The aim of the work was to draw attention to the usefulness of the alkaline thermal activation process with sodium hydroxide in the process of rare earth metal leaching (REE), from fly ash with hydrochloric acid and nitric acid(V). The work is a part of the authors’ own research aimed at optimizing the REE recovery process coming from fly ash from hard coal combustion.

The article contains an assessment of the possibility of leaching rare earth metals (REE) from fly ash originating from the combustion of hard coal in one of the Polish power plants. The process was carried out for various samples consisting of fly ash and sodium hydroxide and for different temperatures and reaction times. The process was carried out for samples consisting of fly ash and sodium hydroxide containing respectively 10, 20 and 30% on NaOH by weight in relation to the weight of fly ash. Homogenization of these mixtures was carried out wet, and then they were baked at 408K, 433K and 473K, for a period of three hours. The mixture thus obtained was ground to a particle size of less than 0.1 mm and washed with hot water to remove excessive NaOH. The solid post-reaction residue was digested in concentrated HCl at 373K for 1 hour at a weight ratio fs/fc of 1:10. The results of chemical analysis and scanning microscopic analysis along with EDS analysis and X-ray analysis were used to characterize the physicochemical properties of the tested material.

The results indicated that REE recovery from fly ash strictly depends on heat treatment temperature with NaOH, and an increase in REE recovery from alkaline-activated fly ash along with increasing the amount of NaOH in relation to fly ash mass.

Problem wykorzystania popiołów lotnych ciągle stanowi obszar badawczo-poszukiwawczy dla naukowców. Wynika to z faktu, iż rocznie tylko w Polsce na składowiska wpływa średnio 6 000 000 Mg ubocznych produktów spalania (UPS). Jednym z potencjalnych kierunków wykorzystania popiołu lotnego jest użycie go jako substratu w syntezach hydrotermalnych materiałów mezoporowatych (zeolitów syntetycznych). Zeolity są to glinokrzemiany o strukturze przestrzennej, które ze względu na swoją budowę charakteryzują się szeregiem specyficznych właściwości (molekularno-sitowe, jonowymienne, katalityczne) wykorzystywanych w inżynierii i ochronie środowiska. Dotychczas syntezy zeolitów przeprowadzano wykorzystując uboczne produkty spalania, takie jak popioły lotne lub wyodrębnioną z nich mikrosferę. W artykule przedstawiono wpływ wydzielenia z popiołu lotnego odpowiedniej frakcji (poniżej 63 μm) na wykształcenie ziaren zeolitowych. Syntezę przeprowadzono wykorzystując popiół lotny klasy F oraz wydzieloną z niego frakcję, którą otrzymano poprzez przesianie popiołu przez sito o wielkości oczek 63 μm. Dla substratów, jak i otrzymanych produktów reakcji przeprowadzono analizy chemiczne (XRF) oraz mineralogiczne (XRD, SEM-EDS). Podczas analizy substratów nie zaobserwowano istotnych różnic pomiędzy popiołem surowym a wydzieloną frakcją. Natomiast w produktach po syntezie (zeolit typu Na-X z niewielką ilością zeolitu Na-P1, oraz niewielkie ilości kwarcu i nieprzereagowanego szkliwa glinokrzemianowego – mullitu) w wydzielonej frakcji zaobserwowano wyższą zawartość glinu i sodu, natomiast niższą wapnia i potasu. Na dyfraktogramie zeolitu uzyskanego z frakcji widoczna była nieznaczna ilość illitu. Obserwacje morfologii ziaren nie wykazały różnic w wykształceniu. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzić można, że biorąc pod uwagę aspekt ekonomiczny procesu syntezy, wydzielanie drobnych frakcji z popiołu nie jest konieczne, gdyż proces ten nie wpływa w sposób znaczący na jakość otrzymanego produktu.

The reduction of mercury emissions in currently existing coal-based power plant solutions by each method i.e. preliminary, primary and secondary (consisting of introducing coal into the combustion chamber and then removing mercury from the combustion gases arising from the combustion process) does not solve the problem of achieving the required limits by power plants. Therefore, the need has arisen to look for new, effective solutions.

