Charakterystyka wybranych właściwości mikrosfer - frakcji popiołu lotnego - ubocznego produktu spalania węgla kamiennego

• Autorzy: Haustein E. , Quant B.

Warianty tytułu

EN

The characteristics of selected properties of the cenospheres - fraction of fly ash - by-product of coal combustion

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Mikrosfery - drobna frakcja popiołów lotnych - powstają w procesie konwencjonalnego spalania węgli kamiennych. Ich zawartość w popiołach lotnych ze spalania różnych gatunków węgla zmieniać się może w szerokim zakresie: od 0,01 do 35,6 wag.%. Pod względem składu chemicznego, głównymi składnikami mikrosfer w formie tlenkowej jest krzem, glin i żelazo, stanowiące około 89% ich masy. Ich skład mineralny stanowią głównie kwarc i mulit. Wielkość cząstek sferycznych waha się od 5 do 500 [...], jednak rozmiar większości cząstek mieści się w granicach od 20 do 300 [...]. Mikrosfery charakteryzują się niską gęstością w zakresie 0,2-0,8 g/cm3. Na tej podstawie mogą być łatwo oddzielone metodą flotacji w środowisku wodnym, z powierzchni lagun lub bezpośrednio z basenów osadniczych. Wyjątkowe właściwości mikrosfer sugerują szerokie możliwości wykorzystania. Przykładowo, mogą być używane do produkcji różnych lekkich materiałów budowlanych, w tym lekkich cementów i kruszyw w betonie lekkim.

EN

The cenospheres are formed during the mineral transformation stage in coal combustion. Their content in fly ashes from the combustion of different types of coals varies over a rather wide range from 0.01 to 35.6 wt.%. The cenospheres has three main elements, silicon, aluminium and iron, the oxides of which account for about 89% of the material. Mineralogical analysis using XRD shows that as-received cenospheres mainly contain mullite and quartz as main mineralogical phases. The size of cenospheres varies between 5 and 500 [...], as the most common dimension is 20-300 [...]. The cenospheres are characterized by a low bulk density (0.2-0.8 g/cm3) and can be easily separated by gravitational methods in the form of a concentrate in aqueous media or collected from a water surface of lagoons intended for storage of ash and slag waste. The unique properties of these hollow microspheres make them amenable for wide applications. For example the cenospheres can be used to produce various lightweight construction products, including lightweight cements and aggregates in lightweight concrete.

Słowa kluczowe

PL

popiół lotny; mikrosfery; skład mineralny; skład chemiczny

EN

fly ash; cenospheres; mineral composition; chemical composition

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 27, z. 3
• Strony: 95--111
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Haustein E.

autor

Quant B.

• Katedra Konstrukcji Betonowych i Technologii Betonu, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska, Gdańsk,

