Разработка безотходной технологии переработки угольной золы с получением оксида кремния и редкометальных концентратов

Актуальность темы исследования.

Решение проблемы утилизации зол и шлаков ТЭЦ имеет большое значение: отходы ТЭЦ загрязняют водный, и особенно воздушный бассейн; удаление золы и шлака в отвалы и содержание их требуют колоссальных средств. На рисунке (снизу) приведена доля использования угля для получения электроэнергии в мировом масштабе.

Масштабность золошлаковых отходов и наличие в них значительного количества различных ценных компонентов создают эффективные предпосылки для комплексной переработки угольной золы.

Мировое производство электроэнергии из различных энергетических источников

Ежегодное производство угольной золы в мире

Краткое описание проекта

Проект направлен на разработку технологии извлечения оксида кремния и редкометальных концентратов из угольной золы. В работе используются новые технологии качественной подготовки золы с применением электромагнитной и электроразрядной обработок исходного сырья. Электромагнитная обработка предназначена для тонкого измельчения золы (до 1 мкм).  Электроразрядная импульсная обработка предназначена для ослабления и/или разрыва химических связей в водном растворе золы.

Выбор электромагнитной обработки золы обусловлен тем, что по сравнению с наиболее распространенными способами подготовки золы углей (дробление и измельчение в дробильных машинах и мельницах), обладает такими основными преимуществами, как отсутствие изнашиваемых механических деталей и узлов, меньшая энергоемкость и др. Выбор электроразрядной технологии связан с тем, что здесь действующими факторами (являющимися преимуществами по сравнению с механической и химической обработкой) являются высокие и сверхвысокие импульсные давления, мощные импульсно возникающие кавитационные процессы, механические резонансные явления, мощные электромагнитные поля (десятки тысяч эрстед), многократная ионизация соединений и элементов и многие другие сильнодействующие процессы). Данные процессы могут приводить к взаимному отслаиванию друг от друга многокомпонентных твердых тел сложного фазового состава (к каким относится зола угля), с целью дальнейшего ускорения реагентной размывки пульпы с образованием солей извлекаемых металлов и другой товарной продукции в гидрометаллургии.

Кроме того, при электрогидравлическом дроблении горных пород и других материалов многие химические элементы и их соединения, входящие в состав этих пород, переходят в воду в виде растворимых соединений в количествах, достигающих 90-95 % от массового содержания их в исходном материале.

Также следует отметить, что при электрогидравлической обработке угля выделяются более 50 % содержащегося в нем германия и еще 26 элементов в виде различных их  соединений. При этом, чем беднее (как руда) будет данная горная порода, тем интенсивнее и с меньшими затратами энергии происходит выделение из нее в раствор содержащихся в ней химических элементов.

Электроразрядная обработка золы

Область применения

Полученные ценные продукты могут найти применение в различных областях промышленности. Например, многие редкие элементы, находящиеся в ЗШО, востребованы и интенсивно используются, например: иттрий – для производства новой конструкционной и высокотемпературной сверхпроводящей керамики и люминофоров; скандий – в военной технике, для изготовления галогенных ламп; литий – для производства алюминий-литиевых сплавов для авиаракетной техники; галлий – для производства лазерных диодов для волоконно-оптической связи и сверхвысокочастотного радиолокационного оборудования; бериллий – в электротехнике и электронике, в аэрокосмической технике, в автомобилестроении; германий – для производства инфракрасной техники, волоконной оптики, в фармацевтике, в металлургии

В настоящее время в ТОО «Институт химии угля и технологии»  (г. Нур-Султан) разработан и изготавлена проточная установка по электроразрядной обработке угольной золы.