Centrum Výzkumu integrovaného systému využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin CVVP

Centrum Výzkumu integrovaného systému využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin

CVVP Dílčí zpráva II. etapa 27.3. – 20.6. 2007

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava řešitelské pracoviště - VŠB - TU Ostrava

Výzkumný ústav stavebních hmot,a.s. řešitelské pracoviště - Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. Brno

Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. řešitelské pracoviště-výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. Most

DÍLČÍ CÍL V 001 - VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ

BAKTERIÁLNÍ DESULFURIZACE UHLÍ Z DOLU ČSA MOST Peter FEČKO, Vladimír ČABLÍK, Iva PEČTOVÁ, Marcela ŠAFÁŘOVÁ

Úvod V rámci řešení podetapy výzkumného centra byly v první a druhé etapě r.2007 realizovány testy bakteriální desulfurizace na 3 vzorcích hnědého uhlí dodaných VÚHU,a.s. Most. Tyto vzorky byly odebrány z vrtu S 187 (CV) z Dolu ČSA a byly označeny jako vzorek č. 32, 36 a 38. Metodika bakteriálního loužení Vlastní proces loužení probíhal v 10-ti litrových air-lift bioreaktorech, které byly upraveny podle výzkumů firmy Deutsche Montan Technologie GmbH, Essen. Do každého bioreaktoru bylo po jeho sterilizaci vpraveno 500 g vzorku uhlí o zrnitosti 100 % pod 0,5 mm a 7 litrů média 9K bez FeSO4. Po hodinovém promíchávání a homogenizaci suspenze bylo do každého reaktoru přidáno 1100 ml bakteriální kultury Thiobacillus ferrooxidans. Byla aplikována předem namnožená kultura Thiobacillus ferrooxidans dovezená z Mikrobiologického ústavu Brno. Koncentrace přiváděných baktérií, které se účastnily procesu bakteriální oxidace byla 109 v 1 ml bakteriálního roztoku. Promíchávání suspenze a zároveň provzdušnění bylo zajištěno pomocí napojení air-lift bioreaktoru na akvarijní čerpadélko. Vzorky byly udržovány při pokojové teplotě, nebyly nijak zvláštně vyhřívány. pH prostředí bylo měřeno laboratorním pH metrem WTW pH 330 a bylo v průběhu celého pokusu, v trvání 28 dnů, udržováno na optimální hodnotě 1,8 – 2,2. K úpravě pH bylo použito 10 N H2SO4 = 5 mol.l-1 H2SO4. Vrámci této výzkumné práce popisujeme charakter vzorek před a po loužení a to nejenom z chemického, ale i petrologického hlediska. Mikropetrografický rozbor Uhelné nábrusy byly zhotoveny podle normy ČSN ISO 7404-2. Macerálová analýza byla provedena na zrnových nábrusech. Všechny uhelně-petrologické rozbory byly provedeny na mikroskopu NU 2 fy. C. Zeiss Jena v olejové imerzi při podmínkách nD = 1,515, λ = 546 nm a teplotě 20o C. Měřítko zvětšení je uvedeno na fotodokumentaci. Pro hodnocení uhelné hmoty podle mikropetrografického složení byla použita tzv. planimetrická analýza metodou bodovou. Z výsledků planimetrické analýzy bylo vypočítáno procentuální zastoupení jednotlivých uhelných mikrolitotypů a především macerálové složení uhelné hmoty. Zastoupení jednotlivých macerálových skupin je udáno v procentech objemových. s tím, že u anorganické příměsi byl stanoven samostatně obsah pyritu, jílových minerálů. Při vyhodnocení byla použita nomenklatura dle Stacha. Planimetrická analýza metodou bodů Bodová metoda předpokládá, že počet bodů pravidelné bodové sítě, prostřené nad nábrusem, který zasahuje do zrna (plochy) jedné složky, je úměrný prostorovému rozšíření této složky. Princip planimetrické analýzy je zobrazen na obr. 1. Přesnost měření je závislá na hustotě sítě. Čím bude síť hustší, tím bude měření přesnější. Vzdálenost bodů volíme větší, než je střední velikost zrna složek ve vzorku. Z toho vyplývá, že u vzorků větší homogenity volíme menší počet bodů, u vzorků jemnozrnných a méně homogenních je třeba volit počet bodů větší.

3

Obrázek 1. Princip planimetrické analýzy metodou bodů Pro účely této metody byl použit tzv. bodový počítač. Uvedené zařízení sestává z posuvného zařízení, do něhož se vkládá vzorek a z ovládacího panelu. Bodový posuv je zde zprostředkován elektrickými impulsy. Přesouvání do jednotlivých měřících linií se provádí ručním točítkem. Záznam registrovaných bodů se provádí na počitadlech. Výpočet se provede dle následujícího vzorce:

ni

⋅100

% obj =

∑n

kde

ni .......... počet bodů jedné složky Σn ........ součet bodů všech složek

Minimální počet bodů, který byly měřeny je po 500 bodech na každém nábrusu. Stanovení síry a jejích jednotlivých forem Stanovení síry bylo realizovatelné ve Výzkumném ústavu pro hnědé uhlí, a.s., Most. Výsledky petrologické analýzy a bakteriálního loužení dodaných vzorků Výsledky petrologické analýzy vzorku č.32 - vstup Macerálová skupina humotelinitu byla tvořena především textoulminitem a euulminitem (obr. 2). Textinitu bylo podstatně méně. Celkové množství této skupiny bylo 22,8 %.

4


Obrázek 2. Zrno euulminitu Humokolinit je zastoupen nejvyšším obsahem ze všech macerálů – 45,5 %. Zhruba ve stejném poměru byl zastoupen gelinit i korpohuminit (flobafinit). V gelinitu se objevily typické kontrakční trhliny. U některých zrn byla pokročilá virtitizace, zrna měla vzhled kolinitu. Humodetrinitu bylo podstatně méně – 4,5 %. Často se v zrnech humodetrinitu objevila drobná zrna korpohuminitu. Procentuální zastoupení liptinitové skupiny bylo velmi vysoké – 15,9 %. Naprosto převažoval sporinit nad suberinitem a kutinitem. V některých zrnech byl vyšší výskyt alginitu, jeho celkové množství bylo však velmi nízké. Macerálová skupina inertinitu nebyla planimetricky zachycena.V některých zrnech byly zachovány úlomky fuzinitu (případně semifuzinitu) a funginitu. Anorganická příměs byla z větší části tvořena pyritem – 6,8 %, který tvořil shluky (především framboidální), v textinitu byl jemně vtroušený. Výsledky bykteriálního loužení vzorku č.32 Z výsledků bakteriálního loužení vzorku č.32 vyplynulo, že po měsíční aplikaci bakteriálního loužení je možné ze vzorku odstranit cca 40% celkové síry , 34 % pyritické síry a cca 30% síranové síry. U daného vzorku bylo zaznamenáno i vysoké odsíření organické síry až 66 %.

Síra Scelk. Spyritická Sorganická Ssíranová

Před loužením (%) 5,31 3,33 1,09 0,89

Po loužení (%) 3,18 2,19 0,37 0,62

Stupeň odsíření (%) 40,11 34,23 66,10 30,34

Výsledky petrologické analýzy vzorku č.32 po loužení Macerálová podskupina humotelinitu byla zastoupena textinitem a ulminitem, zaznamenán byl také výskyt textoulminitu. Jeho celkové množství bylo 18 %. Vysoký obsah zastoupení byl typický pro macerálovou skupinu humokolinitu – 50,0 %. Humokolinit byl reprezentován především gelinitem – s častými kontrakčními trhlinami a také s úzkými světlými lemy. Korpohuminit tvořil zpravidla kulatá tělíska, jejichž výskyt byl vázán na textinit,ulminit nebo macerálovou podskupinu humodetrinitu. Humodetrinit byl reprezentován attrinitem a denzinitem. Jeho celkové množství bylo 9,5 %. 5

Macerály skupiny liptinitu byly poměrně hojné – 12,0 %. Převažoval sporinit nad kutinitem a suberinitem. Vyskytoval se rovněž alginit. Macerálová skupina inertinitu byla tvořena úlomky fuzinitu a funginitem. Skupina byla zastoupena 2,0 %. Anorganická příměs byla reprezentována pyritem, naprosto převažoval framboidální. Některé framboidy byly více méně ovlivněny loužením. Často byl výskyt pyritu vázán na gelinit. Výsledky petrologické analýzy vzorku č.36 - vstup Macerálová podskupina humotelinitu byla většinou zastoupena textoulminitem a ulminitem. Méně textinitem, který byl mineralizován jemně vtroušeným pyritem. Tato podskupina byla zastoupena 28,4 %. Humokolinit byl zastoupen téměř stejným množstvím gelinitu a korpohuminitu. Její celkové množství bylo 31,6 %. Humodetrinit byl zastoupen attrinitem i denzinitem. Místy se vyskytoval korpohuminit. Tato podskupina byla zastoupena 14,7 %. Macerálová skupina liptinitu byla převážně zastoupena sporinitem, méně kutinitem a alginitem i suberinitem. Její množství bylo 10,6 %. Macerálová skupina inertinitu nebyla v tomto vzorku planimetricky zachycena. Anorganická příměs byla v naprosté většině zastoupena jílovými minerály, které často tvořily samostatná zrna nebo mineralizovaly textinit, případně jiný macerál. Sulfidy byly zastoupeny pyritem, který byl převážně framboidální nebo jemně rozptýlený. Méně se vyskytoval masivní. Celkové množství této příměsi bylo 14,7 %. Výsledky bakteriálního loužení vzorku č.36 Z výsledků bakteriálního loužení daného vzorku vyplynulo, že po měsíci loužení je celkové odsíření uhlí jenom cca 24 %, rovněž i odsíření ostatních forem síry není vysoké.


Před loužením (%) 3,80 2,40 0,62 0,78

Po loužení (%) 2,89 1,92 0,46 0,51

Stupeň odsíření (%) 23,95 20,00 25,81 34,62

Výsledky petrologické analýzy vzorku č.36 po bakteriálním loužení Také v tomto vzorku převažovaly více zgelovatělé macerály podskupiny humotelinitu nad méně zgelovatělými. Častější byl proto textoulminit a euulminit než textinit. Na textinit byl vázán výskyt jemně vtroušeného pyritu, některá zrníčka nesla znaky loužení. Procentuální zastoupení této skupiny bylo 17,1 %. Macerálová podskupina humokolinitu byla zastoupena gelinitem a korpohuminitem, jejich množství bylo přibližně stejné. Zrna gelinitu byla často rozpraskaná, korpohuminit tvořil oválná tělíska v humotelinitu, případně humodetrinitu. Procentuální zastoupení této skupiny bylo 35,4 %. Humodetrinit byl částečně zastoupen attrinitem a denzinitem, jeho celkové množství bylo 22,3 %. Macerálová skupina liptinitu byla nejčastěji tvořena sporinitem a kutinitem, méně suberinitem. V některých zrnech se vyskytl alginit. Její celkové množství bylo 7,4 %. Macerálová skupina inertinitu nebyla stanovena. Anorganická příměs byla tvořena pyritem, který byl buď framboidální, méně často masivní. Některá zrna byla částečně loužená, některá byla přeměněna na hematit. Jeho množství bylo 4,1 %. Podstatně více bylo jílových minerálů – 13,7 %. Velmi často tvořily samostatná zrna nebo proužky v uhelné hmotě, případně v ní byly jemně vtroušené.

6


Výsledky petrologické analýzy vzorku č.38 - vstup Macerálová podskupina humotelinitu byla v menší míře tvořena textinitem. Převládaly macerály se značně zgelovatělými stěnami, tzn. textoulminit až euulminit. Tyto macerály byly mineralizovány jemně vtroušeným pyritem. Macerálová podskupina humokolinitu byla poměrně hojně zastoupena gelinitem a korpohuminitem. Gelinit měl časté kontrakční trhliny, v některých zrnech se vyskytoval spolu s korpohuminitem. Macerálová podskupina humodetrinitu byla zastoupena velmi málo attrinitem a denzinitem. Také v těchto zrnech se vyskytoval korpohuminit. Macerálová skupina liptinitu byla tvořena především sporinitem, kutinitem, méně suberinitem. V některých zrnech se vyskytoval suberinit, místy alginit. Vysoké nahloučení macerálů této skupiny vedlo ke vzniku monomacerálního mikrolitotypu – liptitu. Macerálová skupina inertinitu nebyla stanovena. Anorganická příměs byla velmi hojná, její množství přesahovalo 40,0 %, a proto zde není uváděno procentuální zastoupení jednotlivých macerálových skupin. Naprosto převažují jílové minerály, které zpravidla tvoří samostatná zrna. Pyrit je zpravidla ve framboidálním vývoji, méně jemně vtroušený nebo masivní. V některých zrnech srůsty framboidálního pyritu přecházejí až do masivního. Výsledky bakteriálního loužení vzorku č.38


Před loužením (%) 4,76 3,30 0,57 0,89

Po loužení (%) 3,16 2,08 0,41 0,67

Stupeň odsíření (%) 33,61 36,97 28,07 24,72

Z výsledků bakteriálního loužení vzorku č.38 vyplynulo, že po měsíci bakteriálního loužení je možné ze vzorku vyloužit cca 34 % celkové síry a cca 37 % pyritické síry. Výsledky petrologické analýzy vzorku č.38 po bakteriálním loužení Macerálová podskupina humotelinitu byla zpravidla tvořena textoulminitem a euulminitem, méně textinitem. Humokolinit byl hojně zastoupen gelinitem a korpohuminitem. Na některých zrnech gelinitu se objevily světlé lemy, které byly různě široké. Gelinit měl typické kontrakční trhliny. Jeho úlomky byly součástí humodetrinitu. Humodetrinit byl zastoupen attrinitem a denzinitem. Jeho celkové množství bylo velmi nízké. Macerálová skupina liptinitu byla zastoupena sporinitem, kutinitem, méně suberinitem a alginitem. Některá zrna byla z mikrolitotypového hlediska zařazena ke klaritu, ojediněle až liptitu. Macerálová skupina inertinitu nebyla stanovena. Anorganická příměs byla velmi hojná, proto zde není uvedeno procentuální zastoupení jednotlivých macerálních skupin a podskupin. Naprosto převažovaly jílové minerály, která zpravidla tvořily samostatná zrna, případně mineralizovaly jednotlivé macerály nebo se vyskytovaly společně s pyritem. Pyrit převažoval framboidální, místy došlo ke srůstání jednotlivých framboidů a přecházel do masivního. Vyskytovala se zrna částečně loužená, případně druhotný minerál po pyritu – hematit. Závěr Cílem práce byla aplikace bakteriálního loužení na vzorcích hnědého uhlí odebraných z vrtu S 187 (CV). Z výsledků bakteriálního loužení a petrologických analýz dodaných vzorků je možné konstatovat, že jednotlivé vzorky jsou si značně podobné, obsahují značné podíly jílovitých materiálů a pyrit je reprezentován především ve framboidální formě, která místy prorůstá do masivní formy. Aplikaci bakteriálního loužení je možné odstranit

7

z daného uhlí cca 30 % celkové síry, cca 30 % pyritické síry, lepší výsledky se dosahují při odstraňovaní síranové síry, kde je odsíření nad 50% a problémem zůstává odsíření organické síry, které je značně nižší pohybuje se kolem 10 až 20 %, avšak byl získán i extrémní výsledek kolem 66 % u vzorku č.32. Ke zlepšení výsledků odsířování by mohlo dojít za těchto podmínek.: -

aplikací bakteriálních kultur Thiobacillus ferrooxidans předem naadaptovaných na daný typ uhlí

-

prodloužením doby loužení

-

aplikací směsných bakteriálních kultur Thiobacillus ferrooxidans a Thiobacillus thiooxidans

-

aplikací bakteriálního loužení po odstranění jílových materiálů, kterých značné podíly v těchto vzorcích komplikují loužení zvlášť pyritických zrn.

Literatura 1.

BEYER M.:Mikrobielle Kohleentschwefelung, Forschung Bericht, Essen, 1988.

2.

FECKO P.et al.:Desulphurization of coal from Northern Bohemian brown coal basin by FUEL, Vbol 70, pp.1187-1191, 1991.

3.

FECKO P.:Bacterial Desulphurization of coal from open pit mine Michal. 5th.Southern Hemisphere Meeting on Mineral technology, INTEMIN, Buenos Aires, PP.249-252, 1994.

4.

FECKO P.: Bacterial desulphurization of coal from Sokolov lignite basin, XX.IMPC, Vol.4., pp.573-584, Aachen, 1997.

5.

FECKO P. et al.: Bacterial desulphurization of coal. XIV International Coal Exhibition, SAMM, Symposium series s29, s 73-76, Johannesburg 2002

6.

KUSNIEROVA M.: Mineralne biotechnologie I. VSB-TU Ostrava, ISBN 80-248-0023-3, 2001

8

bacterial leaching.

Preparation Congres and

DÍLČÍ CÍL V 002 - VYUŽITÍ JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO PŘÍPRAVU MATERIÁLŮ VHODNÝCH PRO EKOLOGICKÉ VYUŽITÍ

FYZIKÁLNĚ-CHEMICKÉ VLASTNOSTI BENTONITŮ Jiří MALIŠ, Barbora MIKENDOVÁ

Úvod Světová produkce bentonitů se dá určit jen velmi obtížně. Nejblíže pravdě je zřejmě odhad kolem 13-ti miliónů tun roční produkce ze které největší část spotřeby připadá na peletizaci železných rud, slévárenských forem a vrtání spojené s těžbou ropy. Ačkoliv zároveň rychle stoupá využití bentonitu v mnohých environmentálních aplikacích. Velké objemy jsou potřebné pro filtraci, odbarvování a čiření, peletizace zvířecích krmiv, jako adsorpční stelivo pro drobná domácí zvířata, nosič pesticidů a adsorbent ropných a mastných látek. Menší množství bentonitů se přidává do barviv, využívá ve farmaceutické a kosmetické výrobě, k odstraňování odpadů, k výrobě mazadel, jako aditiva do cementů a maltovin, katalyzátorů, čištění vody, výrobě umělých hnojiv, keramiky a jiných rozmanitých aplikací jako např. aditiv do pracích prášků, recyklaci novinového papíru, čištění odpadních vod z automyček, aj..

Obrázek 1. Využití bentonitu v procentech. Světová produkce je odhadována na 13 mil. tun ročně.

Bentonitem se rozumí reziduální, nepřemístěná jílovitá hornina s mohutnou sorpční schopností, vysokou hodnotou výměny kationtů, bobtnáním a plastičností. Nositeli těchto vlastností jsou jílové minerály, především montmorillonit, případně beidelit. Přesné chemické i minerální složení bentonitu však nelze vyjádřit. Bentonity vznikly mechanickým a chemickým zvětráváním matečné horniny (v alkalickém prostředí), především sopečných tufů a tufitů, v menší míře i andezitů, ryolitů, čedičů a jiných převážně třetihorních haornin. Technologicky se k bentonitům řadí i montmorillonitické jíly, u nichž obsah montmorillonitu výrazně ovlivňuje jejich vlastnosti a umožňuje jejich průmyslové využití. Historie bentonitu se začala psát v 19. století, kdy byl ve Velké Británii poprvé využit pro odbarvování jedlých tuků a olejů. Někdy kolem roku 1881 byla nalezena ložiska v USA u Fort Bentonu (stát Montana) a od té doby se používá termín bentonit. Postupně byla jeho ložiska objevována jak ve Spojených státech, tak v Evropě. Největší rozvoj ve využití bentonitu však nastal až od poloviny dvacátého století. Postupně se bentonit začíná využívat v řadě oborů - ve slévárenství, stavebnictví, keramickém, chemickém i potravinářském průmyslu, při čištění odpadních vod atd.

9

V českých zemích se bentonit začal poprvé těžit roku 1941 na ložisku Braňany u Mostu. V roce 1953 byla spuštěna úpravna bentonitu ve staré cihelně v dnes zbouraných Libkovicích u Mostu. Úpravna fungovala až do roku 1969, kdy byla otevřena úpravna v Obrnicích. Stavbu tohoto závodu si vynutil především značný rozvoj slévárenství, které patřilo a patří k největším odběratelům bentonitu v ČR, dalším důvodem bylo otevření ložiska Černý vrch, vzdálené 2 km od ložiska Braňany. Nová úpravna byla vybudována v bezprostřední blízkosti nové lokality, při hlavním železniční tahu Most - Ústí nad Labem. Ložiska Braňany a Černý vrch jsou v dnešní době v podstatě vytěžena. Těžištěm těžby bentonitu se stalo ložisko Rokle u Kadaně. Žádná z dalších lokalit však již nedosahuje univerzálnosti bentonitů prvních dvou ložisek. Úpravna v Obrnicích funguje dodnes, ač se většina suroviny musí dovážet ze vzdálenějších oblastí. Rozdělení bentonitů a jejich využití Bentonity lze zásadně rozdělit na: •

Silně bobtnavé Na-bentonity, tzv. bentonity wyomingského typu. Ložiska této suroviny se nacházejí především v USA, v ČR se ložiska sodných bentonitů nevyskytují.

•

Méně bobtnavé draselné, vápenaté a hořečnaté bentonity případně jejich kombinace. Tyto bentonity lze průmyslově obohacovat sodíkem tzv. aktivací, bobtnací schopnosti aktivovaných bentonitů však stále nedosáhnou takové hodnoty jako u Wyomingu.

Ve slévárenství se bentonitů využívá jako základní pojivo pro formovací směsi. Slévárenství je největším odběratelem bentonitu. Ve stavebnictví se bentonit používá jako těsnění (skládek, tunelů, přehrad a jiných vodních děl, dále při zlepšování zemin injektáží a ochraně spodních vod), bentonit se také přidává jako přísada do betonů a omítek, při vrtných pracích se využívá tixotropních vlastností bentonitů pro vrtné výplachy a jako "tekuté" pažení. Při čištění odpadních vod se využívá bentonitů jako sorbentu ropných nečistot, těžkých kovů, barvicích pigmentů atd. Do keramických hmot je bentonit přidáván jako plastifikátor. Při výrobě nátěrových hmot se bentonit používá jako zahušťovadlo. V rostlinné výrobě se bentonit využívá při kompostování a zúrodňování příliš propustných (písčitých) půd. Živočišná výroba využívá bentonitů např. jako pojiva při výrobě granulovaných krmiv. Pro domácí chovatelství se vyrábí z bentonitu hygienická podestýlka, určená k sorpci zvířecích exkrementů (tzv. kočkolity). V protipožární ochraně se využívá bentonitů v hasicích zásypech pro likvidaci lesních požárů, také při stavbě důlních protipožárních příček. Bentonitů se také využívá jako pohlcovače vzdušné vlhkosti v obalové technice při zámořské přepravě či skladování korozivních materiálů. Potravinářství využívá bentonitů pro čištění, odbarvování a stabilizaci rostlinných a živočišných tuků a olejů. Při výrobě nápojů je bentonit aplikován např. při čeření vín, moštů, při stabilizaci piva a při čištění cukerných šťáv.

10


Ve farmacii slouží bentonit jako plastifikátor při výrobě mastí, prášků, léčiv a kosmetických krémů. Dále se bentonit používá v papírenském průmyslu, při výrobě plastů, gumy, výbušnin, molekulových sít, skleněných a minerálních vláken, kapalných hnojiv a dalších. V posledních dvaceti letech se ve světě navíc zkoumá možnost využití bentonitů jako účinné bariéry při ukládání radioaktivního odpadu. Užití bentonitů jako jedné z hlavních složek konstrukce inženýrských bariér, kterými budou izolována úložiště vysoce radioaktivních odpadů v hlubinném úložišti, klade důraz na zkoumání nejen jejich vlastností geotechnických ale též chemických. V České republice se z jmenovaných odvětví v omezené míře bentonit využívá ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu. Důvodem je vyšší obsah železitých oxidů u českých bentonitů, které surovinu barví do okrového odstínu. Jedinou lokalitou v ČR s bílým bentonitem je ložisko Ivančice - Réna, těžba této suroviny je však i zde velice problematická. Produkce bentonitů ve světě a v ČR Hlavním světovým producentem bentonitu jsou Spojené státy americké (cca 2 mil. tun ročně), které produkují nejkvalitnější bentonity na světě a disponují i značnými zásobami přírodních sodných bentonitů. Dalšími významnými producenty bentonitu jsou státy bývalého SSSR (kolem 1,7 mil tun/rok), zřejmě Čína (odhaduje se produkce kolem 1,5 mil. tun/rok), SRN (800 kt/rok), Řecko (600 kt/rok), Japonsko (570 kt/rok), následuje Itálie, Španělsko, Indie, Turecko a další země. ČR vytěží ročně kolem 70 kt bentonitu, což činí přibližně 0,75 % světové produkce bentonitu. Producenty bentonitu v ČR jsou např. Keramost, a. s. (největší český producent bentonitů), Calofrig Borovany, a. s., Sedlecký kaolin, a. s. a další. Správcem řady netěžených ložisek je Geofond České republiky. Průměrné chemické složení severočeských bentonitů V následujících dvou tabulkách je uvedeno průměrné chemické složení severočeských bentonitů. V první tabulce jsou uvedeny údaje o složení bentonitů v hmotnostních procentech dle analýz firmy Keramost, a.s.. V tabulce následující jsou uvedeny průměrné hodnoty složení bentonitů z ložisek Černý vrch, Stránce, Rokle a Velký rybník získané z analýz provedených na IGI VŠB-TU Ostrava metodou RTG-fluorescence. Hmotnostní procenta hlavních oxidů jsou doplněna údaji o obsazích stopových prvků. Tabulka 1. Průměrné chemické složení severočeských bentonitů v hmotnostních procentech (dle Keramost a.s.)

SiO2 50,0 - 57,0 %

CaO 1,7 - 3,1 %

Al2O3 15,7 - 17,3 %

K2O 0,3 - 1,2 %

Fe2O3 8,8 - 17,0 %

FeO 0,1 - 1,0 %

H2O+ 5,3 - 6,3 %

Na2O 0,1 - 0,4 %

TiO2 3,8 - 6,3 %

MnO 0,1 - 0,3 %

MgO 2,5 - 3,5 %

Li2O 0,1 % P2O5 0,1 %

(obsah montmorillonitu - 65-80 %)

11

Tabulka 2. Průměrné chemické složení severočeských bentonitů (dle analýz IGI VŠB-TU)

Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl K2O

hmotnostní % <1 V

mg/kg 249,63

2,48 Cr

251,38

Ni

133,70

14,08

Cu 48,58 Zn 0,51 Ga 0,04 0,07 As Rb 0,95

72,98 117,20 25,90 5,45 79,65

CaO TiO2

2,95 Sr

153,43

Y

28,03

MnO Fe2O3

0,08 Nb

3,03

10,40

Ba La Ce Pb

101,00 209,00 70,05 127,30 7,93

Fyzikální vlastnosti bentonitů K popisu bentonitů se využívá adsorpce roztoků a par, bobtnavost, dehydratace, disperzita, elektrokinetický potenciál, IČ (infračervená) spektroskopie, měrná hmotnost, měrný povrch, pH, rentgenová difrakce, smáčecí teplo, sorpční kapacita, tixotropie, tvar a velikost částic pod elektronovým mikroskopem, termická analýza. Měření změn pH bentonitových suspenzí. Několik autorů (Zathurecký L. (1953), Maršak F., Koll (1950)) se zabývalo studiem závislosti pH bentonitových suspenzí na čase (1min - 30 dnů), koncentraci (0.05 - 30g bentonitu / 50 ml H2O) a teplotě žíhání. (20 - 1000 °C). Hodnota pH ovlivňuje nasorbované množství a dekontaminační faktor. To byl jeden z hlavních důvodů proč byly stanovovány závislosti pH suspenzí bentonitových vzorků, u kterých se očekává použití v úložišti radioaktivního odpadu. Měření změn pH v závislosti na koncentraci suspenze. Vzorky bentonitu o hmotnostech 0,05-30 g se rozmíchají v 50 ml destilované H2O. Po 18 hodinách stání se u připravených suspenzí změří hodnota pH. Měření změn pH v závislosti na čase. Vzorek bentonitu o hmotnosti 2,5 g se rozmíchá v 50 ml destilované H2O a následně je měřena hodnota pH suspenze v časových intervalech (1 min. - 70 dnů). Měření změn pH v závislosti na teplotě žíhání. Vzorek bentonitu o hmotnosti 2,5 g se žíhá při teplotách 20 - 1000 °C po dobu 30 minut. Z každého vyžíhaného vzorku vychladlého v exsikátoru je připravena suspenze přidáním 50 ml destilované H2O. Po 18 hodinách stání je u připravených suspenzí změřena hodnota pH skleněnou pH měrnou kombinovanou elektrodou. Měření změn pH v závislosti na době zatěžování teplotou 200 °C. Důvodem pro stanovení závislosti pH suspenzí na době zatěžování při konstantní teplotě zatěžování byl fakt, že hodnota pH ovlivňuje nasorbované množství a dekontaminační faktor. Změna pH by mohla tyto hodnoty značně ovlivnit. Vzorek bentonitu o hmotnosti 2,5 g se zatěžuje C po dobu 0 - 60 dní teplotou 200 °. Z takto zatíženého vzorku vychladlého v exsikátoru je připravena suspenze přidáním 50 ml destilované H2O. Po 18 hodinách stání u připravených suspenzí změřena hodnota pH.

