Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

РАЗРАБОТКИ И УСЛУГИ

 Федеральный исследовательский центр  «Красноярский научный центр  Сибирского отделения Российской академии наук»

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

РАЗРАБОТКИ И УСЛУГИ

Уникальная экологически чистая технология комплексной переработки золошлаковых отходов

Уникальная технология получения кальций-алюмосиликатных материалов из техногенного сырья: золошлаковых отходов от сжигания углей; металлургических и мартеновских шлаков; шлаков ферросплавных заводов; отходов добычи и переработки горнорудного сырья. Получение в результате переработки пеносиликата и материалов на его основе. Дополнительная продукция - волокнистые высокотемпературные материалы, ферросплавы, оксид алюминия. При масштабном внедрении технология позволяет резко улучшить экологическую обстановку в промышленных регионах и значительно сократить площади складирования техногенных отходов.
Подразделение
СКТБ "Наука" ФИЦ КНЦ СО РАН
Стадия проекта
Технологическая готовность
Тематический кластер
Промышленность

Специалисты

Павлов Вячеслав Фролович

Павлов Вячеслав Фролович

заведующий лабораторией, д.х.н.

СКТБ "Наука" ФИЦ КНЦ СО РАН

sktb@ksc.krasn.ru

+7 (391)249-42-36

Шабанов Василий Филлипович

Шабанов Василий Филлипович

Ученый советник, академик РАН

СКТБ "Наука" ФИЦ КНЦ СО РАН

shabanov@ksc.krasn.ru

+7 (391) 290-50-39

Краткое описание

Развитие технологий в материалоемких отраслях (теплоэнергетики, металлургии, добычи и переработки горнорудного сырья) показывает, что в силу их ведомственной принадлежности сырье перерабатывается только с учетом необходимой потребности отрасли в конкретной продукции. Рост производства в этих отраслях, несовершенство технологических процессов приводит как к истощению минеральных и энергетических ресурсов, так и к накоплению огромного количества техногенных продуктов и обострению экологической обстановки. В настоящее время накоплено более одного миллиарда тонн энергетических зол бурых углей, не считая отходов черной металлургии и горнодобывающей промышленности. В России уровень утилизации золошлаковых отходов не превышает 5%. Это связано с высоким содержанием свободного оксида кальция, неоднородностью фракционного состава. Современные способы минимизации влияния свободного оксида кальция (автоклавная обработка, механоактивация) требуют привлечения оборудования высокого давления и значительных энергетических затрат.
Другим ограничением широкого использования техногенного сырья (ТС), основные компоненты которого CaO, SiO2, А12О3, MgO, Fe2O3, является его переменный химический и фазовый состав, а также наличие примесей переходных металлов: соединений железа, марганца, хрома. Материалы, полученные из такого неоднородного, железосодержащего сырья, в процессе эксплуатации, например, при нагревании, претерпевают структурные изменения, связанные с фазовыми переходами, в частности, соединений железа, что приводит к изменению механических и деформационных свойств материалов: разрушению и усадочным явлениям. Таким образом, при переработке ТС исключается возможность получения высоких эксплуатационных свойств (механических, диэлектрических, оптических, термических) товарной продукции в сравнении со свойствами материалов, полученных из чистых окислов.
Требования к чистоте применяемых компонентов сырья при получении таких высокотехнологичных материалов, как:
   - оптически прозрачные ситаллы с низким значением ТКЛР;
   - термостойкая керамика, пенокерамика и волокнистые высокотемпературные материалы;
   - материалы с заданной кристаллографической структурой - очень высоки.
В производстве их используются либо чистые окислы, либо обогащенное сырьё. Актуальной является проблема получения аналогичных кальцийалюмосиликатных материалов из техногенного сырья.
В этих условиях разработка новых безотходных технологий, обеспечивающих высокую степень извлечения всех ценных компонентов в товарную продукцию, стабилизацию состава и полное использование силикатной части отходов, в том числе, для получения высокотехнологичной продукции, приобретает первостепенное значение.
Единой методической основой технологии являются:
   - глубокое восстановительное плавление сырья с разделением расплава на металлическую и силикатную части;
   - специальная подготовка последней для образования нового продукта стабильного состава (пеносиликата);
   - использование энергии фазового перехода «аморфное состояние — кристаллическое» пеносиликата для получения материалов с заданными свойствами.
В качестве опытных объектов использовались золошлаковые отходы от сжигания углей Канско-Ачинского, Экибастузского, Кузнецкого бассейнов; металлургические и мартеновские шлаки; шлаки ферросплавных заводов; отходы добычи и переработки горнорудного сырья. В результате переработки силикатной части получается новый продукт — пеносиликат и материалы на его основе, а также дополнительная продукция - волокнистые высокотемпературные материалы, ферросплавы, оксид алюминия.
