Popílek

Popílek (polétavý popílek)  je jemně rozptýlený zbytek po spalování paliva z jeho minerálních nečistot obsažených ve spalinách v suspenzi. Popílek opotřebovává potrubí kotlů a odsavače kouře a při odstraňování se spalinami znečišťuje ovzduší [1] .

V USA je většina popílku obvykle skladována v uhelných elektrárnách nebo skládkována, zatímco asi 43 % uhelného odpadu se recykluje, uvádí American Coal Ash Association. [2] V Evropě se podle Evropské asociace pro recyklaci produktů spalování uhlí asi 43 % popílku používá k výrobě stavebních materiálů . [3] V Rusku se zpracovává pouze 4-5 % uhelného popela. [čtyři]

Zachycování popílku

Při výrobě elektřiny v tepelných elektrárnách vznikají spalováním uhlí v závislosti na používaných palivových systémech zbytky ve formě popílku (polétavého popílku), mokrého popílku a kotelní strusky.

V procesu spalování lze veškerý pevný odpad z CHP rozdělit na: struska + frakce těžkého popela; popílek, který lze zase rozdělit na středně velkou frakci, která je zachycována elektrostatickými odlučovači ( elektrostatické filtry ) a frakci jemného popílku, která není zachycována filtry. S přihlédnutím k vlastnostem filtrů a jejich skutečné účinnosti je stupeň zachycení popílku 95 %, to znamená, že ročně je do atmosféry vypuštěno 5 % popílku. Ale ani při maximálním čištění spalin nepřesáhne stupeň zachycení 99 % [5] .

Účinnost zařízení na čištění plynů do značné míry závisí na fyzikálních a chemických vlastnostech shromážděného popela a spalin vstupujících do sběrače popela. Hlavní charakteristiky popílku v procesu čištění spalin jsou hustota, disperzní složení, elektrický odpor (u elektrostatických odlučovačů), lepivost. Hustota částic popílku pro většinu uhlí je v rozmezí 1900-2500 kg/m 3 . Složení disperze popílku do značné míry závisí na složení disperze spalovaného uhelného prachu, který vstupuje do pece po mlecím zařízení. Pro inerciální sběrače popela je lepkavost popela zásadní. Při výběru a provozu sběračů popela je třeba vzít v úvahu abrazivnost popela, která závisí na tvrdosti, velikosti, tvaru a hustotě částic.

Popílek lze ze sběračů prachu odstranit suchou metodou nebo smícháním s vodou a dalším odvozem popela a struskové drti na skládku.

Chemické složení, vlastnosti a klasifikace

V závislosti na procesu spalování, zdroji a složení spalovaného uhlí se složky popílku značně liší, ale veškerý popílek obsahuje značné množství oxidu křemičitého (SiO 2 ) ( amorfního i krystalického), oxidu hlinitého (Al 2 O 3 ) a oxid vápenatý (CaO), stejně jako nespálený uhlík [6] . Popílek také obsahuje těžké kovy . Malé složky popílku závisí na konkrétním složení uhelné sloje, ale mohou zahrnovat jeden nebo více následujících prvků nebo sloučenin ve stopových koncentracích (až stovky ppm): arsen , berylium , bor , kadmium , chrom , šestimocný chrom , kobalt , olovo , mangan , rtuť , molybden , selen , stroncium , thalium a vanad spolu s velmi nízkými koncentracemi dioxinů a sloučenin PAH [7] [8] .

Chemické složení popílku [9]
Komponenty Meze změny chemického složení popela, %, vznikající při spalování uhlí
Donbass Kuzbass Karaganda moskevský region
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
TAK 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 jeden 0,1-0,4

Fázově mineralogické studie složení popela různých druhů tuhých paliv ukazují, že hlavní fází všech druhů popela je sklo. Krystalická fáze je zastoupena různým množstvím křemene, hematitu, magnetitu a různých křemičitanů vápenatých.

