The formation of geopolymers from fly ash (FA) and metakaolin (MK) was investigated. The effect of different reactivity of FA and MK was studied by X‐ray photoelectron spectroscopy method. Geopolymer materials were obtained by an alkaline activation of aluminosilicate sources. The aim of this work is to develop methods for working properties prediction of geopolymer materials based on the starting materials. Selection of a geopolymerization scheme is found to be a key factor to realize a beneficial effect of improved reactivity. Finally, a descriptive model of the mechanism of geopolymer formation, taking into account the quality of starting materials was proposed. © 2014 American Institute of Chemical Engineers Environ Prog, 34: 841–849, 2015

Geopolymer materials are obtained by the alkaline activation of alumina-silicate sources, the best of which is metakaolin. The aim of this work is to develop methods for working properties prediction of geopolymer materials based on the starting materials-not only metakaolin. The formation of geopolymers from four types of fly ash samples (FA) from Slovakia derived from various combustion processes was investigated. Chemical bond changes during mechanical activation were examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Formation of new Al-O-Si chemical bonds was detected by the changes in positions of Al and Si atoms during milling. Final mechanical strength achieved by mechanical activation was studied.

Streszczenie Elektrownie i elektrociepłownie stosujące węgiel jako paliwo mają istotne znaczenie jako źródła energii, choć z drugiej strony wytwarzają duże ilości popiołów lotnych ze spalania węgli. Tylko mała część tych popiołów jest użytkowana jako surowce odpadowe. Zazwyczaj popioły lotne są depo- nowane w osadnikach, co stwarza poważne zagrożenie środowiskowe. Możliwości zagospodarowania popiołów lotnych stwarza przede wszystkim przemysł materiałów budowlanych; tym niemniej użyt- kowanie popiołów lotnych z podwyższoną zawartością niespalonych cząstek węgla, co wyraża się wartością straty prażenia, jest ograniczone do popiołów wykazujących stratę prażenia 2-5% zgodnie z europejską normą EN 206-1. Dlatego też popioły lotne z wysoką zawartością niespalonych cząstek węgla są deponowane w osadnikach. Depozycja popiołów lotnych, biorąc pod uwagę także czynniki egzogeniczne i biogeniczne, powoduje zmiany składu chemicznego i fazowego popiołów, co powo- duje, że możliwości ich późniejszego wykorzystaniajako surowce odpadowe,jeszcze bardziej maleją. Obecnie, jedyną możliwością użytkowania popiołów lotnych wykazujących wysoką stratę prażenia, jest synteza geopolimerów. Te nowe materiały nieorganiczne są otrzymywane w wyniku reakcji nie- organicznej polikondensacj i glinokrzemianów z krzemianem sodu w środowisku wysoce alkalicznym. Praca zajmuje się produkcją spoiw geopolimerowych otrzymywanych w wyniku aktywacji alka- licznej popiołów lotnych pochodzących z bieżącej działalności oraz ze zwałowiska. Popioły lotne pochodzą ze spalania węgla kamiennego w kotłach pyłowych, wykazując wysoką zawartość niespa- lonych cząstek węgla. Wartość straty prażenia w tych popiołach przekracza 20%. Są one aktywowane alkalicznie roztworami wodorotlenku sodowego i szkła wodnego. Analizowano zależność wytrzy- małości na ściskanie syntetyzowanych geopolimerów od stosunku SiO2/Na2O, zawartości Na2O i zawartości wody. Wytrzymałość na ściskanie aktywowanych alkalicznie popiołów lotnych de- ponowanych (DPA) i z bieżącej działalności (FFA) wynosi odpowiednio 39,8 MPa i 46,8 MPa po 7 dniach i wzrasta z czasem.

Effect of mechanical activation of fly ashes on strength of alkali activated binders is investigated. Four different kinds of fly ashes are mechanically activated. The aim of mechanical activation is to increase the reactivity of fly ashes. Mechanically activated fly ash is used as an admixture to the untreated original fly ash in proportion of 0, 50, 75 and 100 %. Fly ashes are alkali activated with solutions containing sodium hydroxide and sodium water glass. Compressive and flexural strength is tested on hardened alkali activated binders.