Алхимия Северской ТЭЦ: как из золы получают железо

Химическая лаборатория Северской ТЭЦ (филиал компании «Росатом Инфраструктурные решения», РИР) подтвердила получение 100 %-го железосодержащего концентрата из золошлаковых отходов предприятия. Разработанная там промышленная установка позволяет извлекать из отвалов производства и другие ценные материалы.

Превращения веществ

В теплоэнергетике о возможности извлечения железа и других полезных веществ из угольной золы известно давно. До недавнего времени нерешенной оставалась ключевая проблема: добиться высокой степени очистки магнитной фракции (компоненты смеси, которые притягиваются к магниту) от микроскопических частиц золы было сложно и дорого. А повторно очищать добытый из шлаковых отвалов материал — нерентабельно.

Поиском решения занялись конструкторы Томского политехнического университета (ТПУ), к ним подключились специалисты Северской ТЭЦ.

«Сначала мы совместно с ТПУ разработали опытную лабораторную установку по разделению угольной фракции производительностью 20 кг очищенного продукта в час, — рассказывает руководитель группы новых продуктов и технологий филиала РИР в Северске Александр Дудкин. — На ее основе на теплоэлектроцентрали построили опытную промышленную установку производительностью 42 т в час».

Технологически процесс получения мелкодисперсного железа устроен так. Исходная зола смешивается с водой и подается в гидроциклон, где восходящие потоки воды формируют так называемый кипящий слой. Тяжелые и крупные частицы (магнетит и другие оксиды железа) оседают на дне и выводятся через нижние клапаны, легкие и мелкие (алюмосиликатные микросферы, частицы недожженного угля) выносятся потоком воды наверх. Получаемый концентрат по качеству сопоставим с природной железной рудой. При этом железо предварительно раздроблено на этапе горения в котле до микрочастиц и не требует энергоемкого измельчения.

Продукт стопроцентной чистоты

В 2025 году технологам РИР удалось очистить магнитную фракцию от остатков золы на 92 %, в 2026-м — на все 100 %. Эксперты подтверждают: добытое из золы Северской ТЭЦ железо пригодно для дальнейшего использования при производстве металлических изделий.

«Задача опытной установки — отработать технологию для ее тиражирования в большем объеме, — уточняет Александр Дудкин. — Полученную магнитную фракцию мы отправили компании — производителю инструмента из легированных сталей в Екатеринбург. Этому производству она подошла».

По оценкам технологов, 100 %-й магнитный концентрат будет востребован в черной металлургии как добавка при выплавке сталей и чугуна, в порошковой металлургии — как сырье для спекания высокоточных деталей и газотермического напыления износостойких покрытий. В нефтегазовой отрасли тяжелые железистые частицы применяют в качестве утяжелителей технологических растворов при бурении скважин, в строительстве — для создания особых марок сверхплотных и защитных бетонов.

Северск как полигон

Небольшой объем полученного железа — несколько десятков килограммов — разработчики объясняют качеством золы Северской ТЭЦ.

«Даже на одном золоотвале отходы по составу очень разные. Все зависит от того, какие угли использовались, в каких режимах работала электростанция, — отмечает Александр Дудкин. — В одной секции золоотвала содержание магнитной фракции может колебаться от 0,5 до 5 %. Уголь на теплоэлектростанции попадает с разных месторождений, в одном относительно высокое содержание железа, в другом — алюминия, силикатов и др. В Южной Сибири много станций, которые работают на казахстанских углях с очень высоким содержанием железа. Перерабатывая эту золу, можно получать магнитную фракцию десятками тонн».

Пошли заказы

Заказчики установки — крупные энергетические компании в ряде российских регионов от Урала до Дальнего Востока, где 90 % ТЭЦ работают на угле. Все они заинтересованы в утилизации накопленных золоотвалов, минимизации экологического вреда с получением прибыли от извлечения полезных фракций. Но для этого нужно провести предварительный анализ каждой секции золоотвала, определить, какие фракции можно извлечь. В зависимости от этого, а также от объемов переработки установку будут проектировать под конкретного заказчика.

Проекты строительства модульных установок для переработки золы по северскому образцу прорабатывают Сибирская генерирующая компания, Байкальская энергетическая компания, холдинги «Евраз» и «Интер РАО». По оценкам разработчиков, срок запуска установки от проведения исследования до получения первых продуктовых фракций — два-три года. Помимо магнитной фракции, на ряде теплоэлектростанций установки будут извлекать алюмосиликаты с высоким содержанием соединений кремния, которые используют в производстве цемента марки «Тэфра Б».

Федеральный масштаб

Проект переработки золы Северской ТЭЦ — часть комплексного подхода «Росатома» по развитию экономики замкнутого цикла. Он включает переход на марки углей с низкой зольностью, ввод в эксплуатацию системы сухого золоулавливания и сбора сухой золы уноса с доказанной эффективностью 99,95 %, а также глубокую переработку золы на опытно-промышленной модульной установке.

О Северской ТЭЦ

Один из крупнейших энергообъектов в Томской области, расположен рядом с Сибирским химическим комбинатом. Станцию вводили в эксплуатацию поэтапно в 1953–1961 годах. Электрическая мощность — 349 МВт, тепловая — 1443 Гкал/ч.