Badanie rozkładu składników chemicznych w wybranych frakcjach popiołu lotnego Aleksandra Sambor Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska Katedra Ogrzewnictwa, Wentylacji i Ochrony Atmosfery
Uboczne produkty spalania UPS popioły lotne, żużle, mieszaniny popiołowo żużlowe, mikrosfery, popioły z kotłów fluidalnych.
Rocznie w naszym kraju ze spalania węgla wytwarza się ok. 20 mln Mg, niestety odpady te, tyko w niewielkiej części zostają zagospodarowane, zdecydowana większość jest deponowana na składowiskach stanowiąc problem ekonomiczny i ekologiczny.
Wpływ czynników klimatycznych na rozkład składników chemicznych wymywanie ze składowisk substancji chemicznych w postaci soli, pierwiastków śladowych ich przenikanie do wód, procesy erozji odpadów, które mogą doprowadzić do ługowania składników rozpuszczonych. Ługowanie tych składników może zachodzić poprzez wody deszczowe na składowiskach suchych oraz na składowiskach mokrych poprzez kontakt w wodą technologiczną, każda doba składowania popiołów wywołuje jednak określone zmiany struktury i chemizmu popiołów.
Wpływ składników chemicznych zawartych w popiołach lotnych na środowisko naturalne pylenie czysty węgiel zawiera związki chloru w ilości przekraczającej nawet 0,2 % a spalanie takiego paliwa może stanowić prekursor do powstawania dioksyn Środowisko naturalne wymywanie ze składowisk substancji chemicznych w postaci soli, pierwiastków śladowych ich przenikanie do wód wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), zaabsorbowane na powierzchni cząstek popiołów, które wymywane przez opady atmosferyczne przenikają do gleby i wód gruntowych
W PCC Rokita Sp. Z.O.O zdeponowanych jest około 700 tys. ton popiołów w lotnych, na składowiskach: P1,P2. Wstępne analizy popiołu u lotnego wykazały, y, że średnia zawartość C wynosi od 17-31%.
Wyniki udziału C w wybranych frakcjach możliwość reburningu Przeprowadzono separację popiołu lotnego klasyfikatorem pionowym, która następnie umożliwiła dokonanie analizy IR analizatorem LECO S.C. wybranych frakcji popiołu lotnego. Badane próbki popiołu u lotnego wskazały, że pierwiastek C w ilościach ok. 80% 85% znajduje się tylko w wybranych frakcjach popiołu u lotnego poniżej 125 μm.
Analiza zawartości C dla poszczególnych frakcji popiołu z PCC Rokita S.A. Próbka I Udział [%] Zawartość C Baza bez separacji 100 15,25 Powyżej 125 μm 15,4 4,62 Poniżej 125 μm 84,5 79,01 Próbka II Udział [%] Zawartość C Baza bez separacji 100 14,6 Powyżej 125 μm 18,7 2,8 Poniżej 125 μm 80,6 74,09 Próbka III Udział [%] Zawartość C Baza bez separacji 100 22,3 Powyżej 125 μm 18,7 3,7 Poniżej 125 μm 80,6 82,3
Rys.1 Udział procentowy węgla poniżej 125 mikrometrów w zależności od numeru próbki wraz aproksymacją funkcji wielomianowej obrazującej statystyczną zależność pobranych próbek [%] Udział węgla poniżej 125 mikrometrów 100 90.00 80 70.00 60 50.00 40 30.00 20 Dla podstawowego polynomial coefficients wielomian przedstawić można wzorem: C(%) = 1.95 N 2 9.75 N +1.95 gdzie: C(%) - zawartość procentowa węgla N - numer próbki 10.00 0 0 1 2 3 [-] 4 Numer próbki
Rys.2 Zawartość węgla poniżej 125 mikrometrów w zależności od numeru próbki wraz z aproksymacją funkcji wielomianowej obrazującej statystyczną zależność pobranych próbek [g] 100 Zawartość węgla poniżej 125 mikrometrów 90.00 80 70.00 60 50.00 40 30.00 20 10.00 0 0 1 2 3 4 Numer próbki Dla podstawowego polynomial coefficients wielomian przedstawić można wzorem: C = 97.06 N 2 24.615 N+6.56501 gdzie: C - zawartość węgla w gramach [g] N - numer próbki Wyodrębnione podczas separacji niższe frakcje popiołu lotnego o wysokim udziale C można poddać reburningowi a pozostałość wykorzystać gospodarczo.
