Zpravodaj Hnědé uhlí 2023, 63(1):3-15

Extrakce Ti a Ga z vedlejších energetických produktů sdruženou chloridační-cementářskou metodou

Ing. Tomáš Frýdl, Ing. Hong Nguyen Vu, Ph.D.

Celosvětově je spalováním uhlí každý rok vyprodukováno přibližně 1 200 Mt vedlejších energetických produktů (VEP). V současnosti jsou považovány za odpadní materiály a jsou často deponovány, což vede k mnoha ekologickým problémům. Vedle dominantní alumo-silikátové matrice obsahují relativně vysoká množství kovů vzácných zemin (REE) a ostatních zájmových kovů, proto je o nich stále častěji uvažováno jako o materiálu použitelném ve stavebnictví a jako o zdroji zájmových kovů. Potenciální spojení obou směrů zpracování VEP-ů přináší prakticky bezodpadová sdružená pražná metoda spočívající v tepelném zpracování směsi VEP, CaCO3 a CaCl2. Touto metodou jsou v jednom kroku získávány zájmové prvky ve formě příslušných chloridů a ze zbytkového materiálu je získáván cementářský produkt. V tomto článku jsou popsány závislosti nejdůležitějších pražných parametrů na stupeň vytěkání Ti a Ga ve formě chloridů. Optimalizací pražných podmínek bylo dosaženo stupně vytěkání Ti téměř 56 % a Ga kolem 100 %.

Klíčová slova: popílky, VEP, chloridace, titan, germanium

Extraction of Ti and Ga from Coal Combustion by-products by combined chlorination-cement method

Globally, around 1 200 Mt of coal combustion by-products (CCBs) are produced by burning coal each year. They are currently considered as waste materials and are often landfilled, leading to many environmental problems. In addition to the dominant alumo-silicate matrix, they contain relatively high amounts of rare earth elements (REE) and other valuable metals, which is why they are increasingly thought of as a material for use in construction industry and as a source of valuable metals. A potentially waste-free combined roasting method, consisting of heat treatment of a mixture of CCBs, CaCO3 and CaCl2, provides a potential link between the two directions of CCBs processing. In one step, this method produces valuable elements in the form of the respective chlorides, and a cement product is obtained from the residual material. In this article, the dependence of the most important roasting parameters on the degree of extraction of Ti and Ga in the form of chlorides is described. Optimising the roasting conditions has achieved the degree of extraction of Ti nearly 56 % and Ga around 100 %.

Keywords: fly ash, CCBs, chlorination, titanium, germanium

Zveřejněno: 1. březen 2023  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Frýdl, T., & Vu, H.N. (2023). Extrakce Ti a Ga z vedlejších energetických produktů sdruženou chloridační-cementářskou metodou. Zpravodaj Hnědé uhlí, 63(1), 3-15
Sdílet...
Stáhnout citaci
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Zobrazit celý článek

