способ переработки золы и/или шлака котельных и теплоэлектростанций

Формула изобретения

Способ переработки золы и/или шлака котельных и теплоэлектростанций, включающий флотацию и удаление легких и тяжелых частиц из водной суспензии золы и/или шлака, отличающийся тем, что переработку производят комплексно в одном реакторе с получением ряда полезных продуктов в определенной последовательности, а именно, в реактор загружают золу-унос ТЭС и/или размолотый котельный шлак, заливают их водой и размешивают, получая водную суспензию и при необходимости добавляя в воду поверхностно активные и изменяющие плотность воды вещества для регулирования долей легкой и тяжелой фракций, после чего удаляют из реактора всплывшие легкие частицы, затем в реактор вводят гидроксид натрия, в результате чего получают жидкое техническое стекло, которое выпускают из реактора, а оставшееся содержимое промывают водой, получая слабощелочной раствор, также выпускаемый из реактора, затем постадийно обрабатывают остаток реагентами при повышенных до 100°С температурах, растворяя соединения металлов и получая электролиты, выпускаемые из реактора, причем при каждой вышеописанной операции золу и/или шлак перемешивают с добавляемыми реагентами, а в последнюю очередь выгружают из реактора нерастворенный остаток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки твердых промышленных отходов, в частности золы и/или шлака котельных и теплоэлектростанций (ТЭС), и может быть использовано в промышленности строительных материалов и в гидроэлектрометаллургии.

При сжигании углей в топках котлов образуются золы и шлаки, которые считаются отходами и обычно транспортируются в золоотвалы. Часть этих отходов используется для изготовления строительных камней и в качестве заполнителей бетонов и растворов. Тем не менее, химический состав зол и шлаков показывает, что в них входят элементы и вещества, которые могут составить полезные побочные продукты. Например, зола-унос ТЭС, работающих на углях Кузнецкого угольного бассейна, имеет следующий химический состав, %: SiO₂ - 40...58; Al ₂O₃ - 21...27; Fe ₂O₃ - 4...17; CaO - 4...6; Na ₂O - 0,4...1,4; К₂O - 0,4...4,7. Помимо этого в состав зол входят SO₂, MgO, TiO₂ и другие.

Известен способ получения из летучей золы тепловых электростанций микросфер, используемых в качестве наполнителей строительных материалов и легких цементов, композиционных материалов и другого (Патент РФ 2257267 С2, В03В 7/00, С04В 18/10), включающий в себя гидросепарацию водной суспензии золы, съем всплывших микросфер в золоотвальном водоеме, их обезвоживание и сушку.

Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению является способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций (Заявка №2000116204, кл. В03В 9/04), включающий разделение смесей в сосуде на легкую и тяжелую фракции, вывод легкой фракции и выделение полых стеклянных микросфер из легкой фракции.

К недостатку известных изобретений относится невозможность этими способами выполнить более полную переработку золы и/или шлака.

Задачей изобретения является более полная переработка золы и/или шлака ТЭС и котельных с получением дополнительных полезных продуктов.

Техническая задача решается путем выполнения ряда процессов в определенной последовательности, комплексно, причем в одном реакторе.

Для выполнения этой задачи в реактор загружают золу-унос ТЭС и/или размолотый котельный шлак, заливают их водой, а при необходимости добавляют поверхностно-активные и изменяющие плотность воды вещества для регулирования долей легкой и тяжелой фракций, перемешивают содержимое реактора, получая водную смесь. В качестве веществ, увеличивающих плотность воды, применяют хлориды щелочных и щелочноземельных металлов (например, хлорид натрия), а для снижения плотности воды используют метанол. В результате этой операции происходит разделение смеси на легкую и тяжелую фракции. Верхний слой суспензии с легкой фракцией выпускают из реактора. Этот продукт служит для получения микросфер.

Затем в реактор вводят гидроксид натрия и, перемешивая его с содержимым реактора, получают жидкое техническое стекло как второй продукт переработки золы-уноса и/или шлака.

Оставшееся содержимое промывают водой, а получаемый в результате промывки слабощелочной раствор является третьим полезным продуктом переработки золы-уноса и/или шлака.

Остаток в реакторе обрабатывают реагентами постадийно и при повышенных до 100°С температурах с целью растворения соединений металлов и получения электролитов - четвертого продукта - исходного сырья для извлечения металлов.

