Home/Projekt Z2-3199

Projekt Z2-3199

Naslov in šifra projekta / GA no.

Imobilizacija in določevanje potencialno škodljivih težkih kovin v izlužkih pri procesu alkalijske aktivacije z uporabo lokalno pridobljenih odpadnih in sekondarnih surovin – Z2-3199

The immobilisation and leaching of toxic trace elements in alkali-activated materials prepared from locally available waste and by-products – Z2-3199

Partnerji projekta in njihovi logotipi

Vodja projekta: dr. Majda Pavlin

Vodja projekta na ZAG: dr. Majda Pavlin (podoktorski projekt)

Trajanje projekta: 2 leti

Višina financiranja: 1700 ur cenovne kategorije B letno

Povzetek projekta SI:

Cilj predlaganega podoktorskega projekta je pridobiti znanje o imobilizaciji in izluževanju različnih strupenih mikroelementov in elementov v sledovih iz alkalijsko aktiviranih materialov (AAM-ov), ki bodo pripravljeni z uporabo treh različnih lokalno dostopnih industrijskih/gradbenih odpadkov oziroma sekundarnih produktov (elektrofilterski pepel, odpadna mineralna volna in jeklarska žlindra). Številni parametri, kot so velikost delcev vhodnih surovin, začetna priprava paste, nega in staranje vzorca v različnih pogojih itd. lahko pomembno vplivajo na končne lastnosti materiala. V projektu bodo različni parametri sistematično ovrednoteni glede na to ali pride do večjega ali manjšega izluževanja strupenih elementov iz AAM-ov. Ker je trajnost materiala pomembna, bodo AAM vključeni v trajnostne teste (npr. test odpornosti na zmrzovanje). Glede na tip vzorca (zrnat ali monolitni) bodo izvedeni različni izluževalni testi in primerjava rezultatov med uporabljenimi metodami in v skladu s slovensko zakonodajo, kjer so predpisane najvišje dovoljene koncentracije za strupene elemente (vrednosti za inertne, nenevarne oz. nevarne odpadke ter vrednosti podane za predelane snovi ali predmete). Strupene kovine, ki bodo vključene v raziskavo izluževanja in imobilizacije v AAM-ih so As, Ba Cd, Cr, Co, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se v Zn. Ocena vpliva na okolje zaradi izluževanja strupenih kovin iz AAM-ov je pomembno in potrebno orodje za pravilno oceno tveganja za okolje. Kopičenje onesnažil lahko ogrozi ekosisteme in zdravje ljudi preko izluževanja iz AAM-ov (in drugih gradbenih materialov) v vodno in kopensko okolje. Številne študije so pokazale ustreznost AAM-ov z vidika mehanskih lastnosti in njihove trajnosti, vendar jih je treba za uspešno vpeljavo na trg ovrednotiti tudi z okoljskega vidika. Da bi našli primerne rešitve za zmanjšanje potencialne toksičnosti tovrstnih gradbenih materialov in vzpostavili učinkovito strategijo ravnanja z odpadki, so potrebne obsežne študije z različnimi pripravami mešanic, sestavin in ostalih parametrov, ki vplivajo na izpiranje strupenih kovin iz AAM-ov. Ker lahko alkalijska aktivacija zmanjša/poveča vsebnost strupenih kovin v izlužkih, so pogoji začetne priprave in strjevanja pomembni za trajnost končnega izdelka, ki zagotavlja učinkovito imobilizacijo, kar je potrebno pri izvajanju raziskav upoštevati. Vendar je tudi izbira ustrezne metode izluževanja ključnega pomena za oceno stopnje izpiranja za preučevani material. Zato bo v predlaganem delu del raziskav namenjen tudi preskušanje in primerjava različnih metod izluževanja AAM-ov, ki bi lahko bile primerne za take materiale. V tej študiji se bo na interdisciplinaren način prepletalo tehnično znanje (priprava in karakterizacija AAM) z okoljskimi vidiki (ocena okoljskih tveganj z izvajanjem različnih izluževalnih testov) in znanjem analizne kemije (določanje strupenih kovin v izlužkih, ki bodo pridobljenih z izluževalnimi testi in nato pomerjeni na ICP-MS). Ta pristop je pomemben in potreben za sledenje strategiji krožnega gospodarstva k zmanjševanju mineralnih odpadkov ter povečanju njihove možnosti recikliranja in ponovne uporabe.

Povzetek projekta EN:

The overall aim of this post-doctoral project is to gain knowledge on the immobilization and leaching of various toxic microelements and trace elements (TEs) from alkali-activated materials (AAMs) prepared using locally available construction&demolition and industrial waste (or byproduct) (mineral wool waste, coal-burned fly ash and steel slag). Many parameters such as the particle size of the precursors, the initial preparation of the paste, the curing regime and the sample ageing under different conditions can significantly affect the final properties of the material. In the present work, these parameters will be systematically evaluated with respect to increasing/decreasing the leaching of TEs from AAMs. Since the long-term stability of the material is important, durability tests will be included (e.g. freeze-thaw resistance) and samples of AAMs will also be subjected to the leaching tests. Depending on the sample (granular or monolithic), different leaching tests will be performed and the results will be compared with each other and with the Slovenian legislation, where the maximum allowable concentration for toxic elements are available (values for inert, non-hazardous or hazardous waste; values for recycled materials). Toxic elements studied in this work include elements such as As, Ba Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se in Zn.

The leaching of toxic elements from AAMs is an indicator of the sustainability of materials and an important and necessary tool for proper environmental risk assessment. Accumulation of contaminants can threaten ecosystems and human health by leaching elements from AAMs (and other construction materials) into aquatic and terrestrial environments. Many studies have demonstrated the suitability of AAMs in terms of mechanical properties and durability, but to successfully bring them to the market they need to be thoroughly evaluated from an environmental perspective. Comprehensive studies with different mix designs, constituents, and influencing parameters affecting the leaching of toxic elements from AAMs are necessary to identify different options (solutions) to minimise the potential toxicity of this construction material and achieve effective waste management strategies. Since alkali activation can reduce/increase toxic elements in eluates, initial preparation and curing conditions are critical in obtaining a long-term stable final product that ensures efficient immobilisation. This should be considered when conducting research. However, the selection of the appropriate leaching method is critical to evaluate the degree of leaching for the material under study. Testing and comparing different leaching methods for AAMs will also be part of the proposed work. In an interdisciplinary manner, in this study technical knowledge (preparation and characterization of AAMs) with environmental aspects (assessment of environmental risks by performing different leaching tests) and knowledge of analytical chemistry (determination of TEs in leachates obtained by leaching AAMs). This approach is important and necessary to follow the circular economy strategy by reducing mineral waste and increasing its recyclability and reuse.

Faze projekta in opis realizacije (delovni sklopi) (SI in EN)

Podoktorski projekt, ki bo trajal dve leti zajema tri delovne sklope (DS1 Upravljanje in razširjanje rezultatov projekta; DS2 Priprava in karakterizacija AAM-ov pripravljenih iz različnih prekurzorjev; DS3
Izbira in preizkušanje izluževalnih testov). Delovni sklopi se med seboj povezujejo in so prikazani na sliki spodaj.

Slika 1: Shematski prikaz delovnih sklopov projekta.

The postdoctoral project, which will last two years, includes three work packages (WP1 Management and dissemination; WP2 Preparation and characterization of AAMs prepared from different precursors; WP3 Selection and testing of various leaching procedures). The work packages are interconnected and are shown in the figure below.

Figure 2: Pert diagram of the project.