Zmiana odporności na miażdżenie kruszywa granulowanego otrzymanego z popiołów lotnych z kotłów fluidalnych przetworzonych w atmosferze CO2 i sezonowanych w warunkach podwyższonej wilgotności

Abstrakt

Celem badań przedstawionych w artykule było zbadanie, jak środowisko powietrza o dużej wilgotności zmienia odporność na miażdżenie granulowanego karbonizowanego popiołu lotnego z kotła fluidalnego. Założono, że odporność na miażdżenie wpływa na sposób jego wykorzystania w geoinżynierii jako substytut kruszywa naturalnego. W artykule przedstawiono wyniki badań granulatu otrzymanego w wyniku trójfazowej reakcji karbonatacji dwutlenkiem węgla oraz procesu granulacji w wielofunkcyjnym granulatorze obrotowym. Otrzymany produkt poddano ekspozycji przez okres trzech lat w warunkach atmosfery chodnika kopalni doświadczalnej. Wilgotność powietrza wahała się od 76% do 98%, a temperatura od ok. 6°C do ok. 14°C. Badania odporności na miażdżenie próbek przeprowadzono przy użyciu prasy hydraulicznej SCHIMADZU AGX-300kN VINSTON (USA). Badania mineralogiczne przeprowadzono metodą dyfraktometrii proszkowej (DSH) z wykorzystaniem geometrii Bragga Brentano.  Zastosowano dyfraktometr Bruker D8 Discover, promieniowanie CuKa, filtr Ni i detektor LYNXEYE_XE na miażdżenie badanych  próbek, powodując jego wzrost z 5 MPa do 7,4 MPa, tj. o ok. 32,4%. Wzrost odporności na miażdżenie interpretowano jako skutek wytworzenia się po okresie naświetlania stosunkowo dużych ilości gipsu w składzie granulatu. Badania mineralogiczne prowadzą także do wstępnego wniosku, że rolę w tym procesie odgrywają także kalcyt i ettringit. Postawiono hipotezę, że kalcyt jest czynnikiem wiążącym na etapie procesu karbonatyzacji. Założyliśmy, że później także ta faza bierze udział w procesie krystalizacji ettringitu poprzez zastąpienie części jonów siarczanowych (SO32-) jonami CO₃^2-. W wyniku tego procesu warunki równowagi termodynamicznej w ettringicie mogą ulec zmianie, co sprzyja krystalizacji gipsu. Zagadnienie to będzie przedmiotem dalszych badań. Przeprowadzone badania i analizy wykazały, że granulacja popiołów lotnych z kotłów fluidalnych w atmosferze dwutlenku węgla może być perspektywiczną metodą ich zagospodarowania w połączeniu z utylizacją CO₂. Idea ta jest spójna ze strategią UE dotyczącą gospodarki o obiegu zamkniętym (CE) oraz sekwestracji i utylizacji dwutlenku węgla (CCS/CCSU).