Статья: КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ УГЛЕСЖИГАЮЩИХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ОТХОДОВ УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ (2025)

Каменноугольный пек (электродный) во всем мире по многим причинам является основным, приоритетным связующим компонентом для производства различных углеродных композитов: анодных масс, электродов, конструкционных материалов, электроугольных изделий и т. д. Каменноугольный электродный пек как основной сырьевой компонент этой продукции задает уровень физико-механических свойств этих продуктов, во многом определяет их качество. Благоприятное сочетание физико-химических свойств - коксообразующей способности и низкой вязкости в расплавленном состоянии - выгодно отличает электродный каменноугольный пек от других видов связующих веществ, применяемых для создания углеродных композитов, на основе которых получается широкий спектр товарной продукции. Ежегодно существующая потребность в каменноугольном электродном пеке в мире возрастает на 3-4%, а для получения высоко маржинальной продукции, такой, как, например, высококачественные углеродные волокна, потребность возрастает более чем на 10%. Использование каменноугольного сырья - каменноугольной смолы, продукта высокотемпературного коксования каменных углей, для получения каменноугольных электродных пеков по сравнению с другими видами углеводородного сырья обеспечивает лучшее качество электродного пека, большее количество и более высокий выход продукта. При получении каменноугольных электродных пеков из каменноугольной смолы высокотемпературного коксования каменных углей наиболее значимыми и оказывающими влияние на формирование качества пеков являются следующие аспекты: 1) качество каменноугольной смолы и, соответственно, качество каменных углей, идущих на коксование, технология коксования, физический износ печей коксования каменных углей, коксовой батареи в целом и сопутствующей аппаратуры и трубопроводов); 2) температура и период термического воздействия на каменноугольную смолу при разгонке на фракции; 3) состав газовой среды в реакторе, реторте (ее инертность); 4) давление в реакторе или реторте. В работе изучена и установлена возможность получения из каменноугольной смолы ПАО «Кокс» электродных каменноугольных пеков. Определены качественные характеристики пеков, проведен анализ полученных данных, а также сделано соответствие характеристик полученных электродных пеков с требуемыми значениями показателей качества сырья для получения из него электродной продукции согласно с требованиями ГОСТ. Установлено, что при 430 °С и со скоростью нагрева 3 ⁰С/мин без изотермической выдержки получается электродный каменноугольный пек, соответствующий марке В, который пригоден для получения широкой номенклатуры электродной продукции.

В настоящее время углеродные материалы (углеродные волокна, углеродные конструкционные материалы, электроды и т. п.) производятся из смеси углеродного наполнителя со связующим. В значительной мере качество готовой смеси определяют явления, происходящие на поверхности углеродистых материалов при их взаимодействии с каменноугольным пеком. Наряду с влиянием других факторов необходимый контакт связующего и твердых углеродистых материалов возможен при условии смачивания твердой фазы достаточно размягченным пеком. Следовательно, изучение смачивающей способности связующими веществами коксов-наполнителей представляется необходимым и актуальным. В работе приведены результаты экспериментального определения угла смачивания каменноугольным пеком поверхности углеродистых материалов, кокс, полученный при 900оС из бурого угля. Количественно степень используемых в качестве коксов-наполнителей. Определяли смачиваемость поверхности среднетемпературным пеком для следующих углеродистых материалов: нефтяной кокс, искусственный графит и высокотемпературный смачиваемости характеризовали краевым углом статического смачивания методом «лежащей» капли в температурном интервале 60-160оС, замеры производили через каждые 10оС. Изучена температурная зависимость смачиваемости испытуемых углеродистых материалов каменноугольным пеком. Определено, что пек не смачивает образцы при температуре, близкой к температуре его размягчения. Смачивание поверхности начинается при достижении величины краевого угла θ = 90о в интервале температур 92 - 100оС. Совокупность полученных данных позволила установить, что наилучшую смачиваемость имеет нефтяной кокс и искусственный графит. Высокотемпературный кокс характеризуется самой низкой смачиваемостью, так как в исследованном диапазоне температур краевой угол смачивания был всегда больше 90о. Полученные результаты важны, так как позволяют составить более полное представление о технологической ценности исследованных образцов в качестве сырья для получения композиционных углеродных материалов.

