Главная – Журналы – Поиск по журналам

Проблема переработки и утилизации золошлаковых отходов объектов теплоэнергетики не решена как в целом по России, так и в Кузбассе. В настоящей работе исследованы золошлаковые (шлак, зола-унос Кемеровской ГРЭС, Беловской ГРЭС и Кемеровской ТЭЦ) и родственные отходы (кек и порода обогатительной фабрики) предприятий топливно-энергетического комплекса Кузбасса физико-химическими методами для оценки оптимальных путей их переработки. Методом рентгенофазового анализа показано наличие кварца во всех исследуемых образцах, в породах и кеке - углеродоподобных фаз, в шлаках и подавляющем числе зол-уноса - стекловидных фаз. Проведен анализ материалов методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой при автоклавном вскрытии пробы смесью азотной и соляной кислот, для пород и кека выполнен рентгенофлуоресцентный анализ. Содержание элементов в пробах, оцененное по данным атомно-эмиссионного анализа, коррелирует с данными рентгенофлуоресцентного анализа. Зола-унос и золошлаковые материалы различаются по составу: зола-унос беднее по содержанию магния и железа. Показано, что стеклование золы и шлака при высоких температурах сгорания затрудняет кислотную экстракцию элементов. Апробирована методика кислотного выщелачивания азотной кислотой с последующим осаждением раствором аммиака и щавелевой кислотой. Во фракции нерастворимых гидроксидов с преобладанием макроэлемента алюминия наблюдается концентрирование редкоземельных элементов, в частности европия - до 144 г/т. Низкое содержание кальция, высокое содержание кремния и алюминия позволило предложить в качестве основного пути переработки отходов предприятий топливно-энергетического комплекса Кемеровской области (Кузбасса) производство силикатных продуктов с возможностью выделения редких и редкоземельных элементов.

Работа направлена на получение феррита цинка и исследование его каталитической активности в процессе озонолиза фенола в водном растворе. Феррит цинка получен методом соосаждения гидроксидов цинка и железа раствором аммиака с последующей гидротермальной обработкой осадка при температуре 160 °С и охарактеризован методами рентгенофазового анализа и инфракрасной спектроскопии. Исследована каталитическая активность полученного феррита цинка в процессе озонолиза фенола. Методом УФ-Вид спектроскопии установлено, что продуктами окисления фенола являются цис-цис-муконовая кислота (поглощение в области 300-400 нм) и 1,4-бензохинон (полоса поглощения 237 нм). Показано, что добавление феррита цинка не только ускоряет процесс озонолиза фенола, но и приводит к более глубокому окислению; 1,4-бензохинон практически не образуется, если катализатор отсутствует. Полученные данные могут быть использованы для разработки новых технологий водоочистки, основанных на комбинировании процессов озонирования и гетерогенного катализа.

Представлены результаты экспериментального исследования высокотемпературной плазменной газификации смешанного органического топлива на основе опилок и отходов углеобогащения (далее уголь). Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки эффективных и экологически безопасных методов переработки возобновляемого сырья в условиях роста энергопотребления и ужесточения экологических норм. Исследованы процессы газификации индивидуальных компонентов (опилки, уголь), их механических смесей и композитных материалов, полученных методом совместного активационного помола в различных соотношениях. Эксперименты проводились на плазменно-термической установке производительностью 20 кг/ч с дуговым плазмотроном (50 кВт) при температурах 1200-1600 °C. Эксперименты показали, что максимальные концентрации целевых компонентов синтез-газа достигаются при газификации смеси, содержащей 66 мас. % опилок и 33 мас. % угля. В этом варианте содержание водорода в продуктах газификации достигало 9.91 об. %, а оксида углерода - 28.04 об. %, что свидетельствует о высокой эффективности переработки такого топливного состава. Анализ динамики газовыделения выявил, что по сравнению с механическими смесями композитные образцы, полученные методом совместного активационного помола, обеспечивают более стабильный и равномерный выход синтез-газа на протяжении всего процесса газификации, что важно для практического применения технологии. Установлено, что совместная переработка биомассы и угля в виде композитных материалов позволяет оптимизировать процесс газификации, обеспечивая равномерное газовыделение и снижение вредных выбросов. Полученные результаты имеют практическое значение для разработки энергоэффективных и экологически безопасных технологий переработки органических отходов.

