Prerequisites for using trace and rare-earth elements from the fly ash of Ukrainian thermal power stations

Abstract

The rare-earth element (REE) concentrations, outlook coefficient and critical parameters of coal fly ash (CFA) samples from three Ukrainian thermal power stations – Prydniprovska, Zmiivska and Kryvorizka TPS – are favourable for recovery of rare-earth elements, particularly following flotation treatment to remove unburnt carbon which also improves their performance as a component of concrete. Unburnt carbon was characterised by differential thermal analysis. The greatest hazard was connected with CFA from the now destroyed Zmiivska TPS; the contents of Cd, Sn, Sb, Pb and As were 2–6 times the world coal-ash-average; maximum levels of Mo, Ga and V were also observed in Zmiivska ash. The lithium content of CFA from Zmiivska and Kryvorizka TPS, and one fraction of Prydniprovska TPS ash (40–125 μm) exceeded world average values almost 2–3 times. In all samples, light REE (La, Ce, Pr, Nd and Sm) preponderate compared to middle REE (Eu, Gd, Tb, Dy and Y) and high REE (Ho, Er, Tm, Yb and Lu); the ratio of light to heavy REEs ranged from 18 to 32. The studied CFAs can be considered as a secondary source of REEs since critical elements comprise ≥ 30% Концентрації рідкісноземельних елементів (РЗЕ), коефіцієнт прогнозу та критичні параметри зразків золи вугілля (ЗЛВ) з трьох українських теплових електростанцій – Придніпровської, Зміївської та Криворізької ТЕС – є сприятливими для вилучення рідкісноземельних елементів, особливо після флотаційної обробки для видалення незгорілого вуглецю, що також покращує їх характеристики як компонента бетону. Незгорілий вуглець був охарактеризований за допомогою диференціального термічного аналізу. Найбільшу небезпеку становила ЗЛВ з нині зруйнованої Зміївської ТЕС; вміст Cd, Sn, Sb, Pb та As був у 2–6 разів вищим за середній світовий показник золи вугілля; максимальні рівні Mo, Ga та V також спостерігалися в золі Зміївської ТЕС. Вміст літію ЗЛВ зі Зміївської та Криворізької ТЕС, а також однієї фракції золи Придніпровської ТЕС (40–125 мкм) перевищував середні світові значення майже у 2–3 рази. У всіх зразках переважали легкі РЗЕ (La, Ce, Pr, Nd та Sm) порівняно із середніми РЗЕ (Eu, Gd, Tb, Dy та Y) та високозмістовними РЗЕ (Ho, Er, Tm, Yb та Lu); співвідношення легких та важких РЗЕ коливалося від 18 до 32. Досліджувані КВА можна розглядати як вторинне джерело РЗЕ, оскільки критичні елементи становлять ≥ 30%.