Changes crushing resistance (CR) of granulated aggregate obtained from fluidized bed fly ash (FBFA) processed in a CO₂ atmosphere and seasoned in an of high humidity air

• Autorzy: Bzowski Zbigniew , Łączny Jacek Marian , Proksa Jadwiga

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2023.12.21

Warianty tytułu

PL

Zmiana odporności na miażdżenie kruszywa granulowanego otrzymanego z popiołów lotnych z kotłów fluidalnych przetworzonych w atmosferze CO₂ i sezonowanych w warunkach podwyższonej wilgotności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research presented in the article was to investigate how the high-humidity air environment changes the crushing resistance (CR) of granulated carbonated fluidized bed fly ash (CGFBFA). It was assumed that CR influences the way it is used in geoengineering as a substitute for natural aggregates. The results of testing the granulate obtained in the three-phase carbonation reaction with carbon dioxide and granulation process in a multifunctional rotary granulator (MRG) are presented. The obtained product was exposed for a period of time three years in the conditions of the atmosphere of the mine gallery of the experimental mine. The air humidity ranged from 76% to 98% and the temperature ranged from approx. 6°C to approx. 14°C. The crushing resistance tests (CRT) of the samples were carried out using a SCHIMADZU AGX-300kN VINSTON hydraulic press (USA). Mineralogical studies were performed using the powder diffractometric method (DSH), using Bragg-Brentano geometry. The Bruker D8 Discover diffractometer, CuKa radiation, Ni filter and LYNXEYE_XE detector were used. Has been demonstrated, that the 3-year exposure of in the mine air atmosphere had a positive effect on the increase CR of CGFBFA, causing its increase from 5 MPa to 7.4 MPa, i.e. by approx. 32.4%. The increase of CR was interpreted as the result of the formation of relatively large amounts of gypsum in the composition in CGFBFA after the exposed period. Mineralogical research also leads to the preliminary conclusion that calcite and ettringite also play a role in this process. It was hypothesized that calcite is a binding factor at the stage of the carbonation process. We assumed that later, this too phase participating in the crystallization process of ettringite by replacing some of the sulfate ions (SO₃^2-) with CO₃² - ions. As a result of this process, the conditions of thermodynamic equilibrium in ettringite may change, which favours the crystallization of gypsum. This issue will be the subject of further research. Research carried out and analyses showed that granulation of LPF in an atmosphere of carbon dioxide may be a prospective method of their management in combination with CO₂ utilization. This idea is consistent with the EU strategy regarding the circular economy (CE) and carbon dioxide sequestration and utilisation (CCS/CCSU).

PL

Celem badań przedstawionych w artykule było zbadanie, jak środowisko powietrza o dużej wilgotności zmienia odporność na miażdżenie granulowanego karbonizowanego popiołu lotnego z kotła fluidalnego. Założono, że odporność na miażdżenie wpływa na sposób jego wykorzystania w geoinżynierii jako substytut kruszywa naturalnego. W artykule przedstawiono wyniki badań granulatu otrzymanego w wyniku trójfazowej reakcji karbonatacji dwutlenkiem węgla oraz procesu granulacji w wielofunkcyjnym granulatorze obrotowym. Otrzymany produkt poddano ekspozycji przez okres trzech lat w warunkach atmosfery chodnika kopalni doświadczalnej. Wilgotność powietrza wahała się od 76% do 98%, a temperatura od ok. 6°C do ok. 14°C. Badania odporności na miażdżenie próbek przeprowadzono przy użyciu prasy hydraulicznej SCHIMADZU AGX-300kN VINSTON (USA). Badania mineralogiczne przeprowadzono metodą dyfraktometrii proszkowej (DSH) z wykorzystaniem geometrii Bragga-Brentano. Zastosowano dyfraktometr Bruker D8 Discover, promieniowanie CuKa, filtr Ni i detektor LYNXEYE_XE. Wykazano, że 3-letnia ekspozycja atmosfery powietrza kopalnianego pozytywnie wpłynęła na wzrost odporności na miażdżenie badanych próbek, powodując jego wzrost z 5 MPa do 7,4 MPa, tj. o ok. 32,4%. Wzrost odporności na miażdżenie interpretowano jako skutek wytworzenia się po okresie naświetlania stosunkowo dużych ilości gipsu w składzie granulatu. Badania mineralogiczne prowadzą także do wstępnego wniosku, że rolę w tym procesie odgrywają także kalcyt i ettringit. Postawiono hipotezę, że kalcyt jest czynnikiem wiążącym na etapie procesu karbonatyzacji. Założyliśmy, że później także ta faza bierze udział w procesie krystalizacji ettringitu poprzez zastąpienie części jonów siarczanowych (SO₃^2-) jonami CO₃². W wyniku tego procesu warunki równowagi termodynamicznej w ettringicie mogą ulec zmianie, co sprzyja krystalizacji gipsu. Zagadnienie to będzie przedmiotem dalszych badań. Przeprowadzone badania i analizy wykazały, że granulacja popiołów lotnych z kotłów fluidalnych w atmosferze dwutlenku węgla może być perspektywiczną metodą ich zagospodarowania w połączeniu z utylizacją CO₂. Idea ta jest spójna ze strategią UE dotyczącą gospodarki o obiegu zamkniętym (CE) oraz sekwestracji i utylizacji dwutlenku węgla (CCS/CCSU).

