Ученые из России сделали угольные ТЭС более экологичными и выгодными
Российские металлурги усовершенствовали созданную ими методику почти полной переработки золы, позволяющую извлечь из отработанного топлива не только алюминий и другие полезные вещества, но и удалять из золы углерод. Это удешевит производство металла и строительных материалов, пишут ученые в журнале Minerals.
«Сами по себе эти концентраты будут интересны для цветной металлургии и химической промышленности. Однако основной упор сделан на получение концентрата с минимальным количеством оксида железа и углерода. Магнетит загрязняет раствор и мешает выделению из него алюминия, а углерод ухудшает механические свойства цемента», — объясняет Дмитрий Валеев из Института металлургии и материаловедения РАН в Москве.
Каменный и бурый уголь представляют собой спрессованные останки растений, упавших на дно мелководных морей в далеком прошлом и «варившихся» внутри недр Земли на протяжении многих десятков миллионов лет. Человечество знает о существовании этого материала еще со времен античности, однако он начал добываться и использоваться в промышленных масштабах только со времен промышленной революции.
Сегодня на долю угольных электростанций приходится примерно четверть энергии, вырабатываемой в мире. Большинство развитых стран давно пытается перейти на более чистые источники энергии и максимально ограничить использование угля.
Анализ образцов пепла с угольных электростанций в США показал, что эти отбросы являются радиоактивными и содержат в себе неожиданно много радионуклидов, что делает их крайне опасными при попадании в окружающую среду.
Это связано с тем, что сжигании угля выделяется не только углекислота, но и множество вредных веществ, в том числе сернистый газ. Вдобавок, от 10% до 40% угля не сгорает, а превращается в золу – смесь из двуокиси кремния, оксидов алюминия, железа и кальция. Она содержит большое количество свинца, других токсичных металлов и даже уран, торий и иные радиоактивные элементы.
Подобные свойства золы, как отмечают Валеев и его коллеги, делают ее хранение и транспортировку крайне опасным, трудозатратным и тяжелым занятием. Часть ядовитых и радиоактивных веществ неизбежно просачивается в воду или попадает в атмосферу, что наносит дополнительный ущерб здоровью людей и состоянию окружающей среды.
Год назад российские металлурги выяснили, как можно сделать переработку золы не только более экологичным, но и выгодным процессом, изучив структуру и состав одиночных песчинок этого материала и разработав методику, позволяющую извлечь из нее почти весь алюминий и кремний.
Получив подобный результат, ученые задумались, как можно разделить относительно «полезную» часть этого концентрата, из которой можно извлечь цветные металлы и ценные реактивы, от относительно бесполезного углерода и окиси железа. Некоторого прогресса в этом направлении они достигли еще в ходе прошлых опытов, однако далеко не все железо и углерод были извлечены из частично переработанного пепла.
Фактически весь углерод и значительную часть частиц магнетита, как показала новая серия опытов Валеева и его коллег, можно извлечь из пепла, если предварительно вымочить его в дешевом дизельном топливе Подобный подход позволяет заметно сократить расходы электроэнергии и реагентов на магнитное «вылавливание» железа и извлечение углерода.
Работу этой методики ученые проверили, используя отходы с одной из угольных ТЭС в Омске, использующей в своей работе не самый качественный уголь. Как надеются отечественные металлурги, их методика сделает работу подобных электростанций более экологически чистой, но и выгодной.
Исследование поддержано в рамках Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).
