Содержание к диссертации
Введение
1 Научно-технический обзор и анализ методов и средств исследования процессов шлакования и фильтрации в пористых средах 10
1.1 Исследование процессов фильтрации в пористых средах 10
1.2 Дифференциальные манометры для измерения малых перепадов давления 19
1.3 Проблемы переработки золошлаковых отходов крупных энергетических установок 22
1.3.1 Перспективы переработки золошлаковых отходов 22
1.3.2 Проблемы использования золошлаковых отходов в строительной индустрии 23
1.3.3 Извлечение тяжелых металлов и радиологический аспект...28
1.4 Шлакование поверхностей нагрева 34
1.5 Постановка задачи 37
2 Исследование процессов фильтрации в пористой среде 39
2.1 Исследование влияния низкочастотных пульсаций на распределение давления в упакованном слое на водных потоках 39
2.1.1 Экспериментальная установка и способ измерения распределения статического давления в упаковке из зернистых слоев при различных частотах вращения центробежного насоса 39
2.1.2 Распределение статического давления по длине упакованного слоя при различных частотах вращения центробежного насоса 48
2.1.3 Беспульсационный гидродинамический контур 49
2.1.4 Экспериментальные результаты по распределению давления, полученные на беспульсационном гидродинамическом контуре 54
2.2 Исследование распределения давления в упакованном слое на воздушных потоках 64
2.2.1 Экспериментальная установка и методика измерения давления внутри зернистого слоя на воздушных потоках 64
2.2.2 Дифференциальный манометр колокольного типа 66
2.2.3 Экспериментальные данные по распределению статического давления по длине упакованного слоя 70
2.3 Выводы 71
3 Исследование процессов высокотемпературного шлакования 73
3.1 Рентгенофлуоресцентиый элементный анализ с использованием синхротронного излучения 73
3.2 Рентгенофлуоресцентиый элементный анализ проб шлака, золы и угля, отобранных из производственного цикла барнаульской ТЭЦ-3 84
3.3 Отбор и подготовка проб для гамма - спектрометрического анализа 89
3.4 Гамма-спектрометрический анализ проб шлака, золы и угля, отобранных из производственного цикла барнаульской ТЭЦ-3 91
3.5 Устройство для жидкого шлакоудаления 94
3.6 Исследование процессов кристаллизации шлака в различных жидкостях 98
3.7 Выводы 101
4 Исследование процессов низкотемпературного шлакования 103
4.1 Экспериментальная установка и методика 103
4.2 Результаты и обсуждение 108
4.3 Выводы 113
Выводы 115
Приложение А 117
- Проблемы использования золошлаковых отходов в строительной индустрии
- Экспериментальная установка и способ измерения распределения статического давления в упаковке из зернистых слоев при различных частотах вращения центробежного насоса
- Экспериментальные данные по распределению статического давления по длине упакованного слоя
- Рентгенофлуоресцентиый элементный анализ проб шлака, золы и угля, отобранных из производственного цикла барнаульской ТЭЦ-3
Введение к работе
Актуальноств работы.
В последнее время значительное количество исследований посвящено процессам шлакообразования, транспортировке золы и шлака, а также проблемам их утилизации и промышленного исполвзования.
Сжигание каменных и бурых углей сопровождается загрязнением поверхностей нагрева шлаковыми отложениями. Достаточно эффективные методы борьбы с ними пока не разработаны, и даже сами механизмы образования этих шлаковых отложений не достаточно ясны. Разработка эффективных способов снижения уровней загрязнения поверхностей нагрева требует не только более детального исследования механизмов шлакования и процессов фильтрации газовых потоков в пористой среде шлаковых отложений, но и разработки диагностической аппаратуры для подобных исследований.
Другой важной проблемой является утилизация золошлаковых отходов промышленных энергостанций. Несмотря на то, что давно известно о наличии в золе и шлаке существенных концентраций целого ряда промышленно важных элементов, до сих пор не разработана достаточно эффективная методика извлечения из золы и шлака металлов, редкоземельных и радиоактивных, экологически опасных элементов. Существующие методики либо мало эффективны, либо слишком дороги. Частично зола и шлак используются в строительной индустрии. Однако, основная масса золошлаковых отходов отправляется на золошлакоотвалы.
