PL187587B1

PL187587B1 - Utilised waste material from power plant flue gas desulphurisation process for use in reclaiming biologically degraded land areas

Info

Publication number: PL187587B1
Application number: PL98324837A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Martynuska; Zbigniew Góralczyk; Leszek Krzemień
Original assignee: Energoprojekt
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2004-08-31
Also published as: PL324837A1

Abstract

Zutylizowany odpad odsiarczania spalin ze spalania węgla energetycznego do re- <3 kultywacji zdegradowanych biologicznie terenów, wykorzystujący poreakcyjne produkty odsiarczania spalin ze spalania węgla energetycznego, popiół elektrowniany, związki wapnia oraz wodę, znamienny tym, że stanowi mieszaninę suchych składników, zawierającą od 81% do 49% części wagowych poreakcyjnych produktów z półsuchego odsiarczania spalin, od 12% do 49% części wagowych popiołów elektrownianych, od 2% do 7% części wagowych wapna gaszonego Ca(OH)2 ze ściekami elektrownianymi lub wodą w ilości od 30% do 37% masy suchej mieszaniny, o wartości stopnia zagęszczenia Id > 0,55.The utilized flue gas desulphurization waste from the combustion of steam coal to <3 cultivation of biologically degraded areas, using post-reaction products flue gas desulphurization from power coal combustion, power station ash, compounds calcium and water, characterized in that it is a mixture of dry ingredients, including from 81% to 49% by weight of semi-dry desulfurization post-reaction products flue gas, 12% to 49% parts by weight of power station ash, 2% to 7% parts by weight of slaked lime Ca (OH) 2 with power station wastewater or water in an amount from 30% to 37% of the dry mixture mass, with the value of the concentration degree Id> 0.55.

Description

Przedmiotem wynalazku jest zutylizowany odpad odsiarczania spalin ze spalania węgla energetycznego do rekultywacji zdegradowanych biologicznie terenów, znajdujący zastosowanie w dziedzinie energetyki przy zagospodarowywaniu odpadów elektrownianych oraz w gospodarce komunalnej przy zabezpieczeniu odpadów komunalnych i przemysłowych przed szkodliwymi wyziewami do atmosfery oraz wypłukiwaniem szkodliwych substancji do środowiska.The subject of the invention is the utilized flue gas desulphurization waste from the combustion of power coal for the reclamation of biologically degraded areas, used in the field of energy in the management of power plant waste and in municipal management to protect municipal and industrial waste against harmful fumes into the atmosphere and leaching of harmful substances into the environment.

Składowanie produktów poreakcyjnych z odsiarczania spalin ze spalania węgla energetycznego mimo specjalnych rozwiązań składowisk, na przykład uszczelnianych foliowo jest oceniane negatywnie jako system degradacji środowiska. Dlatego unieszkodliwianie odpadów elektrownianych odbywa się poprzez rozwój technologii mających na celu zagospodarowanie produktów poreakcyjnych jako surowców mineralnych i zamienników mas ziemnych w zależności od ich składu i własności fizyko-mechanicznych.The storage of post-reaction products from flue gas desulphurization from power coal combustion, despite special landfills, for example sealed with foil, is negatively assessed as a system of environmental degradation. Therefore, the neutralization of power plant waste takes place through the development of technologies aimed at the management of post-reaction products as mineral raw materials and substitutes for earth masses, depending on their composition and physical and mechanical properties.

Na przykład produkty poreakcyjne odsiarczania mokrego, w których występuje uwodniony siarczan wapnia CaSO4 x 2 H2O w ilości powyżej 90%, są wykorzystywane jako substytut gipsu budowlanego. Produkty poreakcyjne odsiarczania zawierające oprócz gipsu również siarczyn wapnia CaSO3, są stosowane do wytwarzania materiałów budowlanych oraz cegły wapienno-piaskowej. Znana jest wyprodukowana według amerykańskiej technologii cegła wapienno-piaskowa zawierająca odpady odsiarczania spalin dolomitem, w ilości 50% stanowiące mieszaninę z piaskiem kwarcowym w ilości 50% oraz wody w ilości 20% suchej masy składników. Znany jest również skład cegły według amerykańskiej technologii zawierający zmieszane ze sobą odpady z suchego odsiarczania spalin wapieniami w ilości 93%, cement portlandzki 8% i pył aluminium 0,1%.For example, wet desulfurization post-reaction products with more than 90% of hydrated calcium sulfate CaSO4 x 2 H2O are used as a substitute for building gypsum. Desulphurization post-reaction products containing, apart from gypsum, also calcium sulphite CaSO3, are used in the production of building materials and sand-lime bricks. Known is a sand-lime brick produced according to the American technology, containing 50% dolomite flue gas desulfurization waste, which is a mixture with 50% quartz sand and 20% water in the amount of dry matter of ingredients. The composition of the brick according to the American technology is also known, containing mixed with each other waste from dry flue gas desulphurization with limestone in the amount of 93%, Portland cement 8% and aluminum dust 0.1%.

