Vesiliukoisten komponenttien poisto tuhkasta

• Main Author: Isometsä, J. (Juho)
• Format: Others
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2017
• Subjects: Process Engineering
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201704251591; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201704251591

Tämän kokeellisen kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia kahden erityyppisen tuhkamateriaalin, sidosaineena toimivan masuunikuonan ja näiden yhdistelmien soveltuvuutta geopolymeerien raaka-aineeksi sen jälkeen, kun tuhkamateriaaleista on ensin poistettu vesiliukoiset komponentit pesemällä ne eri tavoin toteutetuin pesuvaihein. Kyseisiä pestyjä näytteitä verrataan tulosten tarkastelussa referenssinäytteisiin, joita ei ole pesty. Työssä tutkitut tuhkat olivat yhdyskuntajätteen polttolaitoksen pohjakuona (GD#5) ja rikinpoiston lopputuote (GD#2). Geopolymerisointi toteutetaan, koska yleisesti näissä suurissa määrin syntyvissä teollisuuden jätemateriaaleissa suurina pitoisuuksina olevat raskasmetallit ja suolat tekevät niistä ympäristölle haitallisia. Geopolymerisoimalla näitä jätemateriaaleja voitaisiin käyttää hyödyksi sekä samalla pyrittäisiin vähentämään raskasmetallien liukoisuutta ympäristöön. Työssä pyrittiin siis selvittämään, miten hyvin näytteet lujittuvat pesun, eli haitallisten vesiliukoisten komponenttien poistamisen, jälkeen. Saaduista tuloksista pystyttiin myös havaitsemaan liukenevatko geopolymeerien ehdottomat rakennusaineet pois, eli lujittuvatko näytteet ollenkaan pesuvaiheen jälkeen. Työn suoritukseen kuului kaksi päävaihetta. Ensimmäinen vaihe oli laboratoriotyöt, joka tarkoitti näytteiden valmistusvaihetta. Aluksi toteutettiin pesuvaihe pesemällä tuhkaa joko 1- tai 2-vaiheisesti eri neste/kiintoainesuhteella, jonka jälkeen suodatettiin pesuvesi pois. Pestyyn tuhkamassaan sekoitettiin käytetystä tuhkamateriaalista riippuen yhdestä kahteen eri aktivaattoria, täytettiin muotit seoksella ja annettiin näytteiden kovettua tilassa, missä oli tasainen huoneenlämpötila ja vakaa ilmankosteus. Näytteistä mitattiin puristuslujuudet 3, 7 ja 28 vuorokauden lujittumisen jälkeen. Toinen vaihe oli saatujen tulosten käsittely ja kirjallisuuskatsauksen tekeminen. Saaduista lujuustuloksista saatiin selville reseptikohtaiset puristuslujuuden arvot. Tässä kandidaatintyössä saavutetut tärkeimmät tulokset olivat GD#5:n kohdalla se, että ilman sidosainetta tuhkan havaittiin pesun jälkeen olevan erittäin haurasta ja heikkoa, eli pesty eikä edes pesemätön GD#5 yksistään soveltunut geopolymerisoinnin raaka-aineeksi. GD#2:n tulosten perusteella voitiin päätellä, että pesuprosessi ei sovellu tälle tuhkalle, koska pesun jälkeen tuhka lujittui hieman eli pesu heikensi tuhkan työstettävyyttä. Työssä tarkasteltiin myös eroja 1- ja 2-vaiheisten pesujen tuloksissa. Pääsääntöisesti 2-vaiheisen pesun lujuustulokset olivat hieman parempia 1-vaiheisiin pesuihin verrattuna. Toisaalta yksivaiheiset pesuprosessit ovat helpompia ja nopeampia toteuttaa sekä niiden kohdalla puhutaan pienemmistä vesimääristä. Poikkeuksena 2-vaiheisen pesun paremmuuteen on tuhkamateriaali GD#5:n lujuustulokset, jonka kohdalla kyseisen pesun läpikäyneet näytteet olivat lujuustuloksiltaan jonkin verran yksivaiheisia pesuja huonompia. Masuunikuonan käyttö sidosaineena paransi tuloksia huomattavasti verrattuna pelkkään tuhkamateriaalin geopolymerisoimiseen. Tämän kandidaatintyön tuloksia voidaan yleisesti hyödyntää kyseisten tuhkamateriaalien, masuunikuonan ja näiden yhdistelmien geopolymerisoinnin tutkimuksessa. === The objective of this thesis was to study the possibility to use two different kind of industrial waste materials (desulphurization product GD#2 and municipal solid waste incinerator bottom ash GD#5) as a raw material in geopolymerisation. Both ash types include a lot of harmful substances such as heavy metals, sulphates and chlorides which can decrease the hardening of the geopolymer structure. The aim was to research the possibility to wash these harmful substances from the raw materials and study whether the strength properties are better or not. Both ash types were geopolymerized with and without blast furnace slag, which was used as a co-binder in these tests. The research was done in two stages. The first stage contained the washing and geopolymerisation of ash materials according to different recipes and the definition of compression strengths of the samples after the 3, 7 and 28 days curing time. The second stage was the handling of obtained results and the doing of the literature part of the work. The washing stage included either 1- or 2-step washing method with liquid-to-solid ratio of 2 or 5. Then the washed ashes were filtered and the activator (1 and/or 2) were mixed with the filtered ash (with or without blast furnace slag) according to different recipes. The cubic moulds were filled with the paste and the samples were allowed to cure in constant humidity and room temperature. The most important results achieved in this thesis were that the both ash materials need the co-binder material (blast furnace slag) to improve strength properties. According to the results the wash process is not suitable for GD#2 because the workability decreased after washing process. When comparing the strength results after 1- and 2-step washing methods, the 2-step method improved the results a bit. On the other hand, the 1-step washing processes is easier and quicker to execute and consumes lower amount of water. One exception with the results was with GD#5, which had not higher strength results after 2-step washing process. The results of this candidate work can be generally utilized in the study of the geopolymerisation of the ash materials in question, blast furnace slag and these combinations.