванадия, марганца, титана существенно ниже средних их содержаний в угленосных толщах СССР. Содержание тяжелых металлов в водных нотою существенно ниже ПДКВ, что, вероятно, объясняется высокой сорб-ционной способностью золы по отношению к ионам тяжелых ыеталло; Наибольшую экологическую опасность представляют собой зола-уно* покидающая пределы ТЭЦ вместе с дымовыми газами, на которой ко: центрируются некоторые малые элементы.

Содержание микроэлементов в зольных остатках от самгання угля, а такке рассчитанные значения коэффициентов обогащения ■(КО) зольных остатков микроэлементами по отношению к их содерг ниа в золе исходного угля приведены в таблице I.

Следует отметить, что такие элементы как марганец и титан равномерно распределяется медду зольными ост&т ками. Содераанме остальных элементов, за исключением цинка, колеблется в неболь ших пределах. Анализ полученных значений коэффициентов обогаще ния показывает, что обогащение наблюдается только в золе-уносо цинком, никелем И'медьо, а остальные элементы довольно равномс но распределится мегуу зольными остатками Эти результаты хо£ ьо согласуются с данными отечественных и оарубеаных исследоват гей ц свидетельсуиуют о том, что цинк п условия-,; горнил обг-аа

Таблица I

Содержание микроэлементов и значения коэффициентов обогащения золошлавовых отходов Усть-Илиыской ТЭЦ

Наименование Ъп, Си, Мп V Л 5г м Со Ос

Содержание в шлаке, % КО 0,002 0,4 0,002 0,6 0,09В 0,9 0,004 0,9 0,20 0,9 0,44 1,3 0,005 1.0 0,002 0,5 0,00€ 0,8

Содержание в уловленной золе, % КО 0,006 1.1 0,004 1,2 0,098 0,9 0,004 0,9 0,33 О', 34 1,0 0,007 1.3 0,007 1.9 -

Содержание в золе-уносе, % КО 0,019 3,6 0,005 .1,3 0,077 0,8 0,006 1.4 0,33 1,2 0,46 1,4 0,009 1.7 0,007 1,9 0,00й 1,0-

ет газообразные соединения, которые затем конденсируются на высо-кодиспёрсных частицах золы-уноса. Остальные из изученных микроэлементов не склонны к образованию газообразных соединений, что подтвервдается и термодинамическими расчетами. Некоторое обогащение цинком, никелем и медью высокодисперсной золы-уноса объясняется либо преимущественным выносом з виде высокодисперсных частиц, либо образованием небольшого количества газообразных си-единений.

Анализ результатов определения содержания тяжелых металла п водных потоках ТЭЦ показал, что концентрации микроэлементов во всех анализируемых пробах очень низкие и находятся на порога

чувствительности самого совершенного метода аналитической оценки. Следует особо подчеркнуть, что содержания всех токсичная металлов существенно ниже их Г1ДК в воде. Исключение составляет стронций. Для этого элемента в некоторых пробах воды отмечается

г»

превышение содержания по отношению к установленной ДЦК. На основе полученных данных составлен материальный баланс микроэлементов в зольных продуктах УИГЭЦ.

Как известно, в реальных условиях реакции взаимодействия ыогут не достигать равновесия вследствие кинетических затруднений. Поэтому были выполнены экспериментальные исследования распределения ТЮ на пилотных установках- "огневой стенде" и "аг-лочаше". "Огневой стенд" (непрерывного действия) по тепловым и аэродинамическим характеристикам моделировал процесс горения угля- в слоевых и факельно-слоевых топках промышленных котельных. "Аглочаша" (периодического действия) представляет собой устройство для оценки процесса получения пористого заполнителя легких бетонов-аглопорита. На ней проводились опыты по агломерации различных смесей с^ целью получения аглопоритового щебня и песка п характеристик распределения ТЮ. Все исходные смеси, шаки, зольные уносы и аглопорит анализировались на содержание ТЮ. Основным методом определения содержаний ТМЭ являлся эмиссионный спектральный анализ, который выполнялся на спектрографах средней 'дисперсии и дифракционном спектрографа. Анализ растворов на содержание ТМЭ проводился атомно-абсорбционным «зтодои с .использованием спектрофотометра марки «РегккМтег* (модель 603) с электротермическим атомизатором ВДА-500, Для оценки возможного влияния различного состава минеральной-и органической массы углл на распределение ТЮ были проведены опыты на "огневой стенде"! При этом использовались для ехшгания следущно сыеси: А- смесь ОГД с газовым углеа Донецкого бассейна в соотнесении 1:50;

