Preliminary determination of the suitability of slags resulting from coal gasification as a pozzolanic raw material

• Autorzy: Mazurkiewicz M. , Tkaczewska E. , Pomykała R. , Uliasz-Bocheńczyk A.

Warianty tytułu

PL

Wstępne określenie przydatności żużli ze zgazowania węgla jako surowca pucolanowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Requirements for environmental protection, such as reducing emissions of CO2, NOx, and SO2 are the reason for growing interest in new technologies for coal utilization. One of the most promoted technologies is coal gasification. However, like any technology using coal, this process produces wastes - fly ash and slag. Due to the small number of coal gasification plants, these wastes are poorly understood. Therefore, before making decisions on the introduction of coal gasification technology, a waste utilization plan should be developed. This also applies to the slags formed in underground coal gasification technology. One of the options under consideration is to use these wastes as a component in mineral binders of a pozzolanic character. This paper compares the properties of two types of slags. The first slag (MI) comes from fuel gasification, and the second slag (BA) is from underground coal gasification. Slag MI can be classified as basic slag with a chemical composition similar to that of silica fly ash from coal combustion. Slag BA - because of its four times greater content of calcium oxide - belongs to a group of weakly basic slags. The main and only mineral component of slag MI is glassy phase. Slag BA forms - besides the glassy phase - crystalline phases such as mullite (3 Al2O3 2 SiO2), quartz (\beta-SiO2), anorthite (Ca(Al2Si2O8)), gehlenit (Ca2Al[(Si,Al)2O7[), wollastonite (Ca3[Si3O9]), 2CaO SiO2, and 4 CaO Al2O3 Fe2O3. The results of analyses have shown that slag BA has better pozzolanic properties (the pozzolanic activity index is 75.1% at 90 days) than slag MI (69.9% at 90 days). The preliminary studies lead to the conclusion that these slags are characterized by very low pozzolanic activity and cannot be used as a pozzolanic material.

PL

Wymagania dotyczące ochrony środowiska, takie jak: ograniczenie emisji CO2, NOx i SO2 spowodowały coraz większe zainteresowanie nowymi technologiami energetycznego wykorzystania węgla. Jedną z testowanych i promowanych obecnie technologii jest zgazowanie węgla. Jednak, jak każda technologia produkcji energii wykorzystująca węgiel, powoduje ona powstawanie odpadów: popiołów lotnych i żużli. Ze względu na niewielką ilość instalacji zgazowania węgla funkcjonujących obecnie w świecie, odpady te są w niewielkim stopniu poznane, dlatego też przed podjęciem decyzji o wprowadzaniu technologii zgazowania węgla, powinno się opracować technologię utylizacji powstających w niej odpadów. Najlepszym rozwiązaniem będzie oczywiście opracowanie kierunku ich gospodarczego wykorzystania. Jedną z możliwości rozpatrywanych dla gospodarczego wykorzystania żużli ze zgazowania jest zastosowanie ich jako składnika spoiw mineralnych o charakterze pucolanowym. W artykule przedstawiono wyniki badań aktywności pucolanowej dwóch żużli: żużla ze zgazowania węgla z instalacji energetycznego zgazowania oraz podziemnego zgazowania. Ze względu na skład chemiczny żużel MI można zaklasyfikować jako żużel zasadowy o składzie chemicznym zbliżonym do krzemionkowego popiołu lotnego ze spalania węgla kamiennego. Z kolei żużel BA, z powodu czteroktrotnie wyższej zawartości tlenku wapnia, należy do grupy żużli słabozasadowych. Podstawowym i jedynym składnikiem mineralnym żużla MI jest faza szklista. W żużlu BA, obok fazy szklistej, tworzą się również fazy krystaliczne, a mianowicie: mullit 3 Al2O3 2 SiO2, kwarc \beta-SiO2, anortyt Ca(Al2Si2O8), gehlenit Ca2Al[(Si,Al)2O7], wollastonit Ca3[Si3O9], 2CaO SiO2 i 4 CaO Al2O3 Fe2O3. W wyniku badań stwierdzono, że żużel BA wykazuje większe wartości wskaźnika aktywności pucolanowej (75,1% po 90 dniach) od żużla MI (69,9% po 90 dniach). Niestety, wstępne badania pozwalają stwierdzić, że żużle te charakteryzują się zbyt niską aktywnością pucolanową i nie mogą być traktowane jako materiał pucolanowy w technologii produkcji cementu i betonu.

