The Possibility to Use Modified Flight Ash as a Neutralizer in the Acid Soils Reclamation Processes

• Autorzy: Ćwiąkała M. , Greinert A. , Kostecki J. , Rafalski L.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ceer-2018-0053

Warianty tytułu

PL

Możliwość zastosowania pyłu lotnego jako neutralizatora w procesach rekultywacji gleb kwaśnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Using the alkaline fly ash after combustion of lignite as the acid soils neutralizer is a technique known for decades. Due to many disadvantages of the direct fly ash application it is sought to modify this material prior to its use. The process of fly ash modification in the magnetic activator involved breaking up fly ash to small grain sizes in order to obtain a material with a very large specific surface and modified properties. The purpose of the research was to compare the properties of unmodified fly ash with those of ash modified in the magnetic activator in terms of its usefulness in the neutralization of acidic soils. Unmodified fly ash was classified as a medium-grained calciferous material. The basic components of ash were silicates (33.28% of SiO2) and calcium compounds (31.26% of CaO). It has a low heavy metal content falling within a range characteristic of coal ash and meeting soil quality standard requirements. As a result of activation, the following changes were obtained in the properties of modified ash compared with unmodified ash: sand fraction content – reduced to 0.40, silt fraction content – increased by 1.40, silt fraction content – increased by 1.68, content of the sum of the dust and silt fractions – increased by 1.49, specific surface – increased by 1.65, fineness – reduced by 0.48. Modification of fly ash in the magnetic activator was found to have improved the physical properties of ash as acidic soil neutralizer, and its chemical properties make such an application possible.

PL

Wykorzystanie alkalicznego popiołu lotnego po spalaniu węgla brunatnego jako neutralizatora gleb kwaśnych to technika znana od dziesięcioleci. Ze względu na wiele wad bezpośredniego stosowania popiołu lotnego dąży się do modyfikacji tego materiału przed jego użyciem. Proces modyfikacji popiołów lotnych w aktywatorze magnetycznym polegał na rozbiciu popiołów lotnych na małe ziarna w celu uzyskania materiału o bardzo dużej powierzchni właściwej i zmodyfikowanych właściwościach. Celem badań było porównanie właściwości niezmodyfikowanego popiołu lotnego z właściwościami modyfikowanego popiołu w aktywatorze magnetycznym pod względem jego przydatności do neutralizacji kwaśnych gleb. Niezmodyfikowany popiół lotny został sklasyfikowany jako średnio ziarnisty materiał wapienny. Podstawowymi składnikami popiołu były krzemiany (33,28% SiO2) i związki wapnia (31,26% CaO). Odznacza się niską zawartością metali ciężkich, mieszczącą się w zakresie charakterystycznym dla popiołu węglowego spełniając wymagania normy jakości gleby. W wyniku aktywacji uzyskano następujące zmiany we właściwościach zmodyfikowanego popiołu w porównaniu z popiołem niemodyfikowanym: zawartość frakcji piaskowej – zmniejszona do 0,40, zawartość frakcji pylistej – zwiększona o 1,40, zawartość frakcji pylastej – zwiększona o 1,68, zawartość sumy frakcji pyłu i mułu – zwiększona o 1,49, powierzchnia właściwa – zwiększona o 1,65, rozdrobnienie – zmniejszona o 0,48. Stwierdzono, że modyfikacja popiołu lotnego w aktywatorze magnetycznym poprawiła właściwości fizyczne popiołu jako środka neutralizującego glebę, a jego właściwości chemiczne umożliwiają takie zastosowanie.

Słowa kluczowe

EN

fly ash; magnetic activator; reclamation; soil neutralization

PL

pył lotny; aktywator magnetyczny; rekultywacja; neutralizacja gleb

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 28, no. 4
• Strony: 88--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Ćwiąkała M.

• Road and Bridge Research Institute, Warsaw, Poland

autor

Greinert A.

• University of Zielona Góra, Institute of Environmental Engineering, Poland

autor

Kostecki J.

• University of Zielona Góra, Institute of Environmental Engineering, Poland

autor

Rafalski L.

