Lentotuhka (lentotuhka) on savukaasujen sisältämien mineraalien epäpuhtauksien hienojakoista polttoaineen palamisjäännöstä. Lentotuhka kuluttaa kattiloiden putket ja savunpoistot ja savukaasujen mukana poistettaessa se saastuttaa ilmakehän [1] .
Yhdysvalloissa suurin osa lentotuhkasta varastoidaan tyypillisesti hiilivoimaloissa tai kaatopaikalle, kun taas noin 43 % hiilijätteestä kierrätetään American Coal Ash Associationin mukaan. [2] Euroopan hiilipolttotuotteiden kierrätysjärjestön mukaan noin 43 % lentotuhkasta käytetään Euroopassa rakennusmateriaalien valmistukseen . [3] Venäjällä vain 4-5 % kivihiilen tuhkasta käsitellään. [neljä]
Lämpövoimalaitosten sähkön tuotannossa hiilen poltosta syntyy käytetyistä polttoainejärjestelmistä riippuen jäännöksiä lentotuhkana (lentotuhkana), märkätuhkana ja kattilakuonana.
Polttoprosessissa kaikki CHP:n kiinteät jätteet voidaan jakaa: kuona + raskas tuhkafraktio; lentotuhka, joka puolestaan voidaan jakaa keskikokoiseen fraktioon, joka otetaan talteen sähkösuodattimilla ( sähköstaattiset suodattimet ) ja hienoksi lentotuhkafraktioon, jota suodattimet eivät sieppaa. Kun otetaan huomioon suodattimien ominaisuudet ja todellinen tehokkuus, lentotuhkan talteenottoaste on 95 % eli 5 % lentotuhkasta pääsee ilmakehään vuosittain. Mutta jopa savukaasujen maksimipuhdistuksella talteenottoaste ei ylitä 99 % [5] .
Kaasunpuhdistuslaitteiden tehokkuus riippuu suurelta osin kerätyn tuhkan fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista ja tuhkankeräimeen tulevista savukaasuista. Lentotuhkan tärkeimmät ominaisuudet savukaasujen puhdistusprosessissa ovat tiheys, dispersiokoostumus, sähkövastus (sähkösuodattimille), tahmeus. Lentotuhkahiukkasten tiheys useimmilla hiileillä on välillä 1900-2500 kg/m 3 . Lentotuhkan dispersiokoostumus riippuu suurelta osin jauhatuslaitteen jälkeen uuniin tulevan poltetun hiilipölyn dispersiokoostumuksesta. Inertiaalisille tuhkankeräilijöille tuhkan tahmeus on välttämätöntä. Tuhkankerääjien valinnassa ja käytössä tulee ottaa huomioon tuhkan hankauskyky, joka riippuu hiukkasten kovuudesta, koosta, muodosta ja tiheydestä.
Lentotuhka voidaan poistaa pölynkeräimistä kuivalla menetelmällä tai sekoittamalla veteen ja siirtämällä tuhka ja kuonamassa edelleen kaatopaikalle.
Polttoprosessista, poltetun hiilen lähteestä ja koostumuksesta riippuen lentotuhkan komponentit vaihtelevat huomattavasti, mutta kaikki lentotuhka sisältää merkittäviä määriä piidioksidia (SiO 2 ) (sekä amorfista että kiteistä), alumiinioksidia (Al 2 O 3 ) ) ja kalsiumoksidi (CaO) sekä palamaton hiili [6] . Lentotuhka sisältää myös raskasmetalleja . Lentotuhkan pienet ainesosat riippuvat kivihiilisauman tietystä koostumuksesta, mutta voivat sisältää yhtä tai useampaa seuraavista alkuaineista tai yhdisteistä, joita löytyy hivenpitoisuuksina (jopa satoja ppm): arseeni , beryllium , boori , kadmium , kromi , kuusiarvoinen kromi , koboltti , lyijy , mangaani , elohopea , molybdeeni , seleeni , strontium , tallium ja vanadiini sekä erittäin alhaiset dioksiini- ja PAH -yhdisteiden pitoisuudet [7] [8] .
