The influence of the vitreous phase of fly ashes on sintering process

• Autorzy: Małolepszy J. , Wons W.

Warianty tytułu

PL

Wpływ fazy szklistej popiołów lotnych na proces spiekania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fly ashes developing from hard bituminous coal burnt in conventional boilers are a precious material used in ceramic production by means of sintering. Depending on their physical and chemical properties, they can be used as a raw material in production of building ceramics with both porous and solid sintered structure. If fly ashes are picked up with the use of a few sections of electrostatic precipitator, the ashes from each of these sections display a large diversity of their physical and chemical properties. These differences affect the kinetics of sintering and forming of the liquid phase. Although the influence of granularity and the amount of alkalis on the sintering process of the fly ashes is rather obvious, the influence of vitreous phase is not so clear. In this paper, the extensive research was carried out on a dozen different fly ashes focusing on the properties of their vitreous phase. The differences in the chemical composition of the vitreous phase in ashes were also pointed out and to what extent it is organized: the number of broken Si–O–Si bridges, the degree of Si4+<-->Al3+ isomorphous replacements in tetrahedral positions. The achieved results together with the tests of fly ashes sintering gave grounds for putting forward a hypothesis concerning the role of the vitreous phase in sintering of fly ashes. To examine the vitreous phase the following methods were used: FTIR, NMR, XRD/Rietveld and classic chemical analysis.

PL

Popioły lotne powstające z twardego węgla kamiennego spalanego w konwencjonalnych kotłach stanowią wartościowy materiał wykorzystywany w produkcji ceramiki metodą spiekania. Zależnie od swoich właściwości fizycznych i chemicznych mogą być użyte do produkcji ceramiki budowlanej o spieczonej strukturze porowatej lub gęstej. Gdy popioły lotne wychwytywane są przy użyciu kilku sekcji elektrofiltru pokazują znaczne zróżnicowanie właściwości fizycznych i chemicznych dla każdej sekcji. Różnice te oddziałują na kinetykę spiekania i powstawanie fazy ciekłej. Chociaż wpływ uziarnienia i ilości alkaliów na proces spiekania popiołów lotnych jest raczej oczywisty, to już wpływ fazy szklistej nie jest jasny. W tym artykule zrelacjonowano szerokie badania przeprowadzone na tuzinie różnych popiołów lotnych, skupiając się na właściwościach ich faz szklistej. Różnice w składzie chemicznym fazy szklistej popiołów zostały również wskazane oraz to w jakim zakresie jest ona uporządkowana: liczba zerwanych mostków Si–O–Si, stopień izomorficznych podstawień Si4+<-->Al3+ w pozycjach tetraedrycznych. Uzyskane wyniki w połączeniu z badaniami spiekania popiołów lotnych stworzyły podstawę dla wysunięcia hipotezy dotyczącej roli fazy szklistej w spiekaniu popiołów lotnych. Aby zbadać fazę szklistą wykorzystano następujące metody: FTIR, NMR, XRD/Rietveld i klasyczną analizę chemiczną.

Słowa kluczowe

EN

fly ashes; vitreous phase; Bowen’s reaction series

PL

popioły lotne; faza szklista; seria reakcji Bowena

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 63, nr 1
• Strony: 58--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Małolepszy J.

autor

Wons W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Bastion S.: Construction Concretes with fl y ashes, Pub. Arkady, Warsaw (1980) (in Polish).
• [2] Queralt I., Querol X, López-Soler, A., Plana F.: „Use of coal fly ash for ceramics: a case study for a large Spanish power station”, Fuel, 76, 8, (1997), 787-791.
• [3] Kałwa M., Ropska H.: „Waste from energy potential raw materials base for the ceramic”, Polish Ceramic Bulletin, CERAMICS Vol. 35, 59-79, (in Polish).
• [4] Cultrone G., Sebastian E.: „Fly ash addition in clayey materials to improve the quality of solid bricks”, Construction and Building Materials, 23, (2009), 1178-1184.
• [5] Ilic M., Cheeseman Ch., Sollars Ch., Knight J.: „Mineralogy and microstructure of sintered lignite coal fly ash”, Fuel, 82, 3, (2003), 331-336.
• [6] Kałwa M., Ropska H., Cieciak B.: „The use of fly ashes for the production of stoneware floor tiles”, Glass and ceramics, 10, (1978), 281-284 (in Polish).
• [7] Rahaman M.: Sintering of ceramics, Taylor & Francis Inc., (2007).
• [8] Pampuch R., Lis J.: Sintering, AGH Publishing House, Kraków (2000) (in Polish).
• [9] Dudas M.J., Warren C.J.: „Submicroscopic structure and characteristics of intermediate-calcium fly ashes”, Symp. Proc. Of Mater. Res. Soc., 113, (1988), 309-316.
• [10] Rehak P., Kunath-Fandrei G., Losso P., Hildmann B., Schneider H., Jäger C.: „Study of the coordination in mullites with varying Al:Si ratio by 27Al NMR spectroscopy and X-ray diffraction”, American Mineralogist, 83, (1998), 1266-1276.
• [11] Kelsey K. E., Stebbins J. F., Du Lin-Shu, Hankins B.: „Constraining 17O and 27Al NMR spectra of high-pressure crystal and glasses: New data for jadeite, pyrope, grossular, and mullite”, American Mineralogist, 92, (2007), 210-216.
• [12] Hamblin W.K., Christiansen E.H.: Earth’s Dynamic Systems, 9th ed., Upper Saddle River, Prentice Hall, (2001).