Wpływ wstępnej obróbki popiołu lotnego na efektywność syntezy zeolitów

• Autorzy: Czarna-Juszkiewicz D. , Kunecki P. , Panek R. , Wdowin M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/124363

Warianty tytułu

EN

Effect of pre-treatment of fly ash on the efficiency of zeolite synthesis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Problem wykorzystania popiołów lotnych ciągle stanowi obszar badawczo-poszukiwawczy dla naukowców. Wynika to z faktu, iż rocznie tylko w Polsce na składowiska wpływa średnio 6 000 000 Mg ubocznych produktów spalania (UPS). Jednym z potencjalnych kierunków wykorzystania popiołu lotnego jest użycie go jako substratu w syntezach hydrotermalnych materiałów mezoporowatych (zeolitów syntetycznych). Zeolity są to glinokrzemiany o strukturze przestrzennej, które ze względu na swoją budowę charakteryzują się szeregiem specyficznych właściwości (molekularno-sitowe, jonowymienne, katalityczne) wykorzystywanych w inżynierii i ochronie środowiska. Dotychczas syntezy zeolitów przeprowadzano wykorzystując uboczne produkty spalania, takie jak popioły lotne lub wyodrębnioną z nich mikrosferę. W artykule przedstawiono wpływ wydzielenia z popiołu lotnego odpowiedniej frakcji (poniżej 63 µm) na wykształcenie ziaren zeolitowych. Syntezę przeprowadzono wykorzystując popiół lotny klasy F oraz wydzieloną z niego frakcję, którą otrzymano poprzez przesianie popiołu przez sito o wielkości oczek 63 µm. Dla substratów, jak i otrzymanych produktów reakcji przeprowadzono analizy chemiczne (XRF) oraz mineralogiczne (XRD, SEM-EDS). Podczas analizy substratów nie zaobserwowano istotnych różnic pomiędzy popiołem surowym a wydzieloną frakcją. Natomiast w produktach po syntezie (zeolit typu Na-X z niewielką ilością zeolitu Na-P1, oraz niewielkie ilości kwarcu i nieprzereagowanego szkliwa glinokrzemianowego – mullitu) w wydzielonej frakcji zaobserwowano wyższą zawartość glinu i sodu, natomiast niższą wapnia i potasu. Na dyfraktogramie zeolitu uzyskanego z frakcji widoczna była nieznaczna ilość illitu. Obserwacje morfologii ziaren nie wykazały różnic w wykształceniu. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzić można, że biorąc pod uwagę aspekt ekonomiczny procesu syntezy, wydzielanie drobnych frakcji z popiołu nie jest konieczne, gdyż proces ten nie wpływa w sposób znaczący na jakość otrzymanego produktu.

EN

The problem of of the use of fly ash still constitutes a research and exploration area for scientists. This is due to the fact that, 6,000,000 Mg of coal combustion by-products (CCB) are storage on landfills yearly in Poland alone. One of the potential directions of using fly ash is to use it as a substrate in hydrothermal syntheses of mesoporous materials (synthetic zeolites). Zeolites are aluminosilicates with a spatial structure. Due to their specific structure they are characterized by a number of specific properties among others molecular-sieve, ion-exchange and catalytic that can be used in engineering and environmental protection. So far, the synthesis has been carried out using coal combustion by-products such as fly ash or microsphere. The article analyzes whether separation from the fly ash of the appropriate fraction (below 63 μm) will affect the formation of zeolite grains. The syntheses were carried out using class F fly ash and the fraction separated from it, which was obtained by sieving the ash through a 63 μm sieve. Chemical (XRF) and mineralogical (XRD, SEM-EDS) analyzes were carried out for substrates as well as the obtained reaction products. In the case of substrates, the analysis did not show any significant differences between the ash and the separated fraction. However, in products after synthesis (Na-X zeolite with a small amount of Na-P1 zeolite, and small amounts of quartz and unreacted aluminosilicate glass - mullite) higher aluminum and sodium contents were observed from the separated fraction, with a lower calcium and potassium content. A small proportion of illite was observed on the diffraction curve of the zeolite from the fraction. Observations of grain morphology showed no differences in formation. Based on the conducted analyzes, it can be stated that, considering the economics of the synthesis process, the separation of fine fractions from the fly ash does not affect the quality of the synthesis process.

Słowa kluczowe

PL

popiół lotny; synteza; Na-X; frakcje; wielkość ziaren popiołu lotnego

EN

fly ash; synthesis; Na-X; fractions; fly ash particle size

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 105
• Strony: 213--223
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Czarna-Juszkiewicz D.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Kunecki P.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Panek R.