12


Měrný povrch. Jednou z příčin většiny zajímavých a prakticky využitelných vlastností montmorillonitu je jeho velký měrný povrch. Měrný povrch patří do skupiny základních fyzikálních veličin umožňující charakterizaci materiálu, a má přímý vztah k naadsorbovanému množství na povrchu materiálu. Použitá adsorpční metoda umožňuje stanovení celkového povrchu materiálu (jak vnějšího tak vnitřního povrchu), který je zpravidla několikrát větší než hodnota povrchu vnějšího. Velikost vnějšího povrchu je možno stanovit metodami dle Lea a Nurseho nebo metodou dle Blaina. Princip stanovení spočívá v měření množství plynu potřebného k vytvoření monomolekulární vrstvy molekul dusíku při teplotě varu dusíku (jednobodová metoda BET), kdy dochází k jejich kondenzaci a adsorpci na povrchu vzorku. Přístroj měří objem plynu naadsorbovaný mezi teplotami vody při 0 °C a kapalného dusíku. Analýza se provádí po odplynění vzorků při teplotě 150 °C po dobu 60 min. Tuto analýzu není možné provést bez speciálního přístrojového vybavení. Sorpční (hydratační) tepla bentonitů. Hydratací rozumíme obalování dispergovaných částic molekulami vody, které se orientují na částice opačně nabitým koncem dipólu a tvoří okolo nich souvislou vrstvu hydrosféry. Tloušťka vrstvy je podmíněna rovnováhou mezi přitažlivými silami částice a energií tepelného pohybu částice. Hydratací též rozumíme pronikání vody do krystalické mřížky nebo do dutinek kanálů krystalu. Vazba vody v krystalu má obvykle jinou povahu než vazby ostatních strukturních prvků; struktury hydrátů tedy musíme chápat jako heterodesmické. U montmorillonitu dochází k hydrataci kationů (Na+, K+, Ca+, Mg+) včleněných do struktury mezi sousední vrstvy. Vnikání vody mezi vrstvy způsobuje bobtnání krystalu. Bentonity se vyznačují vysokou afinitou k vodě a snadno ji adsorbují bez poškození krystalové struktury. Absorpce vody je spojena s vývinem sorpčního (hydratačního) tepla, které slouží jako údaj charakterizující schopnost a ochotu bentonitů adsorbovat vodu a jsou zároveň údajem pro energetickou bilanci technologií zpracovávajících bentonity. Tuto analýzu není možné provést bez speciálního přístrojového vybavení. Tepelná hydratace. Přesné stanovení vody molekulární vedle vody mřížkové je v některých jílových minerálech velmi obtížné. K poměrně dobrým výsledkům je možno dojít pomocí vážkové tepelné dehydratace. Při sušení montmorillonitu do 110 °C nedochází téměř nikdy k dokonalému odstranění celého obsahu molekulární vody a rehydratace pak probíhá poměrně snadno. Vzorek bentonitu o hmotnosti 2,5 g se postupně po 50 °C zahřívá, vždy po dobu 30 minut. Pak je vyjmut a ponechán vychladnout v exsikátoru (45 - 60 minut) a zvážen. Po zvážení se opět vzorek vloží do pece, v níž stoupla teplota o 50 °C. Od začátku až dokonce je třeba dodržovat konstantní podmínky. Záhřev byl prováděn v teplotním intervalu 50 - 1000 °C. Vzorky přírodních bentonitů je nutno předem umlít. Termická analýza. Pod pojmem termická analýza se rozumí skupina experimentálních metod, které sledují některé fyzikální vlastnosti studovaného systému (hmotnost, objem, magnetické vlastnosti, elektrickou vodivost apod.), které provázejí sledované pochody probíhající v systému při zahřívání nebo naopak při ochlazování pevných látek. Tyto pochody lze tedy sledovat jako dynamickou funkci teploty podle určitého teplotního programu (tzv. dynamické metody) či případně jako pochody při konstantní teplotě v závislosti na čase (tzv. statické metody). Diferenční termická analýza je dynamická, tepelně analytická metoda, při níž se sledují teplotní efekty zkoumaného vzorku, spojené s jeho fyzikálními nebo chemickými změnami, které v něm probíhají při jeho plynulém, lineárním ohřevu nebo chlazení. Touto metodou se zaznamenávají rozdíly (diference) teplot mezi vzorkem a standardem (inertní látkou), vznikající při jejím současném ohřevu či ochlazování. Termogravimetrie je založena na pravidelném zaznamenávání hmotnosti vzorku, který je zahříván či ochlazován. Podle způsobu ohřevu lze rozlišit izotermní (statickou) termogravimetrii, při níž se vzorek zahřívá při konstantní teplotě a neizotermní (dynamickou) termogravimetrii, kdy je změna hmotnosti vzorku registrována v závislosti na čase či teplotě, která roste či klesá určitou zvolenou rychlostí podle programu. Výhodné je spojení obou metod v jediném měření jediného vzorku, neboť shodnost podmínek měření dovoluje lépe porovnávat obě křivky. Koroze. Korozí se rozumí samovolně probíhající proces znehodnocování materiálů vlivem okolního prostředí. Děje, které jsou příčinou korozního poškozování jsou fyzikálně chemické povahy. Nejčastější příčinou koroze jsou elektrochemické reakce.

13

Korozi kovů lze rozdělit do tří základních skupin: •

elektrochemická koroze, koroze kovů plyny, fyzikální rozpouštění

Koroze se může z hlediska výsledného efektu projevovat v následujících formách: •

rovnoměrná, důlková, štěrbinová, interkrystalická, koroze při namáháním.

Stanovení korozních úbytků ve vodných výluzích bentonitů je prováděno podle předpisu normy ČSN 03 8102 platnou pro stanovení korozně inhibičních vlastností pigmentů. Výsledky těchto testů poskytují informace o korozních vlastnostech bentonitů. A) Stanovení korozních ve vodných výluzích bentonitů nezatížených teplotou Vodný výluh bentonitů se připraví z 5 g bentonitu (váženo s přesností 0,01 g) a 45 ml redestilované vody. V pravidelných časových intervalech po 1, 7, 14, 21 a 28 dnech se proměřuje vodivost a pH. Proměřován je též vzorek 50 ml redestilované vody. Měření měrného odporu je prováděno konduktometricky. Stanovení pH je prováděno pH metrem. Po 28 dnech proměřování se do suspenze vloží ocelové plíšky (o rozměrech 2 x 5 cm), které byly předem změřeny posuvným měřidlem a zváženy na analytických vahách a očištěny lihem a acetonem. V pravidelných intervalech po 1, 7 , 14, 21 a 28 dnech se měří vodivost a hodnota pH suspenze s plíškem. Po 28 dnech se plíšky vyjmou ze suspenze a odmoří po dobu 20 minut ve 20 % HCl s přídavkem urotropinu (5 g urotropinu na 1 l roztoku). Pak se plíšky opláchnou vodou, očiští acetonem a zváží. Z naměřených hodnot lze stanovit ukazatele plošné rovnoměrné koroze. Korozní úbytek hmotnosti na jednotku plochy vypočteme podle vztahu

, kde m je hmotnost čistého [g], m1 hmotnost zkorodovaného plíšku [g] a S je plocha zkušebního plíšku [cm2]. Pro úbytek rozměrů platí

, kde ρ je hustota nelegované oceli [g.cm-3]. Hodnota hmotnostních úbytku je dána jako

, kde Km(voda) je korozní úbytek hmotnosti na jednotku plochy v redestilované vodě [g.m-2].

14


Korozní rychlost při hmotnostních úbytcích je vyjádřena vztahem

, kde t je čas [dny]. a pro korozní rychlost při rozměrových úbytcích platí vztah

, UR je úbytek rozměrů [mm]. B) Stanovení korozních úbytků ve vodných výluzích bentonitů zatížených teplotou 200 °C Vodný výluh bentonitů se připraví z 5 g bentonitu, který byl předem podroben zátěži 200 °C po dobu 0 - 42 dnů, a 45 ml redestilované vody. V pravidelných časových intervalech po 1, 7 , 14, 21 a 28 dnech je proměřována vodivost a pH. Proměřován je též vzorek 50 ml redestilované vody. Po 28 dnech proměřování jsou do suspenze vloženy ocelové plíšky a v pravidelných intervalech po 1, 7 , 14, 21 a 28 dnech je proměřována vodivost a hodnota pH suspenze s plíškem. Po 28 dnech se plíšky vyjmou ze suspenze, odmoří a zváží na analytických vahách. Z naměřených hodnot lze stanovit ukazatele plošné rovnoměrné koroze viz výše. Mikroskopické metody. Optická mikroskopie umožňuje pozorovat mikroskopické objekty a struktury do 1000-násobného zvětšení bez speciálních úprav mikroskopu a při běžné přípravě vzorků broušením a leštěním nebo rozložených na skleněné podložce. Pozorování neleštěných povrchů v odraženém světle je u běžných mikroskopů možné jen u malých zvětšení pokud je nerovnost povrchu menší než hloubka ostrosti použitého objektivu. Pozorování neleštěných povrchů při větším zvětšení umožňuje konfokální mikroskop, dosahující zvýšenou hloubku ostrosti speciální konstrukcí optické soustavy nebo speciální software SIS Extended Focal Imaging, který dosahuje zaostření snímku objektu digitální rekonstrukcí série snímků pořízených při rozdílném zaostření. Optická mikroskopie umožňuje pozorovat vzorky v přirozeném stavu včetně vlhkosti a s malými úpravami též při nižších nebo vyšších teplotách. Rastrovací elektronová mikroskopie umožňuje pozorování kovových nebo pokovených suchých vzorků s výraznou morfologií povrchu nebo částic až do 100 tisícinásobného zvětšení. K dosažení obrazu v REM musí být vzorek zbaven organických nečistot a umístěn ve vakuové komoře, aby dopadající elektronový svazek i odražené nebo vyražené elektrony nebyly rozptylovány srážkami s molekulami vzduchu. Informace o struktuře a složení látek z povrchu vzorků lze získat detekcí elektronů různých druhů a pro jejich zachycení jsou mikroskopy vybavovány různými typy detektorů, nejčastější pro odražené a vyražené elektrony. Detektor vyražených elektronů poskytuje informaci o materiálovém složení látek, jež se projevuje jako materiálový kontrast. Ke studiu mokrých vzorků jsou vyráběny speciální rastrovací elektronové mikroskopy Enviromental Scanning Electron Microscopes - ESEM, u nichž je vakuový prostor vytvářen fyzikálně pouze v oblasti pozorování. Mikroskopická analýza bentonitů Zrnitost se dá stanovit na vzorcích zhotovených buď suchým postupem - naprášením na skleněnou podložku, jejíž povrch byl před naprášením lehce navlhčen. Mokrý postup spočívá v rychlém rozmíchání jemného substrátu ve větším množství vody, jeho nanesení na skleněnou podložku a opětovném vysušení. Mikroskopické snímky vzorků připravených oběma způsoby ukazují následující obrázky pořízené mikroskopem Olympus a SPM mikroskopem Explorer TOPOMETRIX.

15

Snímek lehce urovnaného povrchu volně nasypaného jemně mletého bentonitu, pořízené mikroskopem při 500-násobném zvětšení

Mokrým postupem byl připraven vzorek s velmi jemně rozptýlenými částicemi bentonitu, jehož snímek byl pořízen tunelovacím mikroskopem SPM. Nejmenší rozměr částic na snímku je 0,2 - 0,3 μm

Obrázek 2. Mikroskopické snímky jemně mletého bentonitu získané různými technikami.

Analýza chování bentonitu v mokrém stavu Základní problém chování bentonitu spočívá ve stanovení průběhu šíření vlhkosti a vzniku vodotěsnosti bentonitového pláště. Z hlediska mikroskopické analýzy vzorku vlhkého materiálu je třeba se zabývat chováním jednotlivých zrn bentonitu - zjištěním jejich nejmenšího rozměru, tak i chováním kompaktního systému zrn. K této analýze lze použít jen optickou mikroskopii, vzhledem k tomu že jiné mikroskopické techniky buď neumožňují pozorovat mokré vzorky nebo detekují molekuly vody na povrchu částic. Ke studiu chování systému částic s vodou je třeba vyvinout i vhodné uspořádání vzorku, které bude zajišťovat ustálený stav vlhkosti. Vzorek je tvořen miskou - víčkem o průměru 20 mm a výšce 4-5 mm. Do misky je vložena pěnová vložka, která se sytí vodou otvorem ve dně misky. Na povrch pěnové vložky se položí 2-3 papírové podložky pro rovnoměrné roznášení vlhkosti k jednotlivým zrnům bentonitu, rozloženým jednotlivě nebo v tenké vrstvě na povrchu podložky, Aby nedocházelo k odpařování vody a vysychání povrchu je miska uzavřena polyetylenovou blánou, která přesahuje okraj víčka a k jeho boční stěně je přitlačována pružným kroužkem. Ten zároveň brání úniku vody z pěnové vložky. Ta se naplní vodou až po pořízení snímků suchého vzorku.

Chování shluku zrn při působení vody (120 min.) Obrázek 3. Mikroskopický snímek zvlhčených částic bentonitu.

16


Obsahy radionuklidů v severočeských bentonitech Tabulka 3. Hmotnostní aktivity vybraných radionuklidů v bentonitech z jednotlivých severočeských lokalit. aktivita [Bq/kg] radionuklid Černý Vrch Rokle Stránce Velký rybník K-40 191,50 202,50 203,70 252,00 Ra-226 8,90 6,04 21,53 25,65 Ra-228 16,25 22,36 27,28 43,48 Th-228 14,51 19,43 25,54 37,82

Hmotnostní aktivity vybraných radionuklidů v bentonitech 300,00 K-40 Ra-226 Ra-228 Th-228

[Bq/kg]

250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 Černý Vrch

Rokle

Stránce

Velký rybník

lokality

Obrázek 4. Grafické porovnání hmotnostních aktivit radionuklidů v bentonitech z jednotlivých severočeských lokalit.

Aktivity radionuklidů byly stanoveny metodou γ-spektrometrie. Pro měření byl použit mnohokanálový (8100 kanálů) spektrometr CANBERRA DSA-1000 s polovodičovým detektorem s vysoce čistého germania.

17

18

DÍLČÍ CÍL V 003 – NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU

VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO VÝROBU REKULTIVAČNĚ SANAČNÍCH A VÝPLŇOVÝCH STAVEBNÍCH HMOT Dílčí zpráva – II. čtvrtletí 2007 Jan THOMAS

Ve zprávě za první čtvrtletí roku 2007 byl popsán návrh laboratorního testování hmot na bázi popílku ze spalování tuhých paliv. Společně s charakteristikou experimentálního programu byla v uvedené zprávě stručně shrnuta prvotní data, získaná z probíhajících laboratorních zkoušek hmot. Úkolem dílčí zprávy následující etapy řešení dílčího cíle projektu V003 v období II. čtvrtletí roku 2007, byla sumarizace dosažených výsledků experimentálního testování hmot na bázi popílků po spalování tuhých paliva, aplikovatelných v oblastech důlně-stavebních, rekultivačně-sanačních a/nebo těsnících prací. 1. Experimentální studium rekultivačně-sanačních, výplňových a těsnících hmot Jak již bylo zmíněno v předešlé dílčí zprávě, cílem laboratorního studia zájmových hmot bylo především posouzení možnosti využití popílků po spalování tuhých paliv a aditiv pro tvorbu zájmových hmot. Experimentální program směřoval konkrétně k popisu fyzikálních, mechanických a chemických vlastností vytvořených produktů na bázi popílků a aditiv. Předkládaná dílčí zpráva proto shrnuje výsledky provedených analýz zejména z následujících okruhů: -

pevnostní charakteristiky vyrobených hmot v prostém tlaku,

-

absorpční vlastnosti konečných produktů,

-

popis mrazuvzdornosti vyrobených hmot,

-

vymezení odolnosti hmot při kontaktu s agresivními roztoky,

-

chemismus hmot při testech vyluhovatelnosti,

-

celkové vizuální zhodnocení hmot v rámci prováděných analýz.

1.1. Složení experimentálních směsí Vstupní suroviny, které tvořily základnu pro tvorbu hmot zahrnovaly vedle popílků po spalování tuhých paliv také aditiva typu portlandského cementu (PC 42,5), Bentonitu a betonového recyklátu. Jednotlivé vstupní suroviny plní v analyzovaných hmotách nezastupitelné funkce plniva, ostřiva a pojiva. Popílky po spalování tuhých paliv Popílky vznikají po spalování pevných paliv , přičemž jsou zachycovány z kouřových plynů v odlučovacích zařízeních elektráren či tepláren. Jedná se o heterogenní materiál, který je složený z částic o rozdílných fyzikálních, mineralogických, chemických a technologických vlastnostech. Jejich vlastnosti jsou ovlivněny mnoha faktory, mezi které patří složení a kvalita spalovaného uhlí, způsob spalovacího procesu, teplota v topeništi, anebo způsob chlazení. Popílky ze spalování uhlí vykazují latentně hydraulické vlastnosti, často bývají označovány za technogenní pucolány. Obsahují aktivní oxid křemičitý, který je schopen za běžných teplot a při účasti vody reagovat s hydroxidem vápenatým za vzniku hydratovaných vápenatých silikátů. Uplatnění takových vlastností bylo využito také v přípravě surovinové směsi experimentálních hmot. Pucolánové vlastnosti popílků nahrazovaly v analyzovaných hmotách v předem stanovených množstvích pojivovou složku reprezentovanou portlandským cementem

19

(PC 42,5). Pro účely laboratorního testování hmot na bázi popílků sloužil vzorek popílku z Elektrárny v Dětmarovicích. Jeho chemické složení je uvedeno v následující tabulce. Analýza chemického složení byla provedena pomocí WD-XRF – rentgenové vlnově disperzní spektrometrie. Tabulka 1. Chemické složení popílku

Analyt Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl K2O CaO TiO2 MnO Fe2O3

koncentrace mg/g <1 1,98 21,10 57,01 0,18 0,32 0,15 2,44 3,71 0,91 0,14 7,48

Analyt V Cr Ni Cu Zn Rb Sr Zr Ba La Ce

koncentrace μg/g 180,9 172,2 65,3 100,0 90,6 136,0 280,6 212,3 747,4 50,3 68,0

Portlandský cement Portlandský cement PC 42,5 zastupoval v surovinové směsi funkci pojiva, zaručující nabytí pevnosti během procesů tuhnutí a tvrdnutí hmot. Jílový materiál - Bentonit Jílové materiály jsou v oblasti rekultivačních respektive sanačních prací nepostradatelnou složkou, která je schopna vhodně modifikovat a cíleně upravit vlastnosti konečných remediačních hmot. V závislosti na svých vlastnostech mohou být vybrané jílové materiály využity v širokém spektru oboru, od stavebnictví, slévárenství, anebo potravinářství. Z praktického hlediska využití jílových minerálů pro těsnící účely je nejvýznamnějším materiálem tzv. bentonit. Bentonit reprezentuje měkkou, velmi jemnozrnnou, různě zbarvenou horninu, složenou z podstatné části z jílového minerálu montmorillonitu. Montmorillonit je nositelem charakteristických vlastností bentonitu jako je například mohutná sorpční schopnost, vysoká hodnota výměny iontů, bobtnání nebo plastičnost. Přesné vyjádření chemického i minerálního složení bentonitu je obtížné, neboť bentonit osahuje v minoritních množstvích také další jílové minerály jako jsou illit, beidelit nebo kaolinit, eventuelně Fe sloučeniny, křemen, živce, atd.. Pro své tixotropní, hydrofilní, gelotvorné a hlavně těsnící a tmelící vlastnosti je bentonit využíván pro různé účely ve stavebnictví. Je používán jako těsnění skládek, tunelů a přehrad, dále také ve formě tmelících či těsnících nepropustných vrstev při budování kalových rybníků, kanálů anebo hlubokých úzkých zářezů. Při ochraně půd a podzemních vod je používán ve formě suspenzí pro účely injektáži. Bentonity jsou významné zejména při budování nepropustných vrstev v půdě tvořených v souvislosti s výstavbou nových skládek odpadů. Další uplatnění nalézá jako přísada do betonů a omítek. V souvislosti s výše uvedeným, byl bentonit v surovinové směsi materiálem, který zajišťoval vhodné vlastnosti vyrobených hmot. Uplatnění bentonitu, jako aditiva v připravených hmotách, ovlivňovalo schopnost nasákavosti, respektive propustnosti analyzovaných hmot. V rámci experimentálního testování hmot sloužil pro přípravu testovacích vzorků Bentonit NK 80 producenta Minelco. Chemické složení použitého bentonitu bylo stanoveno pomoci WD-XRF analýzy, jejichž výsledky jsou uvedeny v tabulce č. 2.

20


Tabulka 2. Chemické složení bentonitu

Analyt Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl K2O CaO TiO2 MnO Fe2O3

koncentrace mg/g <1 2,92 17,89 50,81 0,15 0,46 0,11 0,74 3,26 0,94 0,04 4,68

Analyt V Cr Ni Cu Zn Ga As Rb Sr Y Zr Nb Ba La Ce Pb

koncentrace μg/g 96,2 42,7 10,2 57,3 106,7 17,9 12,4 75,7 139,6 51,6 243,2 33,4 400,3 45,9 122,1 10,4

Kamenivo (štěrkopísky, drcený betonový recyklát, zrnitost [0,006 – 20mm]), Pro konstrukční hmoty je vedle pojiva důležitou součástí také kamenivo. Kamenivo doplňuje pojivový materiál za účelem dosažení konečné pevnosti konstrukce, současně plní funkci plniva. Pro nenáročné konstrukční aplikace jakými jsou různé násypy, hráze nebo jiné bariéry se v posledních letech uplatňuje vedle primárních surovin také sekundární kamenivo. V současné době se dostává do popředí uplatnění odpadních materiálů z různých demoličních prací. Těžiště při nakládání se stavebními odpady lze tedy spatřovat v jejich materiálovém využití. Ve většině případů se využívá směsný recyklát pro účely zásypu, pro stabilizaci podkladu a nestmelených vrstev vozovek. Takové využití je však pouze na nižší možné úrovni. Na druhé straně stojí výhodnější využití minerálních látek formou třídění a recyklace odpadů ze staveb, které vytváří materiálový zdroj pro nové činnosti. Z minerálních stavebních odpadů je takovým odpadem např. betonový recyklát. Základní vlastnosti betonového recyklátu či betonové drtě, je možné obecně shrnout do následujících bodů: o o o o

Betonový recyklát vykazuje přibližně stejnou měrnou hmotnost jako přírodní kamenivo, jeho objemová hmotnost je o 7 – 10 % nižší. Betonový recyklát se vyznačuje nižší pevností a modulem pružnosti oproti přírodnímu kamenivu. Betonový recyklát vykazuje dobrou soudržnost (je-li předem navlhčen). Pro betonový recyklát je charakteristická také vyšší nasákavost. Vyšší hodnoty jsou typické zejména pro jemnější frakce. Frakce < 4 mm vykazuje kolem 4 – 12 % nasákavosti.

Betonový recyklát patří mezi univerzálně použitelné materiály, které v souladu s ochranou životního prostředí šetří primární surovinové zdroje. Vzhledem ke svým vlastnostem představuje pro surovinovou směs rekultivačně-sanačních, výplňových nebo těsnících směsí vhodný materiál, který přispívá k pevnostním charakteristikám vyrobených hmot, současně se v rámci technologie podílí na tvorbě hmot formou dostupného plniva. Technologická voda Vhodnou homogenizaci, promísení všech komponent, které tvoří surovinovou základnu a přípravy prostředí umožňující průběh hydratačních reakcí, zajistil vhodný vodní součinitel. Vodní součinitel vztažený na pojivovou složku nabýval hodnot w/c = 0,50.

21

2. Shrnutí experimentálních výsledků 2.1. Pevnost analyzovaných hmot v prostém tlaku a UPV V souladu s platnou normou (Zkoušení ztvrdlého betonu – pevnost v tlaku zkušeních těles) byly laboratorní vzorky podrobeny zkouškám namáhání v prostém tlaku po 7, 28 a 56 dnech. Stanovení pevnosti bylo doplněno měřením hmotnosti a stanovením hustoty. V souladu s laboratorním programem testování bylo rovněž vedeno nedestruktivní posouzení kvality materiálu z pohledu jeho pevnosti (UPV). Metodika stanovení pevnosti v prostém tlaku společně se stanovením hodnot UPV byla blíže specifikována již dříve. Předkládaná dílčí zpráva proto shrnuje již samotné výsledky pevnosti v prostém tlaku tak, jak byly v jednotlivých časových intervalech získávány. Následující tabulky uvádí vybrané parametry sledované po 7, 28 a 56 dnech. Tabulka 3. Hodnoty sledovaných parametrů po 7 dnech Pevnost (po 7 dnech)

UPV

UPVX

1

2

3

x

[μs]

[μs]

[μs]

[μs]

UPVC

ma

mw

md

mi

[km/s]

[g]

[g]

[g]

[g]

ρw

O 3

3

[kg/m ] [m ]

D

A 3

[kg/m ]

[%]

F

P

[kN] [MPa]

V1

21.20 21.30 21.20 21.23

4.71

2330

1339 2189.8 2234.2

998 0.0010

2346

2.03

264 26.40

V2

21.30 21.40 21.30 21.33

4.69

2332

1325 2216.3 2252.3

998 0.0010

2311

1.62

318 31.80

V3

22.90 22.80 22.80 22.83

4.38

2314

1299 2193.1 2246.3

998 0.0010

2275

2.43

264 26.40

V4

21.70 21.50 21.70 21.63

4.62

2281

1293 2131.7 2185.5

998 0.0010

2304

2.52

203 20.30

V5

22.80 23.00 22.90 22.90

4.37

2293

1283 2160.3 2210.6

998 0.0010

2266

2.33

213 21.30

V6

23.90 24.00 23.80 23.90

4.18

2177

1202 2036.4 2128.1

998 0.0010

2228

4.50

117 11.70

UPVC

ma

mw

md

mi

D

A

F

[km/s]

[g]

[g]

[g]

[g]

[kg/m3]

[%]

Pevnost (po 7 dnech) V7

UPV

UPVX

1

2

3

x

[μs]

[μs]

[μs]

[μs]

ρw

O

[kg/m3] [m3]

P

[kN] [MPa]

30.50 30.50 30.60 30.53

3.28

2218

1161 2052.0 2130.9

998 0.0011

2094

3.85

15.5

1.55

V8

67.50 67.40 67.50 67.47

1.48

2045

1028 1738.7 1914.9

998 0.0010

2007

10.13

4

0.40

V9

102.10 102.00 102.10 102.07

0.98

2108

1052 1769.3 2094.9

998 0.0011

1992

18.40

1

0.10

V10

91.50 91.40 91.50 91.47

1.09

2109

1058 1784.4 2020.2

998 0.0011

2003

13.21

2

0.20

V11

80.80 80.75 80.80 80.78

1.24

2133

1078 1810.6 2081.4

998 0.0011

2018

14.96

1.5

0.15

V12

84.30 84.00 84.30 84.20

1.19

2112

1064 1785.6 2047.8

998 0.0011

2011

14.68

1.5

0.15

Z analýz pevnosti v prostém tlaku je patrný vliv popílku v pojivové složce na proces tuhnutí a tvrdnutí hmot. V závislosti na množství popílku, které zastupovalo primární pojivo reprezentované portlandským cementem, lze pozorovat trend snižující se pevnosti v prostém tlaku. Po sedmi dnech tuhnutí a tvrdnutí hmot byla při vyšších obsazích popílku měřena nižší pevnost hmot. Hodnoty pevností v prostém tlaku prvních tří hmot, ve kterých byl cement jediným pojivovým činitelem, byly získány nejvyšší pevnosti. Naopak hmoty V7 až V12 vykazovaly po sedmi dnech pevnosti pohybující se pod hodnotou 2 MPa, respektive 1 MPa. Pevnostní charakteristika hmot, stanovená po sedmi dnech, byla v souladu s hodnocením hmot při použití metody UPV. Kvalitu hmot V1 až V6 lze hodnotit jako dobrou (hmoty V3,5,6), respektive výbornou (hmoty V1,2,4). Naměřené hodnoty rychlosti pulzů procházejících analyzovaným vzorkem hmot V7 až V12 se pohybovaly kolem hranice 1 km/s. Hmota V7 vykazovala příznivější charakteristiku, přesto nepřesáhla hodnotu 2 km/s. Naměřená data proto definovala stav hmot druhé skupiny V7 až V12 jako velmi slabý. Z celkového pohledu vývinu pevnosti v analyzovaných hmotách docházelo v prvních dnech k vyššímu nárůstu pevnosti při vyšším zastoupení cementu, jako hlavní pojivové složky. Z dat získaných po sedmi dnech je patrný rozdíl mezi 40% a 60% zastoupení popílku v pojivu. V intervalu 40ti a 60ti procentuálního zastoupení popílku dochází k významnému poklesu pevnosti z hodnot pohybujících se 22


kolem první a druhé desítky MPa (40% popílku), až na hodnoty v řádu jednotek, respektive desetin jednotek MPa (60% popílku). Trend snižování pevnosti v závislosti na obsahu popílku byl pozorován také v experimentálním měření po 28 a 56 dnech. Hodnoty sledovaných parametrů jsou shrnuty v následujících tabulkách. Tabulka 4. Hodnoty sledovaných parametrů po 28 dnech Pevnost (po 28 dnech)

