1. Зола-унос сухого отбора может быть использована в качестве:

• самостоятельного медленнотвердеющего вяжущего материала для устройства оснований дорожных одежд из укрепленных грунтов и каменных материалов;

• активной гидравлической добавки в сочетании с цементом или известью для устройства тех же оснований;

• материала, заменяющего минеральный порошок при приготовлении асфальтобетонных смесей;

• добавки, заменяющей часть цемента и заполнителя при приготовлении тяжелого бетона и раствора.

Рациональный выбор области применения золы-уноса сухого отбора зависит от ее состава и свойств, определяемых лабораторным исследованием по стандартным методикам.

2. Золошлаковые смеси гидроудаления могут быть использованы в качестве:

• техногенного грунта для сооружения дорожных насыпей;

• материала, укрепленного цементом или другими вяжущими,для устройства оснований и дополнительных слоев дорожных одежд;

• малоактивной гидравлической добавки к извести при приготовлении золоизвестковых вяжущих для укрепления грунтов и каменных материалов;

• материала, заменяющего минеральный порошок и частично песок при приготовлении асфальтобетона;

• заполнителя при приготовлении тяжелого песчаного бетона.

3. Применение золошлаковых материалов обеспечивает экономию цемента в количестве:

• 100 % при использовании активной золы-уноса сухого отбора в качестве самостоятельных медленнотвердеющих вяжущих материалов;

• до 50 % при использовании малоактивной золы-уноса сухого отбора в качестве добавок к цементу;

• 20—30 % при укреплении цементом золошлаковых смесей гидроудаления (вместо естественных песчаных грунтов или в качестве добавок к ним).

2.Техника и технология сбора и первичной обработки микросфер

По этой теме Сиборгэнергостроем выполнено для СибНИИ энергетики (в настоящее время входит в состав СибЭНТЦ РАО «ЕЭС России») технико-экономическое обоснование создания опытно-промышленного производства СибНИИЭ (строительство не осуществлено). Степень проработки технологических решений в ТЭО позволяет выполнить по нему рабочий проект цеха по производству микросфер. Технологический регламент выдан СибНИИЭ на основе лабораторного регламента, совместно с СибОЭС доработанного до опытно-промышленного регламента. Разработанная нами технология и выбор оборудования соответствуют стадии промышленного регламента. На этом производстве выполняются выделение микросфер из золы, разделение по фракциям и прочие операции по доведению микросфер до товарного вида. Линии первичной обработки раздельные для золы сухого отбора и для мокрой золы из золоотвала. В технологических решениях использованы результаты работы опытной установки на Усть-Каменогорской ТЭЦ. Технические условия на продукцию имеются (ТУ-48-6-92/О1-87 ВНИИцветмета «Микросферы из зол тепловых электростанций»).

Рынок сбыта микросфер как сырья хотя и специфичный, но реально существующий, в том числе и на мировом рынке. Низкая себестоимость добычи и обработки микросфер позволяет использовать их также для изготовления различных изделий в собственном производстве добывающей организации, например, для теплоизоляционных изделий и золокерамики (см. раздел 5).

Дальнейшие работы могут осуществляться только с участием СибНИИЭ, так как остаются нераскрытыми некоторые технологические режимы и необходимы результаты лабораторных исследований СибНИИЭ.

Нижеприведенная информация относится к добыче и первичной обработке сырья (извлечение из золоотвала и отделение микросфер от золы). В естественных накоплениях на золоотвале возможно такое качество микросфер, что сырье после его сбора уже является товарной продукцией.

Микросфера — полые стекловидные шарики, обладающие рядом ценных специфических свойств, обеспечивающих их применение в самых различных областях.

Микросфера образуется в составе золы-уноса в результате расплавления минеральных компонентов при сжигании углей, последующего дробления расплава в газовом потоке на отдельные мельчайшие капли и раздувания последних за счет увеличения газовых включений. Благодаря правильной сферической форме и низкой плотности микросферы обладают свойствами прекрасного наполнителя для самых разнообразных изделий.

Наиболее широкое применение на сегодняшний день микросферы нашли как:

• легкий заполнитель пластмасс, резины, красок, бумаги;

• легкий жаропрочный заполнитель стройматериалов и керамических изделий;

• теплозащитный материал (в том числе для жаропрочного покрытия космических кораблей);

• легкий заполнитель электроизоляционных материалов;

• катализатор при переработке нефти;

• сорбент для ликвидации нефтепродуктов на поверхности воды;

• пожаротушитель легковозгораемых материалов;

• почвенный слой для быстрого выращивания растений методом гидропоники;

• наполнитель для эмульсионных взрывчатых веществ.

