Effect of alkali activation on coal fly ash and its role in microwave-sintered ceramic for radionuclide immobilization

Streszczenie Elektrownie i elektrociepłownie stosujące węgiel jako paliwo mają istotne znaczenie jako źródła energii, choć z drugiej strony wytwarzają duże ilości popiołów lotnych ze spalania węgli. Tylko mała część tych popiołów jest użytkowana jako surowce odpadowe. Zazwyczaj popioły lotne są depo- nowane w osadnikach, co stwarza poważne zagrożenie środowiskowe. Możliwości zagospodarowania popiołów lotnych stwarza przede wszystkim przemysł materiałów budowlanych; tym niemniej użyt- kowanie popiołów lotnych z podwyższoną zawartością niespalonych cząstek węgla, co wyraża się wartością straty prażenia, jest ograniczone do popiołów wykazujących stratę prażenia 2-5% zgodnie z europejską normą EN 206-1. Dlatego też popioły lotne z wysoką zawartością niespalonych cząstek węgla są deponowane w osadnikach. Depozycja popiołów lotnych, biorąc pod uwagę także czynniki egzogeniczne i biogeniczne, powoduje zmiany składu chemicznego i fazowego popiołów, co powo- duje, że możliwości ich późniejszego wykorzystaniajako surowce odpadowe,jeszcze bardziej maleją. Obecnie, jedyną możliwością użytkowania popiołów lotnych wykazujących wysoką stratę prażenia, jest synteza geopolimerów. Te nowe materiały nieorganiczne są otrzymywane w wyniku reakcji nie- organicznej polikondensacj i glinokrzemianów z krzemianem sodu w środowisku wysoce alkalicznym. Praca zajmuje się produkcją spoiw geopolimerowych otrzymywanych w wyniku aktywacji alka- licznej popiołów lotnych pochodzących z bieżącej działalności oraz ze zwałowiska. Popioły lotne pochodzą ze spalania węgla kamiennego w kotłach pyłowych, wykazując wysoką zawartość niespa- lonych cząstek węgla. Wartość straty prażenia w tych popiołach przekracza 20%. Są one aktywowane alkalicznie roztworami wodorotlenku sodowego i szkła wodnego. Analizowano zależność wytrzy- małości na ściskanie syntetyzowanych geopolimerów od stosunku SiO2/Na2O, zawartości Na2O i zawartości wody. Wytrzymałość na ściskanie aktywowanych alkalicznie popiołów lotnych de- ponowanych (DPA) i z bieżącej działalności (FFA) wynosi odpowiednio 39,8 MPa i 46,8 MPa po 7 dniach i wzrasta z czasem.

Download Full-text

Chemical Stability and Leaching Behavior of One-Part Geopolymer from Soil and Coal Fly Ash Mixtures

Minerals ◽

10.3390/min8090411 ◽

2018 ◽

Vol 8 (9) ◽

pp. 411 ◽

Cited By ~ 9

Author(s):

April Tigue ◽

Roy Malenab ◽

Jonathan Dungca ◽

Derrick Yu ◽

Michael Promentilla

Keyword(s):