1

UPV 2

3

[μs]

[μs]

[μs]

UPVX UPVC x [μs]

[km/s]

ma

mw

md

mi

[g]

[g]

[g]

[g]

ρw

V 3

3

[kg/m ] [m ]

D

A 3

[kg/m ]

[%]

F

P

[kN] [MPa]

V1

20.90 20.80 20.80 20.83

4.80

2357

1357 2220.0 2264.8

998 0.0010

2352

2.02

311 31.10

V2

21.10 20.90 21.10 21.03

4.75

2332

1330 2186.5 2227.0

998 0.0010

2322

1.85

401 40.10

V3

22.70 22.50 22.40 22.53

4.44

2308

1295 2143.5 2196.5

998 0.0010

2273

2.47

354 35.40

V4

21.60 21.70 21.40 21.57

4.64

2281

1292 2138.3 2187.7

998 0.0010

2302

2.31

244 24.40

V5

22.10 22.00 22.00 22.03

4.54

2296

1288 2138.9 2179.7

998 0.0010

2273

1.91

242 24.20

V6

24.30 24.40 24.70 24.47

4.09

2174

1189 1965.6 2068.9

998 0.0010

2203

5.26

136 13.60

UPVC

ma

mw

md

mi

D

A

F

[km/s]

[g]

[g]

[g]

[g]

Pevnost (po 28 dnech)

UPV

UPVX

1

2

3

x

[μs]

[μs]

[μs]

[μs]

ρw

O 3

3

[kg/m ] [m ]

3

[kg/m ]

[%]

P

[kN] [MPa]

V7

24.00 24.00 24.50 24.17

4.14

2179

1135 2051.4 2119.9

998 0.0010

2083

3.34 22.01

2.20

V8

26.40 26.50 26.40 26.43

3.78

2008

999 1759.3 1865.3

998 0.0010

1987

6.03 6.654

0.67

V9

30.90 30.90 30.95 30.92

3.23

1901

956 1619.5 1790.0

998 0.0009

2007

10.53 1.317

0.13

V10

28.50 28.60 28.50 28.53

3.50

2111

1062 1826.0 1974.3

998 0.0011

2008

8.12 3.383

0.34

V11

28.50 28.40 28.50 28.47

3.51

2131

1076 1842.1 1966.5

998 0.0011

2016

6.75 3.475

0.35

V12

30.10 30.15 30.10 30.12

3.32

2081

1031 1790.9 1889.8

998 0.0011

1978

5.52 3.494

0.35

D

A

P

Tabulka 5. Hodnoty sledovaných parametrů po 56 dnech

Pevnost (po 56 dnech) V1 V2 V3 V4 V5 V6 Pevnost (po 56 dnech) V7 V8 V9 V10 V11 V12

1 [μs] 20.80 21.10 21.80 21.20 21.80 22.80 1 [μs] 23.80 26.15 29.20 27.70 26.10 27.30

UPV 2 [μs] 20.90 21.10 21.90 21.20 21.80 22.80 UPV 2 [μs] 23.70 26.10 29.20 27.80 26.00 27.20

3 [μs] 20.80 21.00 21.90 21.30 21.90 22.90 3 [μs] 23.80 26.20 29.20 27.75 26.10 27.30

UPVX x [μs] 20.83 21.07 21.87 21.23 21.83 22.83 UPVX x [μs] 23.77 26.15 29.20 27.75 26.07 27.27

UPVC

ma

mw

[km/s] 4.80 4.75 4.57 4.71 4.58 4.38

[g] 2353 2358 2288 2292 2303 2193

[g] 1359 1350 1286 1307 1302 1207

UPVC

ma

mw

[km/s] 4.21 3.82 3.42 3.60 3.84 3.67

[g] 2132 2034 1888 2091 1982 2074

[g] 1078 1019 955 1044 981 1019

md [g] 2203.1 2186.6 2094.1 2134.8 2130.2 1979.7 md [g] 2005.6 1777.2 1601.3 1800.8 1711.0 1776.8

mi

ρw

[g] [kg/m3] 2234.7 998 2211.3 998 2131.4 998 2181.3 998 2166.5 998 2084.0 998 mi

ρw

[g] [kg/m3] 2056.3 998 1870.2 998 1733.1 998 1908.3 998 1797.3 998 1854.5 998

V 3

3

[m ] [kg/m ] 0.0010 2362 0.0010 2335 0.0010 2279 0.0010 2322 0.0010 2296 0.0010 2220 O 3

D

[%] [kN] 1.43 385 1.13 484 1.78 433 2.18 274 1.70 299 5.27 154 A

3

[m ] [kg/m ] 0.0011 2019 0.0010 2000 0.0009 2020 0.0010 1993 0.0010 1976 0.0011 1962

F

[%] 2.53 5.23 8.23 5.97 5.04 4.37

F

[MPa] 38.50 48.40 43.30 27.40 29.90 15.40 P

[kN] [MPa] 24.55 2.46 8.216 0.82 2.609 0.26 4.216 0.42 4.628 0.46 4.024 0.40

23

Konečné pevnosti, které experimentální hmoty dosáhly po 56 dnech zrání, se pohybovaly v širokém intervalu hodnot. Naměřené pevnosti v prostém tlaku analyzovaných vzorků se pohybovaly od 0,3 MPa až po 48,4 MPa. Na výsledné hodnoty pevnosti měl bezesporu významný vliv podíl popílku ve směsích, respektive jeho zastoupení jako náhrada primárního pojiva – cementu. S klesajícím hmotnostním podílem cementu, respektive stoupajícím podílem popílku, klesala současně pevnost laboratorních vzorků. 0,0 4,00

0,0

100,00

0,0

10,00 1,00

4,00

4,00

0,0

0,10

5,0

3,0

4,00

0,0

2,0

0,01

4,00

0,0

4,0

1,0

0,67

0,00

1,50

4,00

0,67 1,50

0,67

56

0,67

0,0

1,50 28

0,67 1,50

7

0,67

1,50

56

28

7

1,50

Obrázek 1. Vztah mezi P/C a pevností v prostém tlaku

Obrázek 2. Vztah mezi P/C a hodnotami UPV

Jak je patrné z grafického vyjádření závislosti poměru P/C – popílku po spalování tuhých paliv a cementu (viz. obrázek 1.), množství popílku v pojivové složce jednoznačně ovlivnilo proces tuhnutí a tvrdnutí hmot. Zatímco poměr P/C rovný nule vykazoval po 56 dnech hodnoty pevnosti v řádech desítek MPa, poměr P/C = 1,5 zapříčinil zisk pevností v řádech jednotek. Poslední poměr P/C = 4 dával hodnoty pevnosti v prostém tlaku pod 1 MPa. Obrázek č. 2. získané hodnoty pevnosti v prostém tlaku doplňuje z pohledu nedestruktivní zkoušky metodou měření emitovaných pulzů procházejících analyzovaným materiálem. Stejně jako v případě pevnosti v prostém tlaku je grafem zobrazen vztah mezi poměrem P/C a v tomto případě rychlostmi pulzů. Z grafu je patrné, že v průběhu zrání hmot docházelo k dvěma odlišným pochodům. Nižší poměr P/C = 0 a 0,6 vykazoval již po 7 dnech dobrý stav hmoty, která homogenně tuhla a tvrdla. Naopak poměr P/C = 1,5 a 4 v první fázi testování po 7 dnech odkazoval na poměrně slabý stav hmot, což potvrdilo rovněž studium pevnosti v prostém tlaku. Po 28 dnech byl ale v případě uvedených poměrů pozorován významný nárůst rychlosti procházejících impulzů, které analyzovanou hmotu charakterizovaly jako dobrou. Po 56 dnech nedocházelo k významnějším nárůstům, hodnoty rychlosti impulzů vzrostly v řádech desetin jednotek.

100,0 7

28

56

Pevnost [MPa]

10,0

1,0

0,1

56 28 Čas [dny] 7 13,4 V12

13,4 V11

13,4 V10

10,0 V9

10,0 V7

10,0 V8

6,7 V5

6,7 V6

0,0 V3

6,7 V4

0,0 V1

0,0 V2

0,0

Zastoupení popílku [hmot. %]

Obrázek 3. Pevnost v prostém tlaku hmot V1 až V12

24


Z pohledu dosažených výsledků měření pevnosti a zastoupení popílku v jednotlivých hmotách je možné rozdělit vyrobené hmoty do dvou skupin. První skupina je tvořena hmotami V1 – 6, skupinu druhou zastupují hmoty V7 – 12. V průběhu laboratorního testování pevnosti dosahovaly hmoty první skupiny vždy vyšších hodnot, než hmoty skupiny druhé. Výsledky první skupiny již po prvním testování pevnosti po 7 dnech dosahovaly hodnot 11,70 až 31,80 MPa. Nárůst pevnosti pokračoval v případě těchto hmot také po 28 a 56 dnech. Naopak hmoty druhé skupiny vykazovaly po 7, 28 respektive 56 dnech pevnosti v prostém tlaku v desetinách MPa. Hmoty V10,11,12 při obsahu popílku 80 % vykazovaly po 56 dnech pevnosti 0,42 MPa, 0,46 MPa a 0,40 MPa. Z uvedeného je patrné, že při stejné hodnotě obsahu popílku 80 % byly dosahovány podobné pevnosti bez ohledu na hmotnostní zastoupení bentonitu. Hmoty V7,8,9 naopak při hmotnostním zastoupení popílku 60 % dosahovaly v závislosti na množství bentonitu odlišných výsledků. Hmota V7 s 60 % popílku a 0,5 % bentonitu dosáhla po 56 dnech pevnosti 2,46 MPa. Při shodném zastoupení popílku a současně s 1 % obsahem bentonitu byla u hmoty V8 naměřena hodnota 0,82 MPa. Hmota V9 pak při 1,5 % podílu bentonitu a 60 % zastoupení popílku vykazovala pevnost jen 0,26 MPa. Hodnota pevnosti 0,26 MPa hmoty V9 byla současně nejnižší hodnotou pevnosti všech vyrobených a testovaných hmot. Z pohledu korelace mezi hodnotami pevností a impulzních rychlostí platí obecně exponenciální závislost. Pro posouzení funkční závislosti byly data seřazena v grafech po 7, 28 a 56 dnech. Naměřené hodnoty pevností v MPa byly zaneseny na y souřadnici a impulzní rychlosti v m/s na souřadnici x. Jednotlivými body v příslušných grafech byla proložena regresní křivka, která byla vypočtena metodou nejmenších čtverců. V jednotlivých grafech byla současně regresní (exponenciální) rovnice zobrazena společně s uvedením faktoru R2, respektive hodnotou spolehlivosti R. Demirboga R., et al., uvádí, na základě provedených analýz, že hodnota faktoru R2 kolísá kolem hodnoty 0.98. Podle dat získaných analýzou pevnosti v prostém tlaku a měřením UPV na vzorcích hmot V1 až V12, existuje mezi těmito hodnotami rovněž vzájemná korelace. Výsledky jsou patrné z obrázků číslo 4, 5 a 6. Uvedené hodnoty souhlasí se závěry prezentovanými Demirbogou R., et al.. 35,0

60,0 7

30,0

Pevnost [MPa]

y = 0,0293e0,0015x R2 = 0,9793

15,0 10,0

Exponenciální (28)

40,0 y = 9E-07e0,0037x R 2 = 0,925

30,0 20,0 10,0

5,0

0,0

0,0 0

1000

2000

3000

4000

5000

3000

3500

4000

UPV [m/s]

4500

5000

UPV [m/s]

Obrázek 4. Vztah pevnosti a UPV po 7 dnech


60,0 50,0

Pevnost [MPa]

Pevnost [MPa]

25,0 20,0

28

50,0

Exponenciální (7)

56 Exponenciální (56)

40,0 30,0

y = 8E-08e 0,0042x R 2 = 0,9568

20,0 10,0 0,0 3000

3500

4000

4500

5000

UPV [m/s]


25

Po 7 dnech vykreslovala nejlépe závislost mezi pevností a UPV křivka y = 0,0293.e0,0015x, při R2 = 0,98. Po 28 dnech byla situace mezi pevností a rychlosti impulzů podobná jako po 7 dnech. Také po 28 dnech byla závislost pevnosti a UPV popsána exponenciální rovnicí, která byla formulována ve tvaru y = 9E-07.e0,0037x. Hodnota koeficientu (indikátoru) R2 dosahovala po 28 dnech hodnoty nižší než po 7 dnech, přesto byla hodnota R2 po 28 dnech rovna 0,93. Exponenciální křivka proložená jednotlivými body získanými po 56 dnech byla určena rovnicí y = 8E-08.e0,0042x. Indikátor R2, respektive hodnota spolehlivosti měla po 56 dnech hodnotu R2 = 0,96. Hodnoty spolehlivosti R a faktoru R2 se v jednotlivých časových intervalech pohybovaly nad úrovní 0,93. Získanou závislost sledovaných veličin, tj. pevnosti v prostém tlaku a UPV, je možné úspěšně popsat exponenciální rovnicí. Spojnice trendů, provedená proložením bodů exponenciální křivkou, může proto sloužit jako vhodný zdroj informací o testovaném vzorku materiálu. 2.2. Popis nasákavosti testovaných hmot a ISAT Test Analýza nasákavosti je v rámci předkládané dílčí zprávy doplněna o hodnoty nasákavosti hmot získané po 56 dnech zrání testovaných hmot. Nasákavost hmot po 10ti minutovém ponoření do vodní lázně dosahovala následujících hodnot. Tabulka 6. Nasákavost hmot V1 až V12 V1

V2

V3

V4

V5

V6

Po 7 dnech

2,03

1,65

2,43

2,52

2,33

4,50

3,85 10,13 18,40 13,21 14,96 14,68

2,02

1,64

2,47

2,31

1,91

5,26

3,34

6,03 10,53

8,12

6,75

5,52

1,43

1,13

1,78

2,18

1,70

5,27

2,53

5,23

5,97

5,04

4,37

Po 28 dnech Po 56 dnech

[hmot. %]

Nasákavost

V7

V8

V9

8,23

V10

V11

V12

Označení vzorků

Z prezentovaných hodnot je patrné, že nasákavosti v průběhu 56 dnů klesaly ve všech případech hmot. V porovnání hodnot získaných po 7 dnech od počátku zrání hmot až po 56 den, kdy bylo provedeno poslední měření nasákavosti, je vidět jasný pokles nasákavosti hmot vyjádřený v procentuálním hmotnostním zastoupení vody.

V12 V11 V10 V9 V8 V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 0,00

7

2,00

4,00

6,00

28

56

8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00

Nasákavost [hmot. % ]

Obrázek 7. Nasákavost hmot V1 až V12

Zejména hmoty V9, V10, V11 a V12 vykazovaly během 7 a 28 dne významný pokles nasákavosti, který se po 28 dnech stabilizoval a po 56 dnech byl roven v jednotlivých případech hodnotám: V9 = 8,23 hmot. %, V10 = 5,97 hmot. %, V11 = 5,04 hmot. % a V12 = 4,37 hmot. %.

26


Již po 7 dnech hmoty první skupiny V1 – 6 vykazovaly nízké nasákavosti. Hmoty V1 až V5 po 7, 28 a 56 dnech vykazovaly hodnoty nasákavosti, které odkazovaly na málo nasákavé hmoty, neboť ani v jednom případě nedocházelo k překročení hranice 3 %. Pouze hmota V6 vykazovala téměř neměnné hodnoty nasákavosti v průběhu 56 dnů, ty se pohybovaly kolem hodnot 5 % nasákavosti. Z pohledu bentonitu je možné konstatovat, že při nulovém (V1,4) a 2 % obsahu bentonitu (V2,5) v testovaných hmotách byly po 56 dnech naměřeny hodnoty nasákavosti < 2%, respektive u hmoty V4 2,18 %. V případě hmoty V6 se čtyřmi procenty bentonitu byly již hodnoty nasákavosti vyšší a po 56 dnech dosahovaly 5,27 %. Je možné se domnívat, že 4 % podíl bentonitu již nepůsobí pozitivně směrem ke snížení propustnosti analyzovaných hmot. V případě druhé skupiny hmot V7 – 12 se hodnoty nasákavosti po 7 dnech pohybovaly s výjimkou hmoty V7 v řádech desítek procent nasákavosti. V průběhu testování byl ale pozorován významný pokles nasákavosti laboratorních vzorků u hmot V8 a V11. V případě těchto hmot došlo k poklesu nasákavosti z hodnot 10 %, resp. 15 % na hodnoty blížící se 4 % hranici. Podobný cca 10 % rozdíl mezi nasákavostí měřenou po 7 dnech a 56 dnech je možné pozorovat také u hmot V9 a V12. Nasákavost měřená po 10 minutách tak vykazovala pozitivní trend klesání absorpce vody. Vyšší rozdíly mezi nasákavostí měřenou po 7 a 56 dnech je dále možné vypozorovat už jen u jedné hmoty V10. Zde byl v průběhu testování nasákavosti po 10 minutách naměřen přibližně 6 % rozdíl. Naměřené nasákavosti po 56 dnech jsou přesto vyšší než je hranice 3 %, respektive 4 %, proto je pohlíženo na vyrobené hmoty V8 až V12 jako na hmoty (betony) dobře nasákavé. U všech zbylých hodnot pak docházelo v průběhu testování po 7, 28 a 56 dnech jen k nepatrným změnám v řádech jednotek až desetin jednotek. Obecně lze z grafických hodnot odvodit, že ve většině případů testování nasákavosti dosahovaly, při shodném obsahu bentonitu v laboratorních vzorcích, vždy vyšších hodnot nasákavosti ty hmoty, které obsahovaly vyšší podíl popílku v pojivové složce. ISAT Test V navazující části experimentálního programu testování rekultivačních, výplňových a těsnících hmot bylo provedeno měření počáteční povrchové absorpce materiálů. Uvedená analýza poskytla informace a povrchových vlastnostech vyrobených hmot. Jedná se o určení rozsahu proudění vody do jednotkové plochy materiálu za určitý čas a při konstantní výšce hladiny a teplotě. Rozsah, ve kterém je voda absorbována do povrchu materiálu při konstantní výšce hladiny rovné 200 mm, je měřen na základě pohybu kapaliny v kapilární trubici, která je pevně spojena s hlavicí, vymezující absorpční povrch. Po kalibraci aparátu je následně měřena povrchová absorpce v celkem čtyřech intervalech. Výsledky jsou obvykle prezentovány v jednotkách ml/m2/s. Typické průměrné hodnoty počáteční absorpce vyzrálých betonů se pohybují obecně pod hranicí 0,5 ml/m2/s. Z pohledů počáteční povrchové absorpce betonů je možné vyčlenit několik základních skupin. Absorpce [ml/m2/s] Vysoká Střední Nízká

10 >0,50 0,25-0,50 <0,25

Čas od počátku měření [min.] 30 60 >0,35 >0,20 0,17-0,35 0,10-0,20 <0,17 <0,10

120 >0.15 0,07-0,15 <0,07

Počáteční povrchová absorpce byla stanovena pro každý časový úsek T10, 30, 60, 120. Stanovení počátečních hodnot absorpce tekutiny bylo vedeno pouze v případě hmot V7 – 12, které po provedení analýz nasákavosti 10ti minutovým testem vykazovaly vyšší dynamiku poklesu absorpce tekutiny. Experimentální program byl veden na již vyzrálých laboratorních tělesech, které tuhly a tvrdly po dobu 56ti dní. Takovým způsobem připravené laboratorní vzorky hmot byly dále sušením připraveny k testování počáteční povrchové absorpce. Naměřené hodnoty počátečních nasákavostí se pohybovaly v následujících intervalech:

27

Tabulka 7. Počáteční povrchová absorpce hmot V7 až V12 Nasákavost [ml/m2/s] A10 A30 A60 A120

V7

V8

V9

V10

V11

V12

0,79 0,60 0,49 0,38

1,02 0,81 0,73 0,55

1,52 1,15 0,88 0,70

1,52 1,26 1,03 0,86

1,59 1,12 0,91 0,72

1,65 1,22 0,95 0,73

Ve všech případech hmot byla po 120 minutách překročena hranice 0,15 ml/m2/s jako nejvyšší možné nasákavosti pro vyzrálé betony. Za těmito hodnotami vyšší počáteční nasákavosti je možné vidět vliv bentonitu, který je při vysušení laboratorních vzorků příznivě nakloněn k nasákavosti a do své struktury je schopen pojmout značné množství vody. Z průběhů křivek počáteční nasákavosti sestrojených na základě naměřených hodnot je z pohledu času patrný výrazný pokles počáteční nasákavosti. V souvislosti s pozitivním trendem poklesu počáteční povrchové nasákavosti je možné předpokládat, že v dalším průběhu bude docházet k plynulému snižování povrchové absorpce všech sledovaných vzorků. Z pohledu bentonitu a jeho obsahu v jednotlivých hmotách je možné usoudit, že při jeho rostoucím zastoupení dochází také k vyšší počáteční nasákavosti. Tento trend je výraznější v případě hmot V7 až V9, ve kterých se nachází shodný obsah popílku a množství bentonitu roste z 0,5 %, přes 1,0 % na 1,5 %. Ve všech časových intervalech měření se tak vyšší podíl bentonitu podílel na vyšší počáteční nasákavosti. To je patrné také na průbězích křivek sestrojených na základě naměřených dat, viz. obrázek č. 8..

2

Nasákavost [ml/m /s]

1,8 1,6

V7

1,4

V8

1,2

V9

1 V10

0,8

V12 V11 V10 V9 V8 V7

0,6 0,4 0,2 A10

A30

A60

V11 V12

A120

Čas [min]

Obrázek 8. Počáteční povrchová absorpce hmot V1 až V12

U hmot V10 až V12, kde se nachází popílek v pojivové složce celkem v 80 % zastoupení je pak situace následující. Po prvním měření byl pozorován nárůst počáteční absorpce v souladu s rostoucím množstvím bentonitu. Po 30 minutách, kdy bylo provedeno druhé měření ale došlo k tomu, že při 1,0 obsahu bentonitu byla naměřena nižší absorpce, než v případě 0,5 % nebo 1,5 % obsahu bentonitu. Uvedený trend byl pozorován také v dalších měřeních po 60 a 120 minutách. Po 120 minutách tak dosáhla hmota V11 0,72 ml/m2/s. Přesto, tento výsledek je nutné z pohledu vyzrálých betonů považovat za hodnotu charakterizující hmotu jako dobře nasákavou. Vedle bentonitu sehrál jistě významnou úlohu při absorpci tekutiny také popílek. Jak je z výše uvedeného patrné, vyšší množství popílku v pojivové složce vykazovalo vyšší nasákavosti vztažené na konkrétní povrch laboratorních hmot. Vhodným doplněním se v této fázi jeví provedení analýz počáteční nasákavosti na saturovaných vzorcích, která by popis absorpčních vlastností analyzovaných hmot zpřesnila.

28


2.3. Ověření odolnosti materiálu – testy mrazuvzdornosti Odolnost materiálu vůči změnám prostředí byla simulována podmínkami střídání cyklů zmrazování a rozmrazování laboratorních vzorků. Experimentální hmoty byly vystaveny 50-ti cyklům zmrazování a rozmrazování při současném měření UPV. Jeden cyklus byl tvořen 24 hodinami, přičemž po dobu 17ti hodin byl vzorek umístěn do mrazícího boxu při teplotě – 25°C a na zbylých 7 hodin byl z boxu vyndán a volně rozmrazován při laboratorních podmínkách. Po každém rozmrazení vzorků byla stanovena hodnota UPV. Jak bylo dokázáno, data získaná z měření impulzů (UPV) jsou plně v korelaci s pevností v prostém tlaku. Z praktických důvodů byla proto během každého cyklu změřena pouze impulsní rychlost namísto destruktivních zkoušek. Měření impulsní rychlosti bylo konkrétně vedeno vždy po cyklu rozmrazení. Stanovení vycházelo z faktu, že po cyklu zmrazení byly laboratorní vzorky ve stavu, kdy kapalina vlivem zmrazení a zvětšení objemu vyplňovala volné prostory více, než při běžných laboratorních podmínkách. Impulzy indukované zdrojem, pak procházely materiálem rychleji, protože v něm bylo méně nespojitých míst. Protože se v případě testů UPV jedná o posouzení kvality materiálu, která je zaměřena především na vnitřní strukturu, byla v průběhu měření UPV vedena také vizuální kontrola povrchu testovaných vzorků. Po cyklech zmrazování a rozmrazování byl vždy zkontrolován povrchový stav vzorků, kdy byla pozornost věnována zejména kontrole jednotlivých hran a rohů laboratorních vzorků. Právě hrany a rohy testovaných laboratorních krychlí byly nejvíce exponovanou částí vzorků (krychlí) vůči vnějším vlivům. Na těchto částech také dochází k prvním tvarovým změnám, které jsou rovněž snadno pozorovatelné. Vedle hran a rohů krychlí byly na laboratorních vzorcích pozorovány také jednotlivé plochy, zda nedochází během cyklů k tvorbě vlásečnicových trhlinek nebo až k vzniku větších trhlin a jiných nespojitostí, které by negativním způsobem ovlivňovaly strukturu testovaných vzorků. Posledním krokem při měření odolnosti laboratorních vzorků vůči změnám prostředí bylo provedení testu pevnosti v prostém tlaku, které bylo provedeno po 50tém cyklu. Hodnoty UPV se po padesáti cyklech pohybovaly v intervalu 2,5 až 4,5 km/s. Z pohledu hodnocení kvality materiálu v závislosti na změřených hodnotách UPV se jedná o hodnoty, které charakterizují materiál jako slabý až dobrý. Podle hodnot UPV, respektive stavu materiálu, je možné vyrobené hmoty rozdělit do následujících kategorií: Tabulka 8. Rozdělení hmot podle UPV Stav materialu

Hodnoty UPV [km/s]

Hmoty

Dobrý Uspokojivý

3,6 – 4,6 3,1 – 3,5

V1, V4, V7 V2, V3, V6, V8, V11

Slabý

2,1 – 3,0

V5, V9, V10, V12

Celkem 8 hmot vykazovalo po padesáti cyklech zmrazování a rozmrazování uspokojivé až dobré vlastnosti. Dobré vlastnosti vykazovaly hmoty V1, V4 a V7. Jedná se o zástupce hmot, které obsahovaly jako pojivo popílek v následujícím složení. Hmota V1 popílek jako pojivo neobsahovala. Ve hmotě V4 popílek zastupoval 40 % pojiva a v poslední hmotě V7 tvořil popílek 60 % z pojivové složky. Nejvyšších hodnot UPV, respektive kvality hmoty dosáhla směs V1. Hodnotu 4,22 km/s dosáhla hmota V7 s 60 % popílku jako pojivové složky a vykazovala tak vyšší kvalitu než hmota V4 s 40 % podílem popílku na pojivové složce. V těchto hmotách byl bentonit zastoupen v malých procentech, v případě hmot V1, 4 se na složení hmot bentonit nepodílel a v hmotě V7 byl zastoupen 0,5 %. Druhou skupinu hmot, která vykazovala uspokojivé výsledky reprezentují hmoty V2, 3, 6, 8 a 11. Také v případě těchto hmot byl popílek jako součást pojivové složky zastoupen od 0 do 80 %. Nejvyšší hodnoty UPV po 50ti cyklech dosáhla v této skupině hmota V8 s 60 % popílku jako podílu pojiva a s 1 % zastoupením bentonitu. Ostatní hmoty této skupina dosahovaly hodnot UPV, respektive kvality hmot nižších výsledků v pořadí V8 >. V3 > V6 > V11. Hmota V3 s 4 % zastoupením bentonitu a bez popílku vykazovala po 50ti cyklech hodnotu UPV = 3.32 km/s, hmota V6 pak 3,18 km/s s 40 % podílem popílku

29

na pojivu a rovněž 4 % podílem bentonitu. Hmota V11 po 50ti cyklech dosáhla při 80 % obsahu popílku v pojivové složce a 1 % zastoupení bentonitu 3,12 km/s. Na základě uvedeného je možné konstatovat, že hodnoty UPV po 50ti cyklech jsou v případě hmot V3, 6, 8 a 11 velice podobné a odkazují na uspokojivý stav vyrobeného materiálu. Průběhy hodnot rychlostí procházejících impulzů, shrnuté v následujících grafech, mohou být považovány za lineární. V průběhu 50ti cyklů nedocházelo ve velké většině případů k významnému kolísání hodnot v rámci jednotlivých hmot, kdy se výsledky měření rychlosti impulzů měnily pouze ve velice úzkém intervalu hodnot. Výjimku tvořily pouze hmoty V2 a V5.

