Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2023(14))

Введение В настоящее время угольные электростанции обеспечивают 37 % электроэнергии в мире; согласно данным Международного энергетического агентства уголь сохранит позицию крупнейшего источника мировой электроэнергии, производя не менее 22 % вплоть до 2040 г. [1]. В процессе сжигания угля на предприятиях тепловой энергетики ежегодно образуется около 750 млн т летучих зол [2], для которых общий мировой уровень утилизации не превышает 25 % [3]. В зависимости от типа и условий сжигания угля в золе содержится до 40 % дисперсных частиц размером < 10 мкм [4], относящихся к антропогенным загрязнителям атмосферы - - взвешенным веществам РМ 10 , включая особо опасные частицы-аэрозоли РМ 2 , 5 . Значительное сокращение объемов зольных отходов и экологически опасных дисперсных частиц становится возможным за счет вовлечения в переработку микросфер размером < 10 мкм, которые потенциально пригодны для получения материалов с улучшенными свойствами, в том числе керамических материалов различного назначения [5, 6]. Размер частиц исходного сырья является ключевой технологической переменной в керамическом производстве, определяя, наряду с составом, микроструктуру и свойства образующихся материалов. Получение материалов с добавленной стоимостью только из зольных отходов, исключая энергоемкую стадию размола исходного сырья, представляет особый интерес как с экономической, так и с экологической точки зрения [7]. В Красноярском крае, на территории которого расположен один из крупнейших в мире Канско- Ачинский угольный бассейн, взвешенные вещества находятся среди приоритетных загрязняющих примесей региона, а предприятия топливно-энергетического комплекса входят в список основных источников их выбросов в окружающую среду [8]. Летучие золы от пылевидного сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна согласно классификации по стандарту ASTM C618 [9] относятся к классу С — высококальциевые: суммарное содержание SiO 2 , AhO3 и Fe2O3 составляет 50 -70 %, CaO — от 8 до 30 %. Система CaO - AhO3 - SiO 2 обладает широким потенциалом для синтеза керамических материалов [10], а золы класса С, благодаря принадлежности по составу к этой системе, могут быть использованы в качестве сырья для многотоннажного производства керамических строительных материалов: облегченного кирпича [11], керамической плитки [12, 13] и стеновых изделий [14]. Цель данной работы — выделение из летучей золы от сжигания бурых углей фракций дисперсных микросфер РМ 10 , получение на их основе керамических материалов и определение их характеристик. Р е зу л ь т а ты В качестве сырья для выделения фракций дисперсных микросфер использовали золу -унос от пылевидного сжигания бурого угля марки Б2 Ирша-Бородинского разреза Канско-Ачинского угольного бассейна, которую отбирали из 4-го поля электрофильтра в системе золоулавливания Красноярской ТЭЦ-2. Выделение однородных фракций дисперсных микросфер с воспроизводимыми физико-химическими характеристиками и узким распределением глобул по размеру осуществлялось с использованием метода аэродинамического разделения, реализованного на центробежном лабораторном классификаторе 50 АТР (Hosokawa ALPINE, Германия). Технологическая схема разделения включала две последовательных стадии аэродинамической классификации (рис. 1): на I стадии вся зола была разделена на 9 фракций со средним диаметром частиц от 1 до 36 мкм; на II стадии 5 фракций подвергались дополнительному разделению, которое позволило уменьшить в их составе количество мелких глобул на 8-11 %. В результате комбинации различных режимов аэродинамического разделения скорость воздушного потока классификатора варьировалась в интервале от 40 до 50 м3/ч, частота вращения ротора — от 4 000 до 21 950 мин-1, скорость вращения шнекового дозатора — от 10 до 22 мин-1, масса партий золы - - от 1 до 2 кг, были выделены фракции дисперсных микросфер со средним диаметром от 1 до 10 мкм, относящиеся к экологически опасным взвешенным частицам РМ 10 . Значение dср указано цифрой в маркировке полученных фракций (рис. 1). Подробно схема аэродинамического разделения летучей золы от сжигания бурого угля с обоснованием определенных режимов лабораторного классификатора, обеспечивающих получение целевых фракций требуемых размеров, рассмотрена в работе [15]. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 213-219. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 213-219. © Фоменко Е. В., Акимочкина Г. В., Гареева А. С., Аншиц А. Г., 2023 214