Том 337 № 5 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/5/5557
Оценка эффективности обогащения золы-уноса Рефтинской ГРЭС различными методами
Композитные материалы на основе стекловолокон находят широкое применение в различных отраслях техники: аэрокосмической, оборонной, строительной и др. Наряду с развитием технологий производства стеклопластиков актуально проведение опережающих работ, направленных на поиск доступных и недорогих сырьевых материалов, а также на разработку эффективных технологических решений получения стекловолокон. Такие решения должны способствовать их внедрению в промышленное производство без существенной корректировки технологических схем и параметров процессов. В качестве наполнителей в стеклопластиках чаще всего используют стекловолокно, выработанное из стекла магнийалюмосиликатного состава. Схожесть суммарного содержания оксидов кремния и алюминия в золах-уноса ТЭС с составами таких стекол позволяет предположить возможность их эффективного использования в качестве основного компонента стекольной шихты. Целью исследования являлась оценка эффективности обогащения зол-уноса Рефтинской ГРЭС известными технологическими методами, поскольку высокое содержание оксидов железа (FexOy) является ключевым ограничением, определяющим успешность использования золы-уноса как традиционного сырья в технологии стекловолокон. Применялись современные инструментальные методы, включающие растровую электронную микроскопию, позволившую выявить особенности морфологии золы-уноса, а также рентгенофазовый и рентгенофлуоресцентный анализы, с помощью которых были определены минералогический и химический составы золы-уноса. Эффективность обогащения определялась при помощи лабораторного оборудования, обеспечившего процессы магнитной и электростатической сепарации, прямой и обратной флотации. Установлено, что комбинированное применение магнитной и электростатической сепарации позволяет снизить содержание FexOy на 55 %, при этом его содержание в золе составило 2,88 мас. %. Менее эффективным оказалось обогащение зол-уноса путем совместной магнитной сепарации и флотации, при котором содержание оксидов железа в стекле составило 3,73 мас. %. Доказано, что полученный после обогащения зол-уноса Рефтинской ГРЭС алюмосиликатный продукт характеризуется суммарным содержанием оксидов, образующих структурную сетку стекла (SiO2+Al2O3) до 91,44 мас. %. Следовательно, он может быть эффективно использован в качестве основного компонента стекольной шихты для производства высокомодульных магнийалюмосиликатных стекол. При расчете рецептов шихт установлено, что содержание обогащенных зол-уноса Рефтинской ГРЭС может достигать от 50 до 80 %, следовательно, такие шихты могут считаться технологически целесообразными и экономически выгодными.
Для цитирования: Онищук В.И., Лазарова Ю.С., Ивлева И.А., Панова О.А. Оценка эффективности обогащения золы-уноса Рефтинской ГРЭС различными методами. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2026, Т. 337, № 5, С. 203-217. https://doi.org/10.18799/24131830/2026/5/5557
Ключевые слова:
стекловолокно, зола-уноса, роль железа в стекле, обогащение, магнитная сепарация, флотация, Рефтинская ГРЭС, композиты, стеклопластики, сырье для стекла
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. У Российской композитной отрасли промышленности есть перспективы. Композитный мир, 2022, № 2 (99), С. 6–9.
2. Непростые времена для композитной отрасли или еще один шанс? Композитный мир. URL: https://compositeworld.ru/articles/market/id64195-accc0b2e200121f9572 (дата обращения 21.12.2025).
3. Kuźnia M. A review of coal fly ash utilization: environmental, energy, and material assessment. Energies, 2024, Vol. 18, № 1, P. 52. DOI: 10.3390/en18010052
4. Mikulionok I.O. A state of art and prospects of fly ash management. Energy Technologies & Resource Saving, 2024, № 3, P. 73–95. DOI: 10.33070/etars.3.2024.11.
5. Пичугин Е.А. Аналитический обзор накопленного в Российской Федерации опыта вовлечения в хозяйственный оборот золошлаковых отходов теплоэлектростанций. Проблемы региональной экологии, 2019, № 4, С. 77–87. DOI: 10.24411/1728-323X-2019-14077.
6. Сидорова Г.П., Маниковский П.М., Гущина Т.О. Перспективы угольной генерации. Вестник Забайкальского государственного университета, 2024, Т. 30, № 3, С. 38–48. DOI: 10.2109/2227-9245-2024- 30-3-38-48.