The results presented in the work concern the analysis of environmental benefits for the use of zeolites obtained from by-products of coal combustion such as fly ash (from hard coal and lignite) in technologies for removing gaseous forms of mercury. The tested zeolites were silver-modified X-type structures. The reference material in the considerations was active carbon impregnated with bromine – a commercially available sorbent on the market.

The article considers environmental benefits resulting from the use of tested zeolites taking the product life cycle, sorbent efficiency and the possibility of its regeneration compared to activated carbon (AC/Br) into account. The LCA analysis was performed taking the estimated material and energy balances of the manufacturing processes into account. When comparing the production process of type X zeolite materials on the processing line and activated carbons in the amount necessary to capture 375 g Hg from exhaust gases, the LCA analysis showed that zeolites contribute to a lower potential impact on the environment. The advantage is that 5 times less zeolite sorbent than activated carbons is needed to capture the same amount of mercury. In addition, zeolite materials can be regenerated, which extends their life time

Fly ash which has been separated from the flue gas stream as a result of fossil fuels combustion constitutes a huge amount of waste generated worldwide. Due to environmental problems, many directions of their rational use have been developed. Various attempts to convert fly ash into sorption materials, mainly synthetic zeolites, are conducted successfully. In this paper, an attempt was made to convert fly ash from lignite combustion from one of the Polish power plants, using alkaline hydrothermal synthesis. The primary phases in the fly ash were: quartz, gehlenite, mullite, hematite, feldspar, lime, anhydrite, occasionally grains of ZnO phase and pyrrhotite, glass and unburned fuel grains. As a result of hydrothermal synthesis a material containing new phases – pitiglianoite and tobermorite was obtained. Among the primary ash constituents, only gehlenite with an unburned organic substance, on which tobermorite with crystallized pitiglianoite was present. As a result of detailed testing of products after synthesis, it was found that among the tested grains:

• two populations can be distinguished – grains containing MgO and Fe2O3 as well as grains

containing Fe2O3 or MgO or containing none of these components,

• the main quantitative component was pitiglianoite,

• pitiglianoite was present in larger amounts in grains containing Fe2O3 or MgO or in the absence of both components than in grains in which Fe2O3 and MgO were found.

The results of the study indicate that in post-synthesis products, the contribution of components were as follows: pitiglianoite – 39.5% mas., tobermorite – 54% mas., gehlenite – 3% mas. and organic substance – 3.5% mas.

Increasing environmental pressure against waste disposal, particularly fine waste surface storage and concern about mining damages have resulted in an increase in the popularity of a fly ash, tailing and binding agent mixture used as compaction grout of roof fall rocks in a gob area of longwalls. Backfilling of voids forming as a result of exploitation with the fall of roof with mixtures containing fine-grained industrial wastes is a common practice in coal mines. It is aimed at achieving numerous technological and ecological advantages as well as at controlling mining hazards. Research on hydraulic transport of fine-grained slurry conducted to date focused mainly on issues related to the analysis of the conditions related to pipeline transportation. The processes concerning the propagation of mixtures within the gob, on the other hand, remain largely unknown. The process of flow of fine-grained slurry through the caving is subject to a series of factors related, among other things, with the properties of the applied wastes and mixtures, the characteristics of the gob as well as the variability of these properties during the flow through the gob and in time. Due to the lack of sufficient knowledge pertaining to the changes taking place in the gob and in the slurry while it penetrates the gobs, no methods allowing for the design and optimization of the gob grouting process have been established so far. The paper presents the selected results of laboratory tests regarding the flow of ash and water mixtures in a model of a gob, pertaining to two selected types of fly ash produced in hard coal combustion, particularly concerning the impact of the type of the ash and the density of the slurry on the effectiveness of the gob grouting process.