Popílek se dělí podle druhu spalovaného uhlí:

- antracit (vzniká při spalování antracitu, poloantracitu a chudého uhlí),

- uhlí,

- hnědé uhlí;

chemickým složením na nízkovápenaté (kyselé a superkyselé) a vysokovápenaté (vysokosíranové a nízkosíranové) [10] ; nebo kyselé (s obsahem oxidu vápenatého do 10 %) a zásadité (lignit, s obsahem oxidu vápenatého vyšším než 10 %) [11] ;

podle stupně disperze (podle zbytku na sítu č. 008) na málo disperzní (do 30 %), středně disperzní (do 20 %) a vysoce disperzní (do 15 %) [10] ; nebo do tří tříd (podle zbytku s mokrou disperzí na sítu č. 0045) - do 15 %, do 40 %, více než 40 % [11] ;

v závislosti na ztrátě žíháním do 4 kategorií (do 2 %, do 5 %, do 9 %, více než 9 %) [11] .

Otázky životního prostředí

Radiologie

Pevná fosilní paliva mají malý vliv na obecné pozadí přirozené radioaktivity, ale některá jejich ložiska, stejně jako produkty zpracování pevných fosilních paliv, zejména popela a strusky, se vyznačují zvýšenou radioaktivitou a vysokým obsahem přírodních radionuklidů (thorium radium, uran a izotop 40 K). Významně se zvyšuje obsah přírodních radionuklidů v pevných produktech zachycených po tepelném zpracování původního uhlí. Speciální studie provedené v mnoha zemích světa tak ukázaly, že radioaktivita půdy a vzduchu na územích sousedících s tepelnou elektrárnou, pravděpodobně v důsledku usazování zplodin hoření, někdy přesahuje nejen pozadí, ale i maximální přípustné hodnoty desetinásobně [12] . Hodně záleží na tom, jaké uhlí konkrétní tepelná elektrárna používá, kromě toho hodně určují technologie úpravy uhlí, jeho spalování, zachycování a sběr popílků a struskových produktů [13] . Při průměrném obsahu uranu v zemské kůře 2,0 g/t dosahuje průměrný obsah uranu v bohatém popílku 400 g/t.

Obsah Th a U v popílku z tepelných elektráren [13]
Název CHPP (TPP) Obsah v popílku, g/t
Th U
Uglegorská 37.2 7.6
Zuevskaja 56,0 10.4
Kurachovská 16.7 2.9
Mironovská 32.4 4.2
Novočerkassk 33,0 5.2
Luhansk 17.8 4.5
Šachtinská 23.9 7,0
Moskva CHPP-22 51,5 4.9
Vladimirskaya CHPP-1 25.9 2.9

V důsledku akumulace přírodních radionuklidů v jemném popílku, jehož značná část se po spalování uhlí nezachytí, uvolní se do atmosféry a následně se usadí na zemském povrchu, může docházet k akumulaci přírodních radionuklidů v půdách v okolí TPP [ 13] . Většina popílku, který dopadne na zemský povrch, se usadí na nadzemních částech rostlin a nakonec se dostane do půdy. Kromě toho lze významně přispět k radioaktivní kontaminaci prostředí vlivem zadržování popela a aerosolů korunami stromů v lesích (až 5x) [14] .

Popílek expedovaný z CHPP jako surovina pro další využití z hlediska celkové efektivní měrné aktivity přírodních radionuklidů musí splňovat požadavky příslušných norem a hygienických norem. S celkovou měrnou efektivní aktivitou přírodních radionuklidů do 370 Bq / kg jsou podle ruských norem povoleny stavební materiály pro všechny typy staveb [15] . Celková specifická efektivní aktivita přírodních radionuklidů z popela Reftinskaja GRES je 95,1 Bq/kg a plynopelobetonu na jeho bázi 40,33 Bq/kg [16] .

