Separace majoritních prvků z vedlejších energetických produktů
Loading...
Date
Authors
Marko, Michal
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato dizertační práce je věnována průniku dvou celosvětově diskutovaných témat – využití sekundárních produktů a zajištění vhodných surovin a postupů v nalezení surovinové základny pro následující dekády. Práce se zabývá uplatněním vedlejších energetických produktů, zejména pak popílků. V důsledku svého chemického složení představují popílky pocházející ze spalování uhlí nemalý potenciál v oblasti zisku zejména hliníku, ale dále i železa a titanu (v této práci díky své převažující koncentraci označeny jako majoritní prvky). Experimentální činnost potvrdila, že k dosažení selektivní vyluhovatelnosti hliníku, železa či titanu není vhodné užití jakékoliv jednokrokové metody přímého loužení. Vstupní materiál je proto nyní nutné modifikovat – tzn. chemicky aktivovat pomocí vysokoteplotních modifikačních reakcí. Bylo prokázáno, že jako vhodná činidla v modifikaci popílku mohou sloužit látky na bázi vápenatých složek – zejména pak uhličitan či chlorid vápenatý. Užití samotného uhličitanu jako modifikačního činidla představuje zvýšení vyluhovatelnosti hliníku z vysokoteplotních popílků až 20násobně, a modifikovaný materiál jeví schopnost auto-disintegrace Sled modifikačních reakcí s chloridem vápenatým vede k dálšímu násobení efektivity vyluhování hliníku v porovnání s předchozím typem modifikace. Avšak materiál aktivovaný pomocí chloridu pozbývá auto-disintegrační vlastnosti. Bylo prokázáno, že lze obě tato činidla použít dohromady a při vhodném poměru je zachována vysoká míra vyluhovatelnosti hliníku přes 95 %, tak i auto-disintegrace. Na základě optimalizace procesu modifikace, tedy poměru a typu činidla, režimu vysokoteplotní reakce, procesu extrakce s využitím kyseliny sírové, byla vytvořena univerzální metoda. Ta byla aplikována na více než 30 různých druzích popílků s velm vysokými výsledky vyluhovatelností hliníku, železa i titanu až 99 %.
This doctoral thesis focuses on the convergence of two widely debated subjects – the utilization of secondary raw materials and the availability of appropriate raw materials as a potential material base for the upcoming decades. The study delves into the utilization of coal combustion products, especially ashes. As a result of their chemical composition, ashes from coal combustion represent considerable potential in the area of profit, especially aluminium, but also iron and titanium (marked as macro-concentrated elements in this work due to their predominant concentration). Experimental activity has confirmed that to achieve selective leachability of aluminium, iron or titanium, using any one-step direct leaching method is not suitable. Therefore, the input material must now be modified - i.e., chemically activated using high-temperature modification reactions. Substances containing calcium components, such as calcium carbonate or chloride, have been demonstrated to be effective agents in the modification of fly ash. The use of carbonate alone as a modifying agent has been shown to increase the leachability of Al from high-temperature fly ash by up to 20 times, and the modified material exhibits auto-disintegrating properties. On the other hand, the sequence of modification reactions with calcium chloride results in a further doubling of the effectiveness of Al leaching compared to carbonate one, However, the material activated by chloride does not exhibit auto-disintegrating properties. Nevertheless, research has demonstrated that the combination of these agents can be utilized concurrently, resulting in an aluminium leachability exceeding 95 % when a proper ratio is maintained, along with auto-disintegration. Based on the optimization of the modification process, i.e., the ratio and type of modifier, the high-temperature reaction regime and the extraction process using sulphuric acid, a universal method was developed. This method was applied to more than 30 different types of fly ashes with very satisfactory results in the selective leachability of aluminium, iron, and titanium up to 99 %.
This doctoral thesis focuses on the convergence of two widely debated subjects – the utilization of secondary raw materials and the availability of appropriate raw materials as a potential material base for the upcoming decades. The study delves into the utilization of coal combustion products, especially ashes. As a result of their chemical composition, ashes from coal combustion represent considerable potential in the area of profit, especially aluminium, but also iron and titanium (marked as macro-concentrated elements in this work due to their predominant concentration). Experimental activity has confirmed that to achieve selective leachability of aluminium, iron or titanium, using any one-step direct leaching method is not suitable. Therefore, the input material must now be modified - i.e., chemically activated using high-temperature modification reactions. Substances containing calcium components, such as calcium carbonate or chloride, have been demonstrated to be effective agents in the modification of fly ash. The use of carbonate alone as a modifying agent has been shown to increase the leachability of Al from high-temperature fly ash by up to 20 times, and the modified material exhibits auto-disintegrating properties. On the other hand, the sequence of modification reactions with calcium chloride results in a further doubling of the effectiveness of Al leaching compared to carbonate one, However, the material activated by chloride does not exhibit auto-disintegrating properties. Nevertheless, research has demonstrated that the combination of these agents can be utilized concurrently, resulting in an aluminium leachability exceeding 95 % when a proper ratio is maintained, along with auto-disintegration. Based on the optimization of the modification process, i.e., the ratio and type of modifier, the high-temperature reaction regime and the extraction process using sulphuric acid, a universal method was developed. This method was applied to more than 30 different types of fly ashes with very satisfactory results in the selective leachability of aluminium, iron, and titanium up to 99 %.
Description
Citation
MARKO, M. Separace majoritních prvků z vedlejších energetických produktů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Chemie, technologie a vlastnosti materiálů
Comittee
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
doc. Ing. Vlastimil Bílek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jozef Vlček, Ph.D. (člen)
prof. Dr. Ing. Martin Palou (člen)
Ing. Martina Šídlová, Ph.D. (člen)
Prof. Andrzej Adamski, Ph.D., DSc. (člen)
Date of acceptance
2024-08-29
Defence
Předseda komise představil doktoranda a předal mu slovo. Ing. Marko se podílel na celé řadě projektů. Má také velké množství publikací, ve 2 případech je uveden jako první autor.
Ve své powerpointové prezentaci představil doktorand podstatné výsledky své disertační práce. Disertační práce byla zpracována v angličtině. Byly přečteny oponentské posudky. Doktorand dostatečně zodpověděl otázky uvedené v posudcích. Následně proběhla diskuze mezi doktorandem a další členy komise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení