AP09259637 "Тауар өнімдерін алу арқылы көмірді жағудан күлді кәдеге жарату үшін жоғары тиімді қалдықсыз технологияны әзірлеу".

Өзектілігі:

Жоғары бөліністердің (5,6 және 7 бөліністер) ғылымды қажетсінетін жаңа өндірістерін құру және дамыту сирек және сирекжер металдар өндірісін кеңейтуді және қолдануды талап етеді. Қазіргі уақытта бұл металдар көмірден немесе оның қалдықтарынан, соның ішінде жинақталған күл-қож қалдықтарынан алынуы мүмкін. Сонымен қатар, күлден тек RSM шығаруға бағытталған тәсіл перспективалы болып көрінбейді, өйткені бұл жағдайда шикізатты қолданудың күрделілігі жоғалады. Күлдің негізгі компоненттері алюминий, кремний және темір оксидтері екенін ескере отырып, металдардың барлық спектрін алу мүмкіндігін ескеру қажет. Қарастырылып отырған перспективада кремний, алюминий оксиді, темір және СМЗ-ны тауарлық өнімдерге кешенді шығарумен күлді өңдеудің жоғары тиімді технологиясы тәжірибеге үлкен қызығушылық тудыруы мүмкін. Осы технологияның теориялық аспектілерін зерттеуге қатысты мәселелер үлкен қызығушылық тудырады.

Мақсаты:

Ерекше таза кремнеземді, арнайы таза алюминий оксидін (Tabular Alumina), құрамында темір бар өнімді және СЖМ ала отырып, көмірді жағудан күлді өңдеудің инновациялық экологиялық таза, тиімділігі жоғары қалдықсыз технологиясын жасау.

Күтілетін нәтижелер:

• қосылған құны жоғары тауар өнімдерін ала отырып, күл қалдықтарын толық кәдеге жарату арқылы оларды азайтуды қамтамасыз ету;
• қымбат тұратын материалдар мен реагенттерді пайдалануды болдырмау;
• қосымша қатты және / немесе сұйық қалдықтардың пайда болуын болдырмау;
• тауар өнімдерін алу үшін қосымша шикізат көзі ретінде қалдықтарды өңдеуге күлді тарту арқылы ЖЭО тиімділігін арттыру;
• Тауарлық өнім ассортиментін кеңейту;
• жиналған күлдің көлемін төмендету және күлді жинауға және сақтауға жұмсалатын қолданыстағы энергия және материалдық шығындарды қысқарту есебінен ЖЭО шығындарын азайту;
• жаңа техникалық шешімдерді пайдалану есебінен күлді кешенді өңдеудің тұрақты жағдайларын қамтамасыз ету («ноу-хау»).

Күнтізбелік жоспардың 1 кезеңі бойынша алынған нәтижелер:

1) Күл компоненттерінің кальций хлоридімен өзара әрекеттесу реакцияларының термодинамикасы туралы жаңа мәліметтер алынды. Муллиттің кальций хлоридімен тотығу атмосферасында геленитке дейін ыдырау ықтималдығы жоғары (Ca2Al2SiO7). Температураның 1073-тен 1373 К-ге дейін өсуімен зерттелген реакцияның Гиббс бос энергиясы ∆G1073K = -1226,0 кДж/моль-ден ∆G1373K = -2317,57 кДж/моль-ге дейін күрт артады. Гелениттің пайда болуы судың қатысуымен өсетіні көрсетілген, бұл Гиббс бос энергиясының жоғары мәндерінен көрінеді, олар 1073 және 1373 К кезінде: ∆G1073K = -1309,74 кДж/моль және ∆G1373K = -2524,42 кДж/моль құрайды.  

2) 1073 және 1373 к температуралары үшін ∆G1073K = -46,39 кДж/моль және ∆G1373K = -55,74 кДж/моль құрайтын Гиббс бос энергиясының төмен теріс шамаларына байланысты анортиттің түзілуі маңызсыз сипатқа ие екендігі көрсетілген.                     

3) Тұз қышқылымен отты сілтілеу процесінің термодинамикасы мен кинетикасы туралы жаңа мәліметтер алынды. Сілтісіздендіру процесінің механизмі орнатылды, ол Анортит пен гелениттің HCL-мен AlCl3 c түзіп, одан әрі оны жатыр ерітіндісіне беру реакциясымен сипатталады. Анортит пен гелениттің HCL-мен өзара әрекеттесу реакцияларының жылдамдығы 60 оС және Т:Ж=1:3 температурада күшейтілетіні анықталды.

4) Темірді күлден (80% - ға дейін) магниттік бөлу арқылы байыту мүмкіндігі тәжірибелік түрде дәлелденді, құрамында темір бар өнім ~50% жоғары темір бар. Процестің материалдық балансы жасалды, күлдің магниттік және магниттік емес фракциясының элементтік және фазалық құрамы анықталды.

5) Тотықтырғыш атмосферадағы кальций хлоридімен бірге күлдің магниттік емес фракциясын жағудың оңтайлы параметрлері анықталды: температура-1100 ºС, CaCl2 шығыны – муллитті ыдыратуға қажетті стехиометриялық тұтынудан 2 есе көп, өрттің ұзақтығы, τ=60 мин. муллиттің оңай еритін алюминий қосылыстарына – геленит пен анортитке ыдырауы 98% - дан асады.

