<p>Fosfaters reaktioner i energiomvandlingsprocesser är kritisk för den generella processen som helhet, för askrelaterade problem, emissioner liksom för en effektiv och hållbar användning av askan.</p><p>Denna avhandling är en sammanställning och diskussion med utgångspunkt i åtta artiklar som behandlar strukturella och termodynamiska studier på faser i CaO-K<sub>2</sub>O-P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-systemet, vilka är av relevans inom förbränning av biomassa. Målsättningen med denna avhandling var: i) att sammanställa och granska tillgängliga strukturella och termodynamiska data i CaO-K<sub>2</sub>O-P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-systemet samt att identifiera avsaknad av data, ii) att fylla i dessa luckor med grundläggande termodynamiska, strukturella och fasstabilitets studier samt iii) att visa på användning samt fördelarna med dessa nya data vid praktisk tillämpning.</p><p>En initial litteraturundersökning i CaO-K<sub>2</sub>O-P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-systemet visade att det saknades både strukturella och termodynamiska data. När det gällde tillgängliga termodynamiska data var situationen särskilt otillfredsställande. Det fanns endast data för några kalcium– och kaliumfosfater med varierande tillförlitlighet. Situationen beträffande pulverröntgen för fasidentifiering var bättre, fast fördunklad av det faktum att strukturellt liknande fasövergångar ofta förekommer i det undersökta systemet. Däremot fattades det tillfredställande enkristallstrukturdata för ternära faser i det undersökta systemet.</p><p>Enkristallröntgendiffraktion användes för att bestämma strukturerna för CaK<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, CaKP<sub>3</sub>O<sub>9</sub>, Ca<sub>10</sub>K(PO<sub>4</sub>)<sub>7</sub> och CaKPO<sub>4</sub>. Faserna CaK<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub> and CaKPO<sub>4</sub> tillsammans med Ca<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>, KPO<sub>3</sub> och K<sub>4</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub> studerades med pulverröntgendiffraktion och termiska analysmetoder för att klargöra fasmodifikationer och övergångstemperaturer. Gibbs bildningsenergi bestämdes för Ca(PO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, Ca<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, Ca<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>, Ca<sub>10</sub>K(PO<sub>4</sub>)<sub>7</sub>, CaK<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, CaKPO<sub>4</sub> och CaK<sub>4</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> med ems-metodik och yttriastabiliserad zirkonia som fast elektrolyt och Ni/Ni<sub>3</sub>P som hjälpsystem. Både de strukturella och termodynamiska data användes sedan vid analyser i ett förbrännningexperiment av olika sädesslag. Framtagna data användes både vid identifiering och även vid kvantifiering av bildade faser i biomassaresterna.</p> / <p>The behaviour of phosphates in thermochemical biomass conversion processes are critical for the general process chemistry, for ash related problems, for emissions as well as for an efficient, sustainable and beneficial use of the ash residues.</p><p>This thesis is a summary and a discussion of eight papers dealing with structural and thermodynamical studies of phases in the CaO-K<sub>2</sub>O-P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> system, with relevance for biomass combustion. The objectives were: i) to compile and review the available structural and thermodynamical data of phases in the CaO-K<sub>2</sub>O-P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> system as well as to identify existing gaps in the field of these data, ii) to fill in as many as possible of the gaps by fundamental thermodynamic, structural and phase stability studies and iii) to demonstrate the uses and the benefits of the new data in practical applications.</p><p>An initial review of the CaO-K<sub>2</sub>O-P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> system showed that both structural information and thermodynamic data were lacking. The situation regarding the available thermodynamic data was especially unsatisfactory, data could only be found for some few calcium phosphates and a few potassium phosphates with varying reliability. Concerning powder X-ray diffraction patterns for phase identification the situation was better, though obscured by the fact that structurally close related phase transitions often occur in the studied system. However, adequate single crystal structural data of ternary phases in the system was completely missing.</p><p>Crystal structures of CaK<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, CaKP<sub>3</sub>O<sub>9</sub>, Ca<sub>10</sub>K(PO<sub>4</sub>)<sub>7</sub> and CaKPO<sub>4</sub> were determined by single-crystal X-ray diffraction. The phases CaK<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub> and CaKPO<sub>4</sub> were together with Ca<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>, KPO<sub>3</sub> and K<sub>4</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, investigated by powder X-ray diffraction and thermal analysis to elucidate phase modifications and transitions temperatures. Gibbs standard energy of formation was determined for Ca(PO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, Ca<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, Ca<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>, Ca<sub>10</sub>K(PO<sub>4</sub>)<sub>7</sub>, CaK<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, CaKPO<sub>4</sub> and CaK<sub>4</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> by solid state emf measurements with yttria stabilised zirconia as solid electrolyte and Ni/Ni<sub>3</sub>P as auxiliary solid couple. Both the structural and thermodynamical data were subsequently utilised in analysis of a combustion experiment of cereal grains. The data were also used to both identify and quantify the phases formed in biomass combustion residues.</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA/oai:DiVA.org:umu-858 |
| Date | January 2006 |
| Creators | Sandström, Malin |
| Publisher | Umeå University, Applied Physics and Electronics, Umeå : Energiteknik och termisk processkemi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, text |
| Relation | ETPC Report, 1653-0551 ; 06-06 |
Page generated in 0.0029 seconds