Mikrosfery - drobna frakcja popiołów lotnych - powstają w procesie konwencjonalnego spalania węgli kamiennych. Ich zawartość w popiołach lotnych ze spalania różnych gatunków węgla zmieniać się może w szerokim zakresie: od 0,01 do 35,6 wag.%. Pod względem składu chemicznego, głównymi składnikami mikrosfer w formie tlenkowej jest krzem, glin i żelazo, stanowiące około 89% ich masy. Ich skład mineralny stanowią głównie kwarc i mulit. Wielkość cząstek sferycznych waha się od 5 do 500 [...], jednak rozmiar większości cząstek mieści się w granicach od 20 do 300 [...]. Mikrosfery charakteryzują się niską gęstością w zakresie 0,2-0,8 g/cm3. Na tej podstawie mogą być łatwo oddzielone metodą flotacji w środowisku wodnym, z powierzchni lagun lub bezpośrednio z basenów osadniczych. Wyjątkowe właściwości mikrosfer sugerują szerokie możliwości wykorzystania. Przykładowo, mogą być używane do produkcji różnych lekkich materiałów budowlanych, w tym lekkich cementów i kruszyw w betonie lekkim.

Stosowanie biomasy w energetyce jest działaniem w ramach zastępowania paliw kopalnych pozyskiwaniem energii ze źródeł odnawialnych. Jednak jej stosowanie jako paliwa stałego ze względu na różnorodność stosowanej biomasy powoduje powstawanie odpadów o bardzo zróżnicowanym i niestabilnym składzie chemicznym. Odpady ze spalania biomasy są surowcem o bardzo zróżnicowanym składzie nawet w przypadku spalania biomasy jednego rodzaju. Zawartość poszczególnych pierwiastków w popiołach lotnych ze spalania biomasy waha się od zera do kilkudziesięciu procent. To zróżnicowanie powoduje, że trudno znaleźć dla nich metody odzysku. Najczęściej rozpatrywane kierunki stosowania popiołów ze spalania biomasy to produkcja materiałów budowlanych i rolnictwo. W artykule przedstawiono wyniki badań pierwiastkowych składów chemicznych z podziałem na najczęściej stosowane paliwa z biomasy. Zaprezentowane zostały wyniki dotyczące pierwiastkowych składów chemicznych popiołów lotnych ze spalania biomasy leśnej i rolniczej w kotłach fluidalnych w energetyce zawodowej. Popioły te charakteryzują się wysoką zawartością: wapnia (12,3–19,4%), krzemu (1,2–8,3%), potasu (0,05–1,46%), chloru (1,1–6,1%), żelaza (0,8–6,5%). Nie stwierdzono w nich obecności sodu. Tylko w jednym z 5 popiołów stwierdzono obecność glinu. We wszystkich badanych popiołach stwierdzono obecność: manganu, chromu, miedzi, niklu, ołowiu, cynku, siarki, bizmutu, cyrkonu, tytanu. Analiza pierwiastkowych składów chemicznych może pozwolić na wstępne określenie kierunku odzysku dla danego popiołu.

The paper presents the results of hydrothermal zeolitization of fly ash from hard coal combustion in one of the Polish power plants. The synthesis was carried out using various NaOH fly ash mass ratio (3.0, 4.0 and 6.0) and the effect of NaOH concentration in the activating solution on composition of synthesized sample was tested. The process was carried out under the following permanent conditions temperature: 90°C, time – 16 hours, water solution of NaOH (L)/fly ash (g) ratio – 0.025. In the studied fly ash the dominant chemical components were SiO2 and Al2O3, while the main phase components were mullite, quartz and hematite, and a significant share of amorphous substance (glass and unburnt organic substance). After hydrothermal synthesis, the presence of unreacted fly ash phases was found in the products, as well as new phases, the quality and quantity of which depend on the NaOH to fly ash mass ratio used for synthesis:

 for ratio 3.0 – Na-LSX type zeolite and hielscherite,

 for ratio 4.0 – Na-LSX type zeolite, hielscherite and hydrosodalite,

 for ratio 6.0 – hydrosodalite and hielscherite.