7. Backhouse D.J., Guilbot A., Scrimshire A. Biomass ashes as potential raw materials for mineral wool manufacture: initial studies of glass structure and chemistry. European Journal of Glass Science and Technology Part A Glass Technology, 2021, № 63 (1), Р. 19–32. DOI: 10.13036/17533546.63.1.003
8. Яценко Е.А., Земляная Е.Б., Ефимов Н.Н., Грушко И.С., Косарев А.С. Разработка ресурсосберегающей технологии шлакоситаллов путем переработки золошлаковых отходов ТЭС. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки, 2010, № S, С. 123–127.
9. Nimjaroen C., Morimoto S.B., Tangsathitkulchai C. Preparation and properties of porous glass using fly ash as a raw material. Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, Vol. 355, № 34–36, Р. 1737–1741. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2009.06.016
10. Ma Q., Ding L., Wang Q., Yu Y., Luo L. Preparation and characterization of continuous fly ash derived glass fibers with improved tensile strength. Materials Letters, 2018, Vol. 231, P. 119–121. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.08.032
11. Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. М.: Высшая школа. 1989. 384 с.
12. Лазарова Ю.С., Онищук В.И., Шабалин С.И. Роль Fe2O3 в структуре и свойствах бесщелочных железосодержащих магнийалюмосиликатных стекол для непрерывного высокомодульного стекловолокна. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2025, Т. 10, № 12, С. 96–109. DOI: https://doi.org/10.34031/2071-7318-2025-10-12-96-109
13. Онищук В.И., Лазарова Ю.С., Евтушенко Е.И. Оценка возможности использования золы Рефтинской ГРЭС в производстве непрерывного стекловолокна. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2021, № 5, С. 71–81. DOI: 10.34031/2071-7318-2021-6-5-71-81.
14. Онищук В.И, Лазарова Ю.С., Прохоренков Д.С. Идентификация продуктов кристаллизации стекол для производства стекловолокна, полученных на основе техногенных отходов. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2023, № 12, С. 83–96. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-12-83-96.
15. Vilakazi A.Q., Shemi A., Ndlovu S. Dry magnetic separation and the leaching behaviour of aluminium, iron, titanium, and selected rare earth elements (REEs) from coal fly ash. Minerals, 2025, Vol. 15, Р. 119–145. DOI: https://doi.org/10.3390/min15020119
16. Sahoo P.K., Kim K., Powell M.A. Recovery of metals and other beneficial products from coal fly ash: a sustainable approach for fly ash management. Int J Coal Sci Technol., 2016, Vol. 3, Р. 267–283. DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-016-0141-2
17. Валеев Д., Кунилова И., Алпатов А., Варнавская А., Джу Д. Извлечение магнетита и углерода из угольной летучей золы методами магнитной сепарации и флотации. Minerals, 2019, Vol. 9, Р. 320–332. DOI: https://doi.org/10.3390/min9050320
18. Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A., Chenlong D., Romashev A., Aburova V., Prokhorova E. Increase in recovery efficiency of iron-containing components from ash and slag material (coal combustion waste) by magnetic separation. Minerals, 2024, Vol. 14, Р. 136–153. DOI: https://doi.org/10.3390/min14020136
19. Ryabov Y.V., Delitsyn L.M., Ezhova N.N. Methods for beneficiation of ash and slag waste from coal-fired thermal power plants and ways for their commercial use. Terminal Engineering, 2019, Vol. 66, P. 149–168 DOI: https://doi.org/10.1134/S004060151-9030054
20. Зиновеев Д.В., Дюбанов В.Г., Делицын Л.М., Кулумбегов Р.В. Переработка золы тепловых электростанций с извлечением железа и алюминия. Успехи в химии и химической технологии, 2002, Т. XXXVI, № 13, С. 135–137.
21. Власова В.В. Разработка технологии комплексного извлечения полезных компонентов из золошлаковых отходов ТЭС Иркутской области: автореф. дис. … канд. техн. наук. Иркутск, 2005. 17 с.
22. 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.
23. Ксенофонтов Б.С., Козодаев А.С., Таранов Р.А., Балина А.А., Виноградов М.С., Петрова Е.В. Обработка угольной золы предприятий энергетики в процессах бактериального выщелачивания редкоземельных металлов. Безопасность в техносфере. Энерго- и ресурсосбережение, 2013, № 4, C. 17–22.
24. Сафронов О.А., Кунилова И.В. Характеристика сухой золы сжигания углей Рефтинской ГРЭС в качестве техногенного сырья. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, 2023, № 20, С. 449–455.
25. Бариева Э.Р., Королев Э.А., Серазеева Е.В. Экономика, экология и региональные аспекты энергетики. Проблемы энергетики, 2012, № 5–6, С. 109–113.