Návod k použití

Popílek může mít pucolánové vlastnosti a/nebo hydraulickou aktivitu [11] . Popílek se používá při výrobě stavebních materiálů jako pucolán pro výrobu cementu, suchých stavebních směsí, částečnou náhradu portlandského cementu [3] při výrobě betonu , betonu a železobetonových výrobků. Přítomnost pucolánových přísad poskytuje betonu větší ochranu proti vlhkým podmínkám a vystavení agresivním chemikáliím [3] .

Zpevňování půdy při stavbě silnic

Zavádění popílku s vysokým obsahem vápníku do zemin umožňuje nahradit část cementu a vápna, které se k tomu používají.

Vhodnost použití popílků jako zlepšující přísady je dána jejich schopností chemicky reagovat s vápnem za vzniku nízkobazických vápenatých hydrokřemičitanů, které cementují minerální částice a půdní agregáty do jediného strukturního komplexu. Na rozdíl od zpevňování zemin cementem se v tomto případě pojivo tvoří přímo v samotné směsi. Kombinované použití popílku a vápna ke zpevnění půd je tedy založeno na principu syntézy pojiva v systému půda-popel-vápno [17] .

Půdy ošetřené aktivními popílkovými nebo vápenopopelovými pojivy se vyznačují relativně pomalým vývojem pevnosti a výraznou deformovatelností. Přitom smršťovací nebo teplotní trhliny se v zeminách na popelových pojivech v prvním roce provozu většinou neobjevují. V podmínkách severních a středních oblastí Ruska se zeminy vyztužené popelovými pojivy doporučují používat především pro pokládání základů asfaltobetonových vozovek. Vodotěsná asfaltobetonová vozovka zachovává vlhkost podkladu, která je nezbytná pro normální průběh hydratačních procesů, které u popelových pojiv trvají déle než u cementových [18] .

Hydraulická silniční pojiva (HPA) jsou v Německu velmi široce používána pro stabilizaci půdy, především kvůli jejich nízké ceně ve srovnání s tradičními pojivy, jako je vápno nebo cement. Složení a hlavní parametry GDV jsou uvedeny v normách EN13282-1 [19] a EN13282-2 [20] . Výzkum vysoce popílkových pojiv začal v České republice dávno před vytvořením norem EN. Pojivo RSS5, vyrobené z 80 % základního popílku z fluidního spalování uhlí a 20 % nehašeného vápna, se od roku 2010 používá jako dobrá alternativa vápna pro úpravu jílů a hlín [21] .

Jasanový štěrk

Popelový štěrk lze získat kalcinovanou nebo nekalcinovanou granulací popela.

Granulací popílku a následným slinováním granulí při vysokých teplotách v pecích se získá kalcinovaný popelový štěrk.

Studenou granulací popílku zakulacením v rotujících tancích se získává nespálený popílek.

Jasanový štěrk se používá ve vysoce kvalitním betonu, samozhutnitelném betonu a lehkém betonu.

U vysoce kvalitního betonu lze použitím jasanového štěrku snížit cenu betonu při zachování jeho základních vlastností. U samozhutnitelných betonů zvyšuje zaoblený tvar popílku a jeho relativně malá velikost tekutost a zpracovatelnost betonu, zejména při silném vyztužení. Takové směsi se snadněji čerpají betonovými čerpadly. Použití popelového štěrku v lehkém betonu snižuje jeho hustotu a zlepšuje jeho tepelné vlastnosti [22] [23] .

Přísada do betonů a malt

Popel se používá jako minerální přísada nebo plnivo při výrobě těžkých, lehkých, pórobetonů, suchých stavebních směsí a malt za účelem úspory cementu, kameniva, zlepšení technologických vlastností betonu a maltových směsí, jakož i kvalitativních ukazatelů betony a malty.