Методы исследований расплавов: электровибрационный (вязкость), двухэлектродный контактный (электропроводность). Структурные особенности полученных новых материалов исследовались методами РФА, ЭПР, ИК-спектроскопии. Макроструктура исследована методами растровой электронной и оптической микроскопии. Коэффициент пропускания — методом спектрофотометрии. ТКЛР — методом дилатометрии в широкой области температур. Твердофазные взаимодействия - методом термогравиметрии в сочетании с ДТА. Составы исходного сырья, промежуточных и конечных продуктов — методами петрографического, минералогического, химического анализов.
В результате разработана уникальная, защищенная 15-ю патентами (РФ, США, Мексика), технология глубокого постадийного восстановительного плавления техногенных отходов, выделения металлической и стабилизации состава силикатной частей расплава. Разработан механизм и режимы процессов на разных стадиях восстановления. Определены условия образования и равномерного распределения карбидов кремния и кальция в силикатной части расплава.
При создании новых способов получения высокотехнологичных продуктов на основе пеносиликата используется явление самораспространяющейся волны кристаллизации пеносиликата за счет энергии фазового перехода «аморфное состояние — кристаллическое».
С помощью данной технологии из бросовых техногенных отходов возможно получение материалов (огнеупорной конструкционной и теплоизоляционной керамики и пенокерамики, синтетического р-волластонита) с заданными свойствами, основывающиеся на использовании фронта тепловой волны самораспространяющейся кристаллизации пеносиликата.
Разработаны способы получения на основе пеносиликата оптически прозрачных си-таллов с низким значением ТКЛР, негорючих теплоизоляционных строительных материалов.
Создан универсальный комплекс безотходной переработки ТС, не имеющий аналогов в мировой практике, прошедший опытно-промышленные испытания, способный стать модулем существующих технологических схем производств теплоэнергетики, металлургии, добычи и переработки горнорудного сырья. Разработаны новые способы получения из ТС высокотемпературных (до 1273 К) минеральных волокон, оксида алюминия, не содержащего вредных примесей железа и титана, ферросплавов.
Практическая значимость. Для большинства техногенных золошлаковых и металлургических отходов может быть создан универсальный комплекс безотходной переработки ТС, имеющий энерго-, ресурсосберегающий эффект; высокую природоохранную значимость; способный стать модулем отходообразующих производств; открывающий широкие возможности формирования новых сырьевых ресурсов (ТС) для производства товарных продуктов с заданными свойствами.
Продукция на основе пеносиликата:
    - конструкционная и теплоизоляционная керамика и пенокерамика с заданной кристаллографической структурой анортита, геленлта, р—волластонита, а—фазы (псевдоволласто-нита) и температурой использования 1373-1473 К;
    - прозрачные ситаллы с оптическими, механическими и термическими свойствами, не уступающими свойствам дорогостоящего кварца.
Дополнительная товарная продукция из ТС:
    - негорючая звуко- и теплоизоляционная засыпка в строительстве, заполнитель при изготовлении теплоизоляционных изделий и газобетона неавтоклавного твердения для стройиндустрии;
    - материал, поглощающий вредные выбросы фтористого водорода, при производстве алюминия;
    - оксид алюминия без вредных примесей железа и титана из алюминийсодержащего ТС;
    - ферросплавы — силико-марганец и ферросилиций, в зависимости от содержания марганца, железа и кремния в ТС;
Комплекс по переработке ТС успешно прошел опытно-промышленные испытания. Объем полученного в процессе испытания пеносиликата составил 30000 м3.
В соответствии с разработанным «Технологическим регламентом опытной комплексной переработки мартеновских шлаков» Новосибирским ОАО «Сибэлектротерм» выполнен проект и изготовлена промышленная электропечь РЮ-4-И2 с расчетной производительностью по сплаву железа 1285 т/год, по пеносиликату 64260 м /год для комплексной безотходной переработки шлаков металлургических производств, ТЭЦ и ГРЭС.
В соответствии с разработанным «Технологическим регламентом опытного производства пеносиликата и силикомарганца из шлаков Запорожского ферросплавного завода» ОАО «Сибэлектротерм» выполнен проект промышленной электропечи РКЗ-2,5СК—Ш с расчетной производительностью по силикомарганцу 153 т/год, по пеносиликату -17100 м3/год для комплексной переработки шлаков.
На основании разработанного способа комплексной переработки ТС Красноярским отделением ВО «ВНИПИЭТ» выполнен проект строительства комплекса золопереработки с цехом производства пеноматериала мощностью 1700 м3/сутки и цехом производства теплоизоляционных плит мощностью 530 м'/сутки.
Данная технология новых способов переработки ТС позволяет не только обеспечить эффективное и экономически выгодное использование минеральных ресурсов с получением востребованной продукции, конкурентоспособной на мировом рынке, но и снизить энергоемкость, повысить производительность труда, вовлечь в переработку ТС, а также существенно улучшить экологическую обстановку в промышленных регионах.

Области практического применения

Экология
Химическая промышленность
Металлургия


Видео




Поделиться:


Наверх