Fly Ash ◽

Chemical Stability ◽

Coal Fly Ash ◽

Embodied Energy ◽

Synthesis Process ◽

Attractive Alternative ◽

Alkali Activation ◽

Acid Attack ◽

X Ray ◽

Stabilized Soil

Aluminosilicate minerals have become an important resource for an emerging sustainable material for construction known as geopolymer. Geopolymer, an alkali-activated material, is becoming an attractive alternative to Portland cement because of its lower carbon footprint and embodied energy. However, the synthesis process requires typically a two-part system for alkali activation wherein the solid geopolymer precursor is mixed with aqueous alkali solutions. These alkali activators are corrosive and may be difficult to handle in the field-scale application. In this study, a one-part geopolymer in which coal fly ash was mixed with solid alkali activators such as sodium hydroxide and sodium silicate to form a powdery cementitious binder was developed. This binder mixed with soil only requires water to form the soil-fly ash (SO-CFA) geopolymer cement, which can be used as stabilized soil for backfill/foundation. This geopolymer product was then evaluated for chemical stability by immersing the material with 5% by weight of sulfuric acid solution for 28 days. Indication suggests that the geopolymer exhibited high resistance against acid attack with an observed increase of unconfined compressive strength even when the immersion time in acidic solution was increased to 56 days. The mineralogical phase, microstructure, and morphology of the material were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, and scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), respectively. Results not only confirmed the formation of gypsum due to acid attack but also indicated the dissolution of anorthite and albite that may have caused the microstructure to be composed of sodium aluminosilicate hydrate (N–A–S–H) and calcium (alumino) silicate hydrate (C(–A)–S–H) with poly(ferro-sialate-siloxo) and poly(ferro-sialate-disiloxo) networks. A column leaching test with deionized water was also performed on the soil-fly ash geopolymer to study the leachability of metals in the material. Results showed that arsenic exhibits higher mobility in the geopolymer as compared to that of cadmium, chromium, and lead.

Download Full-text

Effect of Curing Temperature on the Alkali Activation of German Brown Coal Fly Ash

RILEM Bookseries - Proceedings of the 3rd RILEM Spring Convention and Conference (RSCC 2020) ◽

10.1007/978-3-030-76551-4_7 ◽

2021 ◽

pp. 69-77

Author(s):

David W. Law ◽

Patrick Sturm ◽

Gregor J. G. Gluth ◽

Chamila Gunasekara

Keyword(s):

Fly Ash ◽

Brown Coal ◽

Coal Fly Ash ◽

Curing Temperature ◽

Alkali Activation

Download Full-text

S181 Extraction of Aluminum from Coal Fly Ash by Alkali Activation with Microwave Heating

Journal of Residuals Science and Technology ◽

10.12783/issn.1544-8053/13/2/s26 ◽

2016 ◽

Vol 13 (2) ◽

pp. S181-S187

Author(s):

Nengsheng Liu ◽

Jinhui Peng ◽

Libo Zhang ◽

Shixing Wang ◽

Shaojun Huang ◽

...

Keyword(s):

Fly Ash ◽

Microwave Heating ◽

Coal Fly Ash ◽

Alkali Activation

Download Full-text

Glass-Ceramic Foams from ‘Weak Alkali Activation’ and Gel-Casting of Waste Glass/Fly Ash Mixtures

Materials ◽

10.3390/ma12040588 ◽

2019 ◽

Vol 12 (4) ◽

pp. 588 ◽

Cited By ~ 3

Author(s):

Acacio Rincón Romero ◽

Nicoletta Toniolo ◽

Aldo Boccaccini ◽

Enrico Bernardo

Keyword(s):

Fly Ash ◽

Coal Fly Ash ◽

Soda Lime ◽

Soda Lime Glass ◽

Alkali Activation ◽

Ceramic Foams ◽

Mechanical Stirring ◽

Gel Casting ◽

Alumino Silicate ◽

Crystal Phases

A ‘weak alkali activation’ was applied to aqueous suspensions based on soda lime glass and coal fly ash. Unlike in actual geopolymers, an extensive formation of zeolite-like gels was not expected, due to the low molarity of the alkali activator (NaOH) used. In any case, the suspension underwent gelation and presented a marked pseudoplastic behavior. A significant foaming could be achieved by air incorporation, in turn resulting from intensive mechanical stirring (with the help of a surfactant), before complete hardening. Dried foams were later subjected to heat treatment at 700–900 °C. The interactions between glass and fly ash, upon firing, determined the formation of new crystal phases, particularly nepheline (sodium alumino–silicate), with remarkable crushing strength (~6 MPa, with a porosity of about 70%). The fired materials, finally, demonstrated a successful stabilization of pollutants from fly ash and a low thermal conductivity that could be exploited for building applications.

Download Full-text