Техногенные месторождения

курс лекций

3.1 ТМ топливно-энергетического комплекса

Одной из важных проблем исследования шлакозольных отвалов теплоэлектростанций (ТЭС) является изучение их состава и количества микропримесей, возможно, представляющих ценность как сырьё для извлечения этих микропримесей.

Рассмотрим результаты исследований минерального состава и элементов примесей для зол Рефтинской ГРЭС, работающей с 1970 г и обеспечивающей тепловой и электрической энергией значительную часть Свердловской области. Золы транспортируются по системе гидрозолоудаления и складируются в золоотвал, который занимает площадь 1500 га и содержит 120 млн.т золы при ежегодном складировании золошлаковых отходов около 3,1 млн.т.

Золоотвал Рефтинской ГРЭС вытянут с севера на юг. Его длина более 1000 м, ширина от 100 до 300 м и высота 10-15 м. Опробование поверхности отвала показало, что он имеет неоднородное строение, определяющееся чередованием зол различных по гранулометрическому составу (см. таблицу 1).

Таблица 1.

Гранулометрический состав (%) зол Рефтинской ГРЭС.

Тип золы

Размеры зёрен, мм

> 0,63

0,2 - 0,63

<0,2

Тонкозернистые золы с обломками шлака

22,8

28,4

48,8

Тонкозернистые золы

1,4

7,6

91

Пылеватые золы

0,4

1,7

97,9

Выделенные разновидности золы отражают её гранулометрическую сортировку при гидровыносе.

Тонкозернистые золы с обломками шлака распространены в северной части отвала. Тонкозернистые золы составляют основную массу тела золоотвала. Пылеватые золы распространены в виде субширотных полос шириной от 10 до 50 м по всей территории отвала.

Содержания микроэлементов в исходном угле и в золе в целом представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Среднее содержание и коэффициент концентрации (КК) микроэлементов в сжигаемых углях и золах Рефтинской ГРЭС.

Содержание микроэлементов, n10-3%/KK

Cu

Zn

Pb

Be

Cr

Co

Ba

Ti

V

Mn

Sc

P

Zr

Уголь

0,3

0,6

0,5

0,2

0,3

3

42

40

1,3

44

0,7

44

10,2

Золы в целом

1,4 4,67

2,083,47

1,382,76

0,2 1

0,1 0,33

2,9 0,97

20 0,48

800 20

2 1,54

70,11,59

1 1,43

1002,27

20 1,96

Из таблицы следует, что концентрация в золах большинства элементов возрастает (КК>1), для некоторых весьма значительно (ККTi=20, ККCu=4,67, ККZn=3,47, ККPb=2,76) и только для трёх элементов уменьшается (ККCr=0,33, ККCo=0,97, ККBa=0,48).

Наблюдаются определённые различия в содержании отдельных микроэлементов для указанных выше разновидностей зол. Так например, в тонкозернистых золах повышены содержания меди (ККCu=5,17) и хрома (ККCr=3,3), пылеватые золы характеризуются понижением содержания меди (ККCu=2,97) и цинка (ККZn=3,0) и повышением содержания почти всех остальных элементов (ККBe=1,55, ККBa=0,7 и др.). В золах, содержащих обломки шлаков повышены содержания хрома (ККCr=3,0) и марганца (ККMn=1,82).

Главным минералом, выявленным рентгеноструктурным анализом, является муллит {Al4[Al4(Si3Al)O19(F0,5O,OH)]} - высокотемпературная фаза с неупорядоченной структурой, а так же тридимит (SiO2) - минерал метастабильной фазы, характерный для молодых образований, в том числе для зол и шлаков.

Муллит, содержащий 71,83% Al2O3 и 28,17% SiO2 образуется при термическом перерождении ряда глинистых минералов (каолинит - Al4[Si4O10][OH]8, галлуазит, пирофиллит и др.), мусковита, гидрослюды и других природных алюмосиликатов. По экономическому значению и объёмам производства муллит входит в число важнейших искусственных минералов.

Содержание глинозёма (Al2O3) в золах сопоставимо с его содержанием в бокситах (С45%), поэтому золы Рефтинской ГРЭС могут служить сырьём для производства алюминия. Попутно с глинозёмом возможно извлечение фосфора.

Среди элементов примесей особое внимание привлекают редкие элементы Sc, Zr, Ti и B. Необходимы дальнейшие исследования с целью их количественной оценки.

