5.2 Глинозем
Глиноземявляется сырьем для производства алюминия. Технология извлечения глинозема из ЗШО разработана, например, Сибирским индустриальным университетом (г. Новокузнецк) с институтом металлургии и обогащения НАН Казахстана (г. Алма-Ата). Извлечение глинозема из ЗШО предусмотрено в Иркутской области, на Тульской ГРЭС и др.
На крупнейший в Украине глиноземный завод в г. Николаеве глинозем везут из Австралии, Гвинеи.
Для производства 1 т глинозема требуется примерно такое же количество ЗШО и энергоресурсов как и нефелиного концентрата (табл. 4).
Таблица 4 Потребности в сырье и энергоресурсах для производства 1 т глинозема
| Сырье | Количество сырья, т | Количество извести, т | Условного топлива, т | Природного газа, м3 | Эл. энергии кВт/ч | Водяного пара, Гкал |
| Нефелиновый концентрат | 4,04 | 7,6 | 1,580 | - | 1020 | 1,65 |
| З Ш О | 3,76 | 8,0 | 1,478* | 1294* | 1000 | 1,51 |
*Условное топливо или газ.
В качестве базы сравнения использован нефелиновый концентрат. Такой выбор обусловлен не только наименьшей стоимостью получаемого глинозема, безотходной технологией переработки нефелинов, но и тем, что среднее содержание основных оксидов – оксидов алюминия, кремния, железа в нефелиновом концентрате равно соответственно (% масс) 28,5; 44,0; 3,5 (МРТУ – 6 – 12 – 54 – 80) и близко к их содержанию в ЗШО.
Структура себестоимости получения глинозема приведена в таблице 5.
Таблица 5 Структура себестоимости глинозема, полученного различными способами (%)
| Структура затрат | Байер - спекание | Спекание нефелинового концентрата | |
| параллельная схема | последовательная схема | ||
| Сырье и основные материалы | 53,7 | 48,0 | 49,5 |
| Вспомогательные материалы | 22 | 3,0 | 3,4 |
| Топливо на технологические нужды | 4,6 | 9,7 | 66,6 |
| Энергия на технологические нужды | 25,8 | 19,5 | 36,8 |
| Основная м дополнительная зарплата с начислениями | 1,8 | 1,7 | 4,5 |
| Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования | 9,1 | 14,5 | 36,0 |
| Цеховые расходы | 2,9 | 4,6 | 8,5 |
| Цеховая стоимость | 100,1 | 100 | 205,3 |
| Попутная продукция | 0,1 | - | 105,3 |
| Цеховая себестоимость за вычетом попутной продукции | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Объемы сырья и энергозатраты на производство глинозема из нефелинового концентрата и ЗШО примерно одинаковы (табл. 4). В себестоимости глинозема, получаемого разными способами значительные расходы относятся на сырье (табл. 5).
Стоимость ЗШО пренебрежимо мала по сравнению со стоимость нефелинов, бокситов.
5.3 Кремнезем
ХХI век – век кремнезема. Уникальный материал, применяемый в различных целях. По маркетинговым исследованиям потребность в кремнеземе в настоящее время 150000 т. Стоимость кремнезема (98%) – 1100 дол/т, кремнезема 99,9% - 45500 дол/т. Имеется ряд разработок по извлечению кремнезема из ЗШО, получаемая товарная продукция "белая сажа" стоимостью 500 дол/т. При комплексной переработке золы получено извлечение 70% кремнезема от содержащегося в золе.
5.4 Железо
В последние годы добыче железной руды стала самым рентабельным сектором в мировой горнодобывающей промышленности. Считается, что эта тенденция сохранится надолго. В мировом потреблении конструкционных материалов на долю черных металлов приходится 70 – 75%. Черная металлургия остается одним из лидеров мировой экономики.
Перед поставщиками концентратов железа стоят три главные задачи:
- повышение ценности и качества руды;
- обеспечение прямого доступа к электродуговым печам;
- выполнение требований по экологической безопасности.
Все эти требования реализуются, например, в разработанной недавно Японской корпорацией Кове Heel и его американской дочерней компанией MidrexTechnologiesJnc. Её использование дает возможность обращать низкосортную руду и пылевой уголь в кусковой концентрат с содержанием железа 96 – 98%.
Проблемы извлечения железа из золы каменных углей решают Красноярский научный центр Сибирского отделения РАН. ТОО "Алком" (г. Новокузнецк) организовало переработку ЗШО Южно-Кузбасской ГРЭС с извлечением железного концентрата и др.
5.5 Редкие металлы
По оценкам специалистов Кузбасса, стоимость редких металлов в ежегодно добываемых 100 млн. т угля составляет 28,7 млрд. дол.
Объем ЗШО от сжигания этих углей с учетом их зольности около 20 млн. т, т.е. близок к объему ЗШО МГРЭС. Стоимость металлов в ЗШО МГРЭС по нашим оценкам близка к стоимости редких металлов, содержащихся в ежегодно добываемого в Кузбассе угля.
