Príprava alkalicky aktivovaných spojív z popolčeka zo spaľovania čierneho uhlia v granulačných kotloch
Juraj MOSEJ, Miroslava DRABOVÁ, Martin SISOL
Technická Univerzita v KošiciachTechnická Univerzita v KošiciachFakulta baníctva, ekológie, riadenia a Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológiígeotechnológiíÚstav montánnych vied a ochrany životného Ústav montánnych vied a ochrany životného prostrediaprostredia
PRACOVISKO ÚPRAVY PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH SUROVÍNSUROVÍN
Obsah•Čo sú to alkalicky aktivované spojivá•Vznik alkalicky aktivovaných spojív•Ciele práce•Charakteristika materiálu•Príprava vzoriek•Vyhodnotenie experimentov•Zhrnutie
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Alkalicky aktivované spojivá• sú syntetické anorganické polyméry, ktoré vznikajú
anorganickou polykondenzačnou reakciou tuhých alumosilikátových materiálov v silne alkalických podmienkach
• ich štruktúra pozostáva z SiO4 a AlO4 tetraédrov, ktoré sú striedavo pospájané zdieľaním všetkých atómov kyslíka
• ako zdroj alumosilikátu môže byť použitý akýkoľvek materiál, ktorý obsahuje SiO2 a Al2O3 v dostatočnom množstve a v reaktívnej forme
• alkalický aktivačný roztok okrem vody najčastejšie obsahuje hydroxidy, buď samostatne alebo v kombinácii s kremičitanmi
• syntéza môže prebiehať buď pri zvýšenej teplote, ale aj pri teplote prostredia
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Alkalická aktivácia• je komplexný mnohofázových proces • rýchlosť reakcie a chemické zloženie výsledných
reakčných produktov závisí od viacerých faktorov, ktoré možno rozdeliť nasledovne:
• a) vlastnosti vstupného materiálu ako sú chemické a fázové zloženie, zrnitosť
• b) zloženie aktivačného roztoku – druh a koncentrácia aktivačného roztoku, prítomnosť rozpustných kremičitanov a obsah vody
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Cieľ práce• posúdiť vhodnosť použitia popolčeka zo
spaľovania čierneho uhlia na prípravu alkalicky aktivovaných spojív
• zistiť vplyv dvoch faktorov – množstvo Na2O a pomer SiO2/Na2O v aktivačnom roztoku na pevnosť alkalicky aktivovaných spojív
• zistiť optimálne zloženie aktivačného roztoku pre daný typ popolčeka.
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Charakteristika materiálu•čiernouhoľný popolček zo spaľovania
v granulačnom kúrenisku•chemickou analýzou popolčeka bol
stanovený obsah základných zložiek
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
zložka
SiO2 Al2O3 Fe2O3 s.ž.
hm. % 51,62 17,16 6,96 9,19
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200
okatosť sita [µm]
hmot
nost
ný v
ýnos
[%]
Obr. 1 Morfológia častíc popolčeka zistená pomocou elektrónovej mikroskopie (SEM) a EDX analýza vybraných častí
Obr. 2 Zrnitostná analýza popolčeka
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Príprava vzoriek• Čiernouhoľný popolček bol alkalicky aktivovaný
alkalickým roztokom, ktorý pozostával z tuhého hydroxidu sodného, vodného skla sodného a vody.
• Na základe plánu experimentov bolo navrhnutých 28 zmesí, v ktorých sa množstvo Na2O pohybovalo v rozsahu od 6 do 9 % a pomer SiO2/Na2O v rozsahu od 0 do 1,5.
• Celkové množstvo vody bolo vo všetkých zmesiach konštantné 31 % vyjadrené vodným súčiniteľom w.
• Zmesi boli vytvrdzované v teplovzdušnej sušiarni po dobu 6 hodín pri teplote 80 °C.
• výsledky pevností boli štatisticky spracované pomocou testu ANOVA, pričom hladina významnosti bola určená α=0,05 a štatisticky významný vplyv mal faktor s parametrom p<α.
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Charakteristika zmesi Mechanická pevnosť v ohybe [MPa]
(priemerné hodnoty)
Mechanická pevnosť v tlaku [MPa]
(priemerné hodnoty)Na2O [%] SiO2/Na2O w
6 0.00 0.31 2.7 12.27 0.00 0.31 3.4 16.78 0.00 0.31 3.4 20.79 0.00 0.31 3.7 26.96 0.25 0.31 1.4 3.77 0.25 0.31 1.5 5.18 0.25 0.31 2.3 11.09 0.25 0.31 2.8 11.36 0.50 0.31 2.3 8.87 0.50 0.31 2.0 9.38 0.50 0.31 2.3 15.99 0.50 0.31 2.1 10.26 0.75 0.31 1.4 7.07 0.75 0.31 1.4 8.78 0.75 0.31 1.3 5.09 0.75 0.31 1.6 7.06 1.00 0.31 4.3 25.37 1.00 0.31 4.9 25.58 1.00 0.31 3.6 24.99 1.00 0.31 4.0 29.06 1.25 0.31 3.6 31.07 1.25 0.31 5.2 35.68 1.25 0.31 3.4 37.89 1.25 0.31 3.0 42.36 1.50 0.31 2.8 32.67 1.50 0.31 2.1 29.58 1.50 0.31 3.3 37.69 1.50 0.31 2.7 42.9
Vplyv obsahu Na2O a pomeru SiO2/Na2O na pevnosť
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
zobrazenie polynómu získaného preložením experimentálnych údajov funkciou Y
lineárna regresia polynomického modelu a nameraných experimentálnych údajov
Y = p00 + p10x + p01y + p11xy + p02y2 + p12xy2 + p03xy3 + p13xy3 + p04y4,
kde x je Na2O; y je pomer SiO2/Na2O; p00 = -19,99; p10 = 5,16; p01 = 81,86; p11 = -14,84; p02 = -159; p12 = 14,24; p03 = 179,6; p13 = -3,167; p04 = -68,69.
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Záver• Popolček zo spaľovania čierneho uhlia v granulačnom
kúrenisku je vhodný ako zdroj alumosilikátu na výrobu alkalicky aktivovaných spojív, pričom dosahujú pevnosť v tlaku až 40 MPa.
• Na pevnosť v tlaku majú štatisticky významný vplyv oba sledované faktory, avšak vplyv pomeru SiO2/Na2O je vyšší.
• Na pevnosť v ohybe alkalicky aktivovaných spojív má štatisticky významný vplyv iba pomer SiO2/Na2O.
• Aj na základe navrhnutého modelu je možné vysloviť predpoklad dosiahnutia najvyšších hodnôt pevností v tlaku pri pomere SiO2/Na2O >= 1,25 a hodnotách Na2O >= 9%.
• Pomocou modelu funkcie Y je možné s vysokou presnosťou určiť pevnosť v tlaku alkalicky aktivovaných spojív z použitého popolčeka.
PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH
SUROVÍN
Ing. Miroslava Drabová, Ing. Miroslava Drabová, PhD.PhD.
Technická univerzita v Technická univerzita v KošiciachKošiciachFakulta BERG, ÚMVaOŽPFakulta BERG, ÚMVaOŽPPark Komenského 19Park Komenského 19042 00 Košice042 00 Košice
[email protected]@tuke.sk
Práca vznikla počas riešenia grantových projektov VEGA 1/1222/12 a APVV č. 0423-11
Ďakujem za Vašu pozornosť !