Thermal Decomposition of Asbestos Fiber from Asbestos Cement Wastes

• Autorzy: Poniatowska Agnieszka , Andrzejewska-Górecka Dorota , Macherzyński Bartłomiej , Kisiel Monika

Warianty tytułu

PL

Termiczny rozkład włókien azbestu występującego w odpadach eternitu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Negative impact of products including asbestos and asbestos wastes on human health comes from asbestos’ needle-like, fibrous structure. To terminate its negative influence on the environment, including human health, processes aimed at its destruction should be conducted. Basing on available literature one can ascertain that only chemical and thermal methods of asbestos fibers translation cause the ensuing waste to be health neutral. The aim of this paper was to evaluate the influence of temperature and time on asbestos decomposition and determine if the asbestos fiber structure is damaged at high temperatures. In the first stage of heating cement-asbestos slates, the physicochemical processes occurring in the material under investigation will involve dewatering, i.e. removal of adsorptive, constitutional and crystallizing water, followed by breaking down the chrysotile structure and destruction of its brucate layers, finally crystallization of the forsterite and later its disintegration into silica and periclase. During the sintering of asbestos cement we have an excess of calcium oxide coming from cement components. Chrisotile contained in asbestos cement exorcises during its dissolution silica which merges with calcium oxide from the cement phase. Thus arises bicalcium silicate (larnite), brownmillerite and periclase as a product of chrisotile dissolution. Periclase is therefore formed, magnesium oxide does not bind in silicate because the excess of calcium has the preference for the secondary formation of silicates. The process of sintering causes its contents to clinkering again, the main component of which is larnite and periclase resulting from the decay of chrysotile asbestos. It causes potential possibilities of using the products of this method to produce cement. During the tests, in the temperature rises to 1400°C, there is a significant recrystallization of components and the beginning of the crystallization of periclase, which is confirmed by scanning tests, analysis of sample composition in the micro-area and results of phase composition analysis. To sum up, based on the conducted studies of the thermal decomposition of cement-asbestos slates, it can be concluded that sintering it at a temperature of 1400-1500°C leads to the transformation of the fibrous structure of the chrysotile asbestos contained therein. With the use of a method that allows the operation of such temperatures, eliminating the emission of asbestos fibers into the air, subjecting it to thermal treatment, we permanently change its structure and in this way it becomes a mineral indifferent to human health. In addition, the obtained material gives the potential to use products of this method of neutralizing cement-asbestos slates, e.g. in construction. This paper might be the basis for further research of the possibilities of thermal processing of asbestos-containing waste, in which the addition of fluxes to the process, affecting the decomposition temperature of asbestos in cement-asbestos slates can also be considered.

PL

Negatywny wpływ wyrobów i odpadów zawierających azbest na zdrowie ludzkie wynika z igłowej, cienko włóknistej struktury azbestu. Dlatego w celu zlikwidowania jego negatywnego oddziaływania na środowisko, w tym zdrowie ludzi, należy prowadzić procesy prowadzące do zniszczenia jego struktury. Na podstawie dostępnej literatury można stwierdzić, że jedynie metody chemiczne i termiczne, mające wpływ na przekształcenie włókien azbestowych powodują, że powstały w wyniku ich zastosowania odpad jest obojętny dla zdrowia. Celem niniejszej pracy była ocena wpływu temperatury i czasu na rozkład azbestu i określenie, czy włóknista struktura azbestu ulega zniszczeniu w wysokich temperaturach. W pierwszym etapie ogrzewania eternitu procesy fizykochemiczne zachodzące w badanym materiale wiązały się z odwadnianiem, czyli usuwaniem wody adsorpcyjnej, konstytucyjnej i krystalizacyjnej, a następnie z rozbijaniem struktury chryzotylu i niszczeniem jego warstw brucytowych, w końcu krystalizacją, powstałego w trakcie narastaniatemperatury, forsterytu oraz późniejszym jego rozpadem na krzemionkę i peryklaz. W procesie spiekania eternitu mamy do czynienia z nadmiarem tlenku wapnia pochodzącego ze składników cementu. Chryzotyl zawarty w eternicie uwalnia podczas rozpadu krzemionkę, która łączy się z tlenkiem wapnia z fazy cementowej. W ten sposób powstaje krzemian dwuwapniowy (larnit), brownmilleryt, a także peryklaz, jako produkt rozpadu chryzotylu. Peryklaz powstaje w związku z tym, tlenek magnezu nie wiąże się w krzemian, ponieważ nadmiar wapnia posiada preferencje, przy wtórnym tworzeniu krzemianów. Proces spiekania prowadzi do powtórnej klinkieryzacji składników spieku, której głównym składnikiem jest larnit oraz peryklaz powstający z rozpadu azbestu chryzotylowego. Taki skład potwierdza dezintegrację azbestu w badanym materiale i powstanie całkiem nowych, nieszkodliwych dla środowiska faz. Stwarza to potencjalne możliwości wykorzystania produktów tej metody unieszkodliwiania eternitu do produkcji cementu. Jak stwierdzono w trakcie badań, dopiero przy wzroście temperatury do 1400°C następuje znacząca rekrystalizacja składników stopu i początek krystalizacji peryklazu, co potwierdzają badania skaningowe, analiza składu próbek w mikroobszarze oraz wyniki analizy składu fazowego. Reasumując na podstawie przeprowadzonych badań termicznego rozkładu eternitu można stwierdzić, że spiekanie go w temperaturze 1400-1500°C prowadzi do przekształcenia struktury włóknistej zawartego w nim azbestu chryzotylowego. Przy zastosowaniu metody umożliwiającej działanie takich temperatur, eliminującej emisję włókien azbestowych do powietrza, poddając go obróbce termicznej trwale zmieniamy jego budowę i w ten sposób staje się on minerałem obojętnym dla zdrowia ludzkiego. Ponadto uzyskany materiał, daje potencjalne możliwości wykorzystania produktów tej metody unieszkodliwiania eternitu np. w budownictwie. Niniejsza praca może być podstawą do dalszych badań nad możliwością termicznego przetwarzania odpadów zawierających azbest, w których można rozważyć także dodawanie topników do procesu, wpływających na obniżanie temperatury rozkładu azbestu w eternicie.