Б- смесь ОГП с газовый углем Донецкого бассейна в соотношении 1:20; В- смесь 0П1 с бурым углем Березовского месторождения в соотношении 1:20; Д- смесь 0П1 с газовым углем Кузнецкого бассейна. в соотношении 1:50; Е- смесь 0П1 с газовым углем Кузнецкого бассейна в соотноаении 1:20.

Основные характеристики исходных смесей представлены в таблице 2.

Распределение микроэлементов при сжигании смесей на "огневом стенде" показано в таблице 3.

Были проведены исследования выщелачивания микроэлементов из ялаков и зольных уносов, полученных после сжигания в факельно-слоевой топке смесей ОШ и углей различного состава.

Ишак и летучая зола подвергались выщелачивании по стандартны!! методикам ША и А5ТМ. принятым , соответственно, в Германии и США/Нет од леи заключается в обработке зольного остатка водный-раствором уксусной кислоты (I мл кислоты на I грамм золи) с рН я 4,9-5,2 в течение 24 часов при соотношении Т:Ж « = 1:16. В последующем к раствору добавляется дистиллированная вода до получения соотношения Т:Ж = 1:20.

По методу А5ТМ зольный остаток обрабатывается в течение 48 часов дистиллированной водой при соотношении Т:Ж « 1:4. Используемые для оценки выщелачиваемости малых элементов из зольных остатков методики ЯСЯА и АБТМ принципиально раз-дич1гы. Б методике ЛСНА контролируется рН среды, что исключает влияние соотношения кислотных и основных оксидов п макроэлемент-ноП составляющей зольного остатка. В методике №ТМ рн раствора но контролируется п в случае анализа зольных остатков, полученных от переработки углеП с различным составом минеральных ко.'шонентов, рН раствора монет колебаться в довольно широких прэделая. Это ослосняет задачу сопоставительной оценки видела-

Таблица 2

Характеристики исходных смесей

Смесь Влажность, % Зольность, % Содержание в смеси, % сухой Выход летучих Тещюта сгорания, , МДж/кг Содержание главных элементов в золе на бессульфатную массу

С* Н" веществ, % Щ Щ Щ СаО ¥ Лб К20 Щ

А 3,4 27 79 5,5 2,3 19 29 44,6 22,7 16,9 6,2 2,2 5,4 0,9

Б 2,4 26 77 5,2 2,3 18 28 39,2 22,6 16,8 11,2 1,9 5,6 1,1

В 6,2 14 71 4,9 0,3 49 22 29,9 10,3 15,5 36,1 3,3 3,0 1,1

Г 6,1 16 70 4,8 0,3 50 . 20 26,8 10,1 16,8 36,6 2,8 2,9 1,0

д 7,2 10 81 5,9 0,4 40 29 46,6 19,2 14,6 11,5 2,5 4,0 0,9

£ 6,0 14 81 5,7 0,4 37 28 43,5 17,8 П,1 19,8 2,1 4,0 1,0

Таблица 3

Приведенные содержания микроэлементов в твердых продуктах сжигания угольных смесей на огневом стенде

Номер опыта Приведенное содержание микроэлемента

образец Ог М Си 2п и П- Мп

I. Исходная смесь Л:

шлак 0,9. и 0,7 0,4 0,3 0,1 0,9

зольный унос 1,-2 0,8 1,2 2,0 2,0 1,9 1,3

2. Исходная смесь ¡Б;