Значительные территории, занимаемые золошлакоотвалами, оказываются исключенными из полезного использования в народном хозяйстве. Кроме того, наличие в золе и шлаке тяжелых и радиоактивных элементов делает золошлакоотвалы экологически опасными для прилегающих к ним территорий и водоемов. Для экологически безопасного устройства золошлакоотвалов, с возможностью их дальнейшей
рекультивации, необходимо прогнозировать их поведение под действием различных климатических факторов. Одним из важнейших климатических факторов является влага (талые воды, дожди и т.д.), поэтому требуется исследование процессов фильтрации воды в пористой среде золошлаковых отходов.
Таким образом, исследование процессов шлакования и процессов фильтрации в пористой шлаковой среде является актуальной научно-технической задачей. Цель работы.
Основной целью работы являлось создание экспериментальных установок и методик для исследования процессов высоко- и низкотемпературного шлакования и процессов фильтрации в пористых средах. При этом ставились следующие задачи:
Создание технических средств исследования процессов фильтрации в пористых средах на водных и воздушных потоках и отработка экспериментальной методики измерения давления внутри зернистого слоя.
Совершенствование методики подготовки проб для проведения количественного анализа содержания различных химических элементов в угле, золе и шлаке.
Создание экспериментального стенда для исследования низкотемпературного шлакования, включающего измерения расхода и температуры воздуха.
Разработка метода и устройства для изменения дисперсности шлака с одновременным разделением шлака на тяжелую и легкую компоненты. Практическая значимость
1. Создана экспериментальная установка для исследования процессов фильтрации воздушного потока через пористый слой, позволяющая одновременно измерять перепады давления и температуры в диапазоне чисел Рейнольдса от 54 до 175.
Изготовлен оригинальный датчик измерения малых перепадов давления и отработана методика измерения перепадов давления до 0.2 Па.
Разработана методика подготовки проб для рентгенофлуоресцентного элементного анализа с использованием синхротронного излучения, заключающаяся в создании тонкого пористого слоя золы или шлака на пористой подложке из карбида титана. Обнаружено, что содержание V и Мо в золе и шлаке, сравнимо с их содержанием в промышленно используемых рудах, что позволяет предложить использование золы и шлака для добычи этих химических элементов.
Изготовлен экспериментальный стенд для исследования процессов низкотемпературного шлакования. Экспериментально доказана возможность шлакования при температуре ниже температуры плавления золы. Например, для Кузнецкого угля при температуре 920 К.
Разработан оригинальный способ и устройство для разделения шлака на тяжелую и легкую фракции при жидком пілакоудалеиии, основанный на различном поверхностном натяжении различных компонентов шлака. Научная новизна работы
Показано, что переход от симметричной градуировочной характеристики к несимметричной приводит к повышению чувствительности дифференциального манометра более чем на порядок и увеличению линейности характеристики.
Показано что пульсации на воздушных потоках не влияют на режим течения и распределение давления в пористом упакованном слое, тогда как на водных потоках наличие пульсаций приводит к значительному изменению перепада давления и это связано с существенно большей сжимаемостью воздуха, что приводит к выполнению закона Дарси с числа Рейнольдса 54.
Показана зависимость низкотемпературного шлакования от режимов дутья и температуры в камере сгорания и обнаружен новый механизм низко-
температурного шлакования, связанный с образованием эвтектического состояния золы. Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4 научных, научно-технических и научно-практических конференциях, а именно:
Всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение в промышленно-хозяйственном комплексе» (г. Пенза, 2000г.)
Российском национальном симпозиуме по энергетике (г. Казань, 2001г.)
Ш Сибирской научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Физика, радиофизика - Новое поколение в науке» (г. Барнаул, 2002г.)
IX международной конференции «Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей» (г. Новосибирск, 2004г.) Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе статей в центральной печати-4, из них 2 статьи в журналах по списку ВАК, тезисов и докладов региональных, всероссийских и международных конференций-5. Основные положения, представляемые к защите.
Оригинальный датчик для измерения малых перепадов давления от 0.2 Па.
Экспериментальный стенд для измерения перепадов давления, температуры и расхода при беспульсационном течении жидкости в упакованных слоях в диапазоне чисел Рейнольдса 10^-200.
Экспериментальная установка для измерения перепадов давления, температуры и расхода при фильтрации воздушного потока через пористые слои в диапазоне чисел Рейнольдса 54-^175.
Метод изменения дисперсности шлака за счет изменения температуры воды, в которую попадает расплав шлака, с одновременным разделением шлака на тяжелую и легкую компоненты, за счет различного поверхностного натяжения этих компонент.
