Carbonised fluidised fly ash (CFFA); a new product for mining engineering purposes (discussion of possible applications)

• Autorzy: Łączny Marian Jacek , Rompalski Przemysław

Identyfikatory

DOI

10.46873/2300-3960.1359

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents and summarises the current state of research and laboratory results on the carbonation of fly ash with carbon dioxide in the context of its use in mining engineering. Based on previous publications and patent applications, the possibilities of using carbonated fly ash from fluidised bed boilers for the following applications were discussed: securing excavations particularly susceptible to fire hazards, shotcreting and securing longwalls and supports, constructing cases, securing decommissioned shafts, and others, which means wherever the use of cement is required. It was pointed out that the removal of excess free calcium oxide makes it possible to use carbonated fly ash in mining applications for placement in workings requiring increased tightness. It was also stated that carbonation allows the removal of hydrogen from fluidised fly ash (FFA) obtained during co-combustion. The research highlighted the potential and importance of granulating carbonised FFA in expanding the applications of this innovative product in mining engineering.

Słowa kluczowe

EN

fluidized fly ash; carbonation; mining engineering

PL

popiół lotny fluidalny; karbonizacja; inżynieria górnicza

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 21, iss. 3
• Strony: 191--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 56 poz.

Twórcy

autor

Łączny Marian Jacek

• Central Mining Institute, Department of Solid Fuels Quality Assessment, Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0045-5000

autor

Rompalski Przemysław

• Central Mining Institute, Department of Solid Fuels Quality Assessment, Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9213-8186