шлак ! 0,8 1,0 0,8 0,3 0,7 0,1 0,8

зольный унос 1,1 0,9 1,1 2,3 5,0 4,5 1,2

3 .Исходная смесь В:

.шлак 0,9 0,8 0,9 0,2 0,3 0,2 0,9

зольный унос 1,0 1,1 1,0 3,5 2,0 1,8 1.1

4. Исходная смесь Г;

.план- 0,9 0,8 0,2 0,2 0,5 0,4 1,0

зольный унос 1,1 1,0 1,3 6,7 3,6 2,4 0;Э

5; Исходная смесь. Д:

шлак 0,9 1,0 0,9 0,4 0,7 0,1 1,2

зольный унос 1,1 1,0 1,1 2,8 4,2 1,7 0,У

э = Исходная смесь Е:

шлак 0,9 0,8 0,3 0,3 0,5 0,2 1,1

зольный план 0,8 0,8 1,2 3,4 4,6 3,3. 0,7 _______

ч'1ЕР.е!.:осгц различных микроэлементеп из зольных остатков угомъких смесей, однако позволяет оценить более точно возможное их экологическое воздействие на водный бассейн.

3 таблица 4 приведены эьаченля степени зыделачкоанчл элементен иэ зольных остатков сжигания угольных емзе*:! ч ОПЛ -факельно-слоовой топке "огневого стендл".

Треть л глава посояз*виа оценка оецаетв&нного еос гаил ес<»дк»ю-ний токсичных шжрозлеиентои, образующихся при сяяганин» а алил-

ния на этот процесс температуру по данным модельных экспериментальных исследований.

Методика исследования основывалась на изучении продуктов спекания осадка сточных вод гальванического производства (обезвоженного и высушенного) с золой углей различного состава в трубчатой печи при температурах 1073, 1173, 1273 К. Объектами исследования служили предварительно приготовленные снеси следующего состава:

AI - спесь ОГП и золы газового угля Донецкого бассейна в соотношении 1:2 (в пересчете на уголь в соотношении 0П1:уголь = 1:10); А2 - смесь ОГП и золы газового угля Донецкого бассейна в соотношении 1:4 (0ГП:уголь =» 1:20); A3 - смесь ОГП и золы газового угля Донецкого -бассейна в соотношении 1:10 (ОПцуголь = 1:ЬО}; Ы - сыесь ОГП и золи бурого угля Березовского месторождения в соотношении 1:2 (0ГП:угодь = 1:20); Б2 - сыесь ОГП и золы бурого угля Березовского месторождения в соотношении 1:4 (0ГП:уголь = - 1:50); БЗ - сыесь ОГП и золы бурого угля Березовского месторождения в соотношении I:d (ОП1:уголь = 1:100); BI - сыесь ОГП и золы газового угля Кузнецкого бассейна в соотношении 1:2 (0111: угодь = 1:20); Ь2 - смзсь 0Л1 и золы газового угля Кузнецкого бассейна в соотношении 1:4 (ОПЬуголь - 1:50); ВЗ - смесь ОГП и золы газового угля Кузнецкого бассейна в соотношении l:d (ОГП: уголь = 1:100).

Экспериментальное изучение взаимодействия соединений мнкро-елешнтоь с минеральной частью углей позволяет сделать следутощдз выводи:

I. Поведение микроэлементов в процессе спекания ОГП и золы угд'-i: Донецкого, Кузнецкого бассейнов и Березовского носторо^лдо-нил 1» трубчаток ночи согласуется с закономерностями, полученными щл sKcjiapauSHf&abHoit емигании угольных смесей в факсльно-слоего^

- и ¿ы^^ии^ал вец,«лачл.иам»м» до вод»них уносов шшков., пслучгшщх при а:;::гш«т на "огнгвса ст<ыде" угсльылс еиесей А, Б, В, Г, Д, 5