Słowa kluczowe

EN

asbestos; asbestos wastes; asbestos cement; thermal decomposition; chrysotile asbestos

PL

azbest; odpady azbestowe; eternit; termiczny rozkład; azbest chryzotylowy

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 2
• Strony: 855--867
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Poniatowska Agnieszka

• Cardinal Stefan Wyszyński University, Poland

autor

Andrzejewska-Górecka Dorota

• Cardinal Stefan Wyszyński University, Poland

autor

Macherzyński Bartłomiej

• Cardinal Stefan Wyszyński University, Poland

autor

Kisiel Monika

• Cardinal Stefan Wyszyński University, Poland

Bibliografia

• 1. Ambrosius S., Gundlach H., Kieser J. (1996). Thermal utilization of cement-bound asbestos products in cement kilns. Cement Lime Gypsum, International, 8, 444-453.
• 2. Balducci G., Foresti E., Lelli M., Lesci I. G., Marchetti M., Pierini F., Roveri N. (2012). Process for treating an asbestos containing material. Patent No EP2428254B1.
• 3. Belardi G., Maccari D., Marabini A.M., Plescia P. (1998). Process for producing ceramic type materials by processing waste containing asbestos and clay. Patent No WO199822410A1.
• 4. Bielankin D. S., Iwanow B. W., Łapin W. W. (1957). Petrography of artificial stones. Geological Publishing House.
• 5. Bolewski A., & Manecki A. (1993) Detailed mineralogy. PAE Publishing House.
• 6. Deng Q., Lan Y.J., Wang M.Z. (2009). 30 years follow up study: the dose-response relationship of asbestos exposure and asbestosis. Mod. Prev. Med. 36, 2027-2029.
• 7. Commission Directive 1999/77/EC of 26 July 1999 adapting to technical progress for the sixth time Annex I to Council Directive 76/769/EEC on the approximation of laws, regulations and administrative provisions of the Member States relating to restrictions on the marketing and use of certain dangerous substances and preparations (asbestos).
• 8. Frank, A.L.T., & Joshi K. (2014). The Global Spread of Asbestos. Annals of Global Health, 80(1), 257-262.
• 9. Italcementi (1992). Italian patent application number MI92A001803.
• 10. https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/asbestos/, access June 2018.
• 11. Kazan-Allen L.: Presented at The Global Campaign To Ban Asbestos 2017, The Tokyo Institute of Technology, 2017 (http://www.ibasecretariat.org/), access June 2018.
• 12. Klimas K. (1998). Plasma liquidation of asbestos waste. Geological Survey, 46(12),1235-1236.
• 13. Kusiorowski R., Zaremba T., Piotrowski J., Jung T. (2014). Use of asbestos waste in ceramic masses for the production of building ceramics. Ceramic materials, 66(3), 245-252.
• 14. Kusiorowski R., Zaremba T., Piotrowski J. (2015) Use of asbestos-containing waste for the production of ceramic building materials with baked heather. Ceramic materials, 67(3), 279-285.
• 15. Maciołek H., Zielińska A., Domarecki T. (2012). Impact of asbestos on the natural environment and human organism. Journal of ecology and health, 16(3), 112-119.
• 16. Paolini V., Tomassetti L., Segreto M., Borin D., Liotta F., Torre M., Petracchini F. (2018). Asbestos treatment technologies. Journal of Material Cycles and Waste Management, published online 21.09.2018.
• 17. Pawluk K. (2010). New methods of construction waste disposal that contain asbestos. Review of Science – Engineering and Environmental Design, 3(49), 38-47.
• 18. Poniatowska A. (2008). Thermal decomposition of asbestos-containing waste structure, in terms of environmental protection, on the example of asbestos cement. Doctoral thesis, Warsaw University of Technology.
• 19. Takahashi K., & Landrigan P. J. (2016). The Global Health Dimensions of Asbestos and Asbestos-Related Diseases. Annals of Global Health, 82(1), 209-213.
• 20. Więcek E. (2004). Asbestos – exposure and health effects. Occupational safety – science and practice, 391(2), 2-6.
• 21. Witek J., Mróz H., Barański J., Brach J. (2012). Utilization of asbestos-containing waste by melting in an arc-resistance furnace, Works of the Institute of Ceramics and Building Materials, 11, 146-148.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).