Оригинальная установка для исследования процессов низкотемпературного шлакования, физический механизм которого связан с образованием эвтектик.
Проблемы использования золошлаковых отходов в строительной индустрии
Дифференциальные манометры (дифманометры) измеряют перепад давления [29]. Они различаются по принципу действия, пределам измерений и характеру отсчетного устройства (показывающие, самопишущие, интегрирующие и т.д.). Кроме того, многие дифманометры оборудуются электрическими или пневматическими преобразователями перемещения чувствительного элемента прибора в сигнал, поступающий на вторичный измерительный прибор. При этом дифманометр может иметь или не иметь отсчетное устройство (т.е. быть бесшкалы-шм). По принципу действия дифманометры могут быть жидкостными или деформационными.
Существуют следующие разновидности жидкостных дифманометрові с неподвижными коленами, с одним подвижным коленом, с двумя подвижными коленами и колокольные.
У всех дифманометров жидкостной системы измеряемый перепад давлений (pi-рг) уравновешивается разностью давлений, создаваемых столбом манометрической жидкости высотою h в минусовом колене и столбом вещества такой же высоты, находящемся в плюсовом колене над манометрической жидкостью. Но только у дифманометров с неподвижными коленами эта высота служит для измерения перепада pj-p2, который у других дифманометров измеряется по высоте перемещения колокола или подвижного колена, или же по углу поворота кольца прибора.
Дифманометры с неподвижными коленами подразделяются на приборы с видимым уровнем, с электрическим съемом положения уровня и на поплавковые дифманометры.
Колокольные дифманометры состоят из одного колокола (реже двух, подвешенных на коромысле), частично погруженного в жидкость и перемещающегося под влиянием измеряемой разности давлений. Большее давление р] подается обычно внутрь колокола, а меньшее давление р2- снаружи, но встречается и обратная подача давлений. При двух колоколах давление pi подается под один колокол, а давление р2 - под другой.
В зависимости от характера противодействующей силы колокольные дифманометрьт могут быть с гидравлическим, с пружинным, или с грузовым уравновешиванием. В дифманометре с гидравлическим уравновешиванием уравновешивание измеряемого перепада давления достигается за счет уменьшения гидростатического давления жидкости на колокол при его подъеме. Для этого колокол должен иметь толстые стенки, а иногда и плунжер посередине, чтобы обеспечить большую площадь поперечного сечения частей, погружаемых в жидкость. В дифманометрах с пружинным уравновешиванием противодействующая сила создается за счет деформации пружины, которая приложена или к центру колокола, или же к рычагу, на котором подвешен колокол. В дифманометрах с грузовым уравновешиванием противодействующий момент создается грузом, воздействующим на рычаг, к которому подвешен один или два колокола. У дифманометров с пужинным и грузовым уравновешиванием стенки колоколов тонкие и изменением гидростатического давления при перемещении колоколов здесь можно пренебречь. Колокольные дифманометры отличаются высокой чувствительностью, которая тем выше, чем больше площадь дна колокола. Ход колокола может быть во много раз больше разности уровней жидкости снаружи и внутри колокола, В связи с этим колокольные дифманометры применяют, главным образом, для измерения небольших перепадов давления (обычно в пределах 100-1000 Па), в частности для изметения расхода газа при незначительном избыточном давлении (0.06-0.25 МПа) Рабочая жидкость в колокольном дифманометре не должна поглощать влагу из газа или иметь склонность к испарению. Целесообразно применение различных масел (особенно парафинистых).
Деформационные дифманометры подразделяются на мембранные и сильфонные. В них перепад давления уравновешивается силами упругости мембраны или сильфона, или же дополнительной (обычно винтовой) пружины (одной или несколькими) и измеряется по величине перемещения чувствительного элемента. Все перечисленные разновидности жидкостных и деформационных дифманометров могут быть компенсационными.
Жидкостные дифманометры обладают высокой точностью и надежностью действия, но они инерционны и во многих из них в качестве манометрической жидкости применяется ртуть; при этом требуется соблюдение особых правил техники безопасности, что осложняет эксплуатацию этих дифманометров.
