Application of F class fly ash to production of zeolitic material at semi-technical scale
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2011;14(2):79-91
KEYWORDS
ABSTRACT
In the article characteristics of F class fly ash as a potential waste materials to production of synthetic zeolites were performed. The research materials have constituted fly ashes come from three Polish power plants: Elektrownia Kozienice S.A., Elektrownia Rybnik S.A., Elektrownia Stalowa Wola S.A. On selected waste materials basic mineralogical (XRD, SEM), chemical (XRF, CEC) and textural (the BET surface area) analysis were conducted. Previous, synthetic zeolites were obtained at laboratory scale during hydrothermal synthesis of fly ash with soda lye. Because of positive results of conducted synthesis reactions and obtaining high purity zeolitic materials type X, an attempt of conducting this process on semi-technical scale were taken up. For this purpose a prototype full automated technological line to conducting of synthesis process were developed. Obtained at this process zeolitic materials were characterized. Next, the technical parameters (the BET surface area, CEC) of fly ash and obtained zeolitic materials were compared. Results have shown that produced zeolitic materials have about 20 fold higher BET surface area than fly ash (average 14 m2/g) and even 25 fold higher CEC values (up to 252 meq/100g) in comparison to initial materials (fly ash), what makes them very good quality sorbents. Also a detailed economic analysis of proposed technological line was performed.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Wykorzystanie popiołów lotnych klasy F do produkcji materiału zeolitowego na skalę półtechniczną
popiół lotny, zeolity syntetyczne, Na-X
W artykule przedstawiono charakterystykę popiołów lotnych klasy F z trzech zakładów energetycznych w Polsce: Elektrowni Kozienice S.A., Elektrowni Rybnik S.A. i Elektrowni Stalowa Wola, jako potencjalnych dostawców surowców odpadowych do produkcji zeolitów syntetycznych. Analizowane popioły lotne poddano analizie składu mineralnego (XRD, SEM), chemicznego (XRF, CEC (Cation Exchange Capacity) - pojemność jonowymienna) oraz badaniom teksturalnym (powierzchnia właściwa BET, struktura porów). Zeolity z opisywanych popiołów pierwotnie otrzymywano na skalę laboratoryjną metodą syntezy hydrotermalnej popiołu lotnego z ługiem sodowym. Z uwagi na pozytywne wyniki prowadzonych reakcji syntezy oraz otrzymanie wysokiej czystości materiału zeolitowego typu X, podjęto próbę przełożenia procesu na skalę półtechniczną. W tym celu zaprojektowano i wykonano prototyp w pełni zautomatyzowanej linii technologicznej na potrzeby prowadzenia procesu syntezy. Scharakteryzowano również otrzymany w opisanym procesie materiał zeolitowy, a następnie dokonano porównania parametrów technologicznych (powierzchnia właoeciwa BET, CEC) popiołów lotnych z otrzymanym materiałem zeolitowym. Badania wykazały, że produkowany materiał zeolitowy charakteryzuje się 20-krotnie wyższą powierzchnią właściwą BET w stosunku do popiołów lotnych (średnio 14 m2/g) oraz nawet 25-krotnie wyższą wartością CEC (do 252 meq/100 g) w stosunku do materiału wyjściowego, przez co stanowi bardzo dobrej jakości sorbent mineralny. W pracy dokonano również charakterystyki ekonomicznej proponowanego rozwiązania technologicznego.
REFERENCES (29)
1.
ASTM C618 - 08 Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. ASTM International. Retrieved 2008-09-18.
2.
BELVISO C., CAVALCANTE F., FIORE S., 2010 – Synthesis of zeolite from Italian coal fly ash: Differences in crystallization temperature using sea water instead of distilled water. Waste Management 30, s. 839–847.
3.
Bilans gospodarki surowcami mineralnymi Polski i świata 2009 [red. T. Smakowski, R. Ney, K. Galos]. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków 2010, s. 1011–1016.
4.
CHANG H.L, SHIH W.H., 1998 – A GeneralMethod for the Conversion of Fly Ash into Zeolites as Ion Exchangers for Cesium. Ind. Eng. Chem. Res. 37, s. 71-78.
5.
CHUDEK M., HYCNAR J., JANICZEK S., PLEWA F., 1999 – Węgiel brunatny. Utylizacja surowców towarzyszących i odpadów elektrownianych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
6.
DERKOWSKI A., FRANUS W., BERAN E., CZÍMEROVÁ A., 2006 – Properties and potential applications of zeolitic materials produced from fly ash using simple method of synthesis, powder Technology, Volume 166, Issue 1, 3 August 2006, s. 47–54.
7.
DERKOWSKI A., FRANUS W., WANIAK-NOWICKA H., CZÍMEROVÁ A., 2007 – Textural properties vs. CEC and EGME retention of Na–X zeolite prepared from fly ash at room temperature. Int. J. Miner. Process. 82, s. 57–68.
8.
ECOBA, 2009 – Production and Utilisation of CCPs in 2007 in Europe (EU 15). Retrieved April 9, 2010.
9.
FOTOVAT F., KAZEMIAN H., KAZEMEINI M., 2009 – Synthesis of Na-A and faujasitic zeolites from high silicon fly ash. Mater. Res. Bull. 44, s. 913–917.
10.
FRANUS W., FRANUS M., WDOWIN M., 2010 – Na-X zeolite synthesis on a industrial scale –assumption and preliminary results, 16th International Zeolite Conference joint with the 7th International Mesostructured Materials Symposium. IZC-IMMS 2010, Sorrento, July 4–9, Abstracts. Edited by: C. Collella, P.Aprea, B. de Gennearo, B. Liguori. A. De Frede – Napoli s. 24.
