Гидрометаллургическая переработка золошлаковых отходов

Цель  –  оценка  возможности  гидрометаллургической  переработки  золошлаковых  отходов  с  целью извлечения из них редких и редкоземельных элементов. В качестве объекта исследований были приняты золошлаковые отходы Читинской ТЭЦ-2. Для определения химического элементного состава продуктов сжигания угля использовалась атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. С целью предварительной концентрации редких и редкоземельных элементов проводилась электромагнитная сепарация на магнитных сепараторах золошлаковых отходов класса крупности -0,5+0,3 мм, -0,3+0,1 мм. Для выщелачивания редких и редкоземельных элементов из исследуемых образцов изучалась возможность применения в качестве выщелачивающих агентов  серной,  соляной  и  азотной  кислот,  а  также  царской  водки,  при  одновременном  использовании  ультразвукового воздействия. Установлено, что электромагнитная сепарация золошлаковых отходов классов крупности -0,5+0,3 мм и -0,3+0,1 мм позволяет в существенной степени концентрировать редкие и редкоземельные элементы в магнитной фракции: титан (до 25%), циркон (до 33%), иттрий (до 50%), лантан (до 150%), церий (до 5%). Определено, что с ростом продолжительности ультразвуковой обработки при выщелачивании металлов из золошлаковых отходов серной кислотой наблюдается равномерное увеличение содержания галлия в 7,25 раза (с 0,008 до 0,058 г/дм3); при разложении царской водкой также наблюдается концентрирование этого же элемента в 3 раза (с 0,008 до 0,024 г/см3), причем ультразвуковая обработка позволяет добиться незначительного увеличения концентрации; при выщелачивании серной кислотой (продолжительность ультразвукового воздействия 5 минут) наблюдается повышение содержания рубидия в 4 раза (с 0,108 до 0,457 мг/дм3). Таким образом, наиболее эффективным для извлечения редких и редкоземельных элементов из золошлаковых отходов Читинской ТЭЦ-2 является кислотное выщелачивание в комбинации с электромагнитной сепарацией и ультразвуковой активацией пульпы.

1. Мязин В.П. Методы сепарации зольных уносов сжигания углей Восточного Забайкалья для извлечения из них редких элементов // Химия твердого топлива. 2006. № 1. С. 75–80.

2. Золотова И.Ю. Бенчмаркинг зарубежного опыта утилизации продуктов сжигания твердого топлива угольных ТЭС // Инновации и инвестиции. 2020. № 7. С. 123–128.

3. Heidrich C., Feuerborn H.-J., Weir A. Coal combustion products: a global perspective // VGB Powertech. 2013. Iss. 12. Р. 46–52.

4. Sharma V., Akhai S. Trends in utilization of coal fly ash in India: a review // Journal of Engineering Design and Analysis. 2019. Vol. 2. Iss. 1. Р. 12–16.

5. Шаванов Н.Д., Коновалова Н.А., Панков П.П., Руш Е.А. Изучение состава и свойств золошлаковых смесей с целью их утилизации в строительной индустрии // Актуальные проблемы техносферной безопасности: сб. тез. науч. трудов IV Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, молодых учёных, преподавателей (г. Ульяновск, 20–25 мая 2022 г.). Ульяновск: УлГТУ, 2022. С. 134–137.

6. Бесполитов Д.В., Коновалова Н.А., Дабижа О.Н., Панков П.П., Руш Е.А. Влияние механоактивации золы уноса на прочность грунтобетонов на основе отходов производства // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 11. С. 36–41. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2021-11-36-41.

7. Márquez A.J.C., Filho P.C.C., Rutkowski E.W., Isaac R.L. Landfill mining as a strategic tool towards global sustainable development // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 226. Р. 1102–1115. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.057.

8. Chang Huimin, Tan Haobo, Zhao Yan, Wang Ying, Wang Xuemei, Li Yanxia, et al. Statistical correlations on the emissions of volatile odorous compounds from the transfer stage of municipal solid waste // Waste Management. 2019. Vol. 87. P. 701–708. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.03.014.

9. Sözer H., Sözen H. Waste capacity and its environmental impact of a residential district during its life cycle // Energy Reports. 2020. Vol. 6. P. 286–296. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.01.008.

