Evaluation of environmental impact of fly ash (based on results of experimental extraction)

Popiół lotny oraz materiał po odsiarczaniu spalin są jednymi z ubocznych produktów spalania węgla w elektrowniach. Popiół lotny znalazł zastosowanie w przemyśle, dzięki czemu nie jest traktowany jako odpad. Używany jest jako dodatek do materiałów budowlanych, pod budowę parkingów, itp. Może być również używany do wytwarzania zeolitów. Należy jednak zwrócić uwagę na skład chemiczny popiołu lotnego i jego potencjalne oddziaływanie na środowisko. Aby to ocenić należy, wyekstrahować frakcje, które są mobilne i mogą wpływać na środowisko. Próbki zostały poddane analizom za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego; mikroskopu elektronowego skaningowego z detektorem elektronów wtórnych oraz wstecznie rozproszonych i spektrometrem dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego; spektrometrii mas sprzężonej z plazmą wzbudzaną indukcyjnie; atomowej spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem w plazmie indukowanej oraz za pomocą LECO określono stratę podczas prażenia oraz zawartość węgla i siarki. Skład chemiczny badanego popiołu lotnego jest porównywalny z podobnymi materiałami z innych części Polski oraz świata. W wyniku badań SEM-SE oraz SEM-BSE zaobserwowano w popiele dominację kulek o różnych wielkościach (od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów), które były puste, wypełnione mniejszymi kulkami lub pełne. Są to kuliste formy glinokrzemianowe z domieszkami innych pierwiastków np. wapnia, magnezu, żelaza, sodu. Materiał po odsiarczaniu spalin występował przede wszystkim jako włókniste siarczany z glinokrzemianami. Aby lepiej ocenić wpływ na środowisku popiołu lotnego, został on poddany ekstrakcji sekwencyjnej. Uzyskane wyniki wskazują, że we frakcji najbardziej mobilnej najwięcej jest sodu i wapnia; we frakcji drugiej, czyli związanej z tlenkami metali i węglanami – magnezu; wapnia oraz krzemu; frakcja trzecia, związana z materią organiczną jest również zdominowana przez krzem oraz metale ziem alkalicznych; ostatnia frakcja – resztkowa, jest frakcją trudnomobilną, w której dominują glin, żelazo oraz mangan. Ekstrakcja sekwencyjna pozwala ocenić, czy pierwiastki mogą być zagrożeniem dla środowiska (frakcje mobilne) czy ich występowanie w popiele lotnym może nie szkodzić otoczeniu (frakcje trudnomobilne). Badany popiół lotny nie zawierał wysokich koncentracji, niebezpiecznych metali ciężkich czy pierwiastków kancerogennych w frakcjach łatwo przenikających do środowiska.Fly ash and material after flue gas desulphurisation are the by-products of coal combustion in power plants. Fly ash is used in numerous branches of industry, so it isn’t waste. It is used as an additive to building materials, for construction of parking lots, etc. It can also be used to produce zeolites. Attention should be paid to the chemical composition of fly ash and his potential impact on the environment. To evaluate it, we need to extract fractions that are mobile and can affect the environment. The samples were analyzed using an X-ray diffractometer; scanning electron microscope with secondary and backscattered electron detectors and energy dispersive X-rays spectrometry; inductively coupled plasma mass spectrometry; inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy and using LECO was determined the loss of ignition and content of carbon and sulfur. His chemical composition is comparable with similar materials from other parts of Poland and the world. The research SEM-SE and SEM-BSE observed predominant number of spherical particles of different sizes (from a few to tens of micrometers) which were empty, filled with another spherical particles or full. They are spherical aluminosilicate forms with admixtures of other elements, e.g. calcium, magnesium, iron, sodium. The material after flue gas desulphurisation occurred primarily as fibrous sulphates with aluminosilicates. To better assess the impact of the fly ash on environment, it was subjected to sequential extraction. The obtained results indicate that in the most mobile fraction is most of sodium and calcium; in the second fraction, that is associated with metal oxides and carbonates – magnesium; calcium and silicon; the third fraction related to organic matter is also dominated by silicon and alkaline earth metals; the last residual fraction is a hard-mobile fraction dominated by aluminum, iron and manganese. Sequential extraction allows assessing whether elements can be a threat to the environment (mobile fractions) or whether their occurrence in fly ash can not harm the environment (hard-mobile fractions). This fly ash did not contain a lot and dangerous heavy metals or carcinogenic elements in fractions easily penetrating into the environmen