4,5

5 4,5

4 UPV [km/s]

UPV [km/s]

4 3,5 3 2,5 2

V1

V2

V3

V4

V5

V6

1,5 1

4

7

10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49

V6 V5 V4 V3 V2 V1

3,5 3 2,5 V7

V8

V9

V10

V11

V12

2 1

4

7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49

V12 V11 V10 V9 V8 V7

Cyklus

Cyklus

Obrázek 9. Mrazuvzdornost, hodnoty UPV hmot V1-6

Obrázek 10. Mrazuvzdornost, hodnoty UPV hmot V7-12

Hmoty V2 a 5 oproti ostatním hmotám vykazovaly rozdílné průběhy hodnot UPV, pohybující se v rámci 50 cyklů v širokém rozmezí. Po prvotním kolísání se hodnoty UPV ustálily na hranicích 3,15 km/s v případě hmoty V2 a 2,48 km/s u hmoty V5. Jedná se o hmoty, ve kterých byl shodně zastoupen bentonit 2 % a popílek nahrazující cement ve hmotě V2 0 % a 40 % v případě hmoty V5. Přibližně od 18tého cyklu je možné opět pozorovat lineární průběh hodnot UPV až do 43tího cyklu. Od 44tého cyklu dochází shodně u těchto hmot k poklesu rychlosti procházejících impulzů, jejichž rychlost poklesla na hodnoty pohybující se kolem 2,50 km/s (hmota V2) a 1,80 km/s (hmota V5). Sledované změny mohly být zapříčiněny změnou struktury (vnitřní struktury) pevné matrice, např. vývojem trhlin nebo zvětšováním nespojitostí, které mohly být přítomny v materiálech již od fáze přípravy a výroby testovacích laboratorních vzorků. Na snižování kvality hmot mohl mít v průběhu cyklů také vliv pojivový aparát. Uvedené poklesy rychlosti impulzů byly potvrzeny také testováním pevnosti v prostém tlaku. Tabulka 9. Pevnosti hmot V1-12 po cyklech zmrazování a rozmrazování Vzorek UPV [km/s] Pevnost [MPa]

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

V8

V9

V10

V11

V12

4,39

2,54

3,32

4,00

1,67

3,18

4,22

3,36

2,46

2,58

3,12

2,72

31,80

25,10

28,60

22,90

13,90

10,70

1,70

0,80

0,22

0,21

0,42

0,38

Pevnosti v prostém tlaku hmot V1 až V12 měřené po 50tém cyklu zmrazení a rozmrazení kopírovaly hodnoty UPV. Změny pozorované prostřednictvím UPV na vzorcích V2 a V5 byly ve vzájemné korelaci s hodnotami získanými při testování jejich pevnosti. Hmota V2, která měla 2 % obsah bentonitu oproti 0 % obsahu ve hmotě V1 a 4 % obsahu ve hmotě V3, vykazoval po 50ti cyklech pevnost 25,10 MPa, tzn. pevnost hmoty V2 byla po 50ti cyklech menší, tedy V2 < V1 ∧ V2 < V3. V případě hmoty V5, která obsahovala oproti hmotám V4 a V6 2 % zastoupení bentonitu (hmota V4 0 % bentonitu, hmota V6 4 % bentonitu) byla pevnost V5 << V4. Při 4 % podílu bentonitu v hmotě V6 byla naměřena pevnost 10,70 MPa, což je hodnota o 3,2 MPa nižší, než v případě hmoty V5. To znamená, 30


že při zastoupení cementu 40 % popílku a současně s rostoucím množstvím bentonitu klesla výsledná pevnost v prostém tlaku v řadě: V4 > V5 >V6. Při 60 % a 80 % zastupování cementu popílkem ve hmotách V7-9 a V10-12 je možné pozorovat již skokové snížení pevnosti, kdy při 40 % obsahu popílku na úkor cementu se pevnosti pohybovaly v desítkách MPa, kdežto při vyšším podílu popílku na úkor cementu, tzn. 60 % a 80 %, byly pevnosti měřeny pouze v jednotkách až desetinách MPa. Z porovnání s výsledků pevností v prostém tlaku stanovených po 56 dnech a po stanovení mrazuvzdornosti vyplývají jisté závislosti. Skupina hmot V1-6 vykazovala větší rozdíly v naměřených hodnotách. Celkem ve třech případech došlo k získání pevnosti odlišující se dvounásobnou velikostí pevnosti v MPa. Jde o hmoty V2, 3, 5. Hmoty V1, 4, 6 vykazovaly přibližně 5 MPa rozdíl v pevnostech. Naopak skupina hmot V7-12 výrazné kolísání hodnot pevností neobsahovala. Hmoty V7 a 10 zaznamenaly oproti pevnosti v prostém tlaku po 56 dnech hodnoty přibližně o 2 MPa nižší, ovšem zbylé hmoty této skupiny již dosahovaly pevností velmi podobných. Shrnutím získaných dat po padesáti cyklech mrazuvzdornosti současně se stanovením pevnosti v prostém tlaku po 56 dnech lze konstatovat, že vyšší podíl popílku v pojivové složce vykazoval stabilnější výsledky než hmoty vytvořené převážně na cementu jako významném pojivovém materiálu. 2.4. Ověření odolnosti materiálu s využitím roztoků Na2SO4 a SSV Odolnost laboratorně vytvořených hmot byla testována také pomocí roztoků síranu sodného a uměle vytvořeného skládkového výluhu (SSV). Chemické medium v podobě síranu bylo voleno proto, že sulfáty (sírany sodné nebo hořečnaté) se nachází na zasažených územích, na kterých mohou být testované hmoty využívány. To znamená jejich bezprostřední kontakt s vyrobenou hmotou. Chemické reakce probíhající při kontaktu těchto látek s materiálem, ve kterém probíhají hydratační reakce (tuhnutí a tvrdnutí hmot), vedou k expanzi hmoty, jejímu změkčení až k desintegraci a poškození hmot. Sírany sodné bývají v podzemních vodách přítomny obvykle v koncentracích, pohybujících se v intervalu 2000 ppm až 5000 ppm. Z uvedeného důvodu bylo pro účely posouzení odolnosti vyrobených hmot vůči síranovému ataku volena vyšší koncentrace tedy 5000 ppm. Syntetický skládkový výluh byl druhým médiem, které bylo v bezprostředním kontaktu s vyrobenou hmotou. Tento roztok reprezentuje zástupce, které se mohou dostat při aplikaci hmot rovněž do jejich bezprostředního kontaktu. Při stavbách určených ke kolekci skládkových výluhů, nebo různých jímek může stejně jako v případě kontaktu se síranem sodným docházet k desintegraci hmot a k narušení jejich stability. Výše zmíněné parametry odolnosti se staly náplní experimentálního studia odolnosti. Analýza odolnosti hmot byla vedena po dobu 56 dní s pravidelnou kontrolou stavu hmot. Na základě pozorování je možné uvést, že nejvíce byly zasaženy vlivem působícího prostředí vzorky, pro které bylo použito při přípravě pouze cementu, jako převažující pojivové složky. Na vzorcích byly patrné odlupky na hranách krychle, k menším povrchovým poškozením došlo také na jednotlivých stěnách. Vzorky s popílkem a bentonitem vykazovaly větší odolnost vůči agresivnímu prostředí. Hmoty s vyšším podílem popílku, který v hmotách zastupoval cement 60 %, respektive 80 %, vykazovaly dobrou povrchovou odolnost. Jednotlivé hrany, rohy a samotné plochy laboratorních krychlí nebyly po 56ti dnech poznamenány vývojem trhlin, povrchových prasklin nebo malých vlásečnic, které by narušovaly povrchovou strukturu hmot. Z hodnocení kvality hmot v závislosti na hodnotách UPV vyplývá, že se v případě hmot V1 až V6 jedná o výborný stav materiálu, kdy se rychlosti měřených impulzů pohybovaly po 56 dnech kolem průměrné hodnoty 4,58 km/s. Stanovené hodnoty rychlosti impulzů, měřené na vzorcích V7 až V12, dosahovaly v průměru hodnot 3,71 km/s. Takové rychlosti impulzů odkazují na dobrý stav vyrobených hmot. Z pohledu zastoupení popílku v pojivové složce je možné konstatovat, že při vyšším zastoupení popílku v pojivu byly po 56 dnech získány nižší rychlosti vysílaných impulzů. Přestože byly měřeny nižší rychlosti impulzů, nedošlo v průběhu laboratorního měření hmot k poklesu rychlosti impulzů pod hranici 3 km/s, která je spodním limitem pro charakteristiku dobrého stavu hmot. Shrnutí uvedených dat je možné vidět v následující tabulce.

31

Tabulka 10. Pevnosti, UPV a hmotnost hmot V1-12 Vzorek V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12

ma [g]

mw [g]

UPV [μs]

UPV [km/s]

F [kN]

P [MPa]

2341 2338 2309 2305 2303 2161 2146 1982 1939 1918 1959 2032

1341 1329 1297 1313 1297 1183 1140 1006 966 973 994 1037

20,9 21,1 22,6 21,3 21,7 23,6 23,5 25,9 28,2 31,6 26,6 27,2

4,79 4,73 4,42 4,69 4,62 4,24 4,25 3,86 3,55 3,16 3,76 3,68

379 395 311 295 297 186 25,030 7,896 2,911 1,350 4,200 4,174

37,90 39,50 31,10 29,50 29,70 18,60 2,50 0,79 0,30 0,14 0,42 0,42

Jak je z průměrných rychlostí impulzů hmot V1 – V6 a V7 –V12 vidět, došlo po 56 dnech k vytvoření dvou skupin, mezi kterými byl rozdíl v rychlostech impulzů přibližně 1 km/s. Tento fakt je možné přisuzovat právě popílku, který v druhé skupině hmot tvořil v pojivové složce převažující část, kdy nahrazoval portlandský cement 60 % (V7 až V9) a 80 % (V10 až V12). Rozdíly v jednotlivých hmotách, respektive skupinách hmot byly potvrzeny provedením měření pevnosti v prostém tlaku. Na základě zrání hmot, které probíhalo v podmínkách roztoku síranu sodného, je po 56 dnech patrný jednoznačný rozdíl mezi pevnostmi skupiny hmot V1 – V6 a V7 – V12. Rozdíl v dosahovaných pevnostech je zejména patrný při 40 % a 60 % obsahu popílku v pojivové složce. Při 40 % náhradě portlandského cementu popílkem byly stanoveny pevnosti pohybující se v řádu desítek. Již při 60 % náhradě cementu popílkem ale docházelo k redukci pevnosti, která dosahovala po 56 dnech pouze jednotek, respektive desetin jednotek MPa. Po 56 dnech zrání hmot V1 až V12 v roztoku síranu sodného lze konstatovat, že byly připraveny odolné hmoty, které při vyšším obsahu popílku v pojivové složce hmot vykazovaly uspokojivou odolnost. Při vyšší, až 80 % náhradě portlandského cementu popílkem, nebyly na vzorcích pozorovány negativní změny tvorby povrchových prasklin nebo odlupků a jiných nespojitostí, které by snižovaly soudržnost struktury. Odolnost hmot na bázi popílku potvrzovala výsledky prezentované v práci Degirmenciho a Baradana, které konstatují, že popílek v hmotách přispívá k vyšší odolnosti vůči potenciálnímu ataku síranů. V porovnání s pevnostmi získanými po 56ti dnech zrání hmot je možné nalézt podobnost výsledků, respektive pevností v prostém tlaku. Ve většině případů je konečná pevnost v prostém tlaku velmi podobná, nelišící se v řádech jednotek. Pouze hmoty V2, 3 vykázaly po síranovém ponoření pevnosti o přibližně 10 MPa nižší, než při běžném stanovení pevnosti po 56 dnech. Tyto hmoty při 100% obsahu cementu v pojivové složce nedosáhly pevností analyzovaných po 56 dnech. Tento fakt potvrdil menší odolnost hmot na bázi cementu. Na základě naměřených pevností v prostém tlaku po 56ti dnech a síranovém ponoření lze tedy uvést, že se podařilo připravit hmoty, které odolávají vlivům roztoků působících na jejich strukturu. V případě poměru cementu a popílku v pojivové složce vycházely v posouzení lépe hmoty s vyšším podílem popílku, neboť z pohledu výsledných pevností nezaznamenaly rozkolísanost pevností v prostém tlaku jako hmoty pouze na bázi cementu. Z pohledu uměle vytvořeného skládkového výluhu byl stav experimentálních vzorků velmi dobrý. V rámci provedených pozorování je možné konstatovat, že v případě hmot jak na bázi cementu jako jediného pojiva, tak na bázi kombinací pojiv P/C, byly vytvořeny hmoty které dostatečně povrchově odolávají syntetickému výluhu, vzorky jsou celistvé, bez povrchových prasklin, přičemž na některých vzorcích byly pozorovány jemné povrchové vlásečnice. Při analýze pevností v prostém tlaku nebyly pozorovány odlišné hodnoty, než ty které byly naměřeny po 56ti dnech. Zde se opět projevila dostatečná odolnost vyrobených hmot, která přes vliv skládkového výluhu vykazovala uspokojivé výsledky bez ohledu na zastoupení popílku nebo cementu v pojivové složce hmot. 32


2.5. Vyluhovatelnost monolitických materiálů 2.5.1. Shrnutí hodnot pH a vodivosti výluhů Testy vyluhovatelnosti byly součástí laboratorního programu z důvodů posouzení možnosti postupného uvolňování případných toxických látek do životního prostředí. Z pohledu betonové matrice se jedná o pórovitý materiál, který je schopen ve své struktuře zadržet poměrně velké množství kapaliny. Kapalina, ve formě loužícího roztoku, je tak vystaveny kontaktu s velkým povrchem materiálu, což může přispět k transportu látek z pevné matrice. Roztokům, respektive loužícímu médiu je umožněn kontakt mezi pevnou fází a roztokem nejen na povrchu, ale také uvnitř pórovité struktury. Z obecného hlediska se tak do výluhu může nakoncentrovat větší množství látek, než v případě kontaktu jednolité nepórové struktury s loužícím médiem. Zrání laboratorních vzorků před testy vyluhovatelnosti probíhalo v roztoku uměle vytvořeného skládkového výluhu. Zrání vzorků po dobu 56 dnů v jiném prostředí než při standardních podmínkách ve vodě, mělo zaručit saturování laboratorních vzorků roztokem syntetického výluhu, který obsahoval mimo jiné, zvýšené koncentrace zinku (Zn), mědi (Cu) nebo chloridových iontů. Z pohledu těžkých kovů jsou zinek a měď na počátku a konci řady mobility těžkých, kovů, tzn. že jejich přítomnost ve výluzích může podat vhodné informace o mobilitě nejen koncových členů řady mobility těžkých kovů. Naopak migrace chloridových iontů do pórové struktury tuhnoucí a tvrdnoucí matrice může v případech vyztužování hmot kovovými prvky vést k tvorbě koroze a praskání hmot vlivem vzniku korozivních center, které svým růstem působí proti kontaktu tvrdnoucí hmoty a výztuže. Pro účely popisu chování hmot při kontaktu s loužícím médiem, byla provedena analýza vyluhovatelnosti na základě normy EA NEN 7375:2004. Uvedená metoda je postavena na základě vyluhovatelnosti pevných materiálů. Jedná se postup, jehož účelem je určení vyluhovatelnosti anorganických látek z monolitických materiálů za aerobních podmínek. Testy vyluhovatelnosti probíhaly v osmi cyklech po dobu 64 dnů. Sběr jednotlivých výluhů byl prováděn v přesně definovaných intervalech, a to: Cyklus 1. 2. 3. 4.

Čas [dny] 0,25 ± 10 % 1,00 ± 10 % 2,25 ± 10 % 4,00 ± 10 %

Cyklus 5. 6. 7. 8.

Čas [dny] 9,00 ± 10 % 16,00 ± 10 % 36,00 ± 10 % 64,00 ± 10 %

Po uplynutí doby vymezené každým cyklem, byly jednotlivé objemy výluhu analyzovány na obsah Cu, Zn, Cl, měřeno bylo také pH a vodivost výluhů. Z pohledu stanovení hodnot pH výluhů hmot V1 až V12 je patrné, že již po 6 hodinách došlo k nárůstu hodnot pH. Po přípravě syntetického skládkového výluhu byla v původním roztoku naměřena hodnota pH rovná 5. V prvním cyklu vyluhovatelnosti je proto možné pozorovat výrazný nárůst pH z uvedené hodnoty 5 na hodnoty, které se pohybovaly od 9,33 až po pH 10,56. Nárůst hodnot pH v krátkém časovém okamžiku je způsobem alkalickou podstatou hmot a prostředím, které hmota na bázi cementu vytváří. V porovnání všech hmot V1 až V12 vyplývá, že vyšších hodnot pH obecně dosahovaly hmoty s vyšším podílem popílku, jenž zastupoval portlandský cement jako základní pojivo. Na základě hodnot pH, měřených v průběhu následujících cyklů, je možné konstatovat, že docházelo k dalšímu vývoji, respektive růstu. Hodnoty pH plynule stoupaly k hranici pH 12. V průběhu šestého cyklu naopak docházelo k obrácení tendence vývoje hodnot pH, které v cyklech 7 a 8 klesaly. V případě hmot V1 až V6, ve kterých se popílek podílel na substituci portlandského cementu nejméně (0 % - hmoty V1, 2, 3 a 40 % hmoty V4, 5, 6), docházelo k poklesu o jednotku pH, naopak hmoty V7 – 12, ve kterých se popílek nacházel v pojivu celkem v 60 % a 80 %, vykazovaly pokles pH pouze v setinách jednotek pH. Po 8 cyklech je proto pozorovatelný rozdíl v hodnotách dosaženého pH hmot V1 až V12, které bylo nižší u hmot s menším množstvím popílku, jenž zastupoval v pojivu portlandský cement. Výsledné hodnoty pH po 8 cyklech rozdělily hmoty na dvě skupiny. Hodnoty pH v průměru 9,3 byly měřeny v případě hmot V1 až V6

33

s nulovým a 40 % obsahem popílku. Jíž při 60 % a 80 % obsahu popílku v hmotách V7 až V12 byly měřeny hodnoty pH pohybující se kolem 11,7. Stanovení vodivosti umožňuje okamžitý odhad koncentrace iontově rozpuštěných látek a celkové mineralizace roztoku. Samotný přenos elektrického náboje je u roztoků zprostředkován disociovanými ionty rozpuštěných látek, přičemž vodivost roztoku je závislá na stupni disociace. V oblasti malých koncentrací se měrná vodivost roztoku zvětšuje téměř lineárně s koncentrací, při vyšších hodnotách již nárůst lineární není. U přírodních vod je konduktivita tvořena sumou hlavně vápenatých a hořečnatých hydrogenuhličitanů, síranů a chloridů. Na konduktivitě se podílí také sloučeniny sodíku, draslíku, dusičnany a také fosfáty. Ze získaných hodnot vodivostí roztoků (výluhů hmot V1 – 12) je zřejmé, že se konduktivita jednotlivých roztoků pohybovala v rámci 8 cyklů vyluhovatelnosti v rozmezí intervalu hodnot 95 μS/cm až 820 μS/cm. Na základě získaných hodnot měrné vodivosti je možné obecně říci, že v případě všech výluhů v rámci 8 cyklů vyluhovatelnosti, nedošlo k překročení hranice vymezující konduktivitu přírodních vod (povrchových, podzemních). Hmoty V1 až V6 vykazovaly v každém stanovení po jednotlivých cyklech hodnoty vodivosti, které se pohybovaly kolem hodnoty 100 μS.cm-1. Vodivost těchto hmot, které obsahovaly nulové a 40 % zastoupení popílku v pojivu postupně rostly až na hodnoty, dosahující po 8 cyklu 279 μS.cm-1. Z výsledků je patrné, že vyšších hodnot vodivosti dosahovaly hmoty s vyšším podílem popílku v pojivové složce na úkor portlandského cementu, a při současně stejném množství bentonitu. Naopak při stejném množství popílku v pojivu dosahovaly vyšší konduktivity hmoty s vyšším množstvím bentonitu, tj. v řadách V3 > V2 > V1, respektive V6 ≈ V5 > V4. Skupina hmot V7 až V12 při vyšším obsahu popílku, vykazovala již po 6 hodinách prvního cyklu vyšší vodivosti než první skupina hmot V1 až V6. V případě hmot V9 a V12 byly po prvních šesti hodinách naměřeny hodnoty vodivosti přesahující 300 μS.cm-1, konkrétně 340 μS.cm-1 (V9) a 319 μS.cm-1 (V12). Nárůst vodivosti pokračoval v další fázi cyklů, přičemž po osmi cyklech byly hodnoty vodivosti jednoznačně vyšší než v případě hmot V1 až V6. Na základě naměřených dat je možné konstatovat, že při vyšším podílu popílku v pojivové složce (tzn. 60 % a 80 %), byly měřeny nejvyšší vodivosti. Jak již bylo uvedeno výše, celková mineralizace však nepřekročila hodnoty typické pro povrchové a podzemní vody. Tento fakt odkazuje na skutečnost, že výluhy hmot nepředstavují koncentráty látek, které by mohly migrovat z pevné matrice dále do okolního prostředí. 2.5.2. Sledování vyluhovatelnosti vybraných prvků Hodnoty absorbance mědi, lze obecně charakterizovat jako velmi nízké až nulové, což platí pro celý interval osmi cyklů <0,00 – 64,00> a současně pro všechny laboratorní vzorky. Uvedený fakt velmi malých koncentrací mědi ve výluzích může být zapříčiněn vysokou adsorpční schopností mědi a její afinitou ke komplexotvornosti. K malým koncentracím mědi a její nízké mobilitě může přispívat také vysoké pH, které umožňuje srážení mědi ve formě oxidů nebo sulfidů. Z pohledu zinku, jako kovu s vysokou mobilitou v prostředí byla po osmi cyklech vyluhovatelnosti situace obdobná jako v případě mědi. I přesto, že zinek vykazuje malou adsorpční schopnost, byly jeho absorbance v jednotlivých cyklech opět velmi malé. Tento fakt je opět jednoznačně pozorovatelný z kalibračních křivek tvořených absorbancí a koncentrací zinku. Na téměř nulovou koncentraci zinku ve výluzích jednotlivých laboratorních vzorků měla stejně jako v případě mědi jistě významný vliv alkalická podstata prostředí, respektive vysoké hodnoty pH pohybující se kolem hodnot 10,5. Na základě laboratorních testů vyluhovatelnosti Zn a Cu provedených na laboratorních vzorcích hmot V1 až V12 v saturovaném stavu je možné konstatovat, že plně saturovaná pórová struktura testované hmoty na bázi cementu, respektive cementu a popílku, nepředstavuje z pohledu migrace „těžkých“ kovů, vybraných jako lehce a/nebo těžce migrující prvky, významné nebezpečí pro okolní prostředí, které je v bezprostředním styku s tímto materiálem. Stanovení vyluhovatelnosti, respektive koncentrace chloridových iontů ve výluzích bylo prováděno prostřednictvím stanovení napětí roztoků a následným přepočtem koncentrace chloridových iontů. Určení celkové vyluhovatelnosti chloridových iontů jednotlivých hmot V1 až V12 bylo finálně provedeno na

34


základě kumulativních hodnot vyluhovatelnosti. Z výsledků je patrné, že se vyluhovatelnost chloridových iontů pohybuje v řádech tisícin miligramů vztažených na metr čtverečný. Vztahy mezi množstvím popílku v pojivu a obsahu bentonitu v hmotách nelze jednoznačně vysledovat, neboť hodnoty vyluhovatelnosti byly ve všech případech hmot podobné. 3.

Závěr

Předkládaná dílčí zpráva za druhé čtvrtletí roku 2007 představuje svým obsahem shrnutí dosažených výsledků v oblasti přípravy a testování rekultivačních, výplňových a těsnících hmot na bázi popílků po spalování tuhých paliv a dalších aditiv. Z pohledu obecného zhodnocení a shrnutí naměřených dat, je možné uvést následující. Testováním pevnosti v prostém tlaku se jednoznačně projevil vliv popílku v pojivové složce na výsledné pevnosti. V rámci testování pevnosti bylo konstatováno, že v rozmezí 40 % až 60 % obsahu popílku v pojivové složce dochází k největšímu poklesu pevnosti. Při vyšších podílech popílku 60 % a 80 % již rozdíly v pevnostech byly méně významné. Hodnoty UPV, tedy rychlosti impulzů prošlých testovaným materiálem, byly v případech všech analyzovaných vzorků hmot ve vzájemné korelaci s pevnostmi v prostém tlaku. Jako forma nedestruktivní zkoušky kvality hmot, poskytovalo měření UPV vhodné doplňující informace o stavu vyrobených rekultivačně sanačních, výplňových a těsnících hmot. Rovněž odolnost vyrobených hmot byla v rámci laboratorních testů posuzována jako uspokojivá. Uspokojivých výsledků dosáhly hmoty jak během testu mrazuvzdornosti, tak při studiu odolnosti s použitím síranu sodného. Také zde se na uspokojivých výsledcích podílel vliv popílku, jako náhradě za cement. Při odolnostech vůči síranu sodnému nebo uměle vytvořenému skládkovému výluhu dosahovaly hmoty s vyšším obsahem popílků v pojivové složce lepších výsledků. Při vysušení vzorků na konstantní hmotnost, bylo po testech nasákavosti možno konstatovat, že při porovnání se standardním laboratorním vzorkem hmoty bez obsahu bentonitu, jsou vyrobené hmoty charakterizovány jako málo nasákavé. Na nasákavosti se podílel také obsah popílku, který při vyšším procentuálním zastoupení přispíval k vyšším nasákavostem. Vyluhovatelnosti vybraných parametrů nedosáhly významných hodnot. Koncentrace sledovaných parametrů společně s hodnotami pH a vodivostí nepředstavovaly zvýšené nebezpečí pro prostředí, se kterým vyrobené hmoty přijdou do bezprostředního kontaktu. Na základě provedeném laboratorním výzkumu, je možné obecně vymezit oblasti možného uplatnění testovaných hmot na bázi popílků po spalování tuhých paliv a dalších aditiv. Takovým místem mohou být například výstavby skládek, zakrývání, sanování a rekultivování starých zátěží. Takové aplikace v sobě zahrnují příznivější požadavky na pevnost, to znamená, že není vyžadováno dosažení vysokých pevností, které musí trvale odolávat vyššímu zatížení. Další oblastí, ve které je možno nalézt uplatnění těsnících samotuhnoucích hmot je například zřizování nepropustných nádrží, příkopů. Uvedené aplikace jsou obvykle doplňovány výstavbou hrází a přehrádek, které mohou podle konkrétních aplikací vyžadovat vyšších pevností. Důležitou oblastí uplatnění rekultivačně sanačních a stavebních výplňových hmot je oblast hornictví. Zde hmoty nalézají uplatnění v oblastech likvidace nežádoucích projevů důlní činnosti zahrnující práce v činných nebo uzavřených částech dolů a dále rovněž práce na povrchu. V případě uzavírání hlavních důlních děl je vyžadováno z pohledu státní správy dodržení limitních pevností v prostém tlaku a to 2MPa v místech mezi nárazišti a 5 MPa v oblasti nárazišť. Jak je z výsledků pevností patrné, dosažení takových pevností je při vhodném uspořádání surovinové vsázky dobře dosažitelné, neboť výsledky provedených analýz poskytly podrobný popis chování hmot v definovaných zastoupeních vstupních surovin. Oblast likvidací následků po dlouhotrvající báňské činnosti je jistě významným místem uplatnění rekultivačně sanačních, výplňových nebo těsnících směsí na bázi popílků p spalování tuhých paliv a dalších vhodných aditiv.

35

Reference Bydžovský J., a kol.: Využití druhotných surovin a recyklace stavebního odpadu – Betonový recyklát, Ústav technologie stavebních hmot a dílců, VUT v Brno, Fakulta stavební, Brno, http://waste.fce.vutbr.cz/, přístup: květen 2007. Concrete Society (Report of a Concrete Society Working Party): Permeability Testing of Site Concrete – A Review of Methods and Experience, Technical Report No. 31., ISBN 0 946691 21.5, London. 1988. Degirmenci N., Baradan B.: Chemical resistance of pozzolanic plaster for earthen walls, - In.: Construction and Building Materials, Volume 19, 0950-0618, Elsevier Science Ltd., 2005, pp. 536-542. Demirboga R., Turkmen I., Karakoc M. B.: Relationship between ultrasonic velocity and compressive strength for high-volume mineral-admixtured concrete, - In.: Cement and Concrete Research, Volume 34, Elsevier Ltd., 2004, pp. 2329-2336. Fečko P., Kušnierová M., Lyčková B., Čáblík V., Farkašová A.: Popílky, VŠB – TU Ostrava, ISBN 80248-0327-5, Ostrava, 2003, str. 187. Haburaj F.: Recyklace stavebních a demoličních odpadů, Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, Katedra dopravní infrastruktury, 2004, str. 25. Národní Lisabonský program 2005 – 2008: Národní program reforem České republiky, Udržitelné využívání zdrojů, http://web2006.vlada.cz/ files/eu/ narodni_ program_reforem_cz.pdf, 2005, str. 37, přístup: květen 2007. Novotný B., Kulísek K., Novák J.: Vybrané technické požadavky na recykláty z minerálních stavebních odpadů, - In.: RECYCLING 2005 „Možnosti a perspektivy recyklace stavebních odpadů jako zdroje plnohodnotných surovin“, Brno, březen, 2005. Portland Cement Association: Recycled Aggregates, Concrete Design and Production, Materials: Aggregates, http://www.cement.org/tech/cct_aggregates _recycled.asp, přístup: květen 2007. Portland Cement Association: Concrete technology – Recycled aggregate, http://www.cement.org/tech/faq_recycled.asp, přístup: květen 2007. Pytlík P., Beckerová L.: Využití stavebních minerálních odpadů – In.: Jevy, konání a díla, Příloha k INFORMACÍM OP ČSSI, Ostrava č. 2003/4.4, ISSN 1213-4112. U.S. Environmental Protection Agency (EPA): Coal combustion products – Fly Ash, http://www.epa.gov/epaoswer/osw/conserve/c2p2/ccps/flyash.htm, přístup: květen 2007.

