Investigation of fly ash characteristics on zeolite 4A synthesis

Abstract

Aday bir hammadde olarak uçucu kül ile son ürün olan Zeolit 4A arasındaki ilişki açısından bir bilgi eksikliği mevcuttur. Bu çalışma, literatürdeki bu boşluğu kontrollü kül üretim deneyleri, karakterizasyon çalışmaları ve zeolit 4A sentezi ile doldurmayı amaçlamaktadır. Yapılan çalışmalar sonucunda, uçucu külden elde edilen alkali füzyon ürününün çekirdeklenme davranışı ortaya konmuş ve en az sodalit safsızlığına ve kubik morfolojiye sahip Zeolit 4A 47° C 12 saat yaşlandırma koşulları ve 90°C 4 saat kristalizasyon koşullarında Seyitömer külünün 1,17 Si/Al mol oranına sahip olan jelinden elde edilmiştir. Class F küllerinin sahip olduğu demir içeriği ve özellikle minerolojik açıdan hematit ve mullit içeriğinin alkali füzyon ürünü ve zeolite 4A kristal fazları üzerinde farklılığa neden olduğu gözlenmiştir. Bunun yanı sıra, külün sahip olduğu hematit, mullit içeriği ve kristalinitesinin yanma parametreleriyle değiştirilebildiği gözlenmiştir. Bu duruma bağlı olarak, yüksek soğutma hızı ve düşük yanma sıcaklığı gibi koşullarla mullit ve hematite açısından fakir olan, düşey borulu fırından 1000° C'de elde edilen Tunçbilek külünden,optimal koşullarda yürütülen sentez sonucunda en az sodalit içeriğine sahip %64,1 kristallikte ve istenilen kübik morfolojide Zeolit 4A elde edilmiştir. Sodalit faz safsızlığı içeriğinin, hematit, mullit mineral bileşimiyle parallel olarak artış gösterdiği gözlenmiştir. Soma külünden elde edilen sentez ürününde, yüksek kalsiyum safsızlığından ötürü katoit elde edilmiştir. Son olarak, sodyum karbonat-kömür-aluminyum hidroksit karışımından elde edilen yanma deneyi sonucunda elde edilen küllerden füzyon adımına ihtiyaç duymaksızın, optimize edilmiş koşullarda Zeolit 4A sentezi gerçekleştirilmiş ve düşük kristalinite ile Zeolit 4A elde edilmiştir.

There is lack of information about the relation between the candidate raw material fly ash and end product, Zeolite 4A.This study aims to fill the gap in the literature through controlled ash production experiments, characterization studies and Zeolite 4A synthesis. As a result of studies, the nucleation behaviour of the alkali fusion product obtained from fly ash was demonstrated and the most crystalline Zeolite 4A with cubic morphology were obtained from Seyitömer fly ash with alkali fusion product of Si/Al mol ratio 1,17 at the conditions, 47 °C, 12 hour aging and 90°C, 4 hour crystallization with the least sodalite impurity. It was observed that hematite and mullite content of fly ash caused differences in the alkali fusion product and Zeolite 4A. In addition, it has been observed that the hematite, mullite content and crystallinity of ash could be tuned by combustion parameters. From the Tunçbilek ash obtained from the drop tube furnace at 1000 °C, which is the poorest in mullite and hematite because of the conditions (high cooling rate and low combustion temperature), Zeolite 4A with 64,1 % crystallinity and cubic structure and minimum sodalite content was achieved under optimal synthesis conditions. Sodalite phase impurity content increased in parallel with hematite and mullite mineral content. In the synthesis product of Soma ash, katoite was obtained because of high level of calcium impurity. Finally, the ash from combustion experiments of the blend of sodium carbonate-coal-aluminum hydroxide, the synthesis of zeolite 4A was carried oyt under optimized conditions without the need for a fusion step and zeolite 4A was obtained with low crystallinity.