Складирование золошлаковых отходов сопряжено с широкомасштабным их воздействием на окружающую среду (ОС), выражающееся в отчуждении земель и загрязнении атмосферы, подземных и поверхностных вод. Однако, проблема использования шлакозольных отвалов до настоящего времени не решена. Ежегодно утилизируется в основном в производстве стройматериалов менее 1% от образующегося за тот же период времени количества золы.

О воздействии золоотвалов на ОС можно судить по результатам обследования золоотвалов АО «Свердловэнерго», входящего в состав РАО «ЕЭС».

Воздействие на водные ресурсы.

На всех электростанциях АО «Свердловэнерго» организовано оборотное водоснабжение. Однако, несмотря на наличие замкнутого цикла водоснабжения, в действительности существует сброс загрязнённых вод с золоотвалов в поверхностные и подземные водные системы. Основной причиной сброса являются фильтрационные потери оборотной воды из гидрозолоотвалов через ограждающие дамбы и их основания.

Химический состав оборотной воды электростанций АО «Свердловаэнерго» характеризует таблица 3.

Таблица 3

Химический состав оборотной воды электростанций АО «Свердловэнерго».

Элемент

Содержание, мг/л*

ПДК элементов в воде водоёмов различного назначения

Кратность превышения ПДК**

Хозяйственно бытового назначения, мг/л

Рыбохозяйственного пользования, мг/л

Al

0,61 - 2,73

0,5

-

-

V

0,0046 - 0,23

-

0,001

4,6 - 230

Fe

0,14 -0,39

0,3

0,1

1,4 - 3,9

Si

6,1 - 16,4

10,0

-

-

Mn

0,024 - 0,087

-

0,01

2,4 - 8,7

Cu

0,002 - 0,014

1,0

0,001 медь-ион

2 - 14

Mo

0,0009 - 0,067

0,25

0,0004 по Мо +6

2,3 - 170

As

0,2 - 0,9

-

0,05

4 - 18

Ni

0,0049 - 0,031

0,1

0,01 по иону

0 - 3,1

Ti

0,042 - 0,28

0,1

-

-

F

0,2 - 10

0,7

0,05

4 - 200

Cr

0,0026 - 0,051

0,5

0,005

0 - 10,2

* Изменение содержания каждого из элементов обусловлено сжиганием углей разных типов и зольности (Экибастузский - до 43%, Волчанский - 20-37%, Буланашский - 20-37%, Кузнецкий - до 22%).

**Использованы значения рыбохозяйственных ПДК.

Из таблицы 3 следует, что в оборотных водах всех золоотвалов имеет место превышение ПДК для всех элементов, а для V, Мо и F - до 170-230 раз. Объём сброса оборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6 млн3/год в поверхностные водоёмы (реки, ручьи) и более 50 млн3/год в горизонты подземных вод посредством фильтрации через основания дамб.

Воздействие на земельные ресурсы.

Площади, занимаемые каждым золоотвалом, измеряются сотнями гектаров, составляя в целом для АО «Свердловэнерго» не менее 3100 га, а с учётом площади санитарно-защитных зон (около 1700 га) из землепользования исключается 4800 га только для одной Свердловской области.

Воздействие на атмосферу.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются пылящие поверхности золоотвалов. Их негативное воздействие заключается в загрязнении воздушного бассейна неорганической пылью в результате ветровой эрозии сухой части поверхности отвалов. Результаты расчётов показали, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго» площадь пылящих поверхностей составляет около 600 га, т.е. около 20% общей площади золоотвалов, а суммарный объём пылевыделения превышает 1700 т/год.

Риск экологических последствий аварийных ситуаций.

Экологический риск, т.е. вероятность возникновения неблагоприятных для ОС и человека последствий складирования золошлаковых отходов на золоотвалах обуславливается возможностью прорыва ограждающих дамб, что в действительности хотя и не часто, но имеет место.

Таким образом, в свете рассмотренного воздействия золоотвалов на ОС, совершенно очевидна необходимость проведения исследований по утилизации техногенных отходов, накапливающихся в золоотвалах топливно-энергетического комплекса России. В решении этой проблемы заинтересован и топливно-энергетический комплекс, выплачивающий многие сотни миллионов рублей в год за загрязнение ОС, складирование отходов, изъятия земель.

Делись добром ;)