Vliegas - Chemische Feitelijkheden

1 VliegasInleidingVliegas is de zeer fijne as (90% van de deeltjes is kleiner dan 75 m),die met de rookgassen uit een verbrandingsinstallatie wordt meege-voerd en meestal voordat deze de schoorsteen verlaat, wordt afge-scheiden door speciale filters of dan 90% van de in Nederland geproduceerde Vliegas komt vanpoederkoolgestookte elektriciteitscentrales en wordt nader aange-duid als poederkoolvliegas, of ook wel poederkoolfilteras. Ook bijde vuilverbranding wordt Vliegas gevormd; deze heeft geheel anderechemische en fysische eigenschappen dan hoeveelhedenDe produktie van poederkoolvliegas in Nederland bedraagt mo-menteel circa ton per jaar en zal door de geplande inbe-drijfname van enkele op kolen omgebouwde eenheden tussen 1986en 1988 toenemen tot ca.

2 Ton per jaar. De prognose na 1992is nog onzeker, onder meer in verband met de mogelijke bouw vaneen of meer kernenergiecentrales, maar men rekent op 1-1,5 miljoenton in het jaar 1 VliegasChemische Feitelijkheden 1-80 Herdruk 1996 Karakterisering van poederkoolvliegas (1)*OntstaanswijzeIn de poederkoolmolens van de centrale wordt de ruwe kool gema-len tot deeltjes die voor het merendeel kleiner dan 75 m (0,075 mm)zijn. Deze poederkool wordt samen met de verbrandingslucht via debranders in de vuurhaard gebracht, waar een snelle verhitting vanmeer dan 1000 graden per seconde plaats heeft tot circa 1600 C. Inde loop van dit verhittingsproces treden de vluchtige componentenuit de het volgende stadium oxideren de koolstofhoudende (en ook deanorganische) componenten.

3 Door de korte verblijftijd in de vuur-haard van 1 tot 2 seconden bij vollast, krijgt een kleine fractie vande kool onvoldoende tijd om met zuurstof te reageren. Deze fractieblijft als onverbrand materiaal in de anorganische asfractie het algemeen verkeert het merendeel van de asdeeltjes in devuurhaard van een poederkoolketel in een gesmolten gering deel klontert zodanig samen dat de aldus gevormde gro-vere deeltjes tengevolge van de zwaartekracht op de ketelbodem te-rechtkomen (bodemas), maar het overgrote deel wordt als vliegasmet de rookgassen meegevoerd en door middel van elektrostatischevliegasvangers uit de rookgassen droge vorm bestaat poederkoolvliegas uit fijn poeder dat sterk opcementpoeder gelijkt en waarvan de kleur varieert van licht grijs viabruin-grijs tot donker grijs, afhankelijk van het restkoolstof- en hetijzergehalte.

4 In bevochtigde vorm vertoont Vliegas veel gelijkenismet klei. Wanneer Vliegas met de Raster Elektronen Microscoop(REM) bekeken wordt vallen drie karakteristieke verschijningsvor-men op: ronde bolletjes, in diameter vari rend van 1 tot 100 m (fi-guur 1); zogenaamde plerosferen (Gr. pleres: vol; sphaira: bol); dit zijnbolletjes van 100-300 m bestaande uit een dikke schaal gevuldmet vele kleine Vliegas pareltjes;*De cijfers tussen ( ) verwijzen naar de 2 VliegasChemische Feitelijkheden 1-80 Herdruk 1996 zogenaamde cenosferen (Gr. kenos: hol, leeg: sphaira: bol); ditzijn holle bolletjes gevuld met bestaat hoofdzakelijk uit aluminiumsilicaat en verder zijnijzer-, alkali- en aardalkalimetalen aanwezig.

5 Met betrekking tot demacrosamenstelling bezit Vliegas een sterke gelijkenis met de samen-stelling van de Nederlandse zeeklei (tabel 1). Overigens is de struc-tuur van Vliegas anders dan de structuur van samenstelling van in Nederland geproduceerdepoederkoolvliegas en van Nederlandse zeeklei (fractie 0-2 m)verbindingNederlandse vliegasNederlandsezeekleisiliciumoxide (SiO2)50% ( 43-70)51%aluminiumoxide (A12O3)25% ( 19-31)20%ijzer(III)oxide(Fe2O3)7% ( 2-11)10%calciumoxide (CaO)3% (0,3- 7)10%magnesiumoxide (MgO)2% (0,2- 4)2,5%kalium- en natriumoxide (K2O,Na2O)3% (0,1- 4)4%zwaveldioxide, titaandioxide,fosforpentoxide (SO2, TiO2,P2O5)2,5% ( 1- 3) koolstof (C)5% ( 3-11)1%Behalve deze macrobestanddelen zijn nog een groot aantal elemen-ten in zeer lage concentraties aanwezig.

