Прорывные многотоннажные технологии в отрасли строительных материалов могут стать основой перехода России на принципы устойчивого развития, базирующегося на энерго- и ресурсосбережении и обеспечивающего экологическое равновесие для будущих поколений. 

Предпосылки к использованию

Необходимо остановить расширенное развитие сырьевой базы строительной индустрии за счет роста добычи природных минеральных ресурсов. Стратегической целью должен быть переход на безотходные технологии, вовлечение в производство многотоннажных техногенных экологически чистых продуктов и рециклируемых материалов, в которых законсервирована энергия труда прошлых и настоящего поколений и экологическое благополучие будущих.

СУХАЯ МНОГОПЕРЕДЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЗОЛОШЛАКОВ ТЭС

1. МАСШТАБ ПРОБЛЕМЫ

По оценке ВТИ затраты только на экологические платежи составляют 300 – 400 руб. за каждую тонну заскладированных на золоотвалах ЗШО. Под хранение ЗШО ТЭС в России отчуждено 20 тыс. км2 земельных участков, на которых хранится 1,3-1,5 млрд. т золошлаков. Дополнительно к этому ежегодно электростанции производят до 30 млн. т, из которых всего 3 млн. т (10%) используются для собственных нужд, в стройиндустрии, промышленности строительных материалов, дорожном строительстве и других отраслях промышленности. Экологически вредные щелочные растворы из хранилищ попадают в грунтовые и поверхностные воды.

В развитых странах используется 70-95% золошлаков от их выхода, а в Нидерландах и Дании 100%. 

В настоящее время энергетики включают затраты на транспортировку и хранение ЗШО в собственные нужды ТЭС и в тарифы за электроэнергию, т.е. эти затраты в конечном итоге оплачивает налогоплательщик, общество. Однако, экологический и экономический прессинг на энергетиков со стороны государства и общества будет нарастать и льготирование экологических платежей за счет потребителей электроэнергии будет снижаться.

2. СДЕРЖИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗШО

• Использование золы ТЭС в строительстве и других отраслях сдерживается целым рядом негативных факторов:

• энергетики не перерабатывают ЗШО в стабилизированный продукт, соответствующий строительным СНиП, ГОСТам, а традиционно предлагают рынку ЗШО с очень нестабильными физико-химическими характеристиками;

• на ТЭС отсутствуют силосы на двух- трехсуточную емкость для усреднения в них физико-химических характеристик золы и накопительные силосы для хранения и отгрузки золы;

• у потребителей нет устройств для приемки и хранения золы;

• неразвитость инфраструктуры России и, как следствие, большие транспортные затраты на перевозку ЗШО (80 – 200% к цене франко-ТЭС);

• отсутствие обязательных государственных технико-экономических законодательных документов и стимулов на применение зол предприятиями строительства и строительных материалов, сельского хозяйства и других отраслей;

• отсутствие в России комплексной федеральной программы использования золошлаков ТЭС с участием РАО «ЕЭС России», Минпромэнерго, Минобрнауки, Госстандарта, Минприроды и Минсельхоза России. Никто из этих ведомств не берет на себя организационно-координирующую роль по разработке федеральной программы.

3. ИСХОДНЫЕ ПОЗИЦИИ ПРЕДЛАГАЕМОЙ СИСТЕМЫ:

• многопередельные продукты на основе золошлаков должны стать источником инвестиций на техническое перевооружение ТЭС;

• продукты на основе золошлаков должны стать финансовым источником покрытия экологических платежей ТЭС;

• на площадках или вблизи ТЭС должны производиться многопередельные сухие продукты на основе золошлаков с использованием технологий перемешивания, дробления, помола и расфасовки с высококонкурентной рыночной ценой в 20 – 40 раз превышающей отпускную цену ЗШО франко-золоотвал;

• соответственно доля транспортной составляющей в рыночной цене многопередельного золошлакового продукта должна снизиться в 20 – 40 раз по сравнению с долей транспортных затрат в цене ЗШО франко-потребитель;

• упростить оформление документов на отгрузку продукта по сравнению с вагонами, т.к. расфасованный продукт будет отгружаться в стандартных морских контейнерах;