    Reference

    1. ZIEROLD, K.M., ODOH, C.: A review on fly ash from coal-fired power plants: Chemical composition, regulations, and health evidence. Reviews on Environmental Health 2020,35 (4), 401-418. Přejít k původnímu zdroji...
    2. LAUZURIQUE, Y., MONTALVO, S., SALAZAR, R., GARCÍA, V., HUILIŇIR, C.: Fly ash from coal combustion as improver of anaerobic digestion: A review. Journal of Environmental Chemical Engineering 2021, 9 (6), 106422. Přejít k původnímu zdroji...
    3. DAVID HARRIS, C.H.: Joachim Feuerborn Global aspects on Coal Combustion Products. https://www.coaltrans.com/insights/article/global-aspects-on-coal-combustion-products (accessed 18.08.).
    4. GOLLAKOTA, A.R.K., VOLLI, V., SHU, C.-M.: Progressive utilisation prospects of coal fly ash: A review. Science of The Total Environment 2019, 672, 951-989. Přejít k původnímu zdroji...
    5. TAUANOV, Z., AZAT, S., BAIBATYROVA, A.: A mini-review on coal fly ash properties, utilization and synthesis of zeolites. International Journal of Coal Preparation and Utilization 2020, 1-23. Přejít k původnímu zdroji...
    6. JYOTHI, R.K., PARHI, P.K.: Clean Coal Technologies Beneficiation, Utilization, Transport Phenomena andProspective: Beneficiation, Utilization, Transport Phenomena and Prospective. 2021. Přejít k původnímu zdroji...
    7. VU, H., FRÝDL, T., BASTL, T., DVOŘÁK, P., KRISTIANOVÁ, E., TOMÁŠKO,T.: Recent Development in Metal Extraction from Coal Fly Ash. In Clean Coal Technologies: Beneficiation, Utilization, Transport Phenomena and Prospective, Jyothi, R. K., Parhi, P. K., Eds. Springer International Publishing: Cham, 2021, pp.575-603. Přejít k původnímu zdroji...
    8. KAPLAN, V., DOSMUKHAMEDOV, N., ZHOLDASBAY, E., DARUESH, G., ARGYN, A.: Alumina and Silica Produced by Chlorination of Power Plant Fly Ash Treatment. JOM 2020. Přejít k původnímu zdroji...
    9. WANG, L., ZHANG, T.-A., LV, G.-Z., DOU, Z.-H., SUN, W.-H., ZHANG, W.-G., NIU, L.-P., ZHANG, Z.-M.:Titanium Extraction from Fly Ash by Carbochlorination. JOM 2019, 71 (12), 4624-4630. Přejít k původnímu zdroji...
    10. GUO, C., ZOU, J., MA, S., YANG, J., WANG, K.: Alumina Extraction from Coal Fly Ash via Low-Temperature Potassium Bisulfate Calcination. Minerals 2019, 9, 585. Přejít k původnímu zdroji...
    11. FAN, X.-L., LV, S.-Q., XIA, J.-L., NIE, Z.-Y., ZHANG, D.-R., PAN, X., LIU, L.-Z., WEN, W., ZHENG, L., ZHAO, Y.-D.: Extraction of Al and Ce from coal fly ash by biogenic Fe3+ and H2SO4. Chemical Engineering Journal 2019, 370, 1407-1424. Přejít k původnímu zdroji...
    12. KUMAR, A., AGRAWAL, S., DHAWAN, N.: Processing of Coal Fly Ash for the Extraction of Alumina Values. Journal of Sustainable Metallurgy 2020, 6 (2), 294-306. Přejít k původnímu zdroji...
    13. NAYAK, N., PANDA, C.R.: Aluminium extraction and leaching characteristics of Talcher Thermal Power Station fly ash with sulphuric acid. Fuel 2010, 89 (1), 53-58. Přejít k původnímu zdroji...
    14. VALEEV, D., KUNILOVA, I., SHOPPERT, A., SALAZARCONCHA, C., KONDRATIEV, A.: High-pressure HCl leaching of coal ash to extract Al into a chloride solution with further use as a coagulant for water treatment. Journal of Cleaner Production 2020, 276, 123206. Přejít k původnímu zdroji...
    15. WEN, Z., ZHOU, C., PAN, J., CAO, S., HU, T., JI, W., NIE, T.: Recovery of rare-earth elements from coal fly ash via enhanced leaching. International Journal of Coal Preparation and Utilization 2022, 42 (7), 2041-2055. Přejít k původnímu zdroji...
    16. WU, Y., YANG, X., LI, L., WANG, Y., LI, M.: Kinetics of extracting alumina by leaching coal fly ash with ammonium hydrogen sulfate solution. Chemical Papers 2019, 73 (9), 2289-2295. Přejít k původnímu zdroji...
    17. GUO, Y., LI, J., YAN, K., CAO, L., CHENG, F.: A prospective process for alumina extraction via the co-treatment of coal fly ash and bauxite red mud: Investigation of the process. Hydrometallurgy 2019, 186, 98-104. Přejít k původnímu zdroji...
    18. PAN, J., NIE, T., VAZIRI HASSAS, B., REZAEE, M., WEN, Z., ZHOU, C.: Recovery of rare earth elements from coal fly ash by integrated physical separation and acid leaching. Chemosphere 2020, 248, 126112. Přejít k původnímu zdroji...
