Structural and solid state EMF studies of phases in the CaO–K2O–P2O5 system with relevance for biomass combustion

Abstract: 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.Denna avhandling är en sammanställning och diskussion med utgångspunkt i åtta artiklar som behandlar strukturella och termodynamiska studier på faser i CaO-K2O-P2O5-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-K2O-P2O5-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.En initial litteraturundersökning i CaO-K2O-P2O5-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.Enkristallröntgendiffraktion användes för att bestämma strukturerna för CaK2P2O7, CaKP3O9, Ca10K(PO4)7 och CaKPO4. Faserna CaK2P2O7 and CaKPO4 tillsammans med Ca3(PO4)2, KPO3 och K4P2O7 studerades med pulverröntgendiffraktion och termiska analysmetoder för att klargöra fasmodifikationer och övergångstemperaturer. Gibbs bildningsenergi bestämdes för Ca(PO3)2, Ca2P2O7, Ca3(PO4)2, Ca10K(PO4)7, CaK2P2O7, CaKPO4 och CaK4(PO4)2 med ems-metodik och yttriastabiliserad zirkonia som fast elektrolyt och Ni/Ni3P 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.