В статье предложено решение двух наиболее актуальных экологических проблем России. Первая - накопление большого количества избыточного активного ила, который складируется на иловых картах и занимает значительные территории. Вторая - проблема очистки водных пространств от разливов нефти и нефтепродуктов. Целью данного исследования является разработка твердого ядра, применяемого в сорбентах для очистки загрязнений с водной поверхности на примере нефтесорбента. В рамках работы были проведены лабораторные исследования сырья и полученных продуктов, эксперименты по получению различных образцов ядра, обобщение и сравнительный анализ полученных данных. Для этого в лабораторных условиях были получены образцы магнетитового ядра и определены их технические характеристики. По результатам исследования проведен сравнительный анализ полученных данных. В результате были выявлены факторы, влияющие на прочность магнетитового ядра: условия термообработки магнетита, концентрация и время выдерживания ядра в отвердителе, режим и температура обработки ядра. С увеличением концентрации отвердителя возрастает и прочность магнетитового ядра, однако при концентрации выше 20% статическая прочность резко снижается. Оптимальным режимом термообработки является постепенное нагревание до 600°С, так как при этой температуре магнетитовое ядро устойчиво.

Диметиловый эфир малеиновой кислоты - продукт основного органического синтеза, который используется для производства ряда растворителей, пластмасс, полимерных материалов и др. Одним из методов его получения является реакция окислительного карбметоксилирования ацетилена. Пропускание смеси монооксида углерода, ацетилена и кислорода через каталитическую систему PdBr2 - LiBr - PcCo - метанол позволяет получать диметилмалеат с высокой селективностью относительно реагентов. В процессе также образуется небольшое количество диметилового эфира фумаровой кислоты. С целью оптимизации состава каталитической системы и условий получения эфира малеиновой кислоты изучено влияние концентрации бромида палладия и парциального давления ацетилена на показатели процесса. Проведен сравнительный анализ активности фталоцианинатов кобальта и железа. Изучение влияния концентрации бромида палладия на скорость реакции показало, что зависимость имеет сложный характер. Разная активность мономерных и димерных комплексов палладия, образующихся в контактном растворе, может быть причиной такого вида зависимости. Результаты опытов с варьированием парциального давления ацетилена в реакторе (в диапазоне 4 - 15 кПа) позволяют сделать вывод о нулевом порядке реакции по ацетилену. Этот факт особенно важен для безопасной работы с ацетиленом в промышленных условиях. Сравнение активности фталоцианинатов кобальта и железа показало, что скорости накопления продуктов и селективности их образования выше в случае использования РсСо в качестве компонента каталитической системы. Использование бинарных растворителей метанол - нитрил приводит к снижению скорости образования эфиров дикарбоновых кислот. Интересные результаты получены при работе с замещенным фталоцианином железа в бинарном растворителе. В работе даны рекомендации об оптимальном составе каталитической системы. Обсуждается целесообразность введения в состав полифункциональной каталитической системы дополнительного высококипящего растворителя.

Угольная промышленность на протяжении столетий остается ключевым элементом глобальной энергетической системы, обеспечивая более 35% мирового производства электроэнергии и оставаясь основным источником энергии для промышленности в странах с развивающейся экономикой. Современная промышленность сталкивается с растущими экологическими и ресурсными вызовами, связанными с увеличением объемов техногенных отходов. Одним из наиболее значимых источников таких отходов является углеобогащение - процесс, сопровождающийся образованием больших количеств хвостов, шламов и золошлаковых материалов. Потенциал отходов углеобогащения - источник альтернативного сырья, их исследование выявило присутствие титана в форме оксидов, силикатов и алюмотитанатов. Например, в золах Кузнецкого бассейна (Россия) концентрация TiO₂ достигает 8-12%, что сопоставимо с низкосортными рудами. Однако извлечение титана осложнено его дисперсным распределением и связью с матрицей алюмосиликатов. В данной работе рассматриваются отходы углеобогащения ЦОФ «Березовская». В отходах данной обогатительной фабрики концентрация титана превышает промышленно значимые значения, характерные для угля, и близка к промышленно значимой для получаемой из него золы. Эта высокая концентрация делает извлечение титана из этих отходов не только перспективной, но и экономически привлекательной задачей, особенно в контексте комплексной переработки. Фактически речь идет о переходе от проблемы утилизации отходов к созданию нового, высокорентабельного производства. Как видно из Таблицы 2, содержание соединений титана коррелируется с содержанием железа, следовательно, теоретически для извлечения титана можно использовать способы переработки ильменитовых руд. Титан предложено извлекать из отходов перколяционного выщелачивания, образованных в ходе комплексной переработки отходов углеобогащения с извлечением ценных компонентов. Титан представлен в отходе в виде оксидных форм. Проведены лабораторные исследования, доказывающие эффективность технологии извлечения титана в виде диоксида. Степень извлечения титана по технологии переработки, состоящей из стадий сульфатизирующего обжига, холодного выщелачивания с последующим кипячением раствора и фильтрованием, достигает 99,5%. Содержание диоксида титана в концентрате составляет 7,32%. Высокое содержание элементов помимо титана говорит о присутствии в осадке растворимых двойных сульфатов железа, алюминия и калия. Это свидетельствует о том, что необходимо отработать режимы фильтрования.