The grains in all products of synthesis are poly-mineral. However, it was found that the new phases, overgrowing the unreacted phase components of fly ash, crystallize in a certain order. Hielscherite is the first crystallizing phase, on which the Na-LSX type zeolite crystallizes then, and the whole is covered by hydrosodalite. In the products of synthesis, the share of sodium-containing phases (the Na-LSX type zeolite and hydrosodalite) increases with the increasing concentration of NaOH in the solution used for the process.

Eksploatacja i przetwórstwo węgla brunatnego w rejonie bełchatowskim związane są z powstawaniem różnorodnych mineralnych surowców odpadowych. Należą do nich zróżnicowane pod względem genezy, składu mineralnego i chemicznego oraz właściwości surowcowych kopaliny towarzyszące, popioły i żużle ze spalania węgla brunatnego oraz desulfogipsy z instalacji mokrego odsiarczania spalin. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych, których głównym celem było uzyskanie danych związanych z możliwością wykorzystania popiołów lotnych powstających w Elektrowni Bełchatów i wybranych kopalin towarzyszących eksploatowanych w KWB Bełchatów w formie mieszanin samozestalających się. Spośród kopalin towarzyszących, jako najbardziej predysponowane do wykorzystania uznano iły beidellitowe z uwagi na właściwości puzzolanowe i sorpcyjne oraz zdolność pęcznienia. Pomimo przewidywanego korzystnego wpływu minerałów ilastych z grupy smektytu na proces samozestalania, jak i trwałość tego typu mieszanek po zestaleniu, uzyskane wyniki badań fizykomechanicznych (wytrzymałości na ściskanie i rozmakalności w wodzie) były niesatysfakcjonujące. Konieczne okazało się zastosowanie Ca(OH)2, uzyskanego z kredy jeziornej jako aktywatora procesu samozestalania się. Obecność wapnia umożliwia tworzenie się faz cementowych, które będą w stanie silnie związać składniki ziarnowe szkieletu. Do poprawy parametrów fizykomechanicznych tego typu mieszanek przyczyniłby się również dodatek desufogipsów do składu mieszaniny. Podwyższony udział jonów SO4 2– w mieszaninie podczas zestalania umożliwia wykrystalizowanie faz siarczanowych w przestrzeni porowej, pełniących funkcję mostków pomiędzy składnikami popiołów a minerałami ilastymi. Zastosowanie mieszanin do rekultywacji terenów niekorzystnie przekształconych w wyniku odkrywkowej eksploatacji w rejonie bełchatowskim przyniosłoby wymierne korzyści ekologiczne i ekonomiczne i w znaczącym stopniu rozwiązałoby problem składowania odpadów powstających w wyniku eksploatacji i przetwórstwa węgla brunatnego.

Problem emisji rtęci oraz potrzebę podjęcia działań w tym kierunku zauważono w roku 2013 w konwencji Minamata (UNEP 2013), stąd coraz częściej zaczynają pojawiać się prace i nowe przepisy nakazujące redukcję tego związku ze środowiska. W pracy przedstawiono problem usuwania rtęci z gazów odlotowych z uwagi na nowe restrykcje BREF/BAT, w których poruszono też problem potrzeby poszukiwania nowych wydajniejszym rozwiązań usuwania tego zanieczyszczenia. Zwrócono uwagę na problem występowania rtęci w spalinach w formie elementarnej oraz potrzebę realizowania testów laboratoryjnych. Zaprezentowano prototypową instalację do testów sorpcji rtęci elementarnej w czystym strumieniu gazu na sorbentach stałych. Instalację zbudowano w ramach projektu LIDER finansowanego przez Narodowe centrum Badań i Rozwoju w projekcie pt.: „Zastosowanie energetycznych surowców odpadowych do wychwytywania gazowych form rtęci ze spalin”. Instalacja służy do testów w warunkach laboratoryjnych, w której gazem nośnym rtęci elementarnej jest argon. Przy użyciu opisanej aparatury dokonano pierwszych testów na sorbencie zeolitowym. Testowanym materiałem był zeolit syntetyczny typu X otrzymany w wyniku dwustopniowej reakcji syntezy popiołu lotnego klasy C z wodorotlenkiem sodu. Aby zwiększyć powinowactwo chemiczne testowanego materiału względem rtęci, otrzymany materiał sorpcyjny poddano aktywacji jonami srebra (Ag+) metodą wymiany jonowej, stosując azotan srebra (AgNO3). Pierwszy test przeprowadzono w interwale czasowym 240 min. W tym czasie nie zarejestrowano przebicia badanego złoża rtęcią, w związku z czym wnioskować można, że badany materiał może być obiecujący w opracowywaniu nowych rozwiązań wychwytywania rtęci w sektorze energetycznym. Przedstawione w artykule wyniki mogą być interesujące dla sektora energetycznego z uwagi na rozwiązanie kilku aspektów środowiskowych. Jednym z nich są testy sorpcji rtęci w celu opracowania nowych technologii oczyszczania spalin. Natomiast drugi aspekt porusza możliwość przedstawienia nowego kierunku zagospodarowania ubocznych produktów spalania, jakimi są popioły lotne.