К извлекаемым из ЗШО редким металлам обычно относят галлий, германий, иттрий, скандий и др. В пробах ШЗО МГРЭС, проанализированных с нашим участием в лабораториях соседских республик, ни галлия, ни германия не обнаружено.
Значение редких металлов в современной технике столь велико, что по утверждению специалистов промышленно-экономический уровень развития современных государств определяется масштабами потребления не столько чугуна и стали, сколько потреблением редких металлов.
Оценка состояния скандиевой проблемы показывает, что в СНГ в настоящее время нет реального переработчика бедного скандиевого сырья.
В НИИ химической технологии (г. Москва) продемонстрировало технологию переработки ЗШО по извлечению скандия, иттрия и др. Опытно-промышленная проверка проведена на Рязанской ГРЭС.
Имеется апробированная на опытно-промышленном уровне технология извлечения оксидов иттрия и скандия из отходов глиноземного производства. Технология разработана институтом химии твердого тела УРО РАН (г. Екатеринбург) и Уральским филиалом ВАМИ (г. Каменец-Уральский). Цеховая стоимость полученных на опытно-промышленной установке оксидов иттрия и скандия (99,0%) составила 200 дол/кг, а лигатуры 98% Al + 2% Se меньше 24 дол/кг StanfordMatenalsCompanj предлагает лигатуру 98% Аl + 2% Se по 250 – 300 дол/кг (на XII 1999). Себестоимость оксида скандия (99,0%) полученного промышленным способом из отходов глиноземного производства – 169 дол/кг, его цена на мировом рынке 1800 дол/кг. Стоимость редкоземельного концентрата (10%) из ЗШО по технологической схеме Гидроцетмет – ВАМИ – 60000 дол/т.
Последовательность переработки ЗШО На первом этапе переработки ЗШО МГРЭС целесообразно утилизировать (выделить) несгоревший углерод Его содержание по нашим данным может достигать 30 – 35%. Способы утилизации, извлечения "недожога" приведены ранее.
Другим компонентом ЗШО, имеющим концентрацию в исходном сырье близкую к концентрации несгоревшего углерода является кремнезем. В результате у извлечения углерода и кремнезема концентрация железа, алюминия, редких металлов увеличится примерно в 2 раза.
Извлечение железа из ЗШО возможно, например, методом электростатической сепарации. Выполненные нами исследования показали возможность извлечения не менее 70% железа от содержащегося в ЗШО МГРЭС с выходом не более 30%.
На предпоследнем этапе комплексного передела ЗШО выполнить извлечение глинозема по апробированным в производстве технологиям.
Оставшиеся после удаления углерода, кремнезема, железа, глинозема шламы могут содержать редкие металлы с высокой концентрацией. Технология получения концентратов скандия, иттрия из отходов глиноземного производства разработана и апробирована в Уральском отделении РАН, технология получения таких концентратов из ЗШО разработана в Сибирском отделении РАН, в Омском Государственном университете, Гидроцветметом и ВАМИ.
Заключение
1. ЗШО МГРЭС относятся к 3 классу токсичности.
2. Содержащиеся в ЗШО МГРЭС компоненты представляют коммерческий интерес. Их стоимость оценивается миллиардами долларов.
3. Предложена последовательность переработки ЗШО, обеспечивающая повышение концентраций извлекаемых компонентов до уровня, соответствующего уровню принятому для переработки апробированными технологиями.
4. Имеются апробированные способы извлечения из ЗШО всех предлагаемых нами для утилизации компонентов – угля, кремнезема, железа, глинозема, редких металлов.
5. Приведенные материалы по структуре затрат, по расходам сырья и энергоресурсов, технико-экономическому обоснованию переработки золы свидетельствуют о высокой рентабельности комплексной переработки ЗШО.
6. Вопросы утилизации, извлечения несгоревшего угля в ЗШО после незначительных доработок могут получить наиболее быстрое практическое применение.
Список литературы
1. Технологии переработки различных видов отходов
2. Отходы
3. Справочник по наиболее доступным техническим решениям в производстве энергии при сжигании топлива
4. Отчет по теме 2.3.3. Республиканский НИИ экологии и природных ресурсов, г. Бендеры. 2002
5. Коган Б.И. Экологические очерки по редким землям. М.: Изд-во АН СССР, 1961
6. Сковитин А.И., Смирнов А.И. Месторождение металлов Приднестровской Молдавской республики. ГУ РАИС. Рег. № 030043 от 23.03.2003.
7. Субботин В.И. Энергоисточники в ХХ веке. Вестник Российской Академии наук. Т. 71, № 12, 2001, с. 1059 – 1068
8. Зыков В.М. Уголь эффективный и надежный энергоноситель. Ж. "Энергия", № 4, 2003, с. 17 – 23
9. Вяхирев Р.И. Экологические аспекты устойчивого развития теплоэнергетики России. Г. 1. М.; Ноосфера, 2001
10. Милентьев В.А. Состав и свойства золы и шлака ТЭЦ. Справочное пособие. Л. Энергоатомиздат, 1985
11. Временный классификатор токсичных промышленных отходов и методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов. М., 1987