РЕСУРСЫ

Оригинальная статья

УДК 546.05:546.264:661.183.3 © Н.К. Досмухамедов, В.А. Каплан, Г.С. Даруеш, 2020

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 1-2020 /1126/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-1-58-63

Название

Инновационная технология комплексной переработки золы от сжигания угля

Авторы

Досмухамедов Н.К., канд. техн. наук, профессор, ассоциированный профессор Satbayev university, 050013, г. Алматы, Республика Казахстан, e-mail: nurdos@bk.ru

Каплан В.А., канд. техн. наук, научный консультант Научного института им. Вейцмана, 7610001, г. Ришон-ле-Цион, Израиль, e-mail: valery.kaplan@weizmann.ac.il

Даруеш Г.С., магистр техн. наук, докторант Satbayev university, 050013, г. Алматы, Республика Казахстан, e-mail: nurdos@bk.ru

Аннотация

Развитие производства электроэнергии и переработка отходов ТЭЦ, в частности золы от сжигания углей отнесено к одному из главных государственных приоритетов Казахстана. Актуальность и значимость данной проблемы усиливаются с фактом признания, что техногенные отходы ТЭЦ не перерабатываются, текущие отходы золы накапливаются и занимают огромные площади, что выводит их из землепользования. В связи с отсутствием рациональной технологии переработки золы многие ценные, технологически возвращаемые металлы безвозвратно теряются. В настоящей работе изложены ключевые аспекты отработанной в полупромышленном масштабе технологии комплексной переработки золы от сжигания углей, позволяющей селективно извлекать ценные металлы в товарные продукты. Предварительный обжиг золы в присутствии хлорида кальция позволяет разложить устойчивый муллит с образованием геленита (2CaO·Al₂O₃·SiO₂) или анортита (CaO·Al₂O₃·2SiO₂). Образование растворимых соединений (геленит, анортит) зависит от количества, подаваемого в процесс, хлорида кальция. Термодинамические расчеты показали, что в области исследованных температур (700-1150 °С) наиболее вероятно образование геленита. Результатами технологических расчетов установлено, что для полного перехода алюминия в форму геленита необходимо добавление 125 кг хлористого кальция на 100 кг золы, а для полного перехода алюминия в форму анортита – 85 кг хлористого кальция на 100 кг золы. При дальнейшем выщелачивании спека соляной кислотой, алюминий вместе с другими элементами легко переходит в раствор в виде своего хлорида. При этом оксид кремния выпадает в осадок, что дает возможность выделения чистого кремнезема высокого качества уже на начальной стадии технологии. Установлена возможность получения оксида алюминия особого сорта – Tabular Alumina с большим размером кристаллов, используемого для производства особо важных и специальных сортов керамики. Технология позволяет получать железный пигмент и концентрат РЗЭ в виде товарных продуктов. Сравнительный анализ показателей новой технологии с известными способами получения глинозема Байер спекания и спекания с содой показывает существенное ее превосходство для расширения ассортимента товарных продуктов из золы с высокой добавленной стоимостью.

Ключевые слова

Муллит, алюминий, оксид кремния, обжиг, спек, выщелачивание, хлорид алюминия, пигмент железа, концентрат цветных металлов.

Список литературы

1. Distributions and Extraction of Rare Earth Elements from Coal and Coal By-Products / Е. Roth, M. Macala, R. Lin et al. / 2017 World of Coal Ash Conference in Lexington, 2017, May 9-11.

2. Dwivedi А., Kumar J.М. Fly ash – waste management and overview: A Review // Recent Research in Science and Technology. 2014. Vol. 6(1). Р. 30-35.

3. Угольные отходы как сырье для получения редких и рассеянных элементов / Т.Г. Черкасова, Е.В. Черкасова, А.В. Тихомирова и др. // Вестник КузГТУ. 2016. №6. С. 185-189.

4. Ахмедьянов А.У., Киргизбаева К.Ж., Туреханова Г.И. Вторичная переработка отходов (золошлаков) промышленных предприятий // Технические науки. Горное дело. 2018. №10.

5. Patil S.V., Nawle S.C., Kulkarni S.J. Industrial Applications of Fly ash: A Review // International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR). 2013. Vol. 2(9). Р. 1669-1663.

6. Stoch A. Fly ash from coal combustion - characterization, in Thesis to obtain the Master of Science Degree in Energy Engineering and Management. Portugal: IST Instituto Superior Técnico Lisbon, 2015.

7. A comprehensive review on the applications of coal fly ash / Z.T. Yao, X.S. Ji, P.K. Sarker et al. // Earth-Science Reviews. 2015. Vol. 141. Р. 105–121.

8. Золы природных углей – нетрадиционный сырьевой источник редких элементов / Г.Л. Пашкова, С.В. Сайкова, В.И. Кузьмин и др. // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и Технологии. 2012. №5. С. 520-530.

9. Максимова А.М. Извлечение редких и редкоземельных металлов из техногенных объектов как путь к рациональному освоению недр // Интернет-журнал «Науковедение». 2016. №8(5). С. 1-11.

10. Скурский М.Д. Прогноз редкоземельно-редкометалльно-нефтегазоугольных месторождений в Кузбассе // ТЭК и ресурсы Кузбасса. 2004. №2(15). С. 24-30.

11. Ward C.R., French D. Relation between Coal and Fly Ash Mineralogy / Based on Quantitative X-Ray Diffraction Methods, in World of Coal Ash 2005: Lexington, Kentucky, USA.

12. Separating NaCl and AlCl₃·6H₂O Crystals from Acidic Solution Assisted by the Non-Equilibrium Phase Diagram of AlCl₃-NaCl-H₂O(HCl) Salt-Water System at 353.15 K / H. Cheng, J. Zhang , H. Lv et al. // Crystals. 2017. Vol. 7(244). Р. 1-8.

13. AlCl₃·6H₂O recovery from the acid leaching liquor of coal gangue byusing concentrated hydrochloric inpouring / Y. Guo, H. Lv., X. Yang, E. Cheng // Separation and Purification Technology. 2015. Vol. 151. Р. 177-183.

Иллюстрации

Рис. 1. Технологическая схема комплексной переработки золы

Рис. 2. Изменение энергии Гиббса образования геленита и анортитав зависимости от температуры для реакций: 1 - CaCl₂ + Al₂O₃ · SiO₂ + SiO₂ + 0,5 O₂(g) = CaAl₂Si₂O₈ + Cl₂(g); 2 - CaCl₂ + Al₂O_{3 ·} SiO₂ + SiO₂ + H₂O(g) = CaAl₂Si₂O₈ + 2HCl(g); 3 - CaCl₂ + 0,5 Al₂O₃ · SiO₂ + 0,5 O₂(g) = 0,5 Ca₂Al₂SiO₇ + Cl₂(g); 4 - CaCl₂ + 0,5 Al₂O₃ · SiO₂ + H₂O (g) = 0,5 Ca₂Al₂SiO₇ + 2HCl (g)

Рис. 3. Зависимость количества алюминия, переходящего в спек (клинкер) в форме геленита от количества CaCl₂

Рис. 4. Фотографии микроструктуры обычного оксида алюминия и сорта Tabular Alumina, х500: а – микроструктура обычного оксида алюминия; б – микроструктура Tabular Alumina

Для цитирования

Досмухамедов Н.К., Каплан В.А., Даруеш Г.С. Инновационная технология комплексной переработки золы от сжигания угля // Уголь. 2020. № 1. С. 58-63. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-1-58-63.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 04.08.2019

Одобрена рецензентами: 12.10.2019

Принята к публикации: 02.12.2019

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Инновационная технология комплексной переработки золы от сжигания угля», авторы: Досмухамедов Н.К., Каплан В.А., Даруеш Г.С.

Рецензент

Даулетбаков Т.С., доктор техн. наук, профессор, академик НИА Республики Казахстан, Научный центр им. И. Онаева

В работе показана актуальность и обоснована необходимость переработки золы. Использование золы в качестве источника сырья для извлечения редкоземельных металлов является глобальной задачей.

Разработанная авторами технология является оригинальной и отличается от известных решений простотой подхода и высокой эффективностью. Из результатами термодинамических расчетов установлена возможность разложения устойчивого муллита хлористым кальцием при температуре 100-1100 °C с дальнейшим переводом алюминия в легко растворимые хлориды.

Большой интерес представляет получение оксида алюминия особого сорта, имеющего большие размеры кристаллов и использующего в производстве особо важных и специальных сортов керамики.

На основании сравнительного анализа технологических показателей новой технологии с известными способами Байер-спекания и спекания с содой показаны преимущества разработанной технологии. Использование новой технологии позволит вовлечь в переработку золошлаковые отходы и значительно расширить ассортимент получаемых новых товарных продуктов с высокой добавленной стоимостью.

В целом рецензируемая статья написана на высоком научно-техническом уровне, стиль изложения ясный и соответствует требованиям к рукописям, представляемых для публикации в научно-технических периодических изданиях.

Учитывая актуальность решаемой задачи и большой практический интерес полученных результатов, рекомендую статью Досмухамедова Н,К., Каплан В.А., Даруеш Г.С. «Инновационная технология комплексной переработки золы от сжигания угля» к публикации в журнале «Уголь».