Exploring the Application of Filter Dust from SiC Production in Concrete

Abstract

Silisiumkarbid er hovedsakelig produsert gjennom Acheson prosessen. Den inkluderer å varme opp petroleumskoks, silika sand og karbon til temperaturer høyre enn 2000°C. De høye temperaturene bidrar til å frigjøre avgasser fra ovnen. Deler av gassene reagerer med hverandre, og/eller andre stoffer i luften for å danne partikler. Ved Fiven Lillesand, blir de fleste av disse partiklene samlet opp som filterstøv av et gassrenseanlegg, for deretter å bli deponert. Fysisk og kjemisk karakterisering av dette filtrestøvet ble gjennomført gjennom ulike metoder. Resultater fra disse prøvene viste at filterstøvet i hovedsak består av amorfe og sannsylig agglomererte partikler hvor 90% har en diameter på 30 μm eller mindre, og hvor 10% har en diameter på 0.4 μm eller mindre. Primærpartiklene er estimert til å ha en størrelse på 50 nm. Testing av kjemisk sammensetning viste at støvet består av omtrent 22 wt% silisium, 5 wt% jern, 3 wt% svovel og 2.7 wt% total karbon. Innholdet av de gjenværende delene av filterstøvet er ikke fullstendig avklart. For å utforske potensielle fordeler med filterstøvet, ble det gjennomført tester for å undersøke nyttelsen av det i betong. Filterstøvet erstattet 10% (FD10), 15% (FD15), og 20% (FD20) av ordinær Portlandsement, i ulike blandinger. Til sammenlikning, så ble også en referanseblanding støpt (OPC), som inneholdt 0% filterstøv. Alle blandingene ble støpt som like staver for å testes videre. Bøyestrekkfastheten og trykkfastheten ble testet i henhold til NS-EN 196 standard metode, etter 24 timer og 28 dager, samt at pH ble testet. Testene viste at FD10 og FD15 var sterkest i forhold til OPC. Dette er lovende resultater. Likevel, grunnet et begrenset antall paralleller, vil det kreve ytterligere testing og videre karakterisering før man kan fastslå i hvilken grad filterstøvet forbedrer betongens egenskaper.

Silicon carbide is primarily produced through the Acheson process, which includes heating petroleum coke, silica sand and carbon to temperatures above 2000°C. The high temperatures contribute to the release of off-gas from the furnace. Parts of the off-gas react with each other, and/or elements in the air to form solid particles. At Fiven Lillesand, the majority of these are collected as dust by a filter in their gas purification plant, and then landfilled. Physical and chemical characterization of the filter dust was executed through a variety of methods. These found that the filter dust mainly consists of amorphous and usually agglomerated particles. The particle size ranges from 90% having a particle size of 30 μm or less, to 10% of the filter dust having a particle size of 0.4 μm or less. The primary particles have an estimated size of 50 nm. The testing of chemical composition showed that the dust consists of about 22 wt% Si, 5 wt% Fe, 3 wt% S and 2.7 wt% total carbon. The remaining parts are not conclusively defined. To utilize the potential benefits of the filter dust, the compatibility in concrete was tested. The filter dust replaced 10% (FD10), 15% (FD15), and 20% (FD20) of ordinary Portland Cement, in different batches. A reference batch was also included (OPC), which had 0% of the cement replaced. All batches were cast into prisms with the same measurements for comparison. After 24 hours and 28 days, the prisms were tested for flexural and compressive strength according to NS-EN 196 standard method and pH measurements were done. The testing showed that the FD10 and FD15 had the highest strength compared to the standard mix, OPC. These are promising results. However, given the limited number of parallels, additional testing, and further characterization is necessary before determining the extent to which the filter dust enhances the properties of concrete.