Bibliografia

• [1] Patent numer: 233309. “Sposób przetwarzania popiołów lotnych”. 2019.
• [2] Dz U. Z Dnia 12 czerwca 2015r., poz. 796. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 maja 2015 r. w sprawie odzysku odpadów poza instalacjami i urządzeniami.
• [3] PN-G-11011. Górnictwo - materiały do podsadzki zestalanej i doszczelniania zrobów - wymagania i badania. 1998.
• [4] Plewa F, Popczyk M, Mysłek Z. Kinds of products generated by power engineering and utilization possibilities of their underground mining technologies. Polityka Energetyczna 2007;10(2):391-402.
• [5] Adamek A. Podsadzanie wyrobisk górniczych. Wydawnictwo Śląsk; 1980.
• [6] Ash Coal. Characteristics, management, and environmental issues. Technical results, program. Palo Alto CA: Coal Combustion Products EPRI; 2009, 1019022.
• [7] Moreno N, Querol X, Andrés JM, Stanton K, Towler M, Nugteren H, et al. Physico-chemical characteristics of Euro- pean pulverized coal combustion fly ashes. Fuel 2005;84: 1351-63.
• [8] Kurdowski W. Cement and concrete chemistry. Copyright: Springer Netherlands; 2014.
• [9] Evaluation of processes for post combustion control of emissions from circulating fluidized-bed power plants. Palo Alto, CA: EPRI; 2003, 1004883.
• [10] Developments in circulating fluidized-bed combustion technology. Palo Alto, CA: EPRI; 2009, 1015695.
• [11] Romanov V, Soong Y, Carney C, Rush G, Nielsen B, O'Connor W. Mineralization of carbon dioxide: literature review. Weinheim ChemBioEng Rev 2015;2(4):231-56.
• [12] Giergiczny Z. Rola popiołów lotnych wapniowych i krzemionkowych w kształtowaniu własności współczesnych spoiw budowlanych i tworzyw cementowych. Monografia 325. Seria Inżynieria Lądowa. Politechnika Krakowska. Kraków; 2006.
• [13] EN 450-1:2005þA1. Fly Ash for concrete - Part 1: definition, specifications and conformity criteria. 2007.
• [14] Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE). Nr 1272/2008 z dnia 16 grudnia 2008 r. w sprawie klasyfikacji, oznakowania i pakowania substancji i mieszanin, zmieniające i uchylające dyrektywy 67/548/EWG i 1999/45/WE oraz zmieniające rozporządzenie (WE) nr 1907/2006. http://data.europa.eu/eli/reg/2008/1272/oj.
• [15] Anthony EJ, Jia Li, Caris M, Preto F, Burwell S. An examination of the exothermic nature of fluidized bed combustion (FBC) residues. Waste Manag 1998;19:4.
• [16] Bapat JD. Mineral admixtures in cement and concrete. CRC Press; 2013.
• [17] EN 197-1. IDT. Cement - Part 1: composition, specifications and conformity for common cements. 2011.
• [18] Anthony EJ, Jia L, Wu Y, Caris M. CFBC ash hydration studies. Fuel 2005;84(11):1393-7.
• [19] Rajczyk K. Popioły lotne z kotłów fluidalnych i możliwości ich uszlachetniania;, Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o. ISBN 978-83-7511-160-6. Opole 2012.
• [20] Gunning P, Hills C, Carey P. Accelerated carbonation treatment of industrial wastes. Waste Manag 2010;30(6):1081-90.
• [21] Bauer M, Gassen N, Stanjek H, Peiffer S. Carbonation of lignite fly ash at ambient T and P in a semi-dry reaction system for CO2 sequestration. Appl Geochem 2011;26(8): 1502-12.
• [22] Uliasz-Bochenczyk A, Mokrzycki E, Piotrowski Z, R.Pomykala R. Estimation of CO2 sequestration potential via mineral carbonation in fly ash from lignite combustion in Poland. Energy Proc 2009;1(1):4873-9.
• [23] Jo HJ, Kim JH, Lee YJ, Lee M, Choh SJ. Evaluation of factors affecting mineral carbonation of CO2 using coal fly ash in aqueous solutions under ambient conditions. Chem Eng J 2012;183:77-87.
• [24] Uliasz-Bochenczyk A. Mineral sequestration of CO2 using water suspensions of selected fly ashes from the combustion of lignite coal. Mineral Resources Management 2011;27(1):145-53.
• [25] Ukwattage N, Ranjith P, Wang S. Investigation of the potential of coal combustion fly ash for mineral sequestration of CO2 by accelerated carbonation. Energy 2013;52:230-6.
• [26] He L, Yu D, Lv W, Wu J, Xu M. Novel method for CO2 sequestration via indirect carbonation of coal fly ash. Ind Eng Chem Res 2013;52(43):15138-45.
• [27] Rao A, Anthony E, Jia L, Macchi A. Carbonation of FBC ash by sonochemical treatment. Fuel 2007;86(16):2603-15.
• [28] Kanafek J, Łączny MJ, Róg L. Zjawisko powstawania wodoru w UPS pochodzących ze współspalania węgla i biomasy. Materiały XXV Międzynarodowej Konferencji „Popioły z Energetyki”. Krynica Zdrój. 2018:131-40.
• [29] Mizutani S, Sakai S, Hiroshi Takatsuki H. Investigation of hydrogen generation from municipal solid waste incineration fly ash. J Mater Cycles Waste Manag 2000;2:16-23.
• [30] Musselman CN, Straub WA, Bidwell JN, Carpenter JE, Presher JR. Gas generation at a municipal waste combustor ash monofill. New Hampshire. United States: Franklin; 1997.
