Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO

1. Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO „Centrum výzkumu integrovaného systému využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin“ (CVVP) Příprava a testování modifikovaných silikátových materiálů Dílčí cíl V001 Výzkum nových silikátových materiálů na bázi geopolymerů, syntetických zeolitů, modifikovaných silikátových materiálů 7. – 8. 12. 2010

2. Výzkum nových silikátových materiálů na bázi geopolymerů, syntetických zeolitů, modifikovaných silikátových materiálů • Struktura provedených prací • Výběr optimálního molárního zastoupení složek SiO2 a Al2O3 z lokálních velkoobjemových VEP – Popílků po spalování tuhých paliv. Poměr základních makrokomponent: Fe2O3, Al2O3, SiO2, CaO, MgO. • Laboratorní syntéza materiálu na bázi VEP. Popis kvalitativních parametru modifikovaných struktur. • Vyhodnocení funkčních vlastností vstupních a modifikovaných struktur v sorpčních testech.

3. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení • Použité materiály • vzorky vstupních materiálů byly vysušeny při 105°C • chemismus: WD XRF spektrometrie • RTG difrakční analýza FAM: 1.84%, Magnetit – 3.6%, Periklas – 4.85%, 41.20% křemenné fáze a 49% Mulitu.

4. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení • Modifikace struktury VEP • Modifikace struktury VEP FAM • Vzorky vstupních materiálů byly vysušeny při 105°C – zrnitostní analýza – stabilita výsledků. • Poměr ve fázi Si/Al. • Pro modifikační přeměnu byla využita kumulativní zrnitost <125mm.

5. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení • Modifikace struktury VEP • Modifikace struktury VEP FAM • roztok NaOH o molaritě 1, 3 a 6M. • Poměr 1:10 hmotnostních dílů. • teplota: 50, 75 a 100°C po dobu 24 hodin. Druhá fáze pouze 98±2°C po dobu 24 hodin.

6. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení • Struktura: vstupní, 1M a 6M materiál Změny v obsazích CaO a Al2O3 při nárůstu molarity roztoků jsou v přímé souvislosti s rozkladnými a srážecími reakcemi spojenými s formováním hydratovaných Ca-alumosilikátů, event. etringitu a protladitu. Oxidy K, Al a Si se vlivem alkalizace rozotku účastní formace nových fází – umělých zeolitů jako hydroxy-sodalitu a/nebo clinoptiolitu.

7. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení • Provedena charakteristika vstupního materiálu, modifikovaných forem a standardů. • Ohodnocení stability výsledků spot testu MB. • Výsledky představují doplnění chemismu a strukturních vlastností: podklad pro sorpční analýzu (zejména FAM a FFO). • Podíl SiO2 a Al2O3 na vývoji měrného povrchu. Příspěvek k celkové CEC << jíly-zeolity. (forma sorpce x zpětná hydratace x povrchové vlastnosti - vazba). • Vliv molarity roztoků na modifikaci SSA a CEC.

8. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení Sorpční aktivita vstupních a modifikovaných struktur - Účelem provedených prací bylo doplnění popisných vlastností o kvantitativní stránku využití vstupních a modifikovaných VEP. - Testovací metodika byla postavena na základech aktivity materiálů vystavených různým koncentracím roztoků o známém složení. - Analytický vzorke vstupních a modifikovaných forem popílků byl míchán v poměru 1g materiálu na 10ml roztoku KH2PO4. Koncentrace roztoků byly 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 3.0, a 6.0 gP/l. - Vzorky byly kontinuálně míchány při teplotě 21°C po dobu 24hodin. - Provedení analýzy filtrovaných roztoků a tuhé fáze (WD XRF a Spektrofotometrického stanovení fosforečnanů v kapalných vzorcích.

9. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení • Imobilizace fosforečnanů pomocí vstupních nemodifikovaných struktur - Podíl sorpce CaO na celkové sorpční kapacitě > povrchové vlastnosti. - Oxidy Fe a Al, přispívají k sorpci (zastoupení dle chemismu u každého popílku jiné - FAE nejnižší zastoupení. Langmuirova izoterma Y/M=(abC)/1+aC Výsledky lineární regrese trendu sorpce fosforečnanů.

10. Příprava modifikovaných materiálů • Chemismus - Syntéza – Vyhodnocení • Imobilizace fosforečnanů pomocí modifikovaných struktur - Vliv modifikace na sorpční mechanismus patrný až při vyšších koncentracích P v roztoku. - minimální molarity roztoků pro modifikace nepřináší v režimu beztlakové modifikace výrazný nárust povrchové aktivity. Výsledky lineární regrese trendu sorpce fosforečnanů.

11. Zhodnocení výsledků Tři různé popílky po spalování tuhých paliv s rozdílnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi ukazují rozdílné chování při aktivní sorpci. Fluidní popílky vykazují nejvyšší aktivitu při sorpčních procesech. Vlivem vyššího obsahu CaO, je tento materiál méně vhodnou vstupní surovinou pro tvorbu modifikovaných struktur – snížení molarity alkalických roztoků vlivem vazby Ca s hydroxidy. U nemodifikovaných struktur FFO je maximální hodnota sorpce závislá na kvalitě materiálu, kdežto u modifikovaných struktur FAM na molaritě roztoků a jejich kvantitě. Řízené modifikace struktur v tlakovém režimu - alkalické prostředí + alkalické prostředí s předchozí aktivací kyselinami + kyselý rozklad materiálu s dotací stechiometrického množství Na2O, SiO2 a K2O.

12. Dílčí cíl V001 Výzkum nových silikátových materiálů na bázi geopolymerů, syntetických zeolitů, modifikovaných silikátových materiálů Publikační výstupy Phosphorusremoval from water using fly ash and modificated fly ash - comparison of X-ray fluorescence spectrometry and standard spectrophotometricmethods Mineralogy and microstructure of sludge stabilised with fly coal ash and Portland cement Old coal refuse heaps – possible sources of opening materials for the ceramic industry

13. Dílčí cíl V001 Výzkum nových silikátových materiálů na bázi geopolymerů, syntetických zeolitů, modifikovaných silikátových materiálů Děkuji za pozornost.