[ES] El mercurio y sus compuestos son especies altamente tóxicas que se caracterizan por su volatilidad y por su persistencia en el medio ambiente, siendo capaces de concentrarse en los organismos y ascender en la cadena alimentaria. Las especies de mercurio son emitidas al medio ambiente por fuentes naturales y por la actividad del hombre, siendo la combustión de carbón en las centrales térmicas la principal fuente de emisión antropogénica. Se han estudiado varios medios para reducir las emisiones de mercurio en las plantas de combustión de carbón. Sin embargo, a pesar de los esfuerzos realizados, todavía no se ha encontrado una tecnología para el control de mercurio eficaz y de bajo coste. Las cenizas volantes son residuos de la combustión de carbón que son separados de los gases en los sistemas de control de partículas. Se ha comprobado que las cenizas volantes son capaces de retener mercurio en proporciones que varían significativamente de unos sistemas a otros, aunque los mecanismos por los que la retención tiene lugar no se conocen. La comprensión de dichos mecanismos permitiría adecuar las condiciones de trabajo de las centrales térmicas y de los sistemas de captura de partículas para que las interacciones entre el mercurio y las cenizas tuvieran lugar en mayor grado. Esto contribuiría a la reducción de las emisiones de mercurio sin necesidad de grandes inversiones. El objetivo planteado en este trabajo fue identificar los factores y mecanismos que intervienen en la retención de mercurio en las cenizas volantes y en su posible oxidación homogénea y heterogénea. Para ello, se trabajó con cenizas volantes procedentes de diferentes centrales térmicas, con la finalidad de tener una variedad de sorbentes de diferentes características que permitieran el estudio de la influencia de sus propiedades en la retención de mercurio. Tras la caracterización de las cenizas, se llevaron a cabo estudios de retención y oxidación de mercurio elemental en fase gas en un dispositivo a escala de laboratorio, ensayando diferentes atmósferas gaseosas. La retención de mercurio se evaluó mediante la medida en continuo del mercurio no retenido por la ceniza con un analizador en fase gas, y por el análisis del mercurio en la ceniza tras el ensayo de retención en un analizador automático de mercurio. La oxidación se estudió con el método Ontario-Hydro. Los resultados obtenidos indican que la materia carbonosa de la ceniza interviene significativamente en el mecanismo de retención de mercurio, aunque hay otros factores que también influyen en este proceso. Las especies gaseosas presentes en la atmósfera modifican la retención de mercurio, ya que pueden interaccionar con la superficie de la ceniza y con el mercurio favoreciendo o inhibiendo la retención de este elemento. Además las especies gaseosas son capaces de reaccionar con el mercurio en fase gas y sobre la superficie de la ceniza, originado su oxidación. En función de las condiciones, el mercurio oxidado puede quedar retenido en la ceniza en mayor o menor medida. Por tanto, los resultados de oxidación de mercurio, complementados con la estabilidad de las especies retenidas en la ceniza y las diferencias en la capacidad de retención observadas, señalan hacia una interacción mercurio – ceniza volante de tipo químico. No puede descartarse sin embargo, que se produzca además una condensación del mercurio oxidado en fase gas, sobre todo en los casos en que tiene lugar la oxidación homogénea.

[EN] Mercury and its compounds are highly toxic species that are characterized by their high volatility, persistence in the environment and an ability to concentrate in organisms and rise up the food chain. Mercury species are released into the environment from natural sources and human activities, coal combustion in power plants being the main source of anthropogenic emissions. Several ways of reducing mercury emissions in coal burning power plants have been studied. However, in spite of the efforts made, no efficient and low-cost technology for the control of mercury has yet been found. Fly ashes are wastes from coal combustion which are separated from the flue gas in the particle control systems. It has been found that fly ashes are able to retain mercury in proportions that vary significantly from one system to another, although the mechanisms by which this retention takes place are unknown. An understanding of these mechanisms would make it possible to optimise the working conditions of the power plants and particle capture systems in order to favour the interaction of mercury and fly ash. This would help to reduce mercury emissions without the need for large investments. The aim of the present study was to identify the factors and mechanisms involved in the retention of mercury in fly ashes and in its possible homogeneous and heterogeneous oxidation. To achieve this objective, fly ashes from different power plants were used in order to have a variety of sorbents with different characteristics with the aim of studying the influence of these characteristics on mercury retention. After the characterization of the fly ashes, gaseous elemental mercury retention and oxidation studies were carried out in a laboratory scale device under different gaseous atmospheres. Mercury retention was evaluated by continuously measuring the mercury unretained in the fly ash using a vapour monitor and by analysing the mercury retained in the fly ash in an automatic mercury analyser. Oxidation was studied by means of the Ontario-Hydro method. The results obtained indicate that fly ash carbonaceous matter plays a significant role in mercury retention, although there are also other factors involved in the process. It was observed that the gaseous species present in the atmosphere affect mercury retention, because they may interact with the surface of the fly ash and mercury, thereby promoting or inhibiting the retention of this element. The gaseous species may also react with the mercury in gas phase and on the surface of the ash, causing it to oxidise. Oxidized mercury may be retained in the ash to a greater or lesser extent, depending on the conditions. The results of mercury oxidation in conjunction with the stability of the species retained in the ashes and the differences in retention capacity point to a chemical – type interaction between mercury and fly ash. Condensation of the mercury oxidised in gas phase cannot be ruled out in those cases where there is homogeneous oxidation.

Tesis doctoral presentada en el Departamento de Química Física y Analítica de la Universidad de Oviedo, 2010.

Peer reviewed