Деформационные дифманометры малоинерционны и для них не требуется ртуть, но их показания зависят от степени совершенства упругих свойств мембран или сильфонов, а при недостаточной надежности предохранительных устройств возможно их повреждение при перегрузке. Отмеченные недостатки долго сдерживали распространение деформационных дифманометров. К концу прошлого века эти недостатки в значительной степени преодолены и эти приборы стали широко применяться, вытеснив в большинстве случаев производственной практики жидкостные дифманометры в области средних и больших перепадов давления. Но в области малых перепадов давления они не могут конкурировать с колокольными и кольцевыми дифманометрами жидкостной системы. Кроме того, жидкостные приборы широко применяются в качестве образцовых и контрольных. Поэтому, в настоящее время актуальна задача создания устройств для измерения малых перепадов давления.
Одно из основных направлений современных технологий -комплексное использование минерального сырья. С этой точки зрения использование отходов предприятий теплоэнергетики, работающих на твердом топливе, приобретает особое значение, так как минеральная часть топлива составляет значительный процент от общей массы (например, 8-12% для Канско-Ачинских и до 55% для Экибастузских углей [30]). Эти отходы в виде золы и шлака удаляются на специальные полигоны (шлакозолоотвалы), которые, кроме того, что занимают значительные территории и требуют значительных средств для поддержания в рабочем состоянии, являются также источником загрязнения атмосферы и окружающих водоемов [31].
Экспериментальная установка и способ измерения распределения статического давления в упаковке из зернистых слоев при различных частотах вращения центробежного насоса
В золошлаковых отходах до 80% выхода составляет зола. Вместе с тем, с точки зрения современных технологий и возможности утилизации более ценными потребительскими свойствами обладает шлак. В процессе сжигания угля в топке котла происходит неравномерное распределение элементов между золой и шлаком. Как отмечено в работе [42], при сжигании Канско-Ачинских углей в котлоагрегатах с жидким шлакоудалением происходит обогащение золы окисью кальция на 10% и обеднение двуокисью кремния на 20%. Соответственно, зола будет обогащаться оксидами легких и щелочноземельных металлов (К, Na, Be, Mg), в шлаке будут концентрироваться тяжелые металлы (Fe, Со, Мо и т. д.).
Содержание многих элементов представляет практический интерес для металлургической промышленности. По данным [43], при современном развитии техники важной проблемой становится извлечение из золошлаков следующих элементов: Cr, Ga, Al, Si, Mg, Та, Fe, V, Мо, Ті, Be, As. Большое содержание ценных элементов отмечают и отечественные исследователи. В работе [44] приведены данные по содержанию ценных металлов в углях кузнецкого бассейна: РЗЭ-до 3000 г/т, Уи Sc-до 100 г/т.
В Институте химии и химической технологии [45] разработана рациональная технологическая схема извлечения редкоземельных металлов (РЗМ) из золошлаковых отходов сжигания углей Ирша-Бор одинокого месторождения. Угли этого месторождения отличаются повышенным содержанием скандия (10-20 г/т), иттербия (5-Ю г/т), при зольности 10-12%, суммарная концентрация РЗМ в золошлаковых отходах достигает 250-350 г/т. Извлечение РЗМ в концентрат составляет более 90%. Удельный расход реагентов и теплоэнергоносителеи в два раза ниже по сравнению с известными кислотными методами переработки зол. Разработанная технология может быть адаптирована к золошлаковым отходам сжигания углей других месторождений.
В работе [46] сформулированы требования к котлу, как производителю сырьевой продукции для вторичных производств. Котел, работающий в комплексе с утилизирующими производствами, должен обеспечить определенный уровень качества выдаваемой золошлаковой продукции, а также возможность оперативной его корректировки в процессе эксплуатации в соответствии с технологическими условиями данных производств. Следует отметить, что все распространенные типы энергетических котлов [с твердым и жидким шлакоудалением, с классическим (неподвижным) и циркулирующим кипящим слоем] не обеспечивают выполнение этого требования в полной мере. В частности, в ассортименте их золошлаковых отходов доминирующее положение занимает зола (80... 100%), причем часто она имеет повышенное содержание углерода. Вместе с тем, как указывалось выше, с точки зрения современных технологий и возможностей утилизации более ценными потребительскими свойствами обладает шлак. Упомянутые типы котлов имеют незначительный диапазон регулирования физико-химических характеристик золы и шлака. Последний при выпуске охлаждается до температуры окружающей среды. Однако, технология вторичного производства, как правило, требует его повторного разогрева и плавления, что значительно увеличивает потери тепла. Тяжелые радиоактивные элементы, содержащиеся в топливе, при сгорании органической массы концентрируются в золошлаках, что может привести к превышению в них допустимого уровня излучения. Расходные характеристики режима слива жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением, эксплуатируемых при переменных нагрузках и низком качестве сжигаемого угля, отличаются нестабильностью.