Komponentit | Hiilen palamisen aikana muodostuneen tuhkan kemiallisen koostumuksen muutosrajat, % | |||
---|---|---|---|---|
Donbass | Kuzbass | Karaganda | Moskovan alue | |
SiO2_ _ | 50-55 | 58-63 | 59-61 | 48-56 |
Al2O3 _ _ _ | 21-28 | 20-26 | 25-26 | 25-36 |
Fe2O3 _ _ _ | 7-16 | 5-7 | 5-6 | 7-10 |
FeO | 0-7 | - | - | 0-6 |
CaO | 2-5 | 2-4 | 3-4 | 2-5 |
MgO | 1-3 | 0,4-1,5 | 1-1.2 | 0,2-0,9 |
SO 3 | 0,6-1,6 | - | 0.8 | 0,2-0,9 |
K2O _ _ | 2,5-4,7 | 1,7-2,3 | 1,6-1,7 | 0,4-0,7 |
Na2O _ _ | 0,4-1,3 | 1-1.4 | yksi | 0,1-0,4 |
Faasimineralogiset tutkimukset erityyppisten kiinteiden polttoaineiden tuhkan koostumuksesta osoittavat, että kaikentyyppisen tuhkan pääfaasi on lasi. Kiteistä faasia edustavat erilaiset määrät kvartsia, hematiittia, magnetiittia ja erilaisia kalsiumsilikaatteja.
Lentotuhka jaetaan poltetun hiilen tyypin mukaan:
- antrasiitti (muodostuu antrasiitin, puoliantrasiitin ja vähärasvaisen hiilen palaessa),
- hiili,
- ruskea kivihiili;
kemiallisen koostumuksen mukaan vähäkalsiumia (hapan ja superhapan) ja runsaasti kalsiumia (paljon sulfaattia ja vähän sulfaattia) [10] ; tai hapan (kalsiumoksidipitoisuus enintään 10 %) ja emäksinen (ruskohiili, kalsiumoksidipitoisuus yli 10 %) [11] ;
dispergoitumisasteen mukaan (seulan nro 008 jäännöksen mukaan) mataladispersioon (jopa 30 %), keskidispergoituneeseen (jopa 20 %) ja erittäin dispergoituneeseen (jopa 15 %) [10] ; tai kolmeen luokkaan (seulan nro 0045 märkädispersion jäännöksen mukaan) - enintään 15 %, enintään 40 %, yli 40 % [11] ;
sytytyshäviöstä riippuen 4 luokkaan (enintään 2 %, enintään 5 %, enintään 9 %, yli 9 %) [11] .
Kiinteillä fossiilisilla polttoaineilla on vain vähän vaikutusta luonnollisen radioaktiivisuuden yleiseen taustaan, mutta osalle niiden esiintymistä sekä kiinteiden fossiilisten polttoaineiden, erityisesti tuhkan ja kuonan, käsittelytuotteista on ominaista lisääntynyt radioaktiivisuus ja korkea luonnollisten radionuklidien (torium) pitoisuus. radium, uraani ja 40 K isotooppi). Alkuperäisten hiilen lämpökäsittelyn jälkeen talteenotettujen kiinteiden tuotteiden luonnollisten radionuklidien pitoisuus kasvaa merkittävästi. Näin ollen monissa maailman maissa tehdyt erityistutkimukset ovat osoittaneet, että maaperän ja ilman radioaktiivisuus lämpövoimalaitoksen viereisillä alueilla, luultavasti palamistuotteiden laskeuman vuoksi, joskus ylittää paitsi taustan, myös jopa suurimmat sallitut arvot kymmeniä kertoja [12] . Paljon riippuu siitä, minkälaista hiiltä tietty lämpövoimalaitos käyttää, lisäksi paljon määrää hiilen valmistustekniikat, sen poltto, talteenotto ja tuhka- ja kuonatuotteiden kerääminen [13] . Kun maankuoren keskimääräinen uraanipitoisuus on 2,0 g/t, runsaan lentotuhkan uraanipitoisuus on keskimäärin 400 g/t.
