Technick Univerzita v Koiciach Fakulta banctva ekolgie riadenia

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 Si. O 4 a Al. O 4 tetraédrov, ktoré sú striedavo pospájané zdieľaním všetkých atómov kyslíka • ako zdroj alumosilikátu môže byť použitý akýkoľvek materiál, ktorý obsahuje Si. O 2 a Al 2 O 3 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 Na 2 O a pomer Si. O 2/Na 2 O 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 hm. % Si. O 2 51, 62 Al 2 O 3 17, 16 Fe 2 O 3 6, 96 s. ž. 9, 19 PRACOVISKO ÚPRAVY PRIMÁRNYCH A SEKUNDÁRNYCH SUROVÍN

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 Na 2 O pohybovalo v rozsahu od 6 do 9 % a pomer Si. O 2/Na 2 O 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] Mechanická pevnosť v tlaku [MPa] Na 2 O [%] Si. O 2/Na 2 O w (priemerné hodnoty) 6 7 8 9 6 7 8 9 0. 00 0. 25 0. 50 0. 75 1. 00 1. 25 1. 50 0. 31 0. 31 0. 31 2. 7 3. 4 3. 7 1. 4 1. 5 2. 3 2. 8 2. 3 2. 0 2. 3 2. 1 1. 4 1. 3 1. 6 4. 3 4. 9 3. 6 4. 0 3. 6 5. 2 3. 4 3. 0 2. 8 2. 1 3. 3 2. 7 12. 2 16. 7 20. 7 26. 9 3. 7 5. 1 11. 0 11. 3 8. 8 9. 3 15. 9 10. 2 7. 0 8. 7 5. 0 7. 0 25. 3 25. 5 24. 9 29. 0 31. 0 35. 6 37. 8 42. 3 32. 6 29. 5 37. 6 42. 9

Vplyv obsahu Na 2 O a pomeru Si. O 2/Na 2 O 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 = p 00 + p 10 x + p 01 y + p 11 xy + p 02 y 2 + p 12 xy 2 + p 03 xy 3 + p 13 xy 3 + p 04 y 4, kde x je Na 2 O; y je pomer Si. O 2/Na 2 O; p 00 = -19, 99; p 10 = 5, 16; p 01 = 81, 86; p 11 = -14, 84; p 02 = -159; p 12 = 14, 24; p 03 = 179, 6; p 13 = -3, 167; p 04 = -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 Si. O 2/Na 2 O je vyšší. • Na pevnosť v ohybe alkalicky aktivovaných spojív má štatisticky významný vplyv iba pomer Si. O 2/Na 2 O. • Aj na základe navrhnutého modelu je možné vysloviť predpoklad dosiahnutia najvyšších hodnôt pevností v tlaku pri pomere Si. O 2/Na 2 O >= 1, 25 a hodnotách Na 2 O >= 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, Ph. D. Technická univerzita v Košiciach Fakulta BERG, ÚMVa. OŽP 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