Химики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 и КНЦ РАН создали метод утилизации золы ТЭЦ с получением эффективных геополимеров
Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева Кольского научного центра РАН выяснили, что добавление к золе карбоната кальция и одновременная механическая обработка этой смеси позволяют получать геополимер, пригодный для использования в строительстве. На данный момент это один из наиболее экологичных способов утилизации отходов тепловых электростанций.
В?России предприятия угольного энергетического сектора ежегодно вырабатывают около 22?миллионов тонн золошлаковых отходов, а?в?мире эта?величина превышает 800?миллионов тонн ежегодно. Объем твердых отходов угольных теплоэлектростанций (ТЭЦ) в?России сегодня оценивается в?1,5?2 миллиарда тонн, при?этом?он?занимает площадь более?20?тысяч?кв.?км.
Результаты исследования опубликованы в?научном журнале Minerals.
Среди возможных вариантов утилизации этих?отходов производства?— применение их?для?получения строительных материалов. Высококальциевые золы и?шлаки могут применяться в?качестве цементов, а?низкокальциевые?— как?заполнители в?бетонных смесях. Однако?в?настоящее время такой?утилизации подвергается не?более?10?% производимых отходов. Одна?из?причин?— косность нашего?рынка. Играют свою?роль и?мифы среди потребителей о?неэкологичности и?даже вреде продукта. Это?не?соответствует действительности, ведь технологии по?утилизации золы существуют и?успешно применяются в?мире. Так,?в?Европе в?переработку идет 98?% золошлаков, в?Японии?— 96?%, в?Китае?— 80?%. Но?ученые не?останавливаются на?достигнутом и?изыскивают новые более?экологичные варианты применения золы.
В?последние годы ученые ведут работы над технологией использования низкокальциевых зол для?синтеза геополимерных материалов. Такие?материалы получают при?взаимодействии природного и?техногенного алюмосиликатного сырья, в?том числе золы ТЭЦ, со?щелочным агентом?— раствором гидроксида натрия или жидким стеклом. Геополимеры рассматриваются в?качестве экологически более?выгодной альтернативы по?сравнению с?традиционным цементом, поскольку могут выступать в?роли более?эффективных и?долговечных стройматериалов?— например, цемента и?бетона. Кроме того, геополимеры обладают комплексом ценных физико?химических свойств, что?позволяет создавать на?их?основе материалы для?огне- и?теплозащиты, очистки сточных вод, а?также матрицы для?захоронения радиоактивных отходов.
Однако, по?словам химиков, этот?метод имеет недостаток: не?все?золы при?взаимодействии со?щелочным агентом дают материалы необходимого качества. Для?решения этой?проблемы исследователи применяют интенсивную механообработку в?мельницах-активаторах либо используют различные добавки. При?этом?на?данный момент до?конца не?известно, как?именно те?или иные добавки влияют на?процессы, протекающие при?получении геополимеров.
Ученые 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 и?ИХТРЭМС КНЦ РАН впервые изучили влияние одновременно двух факторов на?получение геополимеров?— добавку к?золе карбонатных минералов и?механоактивацию, то?есть обработку полученной смеси в?мельнице.
?Наши исследования показали, что?если в?качестве добавки взять карбонат кальция СаСО3 (кальцит), то?проявляется так?называемый синергетический эффект. Другими словами, механическая обработка смеси золы и?кальцита перед получением геополимеров повышает прочность намного больше, чем?суммарный вклад механической обработки золы и?введения карбонатной добавки, примененных раздельно?,?— рассказала автор исследования, профессор кафедры химической термодинамики и?кинетики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 Ирина Зверева. По?ее?словам, это?можно сравнить с?тем, как?в?древние времена люди при?постройке жилищ стали комбинировать глину и?тростник. Армированные тростником глиняные стены оказались гораздо прочнее и?эффективнее, чем?стены, построенные только из?глины и?тем более?только из?тростника.
Для?лучшего понимания данного процесса также исследовали влияние добавок к?золе карбонатов других металлов?— магния, стронция и?бария?— соседей кальция в?Периодической системе знаменитого универсанта Дмитрия Менделеева, 190?летие со?дня рождения которого отмечают в?2024?году.