11.
FRANUS W., KALOTKA P., WDOWIN M., 2008 – Synthesis of zeolitic material from fly ash – laboratory and technological tests. International Conference of PhD, students and young scientists. Zawoja, Polska, 3–6 kwietnia, Abstrakt, Mineralia Slovaca Journal 3–4, s. 259.
12.
FRANUS W., WDOWIN M., 2009 – Synthesis of (Na-X) zeolitic material from F class fly ash – laboratory and pilot plant tests. International Clay Conference: Castellaneta Marina, Włochy, 14–20 czerwca 2009, Micro et Nano Scientiae Mare Magnum, XIV International Clay Conference, Book of Abstracts, vol. II., s. 105.
13.
FRANUS W.,WDOWIN M., 2010 – The synthesis conditions optimization of obtained from fly ash the zeolitc material. 16th International Zeolite Conference joint with the 7th International Mesostructured Materials Symposium. IZC-IMMS 2010, Sorrento July 4–9. Abstracts. Edited by: C. Collella, P. Aprea, B. de Gennearo, B. Liguori. A. De Frede – Napoli s. 311.
14.
HAIDOUTI C., 1997 – Inactivation of mercury in contaminated soils using natural zeolites. Science of the Total Environment 208, s. 105–109.
15.
HOLLMAN G.C., STEENBRUGGEN G., JANSSEN-JURKOVICOVA M., 1999 – A two-step process for the synthesis of zeolites from coal fly ash. Fuel, 78, s. 1225–1230.
17.
INADA M., EGUCHI Y., ENOMOTO N., HOJO J., 2005 – Synthesis of zeolite from coal fly ashes with different silica–alumina composition. Fuel 84, s. 299-304.
18.
KLOJZY-KARCZMARCZYK B., 2003 – Zastosowanie odpadów energetycznych w ograniczaniu transportu zanieczyszczeń ze składowisk odpadów górniczych. Studia, Rozprawy, Monografie nr 117, Wyd. IGSMiE PAN, ss. 113.
19.
La ROSA J.L., KWANS., GRUTZECK M.W., 1992 – Zeolite Formation in Class F Fly Ash Blended Cement Pastes. J. Am. Ceram. Soc. 6, s. 1574 – 1580.
20.
MONDRAGON F., RINCON F., SIERRA L., ESCOBAR J., RAMIREZ J., FERNANDEZ J., 1990 – New perspectives for coal ash utilization: synthesis of zeolitic materials, Fuel 69, s. 263–266.
21.
OUKI S.K., KAVANNAGH M., 1997 – Performance of natural zeolites for the treatment of mixed metal-contaminated effluents. Waste Management 15, s. 383–394.
22.
PANAYOTOWA M.I., 2003 – Kinetics and thermodynamic of copper ions removal from wastewater by use of zeolite. Waste Manage. 23, s. 135–143.
23.
PAYARA and DUTTA, 2003 – Zeolites: A Primer in: Handbook of Zeolite Science and Technology eds. S. M. Auerbach, K.A. Carrado, P. K. Dutta. New York – Basel.
24.
PLEWA F., POPCZYK M., PIERZYNA P., 2010 – Wykorzystanie UPS z kotłów fluidalnych do likwidacji szybów w górnictwie węgla kamiennego. Polityka Energetyczna t. 13, z. 2, s. 377–384.
25.
PLEWA F., PIERZYNA P., KANAFEK J., 2009 – Ocena porozymetrycznych i filtracyjnych właściwości hydromieszanin popiołu lotnego do budowy barier izolacyjnych podziemnych składowisk. Polityka Energetyczna t. 12, z. 2/2, s. 475–484.
26.
QUANT B., 1996 – Kompozyt krzemianowo-popiołowy w uszczelnianiu gruntów i rekultywacji składowisk odpadów. [W:] Rekultywacja i makroniwelacja z zastosowaniem popiołów z energetycznego spalania węgla. Aspekty formalno-prawne, techniczne i ekologiczne. Biuro Inf. Gosp., Szczecin, s. 99–109.
27.
QUEROL X., MORENO N., UMANA J.C., ALASTUEY A., HERNANDEZ E., LŇPEZ-SOLER A., PLANA F., 2002 – Synthesis of zeolites from coal fly ash: an overview. Int. J. Coal Geol. 50, s. 413–423.
28.
QUEROL X., MORENO N., UMANA J.C., JUAN R., HERNANDEZ E., FERNANDEZ-PEREIRA C., AYORA C., JANSSEN M., GARCÍA-MÁRTINEZ J., LINARES-SOLANO A., CAZORLA-AMOROS D., 2002 – Application of zeolitic material synthesised from fly ash to the decontamination of wastewater and flue gas. J. Chem. Technol. Biotechnol. 77, s. 292–298.
29.
SWANEPOEL J.C., STRYDOM C.A., 2002 – Utilisation of fly ash in a geopolymeric material. App. Geochemistry 17, s. 1143–1148.
Share
RELATED ARTICLE
| eISSN: | 2720-569X |
| ISSN: | 1429-6675 |
We process personal data collected when visiting the website. The function of obtaining information about users and their behavior is carried out by voluntarily entered information in forms and saving cookies in end devices. Data, including cookies, are used to provide services, improve the user experience and to analyze the traffic in accordance with the Privacy policy. Data are also collected and processed by Google Analytics tool (more).
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