Смесь А Смесь ь Смьсь В Смесь Г Сыась д Смесь Е 01 11

Злегленг ложный укос злак ООЛЬНЫй у НС с плак зольный унос шлак зольный унос шлак золькый унос- пл&к зольный унос алак

Ъг ■ 0-.37" СК29 _0_ 0.37 _0_ 0А33 _0_ 0,07 Л. 3x1

о'.ЬГ "о" оГи? и 0.07 "о" 0~,0Э ~0~ 0,09 0 57Г ~0 1/1

Ж 0,6 3 0,50 УЖ "о о.с'5 0~с2 ул01 0,02 0^13 и,II 0^04 0,02 0А31 0Г23 0А05 0,03 0а07 0.04 0,009 "о 0.14 0,009 0,03 оТо! 1x3 1,1

о одл 0а02 0.04 0Л)2 <2x^1 Уа02 0Х01 0,01 ож 2x9

0,1)2 о.оз 0,075 0,06 0,02 0,01 0,03 0,о2 0,01 ~о 0,026 0,05

Си. А. 0,01 0 _0_ 0 0 _0_ 0,01 0 1x1

~0 "о и,012 о" о" ' "о" 0 0 0 40 0,01 о" 0,1

п 0,0о-0,02 0.20 0,05 0^22 0,Сс 0г3 0,1 0,21 0,0о 0.06 0,02 ОдЗХ 0,09 о^ой 0,03 охзз о,оу 0 0,11 0,04 0,014 1x5 0,5

СсС 0,31 0,17 _0_ "о 0,22 0x22 0,13 0Х29 0,15 0^21 0,11 0,21 0Х25 0,13 дх21 0,10 ог2д 0,10 0x32 0,16 0Х35 0,17 1x3 0,6

А'/г 0.02 0/Л 0 ■ 0 5 0Л33 0,04 0^02 0,01 0^07_ о7оо5 0Л)9_ оГом одов^ 0,022 дх0о 0,01 оТш _о_ "о" о.о1_ 0~009 2x4 0,2

й Числитель - осдерглис.с 2-~::фоглементов, определенное по методике Л с ал • Знаменатель - по

Н0У0.ПИИ6 А5ТМ.

топке "огневого стенда" и "аглочаие1"«

2. Продукты спекания исследуеиих смесей с трубчатой печи по приведенному содер;йан;по ( ) микроэлементов наиболее близки к галакач огневого обесценивания в факелыго-слоево-и 'гопке "огневого стенда",

3. Анализ содержании микроэлементов в растворах выщелачивания продуктов спекания не выявил превшения предельяо-доцуслудгх концентрации (ПДК) микроэлементов а поде, установленных санитарными

НОрМШП.

4. Дня принятого интервала температур спекания выявлена закономерность снижения степени выщелачивания микроэлементов с ростом температуры.

Л чэрнор?ой главе на основе проведенных исследований предложена технологическая г:-:еыа обезвреживания отходов гальванического производства. В -сачество первого конкретного объекта были отобрана отходы Иркутского завода Радиоприёмников, для которых выполнз-на экспериментальные исследования, изложенные выше.

Были проведены укрупненные опытно-цромызленные испытания по утилизации шлама сточных вод гальванического производства завода Радиоприёмников г.Иркутска. Испытания проводились в цоке завода н ьюшчали в себя совместное сгсигашо шлаыа сточных иод и угля Азойского разреза, который поступает в котельную завода, взятых £ сдт;«дсленноа соотношении (1:10). При избитее воздуха в топке С-С с 1,4 и при Г - 1373 К было сс^ино 500 ¡л1 смеси. Продукты сглггания англизировались в 1Ш завода п в лаборатории ПШ1. £|рово-дешзю испытания показали принципиальную оогкоомость обезвреживав ш:я плана сточных вод гальванического производства иатодол их совместного егмгпния с углом. Состав получаемых при этой воло-клаковых отходов будет зависеть, главный образом, от состава имморальной части сжигаены» углей. Помимо ехшшшя коие-т бить' пр:;,-

sisна также агломерация зольных уносоа или отходов углеобогаце-ш с добавлением ОГ'П.