Při výrobě pórobetonu se jako křemičitá složka směsi používá kyselý popel a také za účelem úspory cementu v neautoklávovaném betonu. V konstrukčních tepelně izolačních betonech se kyselý popel používá k částečné nebo úplné náhradě porézních písků a ke snížení průměrné hustoty betonu. Kyselý popel se používá pro konstrukce podvodních a vnitřních zón vodních děl [24] .

Při použití některých druhů popela (zejména kyselého) do betonu přirozeně tvrdnoucího místo části cementu dochází ke snížení pevnosti v tlaku (o 20-30 %) během 28-60 dnů a následnému vyrovnání pevnosti v pozdějším termínu. 90-180 dní ve srovnání s betonem podobného složení bez přídavku popela [9] . Proto jsou složení betonu a malty s popelem relevantní hlavně při kladných teplotách vytvrzování.

Popílek může být zahrnut do složení samozhutnitelného betonu pro zlepšení stability betonové směsi, zvýšení schopnosti zadržovat vodu; hustota a pevnost betonu zároveň rostou [25] .

Základní popel s obsahem oxidu vápenatého CaO vyšším než 30 % se používá jako pojivo pro částečnou náhradu vápna nebo cementu v pórobetonu autoklávově i neautoklávově tvrdnoucího, při výrobě malt a betonů pro prefabrikované a monolitické betony a železobetonové výrobky a konstrukce. Část vápna je obsažena v hloubce částic popela a již po vytvoření struktury cementového kamene interaguje s vodou, což vede k prasklinám a snížení pevnosti cementového kamene. To brání použití vysoce zásaditého popela v betonech a maltách.

Do 28 dnů normálního vytvrzování stihne volný CaO popílku reagovat s vodou pouze z 50 %, ale za podmínek napařování přechází hydratace o 70-80 %. K tvorbě hydrosulfoaluminátových fází dochází také různými způsoby, pokud se síran vápenatý za normálních podmínek váže hlavně na ettringit , pak se při napařování váže na monosulfoaluminát vápenatý. Napařování materiálů obsahujících popel tak snižuje riziko destruktivních procesů ve vytvrzeném materiálu [26] .

Pro vyřešení problému destruktivních procesů lze popílek předem rozemlít na vyšší stupeň disperze, čímž se obnaží částice vápna [27] . Tato technologická metoda zajišťuje hašení vápna dříve, než cementový kámen ztratí své plastické vlastnosti, čímž se eliminuje nebezpečí snížení pevnosti a praskání materiálu. Použití předmletého popílku spolu se sádrou o měrném povrchu 410 m 2 /kg umožnilo získat samozhutnitelný beton bez poklesu pevnosti po 6 měsících tvrdnutí při stupni náhrady cementu nahoru na 50 %. Ale zvýšení stupně naplnění pojiva popelem výrazně zvyšuje smršťovací deformace betonu [28] .

Přísada do cementu

Disperzní složení popílku a jeho chemické vlastnosti umožňují jeho použití ve složení cementů. Na hlavním popílku CHPP Oshmyany ze spalování rašeliny bylo navrženo složení dodatečného portlandského cementu třídy 500 s obsahem popílku do 20 %, třídy 200 s obsahem popela do 70 % [29] .

Sorbenty

Popílek lze použít jako náhradu aktivního uhlí pro čištění odpadních vod obsahujících např. azobarviva methylenová modř a methylenová červeň [30] .

V geologickém záznamu

V důsledku zapálení uhelných ložisek sibiřskými pastmi během permsko-triasového vymírání asi před 252 miliony let se do oceánů uvolnilo velké množství uhlí, podobně jako moderní popílek, který se uchovává v mořských sedimentech. Kanadská Arktida . Bylo navrženo, že popílek mohl vést k toxickým podmínkám prostředí. [31]

