"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9334
ETF9334 "Happeliste gaaside emissioonide vähendamine ning PCC-tüüpi täitematerjali saamine põlevkivi põletusjäätmete baasil (1.01.2012−31.12.2015)", Mai Uibu, Tallinna Tehnikaülikool, Keemia ja materjalitehnoloogia teaduskond.
ETF9334
Happeliste gaaside emissioonide vähendamine ning PCC-tüüpi täitematerjali saamine põlevkivi põletusjäätmete baasil
Abatement of emissions and production of PCC-type filler material on the basis of oil shale combustion wastes
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP360 Anorgaaniline keemia 2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT150 Materjalitehnoloogia2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201217 400,00 EUR
01.01.2013−31.12.201317 400,00 EUR
01.01.2014−31.12.201417 400,00 EUR
01.01.2015−31.12.201517 400,00 EUR
69 600,00 EUR

Töö eesmärgiks on uurida ja iseloomustada põlevkivi põletamisel formeeruvate kõrge vaba lubja sisaldusega tuhkade kasutamisvõimalusi potentsiaalse toormena happeliste gaaside emissiooni vähendamiseks ning PCC(sadestatud kaltsiumkarbonaat)-tüüpi täitematerjali saamiseks. Antud protsessi komplitseerib põlevkivituha multikomponentne ning keeruline koostis, mistõttu tuleb tähelepanu pöörata ka teiste tuhakomponentide leostumiskarakteristikutele nii keskkonnakaitselisest kui ka lõpp-produkti kvaliteeti mõjutava kooskristalliseerumise aspektist lähtuvalt. Eksperimendiandmete baasil luuakse matemaatilised mudelid, mis simuleerivad protsessi veeslahustuvate tuhakomponentide ekstraktsioonist kuni CO2 ning SO2 sidumiseni suitsugaasidest koos tahkete reaktsiooniproduktide sadestumisega. Saadud mudelid loovad eeldused protsessi optimaaltingimuste defineerimiseks ning meetodi teostatavuse hindamiseks. Eesti põlevkivi baasil väljatöötatud mudelid on vajadusel kergesti kohandatavad ka teistele kaltsiumi sisaldavatele anorgaanilistele jäätmetele.
The aim of this project is to study and characterize the waste ashes of oil shale combustion as a low-cost Ca (lime) source for abatement of SO2 and CO2 emissions as well as producing PCC(precipitated calcium carbonate)-type filler material as a commercial by-product. The complexity of the current process is inflicted by complicated chemical and phase composition of oil shale ash. An extra attention has to be drawn to the whole complex of different substances leached from ash in terms of environmental safety as well as possible co-crystallization effect which would influence the quality of the final product. Mathematical models which simulate the processes from leaching of water-soluble ash components to concurrent binding of CO2 and SO2 along with precipitation of the solid products in the system of ash leachates - flue gas are based on experimental data. These models would define the operating parameters and enable estimating the feasibility of proposed method. The models worked out on the basis of Estonian oil shale ash could easily be extended on the other kinds of inorganic Ca-containing alkaline wastes.
Uuriti põlevkivi põletamisel formeeruvate kõrge vaba lubja sisaldusega tuhkade kasutamisvõimalusi potentsiaalse toormena happeliste gaaside emissiooni vähendamiseks ning PCC (sadestatud kaltsiumkarbonaat)-tüüpi täitematerjali saamiseks. Määrati põlevkivitööstuses tekkivate uute tuhaliikide keemiline ja faasikoostis, füüsikalised omadused ning leostuskarakteristikud. Erineva keerukusastmega mudelsüsteemide (mudelkomponendid, kahe- ja kolmekomponentsed segud vs reaalsed tuhad põlevkivitööstusest) baasil selgitati põlevkivituhkades sisalduvate peamiste veeslahustuvate Ca-ühendite (Ca(OH)2, CaSO4·2H2O ning CaS) leostuskäitumine. Katseandmete baasil määrati nende lahustumisprotsessi kirjeldavad kineetilised parameetrid ning koostati reaktsioonikineetikal ning termodünaamikal baseeruv matemaatiline mudel, mis lähtuvalt tuha koostisest (tolmpõletus-, keevkiht- ning tahke soojuskandja tuhad) ja leostustingimustest simuleerib tuha vesisüsteemides toimuvaid protsesse. Selgitamaks sulfiidide käitumist põlevkivituha käitlemisel ja ladestamisel tuhaväljale, uuriti CaS–H2O süsteemi nii inertses kui ka avatud keskkonnas 25 °C juures ning pakuti välja reaktsioonimehhanism ja lahustuvus. Täiendades süsteemi CO2 lisamisega saadi tuhavee karboniseerimist kirjeldav mudel mis baseerudes CO2 absorbtsioonile ja reaktsioonikineetikale võimaldab faaside peamiste komponentide (Ca2+, CO32-, HCO3-, OH-, H+, Ca(OH)2, CaCO3, CO2) kontsentratsiooniprofiilide ennustamist CaCO3 kristallisatsiooni käigus. Katseliselt uuriti tuhavee karboniseerimist pidevtoimega desintegraatorreaktoris. Hinnati protsessi parameetrite (gaasi mahtkulu, CO2 stöhhiomeetriline ülehulk, kontaktiaeg) mõju PCC saagisele ja omadustele (osakeste suurusjaotus, morfoloogia). Saadud PCC sisaldas kuni 92-99% CaCO3 kristalle keskmise diameetriga 3.7-7.5 µm. Näidati, et ühtse mudeli abil saab modelleerida ka kompleksseid tehnoloogilisi süsteeme ning metoodikat saab kasutada, et hallata ja vähendada jäätmete mõju keskkonnale nii Eesti põlevkivisektoris kui ka sarnaste jäätmete käitlemisel üle maailma.