Znana jest z polskiego opisu zgłoszeniowego P-299324 sztuczna gleba przeznaczona do rekultywacji terenów zdegradowanych i skażonych wykonana na bazie skruszonych ekologicznie czystych i rolniczo przydatnych substancji występujących jako odpadowe w przemyśle wydobywczym, takich jak odpady poflotacyjne przemysłu siarkowego, łupki ilaste z przemysłu węglowego. Surowce te po wysuszeniu poddaje się rozdrobnieniu i homogenizacji a następnie dodaje się dodatki uszlachetniające.Artificial soil for the rehabilitation of degraded and contaminated areas is known from the Polish application description P-299324, made on the basis of crumbled, ecologically clean and agriculturally useful substances found as waste in the mining industry, such as flotation waste from the sulfur industry, clay shale from the coal industry. After drying, these raw materials are subjected to grinding and homogenization, and then additives are added.

Istota zutylizowanego odpadu półsuchego odsiarczania spalin ze spalania węgla energetycznego do rekultywacji zdegradowanych biologicznie terenów polega na tym, że stanowi mieszaninę suchych składników, zawierającą od 81% do 49% części wagowych poreakcyjnych produktów z półsuchego odsiarczania spalin, od 12% do 49% części wagowych popio187 587 łów lotnych, od 2% do 7% części wagowych wapna gaszonego Ca(OH)2 z elektrownianymi ściekami poreakcyjnymi lub wodą w ilości od 30% do 37% masy suchej mieszaniny, o wartości stopnia zagęszczenia Id > 0,55.The essence of the utilized waste of semi-dry flue gas desulphurization from the combustion of steam coal for the reclamation of biologically degraded areas is that it is a mixture of dry components, containing from 81% to 49% by weight of semi-dry flue gas desulfurization products, from 12% to 49% by weight of ash187 587 volatile catches, from 2% to 7% by weight of slaked lime Ca (OH) 2 with a power plant post-reaction sewage or with water in an amount of 30% to 37% of the dry mixture weight, with an Id> 0.55 concentration degree.

Według wynalazku użyte popioły lotne zawierają korzystnie 45%-55% krzemionki CaSO₄ od 15% do 25% tlenku magnezu MgO oraz 5% do 8% wapnia.According to the invention, the fly ash used comprises preferably 45% -55% CaSO _4, 15% to 25% magnesium oxide, MgO, and 5% to 8% calcium.

Zutylizowany odpad z półsuchego odsiarczania spalin stanowiący mieszaninę produktów poreakcyjnych odsiarczania, popiołów lotnych i wapnia hydratyzowanego ma postać silnie zagęszczonej pulpy, która pozbawiona ruchu jako układ tiksotropowy ulega stwardnieniu i zmineralizowaniu, bez wydzielenia wody nadmiarowej. Wiążące właściwości mieszaniny pozwalają na jej zastosowanie do stabilizacji gruntów i w robotach inżynierskich do uzupełniania wyrobisk piasku, kamienia gipsowego, anhydrytu.The recycled waste from semi-dry flue gas desulphurization, which is a mixture of desulphurization post-reaction products, fly ash and hydrated calcium, is in the form of highly thickened pulp which, without movement as a thixotropic system, becomes hardened and mineralized without the release of excess water. The binding properties of the mixture allow it to be used for soil stabilization and in engineering works to supplement sand, gypsum stone and anhydrite pits.

W trakcie badań stwierdzone zostało, że korzystny z uwagi na uzyskane właściwości, jest następujący procentowy udział składników mieszaniny.During the tests it was found that the following percentage share of the mixture components is favorable due to the obtained properties.

Przykład IExample I

Produkt poreakcyjnego odsiarczania półsuchego - 65%Product of post-reaction semi-dry desulfurization - 65%

