Hochtemperaturkorrosion von Kalziumhexa-Aluminat mit Biomasseschlacke

Die Energiewende von der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Biomasse konfrontiert feuerfeste Zustellungen aufgrund des hohen Gehalts an Alkalien sowie der großen Vielfalt an Biomassequellen mit schweren Korrosionsproblemen. Verbrennungsanlagen, die für fossile Brennstoffe optimiert sind, werden üblicherweise mit Mullit, Al2O3-Cr2O3 oder SiC-basierten feuerfesten Produkten ausgekleidet, jedoch sind diese Materialien nicht immer für den Einsatz von organischen Brennstoffen geeignet. Feuerfestprodukte auf der Basis von Kalziumhexa-Aluminat (CaO-6Al2O3) haben aufgrund ihrer hohen Beständigkeit gegen Alkaliangriffe vielversprechende Leistungen gezeigt. In der Tat haben frühere Arbeiten gezeigt, dass die Reaktion zwischen Kalziumhexa-Aluminat und Alkali nicht zu der starken Volumenausdehnung führt, die bei anderen Mineralphasen wie Korund oder Andalusit beobachtet wird.

Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, die Reaktionsmechanismen zwischen Kalziumhexa-Aluminat-Materialien und ausgewählten Zusammensetzungen von Biomasse-Aschen zu untersuchen. Daher werden die drei Hauptoxide, die in einer durchschnittlichen Biomassezusammensetzung enthalten sind, nämlich CaO, SiO2 und K2O, ausgewählt, um die Hochtemperaturreaktionen mit Kalziumhexa-Aluminat zu untersuchen. Die Analysen konzentrieren sich auf die kinetischen und mikrostrukturellen Aspekte, wobei hauptsächlich Rasterelektronenmikroskop- (REM) und Röntgenbeugungsanalysen (RBA) verwendet werden, unterstützt durch thermodynamische Berechnungen.

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High temperature corrosion of calcium hexa-aluminate with biomass slag
The energy transition from the incineration of fossil fuels to biomass confront refractory linings to severe corrosion issues, due to the high content of alkalis as well as the wide variety of biomass sources. Incinerators optimized for fossil fuels are commonly lined with mullite, Al2O3-Cr2O3 or SiC based refractory products, however those materials are not always suitable for the use of organic combustible. Calcium hexa-aluminate (CaO·6Al2O3) based refractory products have shown promising performance because of their high resistance against alkali attack. Indeed, previous works have shown that the reaction between calcium hexa-aluminate and alkali does not lead to the strong volume expansion observed with other mineral phases like corundum or andalusite.

The present work aims to assess the reaction mechanisms between calcium hexa-aluminate materials and selected biomass ashes compositions. Therefore, the three main oxides contained in an average biomass composition, namely CaO, SiO2 and K2O, are selected to examine the high temperature reactions with calcium hexa-aluminate. The analyses focus on the kinetic and microstructural aspects using mainly Scanning Electron Microscope (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD) analysis supported by thermodynamic calculations.

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