CHPP:n nimi (TPP) | Lentotuhkapitoisuus, g/t | |
---|---|---|
Th | U | |
Uglegorskaja | 37.2 | 7.6 |
Zuevskaja | 56,0 | 10.4 |
Kurakhovskaja | 16.7 | 2.9 |
Mironovskaja | 32.4 | 4.2 |
Novocherkassk | 33.0 | 5.2 |
Luhansk | 17.8 | 4.5 |
Shakhtinskaja | 23.9 | 7.0 |
Moskovan CHPP-22 | 51.5 | 4.9 |
Vladimirskaya CHPP-1 | 25.9 | 2.9 |
Luonnollisten radionuklidien kerääntymisen vuoksi hienoon lentotuhkaan, josta merkittävä osa jää kiinni hiilen polton jälkeen, vapautuu ilmakehään ja laskeutuu sitten maan pinnalle, voi tapahtua luonnollisten radionuklidien kerääntymistä TPP:n ympärillä oleviin maaperään [ 13] . Suurin osa maan pinnalle putoavasta lentotuhkasta laskeutuu kasvien ilmaosille ja päätyy lopulta maaperään. Lisäksi merkittävä vaikutus ympäristön radioaktiiviseen saastumiseen voi olla se, että tuhka ja aerosolit sitovat puiden latvuja metsissä (jopa 5 kertaa) [14] .
CHPP:lta tulevan lentotuhkan raaka-aineena käytettäväksi luonnon radionuklidien kokonaistehollisen ominaisaktiivisuuden osalta on täytettävä asiaankuuluvien normien ja hygieniastandardien vaatimukset. Kun luonnollisten radionuklidien kokonaisaktiivisuus on 370 Bq / kg, Venäjän standardien mukaan rakennusmateriaalit ovat sallittuja kaikentyyppisissä rakennustyypeissä [15] . Reftinskaya GRES:n tuhkasta peräisin olevien luonnollisten radionuklidien tehollinen kokonaisaktiivisuus on 95,1 Bq/kg ja siihen perustuvan kaasutuhkabetonin 40,33 Bq/kg [16] .
Lentotuhkalla voi olla puzzolaanisia ominaisuuksia ja/tai hydraulista aktiivisuutta [11] . Lentotuhkaa käytetään rakennusmateriaalien valmistuksessa pozzolaanina sementin, kuivien rakennusseosten valmistukseen, portlandsementin osittaiseen korvaamiseen [3] betonin , betonin ja teräsbetonituotteiden valmistuksessa. Puzzolaanisten lisäaineiden läsnäolo antaa betonille paremman suojan märiltä olosuhteilta ja altistumiselta koville kemikaaleille [3] .
Kalsiumpitoisen lentotuhkan lisääminen maaperään mahdollistaa osan tähän käytetyn sementin ja kalkin korvaamisen.
Lentotuhkan käytön tarkoituksenmukaisuuden parantavana lisäaineena määrää sen kyky reagoida kemiallisesti kalkin kanssa muodostaen matalaemäksisiä kalsiumhydrosilikaatteja, jotka sementtimineraalihiukkaset ja maa aggregoituvat yhdeksi rakennekompleksiksi. Toisin kuin maaperän vahvistaminen sementillä, tässä tapauksessa sideaine muodostuu suoraan itse seokseen. Siten lentotuhkan ja kalkin yhdistetty käyttö maaperän vahvistamiseen perustuu sideainesynteesin periaatteeseen maa-tuhka-kalkkijärjestelmässä [17] .