10. Енджиевская И.Г., Василовская Н.Г., Дубровская О.Г., Баранова Г.П., Чудаева А.А. Влияние механоактивации на стабилизацию свойств золы-уноса // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2018. Т. 11. № 7. С. 842–855.

11. Fan Jianguo, Wang Dongyuan, Qian Duo. Soil-cement mixture properties and design considerations for reinforced excavation // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 10. Iss. 4. P. 791–797. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.03.004.

12. Matinde E., Simate G.S., Ndlovu S. Mining and metallurgical wastes: a review of recycling and re-use practices // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2018. Vol. 118. Iss. 8. Р. 825–844. https://doi.org/10.17159/2411-9717/2018/v118n8a5.

13. Konovalova N.A., Pankov P.P., Petukhov V., Fediuk R., Amran M., Vatin N.I. Structural formation of soil concretes based on loam and fly ash, modified with a stabilizing polymer additive // Materials. 2022. Vol. 15. Iss. 14. Р. 4893. https://doi.org/10.3390/ma15144893.

14. Semenov P.A., Uzunian A.V., Davidenko A.M., Derevschikov A.A., Goncharenko Y.M., Kachanov V.A., et al. First study of radiation hardness of lead tungstate crystals at low temperatures // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2007. Vol. 582. Iss. 2. Р. 575–580. https://doi.org/10.1016/j.nima.2007.08.178.

15. Sharonova O.M., Yumashev V.V., Solovyov. L.A., Anshits A.G. The fine high-calcium fly ash as the basis of composite cementing material // Magazine of Civil Engineering. 2019. Iss. 7. Р. 60–72. https://doi.org/10.18720/MCE.91.6.

16. Fulekar M.H., Dave J.M. Disposal of fly ash–an environmental problem // International Journal of Environmental Studies. 1986. Vol. 26. Iss. 3. P. 191–215. https://doi.org/10.1080/00207238608710257.

17. Satpathy H.P., Patel S.K., Nayak A.N. Development of sustainable lightweight concrete using fly ash cenosphere and sintered fly ash aggregate // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 202. Р. 636–655. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.034.

18. Власова В., Артемова О., Фомина Е. Определение направлений эффективного использования отходов ТЭС // Экология и промышленность России. 2017. Т. 21. № 11. С. 36–41. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2017-11-36-41.

19. Худякова Л.И., Залуцкий А.В., Палеев П.Л. Использование золошлаковых отходов тепловых электростанций // XXI век. Техносферная безопасность. 2019. № 4. С. 375–391. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-3-375-391.

20. Мязин В.П., Мязина В.И., Размахнин К.К., Шумилова Л.В. Исследования техногенных образований ТЭК Забайкалья как сложных геосистем и нетрадиционных источников минерального сырья // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов: матер. междунар. науч.-практ. конф. (г. Чита, 23–27 ноября 2017 г.). Чита: ЗабГУ, 2017. Т. 1. С. 152–159.

21. Ling Yifeng., Wang Keijin, Li Wengui, Shi Guyu, Lu Ping. Effect of slag on the mechanical properties and bond strength of fly ash-based engineered geopolymer composites // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 164. Р. 747–757. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.01.092.

22. Krechetov Р., Chernitsova О., Sharapova A., Terskaya E. Technogenic geochemical evolution of chernozems in the sulfur coal mining areas // Journal of Soils and Sediments. 2019. Vol. 19. Р. 3139–3154. https://doi.org/10.1007/s11368-018-2010-7.

23. Barabanshchikov Yu., Fedorenko I., Kostyrya S. Usanova K. Cold-bonded fly ash lightweight aggregate concretes with low thermal transmittance: review // International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies / eds. V. Murgul, M. Pasetti. Cham: Springer, 2019. Vol. 983. Р. 858–866. https://doi.org/10.1007/978-3-030-19868-8_84.

24. Арбузов С.И., Ершов В.В., Поцелуев А.А., Рихванов Л.П. Редкие элементы в углях Кузнецкого бассейна. Кемерово: ТПУ, 1999. 248 с.