    19. GUO, Y., LI, Y., CHENG, F., WANG, M., WANG, X.: Role of additives in improved thermal activation of coal fly ash for alumina extraction. Fuel Processing Technology 2013,110,114-121. Přejít k původnímu zdroji...
    20. Shi, Y., Jiang, K.-x., Zhang, T.-a., Lv, G.-z., Cleaner alumina production from coal fly ash: Membrane electrolysis designed for sulfuric acid leachate. Journal of Cleaner Production 2020, 243, 118470. Přejít k původnímu zdroji...
    21. WANG, Z., DAI, S., ZOU, J., FRENCH, D., GRAHAM, I.T.: Rare earth elements and yttrium in coal ash from the Luzhou power plant in Sichuan, Southwest China: Concentration, characterization and optimized extraction. International Journal of Coal Geology 2019, 203,1-14. Přejít k původnímu zdroji...
    22. YAN, L., WANG, Y., MA, H., HAN, Z., ZHANG, Q., CHEN, Y.: Feasibility of fly ash-based composite coagulant for coal washing wastewater treatment. Journal of Hazardous Materials 2012, 203-204, 221-228. Přejít k původnímu zdroji...
    23. QI, L., YUAN, Y.: Characteristics and the behavior in electrostatic precipitators of high-alumina coal fly ash from the Jungar power plant, Inner Mongolia, China. Journal of Hazardous Materials 2011,192 (1), 222-225. Přejít k původnímu zdroji...
    24. LIU, G., ZHANG, H., GAO, L., ZHENG, L., PENG, Z.: Petrological and mineralogical characterizations and chemical composition of coal ashes from power plants in Yanzhou mining district, China. Fuel Processing Technology 2004, 85 (15), 1635-1646. Přejít k původnímu zdroji...
    25. PANDA, C.R., SANGITA, S.: Kinetics of aluminium leaching from coal fly ash by sulphuric acid. Indian Journal of Chemical Technology (IJCT) 2020, 27 (4), 263-273.
    26. MISHRA, D.P., DAS, S.K.: A study of physico-chemical and mineralogical properties of Talcher coal fly ash for stowing in underground coal mines. Materials Characterization 2010, 61 (11), 1252-1259. Přejít k původnímu zdroji...
    27. DUTTA, B.K., KHANRA, S., MALLICK, D.: Leaching of ele­ ments from coal fly ash: Assessment of its potential for use in filling abandoned coal mines. Fuel 2009, 88 (7), 1314-1323. Přejít k původnímu zdroji...
    28. LE, V.T., NGO, C., CHAU, L., THI, T., HONG, T., TRANG, H., FUTAMATA: Properties of FlyAshesfrom Thermal Power Stations in Relation to Use as Soil Amendments. Sains Malaysiana 2019, 48. Přejít k původnímu zdroji...
    29. ROSITA, W., BENDIYASA, I.M.: Perdana, I., Anggara, F., Sequential particle-size and magneticseparation for enrichment of rare-earth elements and yttrium in Indonesia coal fly ash. Journal of Environmental Chemical Engineering 2020, 8 (1), 103575. Přejít k původnímu zdroji...
    30. SHABTAI, Y., MUKMENEV, I.: A combined chemical-biotechnological treatment of coal fly ash (CFA). Journal of Biotechnology 1996, 51 (3), 209-217. Přejít k původnímu zdroji...
    31. BADENHORST, C.J., WAGNER, N.J., VALENTIM, B.R.V., SANTOS, A.C., GUEDES, A., BIALECKA, B., JOANNACBBUS, -., MOSZKO, POPESCU, L., CRUCERU, M., PREDEANU, G., VILJOEN, K.S., LÁZARO-MARTÍNEZ, J.M., ABAGIU, T.: In Char from coal ash as a possible precursor for synthetic graphite@ Recent developments of the Charphite project, 2019.
    32. DOUCET, F., MOHAMED, S., NEYT, N., CASTLEMAN, B., VAN DER MERWE, E.:Thermochemical processing of a South African ultrafine coal fly ash using ammonium sulphate as extracting agent for aluminium extraction. Hydrometallurgy 2016,166. Přejít k původnímu zdroji...
    33. RUSHWAYA, M.J., NDLOVU, S.: Purification of coal fly ash leach liquor by solvent extraction: Identification of influential factors using Design of Experiments. International Journal of Mineral Processing 2017, 164, 11-20. Přejít k původnímu zdroji...
    34. MATJIE, R.H., BUNT, J.R., VAN HEERDEN, J.H.P.: Extraction of alumina from coal fly ash generated from a selected low rank bituminous South African coal. Minerals Engineering 2005, 18 (3), 299-310. #HEADER#: TECHNOLOGIE Přejít k původnímu zdroji...
    35. JANKOWSKI, J., WARD, C.R., FRENCH, D., GROVES, S.: Mobility of trace elements from selected Australian fly ashes and its potential impact on aquatic ecosystems. Fuel 2006, 85 (2), 243-256. Přejít k původnímu zdroji...
