Recykling odpadowych popiołów lotnych powstających ze spalania węgla kamiennego, w aspekcie wytwarzania mas formierskich

Artykuł stanowi zestawienie ważniejszych wyników badań przeprowadzonych w związku z realizacją projektu badawczego własnego, dotyczącego możliwości zastosowania krajowych popiołów lotnych powstających ze spalania węgla kamiennego, jako osnowy ziarnowej mas formierskich oraz fazy zbrojącej odlewanych kompozytów stopu aluminium (kompozyty ALFA). Przedstawiono skład chemiczny krajowego popiołu lotnego, charakteryzującego się największą stabilnością składu chemicznego (zawartość głównych związków chemicznych - % wag.: SiO2 = 81,66%, Al2O3 = 6,69%, Fe2O3 = 4,37%, CaO = 4,29%, MgO = 1,58%), jego skład fazowy (kwarc, mullit, larnit) oraz charakterystyczne wartości temperatury związane z przemianami fazowymi (temperatura topnienia = 1435°C, temperatura płynięcia = 1494°C, stabilność wymiarowa do temperatury 1230°C). Omówiono badania wpływu zastosowania procesów odmywania i separacji magnetycznej popiołu lotnego na zmiany wartości jego gęstości helowej, powierzchni właściwej, składu chemicznego oraz fazowego. Proces odmywania powoduje istotne zmniejszenie zawartości sodu (o około 20% wag.), a także wapnia (o około 14% wag.) i magnezu (o około 11% wag.), usuniętych głównie z fazy szklistej. Zastosowanie tego procesu powoduje również spadek wartości gęstości rzeczywistej oraz powierzchni właściwej popiołu lotnego. Separacja magnetyczna popiołu lotnego powoduje usunięcie części magnetycznych w ilości około 26% w przeliczeniu na Fe2O3. Towarzyszy temu spadek zawartości glinu, sodu, potasu i wapnia. Procesowi usuwania fazy magnetycznej towarzyszy spadek gęstości rzeczywistej i powierzchni właściwej. Przedstawiono wyniki badań dotyczących aglomeracji popiołu lotnego z zastosowaniem granulatora talerzowego oraz ciśnieniowego. Stwierdzono, że obydwie metody aglomeracji nie umożliwiają uzyskania litego materiału. Uzyskane aglomeraty posiadają strukturę porowatą, jednakże wyraźnie większymi porami charakteryzują się aglomeraty uzyskane w procesie granulacji talerzowej. Badany popiół lotny zastosowano jako osnowę ziarnową do wytwarzania mas formierskich zgodnie z procesem Shawa, procesem termoutwardzalnym (ze szkłem wodnym jako spoiwem) oraz procesem CO2. Określono podstawowe właściwości technologiczne uzyskanych mas formierskich, ich odporność termiczną oraz wytrzymałość resztkową. Stwierdzono przydatność tego rodzaju mas formierskich do wytwarzania form  i rdzeni dla odlewów wykonywanych ze stopów metali o temperaturze zalewania nie przekraczającej około 1000°C. Przeprowadzono analizę wpływu zastosowania masy formierskiej z udziałem popiołu lotnego jako osnowy ziarnowej, na skład chemiczny i morfologię granicznej warstwy odlewu ze stopu aluminium. Nie stwierdzono wpływu popiołu lotnego jako osnowy ziarnowej masy formierskiej, na zmianę mikrostruktury oraz morfologii odlewu. Badania możliwości zastosowania popiołu lotnego jako fazy zbrojącej kompozytów ALFA, poprzedzono badaniami właściwości fizykochemicznych osnowy ziarnowej w postaci popiołów lotnych, zużytej w procesie odlewania. Stwierdzono, że pomimo wysokiej reaktywności ciekłego Al i jego stopów w kontakcie z badanym materiałem nie zaobserwowano ich wzajemnego oddziaływania. Po zastosowaniu obróbki cieplnej wytworzonego kompozytu z zastosowaniem popiołu lotnego jako fazy zbrojącej wprowadzonej w ilości 5% wag. oraz materiału wyjściowego w postaci próbek ze stopu aluminium, wytrzymałość R[sub]P02 oraz R[sub]m kompozytu wzrasta o około 10%, w porównaniu do analogicznych wartości materiału wyjściowego. Wartość A5 kompozytu maleje o około 60%, natomiast wartość HBW 5/250 wzrasta o około 55%, w porównaniu do analogicznych wartości materiału wyjściowego.

Czasopismo: Prace Instytutu Odlewnictwa
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria materiałowa