Carbonate associated minerals and possibilities for their utilization as SO2 sorbents (on the example „Bełchatów" lignite deposit)

W pracy przedstawiono rezultaty badań jurajskich wapieni i mioceńskiej kredy jeziornej - kopalin towarzyszących w złożu węgla brunatnego Bełchatów. Celem badań było wykazanie przydatności badanych kopalin towarzyszących jako sorbentów mineralnych w technologiach odsiarczania stosowanych w przemyśle energetycznym. Realizacja celów badawczych wymagała zastosowania kompleksowej metodyki badawczej obejmującej badania mineralogiczno-petrograficzne, chemiczne, fizykochemiczne (oznaczenie białości, kinetyki rozpuszczania kalcytu, współczynników reaktywności (RI) sorpcji bezwględnej (CI)) oraz fizykomechaniczne (m.in. Indeks pracy Bonda). Dominującym składnikiem mineralnym badanych wapieni jest kalcyt. Zawartość CaCO3 zawiera się w przedziale 91,11-99,15% wag. i wynosi średnio 97,14% wag. Wapienie będą mogły zostać wykorzystane zarówno w mokrych, jak i suchych technologiach odsiarczania gazów, w tym również w paleniskach fluidalnych. Białość kształtuje się na poziomie 72,4. Ponadto badane wapienie charakteryzują się znaczną prędkością rozpuszczania kalcytu. Oznaczone wartości parametrów reaktywności (RI = 2,3 mol Ca/mol S) i sorpcji bezwględnej (CI = 126 gS/1000g sorbentu) spełniają wymagania stawiane sorbentom przemysłowym (RI 120 gS/1000g sorbentu). Również wyniki badań energochłonności procesu mielenia (Wi od 7,03 do 12,90 kWh/Mg) odpowiadają innym tego typu surowcom dostępnym na rynku krajowym. Kreda jeziorna występuje w złożu Bełchatów w trzech odmianach litologicznych. Dominują odmiany biała i zawęglona; zsylifikowana występuje sporadycznie. Poszczególne odmiany są eksploatowane wspólnie i składowane na złożach antropogenicznych. Głównym składnikiem mineralnym wszystkich odmian kredy jeziornej jest kalcyt. Jednak skład chemiczny wskazuje na możliwość ich wykorzystania w roli sorbentu SO2 tylko w paleniskach fluidalnych. Wartości wskaźników sorpcji bezwzględnej i reaktywności odmiany białej (RI = 1,63 mol Ca/mol S; CI = 185 gS/1000g sorbentu) i zawęglonej (RI = 1,43 mol Ca/mol S; CI = 124 gS/1000g sorbentu) pozwalają ocenić zdolności sorpcyjne kredy jeziornej jako znakomite, znacznie przewyższające parametry dostępnych na rynku krajowym sorbentów przemysłowych. Kreda jeziorna zsylifikowana jest sorbentem niskiej jakości (RI = 7,30 mol Ca/mol S; CI = 15 gS/1000g sorbentu) ale z racji niewielkiego udziału w bilansie zasobów nie ma to znaczenia.The paper presents the results of research of Jurassic limestone and Miocene lacustrine chalk - the associated minerals in the "Bełchatów" lignite deposit. The aim of the study was to demonstrate the usefulness of the studied associated minerals as mineral sorbents in desulfurization technologies used in the energy industry. The research objectives' realization required the use of complex research methodology including mineralogical and petrographic studies, chemical analysis, physico-chemical (determination of whiteness, calcite dissolution kinetics, indices of reactivity (RI), and absolute sorption (CI)), and physico-mechanical ones (including the Bond work index). Calcite is the predominant mineral component in the limestone. CaC03 content is in the range of 91.11-99.15% by weight, and an average of 97.14% by weight. Limestone could be used both in wet and dry flue gas desulfurization technologies including fluidized bed combustion furnaces. The whiteness is 72.4. In addition, the limestone is characterized by a high rate of dissolution of calcite. The marked values of reactivity (RI = 2.3 mol Ca/mol S) and absolute sorption (CI = 126 gS/1000g of sorbent) meet the requirements of industrial sorbents (RI 120 gS / 1000 g of sorbent). Also, the results of the energy intensity of the grinding process (Wi from 7.03 to 12.90 kWh / Mg) correspond to other raw materials available on the domestic market. The lacustrine chalk occurs in the deposit in three lithological varieties. White and coaled varieties dominate, while silicified varieties occur sporadically. The different varieties are exploited together and stored in anthropogenic deposits. The main mineral ingredient of all varieties of lacustrine chalk is calcite. However, the chemical composition indicates its usefulness as a SO2 sorbent in fluidized bed combustion furnaces only. The values of absolute sorption and reactivity of white (RI = 1.63 mol Ca /mol S; CI = 185 GS / 1000g sorbent) and coaled varieties (RI = 1.43 mol Ca / mol S; CI = 124gGS / 1000g of sorbent) enable one to characterize the sorption capacity of lacustrine chalk as excellent, far exceeding the parameters of industrial sorbents available on the domestic market. The silicified lacustrine chalk is sorbent of low quality (RI = 7.30 mol Ca/mol S; CI = 15 gS / 1000g sorbent), which due to its small share in the balance of resources has no importance