Tom 27 2011 Zeszyt 1
ALICJA ULIASZ-BOCHEÑCZYK*
Mineralna sekwestracja CO
2przy zastosowaniu
zawiesin wodnych wybranych popio³ów lotnych
ze spalania wêgla brunatnego
Wprowadzenie
W procesach produkcji energii w elektrowniach zawodowych spalaj¹cych wêgiel bru-natny powstaje znacz¹ca iloœæ popio³ów lotnych o ograniczonym wykorzystaniu gospo-darczym. W 2009 r. uchwycona iloœæ popio³ów lotnych ze spalania wêgla brunatnego wynosi³a 487,8 tys. ton; stanowi to 12,7% ca³kowitej iloœci uchwyconej z ca³ej energe-tyki zawodowej, która wynios³a 3836,0 tys. ton, w 2008 roku – 3483,6 tys. ton ogó³em i 330,4 tys. ton ze spalania wêgla brunatnego. Z ca³kowitej iloœci popio³ów uchwyconych z energetyki zawodowej wykorzystano w 2009 roku jedynie 89,0 tys. ton (2,3%) w prze-myœle materia³ów budowlanych oraz 44,4 tys. ton (1,16%) na inne wykorzystanie gos-podarcze. W roku 2008 jedynym kierunkiem wykorzystania popio³ów z wêgla brunatnego by³a budowa dróg (Emitor 2009).
Elektrownie nale¿¹ce do energetyki zawodowej s¹ zarazem znacz¹cym emitentem di-tlenku wêgla. Emisja CO2 z energetyki zawodowej wynosi³a w 2009 r. 144 227 tys. ton,
z czego emisja z elektrowni wykorzystuj¹cych wêgiel brunatny – 54 344 tys. ton, a w 2008 r. przy emisji ca³kowitej z energetyki zawodowej wynosz¹cej 144 195 tys. ton, emisja ze spalania wêgla brunatnego wynosi³a 57 660 tys. ton (Emitor 2009).
Ograniczone wykorzystanie gospodarcze popio³ów lotnych ze spalania wêgla brunat-nego wynika z ich w³aœciwoœci. Popio³y te zaliczane s¹ do popio³ów siarcznowo-wap-niowych. W ich sk³adzie fazowym dominuje tlenek wapnia, anhydryt oraz kwarc.
Cha-* Dr in¿., Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ PAN, Kraków; e-mail: aub@min-pan.krakow.pl
rakteryzuj¹ siê wysok¹ zawartoœci¹ tlenku wapnia, który ³atwo ulega hydratacji, a nastêpnie karbonatyzacji, tworz¹c wêglan wapnia. Zawartoœæ CaO w popio³ach lotnych z wêgla brunatnego pochodz¹cych z jednego Ÿród³a mo¿e siê ró¿niæ nawet trzykrotnie. Anhydryt wystêpuj¹cy w popio³ach z wêgla brunatnego powoli przechodzi w gips (Gawlicki, Galos 2009).
Jednym ze sposobów utylizacji popio³ów ze spalania wêgla brunatnego mo¿e byæ mine-ralna sekwestracja CO2, jako czêœæ technologii CCS dla elektrowni spalaj¹cych wêgiel
brunatny. Dotychczasowe badania wykaza³y, ¿e popio³y ze spalania wêgla brunatnego s¹ dobrym materia³em do sporz¹dzania zawiesin wykorzystywanych do mineralnej sekwes-tracji ditlenku wêgla.
Odpadami energetycznymi, które równie¿ maj¹ ograniczone wykorzystanie gospodar-cze, a w³aœciwoœci predysponuj¹ je do wykorzystania ich do sporz¹dzania zawiesin do wi¹zania CO2na drodze mineralnej karbonatyzacji s¹ popio³y fluidalne oraz mieszaniny
po-pio³ów lotnych z produktami odsiarczania (Uliasz-Bocheñczyk 2010; Uliasz-Bocheñczyk, Cempa 2010).
W artykule przedstawiono wyniki stopnia zwi¹zania CO2przez zawiesiny wodne
po-pio³ów lotnych ze spalania wêgla brunatnego w Elektrowni P¹tnów oraz wp³yw karbo-natyzacji na wymywalnoœæ zanieczyszczeñ z badanych popio³ów.
1. Popio³y zastosowane do badañ
Na podstawie wczeœniejszych badañ (Uliasz-Bocheñczyk i in. 2007; Uliasz-Bocheñczyk 2009) stwierdzono, ¿e szczególnie interesuj¹cym odpadem do wi¹zania CO2 jest popió³
lotny ze spalania wêgla brunatnego z El. P¹tnów. Popio³y lotne z wêgla brunatnego charak-teryzuj¹ siê du¿¹ zmiennoœci¹ sk³adu, dlatego z uwagi na wczeœniejsze pozytywne wyniki badañ popio³y te zosta³y przebadane jeszcze raz przy zastosowaniu próby, charakteryzuj¹cej siê innym sk³adem tlenkowym.
Do sporz¹dzania zawiesin zastosowano popio³y lotne o ca³kowitej zawartoœci CaO – 29,3%, zawieraj¹ce równie¿ wolny CaO w iloœci 7,1%. Popio³y te zaliczane s¹ do popio³ów wapniowych, charakteryzuj¹cych siê aktywnoœci¹ pucolanowo-hydrauliczn¹ (Giergiczny 2006).
Sk³ad ziarnowy analizowanych popio³ów by³ nastêpuj¹cy: frakcja ziarnowa 0–25mm – 14,18%; 25–45mm – 17,5%; 45–75 mm – 17,99%; 75–100 mm – 10,09%; 100–150 mm – 15,97%; 150–200mm – 11,84%; 200–300 mm – 12,43%*.
Przydatnoœæ danego odpadu do sekwestracji CO2 okreœlana jest na podstawie
maksy-malnej teoretycznej pojemnoœci zwi¹zania ditlenku wêgla. Teoretyczn¹ pojemnoœæ zwi¹-zania CO2dla analizowanych popio³ów obliczono na podstawie wzoru Steinoura (Fernandez
Bertos i in. 2004):
CO2(%) = 0,785(CaO – 0,7SO3) + 1,09Na2O + 0,93K2O (1)
wynosz¹ca dla badanych popio³ów 19,6%.
2. Okreœlenie stopnia zwi¹zania CO2 w zawiesinach popio³owo-wodnych
Stopieñ zwi¹zania CO2 w zawiesinach popio³owo-wodnych okreœlono na podstawie
zawartoœci wêglanu wapnia w mieszaninach popio³owo-wodnych przed i po poddaniu ich dzia³aniu ditlenku wêgla. Iloœæ CaCO3 oszacowano na podstawie badañ
termograwimet-rycznych.
Zawiesiny popio³owo-wodne poddano dzia³aniu CO2w specjalnej instalacji sk³adaj¹cej
siê z komór badawczych, urz¹dzeñ pomiarowych oraz butli z ditlenkiem wêgla z reduktorem (Uliasz-Bocheñczyk i in. 2007; Uliasz-Bocheñczyk 2009; Uliasz-Bocheñczyk i in. 2009). Stosunek popio³u do wody (p/w) w zawiesinach wynosi³ 1:1. Proces sekwestracji pro-wadzono jako karbonatyzacjê bezpoœredni¹ zawiesina–ditlenek wêgla. Stopieñ zwi¹zania ditlenku wêgla w zawiesinie oznaczono metod¹ termograwimetryczn¹, wykorzystuj¹c rów-nie¿ termiczn¹ analizê ró¿nicow¹*. Pomiary wykonano w atmosferze powietrza, z
szyb-koœci¹ grzania 10°C·min–1. Próbki o masie 60 mg lub 90 mg ogrzewano do temperatury 1000°C. Wyniki badañ przedstawiono w postaci krzywych TG i DTA na rysunku 1 oraz w tabeli 1.