• Road and Bridge Research Institute, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Yuan, Ch.G.; Leaching characteristics of metals in fly ash from coal-fired power plant by sequential extraction procedure. Microchim Acta, 165 (2009) 91–96.
• 2. Stouraiti, C., Xenidis, A., Paspaliaris, I.; Reduction of Pb, Zn and Cd availability from tailings and contaminated soils by the application of lignite fly ash. Water Air Soil Pollut, 137 (2002) 247–265.
• 3. Yunusa, I.A.M., Eamus, D., DeSilva, D.L., Murray, B.R., Burchett, M.D., Skilbeck, G.C., Heidrich, C.; Fly-ash: an exploitable resource for management of Australian agricultural soils. Fuel, 85 (2006) 2337–2344.
• 4. Veranis, N., Nimfopoulos, M.K., Gertsis, A., Gerouki, F.; Agricultural and industrial applications of the hellenic fly ash and Environmental impacts. Proc. 19th International Congress Industrial Minerals, Athens, Hellas, 2008.
• 5. Tejasvi, A., Kumar, S.; Impact of fly ash on soil properties. Natil Acad Sci Lett, 35/1 (2012) 13–16.
• 6. Hartmann, P., Fleige, H., Horn, R.; Changes in soil physical properties of forest floor horizons due to long-term deposition of lignite fly ash. J Soils Sediments, 10 (2010) 231–239.
• 7. Clark, R.B., Baligar, V.C.; Acidic and alkaline soil constraints on plant mineral nutrition. In Plant – Environment Interactions. Second edition, ed. by R.E. Wilkinson. Marcel Dekker Inc., New York, Basel, 2000, pp 133-178.
• 8. Yunusa, I.A.M., Manoharan, V., Odeh Inakwu, O.A., Surendra Shrestha, Skilbeck, C.G.; Eamus, D. Structural and hydrological alterations of soil due to addition of coal fly ash. J Soils Sediments, 11 (2011) 423–431.
• 9. Chabbi, A.; Rumpel, C.; Grootes, P.M.; Gonzalez-Perez, J.A.; Delaune, R.D.; Gonzalez-Vila, F.; Nixdorf, B.; Hüttl, R.F.; Lignite degradation and mineralization in lignite-containing mine sediment as revealed by 14C activity measurements and molecular analysis. Organic Geochemistry, 37 (2006) 957–976.
• 10. Backes, C.A.; Pulford, I.D.; Duncan, H.J.; Seasonal Variation of Pyrite Oxidation Rates in Colliery Spoil. Soil Use and Management, 9/1 (1993) 30-34.
• 11. Meyer, G., Waschkies, C., Hüttl, R.F.; Investigations on pyrite oxidation in mine spoils of the Lusatian lignite mining district. Plant and Soil, 213 (1999) 137–147.
• 12. Khanra, S., Mallick, D., Dutta, S.N.; Chaudhuri, S.K. Studies on the phase mineralogy and leaching characteristics of coal fly ash. Water, Air, and Soil Pollution, 107 (1998) 251–275.
• 13. Mahale N.K.; Patil S.D.; Sarode D.B.; Attarde, A.B.; Effect of fly ash as an admixture in agriculture and the study of heavy metal accumulation in wheat (Triticum aestivum), mung bean (Vigna radiata), and urad beans (Vigna mungo). Pol J Environ Stud, 6 (2012) 1713–1719.
• 14. Ćwiąkała, M.; Sosiński, R.; Nowak, W.; Szymańska, J.; Brown Coal Fly-Ash from Electric Power Station „Pątnów” Activation in Electromagnetic Mill. Engineering & Protection of Environment, 11/4 (2008) 491–502.
• 15. Ćwiąkała, M.; Korzeniowska, J.; Kraszewski, C.; Widuch A.; Soil stabilisation with the use of hydraulic road binders on the basis of brown coal fly ash. Roads and Bridges, 3 (2012) pp 183–194.
• 16. Kołodziejczyk, U., Ćwiąkała, M., Widuch, A.; Use of fly-ash for the production of hydraulic binding agents and for soil stabilization. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 28/4 (2012) 15–28.
• 17. CSO. Statistical Yearbook of Agriculture. Central Statistical Office, Warsaw, 2017.
• 18. Gitari, W.M.; Petrik, L.F.; Etchebers, O.; Key, D.L.; Iwuoha, E.; Okujeni, C.; Passive neutralisation of acid mine drainage by fly ash and its derivatives: A column leaching study. Fuel, 87 (2008) 1637–1650.
• 19. Greinert, A., Drab, M., Kostecki, J., Fruzińska, R.; Post-mining soils in Łęknica region. In Technogenic soils of Poland, ed. by P. Charzyński, P. Hulisz, R. Bednarek, PSSS, Toruń, 2013, pp 231–251.