• рентабельность производства многопередельных продуктов из золошлаков на ТЭС превышает рентабельность производства электроэнергии;

• многопередельные продукты по своей конкурентоспособности позволяют ориентироваться на рынки всей России, страны СНГ и Дальнего Зарубежья, а не быть привязанными традиционно только к потребителю в радиусе максимум 100 км;

• ЗШО, как товарный продукт и сырье для многопередельных золошлаковых продуктов, сами по себе ничего не стоят, т.к. расходы на производство ЗШО, их транспортировку и хранение на золоотвалах входят в себестоимость электроэнергии ТЭС и оплачены её потребителями;

• расфасованные многопередельные продукты на основе золошлаков, доступны длительному хранению в складских помещениях, не снижая своих потребительских свойств.

4. ПЕРЕЧЕНЬ СУХИХ ЗОЛОШЛАКОПРОДУКТОВ ВЫСОКОЙ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ СТОИМОСТИ, ПРОИЗВОДИМЫХ ИЗ ЗШО НА МНОГОПЕРЕДЕЛЬНЫХ МОДУЛЬНЫХ ЗАВОДАХ, УСТАНАВЛИВАЕМЫХ ВБЛИЗИ ТРУБ ТЭС

5. ИСХОДНАЯ ЭКОНОМИКА

Средние общероссийские рыночные цены строительных материалов, которые могут заменить золошлаковые продукты:

цемент – 1300 руб. за 1 т;
песок – 170 руб. за 1 м3;
щебень – 350 руб. за 1 м3;
сухая смесь (кладочная и штукатурная) – 1500 руб. за 1 т.

Прибыль для ТЭС от производства многопередельных золошлаковых продуктов:

• замены клинкерного вяжущего (цемента) на смешанное малоклинкерное зольное вяжущее – 500 руб. на 1 т (опыт ОАО «Хакасстройматериалы» с использованием золы Абаканской ТЭЦ);

• то же бесклинкерное вяжущее на основе высокоосновных зол КАТЭКа – 800 руб. на 1 т;

• производство золошлакового песка – 80 руб. на 1 т;

• производство шлакового щебня (на основе опыта «Кузбассэнергострой») – 300 руб. на 1 т;

• производство сухих смесей на основе малоклинкерного и бесклинкерного вяжущего, шлакового песка и щебня с сушкой отходящими газами – 1000 руб. на 1 т

Прибыль от снижения расходов на собственные нужды ТЭС, связанных со складированием ЗШО в золоотвалах (экологические платежи, эксплуатационные затраты) за счет отгрузки многопередельных золошлакопродуктов потребителям – 300-400 руб. за 1 т.

Возможная ежегодная прибыль энергетиков только от производства и использования многопередельных золошлакопродуктов в строительстве составит к 2010 г. около 14 млрд. руб., а к 2015 г. около 27 млрд. руб. Это надежные инвестиции в техперевооружение ТЭС.

6. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ОСНОВА.

Исходя из опыта Германии, предлагается создать фирму ОАО «Энергозолопродукт». В качестве соучредителей могут выступить: РАО ЕЭС России, крупные ТЭС, энергосистемы, предприятия изготовители золошлакоперерабатывающего оборудования, потребители золошлакопродуктов.

Задачи и функции «Энергозолопродукта»:

• производство золопродуктов на ТЭС, их доставка потребителям;

• организация проведения НИР, проектных и конструкторских работ;

• маркетинг на рынке России, СНГ, дальнем зарубежье, формирование региональных и межрегиональных рынков;

• формирование мощной лизинговой системы на многопередельные установки;

• развитие сервисных услуг: монтаж и наладка оборудования, запчастей, разработка технологических регламентов, обучение кадров;

• организация совместной работы с Минприродой, Минпромэнерго, Минобрнаукой, Минсельхозом России, лоббирование через правительство и парламент законодательных документов по стимулированию использования в стране золошлаковых продуктов ТЭС;

• пропаганда через средства массовой информации преимуществ золошлакопродуктов по сравнению с заменяемыми из традиционного сырья.