Aktiivisilla lentotuhka- tai kalkkituhkasideaineilla käsitellyille maa-aineille on ominaista suhteellisen hidas lujuuden kehittyminen ja merkittävä muotoutuvuus. Samanaikaisesti kutistumis- tai lämpötilahalkeamia ei yleensä esiinny maaperissä tuhkan sideaineissa ensimmäisen käyttövuoden aikana. Venäjän pohjois- ja keskialueen olosuhteissa tuhkasideaineilla vahvistettuja maaperää suositellaan käytettäväksi pääasiassa asfalttibetonipäällysteiden perustamiseen. Vedenpitävä asfalttibetonipäällyste säilyttää pohjan kosteuspitoisuuden, mikä on välttämätöntä hydrataatioprosessien normaalille kululle, mikä kestää tuhkan sideaineilta kauemmin kuin sementtipäällysteillä [18] .
Hydraulisia tiensideaineita (HPA) käytetään erittäin laajalti Saksassa maaperän stabilointiin, mikä johtuu pääasiassa niiden alhaisesta hinnasta verrattuna perinteisiin sideaineisiin, kuten kalkkiin tai sementtiin. GDV:n koostumus ja pääparametrit on annettu standardeissa EN13282-1 [19] ja EN13282-2 [20] . Korkean lentotuhkan sideaineiden tutkimus aloitettiin Tšekin tasavallassa kauan ennen EN-standardien luomista. Sideainetta RSS5, joka on valmistettu 80-prosenttisesti leijutetussa hiilen poltosta syntyvästä lentotuhkasta ja 20-prosenttisesta poltetusta kalkista, on käytetty vuodesta 2010 lähtien hyvänä vaihtoehtona kalkille saven ja saven käsittelyssä [21] .
Tuhkasoraa voidaan saada kalsinoidulla tai kalsinoimattomalla tuhkarakeistamalla.
Rakeistamalla lentotuhkaa ja sintraamalla rakeita korkeissa lämpötiloissa uuneissa saadaan kalsinoitua tuhkasoraa.
Kylmärakeisttamalla lentotuhkaa pyörittämällä sitä pyörivissä säiliöissä saadaan palamatonta lentotuhkaa.
Tuhkasoraa käytetään korkean suorituskyvyn betonissa, itsetiivistyvässä betonissa ja kevytbetonissa.
Korkealaatuisessa betonissa tuhkasoran käyttö voi alentaa betonin kustannuksia säilyttäen samalla sen perusominaisuudet. Itsetiivistyvässä betonissa lentotuhkan pyöristetty muoto ja sen suhteellisen pieni koko lisäävät betonin juoksevuutta ja työstettävyyttä erityisesti voimakkaasti lujitettuna. Tällaiset seokset pumpataan helpommin betonipumpuilla. Tuhkasoran käyttö kevytbetonissa vähentää sen tiheyttä ja parantaa sen lämpötehokkuutta [22] [23] .
Tuhkaa käytetään mineraalilisäaineena tai täyteaineena raskaan, kevyen, solubetonin, kuivien rakennusseosten ja laastien valmistuksessa sementin, kiviainesten säästämiseksi, betoni- ja laastiseosten teknisten ominaisuuksien sekä betonin laatuindikaattoreiden parantamiseksi. betonit ja laastit.
Solubetonin valmistuksessa hapantuhkaa käytetään seoksen piidioksidikomponenttina ja myös sementin säästämiseksi ei-autoklavoidussa betonissa. Rakenteellisissa lämpöä eristävissä betoneissa hapanta tuhkaa käytetään osittain tai kokonaan korvaamaan huokoiset hiekat ja vähentämään betonin keskimääräistä tiheyttä. Hapantuhkaa käytetään vedenalaisten ja hydraulisten rakenteiden sisäisten vyöhykkeiden rakenteisiin [24] .
Käytettäessä tietyntyyppistä tuhkaa (pääasiassa hapantuhkaa) luonnollisesti kovettuvassa betonissa sementin osan sijaan, puristuslujuuden lasku (20-30 %) 28-60 päivässä ja lujuuden tasoitus myöhemmin. 90-180 päivää verrattuna vastaavan koostumuksen omaavaan betoniin ilman tuhkaa [9] . Siksi betonin ja laastin koostumukset tuhkan kanssa ovat tärkeitä pääasiassa positiivisissa kovettumislämpötiloissa.