36

DÍLČÍ CÍL V 003 – NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ A DOSUD NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU

V 003 – NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ A DOSUD NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Dílčí zpráva – II. čtvrtletí 2007 Ing. Jaroslava Ledererová, CSc. (garant okruhu VOO3) Ing. Ivana CHROMKOVÁ Ing. Pavel LEBER (řešitele okruhu VOO3) Ing. Vladimír TĚHNÍK (poradce pro problematiku využití energosádrovců v cementářském průmyslu) Ing. Lubomír LEJSEK (poradce pro problematiku využití energosádrovců pro výrobu anhydritu, sádry a sádrových výrobků) Martin VYVÁŽIL Ing. Jaromír Vojáček, Paed. Dr. Miloslava Koutná, Aleš Rubek, Ivo Fryčer, Petr Doubek, Věra Bojanovská, Lubomír Zavřel (spoluřešitelský tým - technologická část) Ing. Žaneta PRŮDKOVÁ Ing. Milan Vítámvás, Ing. Zuzana Letková, Ing. Jaroslava Tichá, Luděk Ondráček,Katharina Syová, Alena Gregorová, Lenka Stuhlová, Mgr. Vilma Poloučková, PhD. (spoluřešitelský tým - ekologická část) Výsledky dle plánovaných aktivit za II. čtvrtletí 2007 A0712 (průběžné výsledky) A0714 (průběžné výsledky) A0715 (ukončená aktivita) A0717 (zahájená aktivita)

37

Název aktivity:

Číslo aktivity: Termín plnění aktivity: Zpracoval:

1

A0712 LABORATORNÍ ZKOUŠKY VÝROBY UMĚLÉHO KAMENIVA Z VEP – II. ETAPA ( II. ČTVRTLETÍ 2007) A0714 URČENÍ VHODNOSTI VYBRANÝCH VEP PRO VÝROBU RŮZNÝCH DRUHŮ TYPŮ UMĚLÉHO KAMENIVA A0712, A0714 1.1 – 31.12.2007, 1.4 – 31.12.2007 Martin Vyvážil

Ověřování technologické vhodnosti popílků pro výrobu umělého kameniva

V návaznosti na předchozí období byly opět zvoleny dva způsoby ověřování výroby umělého kameniva na bázi popílku a to vytvrzování studenou cestou a vytvrzování urychleným způsobem – propařováním. Na základě vyhodnocení analýz ekologické vhodnosti a základních zkoušek technologické vhodnosti několika druhů VEP byly vybrány dva druhy popelů a popílků – jeden z klasického způsobu spalování a druhý ze spalování fluidního, dále jeden vzorek chemosádrovce. Vybrané popely a popílky byly použity jednotlivě nebo ve směsi a tvořily většinový podíl surovinové směsi pro výrobu zkušebních těles – válečků. V některých surovinových směsích byla ověřována také vhodnost přídavku dalších vybraných vedlejších produktů. 1.1

Laboratorní testování výroby umělého kameniva

V rámci laboratorního testování výroby umělého kameniva studenou cestou byly připraveny tři nové skladby směsi.. Dvě receptury obsahovaly směs popílku z klasického způsobu spalování a podíl chemosádrovce. Třetí směs se skládala z popílku z fluidního spalování a opět z podílu chemosádrovce. Z každé směsi byly vyrobeny zkušební tělíska formou kompaktování válečků lisovacím tlakem 10 kN a uloženy ve vlhkém prostředí. V určených intervalech 3, 7 a 28 dní na nich byly ověřovány následující parametry: -

vizuální posouzení stavu těles pevnost v tlaku pevnost v příčném tahu

-

objemová hmotnost vlhkost rozměry (průměr a výška válečků)

Z vizuálního posouzení stavu těles v průběhu procesu zrání a z naměřených hodnot pevností zkušebních těles jednotlivých skladeb směsi bylo vybráno 9 receptur, na nichž byl ověřován proces urychlování zrání propařováním. Propařování bylo provedeno v autoklávu po dobu 3 hod při teplotě 90 °C. Výsledky obou ověřovaných způsobů výrob umělého kameniva jsou uvedeny v následujících kapitolách. 1.2

Poloprovozní ověření výroby umělého kameniva

Z laboratorního testování výroby umělého kameniva bylo vybráno 5 vhodných receptur sestávající se z popílku z klasického způsobu spalování, z podílu jiných druhů VEP i z malého podílu cementu, sloužícího jako pojivo. Na aglomeračním zařízení (peletizační talíř) byly připraveny příslušné peletky jednotlivých receptur a to pomocí tzv. suché technologie. Suchá směs umělého kameniva byla postupně přenášena na sbalovacím talíři a pomocí rozprašovače zkrápěna potřebným množstvím vody. Přívod vody musí být vhodně sladěn a trvale dodržován, aby nedocházelo k porušování a ztrátě pevnosti vznikajících sbalků. Nevýhodou tohoto technologického postupu přípravy umělého kameniva je zvýšená prašnost. Parametry poloprovozního paletizačního talíře: - průměr talíře: 0,99 m - výška okraje: 0,24 m - otáčky talíře: 6-10 otáček. min-1 sklon talíře při zkouškách: 38 – 42° - s rostoucím (klesajícím) sklonem talíře narůstá (klesá) frakce vyrobených pelet. Takto připravené pelety byly poté roztříděny na jednotlivé frakce 1 - 4, 4 - 8 a 8 -16, 16 -32 mm a uloženy v laboratorních podmínkách. 38


U frakcí 4-8 a 8 -16 mm byly sledovány ihned po výrobě následující parametry: - vlhkost - sypná hmotnost volně sypaná i setřesená - manipulační pevnost – prováděna volným pádem na podložku ze vzdálenosti 30, 50 a 70 cm (hodnocen počet pádů) Pevnost pelet lze zjistit metodou volného pádu. Asi 10 kusů pelet od každé frakce se pustí z výšky 30 cm a dále z 50 a 70 cm na železnou podložku. Pád z každé výšky se opakuje a zjišťuje se , kolik nárazů peleta vydrží. Peleta vyhovuje požadavkům na pevnost, pokud zůstane po 4 pádech nepoškozena. Výsledky této zkoušky jsou uvedeny v tabulce č.7. Po 24 hodinách od výroby byla na jednotlivých peletách vyhodnocena manipulační pevnost. Po 7 dnech byly ověřovány tyto parametry: - sypná hmotnost volně sypaná i setřesená - objemová hmotnost v odměrném válci

- nasákavost - pevnost ve válci

Výsledek ověřeného způsobu výroby umělého kameniva jsou uvedeny v následujících kapitolách. 2 Průběžné výsledky ověřování výroby umělého kameniva 2.1

Výroba umělého kameniva studenou cestou

V tabulce č. 1 uvádíme výsledky zkušebních tělísek, jejichž hlavní složku tvořily popílky z vysokoteplotního a fluidního způsobu spalování v kombinaci s přídavkem malého podílu chemosádrovce: Receptury (zastoupení složek v %) laboratorní označení receptury Popílek fluidní Pf 39/1 Popílek Pk 35/1 Chemosádrovec G 551/1 Vodní součinitel Vizualní stav po vyrobení Vlhkost (%) Objemová hmotnost po vyrobení (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3) Vizuální posouzení - stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3)

24 25 26 B1 B2 Z 85 95 85 5 15 15 0,19 0,21 0,40 dobrý dobrý dobrý 19,0 22,8 40,2 1580 1600 1465 Posouzení po 3 dnech zrání dobrý dobrý dobrý 0,4 0,6 5,2 0,2 0,2 3,0 23,3 30,8 36,4 1560 1605 1420 Posouzení po 7 dnech zrání dobrý dobrý dobrý 0,5 0,7 5,7 0,2 0,3 3,2 17,9 21,4 37,9 1455 1480 1290 Posouzení po 28 dnech zrání dobrý dobrý dobrý 1,4 1,6 5,8 0,7 0,7 2,3 13,8 14,9 23,2 1550 1560 1390

39

Graf č. 1:

2.2

Výroba umělého kameniva – vytvrzování propařováním (90 °C po dobu 3 hod.)

Naměřené hodnoty uvádíme v následujících tabulkách a pro názornost i v grafech V tabulce č. 2 jsou uvedeny výsledky zkušebních tělísek vytvrzovaných propařování (90 °C ), jejichž hlavní složku tvořil popílek z fluidního způsobu spalování. Součástí surovinové směsi byl malý podíl cementového pojiva (receptura 22 a 23).

40

DÍLČÍ CÍL V 003 – NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ A DOSUD NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Receptury (zastoupení složek v %) laboratorní označení recepury Cement 32,5 II R B/S Popílek fluidní Pf 39/1 Popílek Pk 35/1 Mletý popel lože Pf 38/1 Chemosádrovec G 551/1 Vodní součinitel Vizualní stav po vyrobení Vlhkost (%) Objemová hmotnost po vyrobení (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3)

2 O1

22 23 O2 O3 5 15 100 95 85 0,50 0,50 0,50 dobrý dobrý dobrý 46,6 48,7 44,8 1535 1580 1630 Posouzení po propařování dobrý dobrý dobrý 3,7 5,0 7,0 1,9 3,1 6,0 48,5 48,3 45,1 1550 1570 1590 Posouzení po 7 dnech po propařování dobrý dobrý dobrý 5,1 7,7 11,3 2,7 4,9 8,4 45,7 45,3 43,9 1490 1540 1570 Posouzení po 28 dnech po propařování dobrý dobrý dobrý 4,2 8,0 12,0 2,2 4,4 8,5 34,5 34,3 34,0 1430 1490 1540

Graf č. 2:

41

V tabulce č. 3 jsou uvedeny výsledky zkušebních tělísek vytvrzovaných propařování (90 °C), jejichž hlavní složku tvořil popílek z vysokoteplotního spalování v kombinaci s přídavkem menšího podílu jiného druhu VEP. Součástí surovinové směsi byl malý podíl cementového pojiva. Receptury (zastoupení složek v %) laboratorní označení recepury Cement 32,5 II R B/S Popílek fluidní Pf 39/1 Popílek Pk 35/1 Mletý popel lože Pf 38/1 Vodní součinitel Vizualní stav po vyrobení Vlhkost (%) Objemová hmotnost po vyrobení (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3) Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) Objemová hmotnost (kg/m3)

9 A 5 95 0,24 dobrý 22,5 1695

14 15 C H 15 5 85 75 20 0,23 0,23 dobrý dobrý 22,0 23,1 1750 1720 Posouzení po propařování dobrý dobrý dobrý 2,5 13,4 0,9 1,1 2,8 0,4 20,5 19,2 22,0 1725 1770 1740 Posouzení po 7 dnech po propařování dobrý dobrý dobrý 3,4 15,0 6,1 2,0 7,8 2,6 21,1 20,2 20,5 1620 1740 1665 Posouzení po 28 dnech po propařování dobrý dobrý dobrý 3,9 16,2 9,3 2,1 6,7 4,2 20,6 19,3 19,5 1665 1735 1660

Graf č. 3: 42


V tabulce č. 4 jsou uvedeny výsledky zkušebních tělísek vytvrzovaných propařování (90 °C), jejichž hlavní složku tvořil popílek z vysokoteplotního spalování a z fluidního způsobu spalování v kombinaci s přídavky menších podílů jiných druhů VEP. Receptury (zastoupení složek v %)

3

4

26

laboratorní označení recepury

M

W

Z

Cement 32,5 II R B/S Popílek fluidní Pf 39/1 Popílek Pk 35/1 Mletý popel lože Pf 38/1

50 50 -

95 -

85 -

Chemosádrovec G 551/1

-

5

15

Vodní součinitel

0,42

0,50

0,40

Vizualní stav po vyrobení

dobrý

dobrý

dobrý

Vlhkost (%) Objemová hmotnost po vyrobení (kg/m3)

36,9 1645

47,7 1535

40,2 1445

Vizuální posouzení -stav

dobrý

Posouzení po propařování dobrý

dobrý

Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%)

2,2 1,2 34,7

4,1 2,2 50,6

1,7 0,9 36,3

Objemová hmotnost (kg/m3)

1575

1616

1382

Vizuální posouzení -stav

Posouzení po 7 dnech po propařování dobrý dobrý dobrý

Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%)

2,8 1,7 33,8

4,0 1,8 49,1

2,5 1,6 36,7

Objemová hmotnost (kg/m3)

1558

1550

1355

Posouzení po 28 dnech po propařování dobrý dobrý dobrý 3,3 4,5 1,9 2,2

Vizuální posouzení -stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tahu (MPa) Vlhkost (%) 3

Objemová hmotnost (kg/m )

2.3

23,1

44,4

1478

1510

Průběžné výsledky poloprovozního ověření výroby umělého kameniva

V tabulce č. 5 uvádíme vybrané skladby receptur pro výrobu umělého kameniva studenou cestou Receptury (zastoupení složek v %) Cement 32,5 II R B/S Popílek Pk 35/1 Popílek fluidní Pf 39/1 Mletý popel lože Pf 38/1 Vápno V 207/1 Vodní součinitel Roztok 2% CaCl2

15

15 a

15 b

15 c

15 d

5 75 20 0,26

5 75 20 -

70 5 20 5 0,26

75 5 20 0,26

65 5 20 10 0,26

-

0,26

-

-

-

43

V tabulce č. 6 uvádíme výsledky sítového rozboru vyrobených pelet Umělé kamenivo (označení) SÍTOVÝ ROZBOR (%) zbytek na sítě 16 mm zbytek na sítě 8 mm zbytek na sítě 4 mm zbytek na sítě 1 mm propad sítem 1 mm

15

15 a

15 b

15 c

15 d

3,3 65,4 24,0 4,5 2,8

1,2 50,1 28,8 17,0 2,9

1,6 48,2 26,8 19,4 4,0

1,2 44,6 29,3 21,9 3,0

1,5 40,2 26,6 25,6 6,1

V tabulce č. 7 uvádíme výsledky manipulačních pevností pelet metodou volného pádu (viz. kapitola 1.2) Umělé kamenivo (označení) Frakce (mm) Vizuální posouzení Manipulační pevnost z výšky 30 cm (počet pádů) Manipulační pevnost z výšky 50 cm (počet pádů) Manipulační pevnost z výšky 70 cm (počet pádů) Vizuální posouzení Manipulační pevnost z výšky 30 cm (počet pádů) Manipulační pevnost z výšky 50 cm (počet pádů) Manipulační pevnost z výšky 70 cm (počet pádů)

15 pelety 4 - 8 8 - 16

15 a pelety 4 - 8 8 - 16

15 b 15 c 15 d pelety pelety pelety 4 - 8 8 - 16 4 - 8 8 - 16 4 - 8 8 - 16 po vyrobení dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý 6

5

4

3

4

3

4

3

3

2

3

3

2

2

2

2

3

2

2

1

3

2

2

2

2

2

2

2

1

1

po 24 hodinách dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý 6

5

5

3

3

2

3

2

3

2

3

3

3

2

3

2

2

2

2

1

3

2

2

2

2

1

2

2

2

1

V tabulce č. 8 uvádíme výsledky fyzikálně – mechanických vlastností umělého kameniva. Umělé kamenivo (označení) Frakce (mm) Sypná hmotnost volně sypaná (kg/m3) Sypná hmotnost setřesená (kg/m3) Vlhkost (%) Vizuální posouzení Sypná hmotnost volně sypaná suchá (kg/m3) Sypná hmotnost setřesená suchá (kg/m3) Objemová hmotnost v odměrném válci (kg/m3) Nasákavost (%) Pevnost ve válci (MPa)

44

15 pelety 4 - 8 8 - 16

15 a pelety 4 - 8 8 - 16

15 b pelety 4 - 8 8 - 16 po vyrobení

15 c pelety 4 - 8 8 - 16

15 d pelety 4 - 8 8 - 16

1010

905

885

914

861

950

1130 1020 22,7

897

1040 1042 22,8

900

1015 992 24,8

881

1025 991 26,0

843

967 961 18,8

po 7 dnech dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý dobrý 793

778

795

782

776

762

776

760

775

754

893

868

877

855

841

814

840

810

821

820

1773

1868

1720

1720

1665

1673

1700

1650

1674

1644

24,1 1,7

25,2 1,3

23,8 2,3

23,5 2,2

26,6 2,0

27,2 1,7

25,8 1,8

25,4 1,2

27,2 1,5

28,2 1,2


V dalším období se bude pokračovat v již započatých laboratorních a poloprovozních zkouškách, přípravy umělého kameniva studenou cestou i urychleným vytvrzováním – propařováním. Zaměření na další vhodná přídavná pojiva k zapracování do jednotlivých směsí. Sledování vlivů vybraných typů energosádovců nebo chemosádrovců ve směsích s popílky z fluidního spalování na výslednou pevnost připraveného kameniva a to pro různé teploty propařování (40, 60, 80 °C).

45

Název aktivity:

VYUŽITÍ ENERGOSÁDROVCE V CEMENTÁŘSKÉM PRŮMYSLU – REŠERŠE II. ČÁST

Číslo aktivity:

A0715

Termín plnění aktivity:

1.4. – 30.6.2007

Zpracoval:

Ing. Vladimír Těhník

1 Lokality energosádrovců Postupně byly V ČR produkovány energosádrovce v závodech, které uvádí následující tabulka. Producenti energosádrovců v ČR Elektrárna

Počerady

Výkon

Dodavatel

Uvedení

Dodavatel

(MW)

strojního zařízení

do provozu

vápence

5 x 200

Valmet Damatic XD-SHL

1994

VČS

Hoogovens Technical Services

1996

Prunéřov I.

4 x 100

Bischoff GmbH

1995

Mořina

Prunéřov II.

5 x 210

Mitsubishi + ZVU Hradec Králové

1996

Mořina Štramberk

Mělník I.

6 x 55

ABB

1998

Štramberk Vitošov

Mělník II. a III.

2 x 110

Austrian Energy and Environment SPG

1998

VČS

Dětmarovice

4 x 200

Mitsubishi

1998

Štramberk

Chvaletice

4 x 200

IVO International Ltd, Hitachi Ltd

1998

Štramberk

ITOCHU corp. Opatovice

100

Mitsubischi

1998

Vitošov

Tisová

100

Steinmuller GmbH

1997

Loděnice

Tušimice II.

4 x 200

Chiyoda

1997

Mořina

Ověřování vlivu energosádrovců na kvalitu cementu bylo v počáteční době zaměřeno na posouzení vhodnosti energosádrovců jako regulátoru tuhnutí v porovnání s přírodním sádrovcem Kobeřice ve stavu, v jakém je dodáván do cementáren v ČR. Bylo konstatováno, že provedenými laboratorními i provozními zkouškami nebyl prokázán negativní vliv na technologické vlastnosti cementu. Tím byla současně prokázána vhodnost využití energosádrovců stanoveným způsobem. V českých cementárnách jsou v současné době zpracovávány granulované energosádrovce z elektrárny Počerady a vlhké z elektráren Opatovice, Mělník I, Chvaletice, Dětmarovice a Prunéřov. Vedle nich jsou zpracovávány ve dvou cementárnách chemosádrovce z Prechezy, a s. Přerov. 2 Vlastnosti energosádrovců Vzhledem k vysokému obsahu CaSO4.2H2O v energosádrovcích se všeobecně očekávalo, že budou v první řadě využity k náhradě přírodních sádrovců, se kterými jsou také srovnávány. Bylo prokázáno, že tyto materiály jsou si podobné s kvalitními přírodními sádrovci vysokým obsahem CaSO4.2H2O. Liší se hlavně granulometrií – podrcený přírodní sádrovec má většinou plynulou granulometrii 0 – 50 mm, zatím co energosádrovce jsou jemně krystalické a vysoce dispersní o velikosti částic do max. 100 μm. Dále se

46


liší obsahem vlhkosti - přírodní sádrovec nezahliněný má kolem 1 %, zahliněný z Kobeřic kolem 6%,negranulovaný energosádrovec kolem 10 %. Dalším rozdílem obou sádrovců je i rozdíl chemického složení nečistot. Energosádrovce obsahují nečistoty, které se v čistých přírodních sádrovcích běžně nevyskytují. Ty jsou do nich vnášeny spalinami – tedy z použitého paliva a dále absorbčním médiem tedy z použitého vápence a z případných přísad. Jedná se hlavně o chloridy, fluoridy, rozpustné Mg a Na soli, siřičitan vápenatý a nezreagovaný vápenec. Pro informaci jsou v následující tabulce uvedeny obsahy vodorozpustných síranů, chloridů, a fluoridů v energosádrovcích Počerady, Prunéřov, Chvaletice a Přerov (z jednorázově odebraných vzorků). Obsah vodorozpustných síranů. chloridů a fluoridů v jednotlivých ES Teplota °C

ES POČERADY

ES PRUNÉŘOV

ES CHVALETICE

CHS PŘEROV

40 °C

33,27

22,55

30,80

28,63

70 °C

47,27

46,54

46,25

46,58

90 °C

47,42

46,46

46,05

46,76

Obsah Cl (hm.%)

0,18

0,10

0,12

0,08

-

2821

1587

2413

181

TYP ZKOUŠKY

Obsah vodorozp SO3 hm.% -

Obsah F (mg/kg suš.)

3 Vliv vlastností energosádrovců na vlastnosti cementu Laboratorní zkoušky s různými typy slínku z cementáren v kombinaci s jednotlivými typy energosádrovců a dále provozní zkušenosti s používáním energosádrovců v běžné výrobní praxi postupně prokázaly, že při mletí cementu dochází vlivem zvyšování teploty k částečnému rozkladu energosádrovce na hemihydrát, případně až na anhydrit. Tento jev pak pokračuje v cementovém silu, kde ke zvýšené teplotě přistupuje i zvýšený tlak. V nepříznivém případě dochází k nahydratování cementu vlivem uvolněné vody a snižování jeho pevností oproti čerstvě namletému cementu. V jiném případě může docházet, vlivem zvyšujícího se podílu rozkladných produktů energosádrovce, ke zvyšování pevností cementu uloženého v sile oproti namílanému cementu. Dokladem o vzniklé problematice jsou termogravimetrická stanovení kvantitativního složení cementů. Podrobné technické podklady jsou uvedeny ve zpracované studii za I. pololetí roku 2007 s názvem „Využití energosádroců v cementářském průmyslu – II. část“, která je k dispozici ve Výzkumném ústavu stavebních hmot, a. s.

47

Název aktivity:

MOŽNOSTI VYUŽITÍ ENERGOSÁDROVCŮ PRO VÝROBU SÁDRY - STUDIE

Číslo aktivity:

A0717

Termín plnění aktivity:

1.4. – 30.9.2007

Zpracoval:

Ing. Lubomír Lejsek

1 Úvod Sádru je možno označit spolu s vápnem jako nejstarší známé maltoviny. Používání sádry můžeme doložit již v předhistorickém období na základě nálezů v hrobech pocházejících z neolitu. Ve starém Egyptě se sádry používalo nejen jako stavební hmoty – malty na zdění a omítky a jako podkladu pro nástěnné malby (Théby, Cheopsova pyramida) – nýbrž i pro přípravu sádrových poprsí a konzervování těl zemřelých a pro konzervování rostlinných plodů (asi 450 let př. n.l.). Z Egypta se dostalo používání sádry do Babylónie a dále pak přes Řecko do Říma. Odtud se pak sádra rozšířila do celého tehdejšího civilizovaného světa. Po stěhování národů se setkáváme opět s patrnějším upotřebením sádry kolem roku 1000 (Austett) a z poloviny 11. století již existují zprávy z Harzu, v Německu, hovořící o používání estrichové sádry jako malty (městské stavby z oblasti Harzu, zbytky kláštera Walkenried), jako plastické dekorace stěn (po způsobu používání v Lombardii), jako článků architektury apod. Z pozdějšího období existují o používání sádry četné zprávy v městských archivech (Basilej 1417, Londýn 1212, 1666, 1794 a další). Rozkvět štukatérských prací pak spadá do období baroka a rokoka. Až do začátku 20. století má výroba sádry zcela ambulantní a často i pouze sezónní charakter. Přechod k průmyslové výrobě a k výrobě prvků nastává prakticky až po první a zvláště po druhé světové válce. První, kdo vědecky objasnil průběh a změny, které probíhají při pálení sádry a jejím tuhnutí, byl A. L. Lovoisier (v letech 1765 – 1767). Jeho teorii pak potvrdil roku 1887 H. Le Chatalier (ve významné práci Recherches experimentelles sur la constitution des mortiers hydrauliques). Technologické základy výroby sádry pocházejí z let 1900 – 1903 z prací J. H van´t Hoffa; ty pak studiem rovnovážného systému zpřesnil v roce 1907 W. A. Davis. Co se vlastně skrývá pod pojmem sádra? Sádra je v podstatě síran vápenatý obsahující různá množství krystalové vody. Hlavní přírodní surovinou je sádrovec CaSO4 . 2 H2O. V přírodě se však hojně vyskytuje bezvodá forma síranu vápenatého označovaná mineralogicky jako anhydrit. Sádrovec i anhydrit vznikají v přírodě jako evapority zejména mořského původu. Ekonomicky nejvýznamnější jsou ložiska vázaná na oceánské evapority permského a triasového stáří. Permské sedimenty mají stáří cca 250 milionů let, triasové cca 215 milionů let a svrchní triasové jsou přibližně o 10 milionů let mladší. Sulfátové sedimenty jsou často doprovázeny vrstvami uhličitanů a chloridů v závislosti na postupu jejich vylučování z přesycených roztoků vlivem odpařování. Často se vyskytují i vrstvy jílů, písků, bitumenových látek i jiných solí. Krystalová struktura těchto síranových sedimentů je rozličná od kompaktní jemně krystalické, přes velké (i několik desítek cm) krystalické plošné útvary a druhy až po vláknitou podobu a kompaktní alabastr používaný v sochařství (podle hornoegyptského naleziště Alabastron). Uvedené skutečnosti se rovněž týkají i anhydritu. Síran vápenatý ve formě dihydrátu i anhydritu však vzniká v některých chemických procesech jako vedlejší produkt. Jedná se především o tzv. energosádrovec, vznikající při odsiřování kouřových plynů elektrárenských kotlů, otápěných uhlím, mokrou vypírkou v suspenzi Ca(OH)2 nebo jemně mletého vápence s následující oxidací a filtrací. Touto cestou získáváme dihydrát o vysoké čistotě použitelný přímo k dalšímu zpracování. Dalším procesem , z něhož odpadá sádrová surovina tzv. fosfosádrovec, je výroba kyseliny fosforečné z přírodního apatitu (poloostrov Kola a Alžír) rozkladem kyselinou sírovou. U nás leží na deponiích v blízkosti závodu Fosfa a.s. Poštovná (v sousedství Břeclavi) přibližně více než 1 milion tun této nevyužívané suroviny.