Золоотвалы, как и любые другие гидроотвалы, по своему расположению можно подразделить на равнинные, наклонные и балочные. В первом случае дамба оконтуривает всю площадь золоотвала, во втором — две-три его стороны, в третьем — золоотвал может иметь одну упорную призму, запирающую выход из оврага, балки или лога в долину. Во всех случаях намыв ведется от дамбы, поэтому распределение микросфер по поверхности золоотвала во многом зависит от его типа.

Возможны два основных направления извлечения микросфер из золошлаковых отходов: из потока гидросмеси и после ее естественной сепарации на золоотвале. Эффективность извлечения микросфер из потока невелика, а качество их существенно ниже, чем микросфер из золоотвала. Опыт использования в качестве сепараторов тонкослойных сгустителей и гидроциклонов дает одинаково неудовлетворительную картину: степень извлечения мала, а качество микросфер низкое.Поэтому в настоящее время основное внимание в решении проблемы уделяется сбору естественно отсортированной на золоотвале плавающей микросферы. Не исключено, что в перспективе целесообразной станет добыча микросферы комбинированным способом, т.е. сочетание сепаратора и сбора микросферы с поверхности золоотвала, однако это потребует создания специальных сепарирующих устройств, ориентированных непосредственно на выделение микросферы.

Собирать микросферу непосредственно в золоотвале можно двумя способами: с проведением специальных мероприятий, изменяющих технологию намыва золоотвала, и без таковых, с применением специальной техники.

К специальным мероприятиям следует отнести:

• секционирование золоотвала с обустройством специальных секций-накопителей;

• оконтуривание мест выпуска гидросмеси, в которых происходят естественная сепарация и всплытие микросфер;

• использование двух- или многоуровневых золоотвалов с системами шлюзов, шандоров и прочих перепускных устройств.

К способу добычи микросферы с помощью специальной техники следует отнести:

• плавающие средства автономного и неавтономного принципов действия;

• береговые средства стационарного, полустационарного и подвижного принципов действия;

• комбинацию вышеперечисленных способов.

Микросфера может собираться с помощью плавающих средств автономного и неавтономного принципов действия или, как их еще называют, «привязных».

К плавающим средствам автономного принципа действия следует отнести средства, имеющие собственный двигатель, неавтономного — имеющие энергетическую (кабельную) связь с берегом или снабженные папильонажной системой. В качестве варианта можно рассмотреть и создание буксируемого средства сбора микросферы. Папильонажная система может работать по принципу землесосного снаряда, когда лебедки установлены непосредственно на судне (понтонах), или по принципу «волочения», когда лебедки расположены на борту золоотвала.

Существуют три способа доставки микросферы на берег:

• непосредственное транспортирование по пульпопроводу; применение бункера- накопителя;

• использование принципа «волочения», т.е. «плавающего бульдозера».

По способу сбора микросферы с поверхности золоотвала плавающие средства можно разделить на:

• использующие водовоздушное всасывание, «пылесос» для микросферы;

• механически собирающие микросферу с водной поверхности.

Механический сбор может осуществляться «нагребающими лапами» (по аналогии с мусороуборочными и снегоочистительными машинами), роторными колесами с перфорированными ковшами, многочерпаковыми цепями (по принципу многочерпаковых дражных цепей), прямыми и обратными механическими лопатами (по принципу плавающих экскаваторов), ковшами-погрузчиками. Применение навесного водовоздушного всасывающего оборудования из-за сложности коммуникаций как энергетических, так и транспортных, практически нецелесообразно. В качестве экскаваторов могут быть использованы любые строительные и горные экскаваторы, которые могут быть применены с учетом возможности черпания и несущей способности дамбы. Предпочтение, однако, следует отдавать грейферам, маневр стрелы которых намного проще, чем у прямых и обратных механических лопат экскаваторов. Первые три способа от­носятся к непрерывным технологическим процессам, два последних — к дискретным.

К береговым средствам сбора микросферы можно отнести:

• стационарные: оборудование пеноприемников в районах максимального нагона пены (зоны переливов, шандоров, ветрового нагона);

• полустационарные: оборудование временных приемников пены («волокуш», плавающих ковшей-бункеров) при сохранении стационарного узла первичной переработки пены;

• подвижные: самоходное оборудование с навесным агрегатом сбора, экскаваторы.

