Bottom ash utilization – Furnace waste from production of fishing net

Abstract

This research studied utilization of bottom ash, waste from coal combustion of the fishing-net processing factory in Khan Kaen, as a clay replacement material for ceramic production. Clay used in this study was collected in Maha Sarakham. The raw materials were dried at 103-105ºC for 24 hours, then crushed and sifted through sieves to get particles smaller than 300 and 150 micron. The replacement percentage of clay with bottom ash was tested at 0, 20 and 40 by weight. Water was added to obtain a moisture content of 15-20%. Then, the mixtures were casted in 30x60x10 mm3 acrylic molds and dried for 24 hours. Consequently, they were fired at the maximum temperature of 400-1,300ºC using a temperature ramp rate of 1.5, 3 and 9ºC per minute. When reaching the specified temperature, the samples were fired for another 0 and 4 hours. The ceramic properties were examined for visible cracks, linear shrinkage, water absorption, compressive strength and fracture toughness. Moreover, the ceramic examination was extended to particle morphological analysis, toxicity characteristic leaching for heavy metals and adsorption capacity for gaseous toluene as a representative of air pollutants. Results showed the temperature ramp rate of 1.5ºC per minute resulted in no visible cracks. Increasing the firing temperature enhanced the compressive strength and fracture toughness of the ceramics, but extending the firing period did not affect the compressive strength. Increasing the ash ratio can assist in reducing the linear shrinkage of ceramics. However, the samples containing ash that were fired at 1,300ºC became swollen. The 20%-bottom ash sample, fired at 1000ºC exhibited the highest fracture toughness and lowest water absorption. These properties were in agreement with the diffractograms of the ceramic sample that was found christophilite, a phase of glass. Christophilite strengthens the ceramic structure. The toxicity characteristics leaching procedure for the ceramics with bottom ash found that the amounts of arsenic, lead, mercury, cadmium, barium, chromium, copper, zinc and selenium did not exceed the standards of the US Environmental Protection Agency and the standard of leachate from hazardous waste landfill of the Department of Industry Promotion of Thailand. The adsorption behavior of the ceramics for gaseous toluene can be described by the Freundlich isotherm. At the toluene concentration of 200 µg/m3, the adsorption capacity of the ceramics varied directly with the added amount of ash, but varied inversely with the firing temperature.

งานวิจัยนี้ศึกษาการใช้ประโยชน์ของเถ้าหนักซึ่งเป็นของเหลือทิ้งจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงถ่านหินของโรงงานอุตสาหกรรมผลิตแหอวนในจังหวัดขอนแก่น โดยใช้ทดแทนดินเหนียวในการผลิตเซรามิกประเภทดินเหนียว ดินเหนียวที่ใช้ในการทดลองได้จากจังหวัดมหาสารคาม ทำการอบวัตถุดิบที่ 103-105 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 24 ชั่วโมง แล้วบดและร่อนผ่านตะแกรงให้ได้อนุภาคเล็กกว่า 300 และ 150 ไมครอน ทดสอบอัตราส่วนเถ้าหนักแทนที่ดินเหนียว ได้แก่ร้อยละ 0, 20 และ 40 โดยน้ำหนัก เติมน้ำในส่วนผสมให้ได้ความชื้นร้อยละ 15-20 จากนั้นหล่อตัวอย่างในแบบอะคริลิกสี่เหลี่ยมขนาด 30x60x10 ลูกบาศก์มิลลิเมตร บ่มที่อุณหภูมิห้อง 24 ชั่วโมง ทดสอบอุณหภูมิเผาสูงสุดที่ 400-1,300 องศาเซลเซียส และอัตราการเพิ่มอุณหภูมิ 1.5, 3 และ 9 องศาเซลเซียสต่อนาที เมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนดแล้วเผาต่ออีก 0 และ 4 ชั่วโมง การทดสอบสมบัติเซรามิกประกอบด้วย การแตกร้าว การหดตัวเชิงเส้น การดูดซึมน้ำ กำลังรับแรงอัด ความต้านแรงกดแตก สัณฐานวิทยาของอนุภาค การชะของโลหะหนัก และความสามารถในการดูดซับมลพิษอากาศ คือ ก๊าซโทลูอีน ผลการทดสอบพบว่า อัตราการเพิ่มอุณหภูมิเผาที่ไม่ทำให้เซรามิกเกิดการแตกร้าว คือ 1.5 องศาเซลเซียสต่อนาที เมื่อเพิ่มอุณหภูมิเผาสูงสุดทำให้กำลังรับแรงอัด และความต้านทานแรงกดแตกเพิ่มขึ้น แต่การยืดเวลาเผาต่อไม่ส่งผลให้กำลังรับแรงอัดเพิ่มขึ้น การเพิ่มอัตราส่วนเถ้าหนักสามารถช่วยลดการหดตัวเชิงเส้นของเซรามิก แต่ตัวอย่างที่ผสมเถ้าหนักและเผาที่อุณหภูมิ 1,300 องศาเซลเซียสกลับทำให้ชิ้นงานพองตัว ชิ้นงานที่ผสมเถ้าหนัก 20 เปอร์เซ็นต์เผาที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียสให้ค่าความต้านแรงกดแตกสูงที่สุด และค่าดูดซึมน้ำน้อยที่สุด ซึ่งสอดคล้องกับผลของดิฟแฟรกโตแกรมที่ปรากฏคริสโตบาไลต์ซึ่งเป็นเฟสของแก้วเกิดที่อุณหภูมิสูงช่วยสร้างความแข็งแรงให้โครงสร้าง ผลของการชะของโลหะหนักจากเซรามิกผสมเถ้าหนักพบปริมาณ สารหนู ตะกั่ว ปรอท แคดเมียม แบเรียม โครเมียม ทองแดง สังกะสี และซีลีเนียม ไม่เกินเกณฑ์มาตรฐานขององค์กรสิ่งแวดล้อมสหรัฐอเมริกา และมาตรฐานน้ำชะออกจากหลุมฝังกลบขยะอันตรายของสำนักบริหารจัดการกากอุตสาหกรรมประเทศไทย ส่วนพฤติกรรมการดูดซับก๊าซโทลูอีนของเซรามิกสามารถอธิบายได้ด้วยไอโซเทอมฟลุนดลิช โดยที่ความเข้มข้นโทลูอีน 200 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ความสามารถในการดูดซับแปรผันตามปริมาณเถ้าในชิ้นงาน แต่แปรผกผันกับอุณหภูมิในการเผาชิ้นงาน