Все сказанное говорит об ухудшении качества золошлаков как вторичного сырьевого материала и, вследствие этого, они в большом объеме направляются на золоотвалы электростанций. Последние часто переполнены, их обслуживание требует значительных эксплуатационных затрат и, кроме того, они представляют определенную экологическую опасность.
С учетом современных требований определен следующий основной набор параметров качества золошлаковой продукции котла, являющегося составной частью указанного выше комплекса: доля шлака в золошлаковом балансе - максимальная; его физико-химические характеристики соответствуют технологическим требованиям вторичного производства; выходные теплотехнические характеристики шлака за котлом отвечают исходным параметрам вторичного производства; черные, цветные и тяжелые металлы могут быть сконцентрированы в небольших объемах, пригодных к последующей специальной переработке; режим слива шлака согласуется с режимом работы вторичного производства. Как уже отмечалось, существующие конструкции котлов не обеспечивают таких показателей качества. С этой точки зрения эталоном решения проблемы может служить котея высокого давления паропроизводительностью 220 т/ч с камерой-газификатором угля атмосферного типа, входящий в состав сооружаемой на Несветай ГРЭС опытно-промышленной установки (ОПУ) [46], На последней реализуется новая технология газификации угля в шлаковом расплаве, барботируемом кислородным дутьем. Конструктивные характеристики котла изложены в [47].
Завод «Красный котельщик» в 1998г. поставил котел с камерой-газификатором барботажного типа для безотходного комплекса ОГГУ Несветай ГРЭС тепловой мощностью 165 МВт. Кроме пара котел выдает расплав легкого шлака и полиметалл в количествах 11.9 и 1.2 т/ч соответственно. На первом этапе освоения комплекс оснащается относительно простыми вторичными производствами: технологической линией для производства шлакощебня, установкой грануляции шлака, разливочной машиной полиметалла. Предполагается, что по мере освоения основного производства в состав комплекса будут включены и более сложные вторичные производства: шлакоснталла, шлаковаты, каменного литья.
Экспериментальные данные по распределению статического давления по длине упакованного слоя
Как известно, рентгеновским излучением называется электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между гамма-излучением и ультрафиолетовым излучением с длинами волн от 1(Г14м. до 10"7м. Линейчатый спектр рентгеновского излучения возникает, например, при поглощении атомами квантов электромагнитного излучения (фотонов). Такое излучение называется флуоресцентным рентгеновским излучением. При этом ионизированные атомы переходят из начального возбужденного состояния в конечное состояние с меньшей энергией за времена порядка 10"1й -10"15с. При переходе на более низкий уровень энергии атом может испустить избыток энергии в виде кванта определенной частоты [80].
Каждая линия такого излучения (рентгеновского характеристического излучения) возникает в результате перехода атома с одного энергетического уровня Е1 на другой Е2. При этом частота излучения определяется по формуле:
Квантовые переходы совершаются внутренними электронами атомов. Такие переходы возможны, если внутри электронной оболочки атомов имеются свободные уровни, которые не заполнены электронами. На эти уровни, образующиеся, например, при воздействии на атомы высокоэнергетичных фотонов, и могут переходить электроны из других квантовых состояний.
Пусть с наиболее глубокого слоя К удален электрон. Энергия атома возрастает на энергию ионизации из этого слоя и принимает определенное значение Е}. На свободное место перейдет электрон из соседнего слоя L. После этого слой К будет заполнен, а в слое L не будет одного электрона. Атом, у которого удален один электрон из слоя L, имеет определенную энергиюЕ2 меньшую энергии]. Если при этом излучится рентгеновский фотон, то его частота определяется по приведенной выше формуле (3.1). На освободившийся уровень в слое L перейдет электрон из слоя М с излучением рентгеновского фотона более низкой частотві и т. д. Переходы могут происходить не только между соседними слоями, но и между слоями, которые таковыми не являются. Такие переходы возбуждают более жесткие излучения.
Рассмотренные выше переходы обуславливают весь спектр рентгеновского излучения, Частота линии рентгеновского излучения определяется разностью энергий энергетических уровней атома. При рассмотрении рентгеновского излучения пользуются схемой уровней возбужденного атома, которая получена в предположении, что с рассматриваемого уровня удален один электрон. При этом число электронов на всех остальных уровнях остается неизменным.