26. Гончаров Ю.И., Лесовик В.С., Гончаров М.Ю., Строкова В.В. Минералогия и петрография сырья для производства строительных материалов и технической керамики. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. 181 с.
27. Яроцкая Е.Г., Федоров П.П. Муллит и его изоморфные замещения. Обзор. Конденсированные среды и межфазные границы, 2018, Т. 2, № 4, С. 537–544.
28. Геохимия элементов: группа железа. Систем. требования: AdobeAcrobatReader. URL: http://www1.geol.msu.ru/deps/geochems/rus/distance/gr_-course_ge_t8.pdf (дата обращения 09.02.2026).
29. Большая российская энциклопедия: магнитные свойства минералов. URL: https://bigenc.ru/c/magnitnye-svoistva-mineralov-7e0dad (дата обращения 07.09.2025).
30. Strzałkowska E. Morphology and chemical composition of mineral matter present in fly ashes of bituminous coal and lignite. International Journal of Environmental Science and Technology, 2021, Vol. 18, P. 2533–2544. DOI: https://doi.org/10.1007/s13762-020-03016-0.
31. Конон М.Ю. Фазовое разделение и физико-химические свойства стекол системы Na2O-B2O3-SiO2-Fe2O3: дис. … канд. хим. наук. СПб, 2016. 139 с.
32. Воловецкий М.В. Валентное и структурное состояние атомов железа в стеклах ударного и вулканического происхождения: автореф. дис. … канд. хим. наук. М., 2010. 25 с.
33. Antonio D., Hung I., Gang Z. Effects of Al substitution for Fe in Na₅FeSi₄O₁₂ (5.1.8) glasses: structure and crystallization. Glass Europe, 2024, Vol. 2, P. 2341. DOI: 10.52825/glass-europe.v2i.2341
34. Aqdim S., Albizane A., Greneche J.M. Structural Feature and Chemical Durability of Sodium Aluminium Iron Phosphate Glasses. Journal of Environmental Science, Computer Science and Enegineering and Technology, 2015, Vol. 4, № 2, P. 312–314. URL: https://www.researchgate.net/profile/Said-Aqdim/publication/301619979_Struct-ural_Feature_and_Chemical_Durability_of_Sodium_Aluminium_Iron_Phosphate_Glasses/links/571dd58708ae408367bf20d7/Structural-Feature-and-Chemical-Durability-of-Sodium-Aluminium-Iron-Phosphate-Glasses.pdf (дата обращения 07.09.2025).
35. Liu T., Huang Q., Liang H., Liu P., Luo Z., Zhu L., Lu A. Effect of Fe2O3 doping on structure, physical-mechanical properties and luminescence performance of magnesium-aluminum-silicon based glass-ceramics. Ceramics International, 2020, Vol. 46, P. 28851–28859. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.051
36. Deshkar A., Ahmadzadeh M., Scrimshire A., Han E., Bingham P.A., Post Guillen D., McCloy J.S., Goel A. Crystallization behavior of iron- and boron-containing nepheline (Na2O•Al2O3•2SiO2) based model high-level nuclear waste glasses. Journal of the American Ceramic Society, 2019, № 102 (3), P. 1101–1121. https://doi.org/10.1111/JACE.15936
37. Shaharyar Y., Cheng J.Y., Han E., Maron A., Weaver J.L., Marcial J., McCloy J.S., Goel A. Elucidating the effect of iron speciation (Fe2+/Fe3+) on crystallization kinetics of sodium aluminosilicate glasses. Journal of the American Ceramic Society, 2016, № 99 (7), P. 2306–2315. DOI: https://doi.org/10.1111/JACE.14239
REFERENCES
1. Russian composite industry has prospects. Composite World, 2022, no. 2 (99), pp. 6–9. (In Russ.)
2. Are these difficult times for the composite industry or another chance? The Composite World. (In Russ.) Available at: https://compositeworld.ru/articles/market/id64195-accc0b2e200121f9572 (accessed 21 December 2025).
3. Kuźnia M. A review of coal fly ash utilization: environmental, energy, and material assessment. Energies, 2024, vol. 18, no. 1. pp. 52. DOI: 10.3390/en18010052
4. Mikulionok I.O. A state of art and prospects of fly ash management. Energy Technologies & Resource Saving, 2024, no. 3, pp. 73–95. DOI: 10.33070/etars.3.2024.11.
5. Pichugin E.A. An analytical review of the experience gained in the Russian Federation of involving ash and slag waste from thermal power plants in domestic turnover. Regional Environmental Problems, 2019, no. 4, pp. 77–87. (In Russ.)