Na krzywych DTA (rys. 1) czystych zawiesin popio³owo-wodnych widocznych jest piêæ pików endotermicznych, którym mo¿na przypisaæ procesy rozk³adu termicznego lub prze-mianie polimorficznej nastêpuj¹cych faz:
— uwodnionych krzemianów wapniowych (C-S-H) oraz ettringitu (efekt o maksimum w temperaturze 121°C) (Rajczyk i in. 2004; Ubriacco, Calabrese 2000);
— Mg(OH)2(efekt o maksimum w temperaturze 408°C),
— portlandytu (efekt o maksimum w temperaturze 121°C); — SiO2 (efekt o maksimum w temperaturze 571°C).
— CaCO3(efekt o maksimum w temperaturze 736°C).
Poddanie zawiesin popio³owo-wodnych dzia³aniu CO2 spowodowa³o zmiany w ich
sk³adzie fazowym. Na krzywej DTA zawiesin poddanych dzia³aniu ditelnku wêgla nie ma efektu zwi¹zanego z obecnoœci¹ Ca(OH)2, co wskazuje na pe³ne jego przereagowanie
w procesie karbonatyzacji. Przebieg procesu karbonatyzacji potwierdza równie¿ zwiêkszony pik zwi¹zany z rozk³adem wêglanu wapnia (rys. 1, tab. 1). W zawiesinach czystych i pod-danych dzia³aniu CO2 stwierdzono obecnoœæ wodorotlenku magnezu (efekt o maksimum
w temperaturze 408°C dla czystych zawiesin i 415°C dla zawiesin z wprowadzonym CO2),
jako produktu hydratacji tlenku magnezu wystêpuj¹cego w popio³ach lotnych z wêgla brunatnego (Kurdowski 2011). Obecnoœæ wodorotlenku magnezu w zawiesinach wodnych
* Badania termograwimetryczne i termicznej analizy ró¿nicowej zosta³y wykonane przez prof. dr hab. Irenê Wac³awsk¹
popio³ów lotnych ze spalania wêgla brunatnego potwierdzona zosta³a badaniami innych autorów (Gassen i in. 2010). Efekt zwi¹zany z obecnoœci¹ Mg(OH)2jest mniejszy w
za-wiesinach poddanych dzia³aniu CO2, co mo¿e wskazywaæ na jego czêœciowe
przerea-gowanie w procesie karbonatyzacji. Jednak na krzywych DTA nie zaobserwowano efektów zwi¹zanych z rozk³adem wêglanu magnezu. Stwierdzony w zawiesinach Mg(OH)2
najpraw-dopodobniej przereagowa³ z CO2oraz Ca(OH)2tworz¹c kalcyt magnezowy (Ca,Mg)CO3,
którego rozk³ad zachodzi w tej samej temperaturze co kalcytu (De Silva i in. 2009):
Rys. 1. Krzywe DTA i TG zawiesin czystych (ZP) oraz poddanych dzia³aniu CO2(ZP + CO2)
Fig. 1. DTA and TG curves of pure slurries (ZP) and slurries subjected to CO2(ZP + CO2)
TABELA 1 ZawartoϾ CaCO3w badanych zawiesinach
TABLE 1 Content of CaCO3in the studied suspensions
Rodzaj zawiesiny Zakres temperaturowy ubytku masyzwi¹zany z rozk³adem CaCO
3[oC]
ZawartoϾ CaCO3
[%]
Zawiesina „czysta” 709–850 2,5
Mg(OH)2+ Ca(OH)2+ CO2® (Ca,Mg)CO3
W zawiesinach poddanych dzia³aniu ditlenku wêgla, podobnie jak w „czystych” zawie-sinach popio³owych, stwierdzono równie¿ obecnoœæ SiO2 (efekt z maksimum w
tempe-raturze 570°C).
Prezentowane w artykule zawiesiny popio³owo-wodne ró¿ni³y siê znacznie sk³adem fazowym od zawiesin przebadanych wczeœniej. W prowadzonych wczeœniej badaniach w czystych zawiesinach popio³owo-wodnych, przygotowanych z popio³ów ze spalania wêgla brunatnego w El. P¹tnów, stwierdzono cztery podstawowe fazy: kwarc, anhydryt, portlandyt i ettringit (Uliasz-Bocheñczyk 2009). Po wprowadzeniu CO2 nie stwierdzono
obecnoœci portlandytu, gdy¿ przereagowa³ on w ca³oœci z ditlenkiem wêgla tworz¹c kalcyt. W badanych zawiesinach nie stwierdzono obecnoœci C-S-H, któr¹ stwierdzono w wyniku prezentowanych badañ.