6 Kenmerkende concentratie-bereiken van deze spoorelementen zijn in tabel 2 aangegeven. Devaak vluchtige spoorelementen zijn tijdens de verbranding in gas-vorm vrijgekomen en in de loop van het afkoelingstraject van1600 C naar 140 C gedeeltelijk in de matrix van de vliegasbolletjesopgenomen en gedeeltelijk op het oppervlak daarvan geconden-seerd. Zeeklei bevat ongeveer dezelfde spoorelementen, maar in eenveel lager 3 VliegasChemische Feitelijkheden 1-80 Herdruk 19960869-040 Figuur. Rem-opname 4 VliegasChemische Feitelijkheden 1-80 Herdruk 1996 Tabel aan spoorelementen in vliegaselementenconcentratie mg/kgborium, barium, mangaan, vanadium, zink100-1000chroom, koper, nikkel, lood100- 150arseen, kobalt, molybdeen, thorium, uraan10- 100cadmium, antimoon, seleen1- 10kwik< 1 Fysische eigenschappenDe fysische eigenschappen van Vliegas worden in belangrijke matebepaald door de eigenschappen van de kool.

7 Daarnaast spelen ookde bedrijfsvoering en het ketelontwerp een rol, bijvoorbeeld inzakede maalfijnheid van de kool of de temperatuur en de verblijftijd inde vuurhaard. Enkele belangrijke fysische eigenschappen zijn: absolute dichtheid2000-2400 kg/m3 stortmassa800-1000 kg/m3 korrelgrootteverdeling75% < 40 m (zie figuur 2) specifiek oppervlak3000-4000 cm2/g smeltpunt1200-1600 C pH (van het contactwater)8-10 bitumengetal25-60100cumulatief percentage fijner dandeeltjesgrootte in m75 m8060402001101000869-041 Figuur 2. Korrelgrootteverdeling van in Nederland geproduceerde poederkoolvliegas(gemiddelde waarden).028 5 VliegasChemische Feitelijkheden 1-80 Herdruk 1996 Toepassing van vliegasVliegas bezit zogenaamde pozzolane eigenschappen vliegasreageert bij contact met water en kalk tot een cementachtig eigenschappen hangen nauw samen met de mate van door-smelting tijdens het verbrandingsproces, met de fijnheid en met degrootte van het specifiek oppervlak.

8 Vliegas is daarom geschikt omin de cementproduktie te worden toegepast. Het wordt onder meeraan de in de cementklinkeroven gebrande klinker toegevoegd envervangt daarmede een deel van de (energierijke) klinker. Anderetoepassingen zijn: in beton als vulstof ter vervanging van cement en/of zand; als toeslagstof verwerkt tot bolletjes door kalkbinding ofsinteren; in wegen als vervanging van asfaltvulstof; (bitumengetal) als vervanging van zand en cement in stabilisatielagen; als vervanging van ophoogmateriaal; in bouw- en straatsteen ter vervanging van klei;en nog vele andere kleinschalige toepassingen als bijvoorbeeld vul-stof in wordt de mogelijkheid bestudeerd om uit Vliegas metaal te win-nen. Met name lijkt de winning van elementen als aluminium, ijzer,titaan, germanium, gallium en beryllium milieuhygi nische aspecten van poederkoolvliegas zijn uitgebreidonderzocht.

9 Bij verwerking van (droge) Vliegas kan er stof in delucht komen. De stofbelasting dient beneden de MAC-waarde van10 mg/m3te blijven. Uit onderzoek is gebleken dat poederkoolvlieg-as geen mutagene activiteit vertoont en naar verwachting geen car-cinogene activiteit zal vertonen. Er zijn verder geen indicaties datvliegas bindweefselgroei in de longen (silicose) veroorzaakt (2).028 6 VliegasChemische Feitelijkheden 1-80 Herdruk 1996De aardkorst bevat onder meer de elementen uranium en elementen zijn samen met hun dochterprodukten radioactiefen zijn mede de veroorzakers van de zogenaamde achtergrondstra-ling. Deze varieert in Nederland van 100 tot 200 mrem per jaar enis gemiddeld 140 mrem per jaar groot. Na verbranding van steen-kool blijven het uranium en thorium met toegenomen concentratiesin de Vliegas achter.

10 Bij toepassing van Vliegas in bouwmaterialenter vervanging van natuurlijke produkten, zoals klei (bakstenen) enzand (beton, kalkzandsteen), zal de stralingsbelasting in woonom-gevingen toenemen. De Gezondheidsraad (3) vindt, bij toepassingvan afvalstoffen in bouwmaterialen, een verhoging van 10 mrem/jaar acceptabel. Op basis hiervan zijn (interim-) advieswaarden ge-formuleerd voor de toelaatbare hoogte van stralingsactiviteitscon-centraties in bouwmaterialen. Ten aanzien van de huidige toepas-singsvormen van Vliegas in cement en beton, voldoen de hieruit ge-produceerde bouwmaterialen aan deze advieswaarden. Ten aanzienvan toekomstige toepassingsvormen als vliegaskleibakstenen en vlieg-ashoudende bouwelementen is onderzoek ander milieueffect kan optreden wanneer Vliegas of afgeleideprodukten met water in contact komen en uitloging kan plaatsvin-den, waardoor metalen in ongewenste concentraties in de bodem te-recht kunnen komen.