Suche popioły lotne - 330%Dry fly ash - 330%

Wapno hydratyzowane - 4,6%Hydrated lime - 4.6%

Ścieki elektrowniane - 335%Power plant wastewater - 335%

Według wynalazku podawanie ścieków elektrownianych lub zamiennie wody jest realizowane dwustopniowo. Na początku procesu mieszania suchych składników mieszaniny ze ściekami elektrownianymi użytymi w ilości od 20% do 30% suchej masy składników oraz ponownie po nałożeniu mieszaniny o plastycznej konsystencji na rekultywowany grunt i po mechanicznym jej zagęszczeniu do uzyskania wartości stopnia zagęszczenia Id > 0,55 przykładowo 0,55, przy czym stopień zagęszczenia Id określony zgodnie z polską normą PN-B02481/98 stanowi zależność e — e _{Id =} _rnąxp _ p max min gdzie:According to the invention, the feeding of power plant wastewater or alternatively water is carried out in two stages. At the beginning of the process of mixing the dry components of the mixture with the power plant wastewater used in the amount of 20% to 30% of the dry mass of the components, and again after applying the mixture of plastic consistency to the reclaimed soil and after its mechanical compacting to obtain the concentration degree Id> 0.55, for example 0 , 55, where the degree of compaction Id determined in accordance with the Polish standard PN-B02481 / 98 is the relationship e - e _{Id =} _rnąxp _ p max min where:

e_ma₍ - oznacza wskaźnik porowatości maksymalnej uzyskanej przez najbardziej luźne usypanie gruntu, e_min - oznacza wskaźnik porowatości minimalnej uzyskanej przy największym zagęszczeniu gruntu e - wskaźnik porowatości naturalneje _m a ₍ - is the index of the maximum porosity obtained by the most loose soil pile, e _m in - is the index of the minimum porosity obtained with the highest compaction of the soil e - natural porosity index

Łączna ilość dodanej do stabilizatora wody wynosi 30%-37% przykładowo 35%. Doświadczalnie stwierdzono, że dla zapewnienia właściwego przebiegu tworzenia hydratów, doprowadzana ilość ścieków elektrownianych lub zamiennie wody musi być większa niż optymalna wilgotność gruntu rekultywowanego. W wyniku zagęszczenia mechanicznego mieszaniny następuje zbliżenie cząstek, co zapewnia wystąpienie reakcji wiązania, ponadto wymieszanie popiołu z wapnem hydratyzowanym powoduje, że produkt natychmiast po zagęszczeniu uzyskuje zdolności nośne. Według wynalazku, stwierdzone zostało, że po zagęszczeniu i ponownym doprowadzeniu ścieków elektrownianych lub zamiennie wody w zutylizowanym odpadzie zachodzą reakcje utwardzania, których przebieg zależy od-składu użytych popiołów paleniskowych odpowiedzialnych za przebieg reakcji pucolanowych. Stwierdzono, że wymagany do prawidłowego przebiegu reakcji pucolanych skład popiołu posiada 45%-55% krzemionki SiO około 15%-25% tlenku glinu AlO/MgO oraz około 5-8% tlenku wapnia CaO. Pierwsza faza twardnienia przebiega zgodnie z reakcją xCa(OH)2 + SiO2 + nH2O -► xCaOySiO2nH2O xCa(OH)2 + yAhOs + nH2O -» xCaOyAl₂O₃nH₂C) xCa(OH)2 + yFe2O₃ + nH2O -> xCaOyFe2O₃nH2OThe total amount of water added to the stabilizer is 30% -37%, such as 35%. It has been experimentally found that in order to ensure the proper course of hydrate formation, the supplied amount of wastewater from power plants or alternatively of water must be greater than the optimum humidity of the reclaimed soil. As a result of the mechanical thickening of the mixture, the particles are brought closer together, which ensures the binding reaction occurs, moreover, mixing the ash with hydrated lime causes the product to gain load-bearing capacity immediately after compacting. According to the invention, it has been found that after condensing and re-feeding the power plant wastewater or alternatively water in the utilized waste, hardening reactions take place, the course of which depends on the composition of the bottom ash used, responsible for the pozzolanic reactions. It was found that the ash composition required for the proper course of the pozzolan reactions was 45% -55% SiO silica, about 15% -25% aluminum oxide AlO / MgO and about 5-8% calcium oxide CaO. The first hardening phase follows the reaction xCa (OH) 2 + SiO2 + nH2O -► xCaOySiO2nH2O xCa (OH) 2 + yAhOs + nH2O - »xCaOyAl ₂ O ₃ nH ₂ C) xCa (OH) 2 + yFe2O ₃ + nH2O -> xCaOyFe2O ₃ nH2O

Druga faza twardnienia w obecności siarczynu wapniowego xCa(OH)2 + yAhO3 -> xCaOyAhO3zCaSO3nH2O + CaSOą2 H2OThe second hardening phase in the presence of calcium sulphite xCa (OH) 2 + yAhO3 -> xCaOyAhO3zCaSO3nH2O + CaSOą2 H2O

187 587187 587

W wyniku twardnienia w produkcie powstaje minerał ettringit, hydrat wapniowoglinowo-żelowy z dodatkowymi siarczanami, krzemionkami, chlorkami lub azotanami wapnia. Powstają ponadto fazy -calcium-aliminat monosulfat-hydrat, potlan-dit hydrat wapniowo silikatowy i kalcyt. Kwarc i siarczan wapnia działają jako wypełniacze a minerał ettringit jest środkiem akumulującym chlorki i pierwiastki śladowe jak żelazo Fe.As a result of hardening, the product forms the ettringite mineral, calcium aluminum gel hydrate with additional sulphates, silicas, chlorides or nitrates of calcium. Moreover, the phases -calcium-aliminate, monosulfate-hydrate, potlan-dite, calcium-silicate hydrate and calcite are formed. Quartz and calcium sulphate act as fillers and the mineral ettringit is a storage agent for chlorides and trace elements such as iron Fe.

