Juraj MOSEJ, Miroslava DRABOVÁ, Martin SISOL Technická Univerzita v Košiciach Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií Ústav montánnych vied a ochrany životného prostredia Príprava alkalicky aktivovaných spojív z popolčeka zo spaľovania čierneho uhlia v granulačných kotloch Pracovisko úpravy primárnych a sekundárnych surovín Juraj MOSEJ, Miroslava DRABOVÁ, Martin SISOL

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 zložka SiO2 Al2O3 Fe2O3 s.ž. hm. % 51,62 17,16 6,96 9,19 PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH SUROVÍN

Obr. 2 Zrnitostná analýza popolčeka 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] Na2O [%] SiO2/Na2O w 6 0.00 0.31 2.7 12.2 7 3.4 16.7 8 20.7 9 3.7 26.9 0.25 1.4 1.5 5.1 2.3 11.0 2.8 11.3 0.50 8.8 2.0 9.3 15.9 2.1 10.2 0.75 7.0 8.7 1.3 5.0 1.6 1.00 4.3 25.3 4.9 25.5 3.6 24.9 4.0 29.0 1.25 31.0 5.2 35.6 37.8 3.0 42.3 1.50 32.6 29.5 3.3 37.6 42.9

Vplyv obsahu Na2O a pomeru SiO2/Na2O na pevnosť PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH SUROVÍN

kde x je Na2O; y je pomer SiO2/Na2O; 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

Ďakujem za Vašu pozornosť ! Ing. Miroslava Drabová, PhD. Technická univerzita v Košiciach Fakulta BERG, ÚMVaOŽP Park Komenského 19 042 00 Košice miroslava.drabova@tuke.sk Ďakujem za Vašu pozornosť ! Práca vznikla počas riešenia grantových projektov VEGA 1/1222/12 a APVV č. 0423-11