Possible applications of energy waste for mineral sequestration of CO2

Abstract

Do badań stopnia sekwestracji ditlenku węgla wykorzystano wybrane odpady energetyczne charakteryzujące się wysoką zawartością CaO i wolnego CaO, tj.: popioły ze spalania węgla kamiennego i węgla brunatnego w kotłach konwencjonalnych, popioły ze spalania węgla kamiennego i brunatnego w kotłach fluidalnych, mieszaniny popiołów lotnych i odpadów stałych z wapniowych metod odsiarczania gazów odlotowych oraz odpady z odsiarczania metodą półsucha. Z przeprowadzonych badań wynika, że: 1. Wybrane odpady energetyczne są potencjalnie interesującym materiałem do wiązania CO2 na drodze mineralnej karbonatyzacji. 2. Maksymalnymi teoretycznymi pojemnościami związania CO2, obliczonymi za pomocą wzoru Steinoura, charakteryzują się: odpady z półsuchej metody odsiarczania z El. Siersza (34,93%), mieszanina popiołów lotnych z odpadami z odsiarczania z El. Rybnik (19,94%), natomiast najmniejszymi: popiół lotny ze spalania węgla kamiennego w Ec. Lublin (5,58%) i popiół fluidalny ze spalania węgla kamiennego w El. Jaworzno (7,62%). 3. Najwyższą zawartość kalcytu stwierdzono w zawiesinie z popiołem ze spalania węgla brunatnego w El. Pątnów (11,36%), a najniższą w zawiesinach z mieszaniną popiołów lotnych z odpadami z odsiarczania z El. Rybnik (0,38%). 4. Na bazie uzyskanych zawartości kalcytu, obliczono stopień karbonatyzacji dla badanych zawiesin. Najwyższy stopień związania CO2 stwierdzono dla zawiesin wodnych z popiołami lotnymi ze spalania węgla brunatnego w El. Pątnów (12,82%), a najniższy dla zawiesin z mieszaniną popiołów lotnych z odpadami z odsiarczania z El. Rybnik (0,43%). 5. Uwzględniając istotny aspekt przy analizie wykorzystania odpadów energetycznych do procesów mineralnej karbonatyzacji, jakim jest wpływ CO2 na zmianę pH i wymywalność zanieczyszczeń należy stwierdzić, że w przypadku zawiesin wodnych badanych odpadów energetycznych występuje redukcja wartości pH z 12÷13 do 8÷9 oraz obniżenie wymywalności niektórych pierwiastków ciężkich, takich jak: Cr, Pb, Zn, As i Cu.Mineral carbonation using energy waste may be an interesting option in the CCS technology. Taking into consideration the fact that the power industry is the biggest producer of carbon dioxide and at the same time of waste which may potentially be used to bind CO2, mineral sequestration can be an interesting option as the last stage of the CCS technology. Mineral sequestration using energetic waste is most often carried out as direct carbonation of aqueous waste suspensions - CO2. The article presents possible applications of chosen energetic waste in CO2 binding based on earlier research carried out by the authors. The paper describes suspension carbonation for waste such as: ashes from conventional boilers and fluidized beds from the combustion of bituminous and lignite coal, mixes of fly ashes with the products of semidry methods of flue gases' desulphurization, as well as waste from semidry methods of flue gases' desulphurization. All the kinds of waste presented in the article were characterized by a high content of CaO (between 5 and 50%) and free CaO (between 1 and 10%). The main product of carbonation in the studied suspensions was calcite. The content of calcite in the suspensions and the degree of carbonation (CO2 binding) was calculated based on thermogravimetric research. The highest degree of carbonation was found in suspensions containing ashes from the combustion of lignite coal in conventional boilers in the Pątnów power plant and the lowest degree in suspensions including mixes of fly ashes with waste from desulphurization in the Rybnik power plant. Mineral sequestration was not only presented by means of the degree of carbonation (CO2 binding), but also through the influence of CO2 on the phase composition of the studied aqueous waste suspensions. The influence of CO2 on waste leaching and on pH changes in aqueous waste suspensions was also pre-sented shortly. The basic carbonation reaction which results in the creation of calcite causes a lowering of pH. In the studied case of aqueous suspensions of energy waste it is a reduction of pH value from 12-13 to ca. 8-9. The carbonation process therefore causes a decrease in the leaching of some pollutants, which is described shortly in the paper. Because of this, mineral carbonation may be suggested as a method of some energy waste processing aimed at decreasing its leaching for later economic applications