Proces zestalania i twardnienia wymaga sezonowania zutylizowanego odpadu po wbudowaniu go w postaci plastycznej w rekultywowany teren w postaci uformowanej warstwy pokrywającej na przykład odpady komunalne lub w postaci wypełniacza wyrobisk lub uszkodzeń dróg. Stwierdzono, że zutylizowany odpad wbudowany w rekultywowany teren i sezonowany przez okres 1-go miesiąca wykazuje następujące wartości parametrów.The process of solidification and hardening requires the conditioning of the utilized waste after it has been incorporated in a plastic form into the reclaimed area in the form of a formed layer covering, for example, municipal waste, or as a filler of workings or road damage. It was found that the utilized waste built into the reclaimed area and seasoned for the period of 1 month shows the following parameter values.

- Wskaźnik wodoprzepuszczalności k określony zgodnie z polską normą PN-55/B04492 jako prędkość przepływu wody w odniesieniu do przekroju gruntu przy spadku hydraulicznym równym 1, stanowi wartość stałą dla zutylizowanego odpadu wbudowanego w rekultywowany teren i wynosi od 10'⁸ do 10'¹⁰ m/sek po 1 miesiącu sezonowania.- The water permeability index k determined in accordance with the Polish standard PN-55 / B04492 as the speed of water flow in relation to the soil cross-section with a hydraulic gradient equal to 1, is a constant value for the utilized waste built into the reclaimed area and ranges from 10 ' ⁸ to 10' ¹⁰ m / sec after 1 month of seasoning.

- Wymywalność określająca procentowo masę materiału rozpuszczoną w wodzie w stosunku do pierwotnej masy materiału, w przeliczeniu na masę suchą, przykładowo dla zutylizowanego odpadu wynosi 0,1-0,5% masy.- The leachability, which is the percentage of the mass of the material dissolved in water in relation to the original mass of the material, based on dry mass, for example for recycled waste, is 0.1-0.5% by mass.

- Wytrzymałość na ściskanie zutylizowanego odpadu wbudowanego w rekultywowany teren po 1-miesiącu sezonowania wynosi, 1-5 MN/m² a ciężar objętościowy szkieletu gruntowego po zagęszczeniu zawiera się w granicach 1,1-1,4 kg/m³.- The compressive strength of the utilized waste embedded in the reclaimed area after 1-month of seasoning is 1-5 MN / m ² and the volumetric weight of the soil skeleton after compaction is 1.1-1.4 kg / m ³ .

Wysoka wytrzymałość na ściskanie i niewielka wymywalność stwarzają ogromne możliwości wykorzystania zutylizowanego odpadu jako warstwy chroniącej przed nadmiernym wypłukiwaniem szkodliwych substancji ze składowisk odpadów oraz niwelacji terenu przez wypełnienie wyrobisk położonych powyżej powierzchni wód gruntowych, jako nieprzepuszczalnych membran do ochrony przed inflacją wód do składowisk odpadów komunalnych oraz odpadów przemysłowych.High compressive strength and low washability create great opportunities to use recycled waste as a layer protecting against excessive leaching of harmful substances from landfills and land leveling by filling workings located above the groundwater surface as impermeable membranes to protect against water inflation to municipal waste and waste landfills industrial.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. Utilized flue gas desulphurization waste from steam coal combustion for the reclamation of biologically degraded areas, using post-reaction flue gas desulphurization products from steam coal combustion, power station ash, calcium compounds and water, characterized by the fact that it is a mixture of dry components, containing from 81% to 49% parts by weight of post-reaction semi-dry flue gas desulphurization products, 12% to 49% parts by weight of power station ash, 2% to 7% parts by weight of slaked lime Ca (OH) 2 with power station wastewater or 30% to 37% by weight of water dry mixture, with the value of the concentration degree Id> 0.55.

2. Disposed of waste according to claim The process of claim 1, characterized in that the power plant ash used therein preferably comprises 45% -55% CaSO4 silica, 15% to 25% magnesium oxide, MgO, and 5% to 8% calcium.