Полые алюмосиликатные микросферы (ценосферы) стабилизированного состава (стеклофаза - 95.4 мас. %; (SiO₂/Al₂O₃)_стекло - 3.1), выделенные из летучих зол от сжигания угля, использованы для получения композитных сорбентов, содержащих сорбционно-активный компонент на основе цирконосиликатов каркасной структуры. Продукты синтеза охарактеризованы методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии совместно с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией, изучены их сорбционные свойства в отношении катионов Cs⁺, Pb²⁺ и Cd²⁺. Цирконосиликатный материал демонстрирует высокий коэффициент распределения в процессе сорбции Cs⁺, Pb²⁺ и Cd²⁺ из водных растворов (10³-10⁵ мл/г). На примере Pb²⁺ показано, что в результате высокотемпературного фазового превращения Pb²⁺-насыщенного цирконосиликата катионы Pb²⁺ стабилизируются в кристаллической фазе цирконата свинца PbZrO₃. Исследована возможность применения технологии электроискрового плазменного спекания для создания минералоподобной керамики на основе цирконосиликатного сорбента для иммобилизации радионуклида Cs-137. Для спеченных при различных температурах (800-1000 °С) керамик изучена скорость выщелачивания цезия, которая является критерием гидролитической устойчивости радиоактивных керамик, предназначенных для захоронения в горных породах. Полученные значения скорости выщелачивания (~10⁵ г/(см²⋅сут)) удовлетворяют требованиям к отвержденным высокоактивным отходам в соответствии с Федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии НП-019-2000 “Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности”.

Описаны режимы модифицирования углеродного материала, полученного из древесного сырья, с целью улучшения электроемкостных характеристик для его последующего применения в качестве электродного материала в суперконденсаторах. Рассмотрено влияние двух способов модифицирования: обработка водородом при 1000 °С; обработка концентрированным раствором пероксида водорода (37 мас. %) при 60 °С. Выявлено, что для улучшения функциональных характеристик материала наиболее эффективно применение обработки пероксидом водорода. Было установлено, что модификация приводит к увеличению удельной поверхности образца на 20 % за счет образования микропор. При этом, согласно данным ИК-спектроскопии, в образце образуются электрохимически активные карбонильные группы. Тестирование полученного электродного материала в модельной электрохимической ячейке, имитирующей работу суперконденсатора, показало увеличение его электрической емкости на 60 % относительно исходного образца.

Представлен комплексный метод рекультивации и озеленения горнодобывающих карьеров. Суть метода заключается в создании на поверхности твердой токсичной породы защитного слоя из гелеобразующей композиции на основе поливинилового спирта (ПВС) и композиции ИХН-ПРО, в состав которой входит бура. На поверхность защитного слоя наносится плодородный грунт, содержащий семена растений, его поверхность обрабатывается раствором смеси ПВС и карбоксиметилированного крахмала (КМК). После цикла замораживания-размораживания образуется криогель, который структурирует почву, удерживает влагу, тепло и создает комфортные условия для растений. Исследованы реологические свойства гелеобразующей композиции, установлено время гелеобразования при температурах 20 и 10 °С, которое составляет 200 и 150 секунд соответственно. Исследованы реологические свойства растворов смеси ПВС и КМК. Показано, что при увеличении концентрации полимеров в составе смеси их вязкость возрастает. Сухие пленки, полученные на основе смеси растворов ПВС и КМК и криогелей, набухают в воде. Исследована фитотоксичность метода на образцах угля. Полученные биометрические данные растений показали, что продуктивность биоценоза растений в опытных образцах значительно выше, чем в контрольных образцах.

Предложен новый состав микроэмульсионной композиции “масло в воде”, включающий набор многофункциональных химических добавок (поверхностно-активные вещества, присадки), которые выпускаются и представлены на рынках России. Состав предназначен для использования в качестве гидравлической жидкости для механизированных шахтных крепей. Физико-химические характеристики разработанного концентрата и известного микроэмульсионного концентрата SOLCENIC GМ 20 (Fuchs, Германия) имеют близкие значения. Разработанный микроэмульсионный концентрат рекомендован в качестве замены зарубежного препарата.