Dla okreœlenia stopnia karbonatyzacji (zwi¹zania) przeprowadzono badania termograwi-metryczne zawartoœci CaCO3w zawiesinach „czystych” oraz zawiesinach poddanych
dzia-³aniu 100% CO2 (rys. 1, tab. 2).
W wyniku wczeœniej prowadzonych badañ stwierdzono brak kalcytu w czystych zawie-sinach oraz 11,36% w zawiezawie-sinach poddanych dzia³aniu CO2(Uliasz-Bocheñczyk 2009).
TABELA 2 Wymywalnoœæ zanieczyszczeñ z badanych zawiesin oraz pH
TABLE 2 The leaching of pollutants from the studied suspensions and pH
Rodzaj zanieczyszczeñ chemicznych
[mg/dm3]
Zawiesina wodna popio³u lotnego
z El. P¹tnów wskaŸników zanieczyszczeñDopuszczalne wielkoœci (Rozporz¹dzenie... 2002 r.) czysta z CO2 Zn 0,04500 0,02600 2,0 Cu 0,00043 0,00031 0,1 Pb 0,00017 0,00006 0,1 Ni 0,00055 0,00040 0,1 As 0,00069 0,00043 0,1 Hg 0,00049 0,00023 0,03 Cd 0,00003 0,00002 0,2 Cr 0,007 0,0038 0,5 Cl– 7,1 5,3 1 000 SO42– 431,5 430,0 500 ChZT [mg O2/dm3] 13,0 9,0 125 pH 11,2 7,9 6,5–8,5
Stopieñ zwi¹zania CO2 przez badane zawiesiny obliczono na podstawie zawartoœci
wêglanu wapnia otrzymanych w wyniku badañ termograwimetrycznych (tab. 2), ze wzoru (Baciocchi i in. 2009): S Z Z Z k k p p = -- × CaCO CaCO CaCO 3 3 3 100 100 (2) gdzie: SK – stopieñ karbonatyzacji [%],
Zp CaCO3 – zawartoœæ CaCO3w próbce przed karbonatyzacj¹ [%],
Zk CaCO3 – zawartoœæ CaCO3w próbce po karbonatyzacji [%].
Stopieñ zwi¹zania CO2 wyniós³ dla tych zawiesin 8,85% i jest ni¿szy od wczeœniej
obliczonego stopnia zwi¹zania ditlenku wêgla, który wyniós³ 12,82% dla zawiesin sporz¹-dzonych na bazie popio³ów o zawartoœci CaO – 23,2% i CaOw– 5,6% (Uliasz-Bocheñczyk
2009).
3. Wp³yw procesu karbonatyzacji na wymywalnoœæ zanieczyszczeñ
W celu okreœlenia wp³ywu karbonatyzacji na wymywalnoœæ zanieczyszczeñ wykonano oznaczenia stê¿enia arsenu, chromu, kadmu, miedzi, o³owiu, niklu, cynku i rtêci metod¹ plazmowej spektrometrii emisyjnej. Zawartoœæ chlorków okreœlono metod¹ Volharda, a stê-¿enie siarczanów wyznaczono na podstawie wyników uzyskanych metod¹ atomowej spek-trometrii emisyjnej z plazm¹ wzbudzon¹ indukcyjnie. Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) oznaczano zgodnie z norm¹ PN-74 C-04578/03*.
Wyniki badañ porównano z wielkoœciami dopuszczalnych zawartoœci zanieczyszczeñ dla oczyszczonych œcieków przemys³owych ujêtych w Rozporz¹dzeniu Ministra Œrodowiska z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie warunków, jakie nale¿y spe³niæ przy wprowadzaniu œcieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla œrodowiska wodnego (Dz. U. 02.212.1799 z dnia 16 grudnia 2002 r.) – za³¹cznik 3 (tab. 2).