Легко видеть, что схема уровней возбужденного атома (указанным выше способом) является обращенной по отношению к схеме уровней невозбужденного атома. В такой обращенной схеме энергетический уровень расположен тем выше, чем глубже он лежал до удаления с него электрона (схема рентгеновских уровней представляет собой обращение оптической системы уровней).
Обращенная схема энергетических уровней представлена на рис.3.1 (указаны только слои К, L, М, N) [81]. Электронные слои возбужденных атомов обозначаются точно так же, как и электронные слои невозбужденных атомов. К возбужденным атомам соответственно применяют обычные спектроскопические обозначения. Отметим, что в отсутствии магнитного поля энергия практически зависит только от квантовых чисел п и j. К - слой (п 1, 1=0, j=l/2) представляет собой один энергетический уровень. L - слой (и=2) расщепляется на три подслоя, изображенные на рис.3.1. Энергия подоболочек 2 Pj/2 и 2 Р3/2 различается из-за спин-орбитального взаимодействия. Аналогично, например, слой N состоит из семи подслоев, изображенных на рис.3.1.
Как известно, вакансия (недостаток электрона) в замкнутой оболочке атома может рассматриваться как "дырка", которая может находиться в различных квантовых состояниях и может переходить из одного состояния в другое. Если "дырка" переходит на другую замкнутую оболочку, то исходная оболочка становится замкнутой. Поэтому обращенная схема рентгеновских уровней аналогична обычной схеме энергетических уровней щелочных металлов. Все правила отбора при излучении оказываются аналогичными правилам для щелочных металлов Переходы, удовлетворяющие этим правилам отбора, изображены стрелками на рис.3.1.
Видно, что характеристический спектр рентгеновского излучения состоит из серии линий. Эти линии обозначаются буквами К, L, М, N, О. Например, серия К образуется при переходах возбужденного атома с уровня К на лежащие ниже подуровни. Серия L образуется при переходах возбужденного атома с уровня L на лежащие ниже подуровни т.д.
Рентгенофлуоресцентиый элементный анализ проб шлака, золы и угля, отобранных из производственного цикла барнаульской ТЭЦ-3
К сожалению, данный метод не позволяет обнаруживать химические элементы с атомным весом 31 (фосфор) и менее. Поэтому из рассмотрения выпадают такие элементы как углерод, кислород, азот и др., суммарное содержание которых составляет 86.4% шлака и 64.8% золы. Также, рентгено флуоресцентный анализ не дает ответа на вопрос, в виде каких именно химических соединений содержатся в золе и шлаке те или иные элементы периодической системы Менделеева.
Сравним содержание отдельных металлов в отходах ТЭС с содержанием их в промышленно используемых рудах [93, 94].
Медь в рудах обычно находится в виде сернистых соединений (медный колчедан или халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, ковелин СиО), окислов (куприт Си20, тенорит СиО) ИЛИ гидрокарбонатов (малахит СиСОз#Си(ОН)2, азурит 2CuC03«Cu(OH)2). В промышленно используемых рудах содержится 1-6% меди, что в десятки раз превосходит содержание меди в золе и шлаке. Горную породу, содержащую меньше 0.5% меди не перерабатывают, т.к. при современном уровне техники извлечение из нее меди не рентабельно.
Никель получают из окисленных никелевых и из сульфидных медно-никелевых руд. В сульфидных рудах никель представлен главным образом изоморфной смесью сульфидов железа и никеля (Ni, Fe)S. В этих рудах содержится 0.3-5.5% никеля. В окисленных рудах никель находится, как правило, в виде минералов ревдинскита 3(Ni, Mg)O2Si02»2H20 и гарниерита nNiSi03»mMgSi03. Содержание никеля в этих рудах составляет 1-7%. В шлаке, согласно результатам анализа, никель отсутствует полностью, а в золе содержится в ничтожно малых количествах (0.002%).
Титан получают при обогащении титаномагнетитових железных руд, в которых он содержится в виде минерала ильменита FeOTiCb. Промышлеыно используемые руды содержат 40-95% ТЮ2, что на два порядка превосходит содержание титана в золе и шлаке.