6) Алюминийді, кальцийді, темірді, Түсті металдарды және СЖМ-ны аналық ерітіндіге селективті аудара отырып, тұқылды тұз қышқылымен сілтісіздендіру және кремнеземді Тауарлық өнім түрінде бөліп шығару жөнінде жаңа деректер алынды. Шаймалау процесінің оңтайлы параметрлері анықталды-Т: Ж=1: 3, температура, Т=60 °C, шаймалау уақыты, τ=60 минут..

7) Алғаш рет күлдің негізгі компоненттерін күйіктен және шаймалау өнімдерінен табу нысандары бойынша жаңа деректер алынды. Күлді CaCl2 – мен жағу кезінде, оңай еритін қосылыстардың-геленит пен анортиттің күйікке сандық қатынасы 5:1 болатындығы анықталды.

8) Ал, Ca, Fe, түсті металдар мен СЖМ-ны кремнеземнің қатты тұнбасы мен жатыр ерітіндісі арасында бөлу жөнінде жаңа деректер алынды. Шаймалаудың оңтайлы режимі жағдайында тек кремний тұнбаға түседі, ал қалған металдар толығымен дерлік жатыр ерітіндісіне өтеді.      

9) ЖЭО күлін "магнитті бөлу – CaCl2 – мен бірге магниттік емес күл фракциясын күйдіру-тұз қышқылымен тұқылдату" схемасы бойынша өңдеу нәтижесінде құрамында темір бар тауар өнімі және құрамындағы таза кремний алынды, % массасы: 99,5 SiO2; 0,02 Al; 0,07 Ca; 0,02 Fe. Тұнба ақтығы - 92%, меншікті беті (БЭТ) - 165 м2/г, маймен қанықтыру (зығыр майы) 140 г / 100 г.

Орындаушылар тізімі:

1. Досмухамедов Нурлан Калиевич - Ғылыми жетекші
2. Каплан Валерий Аронович - Бас ғылыми қызметкер
3. Егизеков Максут Гусманулы - Жетекші ғылыми қызметкер
4. Жолдасбай Ержан Есенбайулы - Бас ғылыми қызметкер
5. Курмансейтов Мурат Бауыржанулы - Бас ғылыми қызметкер

Басылымдар тізімі:

1. Kaplan V., Dosmukhamedov N., Zholdasbay E., Daruesh G., Argyn A. Alumina and Silica Produced by Chlorination of Power Plant Fly Ash Treatment // JOM. – 2020. – Vol. 72(10). – P. 3348–3357. (Web of Science, Scopus, Q-2, Процентиль-84-й.)
2. Досмухамедов Н.К., Каплан В.А., Жолдасбай Е.Е., Даруеш Г.С., Аргын А.А. Выделение железа в железосодержащий продукт из золы от сжигания Экибастузских углей // Уголь. – 2021. – №1. – С. 56-61. (Scopus, Q-3, Процентиль-30-й.)
3. N. Dosmukhamedov, V. Kaplan. Flue gas purification from SO2 and NOx using molten mixture of alkali metal carbonates // International Journal of Coal Preparation and Utilization. – 2021. – P. 1-12. (Web of Science, Scopus, Q-3, Процентиль-58-й.)
4. Досмухамедов Н.К., Егизеков М.Г., Жолдасбай Е.Е., Курмансейтов М.Б., Аргын А.А. Поведение NOx при очистке отходящих газов ТЭС карбонатным расплавом щелочных металлов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2021. – № 1. – С. 30-35. (РИНЦ, IF-0,58)
5. Досмухамедов Н.К., Каплан В.А., Жолдасбай Е.Е., Курмансейтов М.Б., Аргын А.А. Электрохимическое восстановление CO2 до СО в условиях электролиза карбоната лития при 900 ºС // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2021. – № 3. – С. 59-66. (РИНЦ, IF-0,58)
6. Dosmukhamedov N.K., Zholdasbay E.E., Daruesh G.S., Argyn A.A., Kurmanseitov M.B. Study of the mechanism of pre-burned ash leaching by hydrochloric acid // Complex Use of Mineral Resources. – 2021. – Volume 4, Issue 319. – Р. 72-80.
7. Жолдасбай Е.Е., Курмансеитов М.Б., Даруеш Г.С., Аргын А.А., Досмухамедов Н.К., Егизеков М.Г. Концепция технологии комплексной переработки золы на основе хлорирующего обжига // II Международная научно-практическая конференция International scientific innovations in human life, 25-27 августа 2021 года Манчестер, Великобритания. – С. 130-136
8. Жолдасбай Е.Е., Даруеш Г.С., Курмансеитов М.Б., Аргын А.А., Досмухамедов Н.К. К комплексной технологии переработки золы: Термодинамика хлорирующего обжига // III Международная научно-практическая конференция Modern scientific research: achievements, innovations and development prospects, 29-31 августа 2021 года Берлин, Германия. – С. 94-102