При определенных условиях — большом объеме микросферы в теле золоотвала, широком гребне дамбы, возможности маневра погрузчика на дамбе — целесообразно использовать погрузчики. Это позволит одновременно решить проблемы сбора микросферы и транспортирования ее на короткие расстояния.

«Свобода» плавающих средств бывает двух видов — энергетическая и транспортная. Энергетически автономные плавающие средства — дизельные, неавтономные — питающиеся электроэнергией от береговых подстанций. При неровной береговой линии, загрязненности акватории предпочтение должно отдаваться автономным средствам. Транспортно автономные средства — это средства, имеющие либо грузовой трюм, либо бункер-накопитель, неавтономные — имеющие гидротранспортную (или иную) связь с берегом, в частности, плавучий пульпопровод. Применение автономных или неавтономных в транспортном отношении средств зависит, в основном, от способа сбора микросферы с водной поверхности. Так, если сбор производится «нагребающими лапами», то технологически неоправданно иметь на плавающем средстве узел подготовки пород к гидротранспортированию и само устройство гидротранспортирования. Если же происходит водовоздушное всасывание микросфер, то применение гидро- или пневмотранспорта может быть оправдано, т.е. при наличии плавучего пульпопровода упрощается кабельная энергетическая связь с берегом. Следует подчеркнуть, что эксплуатация плавучего пульпопровода сопряжена с большими сложностями и возможна только в обширных акваториях, где слой микросферы не достигает существенной (более 100 мм) толщины.

К неавтономным относятся плавающие буксируемые средства. На дамбе золоотвала устанавливают барабанные лебедки, тросы которых закреплены на плавающем средстве сбора. Средством сбора может служить держащийся на плаву за счет понтонов ковш, который нижней своей кромкой подсекает слой микросферы. Плавающий ковш натаскивается на микросферы с помощью лебедок. В приемнике разгрузка микросфер может осуществляться опрокидыванием, откачкой или любым другим способом. Управление лебедками и процессами разгрузки ведется из береговой рубки. Четыре папильонажных лебедки позволяют плавающему средству оказаться в любой точке золоотвала.

Плавающие средства работают следующим образом. На оконтуривающей дамбе золоотвала устанавливают барабанные лебедки, тросы которых закреплены на плавающем средстве сбора, в качестве которого в данном случае использован плавающий бульдозер, имеющий широкий бульдозерный нож, нижняя кромка которого подсекает слой микросферы через систему подвески, прикрепленной к понтонам и противовесу. Папильонажная система позволяет перемещать плавающий бульдозер в зоне скопления микросферы. Управляется плавающее средство из береговой багерской рубки. Плавающий бульдозер нагребает микросферу с поверхности воды на специальный лоток, расположенный на откосе, а оттуда она забирается с помощью дополнительных средств. Возможно применение карт золоотвала, где микросфера после сбора плавающим бульдозером подвергается предварительной естественной сушке. В этом случае после заполнения одной карты бульдозер передислоцируется и начинает заполнять другую.

Использование папильонажных средств сбора микросферы предпочтительнее на равнинных золоотвалах, где передвижение папильонируемых (или буксируемых) средств затруднено.

Автономные средства работают следующим образом. На дамбе, оконтуривающей золоотвал, монтируется пункт приема микросферы, где разгружается бункер автономного плавающего средства. При универсализации бункера, т.е. его соответствии требованиям, предъявляемым к перевозкам малыми контейнерами, возможна замена полного бункера порожним. В качестве плавающего средства может служить, например, устройство с «нагребающими лапами» и транспортерным перегружателем в бункер-накопитель. Микросферы можно собирать и с помощью амфибий. В этом случае значительно упрощается организация работ с «плавающим бульдозером» по сравнению с описанной схемой работы при папильонажном способе управления плавающим средством сбора.

В основе классификации береговых средств сбора лежит степень капитальности сооружения (установки) для сбора микросфер с поверхности золоотвала. Так, к стационарным относятся постоянные сооружения и устройства. Расположение их привязано к местам постоянного скопления микросферы, что бывает обычно около шандорных колодцев и в районах ветрового нагона.

К полустационарным средствам сбора относятся средства, расположение которых привязано не к одной какой-либо точке золоотвала, а к той его части, где выше концентрация микросферы.