7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ОСНОВА

В качестве основы для производства перечисленных продуктов предлагается модульный завод сухих строительных смесей, разработанный ЗАО «Научно-производственная фирма Стройпрогресс – Новый век» и выпускаемый предприятием ООО «Стройтехника» в г. Донской, Тульской области. Завод необходимо доработать применительно для ТЭС. Встроить помольное, дробильное и сушильное отделения с использованием отходящего тепла ТЭС.

Завод разработан по Государственному контракту с Миннауки России. Опытный образец принят комиссией Миннауки России и Госстроя России. Завод запущен в серийное производство.

Достоинством модульного завода является возможность устанавливать вблизи или на площадках ТЭС «батарею» из модульных заводов, неограниченно наращивать производительность.

8. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛОШЛАКОВ ТЭС.

Справка

Для отработки экономически эффективных организационно-технических решений был изучен зарубежный опыт развитых стран по проблеме использования зол ТЭС.

Принципиальная идеологическая разница: в развитых странах золошлаки называются побочным продуктом ТЭС и электростанции осуществляют предпродажную подготовку продукта, доводя её характеристики до требований официальных строительных нормативных документов.

В России золошлаки официально называются отходами, и электростанции предлагают потребителям именно отходы, а не технологически доработанный продукт с соответствием его характеристик требованиям строительных нормативных документов.

В Западной Европе и Японии при ТЭС практически ликвидированы золоотвалы. Сухая зола поступает в силосы, построенные рядом с главными корпусами ТЭС. Например, в Германии на многих электростанциях ёмкость силосов составляет 40-60 тыс. т, и обязательно строятся небольшие силосы с суточной и двухсуточной ёмкостью, из которых отбираются пробы для лабораторного анализа золы, и в которых она технологическими методами перемешивания и объёмного дозирования по фракционному составу доводится до соответствия нормативным требованиям, после чего зола перегружается в силосы-хранилища.

В Германии функционирует крупнейшая на Европейском континенте фирма по использованию зол ТЭС – Bau Mineral (ВМ) — дочерняя фирма энергосистемы. Эта компания – связующее звено между ТЭС и строительной индустрией. ВМ города Хертен была образована в 1989 г. путём слияния двух компаний, которые к 1989 г. уже обладали 30-летним опытом в использовании побочных продуктов электростанций.

ВМ – надёжный партнёр ТЭС и стройиндустрии. Компания гарантирует приобретение побочных продуктов ТЭС при помощи операторов самих ТЭС.

ВМ имеет собственную систему перевозок и хранения побочных продуктов ТЭС. Транспорт осуществляется грузовиками, железной дорогой и морскими судами. Сильная сторона компании – своевременная транспортировка.

ВМ – это более 100 служащих в 8 регионах, совокупная ёмкость хранилищ – 200 тыс. т, более 50 спецтранспортных средств, обладающих ёмкостью переноса 600 тыс. т. Ежегодно ВМ реализует более 3 млн. т золошлаков ТЭС.

Продукция ВМ соответствует стандартам и инструкциям DIN, подвергаясь внешнему контролю со стороны институтов тестирования стройматериалов.

Основа гарантии качества – непрерывный контроль продукции в собственных прекрасно оборудованных лабораториях тестирования стройматериалов.

ВМ работает без посредников, между ТЭС и строителями посредников нет, кроме ВМ.

Техническая компетентность, экономическая мощь, новаторские и творческие идеи по отношению к использованию побочного продукта ТЭС – основа процветания ВМ.

В Германии создан и действует Технический Союз пользователей побочного продукта ТЭС (ТСПППТЭС).

По данным ТСПППТЭС в 2001 году в Германии произведено 25 млн. т побочного продукта ТЭС:

15 млн. т на ТЭС, работающих на бурых углях,
10 млн. т на ТЭС, работающих на каменных углях.

ТЭС на бурых углях производят:

7,9 млн. т - летучая зола,
1,8 млн. т - топочный песок,
5,3 млн. т - гипс и прочие продукты.

ТЭС на каменных углях производят:

4,3 млн. т - летучая зола,
0,53 млн. т - топочный песок,
0,20 млн. т - гипс,
4,97 млн. т - граншлаки.

Из 4,3 млн. т летучей золы 3,5 млн. т соответствует Европейскому стандарту на летучую золу для материалов из летучей золы.