Zastosowanie popiołu lotnego Górnictwo dzięki wysokiej porowatości spoiwa wykorzystywany jest przy procesach uszczelniających, wzmacnianie mechaniczne górotworu, podsadzanie wyrobisk, prowadzenie profilaktyki pożarowej ( izolacja pól pożarowych), Budownictwo dodatek do cementu, (nośnik składnika siarczanowego), dodatek pucolanowy ( zwiększa wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na korozje chemiczną), surowiec do wytwarzanie sztucznych kruszyw, produkcja betonów komórkowych ( gazo - i pianobetonów), Roboty inżynierskie i drogowe stosowany przy budowie składowisk odpadów, do stabilizacji gruntów w pracach drogowych, wykorzystywany przy przeciwpowodziowym uszczelnianiu terenu, materiał do budowy nasypów, Rekultywacja gruntów w zależności od składu chemicznego ( brak metali ciężkich) stosowany do rekultywacji wyrobisk surowców ilastych i innych, Neutralizacja ścieków i szlamów dzięki wysokiej alkaliczności nadają się do neutralizacji kwaśnego odczynu ścieków. duża aktywność zawartego w nich tlenku wapnia pozawala na zastosowanie ich do neutralizacji ścieków przemysłowych, Rolnictwo ze względu na dużą alkaliczność stosowany do odkwaszania gleb, inne wtórne sorbenty ( ze względu na wolne wapno w swoim składzie).
Podsumowanie 1. Dostępna w kraju ogromna ilość popiołów lotnych powstających w różnych technikach spalania węgla stwarza możliwość ich wykorzystania jako dodatkowe paliwo dla sektora energetycznego. 2. Separacja popiołu lotnego umożliwia dostęp do frakcji o wysokiej zawartości niespalonego węgla, który poddany reburningowi umożliwi odzysk odpadów, oszczędność naturalnych zasobów surowcowych jak i znacznych ilości energii jak również ograniczy powierzchnię składowisk odpadów oraz emisję CO 2. 3. Wyższe frakcje popiołu o niskiej zawartości C stanowią natomiast pożądany surowiec w wielu gałęziach gospodarki.
Praca była a współfinansowana ze środków w Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach projektu RFSD 2 2
Literatura: 1. Bech N., Feuerborn J.: Zagospodarowanie popiołu z węgla w Europie. Międzynarodowa Konferencja Eurocoalash, 9-27. Warszawa, 2008. 2. Wożniak M., Żygadło M.: Ocena wpływu wybranych czynników klimatycznych na stabilność chemiczną odpadów paleniskowych na składowiskach mokrych. Ochrona Środowiska 2 (85), 17-21, 2002. 3. Feuerborn J.: Produkty spalania węgla i REACH. Międzynarodowa Konferencja Eurocoalash, 189 207, Warszawa, 2008. 4. Galos K., Uliasz Bocheńczyk A.: Źródła i użytkowanie popiołów lotnych ze spalania węgli w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi Tom 21, zeszyt 1,23-42, 2005. 5. Żygadło M., Wozniak M.: Obserwacje zmian właściwości popiołów powęglowych w procesach wietrzeniowych. Energetyka i Ekologia XI, 771-775, 2009. 6. Hycnar J.J., Szczygielski T., Perspektywy energetyki opartej o spalanie węgla, Międzynarodowa Konferencja Eurocoalash, 75-88, 2008, 7. Wożniak M., Żygadło M., Monitoring składowisk odpadów paleniskowych, Regionalny Monitoring Środowiska Przyrodniczego, Kieleckie Towarzystwo Naukowe, Nr 3, 117-122. 2002. 8. Feuerborn J., Produkty spalania węgla i REACH, Międzynarodowa Konferencja Eurocoalash, 189 207, 2008, 9. Galos K., Uliasz Bocheńczyk A., Źródła i użytkowanie popiołów lotnych ze spalania węgli w Polsce, Gospodarka Surowcami Mineralnymi Tom 21, zeszyt 1,23-42, 2005. 10. Giergiczny Z., Rola popiołów lotnych wapniowych i krzemionkowych w kształtowaniu właściwości współczesnych spoiw budowlanych i tworzyw cementowych, Inżynieria Lądowa, Monografia