| Содержание микроэлементов, n·10-3%/KK | |||||||||||||
| Cu | Zn | Pb | Be | Cr | Co | Ba | Ti | V | Mn | Sc | P | Zr | |
| Уголь | 0,3 | 0,6 | 0,5 | 0,2 | 0,3 | 3 | 42 | 40 | 1,3 | 44 | 0,7 | 44 | 10,2 |
| Золы в целом | 1,4 4,67 | 2,083,47 | 1,382,76 | 0,2 1 | 0,1 0,33 | 2,9 0,97 | 20 0,48 | 800 20 | 2 1,54 | 70,11,59 | 1 1,43 | 1002,27 | 20 1,96 |
Из таблицы следует, что концентрация в золах большинства элементов возрастает (КК>1), для некоторых весьма значительно (ККTi=20, ККCu=4,67, ККZn=3,47, ККPb=2,76) и только для трёх элементов уменьшается (ККCr=0,33, ККCo=0,97, ККBa=0,48).
Наблюдаются определённые различия в содержании отдельных микроэлементов для указанных выше разновидностей зол. Так например, в тонкозернистых золах повышены содержания меди (ККCu=5,17) и хрома (ККCr=3,3), пылеватые золы характеризуются понижением содержания меди (ККCu=2,97) и цинка (ККZn=3,0) и повышением содержания почти всех остальных элементов (ККBe=1,55, ККBa=0,7 и др.). В золах, содержащих обломки шлаков повышены содержания хрома (ККCr=3,0) и марганца (ККMn=1,82).
Главным минералом, выявленным рентгеноструктурным анализом, является муллит {Al4[Al4(Si3Al)O19(F0,5O,OH)]} - высокотемпературная фаза с неупорядоченной структурой, а так же тридимит (SiO2) – минерал метастабильной фазы, характерный для молодых образований, в том числе для зол и шлаков.
Муллит, содержащий 71,83% Al2O3 и 28,17% SiO2 образуется при термическом перерождении ряда глинистых минералов (каолинит - Al4[Si4O10][OH]8, галлуазит, пирофиллит и др.), мусковита, гидрослюды и других природных алюмосиликатов. По экономическому значению и объёмам производства муллит входит в число важнейших искусственных минералов.
Содержание глинозёма (Al2O3) в золах сопоставимо с его содержанием в бокситах (С³45%), поэтому золы Рефтинской ГРЭС могут служить сырьём для производства алюминия. Попутно с глинозёмом возможно извлечение фосфора.
Среди элементов примесей особое внимание привлекают редкие элементы Sc, Zr, Ti и B. Необходимы дальнейшие исследования с целью их количественной оценки.
Складирование золошлаковых отходов сопряжено с широкомасштабным их воздействием на окружающую среду (ОС), выражающееся в отчуждении земель и загрязнении атмосферы, подземных и поверхностных вод. Однако, проблема использования шлакозольных отвалов до настоящего времени не решена. Ежегодно утилизируется в основном в производстве стройматериалов менее 1% от образующегося за тот же период времени количества золы.
О воздействии золоотвалов на ОС можно судить по результатам обследования золоотвалов АО «Свердловэнерго», входящего в состав РАО «ЕЭС».
Воздействие на водные ресурсы.
На всех электростанциях АО «Свердловэнерго» организовано оборотное водоснабжение. Однако, несмотря на наличие замкнутого цикла водоснабжения, в действительности существует сброс загрязнённых вод с золоотвалов в поверхностные и подземные водные системы. Основной причиной сброса являются фильтрационные потери оборотной воды из гидрозолоотвалов через ограждающие дамбы и их основания.
Химический состав оборотной воды электростанций АО «Свердловаэнерго» характеризует таблица 3.
Таблица 3
Химический состав оборотной воды электростанций АО «Свердловэнерго».
| Элемент | Содержание, мг/л* | ПДК элементов в воде водоёмов различного назначения | Кратность превышения ПДК** | ||||
| Хозяйственно бытового назначения, мг/л | Рыбохозяйственного пользования, мг/л | ||||||
| Al | 0,61 – 2,73 | 0,5 | - | - | |||
| V | 0,0046 – 0,23 | - | 0,001 | 4,6 – 230 | |||
| Fe | 0,14 –0,39 | 0,3 | 0,1 | 1,4 – 3,9 | |||
| Si | 6,1 – 16,4 | 10,0 | - | - | |||
| Mn | 0,024 – 0,087 | - | 0,01 | 2,4 – 8,7 | |||
| Cu | 0,002 – 0,014 | 1,0 | 0,001 медь-ион | 2 – 14 | |||
| Mo | 0,0009 – 0,067 | 0,25 | 0,0004 по Мо +6 | 2,3 – 170 | |||
| As | 0,2 – 0,9 | - | 0,05 | 4 – 18 | |||
| Ni | 0,0049 – 0,031 | 0,1 | 0,01 по иону | 0 – 3,1 | |||
| Ti | 0,042 – 0,28 | 0,1 | - | - | |||
| F | 0,2 – 10 | 0,7 | 0,05 | 4 – 200 | |||
| Cr | 0,0026 – 0,051 | 0,5 | 0,005 | 0 – 10,2 | |||
* Изменение содержания каждого из элементов обусловлено сжиганием углей разных типов и зольности (Экибастузский – до 43%, Волчанский – 20-37%, Буланашский – 20-37%, Кузнецкий – до 22%).