Топочный песок и граншлаки утилизируются полностью. Граншлаки – заменитель песка при пескоструйной очистке. Главное требование – однородность свойств золы.

Использование летучей золы – важнейший показатель уровня технического развития энергетики и строительства.

Области использования: добавки в бетон, раствор, цемент, силикатные изделия, производство кирпича, подземное и дорожное строительство.

Основное направление - замена цемента.

В Германии нет ТЭС без силосов для золы. Например, на ТЭС "Мольке" общий объём силосов 60 тыс. т, выход золы - 600 тыс. т/год. При ТЭС нет никаких отвалов золы.

Побочные продукты ТЭС экспортируются в соседние страны. Для летучей золы обязательно наличие сертификата, если она идёт в строительство и стройиндустрию.

Диапазон цен на цемент и золу – основа интереса потребителя. Ни один производитель бетона в Германии не обходится без золы.

В Германии 3,1 млн. т цемента заменяется золой. Зола утилизируется экологически чистым методом. Экономятся ресурсы, энергия, необходимая для производства цемента, сокращён выброс СО₂ на 3,1 млн. т (при производстве 1 т цемента происходит выброс 1 т СО₂), что очень существенно в свете требований Киотского протокола по снижению выбросов СО₂. Окупаются затраты на силосы, транспорт, зарплату.

Электростанция (ТЭС) – производитель продуктов, а не отходов. Однородность – главное для золы.

В США строители законодательно обязаны применять золу ТЭС в бетонах и растворах. Нарушители подвергаются экономическим санкциям со стороны государства. Зачастую ТЭС доплачивает потребителю за забор золы.

В Китае золошлаки ТЭС отпускаются потребителям бесплатно.

В Польше применяются мощные экономические рычаги, стимулирующие использование золошлаков.

Примечание: Предложения подготовлены на основе мирового (в первую очередь Германии) и отечественного опыта (ТЭС Сибири, Кузбасса, Урала, Центральной России).

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОГНЕННО-ЖИДКИХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ В ПОРИСТЫЕ ЛЁГКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

В рамках подпрограммы «Стройпрогресс» разработана уникальная установка по переработке огненно-жидких металлургических шлаков (доменных, ферросплавных и др.) в высококачественный пористый шлаковый гравий для легких бетонов. Производительность одной технологической линии, не имеющей аналогов в мире по технико-экономическим и экологическим показателям, составляет 100 тыс. м³ пористого шлакового гравия в год при непрерывном цикле работы, совпадающем с непрерывным циклом доменного производства.

Занимаемая установкой площадь составляет всего 30 х 70 м, расход электроэнергии 1,5 квт.час на 1 м³ продукции, что в 10 раз меньше расхода на производство 1 м³ керамзитового гравия, себестоимость 1 м³ пористого шлакового гравия – 55 руб. Установка  с 1999 г. работает на Ново-Липецком металлургическом комбинате. Шлаковый гравий продается по рыночной цене 90 руб. за 1 м³. Средняя цена по России керамзитового гравия в январе 2002 г. была 420 руб. за 1 м³, т.е. почти в 5 раз выше. Физико-термические характеристики металлургического пористого шлакового гравия существенно лучше керамзитового.

Основные преимущества новой технологии пористых заполнителей из металлургических шлаковых расплавов (шлаков текущего выхода) по сравнению с известными отечественными и зарубежными технологиями:

• экологическая безопасность производственного процесса, которая обеспечивается 5-6 кратным снижением водопотребления и, как следствие, объемов паро-газовых выбросов в атмосферу и, соответственно, затрат на их локализацию и нейтрализацию;

• получение более легкого заполнителя (с плотностью зерна меньше 0,2 – 0,4 т/м³), с более мелкопористой структурой и высокой однородностью поризации всей шлаковой массы;

• более высокое содержание аморфной фазы в поверхностном слое зерен заполнителя, в результате чего снижается теплопроводность бетона и увеличивается сцепление зерен заполнителя с цементным тестом;

• быстрое охлаждение гранул воздухом и водой практически предотвращают выбросы в атмосферу сероводорода, а небольшая его выделяющая доля улавливается совершенной системой газоочистки.