48


V procesu výroby kyseliny fluorovodíkové, která probíhá při zvýšené teplotě, odpadá již přímo anhydrit. Dalším zdrojem je i výroba titanové běloby (TiO2), kyseliny citronové, kyseliny vinné, kyseliny šťavelové a kaprolactamu. Tyto vedlejší zdroje – zejména energosádrovce, kterého u nás již dnes odpadá přibližně 1 100 000 tun vytvářejí zcela nový zdroj problémů – to na jedné straně, ovšem skýtá současně velmi rozsáhlou surovinovou základnu pro rozvoj sádrového průmyslu, neboť náš jediný přírodní zdroj v Kobeřicích u Opavy ani množstvím ani jakostí tomuto účelu nemůže sloužit. Úkolem či posláním této studie podle plánu je posoudit možnosti využití energosádrovců pro výrobu sádry a v návaznosti pak rovněž posoudit možnosti jejího průmyslového využití. Další kapitoly jsou tedy věnovány těmto tématům. 2 Energosádrovec – významná druhotná surovina Podmínky vzniku energosádrovce a odsiřovací postupy jsou dostatečné popsány v dílčí zprávě za III. čtvrtletí 2006 okruhu V003 „Navrhnout a ověřit nové a dosud neaplikované způsoby využití vedlejších energetických produktů pro ostatní odvětví průmyslu“ a za IV. čtvrtletí 2006 okruhu V006 „Dosáhnout výsledků umožňujících aplikaci v praxi s ohledem na ekonomické parametry navrhovaných výstupů“. Tyto dvě části byly dále doplněny aktivitou A0716 „Možnosti využití energosádrovců pro výroby anhydritu – Studie“ zpracovanou v I. čtvrtletí 2007. Odsiřování spalin uhelných elektráren, které bylo v několika posledních desetiletích realizováno prakticky ve všech technicky a kulturně vyspělých zemích světa, znamenalo významný přínos pro ochranu životního prostředí, ale současně se stalo zdrojem velkého množství druhotné suroviny – odpadního síranu vápenatého tzv. energosádrovce, vynikajícího vysokou čistotou a vysokým obsahem dihydrátu síranu vápenatého, zejména z elektráren spalujících černé uhlí. V průběhu let bylo vypracováno několik odsiřovacích postupů, z nichž zejména tzv. mokrá vápencová vypírka zastává dominantní postavení. Statistické údaje vycházející ze stavu v USA, Kanadě a EU uvádějí, že v 80 % realizovaných případů odsíření byla uplatněna mokrá metoda. Z toho v 70 % případů bylo jako reakčního činidla použito vápence, méně než 20 % užívá vápno a zbytek tj. cca 10 % užívá jiná absorpční činidla. V této souvislosti je třeba si připomenout, že produkce energosádrovce v zemích EU činila v roce 2002 přibližně 13,4 mil. tun, v USA to bylo v roce 2000 26 mil. tun a stejný proces probíhá v ostatních technicky vyspělých zemích. Velké množství je dnes již zpracováváno při výrobě cementu a sádrokartonových desek i dalších výrobků ze sádry. Velké množství však dále čeká na svoje využití. Přehled energosádrovců z českých elektráren je uveden v předchozí aktivitě A0715. Naše republika je významným producentem a zpracovatelem energosádrovce, a to především z elektrárny Počerady a Mělník. V obou případech byla současně realizována výroba sádrokartonových desek v Počeradech firmou Knauf-Počerady, spol. s r. o. a v Mělníku firmou Rigips a. s. Pro úplnost a ilustraci uvádíme údaj EUROGYPSUM o produkci energosádrovce v Evropě v roce 2002 13,38 mil. tun. Mezi největší producenty patří Německo 7,18 mil. tun a Česká republika je hned na druhém místě s 11,18 mil. tun. V elektrárně Prunéřov II se energosádrovec ukládá na složiště (je horší kvality); ze závodu Prunéřov I se energosádrovec používá pro cementářské účely a z části i pro účely Rigipsu v Mělníku (Horních Počáplech). Záměr výroby alfa-sádry byl umrtven. Chvaletický energosádrovec, jehož roční produkce činí přibližně 120 000 tun, je z části používán pro cementárny a část je ukládána na deponie pro využití v příštích obdobích. Záměr vlastního zpracování na sádru není aktuální. Energosádrovec vystupující z odsiřovacího procesu v elektrárně Tušimice se odvodňuje, suší a potom je veden do skladu nebo přímo na směšovací stanici, kde se míchá s popílkem. Vytvořená směs se jako

49

certifikovaný deponát využívá k revitalizaci krajiny po důlní činnosti. Od záměru zpracovat energosádrovec na sádru a ji použít pro výrobu sádrotřískových desek bylo upuštěno. V elektrárně Dětmarovice odpadá ročně 20 000 – 25 000 tun energosádrovce. Po dosažení snížení obsahu Cl´pod hranici 0,01 % byly započaty kontakty s cementárnami s cílem jeho využití pro výrobu cementu i pro výrobu sádry v Kobeřicích. V elektrárně Tisová je aplikován klasický i fluidní způsob spalování. Energosádrovce odpadá okolo 10 000 tun, míchá se s klasickým popílkem příp. i s produkty fluidního spalování a získaný produkt se ukládá do prostoru vyuhleného dolu Silvestr. Energosádrovec rovněž odpadá při odsiřování spalin teplárny Vřesová. I zde probíhají rozvahy o jeho možném využití. Dosavadní ověřovací zkoušky provedené ve Výzkumném ústavu stavebních hmota,a.s.poukázaly na jeho dobrou použitelnost. 3. Chemizmus sádrových pojiv Pod pojmem sádra – sádrové pojivo rozumíme zpravidla produkt částečné nebo úplné dehydratace dihydrátu síranu vápenatého. Tento proces můžeme vyjádřit rovnicí CaSO4 . 2 H2O + energie

Æ CaSO4 . ½ H2O + 1 ½ H2O

CaSO4 . 2 H2O + energie Æ CaSO4 + 2 H2O tedy sádrovec

Æ pálená sádra

Vzhledem ke snadné reversibilitě tohoto procesu dochází pak při styku produktů dehydratace s vodou ke zpětné reakci, tedy CaSO4 . ½ H2O + 1 ½ H2O Æ CaSO4 . 2 H2O + energie CaSO4 + 2 H2O Æ CaSO4 . 2 H2O + energie tedy pálená sádra Æ utuhlá sádra V systému CaSO4 – H2O existuje celkem pět fází -

dihydrát síranu vápenatého, polohydrát síranu vápenatého anhydrit III anhydrit II anhydrit I (existuje pouze při teplotě nad 1 180 °C)

Polohydrátu síranu vápenatého jsou známy dvě odlišné formy označované jako alfa polohydrát a beta polohydrát. Tyto formy vznikají v odlišných dehydratačních podmínkách a odlišují se fyzikálními vlastnostmi. Anhydrit III, nazývaný rozpustným anhydritem, existuje rovněž ve dvou formách označovaných jako alfa a beta anhydrit podle výchozího polohydrátu použitého při jeho výrobě. Anhydrit II odpovídá svým chemickým složením anhydritu přírodnímu; vzniká úplnou dehydratací přírodního nebo technického dihydrátu, polohydrátu nebo přeměnou anhydritu III. Dihydrát síranu vápenatého prakticky stabilní pod teplotou 40 °C. Mezi 40 °C a 1 180 °C je stabilní pouze anhydrit II. Polohydrát a anhydrit III přechází rychle, anhydrit II pomalu, pod teplotou 40 °C v přítomnosti vody, prostřednictvím přesyceného roztoku zpět do podoby dihydrátu. Při teplotě nad 40 °C přechází dihydrát v beta plohydrátu. Dehydratace při této nízké teplotě probíhá velmi pomalu a technicky je prakticky bezvýznamná. Praktická vypalovací teplota na polohydrát je tedy

50


okolo 180 °C. Přibližně od 100 °C nastává tvorba anhydritu III a nad 200 °C anhydritu II. Anhydrit I vzniká až při teplotě nad 1 180 °C a při poklesu teploty dochází pak k přeměně na anhydrit II. Ve vodním prostředí se tvoří při teplotě nad 97,2 °C při atmosférickém nebo vyšším tlaku alfa polohydrát; v prostředí kyselin nebo solí probíhá tento proces již při teplotách nižších, tedy nad 40 °C. Dalším odvodněním pak vzniká alfa anhydrit III. Stabilizace alfa a beta anhydritu III je problematická, neboť obě formy jsou hygroskopické a již i vlivem vzdušné vlhkosti rychle přecházejí v polohydrát. Je přirozené, že průmyslová dehydratace probíhá při vyšších teplotách než v laboratorních podmínkách, a to především z důvodů urychlení tohoto procesu. Z tohoto důvodu musíme vzít v úvahu, že průmyslově vyrobené sádry nebudou obsahovat pouze čisté fáze, nýbrž vždy jejich směsi podle použitých výrobních podmínek. Jak je uvedeno výše, existuje polohydrát ve formě alfa a beta. Totéž se týká i anhydritu III. Alfa polohydrát vzniká z dihydrátu buď dehydratací v prostředí syté páry (v autoklávu) při teplotě málo nad 100 °C nebo dehydratací roztokovou bez přetlaku a při nižší teplotě. Technicky, u nás zatím nedoceněná, je zajímavá dehydratace chemosádrovců v suspenzi pomocí míchaného autoklávu pracujícího průběžně. Beta polohydrát vzniká v dehydratačních zařízeních beztlakových, zpravidla v oblasti ±150 °C (180 °C). Anhydrit III (nazývaný také jako gama anhydrit nebo „Rozpustný“ anhydrit je první forma bezvodého síranu vápenatého vznikajícícho dehydratací polohydrítu. Je nestabilní a velmi rychle reaguje se vzdušnou vlhkostí na polohydrát. Při výrobě anhydritu II (tzv. vysokopálená sádra – Hochbrand Gips, nazývané také jako beta nebo nerozpustný anhydrit) rozlišujeme tři varianty anhydritu II (podle organizace EUROGYPSUM), a to : - anhydrit II-S (T) těžce rozpustný - anhydrit II-U (N) nerozpustný - anhydrit II-E (E) estrichová sádra Těžce rozpustný anhydrit II-T vzniká při výpalu sádrovce v oblasti teplot 200 °C – 300 °C, zpravidla se uvádí oblast pod 500 °C. Při teplotě 300 °C – 600 °C (literatura též uvádí teplotu 500 °C – 700 °C) vzniká nerozpustný anhydrit II-N, který s vodou reaguje velmi nepatrně. Jeho hydrataci je třeba podpořit tzv. budiči, např. K2SO4, které s ním vytvářejí lehce rozpustné podvojné soli (K2SO4 . CaSO4 . 2 H2O). Při teplotě nad 600 °C (literatura uvádí též údaj nad 700 °C) dochází již k částečnému rozpadu CaSO4 na CaO a SO3 za vzniku tzv. estrichové sádry – anhydrit II-E; přítomný CaO pak působí v kontaktu s vodou jako budič, podporující tuhnutí. Rozpustnost dihydrátu v čisté vodě při 23 °C činí 2,05 g CaSO4/litr event. 2,6 g CaSO4 . 2 H2O/litr. Ve zředěné HCl je větší, naopak v H2SO4 menší. Přítomnost dalších součástí v roztoku rozpustnost zmenšuje. Ve vícemocných alkoholech, kde již dochází i k vzájemné vazbě, je rozpustnost dobrá. Důležitou skutečností je, že rozpustnost polohydrátu je v čisté vodě asi 4x větší než dihydrátu. Rozpustnost anhydritu je 2,7 g/ĺitr. Podrobnější technické podklady budou rozvedeny v celkové studii za II. a III. čtvrtletí roku 2007 s názvem „Možnosti využití energosádrovclů pro výrobu sádry – studie“ která je k dispozici ve Výzkumném ústavu stavebních hmot, a. s. V II. části této studie budou doplněny sádrové výrobky, jejich výroby, vlastnosti a použití a dále přehled norem vztahujících se k sádrovém průmyslu a seznam použité literatury a dalších zdrojů.

51

52

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY

LABORATORNÍ VÝZKUM CHEMICKÉHO SLOŽENÍ, SLOŽENÍ MINERÁLNÍCH FÁZÍ VE VZTAHU KE KAOLINITICKÝM JÍLOVCŮM KALCINOVANÝM KLASICKOU TECHNOLOGIÍ - ČÁST II. koordinátor: Vladimír SLIVKA řešitel: Jan JELÍNEK Úvod Úkolem v navazující části řešení dílčího cíle projektu V 004 byl laboratorní výzkum chemického složení a složení minerálních fází vzorků získaných v druhé a třetí etapě řešení dílčího cíle DC4-02. V této etapě prací bylo analyzováno 13 vzorků z kladenského černouhelného revíru odebraných na čtyřech odvalech. Pozornost laboratorního výzkumu byla zaměřena především na co nejkomplexnější stanovení chemického a mineralogického složení studovaných vzorků tepelně alterovaného materiálu. Hlavními analytickými metodami jsou RTG prášková difrakce spolu s RTG fluorescencí. Tyto metody budou alternativně doplněny o konfokální mikroskopii. Výsledkem této aktivity bude detailní popis charakteristik jednotlivých vzorků tepelně alterované hlušiny, který bude sloužit pro naplánování dalších experimentálních aktivit. Na základě získaných informací bude zjišťována prostorová distribuce minerálních fází na jednotlivých lokalitách a stanovení množství užitné suroviny. Odběrná místa vzorků Odběry vzorků na jednotlivých odvalech byly prováděny jednotně podle předem daného postupu. Vzhledem ke skutečnosti, že dosud neexistuje normovaný postup odběru vzorků z odvalů, byl sestaven postup vzorkování, založený na principech vzorkování určených normami ČSN 44 1301-4, ČSN 72 1152 a ČSN EN 952-1. Při počátečním vzorkování na úrovni předběžného průzkumu byly odebírány tzv. hrubé vzorky. Jednalo se o odběry z míst, kde zahoření odvalu bylo prokazatelné. Na vybraných lokalitách se provedl odběr hned několika vzorků a to tak, aby byla postižena celá zonálnost určitého místa zahoření. Pro odběry vzorků nebyla k dispozici žádná mechanizace, která by umožnila odběry z větších hloubek. Při odběru vzorku z kopané sondy nebo z vrtu hrozí nebezpečí zažehnutí endogenního požáru v důsledku zpřístupnění vzduchu do tělesa haldy. Vzorky byly odebírány z povrchu odvalu nebo s již existujících zářezů či erozních rýh. Odebrané vzorky tedy nepostihují složení celého odvalu. Odval Tuchlovice (dříve Jaroslav, Tuchlowitz, Nosek) Odval se nachází v katastrálním území obce Buchlovice. Nepravidelný komolý kužel odvalu (obr. 1) se vyvyšuje nad okolní terén o 74 metrů a zaujímá plochu 18,3 ha. Celkový objem odvalu činní 4,922 mil. m3. Na počátku sypání (rok 1941) byl odval tvořen třemi částmi. Hlavní lokalita (halda hlušinová) a jižní část haldy (škvárový odval v severní partii a uhelné kaly v jižní partii jižní části haldy) jsou dnes spojeny v jeden celek. Severní část haldy je oddělena od jižní části průmyslovými stavbami a kolejištěm - dnes v demolici a je tvořena škvárovým odvalem. Sypání na odval bylo ukončeno v roce 1997. Na hlušinovém odvalu jsou zastoupeny zejména horniny svrchního karbonu (týnecké a kladenské souvrství), méně svrchního proterozoika. Halda je tvořena horninami z hloubení jámy, z ražeb a především z těžby. Převážnou většinou se jedná o částečně uhelnaté prachovce a nezralé jílovce, méně o arkózovité a litoklastické pískovce, podřadně o svrchnoproterozoické drobové břidlice a tufogenní horniny charakteru alterovaných paleoryolitů. Přítomny jsou rovněž přimíšeniny různorodého materiálu - dřevo, kovy, zdivo, části technického vybavení dolu a komunální odpad. Většina materiálu není kausticky přepracována. Dva škvárové odvaly z hašené škváry v severní části lokality jsou vedlejším produktem lokálního spalování méně hodnotného uhlí. Kužel odvalu je skoro bez vegetačního krytu, výrazně postižen erozní činností vody ronového charakteru. V minulosti zde probíhal velmi intenzivní podzemní požár. Důkazem toho jsou v erozních rýhách s hloubkou až pět metrů zachycené zonální přechody tepelně alterovaného hlušinového materiálu (obr. 2).

53

Obrázek 1. Snímek odvalu dolu Tuchlovice se zachyceným zářezem v patě svahu a erozními rýhami.

Obrázek 2. Ostrý přechod mezi vyhořelou a nevyhořelou částí uloženého materiálu.

Odval v Tuchlovicích patří mezi mladší odvaly Kladenska. Přesto obsahuje velké množství uhelné hmoty. Velké kusy uhelné hmoty byly zjištěny i při odběrech vzorků. Celé těleso odvalu vykazuje nejen ze zářezů a erozních rýh, ale také přímo z povrchu nepřehlédnutelné důkazy o tepelné alteraci uloženého materiálu. Z odvalu byly odebrány 3 vzorky (obr. 3). První vzorek byl odebrán z 1,5 m hlubokého zářezu u paty odvalu, kde byl pozorován ostrý zonální přechod mezi vyhořelou a nevyhořelou částí uloženého materiálu (obr. 2).

54


Další dva vzorky byly odebrány z erozních rýh. Vzorek 2 z vrcholové části odvalu na severozápadní straně a vzorek 3 ze střední části jihovýchodního svahu.

Obrázek 3. Letecký snímek odvalu dolu Tuchlovice s vyznačenými odběrnými místy.

Charakter termicky alterované hlušiny je v celém tělese odvalu různorodý. Vyskytuje se zde materiál jak termicky nealterovaný, tak materiál středního až vysokého stupně termické alterace (Králík 1984). Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků patří první odebraný vzorek TU-1 do třetího nejvyššího stupně tepelné alterace. Vzorek je struskovitého charakteru s červenočernou barvou. Ze struskovité hmoty nelze identifikovat původní horninu. Relikty odolných zrn jsou spečeny do větších úlomků konglomerátu. Vzorek TU-2 lze zařadit do druhého stupně. Materiál se rozpadá na drobné kousky, má šedobílou barvu a místy se vyskytují úlomky, které se rozpadají podle původní vrstevnatosti. Vzorek TU-3 řadíme do prvního stupně s nízkou tepelnou alterací. Úlomky jsou potaženy vrstvou hematitu, uvnitř je původní materiál částečně zabarven do červena. Drobnější úlomky mají červenobílou barvu. Odval Ronna Odval se nachází v katastrálním území obce Hnidousy - Kladno. Nepravidelný tvar s maximální výškou 48 m nad okolní terén nijak nevystupuje, protože byl sypán do erozní rýhy potoka. Sypání odvalu se datuje rokem 1882. Celkový objem odvalu činní 2,10 mil. m3 a zaujímá plochu 13,25 ha. Ukončení sypání, respektive poslední rekultivace proběhly v letech 1997. Od r. 1993 byla část pozemků v západní části odvalu převedena na nového vlastníka, který prováděl postupné odtěžování materiálu pro různé účely. Těmito zásahy byla zdevastována většina prvků přirozené náletové vegetace. V současné době je většina odvalu pokryta náletovou vegetací. Odval je tvořen směsí svrchnokarbonských jílovců, prachovců a pískovců, dále jsou přítomny slepence a břidlice. Menší část pochází z hloubení jámy dolu Ronna, většina z těžby hlavní kladenské sloje. Přítomny 55

jsou rovněž přimíšeniny různorodého materiálu z těžby (dřevo, kovy, zdivo), stavební suť a popel z lokální kotelny. Materiál hlušiny je zrnitostně nevytříděný, nesourodý. Ve východní části převažuje hlušina, ve střední směs hlušiny a hašené strusky, v severozápadní části je hlavním prvkem odpad ze stavebních prací. Vzhledem ke skutečnosti, že na odvalu neprobíhal termomonitoring a skoro celý odval je zalesněn lze jen velmi obtížně určit nejvhodnější místa odběru vzorků termicky alterované hlušiny. Odběry byly prováděny ze zářezů v okolí vrcholové části odvalu (obr. 4). První vzorek byl odebrán ze 5 m hlubokého záseku a to z báze. Přibližně 1,5 m hluboko je patrné ostré rozhraní mezi původně uloženým a tepelně alterovaným materiálem a nově redeponovanou hlušinou. Další dva odběry byly provedeny z cca 25 m dlouhého a 5 m hlubokého zářezu. Vzorek dvě byl odebrán z hloubky 5 m a vzorek 3 z hloubky 1,5 m.

Obrázek 4. Letecký snímek odvalu Ronna dolu Ronna (někdy K. Gottwald) s vyznačenými odběrnými místy.

Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků řadíme vzorek Rn-1 do druhého stupně tepelné alterace. Barva úlomků, které se rozpadají podle původní vrstevnatosti na prach, je červenobílá. Vyskytují se zde drobné spečence. Materiál vzorku Rn-3 vykazuje podobné znaky tepelné alterace. Barva je bělošedá, místy nalezneme úlomky cihlově červené vzhledu porcelánového střepu. Třetí vzorek Rn-2 má červenobílou barvu, úlomky se rozpadají podle původní vrstevnatosti na prach a místy se nacházejí spečence struskového charakteru. Tento vzorek řadíme do třetího nejvyššího stupně tepelné alterace. Důl Schoeller (Nejedlý I+III, Kladno) – odval U Jiřího Odval se nachází v katastrálním území obce Libušín. Těleso odvalu s nepravidelným tvarem a maximální výškou 67 m nad okolní terén o objemu 2,154 mil. m3 zaujímá plochu 13,40 ha. Počátek sypání odvalu se datuje rokem 1899 a ukončení sypání 1964. Do r. 1993 byla severní škvárová část odvalu rozebírána pro použití materiálu ve stavebnictví. Po r. 1993 probíhá postupné rozebírání škvárového odvalu pro výrobu stavebních hmot (stavební prvky pro suché zdění). Halda je tvořena dvěma částmi, na jihu hlušinovým a na severu škvárovým odvalem. V hlušinovém odvalu jsou zastoupeny zejména svrchnokarbonské aleuropelity a arkózovité pískovce, dále vulkanogenní horniny charakteru alterovaných paleoryolitů (především z těžby hlavní kladenské /svrchní radnické/ sloje) a v malém množství svrchnoproterozoické drobové břidlice (z hloubení jámy a z ražeb překopů), svrchnokřídové opuky a svrchnokřídové (svrchnokarbonské) jílovce a pískovce (z hloubení jámy). Přítomny jsou rovněž zbytky uhelné drtě, uhelné proslojky a přimíšeniny různorodého materiálu. Většina materiálu je již kausticky přepracována.

56


Na škvárovém odvalu byly do r. 1953 deponovány vedlejší produkty lokálního spalování méně hodnotného uhlí, nehašená škvára a popel. Materiál z ražeb, těžeb i úpravárenského procesu je zrnitostně nevytříděný. Převažuje kamenitá frakce s úlomky o velikosti až 50 cm. Erozní činitele způsobují další postupnou fragmentaci. Škvára a popílek jsou tvořeny úlomky různé velikosti (nejčastěji od 1,2 cm do 2,2 cm) až prachovými částicemi. Odběry byly prováděny ze zářezu přibližně 5 m vysokého a 10 m dlouhého, který je situován ve vrcholové části odvalu u březového hájku (obr. 5). Byly provedeny čtyři odběry vzorků a to tak, aby byla postižena zonálnost termické alterace v této části odvalu.

Obrázek 5. Letecký snímek odvalu U Jiřího dolu Schoeller s vyznačenými odběrnými místy.

Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků lze vzorky UJ-1 a UJ-4 zařadit do druhého stupně tepelné alterace. Vzorek UJ-1 má světle oranžovou barvu s bílými úlomky, které se rozpadají na prach. Vzorek UJ-4 má barvu světle červenou a obsahuje úlomky stejného charakteru. U obou vzorků se nacházejí drobné spečence. Vzorky UJ-2 a UJ-3 obsahují úlomky původního materiálu potaženého hematitem. Drobnější úlomky mají červeno-bílo-hnědou barvu. Tyto vzorky řadíme do prvního až druhého stupně tepelné alterace. Důl Schoeller (Nejedlý I+III, Kladno) – odval v Němcích (Lanovkový odval) Odval se nachází v katastrálním území obce Libušín. Těleso odvalu s nepravidelným tvarem bylo sypáno do svažitého lesního údolí. Proto výška odvalu 68 m nijak výrazně neční nad okolní terén. Objem odvalu činí 5,15 mil. m3 a zaujímá plochu 24,60 ha. Počátek sypání odvalu se datuje rokem 1953. Ukončení sypání bylo v roce 2002. Do r. 1993 probíhalo postupné rozšiřování odvalu. Po r. 1993 se postupně odtěžují škvára, hlušina a kaly. Organické látky tvoří v nezahořelých částech haldy až 9 % objemu. Těleso odvalu je tvořeno původní popelovou haldou zaváženou vedlejšími produkty spalovacího procesu z elektrárny Libušín a následně svrchnokarbonskými sedimenty kladenského a týneckého souvrství. Prachovce, jílovce a břidlice převažují nad pískovci a slepenci, zastoupeny jsou také alterované vulkanogenní horniny ryolitového charakteru z těžby hlavní kladenské a dolínské sloje. Minimální podíl mají průvodní žáruvzdorné jílovce. Přítomny jsou rovněž zbytky uhelné drtě, uhelné proslojky a přimíšeniny různorodého materiálu z těžby (dřevo, kov, zbytky technického zařízení dolu) i ze skládkování (stavební suť, výkopová zemina). 57

Většina materiálu je již kausticky přepracována. V západní části odvalu byla na různých místech deponována nehašená škvára z lokálního spalování méně hodnotného uhlí. Materiál z ražeb, těžeb i úpravárenského procesu je zrnitostně nevytříděný, zvlášť byla ukládána pouze škvára a kaly. Převažuje frakce 4 - 32 mm, maximální velikost úlomků činí až 40 cm. Erozní činitele způsobují další postupnou fragmentaci. V současné době je odval V Němcích již termicky neaktivní. Probíhá jeho rozebírání a překládání do nově budovaných kazet s vrstvami elektrárenského popílku. Předpokládané ukončení rekultivace odvalu se předpokládá v roce 2008. Z výsledků vrtného průzkumu (v roce 2004), měření teplot v jednotlivých vrtech a zejména z analýz složení plynů odebíraných ze zapažených vrtů víme, že nejvyšší naměřené hodnoty ve vrtech dosáhly hodnoty až 1020°C . Termické procesy (endogenní zahoření) odvalu neprobíhaly pouze na okrajích odvalu, ale zachvátily téměř veškerý objem odvalu. Příčina tohoto stavu tkví zřejmě v samotné historii vzniku odvalu a skutečností, že termické procesy probíhaly po dlouhou dobu vytváření odvalu. Zahořelé okrajové vrstvy vytvářeného odvalu byly zřejmě plynule zasypávány, čímž došlo sice k omezení přístupu vzduchu k těmto zahořelým partiím, avšak v důsledku tepelné kapacity vytvářeného odvalu došlo pouze ke zpomalení prohořívání odvalu. Vlastní endogenní proces hoření nebyl tedy nikdy zlikvidován, nýbrž pouze omezován dalším vytvářením odvalu a tím docházelo k vytváření podmínek pro změny přístupu vzduchu do odvalu. Další komplikací byly pravděpodobně manipulace s uhelnými kaly, respektive se zásobami neupravené uhelné těžby, které byly po přechodnou dobu skladovány na temeni vytvářeného odvalu. Pozůstatky těchto činností dokumentuje skutečnost, že v povrchové vrstvě odvalu do 1 až 2 m mocnosti nacházíme běžně obsahy mezi 20 až 30 % uhelné hmoty, která je dosud málo ovlivněna tepelnými procesy probíhajícími ve vlastním odvalu (Cílek et al. 2004). Lokalizace míst odběrů je znázorněna na obrázku č. 6. Pozice odběrných míst přibližně odpovídá linii mezi vrty 1 až 52, 40 m východně, na hraně kalového jezírka. Odběry vzorků byly provedeny ze 3 m vysokého a přibližně 150 m dlouhého profilu (obr. 7), na kterém lze pozorovat zonální přechod z nevyhořelé části odvalu do termicky alterované části.

Obrázek 6. Letecký snímek odvalu V Němcích dolu Schoeller s vyznačenými odběrnými místy. 58


Obrázek 7. Tři části 150 m dlouhého profilu odvalu V Němcích dolu Schoeller, kde byly odebrány tří vzorky.

Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků vzorky NEM-1, NEM-2 a NEM-3 řadíme do druhého stupně tepelné alterace. Charakter všech vzorků je podobný. Barva přechází od červeno bílé přes světle žlutou do bílé. Místy se vyskytují červené kusy porcelanitového vzhledu. Materiál se rozpadá podle původní vrstevnatosti na prach. Kromě vzorku NEM-2 se ojediněle nacházejí drobné spečence. Metodika Hlavními metodami laboratorního výzkumu minerálních fází v tepelně alterovaných materiálech byly zvoleny RTG prášková difrakce a RTG fluorescence. Hlavními důvody tohoto výběru metod byly poznatky Králíka (1984) o minerálních fázích vzniklých v sedimentech kaustickou přeměnou. Na základě těchto informací bylo možné očekávat extrémně jemnozrnné nedokonale krystalované minerální fáze s větším podílem skelné fáze. Rentgenometrické záznamy byly pořízeny na rentgenovém práškovém difraktometru Seifert – FPM (Co katoda 0,179026 nm). Pro stanovení elementárního složení vzorků pomocí vlnově disperzního rentgenfluorescenčního spektrometru (WD XRF) byl použit spektrometr Spectroscan MAKC GVII, který umožňuje plně automatickou analýzu pevných i kapalných vzorků, prášků, filmů, filtrů a malých objektů v rozsahu od Na po U. Důležitým procesem pro analýzu a vyhodnocení výsledků je příprava vzorku. Pevné vzorky se nejprve rozdrtí v čelisťovém drtiči, zhomogenizují a poté namelou na analytickou jemnost. Literatura uvádí jemnost zrn pro RTG analýzu pod 50 μm. Mletí se provádělo v kryogenním mlýnku. Pro RTG fluorescenci se jemně mletý vzorek smíchá s pojidlem (voskem) a vylisuje se peleta, která se analyzuje na RTG spektrometru. Podrobný popis metodiky RTG difrakční práškové analýzy a RTG fluorescence včetně postupu vyhodnocování záznamů byl uveden v minulé dílčí zprávě. Výsledky analýz Výsledky difrakční analýzy (obr. 8) ukazují, že u některých vzorků k výrazným termickým alteracím nedošlo. Týká se to hlavně vzorku Tuchlovice TU-3, kde se vyskytuje tepelně nealterovaný kaolinit (46,7+- 11,1%), muskovit (11,2+-11,4%) a křemen (26,78+-2,25). Procentuelní zastoupení rentgenamorfní fáze křemene (označení podle Gregorové 1996) je velmi nízký (15,3+-16,2%). Poměrně nízký stupeň tepelné alterace vykazují také vzorky NEM-2 a dva vzorky odebrané z odvalu U Jiřího (UJ-2 a UJ-3). V těchto vzorů se vyskytuje již vyšší podíl rentgen-amorfní fáze křemene (až 26%), avšak je zde velmi výrazně zastoupen také muskovit, který by se u vzorků druhého stupně tepelné alterace neměl vyskytovat a křemen, který se u zmíněných vzorků pohybuje v rozmezí 16 až 26%. Do oblasti přechodu mezi prvním a druhým stupněm tepelné alterace hlušinového materiálu spadá vzorek Ronna Rn-3. Vyskytuje se zde již vysoký podíl rentgen-amorfní fáze křemene (52,1+-4,8%) avšak stále je zde zastoupen kaolinit (10,67+-2,49%).