Bibliografia

• [1] American Coal Ash Association (ACAA), www.ACAA-USA.org.
• [2] Anshits N. N., Mikhailova O. A., Salanov A. N., Anshits A. G., 2010 - Chemical composition and structure of the shell of fly ash non-perforated cenospheres produced from the combustion of the Kuznetsk coal (Russia). Fuel 89, s.1849-1862.
• [3] Berry E., Hemmings R., Leidner J., 1986 - Investgation of some new spherical fillers. Plastics Compounding, 9 (7), s. 12-22.
• [4] Blanco F., Garcia P., Mateos P., Atala J., 2000 - Characteristics and properties of lightweight concrete manufactured with cenospheres. Cement and Concrete Research 30, s. 1715-1722.
• [5] Brożyna M., 1994 - Doświadczenia w lokowaniu odpadów paleniskowych w kopalniach węgla kamiennego. Materiały Konferencyjne "Zagospodarowanie odpadów paleniskowych i odpadów z odsiarczania spalin" Świnoujście, s. 113-116.
• [6] Brylska E., Dyczek J., Gawlicki M., Roszczynialski W., 2001 -Wykorzystanie odpadów elektrownianych w przemyśle materiałów budowlanych.Materiały Konferencyjne "Popioły z energetyki" , wyd. BIG, Międzyzdroje, Szczecin, s. 191-200.
• [7] BN-79/6722-09. Popioły lotne i żużle z kotłów opalanych węglem kamiennym i brunatnym. Podział, nazwy i określenia. Polski Komitet Normalizacyjny.
• [8] Ciećko Z., Nowak G., 1993 -Właściwości fizykochemiczne gleb w warunkach stosowania popiołów z węgla kamiennego. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol., 409, s. 97-102.
• [9] Danilin L. D.,Drozhzhin V. S., 2008 - Hollow alumosilicate microspheres as a promising cartier for sorbents for LRW deactivation. Proceedings of the International Conference "Nuclear Energy for New Europe", Portorož, Slovenia, 8-11 September 2008, s. 609.1-609.7.
• [10] Drozhzhin V. S., Shpirt M. Y., Danilin L. D., Kuvaev M. D., Pikulin I. V., Potemkin G. A., Redyushev S. A., 2008 - Formation processes and main properties of hollow aluminosilicate microspheres in fly ash from thermal power stations. Solid Fuel Chemistry, vol. 42, no.2, s. 107-119.
• [11] Drozhzhin V. S., Pikulin I. V., Kuvaev M. D., Redyushev S. A., Shpirt M. Y., 2005 - Technical monitoring of microspheres from fly ashes of electric power stations in the Russian Federation. Proc. Of "World of Coal Ash" Conference, Lexington, Kentucky, USA, 11-14 April 2005, ss.8.
• [12] Eskioglou P., Oikonomou N., 2008 - Protection of environment by the use of fly ash in road construction. Global NEST Journal, vol. 10 (1), s. 108-113.
• [13] European Coal Combustion Products Association (ECOBA), www.ecoba.org.
• [14] Fenelonov V. B., Mel'gunov M. S., Parmon V. N., 2010 - The properties of cenospheres and the mechanism of their formation during high-temperature coal combustion at thermal power plants. KONA, Power and Particle Journal, 28, s. 189-208.
• [15] Fisher G. L., Chang D. P. Y., Brummer M., 1976 - Fly ash collected from electrostatic precipitators: microcrystalline structures and the mystery of the spheres. Science 192, s. 553-555.
• [16] Góra E., 1994 - Rolnicze wykorzystanie popiołów elektrownianych. Ochrona Powietrza, 5, s. 130-132.
• [17] Gupta N., Woldesenbet E., Mensah P., 2004 - Compression properties of syntactic foams: effect of cenosphere radius ratio and specimen aspect ratio. Composites, part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 35, no. 1, s. 103-111.
• [18] GUS 2008. Główny Urząd Statystyczny. Warszawa 2009.
• [19] Hirajima T., Petrus H. T. B. M., Oosako Y., Nonaka M., Sasaki K., Ando T., 2010 - Recovery of cenospheres fromcoal fly ash using a dry separation process: Separation estimation and potential application. International Journal of Mineral Processing, 95, s.18-24.
• [20] Hycnar J., 1979 - Mikrosfery - ich występowanie, własności i zastosowanie. Energetyka 9, s. 342-346.
• [21] Jones M. R.,Mc Carthy M. J.,Zheng L.,Robi T. L.,Groppo J., 2009 -Experiences of processing fly ashes recovered from United Kingdom, stockpiles and lagoons, their characteristics and potential end uses.World of Coal Ash (WOCA), Conference - May 4-7, Lexington, KY, USA 2009, pp. 24.
• [22] Kolay P. K., Singh D. N., 2001 - Physical, chemical, mineralogical, and thermal properties of cenospheres from an ash lagoon. Cement and Concrete Research 31, s. 539-542.
• [23] Koprowski G., Wąż S., Kosmala J., 2001 - Popioły z energetyki jako wartościowy dodatek do produkcji cementów i betonów. Materiały Konferencyjne "Popioły z energetyki", BIG Szczecin, Międzyzdroje, s. 135-144.
• [24] Koter M., Czapla J., Nowak G., 1983 - Wartość nawozowa popiołu z węgla kamiennego. Roczniki Gleboznawcze, 4, s. 153-160.
• [25] Kou S. C., Poom Ch. S., Chan D., 2007 - Influence of fly ash as cement replacement on the properties of recycled aggregate concrete. J. Mat. in Civ. Engrg., vol. 19, 9, s. 709-717.