Badane zawiesiny popio³owo-wodne – zarówno czyste, jak poddane dzia³aniu CO2 –
spe³niaj¹ wymagania ujête we wspomnianym wy¿ej Rozporz¹dzeniu Ministra. Stwierdzono obni¿enie wymywalnoœci wszystkich oznaczanych zanieczyszczeñ. Obni¿enie pH, stwierdzone dla badanych zawiesin, jest g³ównie wynikiem karbona-tyzacji Ca(OH)2 prowadz¹cej do powstania kalcytu. Potwierdzaj¹ to wyniki badañ DTA (rys. 1).
* Badania wymywalnoœci zanieczyszczeñ oraz oznaczanie pH i ChZT wykonano w Katedrze Technologii Materia³ów Budowlanych Wydzia³u In¿ynierii Materia³owej i Ceramiki AGH.
W przypadku karbonatyzacji wa¿nym czynnikiem obni¿aj¹cym wymywalnoœæ niektórych metali ciê¿kich jest ich sorpcja na kalcycie, prowadz¹ca do wspó³wytr¹cania. W strukturze kalcytu pozycje zajmowane przez kationy Ca2+mog¹ byæ podstawiane przez inne metale
dwuwartoœciowe, szczególnie w czasie jego wzrostu. Jonami, które mog¹ byæ adsorbowane na powierzchni kalcytu s¹: Cd, Zn, Mn, Co, Ni, Pb, Sr (Reeder 1996).
W badanych zawiesinach obni¿enie wymywalnoœci Zn, Cr, Pb mo¿e byæ równie¿ t³u-maczone immobilizacj¹ metali ciê¿kich przez fazê C-S-H (Ma³olepszy, Deja 1995, 2002; Giergiczny, Król 2008) stwierdzon¹ na krzywych DTA.
Redukcja wymywalnoœci arsenu mo¿e byæ wyjaœniona adsorpcj¹ i wspó³wytr¹caniem z utworzeniem roztworu sta³ego z kalcytem (Roman-Ross i in. 2006). Z kolei obni¿enie wymywalnoœci miedzi t³umaczy siê powstawaniem wêglanu miedzi (Costa i in. 2007). W prezentowanych wynikach stwierdzono obni¿enie wymywalnoœci dla wszystkich analizo-wanych jonów. W przypadku wczeœniejszych badañ redukcji uleg³y jony: Zn, Pb, Ni, As, SO42–, co potwierdza wp³yw karbonatyzacji na wymywalnoœæ badanych zanieczyszczeñ
z zawiesin wodnych popio³ów lotnych z El. P¹tnów.
Podsumowanie
Wysoki stopieñ karbonatyzacji zawiesiny popio³ów z wêgla brunatnego w wodzie stwierdzony w wyniku wczeœniej prowadzonych badañ (Uliasz-Bocheñczyk 2009) by³ podstaw¹ dla wykonania badañ dla innej próby popio³u, w celu sprawdzenia ich przydatnoœci w sekwestracji CO2przy uwzglêdnieniu faktu, ¿e popio³y te charakteryzuj¹ siê du¿¹
zmien-noœci¹ sk³adów.
W wyniku przeprowadzonych badañ mo¿na sformu³owaæ nastêpuj¹ce wnioski: 1. Wysoka zawartoœæ ca³kowitego tlenku wapnia i wolnego CaO umo¿liwia osi¹gniêcie
znacznego stopnia zwi¹zania CO2 w zawiesinie wodnej badanych popio³ów lotnych.
Stopieñ zwi¹zania ditlenku wêgla obliczony dla tych zawiesin wynosi³ 8,85%. 2. Podstawowymi fazami w zawiesinach wodnych badanych popio³ów poddanych dzia³aniu
CO2 by³y: C-S-H, Mg(OH)2, SiO2i CaCO3.
3. W wyniku procesu hydratacji i karbonatyzacji redukcji uleg³y wszystkie badane zanie-czyszczenia, a pH uleg³o znacznej redukcji.
