Экологически безопасный сорбент из золошлаковых отходов теплоэнергетики

Abstract

Objectives. To determine the physical and chemical properties (bulk density, ash content, total pore volume, abrasion, humidity, sorption capacity) of sorbent based on ash-and-slag waste from heat power engineering, calcined and modified with a Tiprom K organosilicon water repellent.Methods. The physicochemical properties of the modified sorbent were determined using an experimental method according to the methods of regulatory documents on equipment verified and certified in the prescribed manner.Results. Ash and slag taken from the ash dump of the Novocherkasskaya GRES power station were dried, then calcined at a temperature of 600 °C for 30 min and modified with a Silor hydrophobizing silicon-containing liquid (HSL). The modifier/ash ratios (by weight) were 1:20, 1:10, 1:5, 1:3, and 1:2. The optimal ratio was 1:5 at a sorption capacity with respect to hexane of 0.86 g/g. The modification temperature was optimized in the temperature range of 110–200 °C. The optimal approach it to dry samples at 160 °C to constant weight. At a temperature of 200 °C, sintering of the material was observed. The analysis of HSL modifiers was carried out in terms of the price/sorption properties ratio. The following were considered as HSL: Silor, HSL-11BSP, HSL 136-157M, PROFILUX, Tiprom K, Tiprom U. The optimal modifier Tiprom K was selected. The physicochemical properties of the modified sorbent obtained at a ratio of 1:5 (by weight) and dried at 160 °C were experimentally determined. The sorption properties were studied on the water surface with respect to various oil products: fuel oil, kerosene, AI-92 gasoline, nefras, oil sludge, and n-hexane. The smallest sorption capacity was obtained with respect to n-hexane, amounting to 0.86 g/g. During the experiment, it was found that half of the sorption capacity was filled with oil in the first minutes of contact. Complete sorption time was 30–40 min for relatively light hydrocarbons (n-hexane, AI-92 gasoline, kerosene, nefras), 40–60 min for oil sludge, and more than 60 min for fuel oil. Experiments established that the sorption process does not depend on the matrix (salinity) of water. A visual assessment of the color intensity of the residual spot of oil sludge allowed a conclusion to be made about a significant content of oil products in the case of sorption of oil sludge by quartz sand based on the residual yellow layer of oil sludge. In the case of sorption of oil sludge by calcined and modified sorbents, the residual oil products were insignificant. A comparative analysis of data on the effectiveness of the developed sorbent and currently available analogues based on sludge and slag is presented.Conclusions. The next physicochemical properties of the sorbent modified with HSL Tiprom K were determined: bulk density was 0.621 g/mL, ash content was 97.1%, total pore volume by water was less than 0.05 mL/g, attrition was 8.8%, humidity was less than 0.5%; sorption capacity, in g/g: for n-hexane, 0.86; for AI-92 gasoline, 0.89; for nefras, 0.93; for kerosene, 0.99; for oil sludge, 1.18; for fuel oil, 1.46. The efficiency of cleaning a solid surface from oil sludge with a calcined sorbent was 97%, and with a modified sorbent 95%. The modified sorbent has high buoyancy when saturated with oil products and the ability to retain them for a long time.Цели. Определение физико-химических свойств (насыпной плотности, зольности, суммарного объема пор, истираемости, влажности, сорбционной емкости) сорбента на основе золошлаковых отходов теплоэнергетики, прокаленного и модифицированного кремнийорганическим гидрофобизатором Типром К.Методы. Физико-химические свойства модифицированного сорбента определены экспериментальным методом по методикам нормативных документов на оборудовании, поверенном и аттестованном в установленном порядке.Результаты. Золошлак, отобранный на золоотвале Новочеркасской ГРЭС, высушен, прокален при температуре 600 °С в течение 30 мин и модифицирован гидрофобизирующей кремнийсодержащей жидкостью (ГКЖ) марки Силор. Исследованы соотношения модификант/зола (по массе) 1:20, 1:10, 1:5, 1:3, 1:2. Оптимальным принято соотношение 1:5 при сорбционной емкости по отношению к н-гексану 0.86 г/г. Проведена оптимизация температуры модификации в интервале температур 110–200 °С. Наиболее оптимальным является высушивание образцов при 160 °С до постоянной массы. При температуре 200 °С наблюдалось спекание материала. Выполнен анализ модификаторов ГКЖ по соотношению цена/сорбционные свойства. В качестве ГКЖ рассмотрены марки: Силор, ГКЖ-11БСП, ГКЖ 136-157М, PROFILUX, Типром К, Типром У. Выбран оптимальный модификатор марки Типром К. Экспериментально определены физико-химические свойства модифицированного сорбента, полученного при соотношении 1:5 (по массе) и высушенного при 160 °С. Изучены его сорбционные свойства на водной поверхности по отношению к различным нефтепродуктам: мазуту, керосину, бензину марки АИ-92, нефрасу, нефтешламу и н-гексану. Наименьшая сорбционная емкость получена по отношению к н-гексану, которая составила 0.86 г/г. В ходе эксперимента установлено, что половина величины сорбционной емкости заполнена нефтепродуктом в первые минуты контакта. Время полной сорбции составило 30–40 мин для относительно легких углеводородов (н-гексан, бензин АИ-92, керосин, нефрас), 40–60 мин для нефтешлама и более 60 мин для мазута. Экспериментально выявлено, что процесс сорбции не зависит от матрицы (солености) воды. При визуальной оценке по интенсивности окраски остаточного пятна нефтешлама сделан вывод о значительном содержании нефтепродуктов в случае сорбции нефтешлама кварцевым песком на основе остаточного желтого слоя нефтешлама. В случае сорбции нефтешлама прокаленным и модифицированным сорбентами остаточные нефтепродукты незначительны. Приведен сравнительный анализ данных по эффективности разработанного сорбента и имеющихся в настоящее время аналогов на основе шламов и шлаков.Выводы. Определены физико-химические свойства сорбента, модифицированного ГКЖ Типром К: насыпная плотность 0.621 г/см3, зольность 97.1%, суммарный объем пор по воде менее 0.05 см3/г, истираемость 8.8%, влажность менее 0.5%; сорбционная емкость, в г/г: по н-гексану 0.86, по бензину АИ-92 0.89, по нефрасу 0.93, по керосину 0.99, по нефтешламу 1.18, по мазуту 1.46. Эффективность очистки твердой поверхности от нефтешлама прокаленным сорбентом составила 97%, а модифицированным – 95%. Модифицированный сорбент обладает высокой плавучестью при насыщении нефтепродуктами и способностью их длительного удержания