Лаборатория рециклинга отходов твердотопливной энергетики

Научные результаты:

1. Выявлены основные способы минимизации углеродного следа. Рассмотрены международные стандарты, используемые для определения углеродного следа: международные стандарты учета парниковых газов GHG (Greenhouse Gas) протокол и стандарт ISO 14064. Выявлены основные особенности «зеленой» технологии и «зеленой» продукции, изучена методика оценки их влияния на снижение выбросов парниковых газов на этапе производства и применения продукции. Показано, что для оценки углеродного следа производства «зеленой» продукции используют информацию о режиме и объеме производимой продукции, технологии производства и применяемого оборудования, преимуществ по сравнению с традиционной продукцией, выбросах загрязняющих веществ и способах их очистки.
2. Предложены два направления решения проблем, порождаемых существованием отходов: снижение вредного воздействия отходов на человека и окружающую среду и повторное использование отходов в качестве альтернативного источника энергии и сырья. Рассмотрены возможности вовлечения золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭС, а также вскрышной и вмещающей горной породы, образующейся в результате угледобычи, в процессы изготовления строительных материалов. Наиболее перспективным направлением применения является их использование в строительных работах или при производстве строительных материалов как сырьевой материал. Себестоимость производства строительных материалов при использовании золошлаков снижается на 12–25%.
3. Проведены физико-химические исследования крупнотоннажных отходов энергетики (отходов добычи, обогащения и сжигания угольных топлив) на примере выбранных объектов Южного федерального округа для установления возможности применения отходов сжигания угля Новочеркасской ГРЭС и обломочной (вмещающей) породы, образуемой при добыче угля подземным способом на территории Ростовской области для производства геополимерных материалов необходимо установление их химического состава. В качестве исследуемых образцов были использованы 7 видов техногенных материалов таких как: зола, золошлаковая смесь, шлак (Новочеркасская ГРЭС), обломочная порода (г. Новошахтинск, террикон №1), обломочная порода (г. Новошахтинск, террикон №2), обломочная порода (Красносулинский район, г. Гуково, п. Алмазный, террикон №1), обломочная порода (Красносулинский район, г. Гуково, отвал №2). Выбор Новочеркасской ГРЭС в качестве основного источника отходов сжигания угля, обоснован тем, что данная электростанция является единственной на Юге Российской Федерации, работающей на угле. Анализ химического состава показал, что в исследуемых отходах содержание SiO 2 составляет 45,09 – 56,12 %, Al 2 O 3 – 11,35 – 23,59 %. Это позволяет отнести исследуемые отходы к алюмосиликатным материалам, пригодным для получения геополимеров, так как последние представляют собой материалы, состоящие из цепей Si–O–Si и Al–O–Si.
4. Проведен рентгенофазовый анализ отходов угольной генерации таких как золошлаковая смесь, зола-уноса и шлак. В них присутствуют идентичные кристаллические фазы в виде α-кварца и гематита. Рентгенофазовый анализ обломочных (вмещающих) пород показал, что порода Н.-1.1 (террикон №1, г. Новошахтинск, Ростовская область) формируется кварцем, альбитом, мусковитом, клинохлором; порода Н.-1.3 (поселок Несветаевский, г. Новошахтинск, Ростовская область) характеризуется схожим составом за исключением наличия в ней анкерита; обожжённая порода Г.-2.1 (террикон №1, п. Алмазный, г. Гуково, Красносулинский район, Ростовская область) преимущественно состоит из гематита, муллита, опала, кордиерита; тогда как порода Г.Ш.-1(отвал №2, шахта «Шерловская-Наклонная», г. Гуково, Красносулинский район, Ростовская область) из кварца, мусковита и микроклина
5. Анализ результатов радиологических исследований показал, что рассматриваемые отходы соответствуют единым санитарно- эпидемиологическим и гигиеническим требованиям по значению эффективной удельной активности природных радионуклидов Ra-226, Th-232, K-40 и характеризуются следующими значениями Аэфф, Бк/кг: зола –(282±28); золошлаковая смесь – (267±26); шлак – (287±29); обломочная порода (г. Новошахтинск, террикон №1) – (165±18); обломочная порода (г. Новошахтинск, террикон №2) – (220±24); обломочная порода(Красносулинский район, г. Гуково, п. Алмазный, террикон №1) – (205±22); обломочная порода (Красносулинский район, г. Гуково, отвал №2) –(244±24). Таким образом, топливные отходы Новочеркасской ГРЭС и обломочной (вмещающей) породы при добыче угля подземным способом на территории Ростовской области характеризуются Аэфф менее 370 Бк/кг, что позволяет их отнести к 1-му классу материалов и использовать для всех видов строительства.
6. Изложены методы и подходы для разработки компьютерного дизайна иерархических геополимерных материалов и моделирование массопереноса в пористой среде продуктов геополимеризации отходов энергетики, в том числе примесных элементов. Разработаны параметры моделей геополимерых структур основанные на каркасе содалита с различным соотношением Si/Al. Для компенсации избыточного заряда ионов были введены щелочных металлов и молекулы воды, соответствующее нормальным условиям. Установлены закономерности массопереноса в пористой среде продуктов геополимеризации. Исследован механизм иммобилизации в иерархических геополимерных материалах, определяющий массоперенос в пористой среде продуктов геополимеризации. Возможность структурной перестройки молекул воды позволяет им занять положения, обеспечивающие повышение стабильности алюмосиликатного каркаса.
7. Разработана технология низкотемпературного углеродно-нейтрального синтеза функциональных пористых геополимерных материалов на основе отходов добычи, обогащения и сжигания угольных топлив при их содержании не менее 70 мас. %, включающая способ подготовки отходов, дополнительные сырьевые компоненты, основные технологические этапы и температурно-временные режимы синтеза.

Образование и переподготовка кадров:

Были разработаны и реализованы 2 новые дополнительные профессиональные программы:

1. «Зеленые технологии будущего», 16 часов;
2. «Перспективные материалы на основе промышленных отходов», 18 часов.

Были проведены защиты трех кандидатских диссертаций:

1. Яценко Л.А.: «Разработка технологии пористых силикатных материалов на основе природных аморфных кремнеземистых пород и комплексного порообразователя» (руководитель к.т.н., доцент Б.М. Гольцман), дата защиты 15.02.2023 г.
2. Фанда А.Ю.: «Стекловидные и стеклокристаллические эмалевые покрытия для стальных облицовочных панелей» (руководитель к.т.н., доцент А.В. Рябова), дата защиты 11.04.2024 г.
3. Яценко А.И. (руководитель к.т.н., доцент Н.А. Вильбицкая) «Эффективная стеновая керамика на основе высококальциевого отхода топливной энергетики и природного глинистого сырья», дата защиты 25.04.2024 г.

Сотрудничество:

Северо-западный педагогический университет (Китай), руководитель доктор наук, профессор Wensheng Li