Ze wzglêdu na du¿¹ zmiennoœæ sk³adu, popio³y te s¹ w ograniczonym stopniu stosowane gospodarczo pomimo ich znacznych iloœci. Mineralna sekwestracja CO2mo¿e byæ metod¹
LITERATURA
B a c i o c c h i R., C o s t a G., P o l e t t i n i A., P o m i R., P r i g i o b b e V., 2009 – Comparison of different reaction routes for carbonation of APC residues. Energy Procedia 1, p. 4851–4858.
C o s t a G., B a c i o c c h i R., P o l e t t i n i A., P o m i R., H i l l s C.D., C a r e y P.J., 2007 – Current status and perspectives of accelerated carbonation process on municipal waste combustion residues. Environ. Monit. Assess 135, p. 55–75.
D e j a J., 2002 – Immobilization of Cr6+, Cd2+, Zn2+and Pb2+in alkali-actived slag binders. Cement and Concrete
Research 32, p. 1971–1979.
D e S i l v a P., B u c e a L., S i r i v i v a t n a n o n , 2009 – Chemical, microstructural and strength development of calcium and magnesium carbonate binders. Cement and Concrete Research 39, p. 460–465.
Emitor 2009. Emisja Zanieczyszczeñ Œrodowiska w Elektrowniach i Elektrociep³owniach Zawodowych, Agencja Rynku Energii, Warszawa, 2010.
F e r n a n d e z B e r t o s M., S i m o n s S.J.R., H i l l s C.D., C a r e y P.J., 2004 – A review of accelerated carbonation technology in the treatment of cement-based materials and sequestration of CO2. Journal of
Hazardous Materials B112, p. 193–205.
G a s s e n N., B a u e r M., P e i f f e r S., 2010 – Carbonation of lignite fly ash at ambient T and p in a semi-dry reaction system. Third International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental and Materials Engineering, Turku (Finland), 29 November – 1 December 2010, p. 189.
G a w l i c k i M., G a l o s K., 2009 – Popio³y lotne z kot³ów konwencjonalnych. [W:] Mineralne surowce odpadowe, praca pod red. R. Neya. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków 2009.
G i e r g i c z n y Z., 2006 – Rola popio³ów lotnych wapniowych i krzemionkowych w kszta³towaniu w³aœciwoœci wspó³czesnych spoiw budowlanych i tworzyw cementowych. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Monografia nr 325, Kraków.
G i e r g i c z n y Z., K r ó l A., 2008 – Immobilization of heavy metals (Pb, Cu, Cr, Zn, Cd, Mn) in the mineral additions containing concrete composites. Journal of Hazardous Materials 160, p. 247–255.
K u r d o w s k i W., 2010 – Chemia cementu i betonu. Wyd. Polski Cement/Wyd. Naukowe PWN, Kraków/ /Warszawa 2010.
M a ³ o l e p s z y J., D e j a J., 1995 – Effect of heavy metals immobilization on properties of alkali actived slag mortars. Proceedings Fifth CANMET/ACI International Conference: Fly ash, silia fume, slag and natural pozzolans in concrete, Milwaukee, Wisconsin. Edited by V.M. Malhotra, vol. 2, p. 1087–1095.
R a j c z y k K., G i e r g i c z n y Z., G l i n i c k i M.A., 2004 – Use of DTA in the investigations of fly ashes from fluidized bed boilers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 77, p. 165–170.
R e e d e r R.J., 1996 – Interaction of divalent cobalt, zinc, cadmium and barium with calcite surface during layer growth. Geochimica et Cosmochimica Acta vol.60, No. 9, p. 1543–1552.
R o m á n -R o s s G., C u e l l o G.J., T u r r i l l a s X., F e r n á n d e z -M a r t i n e z A., C h a r l e t L., 2006 – Arsenite sorption and co-precipitation with calcite. Chemical Geology 233, p. 328–336.
U b b r i a c o , C a l a b r e s e , 2000 – Hydration behaviour of mixtures of cement and fly ash mixtures with high sulphate and chloride content. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 61, p. 615–623. U l i a s z -B o c h e ñ c z y k A. (red.), M o k r z y c k i E., P i o t r o w s k i Z., P o m y k a ³ a R., 2007 – Sk³adowanie
CO2z zawiesinami popio³owo-wodnymi pod ziemi¹. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
U l i a s z -B o c h e ñ c z y k A., 2009 – Mineralna sekwestracja CO2w wybranych odpadach. Studia Rozprawy
Monografie nr 153, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
U l i a s z -B o c h e ñ c z y k A., C e m p a M., 2010 – A thermodynamic model of CO2sequestration in aqueous solutions of selected waste. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 26, z. 4, 2010, p. 119–132.