Дмитрий Иванович Менделеев родился 8?февраля 1834?года. Выдающийся ученый, создавший Периодическую систему химических элементов, автор фундаментальных работ по?химии, физике, геологии, метрологии и?ряду других наук, жил и?работал в?стенах Университета. Сегодня на?месте его?кабинета открыт Музей?архив Д.?И. Менделеева 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入.
Термохимические исследования в?188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, а?также проведенные впоследствии эксперименты показали, что?важную роль играет способность карбоната реагировать со?щелочным агентом?— раствором гидроксида натрия. Так,?карбонат магния взаимодействует со?щелочью наиболее?активно, а?карбонаты стронция и?бария практически инертны. Кальцит занимает промежуточное положение, которое обеспечивает геополимерам наибольшую эффективность.
?Совместная механообработка в?мельнице золы и?кальцита приводит не?просто к?их?смешению и?уменьшению размеров частиц. При?раскалывании частицы рвутся химические связи, удерживающие ее?как?единое целое, и?обнажается свежая поверхность, богатая активными центрами. В?результате зола становится более?реакционноспособной и?интенсивнее растворяется в?щелочи. По?сравнению с?золой более?устойчивый к?щелочи кальцит после совместной с?золой механообработки в?мельнице также повышает свою?активность. Механоактивированный кальцит частично растворяется в?щелочи и?при?этом?в?некоторой степени трансформируется в?два новообразованных вещества?— известь (гидроксид кальция) и?ватерит. Известно, что?поверхности только что?образованных веществ также богаты активными центрами. Все?эти?центры?— наведенные механохимически у?кальцита и "новорожденные" у?извести и?ватерита?— играют важную роль в?обнаруженном синергетическом эффекте?,?— рассказал руководитель отдела технологии силикатных материалов Института химии и?технологии редких элементов и?минерального сырья имени И.?В.?Тананаева профессор Александр Калинкин.
Нельзя не?сказать и?о?том, что?кальцит?— один из?самых доступных минералов, повсеместно встречающийся в?виде известняков, мела, мрамора, ракушечников, которые покрывают десятки миллионов?кв.?км?земной поверхности. Таким?образом, его?применение в?составе геополимеров может доступно и?дешево улучшить экологическую ситуацию на?объектах ТЭЦ, позволяя не?только утилизировать зольные продукты, но?и?получать полезный материал.
В?статье показано, что?карбонаты стронция и?бария, хотя и?не?повышают значительно прочность геополимеров, как?карбонат кальция, но?надежно встраиваются в?геополимерную матрицу, укрепляя?ее. Как?отметили ученые?188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 и?ИХТРЭМС, эти?данные представляют интерес для?иммобилизации в?составе геополимеров радиоактивного стронция-90?в?форме карбоната. Карбонат бария хорошо поглощает рентгеновские и?гамма?лучи, поэтому содержащие его?геополимеры могут найти применение как?материалы для?защиты от?радиации.
Санкт?Петербургский государственный университет?— первый?университет России?— был основан 28?января (8?февраля) 1724?года, когда Петр?I?издал указ об?учреждении Университета и?Российской академии наук. Сегодня 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入?— научный, образовательный и?культурный центр мирового уровня. В?2024?году Санкт-Петербургский университет отметит свой?300?летний юбилей.
План мероприятий в?рамках празднования юбилея Университета был утвержден на?заседании оргкомитета по?празднованию 300?летия?188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, которое провел заместитель председателя Правительства РФ?Дмитрий Чернышенко. Среди?таких?мероприятий?— присвоение малой планете имени в? честь 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, выпуск банковских карт?со? специальным дизайном,?создание почтовых марок, посвященных истории первого университета России, брендирование? самолета авиакомпании ?Россия? и?многое другое.
По?решению губернатора Санкт?Петербурга Александра?Беглова 2024?год в?Северной?столице объявлен годом Санкт-Петербургского университета. В?день?300?летия Университета на?Ростральных колоннах будут зажжены факелы. Дворцовый мост украсят флаги Университета, а?общественный транспорт?— его?символика, на?новых туристических картах города появятся здания 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, вблизи них?будут размещены тематические и?исторические материалы. В?мае 2024?года Университет примет участие в?праздновании Дня?города, а?знаменитый праздник выпускников ?Алые паруса? будет посвящен юбилеям 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 и?Российской академии наук. Также Университет запустил сайт, посвященный предстоящему празднику, с?информацией о?выдающихся универсантах, научных достижениях и?подробностях подготовки к?юбилею.