Waste from the cement industry – a component of sealing grouts

• Autorzy: Uliasz-Bocheńczyk A. , Łyko P.

Identyfikatory

DOI

10.2478/gospo-2014-0040

Warianty tytułu

PL

Odpady z przemysłu cementowego – składnik zaczynów iniekcyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cement kiln dust is a waste product of the cement production process. Part of the dust generated during the burning of Portland cement clinker may be reused in the process, provided it does not contain components that might reduce the quality of the final product. Given the large proportion of calcium oxide, the dust can also be used for purposes of environmental protection in neutralization of acid wastewater, stabilization and fertilization of soil, or disposal of sewage sludge. One of the methods of the economic utilization of this type of waste is its use as a grout additive. This paper presents the preliminary results of research into fresh and hardened grouts made on the basis of cement kiln dust – as well as ash from fluidized bed combustion of hard coal – used as a material for the preparation of sealing grouts. The grouts prepared from fluidized bed fly ash and cement kiln dust, in the proportions of 25, 50, and 57%, were examined. The introduction of cement kiln dust into grouts prepared from fluidized bed fly ashes affected the grouts’ basic technological parameters, increasing their fluidity, lengthening the setting time, and increasing their strength. The studied grouts are characterized by similar phase compositions; however, the addition of dust has resulted in the formation of the 3CaO, Al₂O₃, CaCl₂, 10H₂O phase – Friedel’s salt, and sylvite – KCl. A leachability determination has shown that the tested grouts do not meet the requirements of the Polish standard PN G-11011:1998 Mining – Materials for Backfilling and Caulking of Cavings – Requirements and Tests regarding the requirements for pH and chloride content after adding 50 and 75% dust content.

PL

Pył cementowy jest odpadem z procesu produkcji cementu. Część powstałych w trakcie produkcji cementu pyłów trafia do powtórnego wykorzystania w procesie, jednak pod warunkiem, że nie zawierają one składników mogących obniżyć jakość końcowego produktu. Z uwagi na znaczny udział tlenku wapnia, pyły mogą być stosowane także w ochronie środowiska do: neutralizacji kwaśnych ścieków, stabilizacji i nawożenia gleb czy do unieszkodliwiania osadów ściekowych. Jednym z kierunków gospodarczego wykorzystania tego typu odpadów jest stosowanie ich jako dodatków do zaczynów iniekcyjnych. W pracy przedstawiono wyniki wstępnych badań świeżych i stwardniałych zawiesin wykonanych na bazie pyłu cementowego oraz popiołu fluidalnego ze spalania węgla kamiennego w aspekcie zastosowania ich jako materiału do sporządzania zaczynów iniekcyjnych. Badaniom poddano zaczyny sporządzone z popiołów fluidalnych z wprowadzonymi pyłami cementowymi w ilości: 25, 50 i 57%. Wprowadzenie pyłów cementowych do zaczynów sporządzonych z popiołów fluidalnych wpłynęło na ich podstawowe parametry technologiczne poprzez: wzrost rozlewności, wydłużenie początku i końca czasu wiązania oraz wzrost wytrzymałości. Badane zaczyny charakteryzują się podobnymi składami fazowymi, jednak dodatek pyłów spowodował pojawienie się fazy 3CaO, Al₂O₃, CaCl₂, 10H₂O oraz KCl. Przeprowadzone oznaczanie wymywalności wykazało, że badane zaczyny nie spełniają wymagań normy PN-G-11011:1998 Górnictwo - Materiały do podsadzki zestalanej i doszczelniania zrobów – Wymagania i badania w zakresie wymagań dla pH oraz zawartości chlorków po dodaniu 50 i 75% pyłów.

Słowa kluczowe

EN

sealing grout; dust; cement production; fluidized bed; fly ash

PL

zaczyn iniekcyjny; pył cementowy; produkcja cementu; popiół fluidalny

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 30, z. 4
• Strony: 65--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Uliasz-Bocheńczyk A.

• AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland

autor

Łyko P.

• AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Aidan, C. and Trevor, C. 1995. Cement kiln dust. Concrete, pp. 40–42.
• [2] Bożym, M. 2011. Alternative methods of cement and lime dusts utilization, especially with sewage sludge pretreatment. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 8, pp. 59–68 (in Polish).
• [3] Bras et al. 2010 – Bras, A., Henriques, F. and Cidade, M.T. 2010. Effect of environmental temperature and fly ash addition in hydraulic lime grout behavior. Construction and Building Materials 24, pp. 1511–1517.
• [4] Collins, R.J. and Emery, J.J. 1983. Kiln dust-fly ash systems for highways bases and sub-bases. Federal Highway Administration, Report No. FHWA/RD-82/167, Washington DC.
• [5] Deja, J. 2002. Immobilization of Cr6+, Cd2+, Zn2+ and Pb2+ in alkali-actived slag binders. Cement and Concrete Research 32, pp. 1971–1979.
• [6] Emitor 2013. Emission of environmental pollution in power plants and in combined heat and power plants. Published by The Energy Market Agency, Warsaw, Poland (in Polish).
• [7] Filipiak, J. 2011. Fly ash in construction industry. Strength tests of soil stabilized with mixture of ash and cement. Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska 13, pp. 1043–1054 (in Polish).
• [8] Filipiak, J. 2013. Application of Combustion By-products as a Stabilizer for Organic Soils. Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska 15, pp. 1153–1163 (in Polish).
• [9] Giergiczny, Z. 2006. Rola popiołów lotnych wapniowych i krzemionkowych w kształtowaniu właściwości współczesnych spoiw budowlanych i tworzyw cementowych. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Monografia nr 325, Kraków (in Polish).
• [10] Iwanek et al. 2008 – Iwanek, P., Jelonek, I. and Mirkowski, Z. 2008. Preliminary research on fly ash from the fluidal boiler in the context of its development. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 24(4), pp. 91–104 (in Polish).
• [11] Lachemi et al. 2010 – Lachemi, M., Sahmaran, M., Hossain, K.M.A., Lotfy, A. and Shehata,M. 2010. Properties of controlled low-strength materials incorporating cement kiln dust and slag. Cement & Concrete Composites 32, pp. 623–629.
• [12] Maslehuddin et al. 2008 – Maslehuddin, M., Al-Amoudi, O.S.B., Shameem, M., Rehman, M.K. and Ibrahim, M. 2008. Usage of cement kiln dust in cement products – Research review and preliminary investigations. Construction and Building Materials 22, pp. 2369–2375.
• [13] Peethamparan et al. 2008 – Peethamparan, S., Olek, J. and Lovell, J. 2008. Influence of chemical and physical characteristics of cement kiln dusts (CKDs) on their hydration behavior and potential suitability for soil stabilization. Cement and Concrete Research 38, pp. 803–815.
• [14] Rahman et al. 2007 – Rahman,M. K., Rehman, S. and Al-Amoudi, O.S.B. 2007. Literature Review On Cement Kiln Dust Usage in Soil And Waste Stabilization and Experimental Investigation, IJRRAS7, pp. 77–87.
• [15] Rajczyk et al. 2004 – Rajczyk, K., Giergiczny, E. and Glinicki,M.A. 2004. Use of DTA in the investigations of fly ashes from fluidized bed boilers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 77, pp. 165–170.
• [16] Saiyouri et al. 2008 – Saiyouri, N., Bouasker,M. and Khelidj, A. 2008. Gas permeability measurement on injected soils with cement grout. Cement and Concrete Research 38, pp. 95–103.
• [17] Siddique, R. 2006. Utilization of cement kiln dust (CKD) in cement mortar and concrete – an overview. Resources, Conservation and Recycling 48, p. 315–338.
• [18] Stryczek et al. 2009 – Stryczek, S., Gonet, A. and Czapik, P. 2009. Developing technological properties of sealing slurries with the use of cement kiln. Wiertnictwo Nafta Gaz 26(1–2), pp. 345–356.
• [19] Stryczek, S. and Gonet, A. 2000. Geoengineering. Studia, Rozprawy, Monografie nr 71, Wyd. IGSMiE, Kraków (in Polish).
• [20] Ubbriaco, P. and Calabrese, D. 2000. Hydration behavior of mixtures of cement and fly ash mixtures with high sulphate and chloride content. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 61, pp. 615–623.
• [21] Uliasz-Bocheńczyk, A. and Dziewański, J. 2001. Injection slurries applicable to the protection of the natural environment. Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe 1, pp. 58–62 (in Polish).
• [22] Uliasz-Bocheńczyk, A. 2009. CO2 mineral sequestration in selected wastes. Studia, Rozprawy ,Monografie nr 153, Wyd. IGSMiE, Kraków (in Polish).
• [23] Uliasz-Bocheńczyk, A. and Mokrzycki, G. 2013. Mineral sequestration of CO2 with the use of energy waste – an attempt to estimate the Polish potential. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29(3), pp. 180–189 (in Polish).
• [24] Uliasz-Bocheńczyk, A. and Mokrzycki, G. 2011. Possible applications of energy waste for mineral sequestration of CO2. Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska 13, pp. 1591–1604 (in Polish).