Нерастворенный остаток выгружают из реактора. Он является пятым полезным продуктом переработки, который используют для изготовления строительных и других материалов.

Предлагаемое изобретение направлено на более полную (безотходную) переработку золошлаковых отходов ТЭС и котельных с получением полезных продуктов, могущих служить товаром и приносящих экономический эффект в том или ином виде. При этом создаются условия для исключения золоотвалов, что способствует улучшению экологической обстановки и сокращению расходов на содержание золоотвалов.

Способ переработки золы и/или шлака котельных и ТЭС иллюстрируется схемой, на которой изображены:

1 - реактор; 2 - миксер; 3 - зола и/или шлак; 4 - слой легких частиц; 5 - слив для суспензии с легкими частицами; 6 - слив для удаления жидкого технического стекла; 7 - слив для выпуска слабощелочного раствора и электролитов; 8 - нагреватели; 9 - отверстие для выгрузки нерастворенного твердого остатка.

В реактор 1 загружают золу-унос ТЭС и/или размолотый котельный шлак, заливают их водой и размешивают миксером 2, получая водную суспензию. При необходимости в воду добавляют поверхностно-активные и изменяющие плотность воды вещества или для регулирования долей легкой и тяжелой фракций. По окончании перемешивания позволяют произойти расслоению суспензии, при котором тяжелые частицы 3 оседают на дно реактора, а легкие 4 всплывают на поверхность.

Водную суспензию 4, содержащую легкие частицы, в том числе и микросферы, выпускают из реактора через слив 5. Она является первым продуктом, извлеченным из золы-уноса и/или шлака и являющимся исходным материалом для получения микросфер.

В оставшуюся воду с золой и/или шлаком вводят гидроксид натрия, который реагирует с кремнеземом и глиноземом, в результате чего получается жидкое техническое стекло. Для интенсификации процесса производят перемешивание и нагревание. Жидкое техническое стекло - второй продукт, полученный в том же реакторе. Его выпускают через слив 6. Оно является готовым вяжущим веществом для изготовления огнеупорных и теплоизоляционных материалов, причем с повышенными огнеупорными свойствами.

Оставшееся в реакторе содержимое промывают водой с получением и выпуском через слив 7 третьего продукта - слабощелочного раствора, который повторно используют для получения жидкого технического стекла, для умягчения жесткой воды и других процессов.

Промытый осадок обрабатывают постадийно реагентами при повышенной до 100°С температуре, достигаемой с помощью нагревателей 8, с целью переведения соединений металлов в электролит, который выпускают тоже через слив 7. Электролит является четвертым продуктом и исходным сырьем для процессов получения железного, свинцового, цинкового, титанового и других порошков способами гидроэлектрометаллургии.

В качестве примера показано, каким образом промытый остаток обрабатывают постадийно при повышенной до 100°С температуре, достигаемой с помощью нагревателей 8, кислотами для проведения кислого выщелачивания.

На первой стадии добавляют концентрированную соляную кислоту, в которой растворяются основные оксиды Na ₂O, К₂О, CaO, MgO, карбонатные включения, не провзаимодействовавший со щелочью Al₂ О₃ и оксиды железа Fe₃ O₄ и Fe₂O ₃. Массовое соотношение соляной кислоты и остатка составляет примерно 2:1.

После слива хлоридного электролита остаток обрабатывают концентрированной серной кислотой. Массовое соотношение серной кислоты и остатка составляет примерно 0,6:1. В концентрированной серной кислоте при нагревании достигается более глубокое растворение всех минералов, в том числе содержащих редкие и редкоземельные элементы.

Если сырье содержит значительное количество соединений свинца и бария, то для их растворения с целью последующего извлечения металлов остаток выщелачивают концентрированной (>60%) азотной кислотой, которую добавляют к твердому остатку после сернокислотного выщелачивания в массовом соотношении 0,4:1.

Длительность каждой стадии составляет в среднем 10-12 ч и определяется желаемой степенью извлечения необходимых элементов из сырья.

Последним, пятым продуктом комплексной переработки золы и/или шлака в одном реакторе является не растворенный в щелочи и кислотах твердый остаток, выгружаемый из реактора через нижнее отверстие 9. Он является сырьем для изготовления строительных камней, бетонов и растворов.