59

Barevné změny hornin se výrazně projevují u sedimentů, které obsahovaly železo. Hrubozrnnější sedimenty jako pískovce jsou na povrchu potaženy vrstvou hematitu, ale uvnitř je často zachována jejich původní barva. Výjimku představují pískovce s příměsí biotitu, které bývají nejčastěji červené. U jemnozrnnějších typů sedimentů bývá hlavním nositelem železa převážně jílovitá hmota. V závislosti na obsahu organické hmoty a přístupu vzdušného kyslíku se hornina při tepelné alteraci zbarví do červena nebo do zelena. Rentgenometrické rozbory hornin z nejnižšího stádia tepelné alterace ukázaly, že nedochází k podstatným změnám ve složení jílových minerálů, které jsou k teplotním změnám nejcitlivější. Původní vrstevnatost sedimentů se v důsledku vyhoření uhelné hmoty postupně ztrácí.

60


61

62


63

Obrázek 8. Výsledky RTG difrakční práškové analýzy provedené na jednotlivých vzorcích s vyjádřením kvantitativního zastoupení jednotlivých minerálů ve vzorku.

Střední stupeň tepelné alterace hlušinového materiálu je provázen výraznějšími změnami minerálního složení základní jílové hmoty horniny. Tyto změny podle Králíka (1984) souvisejí s celkovou dehydratací a dehydroxylací fylosilikátů a vznikem izotropního metakaolinitu. Vedle metakaolinitu bývá v tomto středním stupni často přítomen i mullit. Tato nová fáze se tvoří během výpalu hlavně tepelnou alterací základní aleuropelitické hmoty sedimentů. Klastická zrna, hlavně křemen, bývají vesměs zachována, neboť nedošlo k jejich tavení vzhledem k jejich tepelné stabilitě. Pro tento druhý stupeň tepelné alterace je charakteristické, že horniny mají sice vzhled porcelanitů, avšak plastická deformace se ještě výrazně neprojevila a úlomky si často zachovávají svůj původní tvar. U některých vzorků byly zjištěny znaky počátečního tavení základní hmoty. Teplotní rozmezí charakteristické pro tento stupeň přeměny lze zhruba určit mezi 400 až 1000 oC. Do této skupiny řadíme vzorky Tuchlovice TU-2, Němce NEM-1 a NEM-3, Ronna Rn-1 a U Jiřího UJ-1 a UJ-4. Vyskytuje se zde již vysoký podíl rentgen-amorfní fáze křemene v rozmezí od 58 do 71%. Jílové minerály jsou již alterované a podíl muskovitu se snížil (max. 12%) nebo úplně vymizel. Vysoký stupeň tepelné alterace se projevuje částečným nebo úplným roztavením výchozí horniny. Vznikají značně pórovité až zpěněné struskovité hmoty (Králík 1984). Tyto produkty vznikají při teplotách nad 1000oC 64


a často nelze identifikovat výchozí horninu. Objevují se charakteristické znaky jako jemnozrnná nebo celistvá sklovitá struktura, tepelná alterace klastické kostry, převaha novotvořených vysokoteplotních fází nad relikty odolných zrn, zastoupení sklovité fáze a hojné projevy plastické deformace. Často dochází k aglomeraci drobnějších úlomků do velkých bloků, v nichž utuhlá horninová tavenina má funkci tmele. Tento vysoký stupeň tepelné alterace byl prokázán u vzorků Tuchlovice TU-1 a Ronna Rn-2. Dokazuje to výskyt vysokoteplotního cristobalitu a mulitu. Ve vzorku Rn-2 je podíl rentgen-amorfní fáze křemene až 63%. Nejvyšší stupeň tepelné alterace vykazuje vzorek TU-1. Obsahuje cca 10% cristobalitu, 29% mulitu, 35% rentgen-amorfní fáze křemene, 15% křemene a 7% indialitu. Indialit je vysokoteplotní fáze cordieritu, vznikající při devitrifikaci skelné fáze za teplot okolo 1200 oC. Podle výsledků RTG difrakční analýzy se jeví vzorek Tuchlovice TU-1 jako nejvhodnějším materiál pro výrobu žárovzdorných hmot. Tabulka 1. Výsledky chemického rozboru jednotlivých vzorků pomocí vlnově disperzního rentgenfluorescenčního spektrometru (WD XRF). Označení

UJ 1

UJ 2

UJ 3

UJ 4

Ronna 1

Ronna 2

Analyt Na2O

Ronna 3

TU 1

TU 2

TU 3

Nem 1

Nem 2

Nem 3

hm % <1 1,39

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

MgO

0,52

0,77

0,36

1,78

0,84

1,22

0,75

0,71

0,72

0,73

1,20

0,74

Al2O3

23,76

25,81

22,38

23,73

22,93

27,85

26,98

23,22

24,42

24,52

24,36

22,27

24,61

SiO2

44,46

58,12

56,03

50,86

47,76

60,29

49,70

66,92

65,59

57,29

65,72

56,44

56,39

P2O5

0,062

0,065

0,092

0,065

0,087

0,076

0,092

0,037

0,060

0,074

0,050

0,057

0,072

SO3

3,86

1,27

1,79

3,41

1,27

1,48

1,12

0,22

0,52

0,71

0,08

4,20

0,67

Cl

0,054

0,249

0,040

0,035

0,022

0,022

0,019

0,022

0,089

0,015

0,200

0,014

K2O

0,054 1,82

2,39

2,84

2,19

1,38

1,76

1,51

2,12

2,19

2,47

2,65

2,22

1,75

CaO

0,46

0,59

0,81

0,69

1,86

1,12

1,62

0,83

0,64

0,23

0,22

0,20

0,45

TiO2

0,49

0,63

0,63

0,65

0,52

0,76

0,60

0,60

0,57

0,41

0,89

0,58

0,79

MnO

0,083

0,044

0,078

0,024

0,594

0,085

0,151

0,045

0,035

0,050

0,040

0,250

0,173

Fe2O3

16,45

4,34

4,16

4,79

18,64

4,56

9,86 mg/kg

4,08

3,00

4,21

4,08

2,25

9,20

V

51,0

90,6

102,8

99,0

87,2

153,4

76,1

142,3

98,8

110,0

119,5

109,7

100,6

Cr

53,6

63,3

76,5

82,4

66,8

102,1

62,8

95,9

74,0

67,5

98,0

69,1

83,2

Ni

38,8

43,0

58,7

51,3

78,1

70,5

59,1

73,3

34,7

46,5

47,9

62,2

75,3

Cu

28,4

31,0

33,0

31,7

31,8

29,9

28,0

27,7

27,1

26,8

28,4

28,4

29,6

Zn

82,6

96,9

144,5

169,7

83,7

82,9

90,2

120,6

93,7

86,3

84,2

94,2

103,3

Ga

-

13,4

9,2

-

2,3

20,2

13,8

1,4

21,3

5,6

16,3

6,3

4,6

As

24,3

33,1

32,6

120,2

64,5

49,7

44,9

11,2

19,3

13,9

14,0

8,4

20,8

Rb

140,5

168,2

163,3

173,5

83,3

118,7

109,0

156,8

119,3

163,6

142,9

160,9

117,5

Sr

143,1

84,1

75,2

82,8

234,9

105,4

160,9

64,0

62,5

72,0

95,0

79,9

114,7

Y

43,7

39,7

53,4

90,7

24,4

63,9

28,6

62,6

52,7

75,9

61,3

60,9

61,6

Zr

184,4

212,2

218,7

208,3

157,4

215,0

216,7

174,9

167,3

189,6

243,9

161,0

210,1

Nb

-

9,8

15,6

-

2,9

30,1

14,3

10,7

16,3

9,1

15,5

-

22,7

Ba

344,0

554,7

645,2

492,0

316,3

344,3

344,3

547,1

515,0

446,8

608,0

450,6

425,1

La

8,3

48,4

22,3

65,2

26,0

69,6

42,8

17,8

1,1

10,2

92,3

28,7

25,1

Ce

-

64,9

50,2

35,5

39,4

34,5

49,3

60,5

52,1

73,5

66,6

55,5

46,2

Pb

34,5

45,8

42,2

132,4

70,2

61,9

55,7

7,9

21,2

27,8

23,8

2,3

37,5

Na základě požadavků na vstupní surovinu pro výrobu žárovzdorných hmot byla pozornost zaměřena především na sledování podílu SiO2, Al2O3 a dále pak CaO, MgO, K2O a TiO2. Podle tohoto chemického složení všechny materiály vykazují vysoký obsah SiO2 a Al2O3 . Pro výroby je ovšem důležité také minerální složení.

65

Základní popis zjištěných minerálů Indialit (Mg2Al4Si5O18) Indialit je vysokoteplotní formou cordieritu a patří tedy do skupiny cordieritu. Podle Danovi klasifikace (americká klasifikace) patří do skupiny berylu. Používaným synonymem pro indialit je α-cordierit. V prstenci tetraedrů existuje víceméně náhodná distribuce Al a Si. Uspořádané rozdělení Al a Si ve všech tetraedrech je typické pro cordierit. Vytváří krátké prismatické krystaly. Jeho tvrdost je 7, měrná hmotnost 2,6 g/cm3 a bývá bezbarvý nebo modrý (Dana 1997). Často je asociován se silimanitem, spinelem a anortitem v polyfázově metamorfovaných pelitických horninách. Poprvé byl popsán v Indii v tepelně alterovaných sedimentech uhelných hald. Cordierit (Mg,Fe2+)2Al3[AlSi5O18].H2O Podle Danovi klasifikace (americká klasifikace) patří do skupiny berylu. Používaným synonymem pro cordierit je iolit a dichroit. Cordierit je dimorfní s indialitem jež je jeho vysokoteplotní variantou, která je hexagonální a je isostrukturní s berylem. Uspořádáním šestičlenných prstenců tetraedrů (Si4Al2O18) nad sebou podél osy c vznikají uvnitř struktury silikátu kanálky. V přírodních vzorcích tyto kanálky mohou obsahovat molekuly H2O, CO2, N2, He a Ar. Strukturně je velmi blízký berylu. Krystaly jsou krátce prizmatické nebo vytváří masivní agregáty. Barva je modrá, modrozelená a šedofialová. Krystaly bývají proužkované se skelným až mastným leskem. Jeho tvrdost je 7, měrná hmotnost 2,53-2,65 g/cm3. Částečně rozpustný v kyselinách. Mnoho cordieritů je bohatých na Mg. Vzorky s Fe/(Fe+Mg) > 0,5 jsou vzácné a označujeme je jako sekaninaid. Širší uplatnění cordieritu najdeme v keramice, protože má velmi nízký termický expanzní koeficient a vysokou odolnost vůči termickému šoku. Je to také elektrický izolátor. Cristobalit SiO2 Cristobalit je polymorfií křemene avšak liší se strukturním uspořádáním tetraédrů SiO4 a hustotou, podle nichž se hodnotí kvalita žáruvzdorných křemičitých výrobků (Konta 1982). Vzniká především krystalizací amorfního Si02 vzniklého rozkladem jílových minerálů nebo reaktivních forem Si02 (např. opálu), které v některých případech tvoří příměs jílových surovin. Z amorfního Si02 vzniká cristobalit od teploty 945 oC. Cristobalit sám má dva polymorfy, a to vysokoteplotní neboli β-cristobalit, představující vysokoteplotní izometrickou formu a nízkoteplotní α-cristobalit, metastabilně existující za nízkých teplot jako tetragonální forma. Hustota β-cristobalitu je 2,20 a α-cristobalitu je 2,32. Vysokoteplotní β-cristobalit je stabilní mezi teplotami 1470 - 1713°C a taje při 1728 oC. Při nižších teplotách je metastabilní. Metastabilní fáze pod (teplotou 1470 oC) je přechodnou formou mezi tridymitem. Vysokoteplotní β-cristobalit se při teplotě 268 oC mění na α-cristobalit. Atomy kyslíku neleží přesně na spojnici dvou křemíků, ale jsou posunuty na jednu stranu. Proto je vazebný úhel Si-O-Si 147°. Při teplotě vyšší než 250°C podléhají tetraedry SiO2 vibraci, která simuluje vyšší symetrii s atomy kyslíku na spojnici Si-Si. Strukturní změny v krystalickém SiO2, k nimž dochází během výpalu, jsou doprovázeny termickou dilatací. Strukturu cristobalitu lze odvodit od kubického diamantu. Vytváří krystaly oktaedrické, vzácně krychlové, s velikostí kolem 1 mm, paprsčité agregáty s radiálně uspořádanými vlákny, časté jsou mikrokrystalické či trsovité agregáty, nebo se vyskytuje jako výsledek devitrifikace křemenného skla. Vláknitá forma je označována za lussatit. Cristobalit je polymorfní s křemenem, tridymitem, coesitem a stishovitem. Tvrdost je 6,5 až 7. Barva je bílá, šedá, šedomodrá nebo žlutá. Mullit Al[Al1+xSi1-x]O5-x Všechny žáruvzdorné kaolinitové suroviny, pálené při teplotě okolo 1400°C, se mění na směs mullitu a skla bohatého oxidem křemičitým, s příměsí cristobalitu. Mullit vzniká z metakaolinitu A12Si207 nepřímo, kdy poměrně složitým mechanismem vzniknou nejdříve mezifáze a z nich teprve vzniká ortorombický mullit polymorfní přeměnou kubického mullitu a dokončením krystalizace slabě krystalického ortorombického mullitu v teplotním intervalu 1150 až 1250 oC. Současně probíhá nukleace mullitu z amorfní hlinitokřemičité fáze s následným růstem jeho krystalů při teplotách nad 1250 oC. Vyskytuje se jako bezbarvý nebo bílý, jeho tvrdost je 6-7 a tvar krystalu je ortorombický. Mullit je nestechiometrická krystalická fáze s typickou defektní strukturou. Náhradou křemíku hliníkem v tetraedrických polohách nutně dochází v krystalové struktuře ke ztrátě přebytečných atomů kyslíku.

66


Proměnná x v jeho vzorci mullitu se pohybuje v rozsahu 0,17 až 0,59. Měrná hmotnost krystalu v této řadě klesá s rostoucí hodnotou x a tento pokles je způsoben rostoucím počtem prázdných míst v polohách kyslíků při konstantním celkovém počtu atomu Al+Si=6. Jedním ze základních požadavků v průmyslové výrobě pálených keramických těles různého alumosilikátového složení, včetně porcelánu o vysoké pevnosti, je nalézt optimální podmínky pro tvorbu krystalů mullitu. Krystalizace mullitu je intenzivnější v uspořádaném kaolinitu. V neuspořádaném kaolinitu při páleni pouze na teplotu okolo 900 °C je segregace oxidu hlinitého a oxidu křemičitého tak velká, že přímá krystalizace mul1itu z metakaolinitu je podstatně zeslabena. Teprve při větším zahřátí na teplotu 1 100 až 1 200 °C dochází i zde ke krystalizaci tzv. "pozdního mullitu", jež se projevuje difúzním exotermním efektem, kdy reagují segregované fáze γ Al203 a SiO2. Prodloužené pálení tedy podporuje krystalizaci mullitu (Konta 1982). Tabulka 2. Přehled běžných druhů žárovzdorných hmot, jejich složení a teplota použití (Gregerová 1996).

Technické žárovzdorné hmoty Vzhledem k výsledkům provedených analýz nás zajímají technické hmoty, u kterých se jako vstupní surovina používá rengen-amorfní SiO2, indialit, cordierit, mulit či cristobalit. Chemicky vyjádřeno SiO2, Al2O3 67

a dále pak CaO, MgO, K2O a TiO2. Pozornost proto byla zaměřena na keramiku MgO-SiO2-Al2O3 (stelitová a cordieritová keramika, elektrokeramika, jemná keramika), žáruvzdorné hmoty především pálené výrobky z mulitu, šamot a hrubou keramiku (Al2O3 * SiO2). Pro výrobu je důležitý chemický obsah hlavních surovin a minerální složení produktu (tabulka 2). Z tabulky 2 vyplývá, že zjištěné minerální fáze v nejlépe tepelně alterovaných materiálech by bylo možno použít po úpravě (patřičné zvýšení koncentrací) k výrobě šamotu, mulitu a vysoce hodnotné karborundové hmoty. Žárovzdomost je vlastnost keramické látky odolávat vysokým teplotám (tj. nejméně 1500°C), měknutí, deformaci a tavení. Kromě žárovzdomosti se u těchto hmot sledují další vlastnosti nezbytné pro jejich použití. Jsou to: únosnost v žáru, objemová stálost při vyšších teplotách, odolnost vůči náhlým změnám teploty, odolnost proti korozi struskou a mechanická pevnost. Spotřeba žárovzdorných hmot je významně spojena s výrobou oceli. V současné metalurgické praxi je na výrobu 1 tuny oceli spotřeba 35 kg šamotu, 2,5 kg dinasu, 7,5 kg magnezitových nebo chrommagnezitových cihel a 11,5 kg magnezitové dusaci hmoty. Spotřeba žárovzdorných materiálů roste. Je pravděpodobné, že může být snížena změnou technologie výroby nebo zlepšováním parametrů žárovzdornosti, a to i na základě petrologického studia. Žárovzdorné hmoty jsou významné nejen v metalurgii, která je jejich největším spotřebitelem, ale neobejde se bez nich ani celá řada dalších odvětví, a to od raketové techniky po tepelnou a jadernou energetikou. Přehled běžných druhů žárovzdomých hmot, které jsou nejčastěji užívány v České republice, je uveden v tabulce 2. Šamot Šamot se vyrábí pálením kaolinitových jílovců. K výrobě se používají také keramické suroviny sloužící jako plnivo nebo ostřivo. Do této kategorie patří zjištěný mulit, skelná fáze či cordierit. Při výrobě šamotu se žáruvzdorné suroviny drtí, třídí a mísí na požadovanou zrnitostní skladbu. Po stmelení kaolinovým jílem a tváření následuje vypalování. Při výpalu se v technické praxi často vyžaduje zvýšený obsah Al2O3 (např. mulit), čímž se posouvá produkt do oblasti vysoce hlinitých žáruvzdorných hmot. Vznik mulitu při výpalu je předpokladem pro dosažení dobrých tepelně-mechanických a antikorozivních vlastností šamotu a dalších hlinitokřemičitých keramických produktů pálených při vysokých teplotách. Zatímco syntetický mulit tvoří velké kostrové krystaly a sloupečky, krystalky mulitu vznikající v keramické hmotě jsou velmi jemně jehličkové až tence sloupečkovité (lze je pozorovat pomocí elektronového mikroskopu). Jemné krystalky mullitu však mají mnohem příznivější tepelně mechanické vlastnosti. Problém mulitizace je i problémem výroby kvalitního porcelánu. Tvrdé porcelány s menším obsahem živce a vyšším obsahem kaolinitu mají podstatně vyšší stupeň mulitizace a jsou rovněž odolnější vůči náhlým teplotním změnám. Výroba tvrdých porcelánů (karlovarský) je technologicky náročnější. Použití šamotu záleží na jeho typu. Lehčený šamot má izolační vlastnosti pro provozní teploty do 1200°C. Lehčený šamot je značně pórovitý. Pórovitost je způsobena přídavkem spalitelných ostřiv do vytvářecí hmoty, které při výpalu vyhoří a zanechají po sobě drobné póry. Mastkového šamotu se používá hlavně pro elektrické pícky a spotřebiče. Odolává náhlým změnám teploty, má malou tepelnou roztažnost, malou elektrickou vodivost. Obsahuje až 6% MgO (označení steatit, cordit). Šamot zvláštní je určen především pro vyzdívky sklářských vanových pecí. Základní požadavkem tohoto šamotu je, aby odolával vlivům roztavené skloviny a aby se uvolňující šamotová zrna ve sklovině zcela rozpustila a netvořila kazy a šmouhy. Kamenina U kameninových výrobků jsou kladeny vysoké nároky na velkou pevnost, trvanlivost, chemickou a tepelnou odolnost, barvu, hladkost a hygienickost. Vlastnosti kameninového střepu vyplývají z jeho chemického a fyzikálního (fázového) složení. Fázové složení kameninového střepu se pohybuje v určitém rozmezí:

• •

68

skelná fáze - cca 30-40% u běžných výrobků, 60% a více u jemné kameniny krystalická fáze - složená především z mulitu nebo kryptokrystalické mulitové fáze – 10 až 15% podle složení výchozí směsi, dále z nepřeměněného křemene, cristobalitu. Jako krystalická fáze se objevují také (pokud byla použita jako ostřiva) zrna korundu, SiC,


ZrO2, rutil, zirkon a další pokud nebyly v tavenině rozpuštěny a nevytvořily nové sloučeniny jako např. spinely, cordierit atd. Na kyselinovzdornost má velký vliv pórovitost výrobku. Má být co nejmenší. Pórovitost klesá s rostoucí teplotou výpalu, proto jsou tyto výrobky vypalovány na vyšší teplotu. U kyselinovzdorných, stejně tak jako u ostatních, výrobků má na vlastnosti střepu velký vliv mulit. Prorostlé jehlicovité krystalky mulitu, jejich množství, velikost s rozptylu ve skelné fázi, ovlivňují příznivě fyzikálně chemické vlastnosti střepu. Zvětšuje mechanickou pevnost, termickou a chemickou odolnost. Množství mulitu závisí na složení surovin, zrnitosti a teplotě výpalu i na obsahu taviv (mineralizátorů). Cordieritová keramika Základem cordieritových keramických materiálů je minerál cordierit, jehož chemický vzorec je 2MgO × 2Al2O3 × 5SiO2. Je to jedna ze dvou ternárních sloučenin v třífázovém systému MgO-Al2O3-SiO2. Zatímco základní oxidy mají vysoký bod tání (MgO - 2700 °C, Al2O3 - 2050 °C a SiO2 - 1713 °C) cordierit není žárovzdorný. Leží ve fázovém diagramu v primární oblasti tvorby mulitu (obr. 9). Taje inkongruentně za rozpadu na mulit a taveninu. Stabilní teplotní oblast cordieritu je 1345 - 1460 °C a odpovídá nejnižší tavící teplotě v ternárním systému. Jeho hustota je 2,60 - 2,65 g.cm-3.

Obrázek 9. Ternární diagram soustavy MgO-Al2O3-SiO2.

Cordieritová keramika se připravuje nejčastěji synteticky z kalcinovaného mastku, metakaolinitu a oxidu hořečnatého nebo původních surovin tj. mastku, čistého jílu a uhličitanu hořečnatého. Směs se připravuje obvykle společným mletím uvedených surovin. Tváření se provádí plastickou cestou nebo litím suspenze do sádrových forem. Po vysušení se výrobky pálí na teplotu 1350 až 1410 °C. Šířka intervalu slinování je velmi úzká a to 5 až 10 °C. Jeho rozšíření se dosáhne přídavkem 2 - 4 hm.% živce, do 5 hm.% oxidu zirkoničitého, křemičitanu olovnatého nebo uhličitanu barnatého. Přídavky však mohou zvyšovat koeficient teplotní roztažnosti (KTR). Při výpalu cordieritové keramiky se na povrchu vypalovaných tělísek vypocuje tavenina, dochází k tzv. samoglazovacímu efektu (Kutzendörfer a kol. 2005). Většina krystalů vykazuje z hlediska KTR silnou anizotropii, která se může projevit rozdílnými údaji v literatuře. Existuje vysokoteplotní (hexagonální) a nízkoteplotní (romboedrická) forma, které jsou vzájemně podobné jako u živců, liší se pouze uspořádáním hlinitých a křemičitých iontů. Protože přeměna probíhá postupně, mohou se vyskytnout také mezistupně. Mimoto se vyskytují též různé směsné krystaly např. Mg2+ je 69

nahrazen kromě Fe2+ také Mn2+, nebo (Li+, Si4+, apod.). Je možná též náhrada Al3+ s Mg2+ a Si4+, apod. Toto ovlivňuje též rozsah stability. Tím se vysvětluje rozdílné chování různých tuhých roztoků. Navíc se liší přírodní cordierit od syntetického, neboť přírodní obsahuje určité množství alkalií a vody. Cordierit vznikající při výpalu keramiky je produkt, jehož struktura závisí na složení směsi, teplotě a časovém postupu při zpracování. Většinou převládá hexagonální vysokoteplotní forma. Teplota výpalu nemá překročit teplotu tvorby první taveniny (Kutzendörfer a kol. 2005).

Obrázek 10. Porovnání délkové teplotní roztažnosti vybraných žárovzdorných staviv, křemenného skla a cordieritu [4], [5], [6] (Kutzendörfer a kol. 2005). Technicky nejcennější jsou materiály na bázi cordieritu, které vedle výborné oděruvzdornosti vynikají také nízkou teplotní roztažností a tím vysokou odolností proti náhlé změně teploty. Obě tyto vlastnosti jsou výrazně lepší než u běžně používaného taveného čediče a nacházejí uplatnění v mechanicky a chemicky velmi namáhaných místech (zásobníky sypkých hmot, mlecí tělesa, dopravní potrubí apod.). Řada dalších materiálů je vhodná pro stavební a dekorační obklady. Cordieritová keramika vyniká především svým nízkým KTR a tedy i vysokou odolností proti náhlým změnám teploty. Porovnání dilatačních křivek některých keramických a žárovzdorných materiálů je ukázáno na obr. 10. Cordieritové materiály se řadí spolu s křemenným sklem (to však jen do cca 1000 °C), do skupiny materiálů s nízkým KTR (pod 4*10-6 K-1). Při použití se využívá velmi vysoké odolnosti proti náhlým změnám teploty a velmi dobrých elektroizolačních vlastností. Cordieritová keramika se osvědčila především jako materiál nosič katalyzátorů výfukových plynů spalovacích motorů. Dále nachází široké uplatnění v elektrotechnických aplikacích, jako nosiče topných drátů, tělesa infrazářičů, zhášecí komory stykačů. Použití cordieritu ve vysokoteplotních materiálech je omezeno jeho inkongruentní teplotou rozkladu při cca 1430 °C a dále tím, že cordieritová fáze v nich funguje jako jedna z více fází, z nichž ostatní tvoří obvykle žárovzdorný skelet. Je znám především materiál na bázi šamotu (někdy cordieritový šamot), který je používán jako pálicí pomůcky nebo pouzdra při výpalu porcelánu, stavební keramiky, cihlářských výrobků apod. Přídavek druhé či dalších fází pak obvykle zvyšuje KTR a snižuje odolnost proti změnám teploty. Použití je ovšem omezeno teplotou 1430 °C, kdy inkongruentně taje za vzniku mulitu a taveniny (Hanykýř, Kutzendorfer 2000).

70


Závěr Ve čtvrté etapě řešení dílčího cíle projektu V 004, byl proveden laboratorní výzkum chemického složení a složení minerálních fází vzorků získaných ve třetí etapě řešení dílčího cíle DC4-02 v roce 2006 z kladenské oblasti. Celkem bylo analyzováno 13 vzorků ze čtyř lokalit. Analyzovány byly vzorky z vyhořelých odvalů Tuchlovice, Ronna, Němce a U Jiřího. Pro zjištění chemického složení byl použit vlnově disperzní rentgenfluorescenční spektrometr (WD XRF). Složení minerálních fází bylo prováděno pomocí rentgenového práškového difraktometru Seifert – FPM (Co katoda 0,179026 nm). Na základě provedených laboratorních analýz (RTG prášková difrakce a RTG fluorescence) lze za nejvíce tepelně alterovaný materiál označit vzorek Tuchlovice TU-1, kde se vyskytuje přibližně 10% cristobalitu, 29% mulitu, 35% rentgen-amorfní fáze křemene, 15% křemene a 7% indialitu. Vysoký stupeň tepelné alterace vykazuje také vzorek Ronna 2, u kterého je obsah sledovaných minerálních fází přibližně 63 % rentgenamorfní fáze křemene, 2,7 % cristobalitu, 13,8 % mulitu a 14,6 křemene. Výskyt těchto minerálů ve vzorcích potvrzuje teplotu výpalu kolem 1500 °C. Střední stupeň tepelné alterace proběhl také u vzorku Tuchlovice TU-2, Němce NEM-1 a NEM-3, Ronna Rn-1 a U Jiřího UJ-1 a UJ-4. Tyto vzorky vykazují podle výsledků analýzy chemického složení vysoký podíl Al2O3 a SiO2, nicméně výskyt hledaných minerálních fází se nepotvrdil. Ostatní odebrané vzorky nevykazují výskyt minerálních fází vhodných pro výrobu hlinitokřemičitých žáruvzdorných ostřiv a plniv. V následující etapě prací bude na základě získaných výsledků provedena u vybraných analyzovaných vzorků konfokální mikroskopie a dále bude probíhat laboratorní výzkum chemického složení a složení minerálních fází vzorků získaných ze severočeské oblasti. Reference DANA, J., D. Mineralogy. New York, USA, john Wiley & Sons, Inc., 1997. 605. ISBN 0-471-19310-0. HANYKÝŘ, V., KUTZENDORFER, J. Technologie keramiky. Hradec Králové: Vega, s.r.o., 2000. 287. ISBN 80-900860-6-3. KONTA, J. Keramické a sklářské suroviny. Praha: UK Praha, 1982. 364. ISBN 60-023-82. KRÁLÍK, J. Tepelné změny uhlonosných sedimentů při požárech důlních odvalů a přírodním hoření uhelných slojí. Ostrava: Sborník vědeckých prací VŠB, řada hornickogeologická, roč. 30, č. 1. VŠB, 1984. (171 – 198 s.) KUTZENDORFER, j., HAMÁČEK, J., GUSCHLOVÁ, J., STRAKA, J., MIXNER, J. Kordieritová keramika. Praha: Příspěvek z XV. konference o žárobetonech, Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, 2005. MALUCHA, P. Studie vlivu odvalů a odkališť na složky životního prostředí, svazek č. 6 – odkaliště a odval Heřmanice. Ostrava: MS, OKD, DPB, a.s. 2004. 18.