К передвижным средствам сбора относятся средства, не имеющие транспортной связи с пунктами разгрузки, с накопителями и т.д., способные самостоятельно производить загрузку транспортных средств.

Возможно использование различных комбинаций перечисленных способов.

Оконтуривание места выпуска гидросмеси может использоваться как самостоятельное, так и как вспомогательное мероприятие. После сброса золы-уноса в золоотвал микросфера всплывает на определенном расстоянии от места выпуска. Оградив это место, можно добиться, что вся всплывающая микросфера окажется в строго определенной зоне, а не рассредоточится по поверхности всего золоотвала.

В качестве ограждений могут быть использованы обычные буйковые канатные заграждения, сети, иные рыболовные принадлежности. Эти средства являются только ограничивающими, способствующими упрощению процесса последующего сбора микросфер. Однако при применении боновых заграждений или траловых сетей процессы ограждения и сбора совмещаются. Так, при использовании бонового заграждения (плавающих камер с окном перелива, полостью (камерой) и транспортной связью (или без таковой) с берегом) всплывающая микросфера попадает в боны и либо транспортируется на берег по коллектору, либо механически вытягивается на берег, где камеры очищаются.

На многоуровневых золоотвалах с перепуском гидросмеси используются принцип плавучести микросферы и простота ее отделения от воды. При этом основной золоотвал и его секции ограничены упорными призмами (дамбами). Гидросмесь сбрасывается с дамбы основного золоотвала. При этом поверхность секций покрывается слоем микросферы. Через шандорные колодцы происходит перепуск микросферы с небольшим количеством воды в секцию-накопитель. По заполнении секции-накопителя вода сбрасывается через задвижки сбросных труб, поступает на осветление и далее в технологический цикл. Таким образом в секциях золоотвала концентрируется зола, в секции-накопителе — микросфера. Элементы конструкции данной технологической схемы могут быть использованы частично в других схемах и с другими способами извлечения микросфер. Смесь золы с водой остается в теле основного золоотвала, а микросфера тонким слоем покрывает его поверхность. При открытии порога перелива шандорного колодца микросфера с небольшим количеством осветленной воды поступает в следующую секцию золоотвала, имеющую более низкий уровень. Поверхность этой секции меньше, чем основного золоотвала, и покрыта толстым слоем микросферы. Зола в ней практически отсутствует. Затем вся микросфера поступает в последнюю секцию, в которой она концентрируется слоем толщиной в несколько метров, а количество воды очень невелико. Сбор микросферы из этой секции может вестись с помощью стационарного пункта сбора либо спуском воды.

Секционный золоотвал позволяет очень эффективно отделить микросферы от золы и воды, и создать участки с большим накоплением микросфер и удобные для извлечения из золоотвала. К тому же для микросфер, добытых из таких накоплений, значительно упрощается и удешевляется их дальнейшая переработка

Общим для всех схем извлечения микросфер являются их большая эффективность, возможность локализовать районы концентрации микросфер и значительно упростить их сбор. Очевидно, однако, что использование этих схем предпочтительнее планировать заранее, так как они требуют значительных капитальных затрат при строительстве золоотвалов и изменений технологии намыва золоотвалов.

Важным преимуществом многоуровневых и секционных золоотвалов является упрощение процесса рекультивации, что во многом окупает предварительные затраты на секционирование или организацию многоуровневого золоотвала.

На уже действующих золоотвалах более перспективно использовать технические средства сбора микросферы, к которым, в первую очередь, относятся плавающие.

Процесс очистки микросфер является вспомогательным. Очистку от мусора и прочих инородных включений проводят в процессе сбора микросферы с поверхности золоотвала. Систему грохотов и сит, в том числе с вибрацией, следует предусмотреть в местах перегрузки микросфер, собранных с поверхности золоотвалов, в бункеры, транспортные средства и т.д.

Содержание влаги в микросферах зависит от требований потребителя, технологии переработки, транспортирования.

Транспортирование микросфер рассматривается в двух аспектах: транспортирование как сырья, и как товарной продукции (возможно и такое качество микросфер в естественных накоплениях).

Обезвоженная микросфера может транспортироваться гидро- либо автоспособом. Гидротранспортирование проводитсяцентробежными насосами, например, грунтовыми, шламовыми или углесосами, автотранспортирование: «мокрой» микросферы — растворовозами и бетоновозами, «сухой» - цементовозами.