W Polsce podstawowym źródłem energii elektrycznej i cieplnej jest nadal węgiel kamienny i brunatny. Podczas procesu spalania węgli powstają duże ilości produktów ubocznych, m.in.: popioły lotne, żużle paleniskowe oraz dostające się do atmosfery szkodliwe związki chemiczne w postaci gazu (CO2, NOx, związki siarki). Popioły lotne, z uwagi na swoją dużą miałkość (zbliżoną do cementu), skład chemiczny i fazowy oraz reaktywność, znalazły szerokie zastosowanie w rozwiązaniach technologicznych, m.in.: w produkcji cementu zwykłego, masywnego, hydrotechnicznego oraz cementów nowej generacji. Stosowanie odpowiedniego dodatku popiołów lotnych ma pozytywny wpływ na właściwości świeżego i stwardniałego betonu, a także umożliwia proekologiczne i ekonomiczne wytworzenie mieszanki cementowej. Eksploatacja bogactw naturalnych Ziemi związana jest z wykonywaniem na różnych głębokościach wyrobisk górniczych. Po pewnym czasie pułap wyrobiska ulega załamaniu, co pociąga za sobą obsunięcie się górnych warstw i wytworzenie się na powierzchni ziemi zagłębienia, tzw. niecki lub zapadliska. Taki rozwój sytuacji, wymusza potrzebę wzmacniania podłoża oraz uszczelniania górotworu. Aby zminimalizować ryzyko związane z problemami geotechnicznymi na terenach pogórniczych, należy stosować takie rozwiązania inżynierskie, które w sposób uniwersalny, ekonomiczny oraz wydajny poprawią nośność gruntów. Prowadzi to do rozwoju badań nad nowymi recepturami cementu stosowanego podczas prac geoinżynieryjnych, zwłaszcza na terenach górniczych. Co więcej, wymagania ekonomiczne zmuszają inżynierów do stosowania tańszych rozwiązań techniczno- technologicznych przy jednoczesnym zachowaniu właściwości wytrzymałościowych. Przykładem takiego rozwiązania jest użycie odpowiednich dodatków do receptur zaczynów uszczelniających, które zmniejszają całkowity jednostkowy koszt zabiegu.

Odwadnianie kopalń i wprowadzanie wód słonych do cieków powierzchniowych stanowi jedną z głównych form negatywnych oddziaływań na środowisko, która powinna być właściwie rozwiązana przez przemysł wydobywczy. Duża powierzchnia obszarów górniczych kopalń czynnych i zlikwidowanych oraz budowa geologiczna i warunki hydrogeologiczne górotworu sprawiają, że ilość wód dołowych wypompowywanych rocznie ze wszystkich kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego wynosi około 118 mln m3. Coraz większa głębokość eksploatacji i konieczność ochrony czynnych kopalń przed zagrożeniem wodnym przyczyniają się do wzrostu koncentracji chlorków i siarczanów w wodach dołowych wprowadzanych do środowiska, pomimo spadku wielkości wydobycia i malejącej liczby czynnych kopalń. Większość ładunku soli jest wprowadzana do wód powierzchniowych, częściowo z zastosowaniem kontroli koncentracji stężenia soli, jednak z punktu widzenia ochrony środowiska najlepszym rozwiązaniem problemu wód słonych byłoby ich zagospodarowanie w technologiach zapewniających znaczący w skali problemu poziom ich wykorzystania. Grupą takich technologii jest wypełnianie pustek podziemnych, realizowane przede wszystkim w formie doszczelniania zrobów i podsadzania zbędnych wyrobisk górniczych. Z racji kubatury powstających w wyniku bieżącej eksploatacji podziemnej pustek podziemnych, przy uwzględnieniu istniejących ograniczeń, potencjalnie dostępnych do wypełniania jest około 17,7 mln m3 objętości zrobów i wyrobisk. Z uwagi na dostępność popiołów lotnych i innych odpadów przemysłowych, które są głównym komponentem drobnoziarnistych mieszanin do wypełniania pustek, łączna objętość wód zasolonych i solanek, które mogą być zagospodarowane w rozpatrywanych technologiach oszacowano na 3,5–6,5 mln m3 rocznie.

The application of fluidized fly ash in underground mining excavations is limited due to its significant content of free calcium and calcium sulfate. In order to increase the amount of utilized fly ash from fluidized beds, it should be converted to a product with properties that meet the requirements for mining applications. This research presents the results of an attempt to adapt fluidized fly ashes for use in underground mining techniques, by means of carbonation and granulation. Carbonation was performed with the use of technical carbon dioxide and resulted in the reduction of free calcium content to a value below 1%. Granulation on the other hand, resulted in obtaining a product with good physical and mechanical parameters. The performed mineralogical and chemical studies indicate that trace amounts of “binding” phases, such as basanite and/or gypsum are present in the carbonized ash. The addition of water, during the granulation of carbonized fluidized fly ash, resulted in changes in the mineral phases leading to the formation of ettringite and gypsum as well as the recrystallization of the amorphous substance. It was confirmed that the carbonization and granulation of flying fluidized ashes positively affects the possibility of using these ashes in underground mining excavations.

Fly-ash is a form of production waste produced as a result of the burning of coal for energy production. Millions of tonnes of this waste are produced worldwide every year; hence it is extremely important to dispose of it in a useful way, including through treating the initial raw material to obtain a material of higher quality. The aim of the present work is to determine the suitability of processed fly-ash from lignite for reinforcing (stabilizing) soils used in the building of road foundations and embankments. The results provide a method of recycling this waste while at the same time obtaining new materials and technologies for use in road building. This is an important issue both environmentally and in terms of the positive effect that processed fly-ash can have on the stability of road structures.

This article presents the results of experiments carried out using fly-ash produced from lignite at the P¹tnów Power Plant. This ash was first modified (activated) using a Wapeco magnetic activator, and then used to produce hydraulic binders (with the addition of cement) and soil-binder mixtures. These mixtures were made using natural soils from seven different deposits in the Lubuskie region (western Poland). They were stabilized using two hydraulic binders (strength ratings 3 MPa and 9 MPa) added in different amounts (6% and 8% relative to the mass of the soil). During the experiment, a determination was made of the increase in the strength of the analysed samples (after 14, 28, and 42 days) and the increase in the bearing ratio (immediately after consolidation and after 7 days).

Interpretation of the results of the experiment made it possible to assess the dynamics of the increase in compression strength and load-bearing capacity of various soils stabilized with hydraulic binders produced from lignite ash, and to indicate possibilities for the use of these materials.

The analysis showed that it is possible to use these binders for the stabilisation of soils, enabling soils formerly considered to have weak load-bearing capacity (clayey sand; clayey, sandy gravel; clays) to be classified as fully usable in road construction.