Słowa kluczowe

EN

slags; underground coal gasification; fuel (coal) gasification plant; chemical composition; granulometric composition; pozzolanic activity

PL

żużle ze zgazowania; skład chemiczny; skład granulometryczny; aktywność pucolanowa; wytrzymałość na ściskanie

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 28, z. 4
• Strony: 5--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mazurkiewicz M.

autor

Tkaczewska E.

autor

Pomykała R.

autor

Uliasz-Bocheńczyk A.

• AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland,

Bibliografia

• [1] Acosta et al. 2001 - Acosta A., Aineto M., Iglesias I., 2001 - Physico-chemical characterization of slag waste coming from IGCC thermal power plant. Matterial Letters 50, p. 246-250.
• [2] Acosta et al. 2002 - Acosta A., IglesiasI., Aineto M., Romero M., Rincòn J. M., 2002 - Utilisation of IGCC slag and clay steriles in soft mud bricks (by pressing) for use in building bricks manufacturing. Waste Management 22, p. 887-891.
• [3] Acosta et al. 2006 - Acosta A., IglesiasI., Aineto M., Romero M., Rincòn J. M., 2006 - Thermal and sintering characterization of IGCC slag. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 67, p. 249-255.
• [4] Aineto et al. 2005 - Aineto M., Acosta A., Rincòn J.M., Romero M., 2005 - Production of lightweight aggregates from coal gasification fly ash and slag. World of Coal Ash (WOCA), Lexington, USA, 2005.
• [5] Aineto et al. 2006 - Aineto M., Acosta A., Rincòn J. M., Romero M., 2006 - Thermal expansion of slag and fly ash from coal gasification on IGCC power plant. Fuel 85, p. 2352-2358.
• [6] Kurdowski W., 2010 - Chemia cementu i betonu. Wyd. Polski Cement/Wyd. Naukowe PWN, Kraków/Warszawa.
• [7] Pérez-Fortes et al. 2009 - Pérez-Fortes M. , Bojarski A. D. , Velo E., Nougués J .M. , Puigjaner L., 2009 - Conceptual model and evaluation of generated power and emissions in an IGCC plant. Energy 34, p. 1721-1732.
• [8] Song et al. 2010a - Song W., Lihua T., Zhu X., Wu Y., Zhu Y., Koyama S., 2010 - Flow properties and rheology of slag from coal gasification. Fuel 89, p. 1709-1715.
• [9] Song et al. 2010b - Song W., Lihua T., Zhu X., Wu Y., Zhu Y., Koyama S., 2010 - Fusibility and flow properties of coal ash and slag. Fuel 88, 297-304.
• [10] Stańczyk et al. 2011 - Stańczyk K., Howaniec N., Smoliński A., Świądrowski J., Kapusta K., Wiatowski M., Grabowski J., Rogut J., 2011 - Gasification of lignite and hard coal with air and oxygen enriched air in pilot scale ex situ reactor for underground gasification. Fuel 90, p. 1953-1962.
• [11] Stańczyk et al. 2012 - Stańczyk K., Kapusta K., Wiatowski M., Świądrowski J., Smoliński A., Rogut J., Kotyrba A., 2012 - Experimental simulation of hard coal underground gasification for hydrogen production. Fuel 91, p. 40-15.
• [12] Tang et al. 2010 - Tang Y., Yin H., Ren Y., Zhang J., 2010 - Preparation of Sialon Powder from coal gasification slag. Journal of Wuhan University of Technology -Materials Science Edition 25, p. 1044-1046.