Badanie odporności hydrolitycznej zwitryfikowanego odpadu.

Badanie odporności hydrolitycznej
zwitryfikowanego odpadu.
Pomiar gęstości szkła metodą hydrostatyczną
Pomiar gęstości ciał stałych, szczególnie o nieregularnych kształtach odbywa się
w oparciu o prawo Archimedesa. Do tego pomiaru wykorzystuje się wagę hydrostatyczną,
dwie szalki, podstawkę, zlewkę, termometr oraz wodę destylowaną.
Przygotowanie sprzętu do badań polegało na odpowiednim ustawieniu wagi analitycznej
oraz belki wagi, nad którą umieszczono specjalną podstawkę. Do zlewki wlano wodę
destylowaną i ustawiono ją na podstawce. W zlewce zamontowany był termometr, dzięki
któremu można było odczytać temperaturę wody. Na belce wagi umieszczone były dwie
szalki- jedna zanurzona w wodzie, druga znajdowała się w powietrzu. Po wytarowaniu wagi
zważono próbkę w pierwszej kolejności w powietrzu, a następnie w wodzie.
Gęstość szkła obliczono korzystając ze wzoru:
 sz 
m1
  H 2O
m1  m2
gdzie:
 sz  gęstość szkła
m1 - masa szkła w powietrzu
m2 - masa szkła w wodzie
 H O - gęstość wody
2
2
Tab. 0.1 Gęstość mieszanin szkło-odpad
Nazwa
Masa
Masa szkła
Temperatura
Gęstość
Gęstość
próbki
szkła w
w wodzie [g]
wody [˚C]
wody
szkła
g / cm 
3
powietrzu [g]
BK 10%
0,7346
0,4389
24
0,99730
BK 20%
4,022
2,4184
24
0,99730
BK 30%
1,5810
0,9540
24
0,99730
BK 40%
5,1427
3,1016
24
0,99730
BK 50%
6,672
4,0681
24
0,99730
g / cm 
3
Wymywalność pierwiastków
Miarą zdolności immobilizujących szkła jest stopień wymywalności z jego struktury
substancji toksycznych. Wymywalność zaś oznacza skłonność do wytwarzania w kontakcie
z wodą szkodliwych odcieków, jest ona istotną cechą skuteczności unieszkodliwiania
składowanych odpadów.
Badanie
wymywalności
pierwiastków
przeprowadzono
na
próbkach
zgodnie
z amerykańską normą ASTM C1285-2(2008) - Standard Test Methods for Determining
Chemical Durability of Nuclear, Hazardous, and Mixed Waste Glasses and Multiphase Glass
Ceramics: The Product Consistency Test (PCT). Testy wykonano dla wszystkich szkieł oraz
dla szkieł uzyskanych mieszanin szkła bazowego z odpadem.
Z każdej próbki o frakcji 0,075  0,200mm pobrano 1,5 g i umieszczono
w plastikowych pojemnikach. Do wszystkich pojemników wlano wodę destylowaną w ilości
15 ml. Przygotowano również tzw. „ślepą próbę”, którą stanowił jeden pojemnik napełniony
samą wodą destylowaną. Przygotowane w ten sposób próbki umieszczono w suszarce
laboratoryjnej i przetrzymywano je w temperaturze 90C przez 7 dni. Po tym czasie
3
wyciągnięto pojemniki i odsączono ciekły roztwór, który następnie poddano analizie ICPAES.
Wartość znormalizowanego współczynnika wymywalności obliczono korzystając ze wzoru:
NRi 
Ci  Bi
[g/m2]
SA
fi 
Vs
gdzie:

NRi  znormalizowany współczynnik wymywania i-tego pierwiastka g / m 2

C i  koncentracja i-tego pierwiastka w roztworze g / m 3



Bi  koncentracja i-tego pierwiastka w ślepej próbie g / m 3

f i  średni udział masowy i-tego pierwiastka 
 
 pole powierzchni na jednostkę masy próbki m 
Vs  początkowa objętość wody destylowanej m 3
SA
2
Wartość S A określa zależność:
SA 
3
 ms
r 
gdzie:
r  średni promień ziarna m
  gęstość szkła g / m 3 
ms  początkowa masa próbki g 
Wartość f i określa zależność:
fi 
u iT  M iP
M iT
gdzie:
u iT  udział masowy i-tego tlenku
M iP  masa atomowa i-tego pierwiastka
M iT  masa molowa i-tego tlenku
4
Skład chemiczny popiołu [% mas]
Skład tlenkowy Zawartość %
suchej masy
CaO
39,9
SiO2
22,2
Al 2 O3
13,5
Fe2 O3
7,72
SO3
4,22
TiO2
3,02
P2 O5
2,56
MgO
2,23
Cr2 O3
0,89
Skład chemiczny szkieł w % masowych
Skład szkieł
w % masowych
Szkło 3
SiO2
56
B2O3
15
Al2O3
8
CaO
_
Na2O
21
Cs2O
_
5
Koncentracja pierwiastków w roztworach dla mieszanin szkło-odpad [mg/dm3]
Bi
Ci
Ci  Bi
Si
0,4762
B
0,1186
Al
0,002
Na
0
218,749
218,2728
199,2788
199,1602
3,3983
3,3963
395,6049
395,6049
Ca
0
Fe
0,001
S
0
Ti
0
P
0
Mg
0
Cr
0
BK 10%
1,3252
5,2529
1,3252
5,2519
3,8755
3,8755
0,0475
0,0475
68,0468
68,0468
0,9565
0,9565
0,0482
0,0482
2,0991
2,0991
0,0269
0,0269
18,3388
18,3388
0,8218
0,8218
0,0379
0,0379
130,2566
129,7804
100,2638
100,1452
7,2419
7,2399
209,4443
209,4443
BK 20%
3,5245
0,9777
3,5245
0,9767
Ci  Bi
83,0083
82,5321
26,8773
26,7587
5,0011
4,9991
78,7556
78,7556
BK 30%
2,4064
0,1814
2,4064
0,1804
1,5995
1,5995
0,0129
0,0129
6,7805
6,7805
0,5549
0,5549
0,0354
0,0354
Ci
62,1126
17,6117
4,1603
55,2117
BK 40%
2,3208
0,1064
1,0688
0,0055
12,1608
0,4701
0,0185
Ci  Bi
61,6364
17,4931
4,1583
55,2117
2,3208
0,1054
1,0688
0,0055
12,1608
0,4701
0,0185
38,8203
38,8203
BK 50%
3,7659
0,0173
3,7659
0,0163
1,1449
1,1449
0,0013
0,0013
0,4426
0,4426
0,6388
0,6388
0,0094
0,0094
Ci
Ci  Bi
Ci
Ci
Ci  Bi
46,1881
45,7119
11,0626
10,944
2,4391
2,4371
6