Комплексное исследование полученных золошлаковых продуктов г^звого обезвреживания 0П1 показало, что они по вещественному ¡стазу близки к золоилаковым отходам сжигания смесей ОГП с углем жецкого бассейна в факельно-слоевой топке "огневого стенда", а iiate мало отличаются от зольных остатков сжигания соответствув-¡го угля на ТЭЦ. Проведено исследование возможности .применения »лошлаковых отходов огневого обезвреживания ОГ'П в технологии юизводства строительных материалов. Результаты испытания на ючность отходов сжигания смеси углей и 01*11 в качестве замените; части портландцемента (10-15 %) и мелкого заполнителя в бетон-х смесях и строительных растворах. Показана также возможность пользования золы-уноса в качестве сорбента при очистке сточных д от тяжёлых металлов, а также предложено применение зысоко-льциевых зол углей Берззовского месторождения для раскисления чв.

Выполненные исследования позволяют выбрать основные налрап-ния утилизации продуктов огневого обезвреживания 0П1. Разрабо-иа технологическая схема переработки 0П1 с использованием про-ктоп огневого обезвреживания в производстве строительных мате-axon (цемент, аглспорит, кер.тит и др.) и рассчитаю! твхнчко-ономически.з показатели процессов обезвреживания 0Ш.

Технологическая схема производства аглопормта из тошлвосо-pvi^HX отходов угольноЯ промл-нленности п Olli прэдусматриваа? ;бле.нко, измельчение порода, смешивание природного порошка с гдаарил-ольно подготсвяокиши добавками Ulli, глина, "о?,2р?.?а, шулиросанич получоккой ашхти, подачу гранул 3 ;'.ГЛОМ-ЗрОЦ!«.ОН,\\и 3MIQ»'. Процесс непосредственно, термической агдсморациа практики не отличается о? традиционного. Судя по эксиартмжтпльюам

данным, добавление в состав сырьевой смеси для изготовления пористых заполнителей (аглопорита и керамзита) высушенного осадка сточных вод гальванического производства приводит к повывенив прочности, морозостойкости, снижению температуры обжига и обгёы-ной массы получаемого материала.

По- результатам технологических испытаний шихт из отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ и отходов гальванического производства при получении аглопорита насыпная плотность щебня классов 1020 и 5-10 составляет, соответственно, 450-550 и 500-600 кг/ы3. Прочность аглопоритового щебня находится в пределах 0,5-1,0 и 0,7-I,7-I0b Па, соответственно, для классов 10-20 и 5-10. Указанные показатели позволяют отнести аглопоритовый щебень из отходов обогащения'с добавкой ОГП к маркам по прочности П50-Ш50 (класс 10-20) и ПЮО-ПЗОО (класс 5-10). Стойкость полученных заполнителей к условиям воздействия внешней среды достаточно высока и удовлетворяет требованиям стандарта при испытаниях на силикатный, железистый распад и по другим показателям.

На основе аглопоритового щебня и песка, полученных из отходов углеобогащения и ОГП изготовлены конструкционные и конструкционно-теплоизоляционные бетоны различных классов прочности и плотности. В большинстве случаев бетон на аглопоритовом щебне и песке из отходов углеобогащения и ОГП имеет плотность но.более 1500 кг/ы3 при прочности 10^ Па и расходе цемента 300 кг/и3.

В U В О Д Ы

I. Проведен термодинамический анализ процесса свдгания cVporo угля Азойского разреза с добавкой отходов гальванического производства с суыбларныа содержанием, (КГ4 %)ihl» &0-&fii№ » 2-12;Рё • 2-20; Cd » 3-15; Oz u 145-630; Ctt » Ш-^лМп - 30-135,

Изучено поведение токсичных микроэлементов в процессе сжигания смесей s температурном интервале 673-1Ь73 К. Показано, что термодинамически возможно образование газообразных соединений свинца, цинка, кадмия при температуре горения 1273-1473 К.