U l i a s z -B o c h e ñ c z y k A., 2010 – Mineral sequestration of CO2in suspensions containing mixtures of fly ashes
MINERALNA SEKWESTRACJA CO2PRZY ZASTOSOWANIU ZAWIESIN WODNYCH WYBRANYCH POPIO£ÓW LOTNYCH ZE SPALANIA WÊGLA BRUNATNEGO
S ³ o w a k l u c z o w e Mineralna sekwestracja, CO2, popio³y ze spalania wêgla brunatnego
S t r e s z c z e n i e
Popio³y lotne ze spalania wêgla brunatnego s¹ odpowiednim materia³em do sporz¹dzania zawiesin dla wi¹zania CO2na drodze mineralnej karbonatyzacji. Ze wzglêdu na ich ograniczone wykorzystanie gospodarcze,
mineralna sekwestracja CO2, jako etap technologii CCS dla elektrowni spalaj¹cych wêgiel brunatny, mo¿e byæ
dobrym sposobem ich zagospodarowania. Do badañ mineralnej sekwestracji CO2wykorzystano popio³y lotne ze
spalania wêgla brunatnego w Elektrowni P¹tnów charakteryzuj¹ce siê wysok¹ zawartoœci¹ tlenku wapnia i wol-nego CaO. Badania sk³adu fazowego zawiesin potwierdzi³y zachodzenie procesu karbonatyzacji, któremu uleg³ ca³y wodorotlenek wapnia zawarty w „czystych” zawiesinach popio³owych. Stopieñ zwi¹zania CO2okreœlono
na podstawie badañ termograwimetrycznych, stwierdzaj¹c wzrost zawartoœci CaCO3w zawiesinach po
wpro-wadzeniu do nich ditlenku wêgla. Konsekwencj¹ karbonatyzacji jest równie¿ obni¿enie pH zawiesiny. W ba-danych zawiesinach stwierdzono zmniejszenie wymywalnoœci wszystkich zanieczyszczeñ. Uzyskane wyniki porównano z rezultatami wczeœniej przeprowadzonych badañ popio³ów z tej samej elektrowni, ale ró¿ni¹cych siê sk³adem chemicznym. Badania potwierdzi³y, ¿e zawiesiny wodne popio³ów ze spalania wêgla brunatnego w Elektrowni P¹tnów, niezale¿nie od ich sk³adu, charakteryzuj¹ siê wysokim stopniem karbonatyzacji.
MINERAL SEQUESTRATION OF CO2USING WATER SUSPENSIONS OF SELECTED FLY ASHES FROM THE COMBUSTION OF LIGNITE COAL
K e y w o r d s
Mineral sequestration, carbon dioxide, ashes from lignite combustion
A b s t r a c t
Fly ashes from the combustion of lignite coal are suitable materials for the creation of suspensions in which CO2is bound by mineral carbonation. Considering their limited economic uses, mineral sequestration, as a stage of
theCCS technology in lignite coal power plants, can be a way of recycling them. Mineral sequestration of CO2was researched using fly ashes from the combustion of lignite coal in the P¹tnów power plant, distinguished by a high content of CaO and free CaO. Research into phase composition confirmed the process of carbonation of the whole calcium hydroxide contained in pure suspensions. The degree of CO2binding was determined on the basis of
thermogravimetric analysis. A rise in the content of CaCO3was found in the suspensions after subjecting them to
the effects of carbon dioxide. Following carbonation the pH is lowered. A reduction in the leaching of all pollutants was discovered in the studied ashes.
The results obtained were compared to earlier research of ashes from the same power plant but with a different chemical composition. Research confirmed that water suspensions of ashes from the combustion of lignite coal in the P¹tnów power plant are distinguished for a high degree of carbonation.