• 20. Greinert, H.; Drab, M.; Greinert, A.; Studies of the forest restoration effectiveness on the phytotoxic acid Miocene sand dumps in the former lignite mine in Łęknica. Oficyna Wyd. Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra, 2009.
• 21. Koukouzas, N.; Ward C.R.; Li Z. Mineralogy of lignites and associated strata in the Mavropigi field of the Ptolemais Basin, northern Greece. Int J Coal Geol, 81 (2010) 182–190.
• 22. Thakur, O.P.; Singh, A.; Singh, B.D.; Petrographic Characterization of Khadsaliya Lignites, Bhavnagar District, Gujarat. Journal Geological Society of India, 76 (2010) 40–46.
• 23. Stumm, W., Morgan, J.J.; Aquatic chemistry. Wiley Interscience, New York 1996.
• 24. Mohan, D.; Chander, S.; Single, binary, and multicomponent sorption of iron and manganese on lignite. J Colloid Interf Sci, 299 (2006) 76–87.
• 25. Uhlmann, W.; Grünewald, U.; Gröschke, A.; Lessmann, D.; Hemm, M.; Gockel, G.; Seidl, K.; Hydrogeochemische Entwicklung von Tagebauseen während der Flutung. Prognose und Beobachtung im Lausitzer Revier. Aktuelle Reihe, 4/1 (2000) 78–79.
• 26. Drab, M.; Greinert, H.; The pH changes of the soils formed as a result of reclamation of the sand-pits. Acta Agrophysica, 51 (2001) 37–43.
• 27. CSO. Environment 2017. Central Statistical Office, Warsaw, 2017.
• 28. CSO. Statistical Yearbook of Industry – Poland. Central Statistical Office, Warsaw, 2017.
• 29. ACAA. Coal Ash Material Safety. A Health Risk-Based Evaluation of USGS Coal Ash Data from Five US Power Plants. American Coal Ash Association, AECOM, 2012.
• 30. Likus-Cieślik, J.; Pietrzykowski, M.; Śliwińska-Siuśta, M.; Krzaklewski, W.; Szostak, M. A preliminary assessment of soil sulphur contamination and vegetations in the vicinity of former boreholes on the off orested post-mine site Jeziórko. Geology, Geophysics & Environment, 41 (2015) 371–380.
• 31. Likus-Cieślik, J.; Pietrzykowski, M.; Szostak, M.; Szulczewski, M.; Spatial distribution and concentration of sulfur in relation to vegetation cover and soil properties on a reclaimed sulfur mine site (Southern Poland). Environ Monit Assess, 189 (2017) 87, DOI 10.1007/s10661-017-5803-z.
• 32. Likus-Cieślik, J.; Pietrzykowski, M.; Vegetation development and nutrients supply of trees in habitats with high sulfur concentration in reclaimed former sulfur mines Jeziórko (Southern Poland). Environ Sci Pollut Res (2017), DOI 10.1007/s11356-017-9638-5.
• 33. Ugurlu, A.; Leaching characteristics of fly ash. Environ Geol, 46 (2004) 890–895.
• 34. Kabata-Pendias, A.; Pendias, H.; Trace elements in soils and plants. CRC Press LLC 2001, 310–317.
• 35. Krzaklewski, W., Pietrzykowski, M., Woś, B.; Survival and growth of alders (Alnus glutinosa (L.) Gaertn. and Alnus incana (L.) Moench) on fly ash technosols at different substrate improvement. Ecological Engineering 49, 2012, 35-40. doi.org/10.1016/j.ecoleng.2012.08.026.
• 36. Pietrzykowski, M., Woś, B., Pająk, M., Wanic, T., Krzaklewski, W., Chodak, M. Reclamation of a lignite combustion waste disposal site with alders (Alnus sp.): assessment of tree growth and nutrient status within 10 years of the experiment. Environmental Science and Pollution Research, 25(17), 2018, 17091-17099. DOI: 10.1007/s11356-018-1892-7.
• 37. Pietrzykowski, M., Woś, B., Pająk M., Wanic, T., Krzaklewski W., Chodak, M.; The impact of alders (Alnus spp.) on the physico-chemical properties of technosols on a lignite combustion waste disposal site. Ecological Engineering, 120, 2018, 180–186, doi.org/10.1016/j.ecoleng.2018.06.004.
• 38. Pietrzykowski, M., Woś., B., Chodak M., Sroka, K., Pająk, M., Wanic, T.; Effects of alders (Alnus sp.) used for reclamation of lignite combustion wastes. Journal of American Society of Mining and Reclamation. Published by ASMR, 1305 Weathervane Dr., Champaign, IL61821, 7(1), 2018, 51-76, DOI:org/10.21000/JASMR18010030.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).