2 Номенклатура отходов тепловой энергетики и угольной промышленности

Для систематического рассмотрения отходов промышленности и городского хозяйства удобна их классификация в зависимости от отрасли промышленности, где они образуются. По этому принципу можно выделить следующие группы:

1 Отходы металлургии: доменные, ферросплавные и сталеплавильные шлаки; шлаки, образующиеся при плавке руд цветных металлов; продукты обогащения руд; нефелиновые и другие шламы и др.

2 Отходы тепловой энергетики и топливной промышленности: зола, топливные шлаки, золошлаковые смеси, шахтные породы, отходы углеобогащения и др.

3 Отходы химической промышленности: железистые, известь- и гипсосодержащие отходы; соле- и гидроксидсодержащие шламы и содопродукты; фосфорные шлаки, вторичные полимерные продукты и др.

4 Отходы горнодобывающей промышленности: вскрышные и попутно добываемые породы.

5 Отходы производства строительных материалов: пыль различного химического состава, керамический и стеклянный бой, отсевы, образуемые при дроблении и др.

6 Отходы переработки древесины и другого растительного сырья: кора, обрезки, стружки, опилки, лигнин и др.

7 Отходы городского хозяйства: изношенные автопокрышки, тряпье, бумажная макулатура, строительный мусор, использованные полимерные материалы и др.

Отходы тепловой энергетики и топливной промышленности:  

К отходам топливно-энергетической промышленности относятся продукты, получаемые в виде отходов при добыче, обогащении и сжигании твердого топлива. Основными видами твердого топлива являются каменные и бурые угли. При добыче и обогащении углей побочными продуктами служат шахтные и вскрышные породы, отходы углеобогащения.

Шахтные отвальные породы наиболее часто представлены аргиллитами, алевритами, песчаниками, известняками.

Для применения в производстве строительных материалов наибольший интерес представляют отходы углеобогащения, характеризуемые наименьшими колебаниями состава и свойств. Содержание угля, не выделенного в процессе обогащения, может достигать 20%. Отходы углеобогащения представлены обычно в виде кусков крупностью 8-80 мм. Наибольшее количество угля (10-30%) находится в отходах флотации. Весьма важным ограничивающим фактором применения отходов обогащения углей является наличие в них серы (в породах центрального Донбасса достигает 3-4%).

При сжигании твердых видов топлива в топках тепловых электростанций образуются зола в виде пылевидных остатков и кусковой шлак, а также золошлаковые смеси. Они являются продуктами высокотемпературной (1200-1700 °С) обработки минеральной части топлива. Топливо сжигают в слое над колосниковой решеткой в виде мелких кусков или при вдувании в пылевидном состоянии.

Зола-унос представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий в основном из частиц размером 5-100 мкм. Ее химико-минералогический состав соответствует составу минеральной части сжигаемого топлива. Например, при сгорании каменного угля зола представляет собой обожженное глинистое вещество с включением дисперсных частиц кварцевого песка, при сгорании сланцев - мергели с примесями гипса и песка. Основным компонентом золы-уноса является стекловидная алюмосиликатная фаза, составляющая 40-65% всей массы и имеющая вид частиц шарообразной формы размером до 100 мкм. Химический состав зол-уносов колеблется в зависимости от месторождений углей. Примерное содержание основных оксидов в золах различных ТЭС (%): Si0₂ - 37-63; А1₂0₃ - 9-37; Fe₂0₃ - 4-17; СаО - 1-32; MgO - 0,1-5; S0₃ - 0,05-2,5; Na₂0 + K₂0 - 0,5-5

Важными показателями качества золы являются ее дисперсность и гранулометрический состав. Удельная поверхность зол-уносов составляет 1000-4000 см²/г. Золы подразделяются на высококальциевые (СаО > 20%) и низкокальциевые (СаО < 20%). Для первых преобладающими являются кристаллические фазы, для вторых - стекло и аморфизованное глинистое вещество. Высококальциевые золы в свою очередь делят на низкосульфатные (S0₃ < 5%), получаемые при сжигании угля и торфа, и сульфатные (S0₃ > 5%) - при сжигании сланцев. Интегральной характеристикой химического состава зол служит модуль основности М₀, который для основных зол составляет М₀ > 0,9; кислых - 0,6-0,9; сверхкислых – М₀ < 0,6. В основных золах суммарное содержание СаО + MgO достигает 50%, в сверхкислых- 12. Последние являются более распространенными.

Шлаки - основной вид отходов при кусковом сжигании топлива. При пылевидном сжигании шлаки составляют 10-25% от массы образуемой золы. Шлаки образуются в результате спекания отдельных частиц на колосниковой решетке при температуре свыше 1000 °С или при охлаждении расплавленной минеральной части топлива при температуре более 1300 °С. Продуктами жидкого шлакоудаления из энергетических топок являются топливные гранулированные шлаки, образуемые в результате быстрого охлаждения водой минерального расплава.

В отличие от зол, шлаки, образуемые при более высоких температурах, практически не содержат несгоревшее топливо и характеризуются большей однородностью.

Шлак удаляют гидравлическим или сухим способом. При гидравлическом способе, имеющем пока большее распространение, золы и шлаки смешиваются.

Гранулированные шлаки представляют собой механическую смесь зерен размером 0,14-20 мм. Химический состав шлаков, как и зол, может изменяться в широком диапазоне - от сверхкислых (М₀ < 0,1) до основных (М₀ > 1). Многие топливные шлаки характеризуются значительным количеством (20% и более) оксидов железа, содержащихся преимущественно в закисной форме. Содержание стекловидной фазы составляет 85-98%, у основных шлаков оно может быть значительно ниже. В кристаллической фазе возможно наличие муллита, геленита, псевдоволластонита, двухкалыдиевого силиката и других минералов.

В зависимости от содержания несгоревших углеродистых частиц золы и шлаки ТЭС делят на 6 категорий (%): 1 - до 5%; 2 – 6-10; 3 - 11-15; 4 - 16-20; 5 - 21-25; 6 - более 25%.