Lentotuhkaa voidaan sisällyttää itsetiivistyvän betonin koostumukseen betoniseoksen stabiilisuuden parantamiseksi, vedenpidätyskyvyn lisäämiseksi; betonin tiheys ja lujuus kasvavat samanaikaisesti [25] .
Perustuhkaa, jonka kalsiumoksidin CaO-pitoisuus on yli 30 %, käytetään sideaineena kalkin tai sementin osittaiseen korvaamiseen autoklaavissa ja ei-autoklaavissa kovettuvassa solubetonissa, laastien ja betonin valmistuksessa esivalmistetulle ja monoliittiselle betonille sekä teräsbetonituotteet ja -rakenteet. Osa kalkista sisältyy tuhkahiukkasten syvyyteen ja on vuorovaikutuksessa veden kanssa jo sementtikiven rakenteen muodostumisen jälkeen, mikä johtaa halkeamiin ja sementtikiven lujuuden heikkenemiseen. Tämä estää erittäin emäksisen tuhkan käytön betoneissa ja laastissa.
28 päivän normaalin kovettumisen jälkeen lentotuhkan vapaa CaO ehtii reagoida veden kanssa vain 50 %, mutta höyrytysolosuhteissa hydrataatio ohittaa 70-80 %. Myös hydrosulfoaluminaattifaasien muodostuminen tapahtuu eri tavoin, jos normaaleissa olosuhteissa kalsiumsulfaatti sitoutuu pääosin ettringiittiin , niin höyrytyksen aikana se sitoutuu kalsiummonosulfoaluminaattiin. Siten tuhkaa sisältävien materiaalien höyryttäminen vähentää tuhoavien prosessien riskiä kovettuneessa materiaalissa [26] .
Tuhoavien prosessien ongelman ratkaisemiseksi lentotuhka voidaan esijauhella korkeampaan dispersioasteeseen paljastaen kalkkihiukkasia [27] . Tällä teknologisella menetelmällä saadaan aikaan kalkkisammutus ennen kuin sementtikivi menettää plastiset ominaisuudet, mikä eliminoi lujuuden heikkenemisen ja materiaalin halkeilun vaaran. Esijauhetun lentotuhkan käyttö yhdessä kipsin kanssa, jonka ominaispinta-ala on 410 m 2 /kg, mahdollisti itsestään tiivistyvän betonin valmistamisen ilman lujuuspudotusta 6 kuukauden kovettumisen jälkeen sementin vaihtoasteessa. 50 %:iin. Mutta lisääntynyt sideaineen täyttöaste tuhkalla lisää merkittävästi betonin kutistumismuodonmuutoksia [28] .
Lentotuhkan dispersiokoostumus ja sen kemialliset ominaisuudet mahdollistavat sen käytön sementtien koostumuksessa. Oshmyany CHPP:n päälentotuhkalle turpeen poltosta ehdotettiin lisäportlandsementtilaatua 500, jonka lentotuhkapitoisuus on jopa 20 %, luokkaa 200, jonka tuhkapitoisuus on jopa 70 % [29] .
Lentotuhkaa voidaan käyttää aktiivihiilen korvikkeena jätevesien käsittelyssä , joka sisältää esimerkiksi atsovärejä metyleenisinistä ja metyleenipunaista [30] .
Siperian ansojen hiiliesiintymien syttyessä permi-triaskauden sukupuuttotapahtuman aikana noin 252 miljoonaa vuotta sitten, suuria määriä hiiltä, aivan kuten nykyaikaista lentotuhkaa, päästettiin valtameriin, joka säilyy merisedimentissä. Kanadan arktinen alue . On ehdotettu, että lentotuhka on saattanut johtaa myrkyllisiin ympäristöolosuhteisiin. [31]
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |