Ecological and Economic Savings of Fly Ash Using as Geopolymer

• Autorzy: Culkova K. , Khouri S. , Straka M. , Rosova A.

Warianty tytułu

PL

Ekologiczne i ekonomiczne oszczędności wynikające z zastosowania popiołów lotnych jako geopolimeru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main target of the research was to compare economic and environmental contribution of fly ash. Comparison had been done in case of concrete production with and without fly ash using. Results speak about contribution of fly ash using in area of living environment protection and costs savings during concrete production. Geopolymers are rather new and not so known alternative materials.Number of geopolymer is replacing naturally appearing materials due to their unique characteristics. Therefore society should to give attention to by-products or waste, such as geopolymer from fly ash that could be contribution from ecological, as well as from economic aspect. Every year European Union produces several hundred millions of fly ash as a waste from heat and energy production. Fly ash belongs to the group of by-product from coal burning, stocking to the pond, where its specific physical and chemical characteristics are degraded. According researches fly ash could be full valued raw material, replacing some naturally appearing materials, or in dependence of qualitative characteristics of the coal it could be more convenient than naturally appearing materials. Common use of fly ash using is filling of not used mining spaces, application to the soil, in which fly ash improves significantly its physical, chemical and mechanical characteristics. Although fly ash cannot be put into practice economically, the CO₂ production of Portland cement remains an open problem as well as the way the fly ash treatment. It is only a matter of time when it will be necessary to take much stricter measures to reduce emissions so that global warming and the associated global dimming are at least slowed down as it is not possible to stop it completely. It is undeniable that the industry will still need concrete, so the demand for Portland cement will not fall naturally. Concrete with fly ash is an alternative that would replace Portland cement, but only if the cost of water glass is reduced to a level comparable to the price for Portland cement, and if it is questionable whether construction engineers are going after a not yet well-known alternative, or if they even at the cost of higher costs continue to prefer a traditional, verified option. One of the possibilities that could help to solve problem with high CO₂ production, which is costly affordable, is the use of biomass in cement production, with aim to at least partially reduce emissions that are released into the atmosphere. Another possibility is the recycling of old concrete, which by its properties can replace part of aggregate in new concrete, or it can be used as a foundation for road construction. Similarly fly ash could be used as a mixture to concrete.

PL

Głównym celem badań było porównanie wpływu popiołów lotnych na gospodarkę i środowisko. Porównanie przeprowadzono dla produkcji betonu z użyciem popiołu lotnego i bez niego. Wyniki pokazują, że popioły lotne mają w pływ na ochronę środowiska i oszczędności podczas produkcji betonu. Geopolimery to raczej nowe i mało znane materiały alternatywne. Liczne geopolimery zastępują materiały naturalne ze względu na ich unikalne cechy. Dlatego społeczeństwo powinno zwracać uwagę na produkty uboczne lub odpady, takie jak geopolimer z popiołów lotnych, które mogą mieć pozytywny wpływ na środowisko jak i ekonomię. Każdego roku Unia Europejska produkuje kilkaset milionów popiołów lotnych jako odpad z produkcji ciepła i energii. Popiół lotny powstaje podczas spalania węgla i jest składowany na hałdach, gdzie jego szczególne właściwości fizyczne i chemiczne ulegają degradacji. Zgodnie z badaniami popiół lotny mógłby być pełnowartościowym surowcem, zastępując niektóre naturalnie występujące materiały, lub w zależności od cech jakościowych węgla może być wygodniejszy niż materiały naturalne. Powszechne stosowanie popiołów lotnych polega na wypełnianiu wyrobisk górniczych, aplikacji do gleby, w której popiół lotny znacznie poprawia jej właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne. Chociaż zastosowanie popiołów lotnych, z punktu widzenia ekonomii, jest niemożliwe, emisja CO₂ z produkcji cementu portlandzkiego pozostaje problemem otwartym, podobnie jak sposób przetwarzania popiołów lotnych. Jest kwestią czasu, kiedy konieczne będzie podjęcie znacznie ostrzejszych środków w celu zmniejszenia emisji, tak aby globalne ocieplenie i związane z nim globalne zaciemnianie uległy przynajmniej spowolnieniu, ponieważ nie można go całkowicie zatrzymać. Nie można zaprzeczyć, że przemysł nadal będzie potrzebował betonu, więc popyt na cement portlandzki nie spadnie naturalnie. Beton z popiołem lotnym to alternatywa, która zastąpiłaby cement portlandzki, ale tylko wtedy, gdy koszt szkła wodnego obniży się do poziomu porównywalnego z ceną cementu portlandzkiego, a jest wątpliwe, czy inżynierowie budowlani będą stosowali nie do końca jeszcze dobrze znaną alternatywę, nawet pomimo wyższych kosztów niż tradycyjną, zweryfikowaną opcję. Jedną z możliwości, które mogą pomóc rozwiązać problem związany z wysoką produkcją CO₂, która jest dostępna finansowo, jest wykorzystanie biomasy do produkcji cementu, w celu przynajmniej częściowego zmniejszenia emisji do atmosfery. Inną możliwością jest recykling starego betonu, który dzięki swoim właściwościom, może zastąpić część kruszywa w nowym betonie lub może być wykorzystany jako fundament do budowy dróg. Podobnie popioły lotne mogą być użyte jako składnik betonu.