В процессе эксплуатации золоотвалов технические воды в основании техногенных массивов формируют техногенный водоносный горизонт, характеризующийся высокой минерализацией, гидрокарбонатно-кальциево-натриевым составом и высокощелочной средой. На основе представленных исследований водной среды и ранее полученных материалов о вещественном составе твердой фазы техногенных отложений, проанализировано влияние агрессивного состава вод техногенного водоносного горизонта на качественный состав золошлаков. Выявлено, что происходящие процессы дезинтеграции карбонатов и алюмосиликатов в нижнем горизонте золошлаковых массивов приводят к высвобождению широкого спектра опасных веществ. Процессы техногенеза оказывают значительное влияние на качественный состав техногенного фильтрата и миграционную активность водорастворимых ингредиентов, что существенным образом может влиять на состояние окружающей среды и требует систематического проведения экологического мониторинга.

Применение высококальциевых летучих зол (ВКЛЗ) в качестве расширяющего компонента цементов способствует повышению уровня их утилизации и улучшению вяжущих свойств. В работе исследовано влияние фракций ВКЛЗ разной дисперсности и состава на расширяющий эффект вяжущих материалов на их основе. Изучены вяжущие материалы на основе трех 100%-х промышленных фракций ВКЛЗ разной дисперсности и состава, отобранных на 1-, 2- и 4-м полях электрофильтров Красноярской ТЭЦ-2, определен расширяющий эффект вяжущих материалов на их основе относительно портландцемента (ПЦ) марки ЦЕМ I 42.5Н. Установлено, что прирост объема твердеющих образцов составляет 6-19 и 6-42 % после 5 и 120 сут твердения соответственно. Увеличение объема образцов коррелирует с содержанием фаз оксидов CaO и MgO в исходных фракциях ВКЛЗ, сопровождается уменьшением средней плотности и прочности на сжатие. Изучены образцы композиционных цементно-зольных составов с содержанием 50 % ПЦ и 50 % ВКЛЗ, включая смесь разных фракций ВКЛЗ. Определено положительное влияние ВКЛЗ на свойства композиционного цемента, в том числе на регулирование расширяющего эффекта и на повышение прочности на сжатие.

Описана методика количественного определения F, P, S, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb, Th и U в углях и почвах, содержащих уголь. Для проведения рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) использовали рентгеновский волнодисперсионный спектрометр S8 TIGER (Bruker, Германия). Измерения проводили в вакуумном режиме. Высушенные образцы готовили в виде прессованных таблеток-излучателей. Для получения градуировочных характеристик и проведения метрологических исследований выбран набор стандартных образцов (СО) сланцев, золы углей, отложений и почв различного химического состава, а также приготовлены смеси с различным соотношением порошков СО и графита. Соотношения СО и графита определяли в соответствии с данными по содержанию общего углерода в исследуемых объектах, а также с данными по зольности угля. Для учета взаимных влияний элементов использовали способ a-коррекции, вводя в большинстве случаев в качестве влияющих факторов интенсивности флуоресценции элементов, содержащихся в пробах (углерод и др.). Рассчитанные значения пределов обнаружения определяемых элементов варьируют от 0.6 до 20 мг/кг. Для контроля правильности результатов РФА использовали СО сланцев (SGR1 и SDC1), аномального ила (СГХ5) и чернозема (СП1), а также смеси СГХМ3/графит (1 : 4) и ДВТ/графит (1 : 3). С помощью t-критерия получено, что результаты РФА не содержат значимых систематических погрешностей. Методика рентгенофлуоресцентного определения F, P, S, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb, Th и U использована для изучения распределения элементов в образцах фракций каменного угля месторождений Иркутской области и в образцах почв, содержащих эти фракции, которые были отобраны в селитебной зоне Октябрьского района города Иркутска в летний период 2024 года. На основании данных РФА сделаны выводы о влиянии на элементный состав почв многолетнего пребывания в них каменного угля.