Poznámky

  1. ↑ Velká sovětská encyklopedie . - V. 9. Archivováno 17. dubna 2021 na Wayback Machine
  2. ↑ David J. Tenenbaum. Koš nebo poklad? Uvedení odpadu ze spalování uhlí do  práce . environmentální . NIEHS . Staženo 29. 5. 2018. Archivováno z originálu 30. 5. 2018.
  3. ↑ 1 2 3 James Hannan. Chemické složení mouchy a spodního popela se výrazně liší; Před  recyklací musí být analyzován . Thermo Fisher Scientific (6. února 2015). Získáno 24. března 2021. Archivováno z originálu dne 13. března 2022.
  4. ↑ Vatin N. I., Petrosov D. V., Kalachev A. I., Lakhtinen P. Aplikace popela a odpadu popela a strusky ve stavebnictví  // Civil Engineering Journal: vědecký časopis . - Petrohrad. : SPbPU , 2011. - č. 4 . — ISSN 2071-4726 .
  5. ↑ James Hannan. Chemické složení mouchy a spodního popela se výrazně liší; Před  recyklací musí být analyzován . Thermo Fisher Scientific (6. února 2015). Získáno 24. března 2021. Archivováno z originálu dne 13. března 2022.
  6. ↑ Sonia Helle, Alfredo Gordon, Guillermo Alfaro Ximena Garcıa, Claudia Ulloa. Spalování směsi uhlí: spojení mezi nespáleným uhlíkem v popílku a složením macerálu Archivováno 14. prosince 2018 na Wayback Machine
  7. ↑ Správa uhelných zbytků po spalování v dolech, Výbor pro umístění odpadů ze spalování uhlí, Národní rada pro výzkum národních akademií , 2006
  8. ↑ Posouzení lidských a ekologických rizik odpadů ze spalování uhlí, RTI, Research Triangle Park , 6. srpna 2007, připraveno pro Agenturu pro ochranu životního prostředí Spojených států amerických
  9. ↑ 1 2 Doporučení pro použití popela, strusky a popela a struskové směsi tepelných elektráren v těžkém betonu a maltě / NIIZhB. - M. : Stroyizdat, 1977. Archivovaná kopie z 10. března 2019 na Wayback Machine
  10. ↑ 1 2 ODM 218.2.031-2013 Směrnice pro použití popílků a směsí popílků a strusek ze spalování uhlí v tepelných elektrárnách při stavbě silnic . Získáno 27. března 2021. Archivováno z originálu dne 23. února 2020.
  11. ↑ 1 2 3 4 GOST 25818-2017 Popílek z tepelných elektráren na beton. Specifikace .
  12. ↑ Shpirt M.Ya., Punanova S.A. Hodnocení radioaktivity pevných fosilních paliv  // Chemie pevných paliv. - 2014. - č. 1 . - S. 3-11 . — ISSN 0023-1177 .
  13. ↑ 1 2 3 Krylov D.A., Aseev A.G. Radiační bezpečnost pro obyvatelstvo a výrobní personál z uhelných podniků a tepelných elektráren. - M . : Vydavatelství Národního výzkumného centra "Kurčatov institut", 2011. - 24 s.
  14. ↑ Sidorova G.P., Krylov D.A. Hodnocení obsahu radioaktivních prvků v uhlí a produktech jejich spalování  // Báňský informační a analytický bulletin (vědecký a technický časopis). - 2015. - č. 7 . - S. 369-376 . — ISSN 0236-1493 .
  15. ↑ GOST 30108-94 "Stavební materiály a výrobky. Stanovení měrné efektivní aktivity přírodních radionuklidů" . Získáno 27. března 2021. Archivováno z originálu dne 22. května 2018.
  16. ↑ Kapustin F.L. Technologické a ekologické aspekty použití popílku z Reftinskaya GRES při výrobě stavebních materiálů  // Tekhnologii betonov. - 2011. - č. 7-8 . - S. 64-65 . — ISSN 1813-9787 .