    36. KEJÍK, P.: Rozpustnost elektrárenských popílků ve vysoce alkalickém prostředí Vysoké učení technické v Brně, Brno, 2010.
    37. MARKO, M., OPRAVIL, T., MASILKO, J., PORIZKA, J.: Possibilities of fly ash activation in alumina recovery process. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019, 583, 012003. Přejít k původnímu zdroji...
    38. VASSILEV, S.V., VASSILEVA, C.G.: A new approach for the classification of coal fly ashes based on their origin, composition, properties, and behaviour. Fuel 2007, 86 (10-11), 1490-1512. Přejít k původnímu zdroji...
    39. BISWAS, R.K., BANU, R.A., ISLAM, M.N.: Some physicochemical properties of D2EHPA: Part 2. Distribution, dimerization and acid dissociation constants in n-hexane/1 M (Na+,H+) SO42- system, interfacial adsorption and excess properties. Hydrometallurgy 2003, 69, 157-168. Přejít k původnímu zdroji...
    40. MORENO, N., QUEROL, X., ANDRES, J., STANTON, K., TOWLER, M., NUGTEREN, H., JANSSENJURKOVICOVA, M., JONES, R.: Physico-chemical characteristics of European pulverized coal combustion fly ashes. Fuel 2005, 84 (11), 1351-1363. Přejít k původnímu zdroji...
    41. SIJAKOVA IVANOVA, T., PANOV, Z., BLAZEV, K., ZAJKOVA, V.: Investigation of fly ash heavy metals content and physico chemical properties from thermal power plant, Republic of Macedonia. International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST) 2011, 3, 8219-8225.
    42. BHATT, A., PRIYADARSHINI, S., ACHARATH MOHANAKRISHNAN, A., ABRI, A., SATTLER, M., TECHAPAPHAWIT, S.: Physical, chemical, and geotechnical properties of coal fly ash: A global review. Case Studies in Construction Materials 2019,11, e00263. Přejít k původnímu zdroji...
    43. ŠKVARLA, J., SISOL, M., BOTULA, J., KOLESÁROVÁ, M., KRINICKÁ, I.: The Potential Use of Fly Ash With a High Content of Unburned Carbon in Geopolymers. Acta Geodynamica et Geomaterialia 2011, Vol. 8 (No. 2 (162)), 123-132.
    44. FONT, O., QUEROL, X., JUAN, R., CASADO, R., RUIZ, C.R., LÓPEZ-SOLER, Á., COCA, P., PEŇA, F.G.: Recovery of gallium and vanadium from gasification fly ash. Journal of Hazardous Materials 2007, 139 (3), 413-423. Přejít k původnímu zdroji...
    45. CHIMENOS, J.M., FERNÁNDEZ, A.I., DEL VALLE-ZERMEŇO, R., FONT, O., QUEROL, X., COCA, P.: Arsenic and antimony removal by oxidative aqueous leaching of IGCC fly ash during germa­ nium extraction. Fuel 2013,112, 450-458. Přejít k původnímu zdroji...
    46. ARROYO, F., PEREIRA, C., OLIVARES, J.N., LLANO, P., Hydrometallurgical Recovery of Germanium from Coal Gasification Fly Ash: Pilot Plant Scale Evaluation. Industrial & Engineering Chemistry Research - IND ENG CHEM RES 2009, 48. Přejít k původnímu zdroji...
    47. PAN, J., HASSAS, B.V., REZAEE, M., ZHOU, C., PISUPATI, S.V.: Recovery of rare earth elements from coal fly ash through sequential chemical roasting, water leaching, and acid leaching processes. Journal of Cleaner Production 2020,124725. Přejít k původnímu zdroji...
    48. MURTHA, M., BURNET, G.: In Recovery of alumina from coal fly ash by high temperature chlorination, Proceedings of the Iowa Academy of Science, 1976, pp.125-129.
    49. DIAZ, E.I., ALLOUCHE, E.N., EKLUND, S.: Factors affecting the suitability of fly ash as source material for geopolymers. Fuel 2010, 89 (5), 992-996. Přejít k původnímu zdroji...
    50. KIM, B., PREZZI, M.: Evaluation of the mechanical properties of class-F fly ash. Waste Manag 2008, 28 (3), 649-59. Přejít k původnímu zdroji...
    51. HOWER, J.C., ROBERTSON, J.D., THOMAS, G.A., WONG, A. S., SCHRAM, W.H., GRAHAM, U.M., RATHBONE, R.F., ROBL, T.L.: Characterization of fly ash from Kentucky power plants. Fuel 1996, 75 (4), 403-411. Přejít k původnímu zdroji...
    52. FRANUS, W., WIATROS-MOTYKA, M.M., WDOWIN, M.: Coal fly ash as a resource for rare earth elements. Environmental Science and Pollution Research 2015, 22 (12), 9464-9474. Přejít k původnímu zdroji...
    53. MONDAL, S., GHAR, A., SATPATI, A.K., SINHAROY, P., SINGH, D.K., SHARMA, J.N., SREENIVAS, T., KAIN, V.: Recovery of rare earth elements from coal fly ash using TEHDGA impregnated resin. Hydrometallurgy 2019,185, 93-101. Přejít k původnímu zdroji...

    Zpět na obsah