**Использованы значения рыбохозяйственных ПДК.
Из таблицы 3 следует, что в оборотных водах всех золоотвалов имеет место превышение ПДК для всех элементов, а для V, Мо и F - до 170-230 раз. Объём сброса оборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6 млн3/год в поверхностные водоёмы (реки, ручьи) и более 50 млн3/год в горизонты подземных вод посредством фильтрации через основания дамб.
Воздействие на земельные ресурсы.
Площади, занимаемые каждым золоотвалом, измеряются сотнями гектаров, составляя в целом для АО «Свердловэнерго» не менее 3100 га, а с учётом площади санитарно-защитных зон (около 1700 га) из землепользования исключается 4800 га только для одной Свердловской области.
Воздействие на атмосферу.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются пылящие поверхности золоотвалов. Их негативное воздействие заключается в загрязнении воздушного бассейна неорганической пылью в результате ветровой эрозии сухой части поверхности отвалов. Результаты расчётов показали, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго» площадь пылящих поверхностей составляет около 600 га, т.е. около 20% общей площади золоотвалов, а суммарный объём пылевыделения превышает 1700 т/год.
Риск экологических последствий аварийных ситуаций.
Экологический риск, т.е. вероятность возникновения неблагоприятных для ОС и человека последствий складирования золошлаковых отходов на золоотвалах обуславливается возможностью прорыва ограждающих дамб, что в действительности хотя и не часто, но имеет место.
Таким образом, в свете рассмотренного воздействия золоотвалов на ОС, совершенно очевидна необходимость проведения исследований по утилизации техногенных отходов, накапливающихся в золоотвалах топливно-энергетического комплекса России. В решении этой проблемы заинтересован и топливно-энергетический комплекс, выплачивающий многие сотни миллионов рублей в год за загрязнение ОС, складирование отходов, изъятия земель.
При добыче и обработке ископаемых углей возникает большое количество отходов, содержащих кроме пустой породы значительное количество угля.
Первую группу этих отходов составляют углесодержащие вскрышные (при открытой добыче угля) и шахтные породы, т.е. ТМ горнодобывающей промышленности, возникающие при добыче полезных ископаемых (см. классификацию ТМ). К настоящему времени нет достаточных сведений о ежегодных масштабах образования и складирования в отвалах подобных отходов. Наиболее изучены они в Кузнецком бассейне, где, по ориентировочным расчётам, ежегодно получают 12-15 млн.т вскрышных пород со средней зольностью 72-86%.
Вторую группу представляют отходы углеобогатительных фабрик, где они составляют 5-40% от перерабатываемой массы добытого сырья и превышают 1 млн.т/год на каждой фабрике. В зависимости от способов обогащения угля образуются кусковые и мелкодисперсные отходы соответственно при гравитационном и флотационном методах обогащения. Выход кусковых углеотходов обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна составил в 1987 году около 11,5 млн.т, а Уральских – 4,8 млн.т.
Крупность зёрен при флотационном обогащении менее 1 мм. Представление о крупности кусковых отходов даёт таблица 4.
Таблица 4.
Гранулометрический состав отходов гравитационного обогащения.
| Фракция, мм | 0 - 1 | 1 - 6 | 6 - 113 | 13 - 25 | 25 – 50 | >50 |
| Содержание, % | 1,5 | 2 | 3 | 14,8 | 50,6 | 28,1 |
| Зольность, % | 72,4 | 82,3 | 86,2 | 80,3 | 78,8 | 85 |
Содержание мелкой фракции (<13 мм) не превышает 6,5%, а зольность почти не зависит от размера кускового материала.
Представление о химическом составе отходов обогатительных фабрик можно получить, проанализировав данные таблицы 5.
Таблица 5
Характеристика углеотходов.
| Угольный бассейн | Зольность | Химический состав, % | ||||||
| C | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | S | ||
| Кузнецкий | 64 – 90 | 4 – 22 | 57 – 70 | 14 – 26 | 3 – 10 | 1 – 7 | 0,3 – 3 | 0,1-1,4 |
| Челябинский | 66 – 80 | 9 - 25 | 53 – 56 | 22 – 24 | 11 – 18 | 2 – 5 | 3 – 4 | 0-0,8 |
| Кизеловский | 60 – 68 | 17 – 23 | 53 – 58 | 12 – 22 | 16 – 22 | 0,8 – 2 | 0,8 – 2 | 7 – 10 |
Преобладающей горной породой в углеотходах уральских месторождений является аргиллит, в небольших количествах присутствуют алевролиты, песчаники, карбонаты и сульфиды.
Основные минералы представлены каолинитом (20-40%), гидрослюдами (5-25%) и кварцем (30-40%). Кизеловские отходы имеют повышенное содержание сульфидов железа, следствием чего является более высокое содержание в них серы.