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.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Minerals.

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.

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 СПбГУ 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.