6. Sidorova G.P., Manikovskiy P.M., Gushchina T.O. Prospects of coal generation. Transbaikal State University Journal, 2024, vol. 30, no. 3, pp. 38–48. (In Russ.)
7. Backhouse D.J., Adrien Guilbot A., Scrimshire1 A. Biomass ashes as potential raw materials for mineral wool manufacture: initial studies of glass structure and chemistry. European Journal of Glass Science and Technology Part A Glass Technology, 2021, no. 63 (1), pp. 19–32. DOI: 10.13036/17533546.63.1.003
8. Yacenko E.A., Zemlyanaya E.B., Efimov N.N., Grushko I.S., Kosarev A.S. Development of a resource-saving technology for slag metals by processing slag waste from thermal power plants. News of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Series: Technical Sciences, 2010, no. S, pp. 123–127. (In Russ.)
9. Nimjaroen C., Morimoto S., Tangsathitkulchai C. Preparation and properties of porous glass using fly ash as a raw material. Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, vol. 355, no. 34–36, pp. 1737–1741. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2009.06.016
10. Ma Q., Ding L., Wang Q., Yu Y., Luo L. Preparation and characterization of continuous fly ash derived glass fibers with improved tensile strength. Materials Letters, 2018, vol. 231, pp. 119–121. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.08.032
11. Gorlov Yu.P. Technology of thermal insulation and acoustic materials and products. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1989. 384 p. (In Russ.)
12. Lazarova Yu.S., Onishchuk V.I., Shabalin S.I. The role of Fe2O3 in the structure and properties of alkali-free iron-containing magnesium alumosilicate glasses for continuous high-modulus fiberglass. Bulletin of Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 2025, vol. 10, no. 12, pp. 96–109. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.34031/2071-7318-2025-10-12-96-109
13. Onishchuk V. I., Lazarova Yu.S., Evtushenko E.I. Assessment of the possibility of using Reftinskaya GRES ash in the production of continuous glass fiber. Bulletin of Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 2021, no. 5, pp. 71–81. (In Russ.) DOI: 10.34031/2071-7318-2021-6-5-71-81
14. Onishchuk V.I, Lazarova Yu.S., Prohorenkov D.S. Identification of glass crystallization products for glass fiber production based on man-made waste. Bulletin of Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 2023, no. 12, pp. 83–96. (In Russ.) DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-12-83-96.
15. Vilakazi A.Q., Shemi A., Ndlovu S. Dry magnetic separation and the leaching behaviour of aluminium, iron, titanium, and selected rare earth elements (REEs) from coal fly ash. Minerals, 2025, vol. 15, pp. 119–145. DOI: https://doi.org/10.3390/min15020119
16. Sahoo P.K., Kim K., Powell M.A. Recovery of metals and other beneficial products from coal fly ash: a sustainable approach for fly ash management. Int J Coal Sci Technol, 2016, vol. 3, pp. 267–283. DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-016-0141-2
17. Valeev D., Kunilova I., Alpatov A., Varnavskaya A., Dzhu D. Extraction of magnetite and carbon from coal fly ash by magnetic separation and flotation methods. Minerals, 2019, vol. 9, pp. 320–332. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.3390/min9050320
18. Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova, A., Chenlong D., Romashev. A., Aburova V., Prokhorova E. Increase in recovery efficiency of iron-containing components from ash and slag material (coal combustion waste) by magnetic separation. Minerals, 2024, vol. 14, pp. 136–153. DOI: https://doi.org/10.3390/min14020136
19. Ryabov Y.V., Delitsyn L.M., Ezhova N.N. Methods for beneficiation of ash and slag waste from coal-fired thermal power plants and ways for their commercial use. Terminal Engineering, 2019, vol. 66, pp. 149–168. DOI: https://doi.org/10.1134/S004060151-9030054
20. Zinoveev D.V., Dyubanov V.G., Delicyn L.M., Kulumbegov R.V. Ash processing of thermal power plants with extraction of iron and aluminum. Russian Chemical Reviews, 2002, vol. XXXVI, no. 13, pp. 135–137. (In Russ.)
21. Vlasova V.V. Development of a technology for the integrated extraction of useful components from ash and sludge waste from thermal power plants in the Irkutsk region. Cand. Diss. Irkutsk, 2005. 17 p. (In Russ.)
22. Dosmuhamedov N.K., Kaplan V.A., Zholdasbay E.E., Daruesh G.S., Argyn A.A. Isolation of iron into an iron-containing product from ashes from the burning of Ekibastuz coals. Ugol, 2021, no. 1, pp. 56–61. (In Russ.)