Słowa kluczowe

EN

fluidized bed fly ash; carbonated fluidized bed fly ash; granules; crushing resistance; mineralogical tests

PL

popiół lotny z kotła fluidalnego; karbonizowany popiół lotny z kotła fluidalnego; granulaty; odporność na miażdżenie; badania mineralogiczne

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 12
• Strony: 124--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fot., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Bzowski Zbigniew

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Monitoringu Środowiska

• https://orcid.org/0000-0001-9013-4085

autor

Łączny Jacek Marian

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Oceny Jakości Paliw Stałych

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

autor

Proksa Jadwiga

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Akustyki, Elektroniki i Rozwiązań IT

• https://orcid.org/0000-0001-6375-5409

Bibliografia

• [1] Łączny M.J., Bzowski Z.: Transformations of calcium sulphates in solidified carbonated volatile fluidized ashes. Journal of Sustainable Mining 16/4 (2017), 151-155.
• [2] Proksa J., Łączny M.J., Bzowski Z.: Evaluation of the possibility of using granulated carbonated volatile fly ash from fluidized bed (G-CVFA) in underground mining techniques. Archives of Mining Sciences 65/4 (2020), 737-750.
• [3] Blamey J., Anthony E.J., Wang J., Fennell P.S.: The calcium looping cycle for large-scale CO2 capture. Progress in Energy and Combustion Science 36 (2), (2010), 260-279.
• [4] Łączny M.J., Iwaszenko S., Gogola K., Bajerski A., Janoszek T., Klupa A., Cempa-Balewicz M.: 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 14/4 (2015), 164-172.
• [5] Łączny M.J., Rompalski P.: Carbonised fluidised fly ash (CFFA); A new product for mining engineering purposes (discussion of possible applications). Journal of Sustainable Mining: Vol. 21 (2022), 191-199.
• [6] Morsch U.: 100 years Erich Mixing Technology (1903-2003). Wissensportal Baumaschine 1 (2005).
• [7] Korol J., Serkowski S.: Koncepcja technologii przerobu mułków zgorzelinowych pod katem ich recyklingu. Wiadomości Hutnicze 5 (2005), 296-300.
• [8] Kukielska D.: Scope and frequency of research - possibility of limitations. Mining Science 134 no. 41 (2012), 163-173.
• [9] Skotniczny G., Kozioł M., Korol J., Poneta P.: Production and Evaluation of Synthetic Lightweight Aggregates Based on Mixture of Fluidized Bed Fly Ash and Post-Mining Residues. Materials 15 (2022), 660.
• [10] Rietveld H.M.: A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography 2 (1969), 65-71.
• [11] Albinami A., Willis B.: The Rietveld method in neutron and X-ray powder diffraction. J. Appl. Cryst., 15 (1982), 361-374.
• [12] Bish D. L., Post J. E.: Quantitative mineralogical analysis using the Rietveld full-pattern fitting method. American Mineralogist, 78(9-10), 1993, 932-940.
• [13] Mahieux P.Y., Aubert J.E., Cyr M., Coutand M., Husson B.: Quantitative mineralogical composition of complex mineral wastes - Contribution of the Rietveld method. Waste Management 30/3 (2010), 378-388.
• [14] Bortolotti M., Lutterotti L., Pepponi G.: Combining XRD and XRF analysis in one Rietveldlike fitting. Power Diffraction 32 (2017), 225-230.
• [15] Maślankiewicz K., Szymański A.: Mineralogia stosowana. Wyd. Geologiczne Warszawa (1976).
• [16] Kurdowski W.: Cement and Concrete Chemistry. Springer Science & Busines, 1-700 (2014).
• [17] Van Driessche A. E. S., Benning L. G., Rodriguez-Blanco J. D., Ossorio M., Bots P., García-Ruiz J. M.: The role and implications of bassanite as a stable precursor phase to gypsum precipitation. Science 336/6077 (2012), 69-72.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).