• Politechnika Lubelska, Lublin

autor

Wdowin M.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

Bibliografia

• [1] American Coal Ash Association 2016. Coal combustion product production & Use Survey Report.
• [2] Blissett, RS. i Rowson, NA. 2012. A review of the multi-component utilisation of coal fly ash. Fuel 97, s. 1–23.
• [3] Caldas-Vieira, F. i Feuerborn, H.J. 2013. 2013 World of Coal Ash (WOCA) Conference – April 22–25, 2013 in Lexington, KY.
• [4] Chaudhary, DR. i Ghosh, A. 2013. Bioaccumulation of nutrient elements from fly ash-amended soil in Jatropha curcas L.: A biofuel crop. Environmental Monitoring and Assessment 185(8), s. 6705–6712.
• [5] DOE 2006. Clean Coal Technology, Coal Utilization By-Products. [Online] http://www.netl.doe.gov/File%20Library /Research/Coal/major%20demonstrations/ccpi/westgreen/Topical24.pdf [Dostęp: 28.07.2018].
• [6] ECOBA. [Online] http://www.ecoba.com/ecobaccpexs.html [Dostęp: 14.03.2018].
• [7] EIA International Energy outlook 2016. [Online] www.eia.gov/forecasts/ieo/pdf/0484(2016).pdf [Dostęp: 28.07.2018].
• [8] Franus i in. 2014 – Franus, W., Wdowin, M. i Franus, M. 2014. Synthesis and characterization of zeolites prepared from industrial fly ash. Environ Monit Assess 186(6), s. 5721–5729.
• [9] Franus, W. 2017. Zastosowanie zeolitów syntetycznych w inżynierii środowiska. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska, Polskiej Akademii Nauk t. 135, 153 s.
• [10] Galos, K. i Uliasz-Bocheńczyk, A. 2005. Źródła i użytkowanie popiołów lotnych ze spalania węgli w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 21, z. 1, s. 23–42.
• [11] Hansson, N. 2008. Deep soil stabilization with fly ash. Department of Earth Sciences, Uppsala University, Uppsala.
• [12] Henmi, T. 1987. Synthesis of Hydrozy-Sodalite from Waste Coal Ash. Soil Science and Plant Nutrition 33:3, s. 517–521.
• [13] IEA 2014. Medium-Term Coal Market Report.
• [14] Klojzy-Kaczmarczyk, B. 2003. Zastosowanie odpadów energetycznych w ograniczaniu transportu zanieczyszczeń ze składowisk odpadów górniczych. Studia, Rozprawy, Monografie Nr 117, Kraków: Wyd. IGSMiE PAN.
• [15] Kotova i in. 2016 – Kotova, O., Shabalin, I.L. i Kotova, E. 2016. Phase Transformations in Synthesis Technologies and Adsorption properties of Zeolites from Coal Fly Ash. Journal of Mining Institute t. 220, s. 526–531.
• [16] Łach, M. i Mikuła, J. 2016. Badania i możliwości zastosowań mikrosfer z popiołów lotnych. Technical Issues 3, s. 74–78.
• [17] Mattigod, S.V. 2003. Chemistry of trace elements in fly ash. Sajwan K.S., Alva A.K., Keefer R.F. red. Springer Science+Business Media, LCC, New York, 155–164.
• [18] Pyssa, J. 2005. Odpady z energetyki – przemysłowe zagospodarowanie odpadów z kotłów fluidalnych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 21, z. 3, s. 83–92.
• [19] Querol i in. 2002 – Querol, X., Moreno, N., Umaña, J.C., Alastuey, A., Hernández, E., López-Soler, A. i Plana, F. 2002. Synthesis of zeolites from coal fly ash: an overview. International Journal of Coal Geology 50 (1–4), s. 413–423.
• [20] Robl i in. 2017 – Robl, T., Oberlink, A., Jones, R., 2017. Coal Combustion Products (CCPs): Characteristics, Utilization and Beneficiation. Woodhead Publishing Series in Energy s. 108.
• [21] Vom Berg, V. i Feuerborn, H.J. 2005. Present situation and perspective of CCP management in Europe – Fly ash in cement and concreto. World of Coal Ash Conference. Kentucky, USA. April 11–15, 2005.
• [22] Wajda, A. i Kozioł, M. 2015. Mikrosfery – pozyskiwanie, właściwości, zastosowania. Inżynieria Środowiska, Piece Przemysłowe & Kotły s. 15–18.
• [23] Wdowin i in. 2014 – Wdowin, M., Franus, M., Panek, R., Badura, L. i Franus, W. 2014. The conversion technology of fly ash into zeolites. Clean Techn Environ Policy 16(6), s. 1217–1223.
• [24] Yao i in. 2015 – Yao, Z.T., Ji, X.S., Sarker, P.K., Tang, J.H., Ge, L.Q., Xia, M.S. i Xi, Y.Q. 2015. A comprehensive review on the applications of coal fly ash. Earth-Science Reviews 141, s. 105–121.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).