• [26] Kozłowska B., 1997 - Przegląd metod gospodarczego wykorzystania odpadów paleniskowych i produktów odsiarczania spalin. Materiały II Forum Gospodarki Odpadami, Poznań PZITS, s. 307-330.
• [27] Lilkov V., Djabarov N., Bechev G., Kolev K., 1999a - Properties and hydration products of lightweight and expansive cements. Part I: Physical and mechanical properties. Cement and Concrete Research 29, s. 1635-1640.
• [28] Lilkov V., Djabarov N., Bechev G., Petrov O., 1999b - Properties and hydration products of lightweight and expansive cements. Part II: Hydration products. Cement and Concrete Research 29, s. 1641-1646.
• [29] Lim S., Jeon W., Lee J., Lee K., Kim N., 2002 - Engineering properties of water/wastewater -treatment sludge modified by hydrated lime, fly ash and loess. Water Res. 36 (17), s. 4177-4184.
• [30] Mc Bride S. P., Shukla A., 2002 - Processing and characterization of a lightweight concrete using cenospheres. Journal of Materials Science 37, s. 4217-4225.
• [31] Mondal D. P., Das S., Ramakrishnan N., Bhasker K. U., 2009 - Cenosphere filled aluminum syntactic foam made through stir-casting technique. Composites, part A: Applied Science and Manufacturing 40, s. 279-288.
• [32] Ngu L., Wu H., Zhang D., 2007 - Characterization of ash cenospheres in fly ash from Australian power stations. Energy & Fuels 21, s. 3437-3445.
• [33] Novoselova L.Yu., Sirotkina E. E., Pogadaeva N. I., Russkikh I. V., 2008 - Aluminosilicate microspheres in fly ashes from thermal plants and their use for the removal of petroleum and phenol from water. Solid Fuel Chemistry, vol. 42, no.3, s. 177-182.
• [34] Pan S. C., Tseng D. H., Lee C. C., Lee C., 2003 - Influence of fineness of sewage sludge ash on the mortar properties. Cement Concrete Res. 33, s. 1749-1754.
• [35] Pichór W., Petri M., 2003 - Właściwości mikrosfer pozyskiwanych jako uboczny produkt spalania węgla kamiennego. Ceramika, vol. 80, s. 705-710.
• [36] Pichór W., 2005 - Kierunki wykorzystania w budownictwie mikrosfer powstających jako uboczny produkt spalania węgla kamiennego. Materiały Ceramiczne, 4, s. 160-165.
• [37] Pilarski J., Plewa F., 1999 - Lokowanie odpadów energetycznych w wyrobiskach poeksploatacyjnych. Materiały IV Szkoły Geomechaniki, Gliwice-Ustroń 1999, s. 283-296.
• [38] PU UPS. Polska Unia Ubocznych Produktów Spalania, www.ups2011.
• [39] PN-EN ISO 14688-1: 2005. Badania geotechniczne - Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów - Część 1: Oznaczanie i opis.
• [40] Plewa F., Strozik G., Jendruś R., 2006 - Możliwości zagospodarowania odpadów drobnofrakcyjnych z energetyki w procesie doszczelniania gruzowiska zawałowego w warunkach kopalni. Polityka Energetyczna, t. 9, z. specjalny. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, s. 457-466.
• [41] Plewa F., Popczyk M., Pierzyna P., 2010 - Wykorzystanie UPS z kotłów fluidalnych do likwidacji szybów w górnictwie węgla kamiennego. Polityka Energetyczna, t. 13, z. 2. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, s. 377-384.
• [42] Raask E., 1968 - Cenospheres in pulverized-fuel ash. J. Inst. Fuel 41, s. 339-344.
• [43] Rajczyk K., Giergiczny E., 2005 - Badania mikrosfer z żużla pod kątem wykorzystania w budownictwie. Popioły z energetyki. Materiały Konferencyjne. 12-14 października, Sopot 2005, s. 259-273.
• [44] Rosik-Dulewska Cz., 2007 - Podstawy gospodarki odpadami. Warszawa, PWN, ss. 329.
• [45] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. nr 112, poz. 1206).
• [46] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 1998 w sprawie określenia odpadów, które powinny być wykorzystane w celach przemysłowych, oraz warunków, jakie muszą być spełnione przy ich wykorzystaniu (Dz.U. nr 90, poz. 573).
• [47] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz.U. 165, poz. 1359).
• [48] Sarkar A., Rano R., Mishra K. K.,Mazumder A., 2008 - Characterization of cenospheres collected from ash-pond of a super thermal power plant. Energy Sources, part A, 30, s. 271-283.
• [49] Sokol E. V., Maksimova N. V., Volkova N. I., Nigmatulina E. N., Frenkel A. E., 2000 - Hollow silicate microspheres from fly ashes of the Chelyabinsk brown coals (South Urals, Russia). Fuel Processing Technology 67, s. 35-52.
• [50] Wandell T., 1996 - Cenospheres from waste to profits. American Ceramic Society Bulletin 75(6), s. 3-9.
• [51] Vassilev S. V., Vassileva C. G., 1996 - Mineralogy of combustion wastes from coal-fired power stations. Fuel Process Technology, 47, s. 261-280.
• [52] Vassilev S. V., Menendez R., Daz-Somoano M., Martinez-Tarazona M. R., 2004 - Phase-mineral and chemical composition of coal fly ashes as a basis for their multicomponent utilization. Part II. Characterization of ceramic cenosphere and salt concentrates. Fuel 83, s. 585-603.
• [53] Zestaw Norm Polskich. Tom 1-2, Warszawa, Wydawnictwo Alfa-Wero, 1999.