В температурном интервале 1473-1873 К возможен переход в газовую фазу также соединений никеля, хрома, меди

( M(0H)z, (к (0Н)Л, ICil).

¿Марганец в изученном интервале температур образует конденсированные соединения {.MilO^jM^^^ÎH^SiD^). В конденсированной фазе возможно также образование

ЫМА, CdSiÛ3, М^04, GizSù04 ,

CuFe02 ,Си , Сгг03 ,

2. Исследовано распределение потенциально токсичных микроэле-центов при промышленном сжигании угля в котлоагрегатах ТЭС. В процессе сзигания угля Ириа-Ьородинского месторождения в котлоагрегатах Усть-Илимской ТЭЦ наибольшую экологическую опасность представляет неулавливаемая зола-унос, покидающая пределы ТЭЦ вместе с дымовыми газами, обогащенная в 3,8 раза по Ztb , в 1,7 раза по , в 1,9 раза по Со , в 1,3 раза по

Си . Следует отметить, что такие элементы, как Mtt,Tl , 1/ tGt, 37 равномерно распределяются мезду шлаком и золой-уносом.

3. Выполнены экспериментальные исследования на пилотных установках и а лабораторных условиях (с использованием рентгенофазово-го, химического, атомноабсорбционного, спектрального матодоо анализа) поведения токсичных микроэлементов при сжигании смесей углей и отходов гальванического производства. Исследована выщелачи-ваемость микроэлементов из золозлакових продуктов огневого обезвреживания 0П1, а та:~з из аглопорнта, полусонного при агломерации в аглочазз суосзй ОГП с породой углеобогащения. При оценке грдела-чиваемости по стандартный методикам, приняты.-! в Германии н CJiJ/i, показано, что переход з Еоднуи фазу соединений 0,67

M 4 0,63 Ог 40,9 Си ¿0,01 %; PS 40,42 %;

CdL ^0,45 Mu <0,33 % (из зоды-уноса « шлака).

4. Спекание модельных смесей в трубчатой печи показало, что при температуре плавления 1073-1273 К марганец образует конденсированные соединения в виде ортосилнката Mtl¿>iúsf ; медь образует ковденсированные соединения типа CtiFeDz, Cu¿Or,úí ; хром образует конденсированные соединения 0t¿0¿ и Ol¿5iD¿ ; ««ель образует компенсированное соединение ММ ; цинк образует конденсированное соединение ïnMA и газообразное соединение Z/1/r.y » свинец представлен соединениями в газовой фазе;

кадмий представлен соединением в конденсированной фазе

в соединениями CdD(р.), Cc¿ fг.) б газовой фазе.

5. Результаты проведенных в цехе Иркутского завода Радиоприемников укрупненных опытно-промышленных испытаний показали принципиальную возможность утилизации отходов гальванического производства путем совместного сжигания ОГО с бурый углем Азейского разреза в установке огневого обезвреживания. Комплексное исследование полученных золоашаковых продуктов огневого обезвреживания ОГП показало, что онй по вещественному составу близки к золорлаковьед отходам сжигания сиеси отходов гальванического производства с углем Донецкого бассейна в фдкельно-сяоевой топке "огневого е?енда% а также мало отдкчаатся от зольных остатков егшгашя соотсетстоу-сщего угля fía ТЗС. Проведено исследопянне возможности пркие'кзнйй золошлаковых отходов огневого обезвреаиваиия ОГП ti технологи;; производства строительных материмо». Показано, адо сдай и зольныЛ унос, подученные после совместного сянгакия угля и ОГП, могло использовать в производстве аглопорита, зольного гравия к бетонов различных классов прочности. Зольный гравий из золсслаксссй си^сп огневого обезвреживания. 0Ш ккеет касиянув плотность 4Q0-5Q0 кг/tí3 прочность при еддиливагп:;; в цилиндре I,9'I0°-2,í>»IU° Па ц водопо-глащекке 5~tí % по нассе, иогег кспользоЕаться-ддя изготовления