Słowa kluczowe

EN

fly ash; geopolymer; environment protection; economic savings; Slovakia

PL

popioły lotne; geopolimer; ochrona środowiska; oszczędności ekonomiczne; Słowacja

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 1
• Strony: 73--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab.

Twórcy

autor

Culkova K.

• Technical University of Kosice, Slovakia

autor

Khouri S.

• Technical University of Kosice, Slovakia

autor

Straka M.

• Technical University of Kosice, Slovakia

autor

Rosova A.

• Technical University of Kosice, Slovakia

Bibliografia

• 1. Abdulahh, M.M.A.B., Nordin, N., Tahir, M.F.M., Kadir, A.A., Sandu, A.V. (2016). Potential of sludge waste utilization as construction materials via geopolymerization. International Journal of Conservation, 7(3), 753-758.
• 2. Ahmaruzzan, M. (2010). A review on the utilization of fly ash. Progress in Energy and Combustion Science, 36, 327-363.
• 3. Antošová, M., Csikósová, A., Čulková, K., Seňová, A. (2013). Benchmarking research of steel companies in Europe. Metalurgija, 52(3), 410-412.
• 4. Craig, I.P., Bundschuh, J., Thorpe, D. (2015). Pesticide sustainable management practice (SMP) including porous biochar / geopolymer structures for contaminated water remediation. International Journal of GEOMATE, 9(2), 1523-1527.
• 5. Davidovits, J. (2011). Geopolymer Chemistry and Applications, 3rd ed.; Publisher: Saint-Quentin: Geopolymer Institute.
• 6. Geiger, O. (2011). Geopolymer Pavers. Colorado, USA: Geiger Research Institute Sustainable Building.
• 7. Geopolymer cement. Saint-Quentin: Geopolymer Institute. Available online:
• 8. International Energy Statistics., U.S. Energy Information Administration. Available online:http://www.eia.gov/cfapps/ipdbproject/iedindex3.cfm?tid=1&pid=1&aid=2&cid=CG1,&syid=2008&eyid=2012&unit=TST˃ (accessedon 03 April, 2017).
• 9. Iyer, R.S., Scott, J.A. (2001). Power station fly ash – a review of value-added utilization outside of the construction industry. Resources Conservation & Recycling, 31, 217-228.
• 10. Jindal, B.B., Singhal, D., Sharma, S., Yadav, A., Shekhar, S., Anand, A. (2017). Strength and permeation properties of alccofine activated low calcium fly ash geopolymer concrete. Computers and Concrete, 20(6), 683-688.
• 11. Khouri, S., Pavolová, H., Cehlár, M., Bakalár, T. (2016). Metallurgical brownfields re-use in the conditions of Slovakia – A case study. Metallurgija, 55(3), 500-502.
• 12. Liang, J.F., Hu, M.H., Gu, L.S., Xue, K.X. (2017). Bond behavior between high volume fly ash concrete and steel rebars. Computers and Concrete, 19(6), 625-630.
• 13. Okoro, H.K., Orimolade, B.O., Adebayo, G.B., Akande, B.A., Ximba, B.J., Ngila, J.C. (2017). Assessment of heavy metals contents in the soil around a cement factory in Ewekoro, Nigeria using pollution indices. Polish Journal of Environmental Studies, 26(1), 221-228.
• 14. Rosik-Dulewska, Cz., Karwaczyńska, U. (2008). Metody ługowania zanieczyszczeń z odpadów mineralnych w aspekcie możliwości ich zastosowania w budownictwie hydrotechnicznym. Rocznik Ochrona Środowiska, 10, 205-219.
• 15. Sisol, M., Drabová, M., Mosej, J. (2014). Alkali activation of fresh and deposited coal fly ash with high loss on ignition. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 30(2), 103-115.
• 16. Špak, M., Halaša, I., Šuster, M., Vojtechovský, O. (2012). Information about fly ash using in concrete. Trnava: Betón Racio; [In Slovak].
• 17. Suksiripattanapong, C., Kua, T.A., Arulrajah, A., Maghool, F., Horpibulsuk, S. (2017). Strength and microstructure properties of spent coffee grounds stabilized with rice husk ash and slag geopolymers. Construction and Building Material, 146, 312-320.
• 18. Toniolo, N., Boccaccini, A.R. (2017). Fly ash-based geopolymers containing added silicatewaste. A review. Ceramics International, 43(17) 14545-14551.
• 19. Vilamová, Š., Piecha, M. (2016). Economic evaluation of using of geopolymer from coal fly ash in the industry. Acta Montanistica Slovaca, 21(2), 139-145.
• 20. Yahya, Z., Abdullah, M.M.A.B., Hussin, K., Ismail, K.N., Sandu, A.V., Vizureanu, P., Razak, R.A. (2013). Chemical and physical characterization of boiler ash from palm oil industry waste for geopolymer composite. Revista de Chimie, 64(12), 1408-1412.
• 21. Yao, Z.T. (2015). A comprehensive review on the applications of coal fly ash. Earth Science Reviews, 105-121.

Uwagi

PL

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