• [31] Arm M, Lindeberg J. Gas generation in incinerator ash. Conference: int Conf on Environmental and technical implications of construction with alternative materials. WASCON At: Belgrade, Serbia 2006:629-37.
• [32] Ilyas A, Badshah M, Praagh MV, Persson KM. Evaluation of H2 gas production from MSWI bottom ash. Proceedings Venice 2010, Third international symposium on energy from biomass and waste. Italy Venice, Italy: Environmental Sani- tary Engineering Centre; 2010. p. 8-11.
• [33] Jinwoo An, Jinyoung Kim, Behnam Golestain, Kazi M. Tesneem, Baig Abdullah Al Muhit, Boo Hyum Nam, et al. Evaluating the use of waste-to-energy bottom ash as road construction materials: Department of Civil, Environmental, and Construction Engineering. University of Central Florida; 2014. Materials Final Report.
• [34] Janoszek T, Lubosik Z, Łączny JM, Prusek St. Modelowanie gęstych zawiesin popiołów lotnych w rurociągu podsadzkowym. Przeglad Gorn 2014;70(4):90-8.
• [35] Baron J, Douvare C. Technical and economical aspects of the use of limestone filler additions in cement. World Cement 1987;18(3):100-4.
• [36] Matschei T, Lothenbach B, Glasser FP. The role of calcium carbonate in cement hydration. Cement Concr Res 2007;37:551-8.
• [37] Stefanoni M, Maltese C, Pistolesi C, Bravo A. Effect of calcium-carbonate-based aggregates on alkali-free accelerators. Adv Cement Res 2014;26(4):194-204.
• [38] Łączny JM, Iwaszenko S, Gogola K, Bajerski A, Janoszek T, Klupa A, et al. Study on the possibilities of treatment of combustion by-products from fluidized bed boilers into a product devoid of free calcium oxide. Journal of Sustainable Mining 2015;14(4):164-72.
• [39] Łączny MJ, Majka G, Cempa-Balewicz M. Study on the impact of fluidized bed ash processed by carbonation on mechanical properties of cement mortar. Cement Wapno Beton 2016;21/83(4):265-73.
• [40] Łączny MJ, Bzowski Z. Transformations of calcium sulphates in solidified carbonated volatile fluidized ashes. Journal of Sustainable Mining 2017;16(4):151-5.
• [41] Anthony EJ, Granatstein DL. Sulfation phenomena in fluidized bed combustion systems. Prog Energy Combust Sci 2001;27(2):215-36.
• [42] Zhu Q. Developments in circulating fluidised bed combustion. IEA Clean Coal Centre; 2013. CCC/219.
• [43] Łączny MJ, Iwaszenko S, Smoliński A. Process kinetics of the carbonation of fly ashes: a research study. Materials 2021; 14(2):253. https://doi.org/10.3390/ma14020253.
• [44] Proksa J, Łączny MJ, Bzowski Z. Evaluation of the possibility of using granulated carbonated volatile fly ash from fluidized bed (G-CVFA) in underground mining techniques. Arch Min Sci 2020;65(4):737-50.
• [45] Szczygielski T, Tora B, Kornacki A, Hycnar JJ. Popioły fluidalne - właściwości i zastosowanie. Inżynieria Mineralna Journal of the Polish Mineral Engineering Society 2017;18(1):207-16.
• [46] Ohnaka A, Hongo T, Ohta M, Izumo Y. Research and development of coal ash granulated material for civil engineering applications. Conference “World of coal ash (WOCA)”. USA: Lexington, Kentucky; 2005. p. 1-8.
• [47] Gomathi P. Evaluation on the strength and durability properties of alkali activated fly ash aggregate incorporated concrete composites. VIT University; 2015. p. 230-42. http://shodhganga.inflibnet.ac.in/handle/10603/117842.
• [48] Agusta H, Nisya FN, Iman RN, Bilad DB. Granulation of coal fly ash by using different types of granule agents. International Conference on Biomass: technology, Application, and Sustainable Development. IOP Conf Ser Earth Environ Sci 2017;65:012023.
• [49] Bogdanov B, Hristov Y, Markovska I, Rusev D, Georgiev D. Coal fly ash granulation and determination of granule physicomechanical properties. Oxidation communication 2012;35(1):228-38.
• [50] Mazurkiewicz M. Technologiczne i środowiskowe aspekty stosowania stałych odpadów przemysłowych do wypełniania pustek w kopalniach podziemnych. Zeszyty Naukowe AGH. Górnictwo. 1990:152.
• [51] Frączek R. Zasady stosowania mieszanin wodno-popiołowych transportowanych rurociągiem, vol. 3. Ratownictwo Górnicze; 2020.
• [52] Prusek St, Całus-Moszko J, Laboratory Bukowski P. Tests of filtration coefficient of selected materials used in liquidating shafts in collieries. J Min Sci 2014;50(2):256-76.
• [53] Plewa F, Popczyk M. Badanie parametrów reologicznych hydromieszanin wytwarzanych na bazie odpadów energetycznych. Polityka Energetyczna 2008;1(1):375-83.
• [54] PN-EN 450-1. Popiół lotny do betonu. Część 1: definicje, specyfikacje i kryteria zgodności. 2012.
• [55] Kurdowski W. Chemia cementu i betonu. Wyd. Polski Cement. Kraków. 2010 p. 707.
• [56] Matschei T, Lothenbach B, Glasser FP. Cement Concr Res 2007;37(4):551-8.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).