Адипинатные полимерные комплексы [M(A·(H2O)4)]n (M = Co2+ (I) и Ni2+ (II), А = адипинат-дианион, (C6H8O4)2-) и [Cu(A)·2H2O]n (III) синтезированы растворением карбонатов переходных металлов в водном растворе адипиновой кислоты в стехиометрических соотношениях. Соединения охарактеризованы с помощью рентгеноструктурного анализа на монокристалле и инфракрасной спектроскопией с Фурье-преобразованием. Кристаллические данные для соединений следующие: I) моноклинная сингония, пространственная группа P21/c(14), a = 4,79(2) Å, b = 9,78 (4) Å, с = 11,70 (5) Å, α = 90,00 °, β = 99,00(10) °, γ = 90,00 °; II) моноклинная сингония, пространственная группа P21/с(14), a = 4,75 (2) Å, b = 9,71 (5) Å, с = 11,67(6) Å, α = 90,00 °, β = 90,01(10) °, γ = 90,00 °; III) триклинная сингония, пространственная группа P 1 (2), a = 3,80(4) Å, b = 4,93(5) Å, с = 11,31(12) Å, α = 85,29(3) °, β = 87,55(3) °, γ = 83,32(3) °. Исследования с помощью инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием определили наличие во всех соединениях кристаллизационной воды. Комплексы I и II представляют собой удлиненные линейные полимеры; звенья Co(H2O)4 и Ni(H2O)4 связаны карбоксильной группой, с любого конца расширенной депротонированной адипиновой кислотой. Атом меди в комплексе III координирован в октаэдрической геометрии с карбоксилатом и молекулой воды. Определены количественные значения растворимости комплексов в воде и качественно установлена химическая устойчивость соединений в некоторых органических растворителях, кислотах и щелочах.

Рассмотрен вопрос получения органоминерального удобрения из бесподстилочного куриного помета. На Среднем Урале сконцентрировано значительное количество крупных птицеводческих предприятий. Объем образования помета составляет около 500 тыс. тонн в год. Продолжительность выдержки помета на специальных площадках на практике составляет 3 и более месяцев, при этом качество перегнившего помета, используемого как удобрения, не всегда соответствует нормативным требованиям. Описанные в литературе методы переработки помета не получили массового распространения в промышленном производстве в силу различных причин. Целью работы является получение удобрений из отходов птицефабрик за счет регулирования состава смеси, способствующее улучшению процесса твердофазной аэробной ферментации. Как следствие, происходит улучшение потребительских свойств продукта ферментации для использования в лесном, сельском хозяйстве. Эксперимент включал отработку режимов аэробной твердофазной ферментации за счет регулирования состава смеси, проверку качества полученных удобрений, проведение испытаний потребительских свойств удобрений в лабораторных и полевых условиях. В ходе эксперимента исследован режим аэробной твердофазной ферментации бесподстилочного куриного помета с различными добавками, определены оптимальные дозировки компонентов ферментируемой смеси. Зола-уноса Рефтинской ГРЭС, содержащая большое число макро- и микроэлементов, оказывает положительное влияние на качество удобрения. Проведены испытания органоминеральных удобрений по санитарно-ветеринарным и агрохимическим показателям. Получены результаты, подтверждающие соответствие продукта стандартам, применяемым к органическим удобрениям. В лабораторных условиях проведена серия экспериментов и получены данные об улучшении морфологических характеристик при выращивании тест-объектов (кресс-салат). Заложены полевые опыты по искусственному лесовосстановлению на рекультивируемом участке отработанного гранитного карьера в Свердловской области. Для проверки качества органоминерального удобрения при выращивании посадочного материала заложены опытные площадки в лесных питомниках. Получены предварительные данные об улучшении оцениваемых на практике показателей саженцев и сеянцев хвойных пород.

