Химики получили стройматериалы из золы тепловых электростанций | Новости науки

Экологичный способ утилизации отходов тепловых электростанций предложили российские ученые. Они разработали технологию, которая позволяет с помощью механической обработки получать геополимер из золы с примесью карбоната кальция. Полученный продукт пригоден для использования в строительстве, сообщила пресс-служба Санкт Петербургского государственного университета.

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. При этом объем твердых отходов угольных теплоэлектростанций (ТЭЦ) в России сегодня оценивается в 1,5 2 миллиарда тонн – эти «свалки» занимают площадь более 20 тысяч кв. км.

По мнению исследователей, некоторые экологические проблемы помогут решить геополимеры. Например, эти стройматериалы могут стать более экологичной альтернативой цементу и бетону, так как постройки из них будут более эффективными и долговечными. 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 и 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 к золе.
Ученые же Санкт Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) впервые изучили влияние одновременно двух этих факторов на получение геополимеров.

«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 СПбГУ Ирина Зверева.

Для лучшего понимания этого процесса ученые также рассмотрели влияние добавок к золе карбонатов других металлов: магния, стронция и бария – соседей кальция в периодической системе химических элементов. Эксперименты показали, что карбонат магния взаимодействует со щелочью наиболее активно, а карбонаты стронция и бария практически инертны. Кальцит же занимает промежуточное положение, которое обеспечивает геополимерам наибольшую эффективность.

Кроме того, кальцит – один из самых доступных минералов, повсеместно встречающийся в виде известняков, мела, мрамора, ракушечников. Поэтому его применение в составе геополимеров может быть не только экологически, но и экономически выгодно – такая технология позволит получать прочный, но при этом недорогостоящий материал.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Minerals.