23. Ksenofontov B.S., Kozodaev A.S., Taranov R.A., Balina A.A., Vinogradov M.S., Petrova E.V. Coal ash treatment of energy enterprises in the processes of bacterial leaching of rare earth metals. Energy Technologies & Resource Saving, 2013, no. 4, pp. 17–22. (In Russ.)
24. Safronov O.A., Kunilova I.V. Characteristics of dry coal ash from Reftinskaya GRES as a man-made raw material. Proceedings of the Fersman Scientific Session of the Geological Institute of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, 2023, no. 20, pp. 449–455. (In Russ.)
25. Barieva E.R., Korolev E.A., Serazeeva E.V. Economics, ecology and regional aspects of energy. Problems of Power Engineering, 2012, no. 5–6, pp. 109–113. (In Russ.)
26. Goncharov Yu.I., Lesovik V.S., Goncharov M.Yu., Strokova V.V. Mineralogy and petrography of raw materials for the production of building materials and technical ceramics. Belgorod, BelGTASM Publ. house, 2001. 181 p. (In Russ.)
27. Yarockaya E.G., Fedorov P.P. Mullite and its isomorphic substitutions. Review. Condensed Matter and Interphases, 2018, vol. 2, no. 4, pp. 537–544.
28. Geochemistry of elements: iron group. Systems. Requirements: AdobeAcrobatReader. (In Russ.) Available at: http://www1.geol.msu.ru/deps/geochems/rus/distance/gr_course_ge_t8.pdf (accessed 9 February 2026).
29. Great Russian Encyclopedia: magnetic properties of minerals. (In Russ.) Available at: https://bigenc.ru/c/magnitnye-svoistva-mineralov-7e0dad (accessed 7 September 2025).
30. Strzałkowska E. Morphology and chemical composition of mineral matter present in fly ashes of bituminous coal and lignite. International Journal of Environmental Science and Technology, 2021, vol. 18, pp. 2533–2544. DOI: https://doi.org/10.1007/s13762-020-03016-0.
31. Konon M.Yu. Phase separation and physico-chemical properties of glasses of the Na2O-B2O3-SiO2-Fe2O3 system. Cand. Diss. St Petersburg, 2016. 139 p. (In Russ.)
32. Volovetskiy M.V. Valence and structural state of iron atoms in glasses of impact and volcanic origin. Cand. Diss. Moscow, 2010. 25 p. (In Russ.)
33. Antonio D., Hung I., Gang Z. Effects of Al substitution for Fe in Na₅FeSi₄O₁₂ (5.1.8) glasses: structure and crystallization. Glass Europe, 2024, vol. 2, pp. 2341. DOI: 10.52825/glass-europe.v2i.2341
34. Aqdim S., Albizane A., Greneche J.M. Structural feature and chemical durability of sodium aluminium iron phosphate glasses. Journal of Environmental Science, Computer Science and Engineering and Technology, 2015, vol. 4, no. 2, pp. 312–314. Available at: https://www.researchgate.net/profile/SaidAqdim/publication/301619979_Structural_Feature_and_Chemical_Durability_of_Sodium_Aluminium_Iron_Phosphate_Glasses/links/571dd58708ae408367bf20d7/Structural-Feature-and-Chemical-Durability-of-Sodium-Aluminium-Iron-Phosphate-Glasses.pdf (accessed 7 September 2025).
35. Liu T., Huang Q., Liang H., Liu P., Luo Z., Zhu L., & Lu A. Effect of Fe2O3 doping on structure, physical-mechanical properties and luminescence performance of magnesium-aluminum-silicon based glass-ceramics. Ceramics International, 2020, vol. 46, pp. 28851–28859. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.051
36. Deshkar A., Ahmadzadeh M., Scrimshire A., Han E., Bingham P.A., Post Guillen D., McCloy J.S., Goel A. Crystallization behavior of iron- and boron-containing nepheline (Na2O•Al2O3•2SiO2) based model high-level nuclear waste glasses. Journal of the American Ceramic Society, 2019, no. 102 (3), pp. 1101–1121. DOI: https://doi.org/10.1111/JACE.15936
37. Shaharyar Y., Cheng J.Y., Han E., Maron A., Weaver J.L., Marcial J., McCloy J.S., Goel A. Elucidating the effect of iron speciation (Fe2+/Fe3+) on crystallization kinetics of sodium aluminosilicate glasses. Journal of the American Ceramic Society, 2016, no. 99 (7), pp. 2306–2315. DOI: https://doi.org/10.1111/JACE.14239