Производятся 3 типа пористого шлакового гравия: сверхлегкий, легкий и высокопрочный заполнитель.

Учитывая высокую гидравлическую активность в тонкомолотом виде (особенно фракции 0-3 мм) помимо использования для засыпок и в качестве заполнителя легких бетонов, пористый шлаковый гравий может применяться:

• в качестве основного компонента смешанного вяжущего активностью до 50 Мпа, или же в качестве самостоятельного активированного низкомарочного вяжущего (активностью до 30 Мпа), или же в качестве активной минеральной добавки, снижающей требуемый расход цемента до 30%;

• для изготовления асфальтобетона;

• в качестве минеральной добавки при производстве керамического кирпича;

• для устройства дренажа при очистке сточных вод и для дренажных фильтров закрытых дрен в мелиорации земель.

По расчетам вполне реально до 2010 г. организовать на металлургических заводах производство 2,5 млн. м³ шлакового пористого гравия с заменой им керамзита, что снизит ежегодные затраты в строительстве на 825 млн. руб., жидкого топлива на 250 тыс. т и электроэнергии на 34 млн. квт•час.

Окупаемость инвестиций в технологию – 1 год.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ГОК

В формировании эксплуатационных свойств многих строительных материалов (цемента, бетона, керамики) вместо традиционного минерального сырья, благодаря проведенным научным исследованиям, можно высокоэффективно использовать отходы («хвосты») ГОК, содержащие силикаты и гидросиликаты магния, обладающие высокими техническими свойствами. Запасы этого перспективного сырья огромны. Ежегодный прирост продуктов добычи и обогащения различных руд превышает 150 млн. т, а в отвалах хранится около 4 млрд.т.

Это сырье и изделия, полученные на его основе, отличаются пониженной радиационной проницаемостью, использовались при строительстве АЭС и ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС, могут быть использованы для строительства контейнеров могильников для захоронения радиоактивных веществ и в зданиях для радоновой защиты. На строительстве АЭС при изготовлении из продуктов ГОК тяжелых бетонов для радиационной защиты сэкономлено 10 тыс. т металлической дроби.

Общепринятая в мировой практике технология производства керамической плитки и санитарно-фаянсовых изделий основана на следующих компонентах сырьевой массы: каолиновая глина, нефелин, пегматит, дателит, кварцевый песок 99-процентной чистоты, доломит, пигмент, циркон.

Российскими учеными в рамках ГНТП «Стройпрогресс» исследованы и определены уникальные многофункциональные свойства силикатов магния из отвалов ГОК, интегрирующих в себе физико-химические характеристики традиционных вышеперечисленных компонентов исходного сырья в керамической промышленности. По новой технологии, основанной на двухкомпонентной шихте (глина и хвосты ГОК) взамен традиционной многокомпонентной работают 5 заводов керамических изделий, на которых благодаря использованию техногенного сырья себестоимость продукции снижена на 40%. Имеются технические и гигиенические сертификаты на продукцию. Замещено магнийсодержащими отходами ГОК свыше 3,5 млн. т традиционных импортных компонентов на сумму свыше 120.0 млн. долл. США, в т.ч. каолиновой глины и циркона. Обеспечено вытеснение импортной плиточной керамики с Российского рынка в среднем на 60 млн. долл. в год.

Высокоизмельченные активированные отходы ГОК позволяют при подготовке шихты исключить технологию дробления и помола и снизить потребление электроэнергии для этих целей, а температура обжига плитки снижена на 75 – 90 ⁰С по сравнению с обжигом традиционной многокомпонентной шихты.

В настоящее время по новой технологии производится около 5 млн. м² керамической плитки из 43,0 млн. м², выпускаемой отечественными заводами. В 2010 г. возможно использовать новую технологию для производства 30 млн. м² отечественной плитки: конкурентоспособной с импортной и доступной основным слоям населения России.

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России».

Г.А. Денисов,
генеральный директор ЗАО «Научно-производственная
фирма Стройпрогресс – Новый век»,
 Доктор технических наук, профессор, Заслуженный строитель РФ,
лауреат премий Совмина СССР и Правительства РФ, почетный энергетик СССР,
почетный энергетик РФ, действительный член Международной
Академии инвестиций и экономики строительства.