Ученые переработали золу угольных электростанций в реагенты для очистки воды
Российские металлурги предложили растворять зольные отходы ТЭС соляной кислотой при высоком давлении. Получившиеся в результате такой реакции соединения можно использовать для очистки воды на водоканалах и самих ТЭС. Метод уже показал эффективное осаждение примесей в воде из Москвы-реки. Описание технологии опубликовано учеными из НИТУ "МИСиС" и ряда других российских и зарубежных организаций в ведущем международном журнале Journal of Cleaner Production. Исследование поддержано грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).
Хотя доля угольной генерации в России начиная с 90-х годов прошлого века постепенно снижается, она еще составляет большую часть всей нашей энергетики. Так, в 2019 году на отечественных ТЭС было выработано более 60% от всей произведенной электроэнергии в стране. Кроме того, текущие объемы угольной энергетики не будут снижаться, чтобы не допустить зависимости российской экономики от газа. Тем не менее, эта область — одна из наименее экологичных. Угольные ТЭС ежегодно выпускают в виде отходов 20-25 миллионов тонн золошлаков. В России их захоронено уже более 1,5 миллиардов тонн, а шламополя занимают территорию больше, чем площадь Израиля.
Ученые ищут способы утилизации и рециклинга отходов ТЭС, делая акцент на извлечение цветных металлов, например, алюминия — одного из основных компонентов золы. Это помогло бы увеличить экологичность ТЭС: так можно избавиться от уже накопленных твердых отходов и предотвратить образование новых. В своей работе ученые предложили принципиально новый метод переработки золы, благодаря которому из отходов получаются реагенты для очистки воды.
Авторы обработали золу перегретой соляной кислотой, температура которой была значительно выше температуры ее кипения — этого можно добиться при помощи автоклава. В результате реакции образуется хлорид алюминия. Исследователи подобрали особые условия, при которых более 95% металла переходило в раствор. В таком виде он коагулирует, то есть осаждает взвешенные частицы. На примере воды из Москвы-реки ученые показали эффективность обработки таким реагентом. После нее образцы соответствовали нормативам ВОЗ для питьевой воды: в них отсутствовали ионы тяжелых металлов, а показатели мутности и цветности оказались на приемлемом уровне.
"Чтобы повысить степень утилизации золы с нынешних 8% до запланированных к 2035 году 50%, необходимо научиться эффективно извлекать из отходов цветные металлы и соединения на их основе. Основной акцент мы сделали на выделении алюминия и производстве из него реагента для очистки воды. Так мы не только избавляемся от зольных отходов, но и на 25% уменьшаем стоимость коагулянта по сравнению с промышленными аналогами", — поясняет Дмитрий Валеев, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат технических наук, научный сотрудник НИТУ "МИСиС", старший научный сотрудник Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН.
Ученые планируют участвовать в разработке пилотной установки по производству коагулянта для нужд одной из крупнейших теплогенерирующих компаний Сибири ТГК-11 в Омске. Ранее эта же исследовательская группа предложила расширить российский рынок глинозема за счет зольных отходов, а также выделять из золы железный и углеродный концентрат.