Из большого числа встречающихся в земной коре железо содержащих минералов промышленное значение имеют минералы, в которых железо в основном представлено магнитным оксидом Fe &i (72.4% Fe), безводным оксидом Fe203 (70% Fe), водными оксидами mFe203enH20 с различным количеством воды (52.3-62.9% Fe), карбонатом железа FeC03 (48.3% Fe). Магнитный оксид железа в рудах представлен минералом магнетитом. Руду, содержащую в основном магнетит, называют магнитным железняком или магнетитовой рудой. Магнетит Fe304 можно рассматривать как соединение FeO Fe203, содержащее 31.04% FeO и 68,96% Fe203. Магнитный железняк обычно представлен крепкими, плотными кусковыми рудами. Он содержит обычно 55-60% Fe (иногда лишь 16-30%). Таким образом зола, и тем более шлак, в 10 и более раз уступают промышленным рудам по содержанию в них железа.
Минералы образующие руды марганца немногочисленны, хотя марганец входит в состав большого количества природных соединений. Марганцевые руды промышленных типов можно разделить на четыре разновидности: а) оксидные руды, представляющие минералы пиралюзит (Мп02), браунит (Мп203), псиломелан (mMnO2«MnO+H20), гаусманит (Мп304), манганит (Мп20з»Н20); б) карбонатные руды, содержащие марганцевый шпат или родохрозит (МпС03); в) силикатные руды, содержащие родонит (MnSi03); г) окисленные руды, представляющие продукт окисления карбонатных и силикатных руд. Содержание марганца в этих минералах составляет от 41.9 до 72.1%. Однако, в добываемых марганцевых рудах из-за примесей содержание марганца составляет 20-45 и редко 50-57%. Тем не менее, это почти в сто раз превосходит содержание марганца в отходах промышленных ТЭС.
Вольфрамовые руды обычно бедны вольфрамом. Минимальное содержание W03 в рудах, при которых рентабельна их эксплуатация, в настоящее время составляет 0.14-0.15% для крупных и 0.4-0.5% для мелких месторождений, что, в свою очередь, почти в сто раз превосходит содержание вольфрама в отходах теплоэнергетики.
Для получения молибдена эксплуатируются руды с содержанием от 0.05 до 2% Мо. Таким образом, зола (0.01% Мо) и в меньшей мере шлак (0.005% Мо) по содержанию молибдена приближаются к промышленно используемым рудам.
Руды тантала и ниобия обычно бедные. В эксплуатируемых рудах содержание суммы оксидов (Та, Nb)205 составляет 0.003-0.2%, что в 10-1000 раз больше, чем в золе и шлаке.
Содержание ванадия в добываемой руде, в зависимости от типа руды, в пересчете на V203, V205 и т.д. колеблется от 0.2 до 5%, таким образом зола (0,13%V) и в меньшей степени шлак (0.03%V) по содержанию ванадия вплотную приближаются к промышленным рудам.
Руды циркония содержат 65-98% Zr02, что на несколько порядков превосходит его содержание в золе и шлаке.
Основной источник селена и теллура - анодные шламы электролитического рафинирования черновой меди, которые содержат 2-16% Se и 0.3-8% Те. Другой важный источник селена и теллура - шламы сернокислотного и целлюлозно-бумажного производства, в которых содержится 3-42% Se и 0.2-14% Те, что на несколько порядков превосходит содержание селена и теллура в золе и шлаке.
Основное количество германия находится в состоянии рассеяния в силикатах, сульфидах и минералах, представляющих собой сульфосоли. В сульфидах цинка, меди, свинца, железа примесь германия содержится в количествах от тысячных до десятых долей процента. Наиболее высокой концентрацией Ge (0.01-0.1%) отличаются низкотемпературные цинковые обманки. Кроме сульфидных руд источником германия служат каменные угли, в которых его содержание колеблется от 0.001 до 0.01%. Германием обогащены преимущественно малометаморфизированные угли (угли антрацитового типа почти не содержат Ge). Замечено, что содержание германия тем выше, чем меньше зольность угля. К сожалению, по результатам анализов, ни в золе, ни в шлаке германий обнаружен не был.
Таким образом, зола и шлак, в виде как есть, лишь по содержанию в них молибдена и ванадия, приближаются к промышленно используемым рудам. Однако, наличие в шлаке и золе существенных концентраций ценных элементов (Мо, V) указывает на необходимость создания технологии разделения шлака на тяжелую металлосодержащую часть и легкий остаток, содержащий углерод, кислород, азот, кальций, серу и др.