стеновых панелей из легкого бетона марки М 50 объемной массой 900 кг/м3. Результаты испытаний показали возможность использования отходов в качестве заменителя части цемента (15 %) в бетонных смесях и строительных растворах. Показана возможность использования золы-уноса в качестве сорбента при очистке сточных вод от тяжелых металлов, а также предложено применение высококальциевых эоа березовского ух'ля для раскисления почв.

6, Предложены основные направления утилизации продуктов огнэ-вого обезвреживания ОГП. Разработана технологическая схема обезвреживания 0П1 с использованием продуктов огневого обезвреживания в производстве строительных материалов (цемент, аглопорит, керамзит и др.). Ожидаемый экономический эффект использования продуктов обезвреживания составит 1500 рублей на 1000 кг ОГП.

Основные результаты диссертации Изложены в следующих

работах:

1. Перциков И.З., Святкин D.K., Съёмщиков С.Е. Исследование выщелачивания шлама очистки сточных гальванического производства// Технология и экология современных гальванопокрытий: Тез.докл. -Иркутск, 1963. - с. 52-53.

2. Перцикоз И.З., Малых Н.В., Сьёкциков С.Е. Выброси в атаосфз-ру .токсичных микроэлементов при еяиганяи угля на ТЗС// Всесоээ. науч.тохн. совещание: Защита оз.БаПкол о? загрязнения: Тез.доил.-Иркутск, 1983. - с. 47-48.

3. Перциков И.З., Сгёкзнков C.F.., Ьпнр? И.Я. Иссдэдованая зо-з-мошюсти использования эолоалакооой сиаси з технологии c?poir,'a-".j-ных материалов//Всоссг)зн, совещание: Комплексное нсподьиог-йнкз a о.i ц углей СССР я народном хозяйстве: Таз.докл. -Иркутск, IsbJ. ~

е., Ü7-Ó8.

4. Перциков И.З., Съёмщиков С.Б., Сгёмщикова Е.Е. Выделение тяжелых металлов при работе Усть-Илкмской ТЭЦ//Региональная научи.техн. конф. "Экологические проблемы энергетики": Тез.докл. - Новосибирск, 1930. - с. 11-12. р

'5. Перциков И.З;, Съёмщиков С.Е., Съёкщикова Е.Е. Поведение

- w*

микроэлементов при сжигании угля на ТЭС//7 семинар преподавателей кафедр и групп топлофиэического профиля вузов Сибири и Дальнего Востока: Тез.докл. - Новосибирск, 1990. - с. 3а-39.

6. Перциков И.З., Съёмщиков С.Е., Шпирт Н.Я. Распределение тяжелых металлов в зольнух уносах тепловых электростанций// ХТТ: -1990. » 3 - с. 122-125.

7. Перциков И.З., Шпирт М.Я., Съёмщиков С.Е. Оценка минимальных экологически опасных концентраций микроэлементов в углях// ХТТ: 1991. У 6 - с. 124-127.

0. Сгёмщиков С.Е., Скормна О.Т. Исследопш-ке возможности использования отходов, содерпшдих потенциально токсичные микроэлементы в технологии строительных ца|?еркй.воп//Рсгкокальнйй научи, техн. конф.: ПоЕызеиие эффективности производства к Использования снергии о условиях Сибнрн: Тез.докл. -'Иркутск, 1992. - с. 39.

9. Съемщиков С.Е., Еитов В.Г. Комплексное использование ооло-шлаковых отходов TSC//Ö семинар кафздр и групп яеилофизичоского профиля вузов Сибири и Дальнего Востока: Тез.докл. - Иркутск,

12Э2. - с. 47.

Рот.кпи-^очсо-за.