  17. ↑ Doporučení pro integrované zpevňování zemin směsmi popela a strusky z tepelných elektráren a vápna . Získáno 27. března 2021. Archivováno z originálu dne 26. března 2019.
  18. ↑ Kosenko N.F., Makarov V.V. Směsi popela a strusky jako složka pojivové kompozice pro stavbu silnic  // Ekologie a průmysl Ruska. - 2008. - č. 4 . - S. 44-45 . — ISSN 1816-0395 .
  19. ↑ DIN EN 13282-1-2013 Hydraulická silniční pojiva. Část 1. Hydraulická silniční pojiva pro rychlé vytvrzení. Složení, specifikace a kritéria shody .
  20. ↑ DIN EN 13282-2-2015 Hydraulická silniční pojiva. Část 2. Standardní výztužná hydraulická silniční pojiva. Složení, technické požadavky a kritéria shody .
  21. ↑ Cross F. Hydraulická silniční pojiva s vysokým obsahem popílku  // Cement a jeho aplikace. - 2019. - č. 5 . - S. 62-67 . — ISSN 1607-8837 .
  22. ↑ Kirubakaran D., Joseravindraraj B. Využití peletizovaného popílkového kameniva k nahrazení přírodního kameniva: Přehled  //  International Journal of Civil Engineering and Technology. — 2018. — Srpen ( č. 9(8) ). - S. 147-154 . — ISSN 0976-6308 .
  23. ↑ Usanova K.Yu., Bubeníci Yu.G., Kostyrya S.A., Fedorenko Yu.P. Nehořlavý popelový štěrk jako velké betonové kamenivo  // Výstavba unikátních budov a staveb. - 2018. - č. 9 . - S. 31-45 . - doi : 10.18720/CUBS.72.2 .
  24. ↑ GOST 25818-2017 Popílek z tepelných elektráren na beton. Specifikace .
  25. ↑ Lytkina E.V., Smirnov V.S. Vliv popílku na vlastnosti samozhutnitelného betonu  // Sborník vědeckých prací na základě materiálů celostátní vědeckotechnické konference s mezinárodní účastí. Novosibirská státní agrární univerzita, Novosibirská státní univerzita architektury a stavitelství (Sibstrin). - 2021. - S. 96-98 .
  26. ↑ Ovcharenko G.I. Ovcharenko G.I., Plotnikova L.G., Frantsen V.B. - Hodnocení zla uhlí KATEK a jejich použití v těžkých betonech - Barnaul: Nakladatelství AltGTU, 1997. - 197 s.
  27. ↑ Kalašnikov V.I., Belyakova E.A., Tarakanov O.V., Moskvin R.N. Vysoce ekonomický kompozitní cement využívající popílek  // Regionální architektura a stavebnictví. - 2014. - č. 1 . - S. 24-29 . — ISSN 2072-2958 .
  28. ↑ Korovkin M.O., Kalašnikov V.I., Eroshkina N.A. Vliv vysokovápenatého popílku na vlastnosti samozhutnitelného betonu  // Regionální architektura a stavebnictví. - 2015. - č. 1 . - S. 49-53 . — ISSN 2072-2958 .
  29. ↑ Lyshchik P.A., Bavbel E.I., Naumenko A.I. Složení minerálního pojiva pro zpevnění půdy  // Proceedings of BSTU. č. 2 Lesnictví a dřevozpracující průmysl. - 2014. - č. 2 . - S. 33-36 .
  30. ↑ Sarir N. Vlastnosti adsorpce azobarviv popílkem  // Novinky Akademie věd. Chemická řada. - 2007. - č. 3 . - S. 545-548 . — ISSN 1026-3500 .
  31. ↑ Grasby, Stephen E.; Sanei, Hamed; Beauchamp, Benoit (únor 2011). „Katastrofální rozptyl uhelného popílku do oceánů během posledního vymírání v Permu“ . Přírodní geovědy [ anglicky ] ]. 4 (2): 104-107. Bibcode : 2011NatGe...4..104G . doi : 10.1038/ ngeo1069 . ISSN 1752-0894 . 

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích