Золошлаковые отходы: опыт и перспективы использования

По решению I съезда сибирских энергетиков и при поддержке РАО «ЕЭС России» в июне этого года в Новосибирске состоится Всероссийское совещание по использованию золошлаковых отходов. Данная проблема вызывает большой интерес по ряду причин.

Среди промышленных отходов одно из первых мест по объемам занимают золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива (уголь разных видов, горючие сланцы, торф) на тепловых электрических станциях. Огромные количества золы и шлака скопились в отвалах, занимающих ценные земельные угодья. Содержание золошлаковых отвалов требует значительных затрат. В то же время золы и шлаки тепловых электрических станций можно эффективно использовать в производстве различных строительных материалов, что подтверждается многочисленными научными исследованиями и практическим опытом.
Для нужд строительства
Из зол и шлаков возможно производство большого количества строительных материалов, изделий и конструкций, необходимых при возведении жилых и промышленных зданий, сельскохозяйственных объектов, дорожных и гидротехнических сооружений и т. п.
Необходимость использования зол и шлаков диктуется не только экономическими соображениями, но и требованиями по охране окружающей среды.
Золоотвалы способствуют загрязнению воздушного и водного бассейнов и изменению химико-минерального состава почв. Пыление золоотвалов загрязняет окружающую среду, отрицательно влияет на здоровье людей, а также на продуктивность сельскохозяйственных угодий. При сильном ветре превышение предельно допустимой концентрации золы в воздухе может иметь место на расстоянии до 4 километров от кромки отвала. В санитарно-гигиеническом отношении важен и фракционный состав золы, причем наиболее опасны частицы размером 1 микрометр и менее. Фильтрация воды в золоотвале изменяет естественный гидрохимический режим в зоне его расположения, что может приводить к подтоплению, засолению и заболачиванию территории, поступлению загрязняющих веществ в подземные воды, а с ними – в реки и водоемы. Особо значительный вред окружающей среде причиняется при авариях на золоотвалах.
Замена природного сырья золами и шлаками способствует охране недр. Ликвидация золоотвалов благоприятно сказывается и на экологической обстановке.
Использование золошлаковых отходов в строительстве, в производстве строительных материалов, в промышленности, в сельском хозяйстве в целом по России невелико, причем в последнее время наблюдается спад ранее достигнутых показателей. Так, годовое потребление ЗШО в последние годы составляет около 4 процентов от количества образующихся отходов, в то время как в развитых странах этот показатель достигает 50‑90 процентов.
Основные причины низкого уровня использования отходов тепловых электрических станций в России таковы:
• отсутствие целенаправленной государственной политики в области использования природных инертных и техногенных материалов с целью сохранения экологического равновесия;
• отсутствие финансирования работ по созданию производств по утилизации ЗШО ТЭС;
• недостаточное внедрение результатов научно-исследовательских работ, накопленных в отечественной и мировой практике;
• техническая неподготовленность теплоэнергетических предприятий по первичному разделению и сортировке золо-
шлаковых отходов, складированию их и выдаче потребителям;
• отсутствие отечественных производителей оборудования по производству товарной продукции с использованием золо-
шлаковых отходов.
Для дорог и полей
Зарубежной и отечественной практикой доказано, что золошлаковые отходы – ценный материал для строительной и дорожной отраслей.
По своему составу золошлаковые отходы – уникальный материал для полезного использования в различных отраслях экономики с дополнительным получением значительного экологического эффекта.
Золошлаковые отходы могут использоваться как добавки и наполнители при производстве широкого спектра строительных материалов: цемента, бетонов, растворов, кирпича и т. д. Они хорошо зарекомендовали себя при укладке в земляное полотно автомобильных дорог. Определенную ценность золошлаковые отходы имеют в сельском хозяйстве при производстве удобрений. Очень перспективной является глубокая (комплексная) переработка золошлаковых отходов с получением глинозема, кремнезема, концентрата железа и целого ряда редкоземельных материалов.
Наибольший интерес вызывают технологии применения золо-шлаковых отходов в следующих производствах:
• в производстве портландцемента (как активные кремнеземистые добавки) в количестве 10‑15 процентов, в производстве пуццолановых портландцементов марок 300‑400 – до 30‑40 процентов (золопортландцемент);
• при изготовлении строительных растворов – как активная добавка в количестве 10‑30 процентов от массы цемента, при использовании в строительных растворах портландцемента высоких марок (400‑500) применение пылевидной золы может сократить его расход до 30 процентов;
• в качестве активного микронаполнителя в тяжелых бетонах, что позволяет снизить расход цемента от 6‑10 процентов в бетонах нормального твердения до 12‑25 процентов в пропариваемых;
• в производстве силикатного кирпича;
•в жаростойких бетонах – в качестве наполнителя вместо шамотного порошка, что существенно снижает себестоимость таких бетонов;
• при изготовлении зольного и аглопоритового гравия;
• в производстве мелкозернистого аэрированного золобетона и изделий на его основе, в качестве мелкой фракции легких бетонов на пористых заполнителях плотной и поризованной структуры;
• в качестве сырьевых материалов для дорожной промышленности;
• использование золошлаковых отходов с повышенным содержанием частиц несгоревшего топлива в производстве глиняного кирпича, что не только улучшает его качество, но и снижает расход технологического топлива на обжиг.
Одни из главных утилизаторов топливных зол и шлаков – строители дорог. Наблюдения за опытными участками дорог, построенными в разное время в нашей стране и за рубежом, подтверждают возможность использования золы во всех слоях оснований дорожных одежд для любой транспортной нагрузки. Дорожные одежды с использованием зол и шлаков имеют достаточную прочность, морозостойкость, долговечность. Стабилизированные с помощью цемента и золы материалы продолжают увеличивать свою прочность с течением времени.
Мировой и отечественный опыт показывает перспективность использования золошлаковых смесей для вертикальной планировки городских территорий, осваиваемых для нового строительства. По санитарно-гигиеническим характеристикам и физико-химическим показателям в ряде случаев золошлаковые отходы могут служить полноценной заменой традиционному материалу отсыпки – речному песку.
Экономический эффект от использования в планировке ЗШО будет заключаться в экономии песка, отказе от строительства новых золоотвалов и, соответственно, в экономии капитальных вложений.
Комплексный подход
Одно из перспективных направлений крупномасштабного использования золы Канско-Ачинских углей – приготовление из них известкового гранулированного удобрения (мелиоранта) для повышения плодородия кислых почв. Обычно в качестве такого мелиоранта применяют карбонатные породы – известняк и доломит. При этом одна тонна известняковой муки за 5‑7 лет обеспечивает прибавку урожая, соответствующую в среднем полутонне зерна. Известкование почвы является природоохранным и энергосберегающим мероприятием, позволяющим на 15‑20 процентов снижать дозы азотных и фосфорных удобрений, уменьшая загрязнение почвы и растений.
Комплексный подход к переработке золошлаковых отходов способен дать большой экономический эффект. Для этого необходимо разработать промышленные технологии использования золошлаковых отходов, а также выработать комплекс маркетинговых мероприятий по продвижению продукции на основе ЗШО. Необходимо всестороннее изучение рынка строительных материалов (производителей, их возможности и желание использовать золо- шлаковые отходы в своем производстве), а также поиск и налаживание контактов с потенциальными потребителями нового продукта.

Д.т.н., профессор Александр БЕРНАЦКИЙ, Д.т.н., профессор Николай МАШКИН, Новосибирский архитектурно‑строительный университет