Хранилище отходов производства диафена ФП на КАО «Азот», г. Кемерово, по данным на 2008 год занимало площадь 1,13 га и складировалось в шламонакопителе на территории предприятия, при этом в смеси содержатся вещества второго класса опасности. В 2024 году для отходов подобного класса опасности подобное хранение является нарушением, поэтому вопрос утилизации является актуальным. Чтобы не наносить вред экосистеме, предприятиям необходимо правильно организовывать сбор, хранение и утилизацию всех видов имеющихся отходов. Авторами осуществлялся выезд на место складирования отхода и взятие его пробы для выбора способа дальнейшей переработки. Предложено два пути переработки отхода производства Диафена ФП. Приведены температурные зависимости, представлены результаты физико-химического анализа. На основании полученных данных дана рекомендация по дальнейшему использованию. Так как отход не отвечает требованиям Солут по ТУ 113-03-13-18-88 и не может использоваться в качестве сырья для изготовления стройматериалов, то рекомендуется рассматривать его как техногенное сырье для получения сульфата натрия в виде мирабилита. Предложено два технологических способа производства мирабилита, которые возможно осуществить на территории предприятия, используя уже имеющееся на нем оборудование.

Мировой рост энергопотребления стимулировал интенсивное развитие угледобычи, в результате которой образуются значительные объемы отвалов горных пород и шламов. Накопление этих отходов угледобывающей промышленности ставит перед обществом важные задачи: рациональное использование ресурсов, поиск методов переработки и защита экологии. Статистические данные по объемам отходов теплоэнергетического сектора ведущих стран-производителей электроэнергии показывают, что в России утилизируется лишь десятая часть золошлаковых отходов, что значительно уступает показателям развитых стран. Дополнительную экологическую нагрузку создают отходы промышленных котельных установок, где из-за технологического несовершенства оборудования присутствует высокое содержание несгоревшего углерода, осложняющего процесс комплексной переработки и извлечения ценных компонентов. Существенная часть производственных и потребительских отходов может быть интегрирована в замкнутый производственный цикл многократного использования. При этом качество переработанного вторичного сырья нередко достигает уровня первичных материалов, а в отдельных случаях демонстрирует превосходящие характеристики. Рециклинг отходов способствует оптимизации ресурсопользования и минимизации экологической нагрузки. Современная наука и промышленность активно разрабатывают инновационные способы использования отвалов горных пород и шламов, что отвечает принципам устойчивого развития и помогает эффективно решать вопрос утилизации этих материалов. В данной работе исследовалась зависимость скорости разрушения гранул породы углеобогащения АО ЦОФ «Березовская», образующаяся на различных стадиях обогащения от объема подаваемых капель, соотношения и скорости подачи выщелачивающих компонентов. Сравнительный анализ пород показал, что БФ-5 имеет более низкую устойчивость к разрушению в сравнении с БФ-4.

Огромное количество различных загрязняющих веществ, в особенности тяжелых металлов, накопилось за последние несколько десятилетий в окружающей среде. К этим негативным последствиям привел непрерывный рост производства и интенсивная промышленная и сельскохозяйственная деятельность человечества, которая представляет реальную угрозу для биосферы. Важность исследования адсорбции ионов тяжелых металлов нельзя недооценивать, особенно в условиях ухудшающейся экологической обстановки. Естественные адсорбенты, такие как скорлупа грецкого ореха и кедровой шишки, могут стать эффективным средством для удаления токсичных веществ из сточных вод и загрязненных экосистем. Эффективность их использования обусловлена уникальной структурой и химическим составом, что позволяет связывать ионы металлов и минимизировать их вредное воздействие.

Получены кинетические и равновесные данные по адсорбции ионов тяжелых металлов кадмия(II), свинца(II) различными природными материалами: скорлупа грецкого ореха, скорлупа кедровой шишки, отходы граната. На основе полученных данных можно выделить ключевые факторы, влияющие на процесс адсорбции - это pH раствора, температура и время контакта. Проведенные эксперименты продемонстрировали, что оптимальные условия способствуют максимальной задержке ионов свинца именно на скорлупе кедровой шишки.

Рассчитаны кинетические характеристики процесса адсорбции, выявлен механизм его протекания. Дальнейшие исследования в этой области могут открыть новые перспективы использования природных адсорбентов для очистки водоемов и почвы. Разработка технологий на основе местных ресурсов может значительно снизить затраты на очистку и улучшить экологическую ситуацию в регионах, подверженных загрязнению.