71

72

DÍLČÍ CÍL V 005 - DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY

VÝSLEDKY MONITORINGU A VÝZKUMU DEMINERALIZACE DŮLNÍCH VOD Jiří VIDLÁŘ, Radmila KUČEROVÁ, Silvie HEVIÁNKOVÁ, Vojtěch VÁCLAVÍK, Lucie JAVŮRKOVÁ, Josef HALÍŘ Mostecká uhelná, a.s., Most V období od 5.3. do 9.3. 2007 probíhaly další odběry důlní vody v terénu. Zájmovou lokalitou byl, tak jako v předchozích etapách, velkolom Československé armády (ČSA) Mostecké uhelné, a.s. (MUS). Voda byla odebírána ve velkolomu ČSA z jímky pomocné čerpací stanice číslo 2. Surová důlní voda byla ihned po odběru zpracována obvyklým způsobem, kdy je prvním krokem úprava pH hydroxidem vápenatým a následuje filtrace odsazené vody. Do té je následně dávková hlinitan sodný a dochází k vysrážení síranů (desulfataci) a vzniku ettringitickáho kalu. Celý tento postup je názorně na obrázku č. 1.

Obrázek 1 Schéma úpravy důlní vody (desulfatace) – vznik ettringitického kalu

Takto vzniklý ettringitický kal byl po převozu na řešitelské pracoviště Institutu environmentálního inženýrství odvodněn do rypného stavu a podroben práškové rentgenové difrakci (XRD), aby bylo ověřeno jeho složení. Touto analýzou (XRD) prošel také vzorek ettringitického kalu vzniklý z jednorázově odebrané surové důlní vody z výše jmenované lokality o přesně známé koncentraci síranů (1520 mg.l-1) a hodnotě pH 2,59. Tento odběr byl uskutečněn 12.4.2007. Složení kalu vzniklého v průběhu jednoho týdne v nelaboratorních podmínkách, kdy není možné přesně stanovit koncentraci síranů odebrané vody (pouze orientační stanovení pomocí analytických testovacích pásků pro detekci a částečné stanovení síranových iontů Merckoquant 10019 firmy Merk) bylo porovnáno se složením kalu, který vznikl v laboratořích Institutu environmentálního inženýrství z jednorázově odebrané a dovezené vody. XRD analýza prokázala velice podobné složení obou kalů a potvrdila, že jejich hlavní krystalickou složkou je ettringit. S ettringitickým kalem, který vznikal v průběhu týdne (dílčí množství vzniklého kalu byla nakonec smíchána a zhomogenizována) byly v laboratořích IEI prováděny další experimentální testy. Jednalo se opět o možnost využití ettringitického kalu k odstranění mědi, která je vázána v ammnikomplexu [Cu(NH3)4]2+. Byla provedena kinetika odstranění takto vázané mědi pomocí ettringitického kalu o obsahu 0,1 g sušiny.

73

Příprava vzorku: Kal byl odvodněn pomocí vývěvy a Büchnerovy nálevky do rypného stavu. Dále bylo nutno pomocí sušárny a vah stanovit vlhkost tohoto vzorku. Hodnota vlhkosti vzorku byla 98,13 %. Modelový roztok byl připraven z dusičnanu měďnatého rozpuštěného v destilované vodě a přebytku amoniaku čímž vznikl tmavě modrý roztok. Koncentrace měďnatých kationtů v tomto roztoku byla 173,5 mg.l-1. Odvodněný ettringitický kal s obsahem sušiny 0,1 g byl míchán se 100 ml modelového roztoku po dobu 19 hodin. Každých 30 minut byl proveden odběr pro stanovení koncentrace mědi. Tyto odběry byly prováděny po dobu dvou hodin to znamená 6 odběrů po 30, 60, 90, 120, 150, 180 minutách míchání a poslední odběr byl proveden po 19 hodinách míchání. Průběh změny koncentrace mědi v roztoku je patrný z následující tabulky a obrázku. Tabulka 1 Koncentrace mědi v závislosti na čase

Čas (min.) Koncentrace Cu2+ (mg.l-1)

0 173,5

30 84,93

60 82,81

90 70,04

120 82,43

150 75,55

180 67,35

1140 67,28

200 180

173,5

2+

-1

Koncentrace Cu (mg.l )

160 140 120 100 84,93

80

82,43

82,81

75,55 70,04

60

67,28

67,35

40 20 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Čas (min.)

Obrázek 2 Kinetika úbytku mědi vázané v amminkomplexu pomocí ettringitického kalu

Z obrázku je patrné, že v průběhu prvních 30 minut míchání je úbytek mědi nejmarkantnější a dá se říci, že zhruba po dvou hodinách míchání dochází k ustálení rovnováhy systému. Další laboratorní zkoušky se zaměří na možnost využiti ettringitického kalu k odstranění také iontů zinku a kadmia z vodného prostředí Zinek bývá, obdobně jako měď, přítomen například v odpadních vodách z galvanizoven a povrchové úpravy kovů. V těchto odpadních vodách jsou ionty mědi a zinku převážně vázány ve formě amminkomplexů a kyanokomplexů. Antropogenním zdrojem kadmia jsou odpadní vody z povrchové úpravy kovů, keramického, fotografického, polygrafického průmyslu. PROKÁZÁNÍ VLIVU ÚPRAVY DESULFATAČNÍHO KALU V SÁDROVÝCH SMĚSÍCH V rámci V. etapy výzkumného centra jsme se zabývali úpravou desulfatačního kalu a fyzikálně mechanickými vlastnosti sádrových směsí na bázi desulfatačního kalu. Byly zjištěny 7 denní pevnosti experimentálních sádrových směsí SG1, SGNA, SGNB, SGNC. Složení experimentálních směsí je uvedeno v tab. 1.

74


A. VYMEZENÍ POJMŮ: Desulfatační kal – jedná se o směsný kal z desulfatace důlní vody z lokality MOST ČSA, který byl odvodněn na kalolisu. Odvodněný kal obsahoval 69,77 % sušiny. Úprava desulfatačního kalu – odvodněný surový kal (69,77 % sušiny) byl rozdělen na tři díly, 1/3 byla bez další úpravy použita do sádrové směsi (viz experimentální směs SGNC). Zbylé dvě třetiny byly dále tepelně upraveny a následně pomlety na velikost zrna pod <0,25 mm. Vzorek SGNA byl sušen při 200°C a vzorek SGNB byl sušen při 105°C. Sádrová směs – pro prokázání vlivu úpravy desulfatačního kalu na fyzikálně mechanické vlastnosti (pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku na konci trámečků), byla vybrána pro pevnostní charakteristiky experimentální sádrová směs s obsahem 5 % hmot. upraveného desulfatačního kalu Složení jednotlivých experimentálních směsí je uvedeno v tabulce 2. B. SLOŽENÍ EXPERIMENTÁLNÍCH SÁDROVÝCH SMĚSÍ: Tabulka 2 Složení testovaných směsí SG1, SGNA, SGNB, SGNC

Experimentální sádrová směs SG1 SGNA SGNB SGNC

Sádra šedá 750,00 712,50 712,50 712,50

Množství jednotlivých složek v (g) Upravený kal Upravený kal Surový kal při 200°C při 105°C – – – – 37,50 – – – 37,50 48,83 – –

Voda

Vodní součinitel

577,50 577,50 577,50 577,50

0,77 0,77 0,77 0,77

Pozn.: Procentuální náhrada sádrového pojiva upraveným desulfatačním kalem byla provedena v množství 5 % hmot..

C. OVĚŘENÍ FYZIKÁLNĚ SÁDROVÝCH SMĚSÍ

MECHANICKÝCH

VLASTNOSTÍ

EXPERIMENTÁLNÍCH

Stanovení fyzikálně mechanických vlastností experimentálních sádrových směsí na bázi desulfatačního kalu bylo provedeno v souladu s ČSN 72 2301 Sádrová pojiva a ČSN EN 13279-2 Sádrová pojiva a sádrové malty pro vnitřní omítky – část 2: Zkušební metody. Z důvodu nedostatečného množství desulfatačního kalu byly provedeny jen zkoušky pevnostních charakteristik. Jednalo se o pevnosti v tahu za ohybu a tlaku na konci trámečků. Jako zkušební tělesa byly použity trámečky rozměrů 40x40x160 mm. Stáří zkušebních těles bylo 7 dnů. Výsledky pevnostních zkoušek jsou uvedeny v tabulce 3 a grafický průběh je znázorněn v grafu 1. Tabulka 3 Pevnostní parametry po 7 dnech stáří experimentálních sádrových směsí SG1, SGNA, SGNB, SGNC

Experimentální sádrová směs SG1 SGNA SGNB SGNC

Pevnost v (MPa) v tahu za ohybu 1,16 1,24 0,92 0,72

v tlaku 2,17 2,50 1,55 1,32

75

Pevnostní charakteristiky

3 2,50 2,5

2,17

Pevnost v (MPa)

2 1,55 1,5

1,32

1,24

1,16

tah za ohybu tlak

0,92 1

0,72

0,5

0

SG1

SGNA

SGNB

SGNC

Graf 1 pevnostní charakteristiky experimentálních sádrových směsí (ve stáří 7 dnů)

Z výše uvedeného grafu je patrné, že se zvyšující se teplotou úpravy desulfatačního kalu (105 a 200 °C dochází k nárůstu pevnostních charakteristik. Při teplotě úpravy desulfatačního kalu (200 °C, SGNA) došlo k nárůstu pevnosti v tahu za ohybu o cca 7 % a v tlaku o 15 % oproti komparační sádrové směsi SG1. Sokolovská uhelná, právní nástupce, a.s., Sokolov V této etapě byly odebrány vzorky důlních vod, které přitékají z lomu Medard a hlubiny Jiří na ÚDV Svatava. Jak již bylo uvedeno v předešlých etapách, problematické důlní vody v lomu Jiří jsou především z ČS J3 a Lomnice 2B. Společnost Sokolovská uhelná, právní nástupce, a.s. se rozhodla vést tyto vody na ÚDV Svatava. Proto se v páté etapě testovalo složení vod, které by vznikly smícháním stávajících důlních vod na úpravně s výše uvedenými důlními vodami z lomu Jiří. Z údajů o průtocích vod za několik minulých let jsme vypočetli poměr, v jakém by se měly důlní vody smíchat. Dále, dle tohoto poměru, byl připraven v laboratoři vzorek této důlní vody a byl podroben analýze (viz tabulka č.4 ). Tabulka 4 Složení důlní vody po smíchání

pH 3,19

c(Fe) mg.l-1 39

c(Mn) mg.l-1 7,9

c(SO42-) mg.l-1 824

Z výsledků lze usoudit, že problematická bude především koncentrace manganu a nízké pH. Vzhledem ke skutečnosti, že testy odmanganování v rámci tohoto výzkumu na důlní vodách z této lokality již probíhají, lze dosažených výsledků využít i při úpravě této důlní vody. Odmanganování důlní vody z lomu Jiří – ČS J3 Důlní voda byla odebrána z čerpací stanice J3. Je charakteristická vysokým obsahem Fe (cca 70 mg.l-1), Mn (cca 8 mg.l-1) a pH 2,64. Stávající úpravou je neutralizace, po které je takto upravená voda

76


přečerpávána do Panského rybníka. Neutralizace je ovšem nedostačující, protože koncentrace Mn je i po úpravě vysoká.Odstranění manganu bylo prováděno i v předcházejících etapách, konkrétně alkalizací pomocí Ca(OH)2, oxidací pomocí manganistanu draselného, peroxidu vodíku a vzdušným kyslíkem a kombinací alkalizace (Ca(OH)2) a oxidace (KMnO4, H2O2), dále kontaktním odmanganováním na preparovaném křemičitém písku, sorpcí na Slovakitu a na čistém ettringitu, který byl připraven při desulfatací důlní vody z Lomnice 2B. V této etapě byly odmanganování prováděno: ¾ úpravou pH do vysoce alkalické oblasti s následnou neutralizací pomocí CO2 ¾ kombinací neutralizace (Ca(OH)2) a oxidace kyslíkem Odmanganování úpravou pH do vysoce alkalické oblasti s následnou neutralizací pomocí CO2 Reagenční režim 1. dávkování Ca(OH)2 do 0,5 l surové důlní vody , míchání 20 minut při 150 ot.min-1 2. filtrace suspenze 3. ve filtrátu změřeno pH a koncentrace manganu 4. neutralizace pomocí CO2 (probubláváním) 5. změřeno pH Tabulka 5 Rozbor důlní vody upravené alkalizací

číslo pokusu 1 2 3 4 5 6

dávka Ca(OH)2 g 0,42 0,45 0,47 0,48 0,50 0,52

pH 8,5 9 9,3 9,4 9,7 10,0

koncentrace Mn ve filtrátu mg.l-1 3,2 0,7 0,3 0,1 0 0

Takto upravená voda (viz pokus č. 5 a 6) má nadlimitní hodnotu pH, proto byla zpětně neutralizována pomocí CO2. Výsledky snižování pH pomocí oxidu uhličitého jsou uvedeny v následující tabulce. Tabulka 6 Zpětná úprava pH pomocí CO2 filtrátu o pH 9,7

aplikace CO2 [s] pH filtrátu

55 9,0

85 8,5

110 8,0

149 7,5

214 7,0

Tabulka 7 Zpětná úprava pH pomocí CO2 filtrátu o pH 10,0

aplikace CO2 [s] pH filtrátu

41 9,0

96 8,5

142 8,0

166 7,5

251 7,0

Z výše uvedených tabulek lze usoudit, že i toto je možné řešení účinného odstranění manganu z důlních vod. Ve výsledku budou rozhodující náklady na jednotlivé účinné způsoby odmanganování. Odmanganování kombinací neutralizace (Ca(OH)2) a oxidace kyslíkem Důlní voda byla neutralizována hydroxidem vápenatým, suspenze byla zfiltrována, poté byla provedeno probublávání kyslíkem (jemnobublinné), přičemž se měnila doba probublávání. K úbytku manganu prakticky nedošlo,proto tento způsob při daném pH nelze doporučit. V následné etapě bude za

77

takto upravenou vodu zařazena filtrace přes křemičitý písek s MnO2, případně bude oxidace kyslíkem použita v důlní vodě upravené hydroxidem vápenatým na vyšší pH (cca 8). Desulfatace důlní vody z lomu Družba Důlní voda z lomu Družba, konkrétně z čerpací stanice Sever, která obsahuje vysokou koncentraci síranových iontů (cca 3000 mg.l-1), byla upravena rovněž desulfatační technologií. Vybrané výsledky jsou uvedeny v tabulce č. 8. Tabulka 8 Výsledky desulfatace

číslo pokusu 1 2 3 4 5 6

dávka Ca(OH)2 g.l-1 2,8 2,8 2,8 2,9 2,9 2,9

pH 12,50 12,51 12,50 12,59 12,61 12,62

dávka AlR-F ml.l-1 3,4 3,6 3,8 3,4 3,6 3,8

pH

c(SO42-)

12,52 12,53 12,55 12,61 12,65 12,67

mg.l-1 199,2 118,6 89,92 109,64 64,4 42,96

Před vypouštěním do vod povrchových je nutná neutralizace (pomocí CO2). V následné etapě bude testováno k odmanganování použitím manganistanu draselného a vzdušného kyslíku, příp. kyslíku, při vyšším pH s následnou zpětnou úpravou pH pomocí CO2. Poté bude navržen nejoptimálnější ze všech dosud testovaných způsobů odmanganování a to jednak z hlediska účinnosti odstranění manganu, tak z hlediska finančních nákladů.

78

DÍLČÍ CÍL V006 – DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ

METODIKA EKONOMICKÉHO HODNOCENÍ – 2. ČTVRTLETÍ 2007 Jaroslav DVOŘÁČEK, Michal VANĚK

Úvod Stejně jako v předchozích čtvrtletích postup práce ve 2. čtvrtletí 2007 vycházel ze struktury tvořené jednotlivými průmyslovými aplikacemi: a) b) c)

Využití materiálů na bázi průmyslových odpadů (V003) Využití netradičních surovin (V001, V002, V004) Úprava důlních vod (V005)

ad a)

Využití materiálů na bázi průmyslových odpadů

Východiskem řešení bylo hledání nových způsobů využití velkoobjemových průmyslových odpadů na bázi vedlejších energetických produktů resp. jiných průmyslových odpadů, z nichž lze vyrábět sanační a jiné stavební směsi, rekultivační výplňové a posypové směsi. Shrneme-li stručně obsah práce v jednotlivých čtvrtletích, lze uvést: 2. čtvrtletí 2006: - odvození základních vztahů a výběr parametrů ovlivňujících ekonomický výsledek realizovaných výzkumných aktivit; 3. čtvrtletí 2006: - stanovení průměrné „ceny“ za odběr průmyslových odpadů pro výrobu jednotky základkové směsi; - stanovení výnosů za odběr průmyslových odpadů při zpracování jednotky průmyslového odpadu; - stanovení vztahu pro výpočet hospodářského výsledku z výroby a ukládání základkových směsi; 4. čtvrtletí 2006: Oblast přínosů: - konkretizace průměrných cen za odběr jednotlivých průmyslových odpadů; - stanovení kapacity výroby a zakládání základkových směsí; 1. čtvrtletí 2007: - stanovení receptur základkových směsí; - určení konkrétních průměrných „cen“ za odběr průmyslových odpadů při výrobě daných základkových směsí. Jestliže tedy poslední dvě čtvrtletí byla věnována problematice přínosů, ve 2. čtvrtletí 2007 se budeme věnovat oblasti nákladů spojených se zpracováním průmyslových odpadů a ukládání takto vzniklých základkových směsí. Půjde přitom o dvě hlavní skupiny nákladů: - variabilní náklady spojené se zpracováním průmyslových odpadů a ukládáním vzniklých základkových směsí; - trvalé resp. fixní náklady spojené s kapacitou, kde jsou základkové směsi používány. Variabilní náklady spojené se zpracováním průmyslových odpadů a ukládáním základkových směsí Za variabilní náklady lze považovat takové náklady, které mají přímou vazbu na objem zpracovaných průmyslových odpadů a založených základkových směsí. Budeme-li uvažovat s vyrobenými základkovými hmotami v bezvodém stavu (pro kontrolu množství zpracovaných průmyslových odpadů), pak součet množství zpracovaných průmyslových odpadů se rovná množství založených směsí v bezvodém stavu, neboť vyrobená základková směs musí být ihned dopravena na místo určení a založena, jinak směs ztuhne a ucpáním znehodnotí technologická a dopravní zařízení.

79

Pokud jde o jednotlivé nákladové položky tvorby a ukládání základkových směsí, pak lze uvést: -

dělníci jsou zpravidla placeni časovou mzdou s prémií, takže mzda včetně odvodů na sociální a zdravotní pojištění má převážně nebo zcela fixní charakter;

-

energie potřebná pro činnost technologické linky je vykazována v celkové energetické spotřebě na kapacitě, kde probíhá používání základkových směsí. Jedná-li se o likvidaci hlubinného nebo povrchového dolu, je tato energie zahrnována do tzv. trvalých nákladů, které mají zcela fixní průběh (byť se skokově snižují, takže jde o relativně fixní náklady).

-

odpisy technologické linky jsou také fixní.

Za skutečné variabilní náklady lze považovat především náklady na dopravu průmyslových odpadů a náklady na manipulaci s nimi. V této souvislosti je ovšem nutno zdůraznit, že variabilní náklady jsou odrazem technického resp. technologického řešení dopravy a manipulace s průmyslovými hmotami s návazným zpracováním na technologické lince. Základkové směsi jsou vyráběny na tzv. solidifikačních linkách, jejichž centrem je míchací stanice směšující odpadové materiály, pojiva a vodu. Vzniklá směs je dopravována do zásobníku směsi a následně na místo uložení. V minulosti byly tyto základkové hmoty vyráběné na bázi odpadu ze spalování uhlí (elektrárenský nebo teplárenský popílek) používány k různým účelům na hlubinných dolech Ostravsko-karvinského revíru. Jako příklad lze uvést popílkové hospodářství Dolu Paskov a popílkové hospodářství Dolu Darkov (Hudeček 1999). Popílkové hospodářství Dolu Paskov Lokalita Paskov: popílek byl využíván hlavně k míchání směsi v kombinaci s flotačními hlušinami produkovanými úpravnou, směs byla ukládána v likvidovaných důlních dílech, čímž se zamezilo deponování flotačních hlušin v povrchových nádržích. Technologická linka sestávala na povrchu z přívodního potrubí směsi flotačních hlušin do mísící stanice, která na rozdíl od podobných zařízení na jiných dolech byla umístěna daleko od jámy, kterou se směs přivádí do dolu. Stanice byla vybavena čerpadlem Putzmeister KOS 1470 HP s příslušenstvím o výkonu 50 m3/hod., pro řídké směsi lze použít paralelního čerpadla Wilfley 3. Potrubí na povrchu, v jámě a na hlavních překopech bylo vysokotlaké o průměru 152 mm, pro další rozvody v následných důlních dílech byla využívána běžná potrubí o průměru 150 a 100 mm. Pro skladování popílku byly zřízeny dva zásobníky o objemech 125 m3. Kromě likvidovaných důlních děl byl popílek ukládán do hrází, k tomuto účelu byl postaven samostatný zásobník popílku o objemu 50 m3. Popílkové hospodářství Dolu Darkov Lokalita Závod 3: popílkové hospodářství bylo tvořeno dvěma zásobníky popílku o objemech 100 m3, z nichž byl popílek dopravován šnekovými podavači do míchací stanice k promísení s flotačními hlušinami. Flotační hlušiny jsou z úpravny přiváděny do nádrže flotačních hlušin o objemu 800 m3 vybavené perforovaným potrubím s nepřetržitě přiváděným stlačeným vzduchem pro čeření flotačních hlušin k zabránění nežádoucího usazování. Do míchačky byly flotační odpady dopravovány pod tlakem 0,3 – 0,6 MPa. Směs požadované hustoty byla samospádem vedena do mezizásobníku, do nádrže hotové směsi pak byla dopravována čerpadlem. Pokud směs neodpovídala požadované hustotě, bylo ji možno dále zahustit nebo zředit přečerpáním do injektorové míchačky pro přidání elektrárenského popílku nebo hlušiny s vodou. Odtud byla směs dopravována k vrtu délky 511 m propojující povrch dolu s úrovní 7. patra. Vyrobená směs byla nejvíce používána k vyplňování závalových prostor činných porubů a ke stavbě hrází. Další technologické linky na výrobu základkových směsí pro likvidaci důlních děl v OKR a především pro likvidaci Dolu Jan Šverma v Žacléři vycházely z následující provozní charakteristiky materiálů používaných pro výrobu základkových směsí: a) suché silně polétavé (s velmi nízkou měrnou hmotností) a suché polétavé; b) polosuché sypké – prášivé; c) polosuché vlhké, sypké, polosuché zhutnělé (špatně sypké), mokré bahnité; d) mokré v suspenzi (čerpatelné).

80


Z této klasifikace se odvíjí i transportní metody těchto materiálů: ad a)

Se suchými silně polétavými a polétavými je již většinou u producentů manipulováno pneumaticky a tomuto principu je uzpůsoben i přepravní systém. Jedná se většinou o cisterny buď v automobilovém provedení nebo na vagónech. Technologie pro zpracování takto dopravovaného materiálu jsou uzpůsobeny pro příjem materiálu z těchto transportních prostředků. Materiál je stlačeným vzduchem z přepravníků vyfoukán do sil, odkud je dávkován do míchacího zařízení zase pneumaticky nebo mechanicky.

ad b)

Polosuché sypké a prášivé materiály musí být přepravovány ve vozech pokrytých plachtou nebo v kontejnerech. Jejich vyšší zvlhčení u producenta není možné z důvodu urychlení reakce následného tvrdnutí, což ztěžuje další technologické zpracování. Příjem těchto materiálů do technologické linky musí být speciálně vybaven, aby se zabránilo prášení, přitom však aby nedošlo k předčasnému zvlhčení přebíraného materiálu.

ad c)

Materiály polosuché, vlhké, sypké, zhutnělé a mokré bahnité jsou vesměs přepravovány běžnými transportními zařízeními splňujícími podmínky pro přepravu nebezpečných odpadů.Vhodným přepravním prostředkem jsou různé kontejnerové systémy.

ad d)

Materiály v mokré suspenzi jsou přepravovány v autocisternách, běžných vagónových cisternách nebo kontejnerových cisternách. V návaznosti na způsob přepravy a příjmu těchto typů materiálů byla struktura technologické linky následující:

I.

Suché foukané materiály

-

materiál je do sila vyfoukán z vagónových cisteren nebo autocisteren při tlaku vzduchu do 0,2 MPa, při použití komorového podavače lze dopravovat na větší vzdálenosti až do tlaku 0,8 MPa. Objem sil se pohyboval v rozmezí 30 - 120 m3.

-

podávání materiálu do mísící linky je prováděno šnekovými podavači nebo aeračními rýnami, což je žlab potažený plátnem, na něž je vyfukován tlakový vzduch. Pohybem plátna a tlakem vzduchu je vysoký sloupec materiálu udržován ve vzduchu a zabraňuje se tak sedimentaci a nežádoucímu hutnění materiálu. Suchou cestou jsou do technologické linky přiváděny materiály typu elektrárenských popílků, fluidní popely, odpady z výroby cementu, atd. S ohledem na rozdílné měrné hmotnosti a přípustný obsah vody (do 9 %), je nutno tuto cestu dimenzovat pro maximální hodnoty nebo hodnoty nejméně příznivé.

II.

Tekuté a mokré materiály

-

pro příjem materiálu z aut nebo vlakových cisteren je umístěna jímka pod úrovní příjezdového terénu. Jímka je vyrobena dvouplášťově, má žumpu pro umístění kalového čerpadla. Pomocí napojení výstupu kalového čerpadla z jímky lze ředit materiál mezi jímkou a přepravní nádobou. Tímto okruhem lze uvést do vznosu částice sedimentované během přepravy.

-

přes jímku jsou tekuté materiály dopravovány do zásobníku. Zde je nutno až do doby přečerpání tekutého odpadu do mísící linky udržet materiál ve vznosu a zabránit nežádoucí sedimentaci, což lze realizovat vzduchovými tryskami osazenými v několika stupních na kruhovém rozvodu kuželového dna nádrže. Mechanické čeření může být rovněž zajišťováno otáčivým pohybem tělesa nádoby (systém domíchávačů).

III. -

Sypké vlhké, bahnité a zhutnělé materiály vlastní mezideponie má znaky zabezpečené skládky, i když je již součástí vlastní technologie. V menších technologických linkách stačí technologické boxy s dvojitým pláštěm, sběrací jímkou vody a jejím čerpáním do technologie, větší kapacity jsou budovány na drenážním systému se zajištěním průsakových vod a zabezpečením jejich úniku do okolí prostředí.

81

-

před dopravou do mísící linky je umístěno rozdružovací a dávkovací zařízení vytvářející tzv. sendviče z materiálů již při jejich dovezení, čímž jsou zajišťovány podíly jednotlivých materiálů ve směsi podle akceptovaných receptur.

-

rozdružovací stanice zajišťuje první rozbití hrubých kusů a slepenců materiálu a jeho dávkování na transportní zařízení – většinou pásový nebo hřeblový dopravník. Vertikální homogenizátor zajišťuje otevření zrna na 0 – 20 mm a dokonalou homogenizaci materiálu. Jde o zhruba 2 m vysoký tubus s lopatkami na osové hřídeli dosahujícími až k obvodovému plášti tubusu. Tuto část technologické linky lze použít i k samostatné přípravě směsi bez vodní lázně, což usnadňuje míchání v hydraulických míchačkách.

Na tyto příjmové části technologické linky navazuje vlastní směšovací stanice, zásobník hotových směsí a napouštěcí zařízení pro hydraulickou dopravu. Směšovací stanice byla vyrobena jako horizontální o délce 8 m a šířce 2 m. V ní byly umístěny dvě horizontální hřídele osazené ocelovou šroubovicí k posunu hmot ve směru k výpusti a jejich mísení s technologickou vodou a pojivy. Kapacita míchací stanice byla stanovena na 90 tun základkové směsi za hodinu provozu. Technologická linka byla postavena tak, aby na sebe kontinuálně navazovaly jednotlivé operace – nakládka průmyslových odpadů – přeprava do směšovací stanice – míchání – přeprava potrubním řádem k hlavní jámě a vypouštění směsi do hlavního potrubního řádu ve vtažné jámě s volnou osou hydraulického média až na místo uložení základky. V případě Dolu Jan Šverma v Žacléři byla délka potrubí od směšovací stanice k hlavní jámě přibližně 150 metrů s převýšením 20 metrů. Tato technologická linka byla uvedena do provozu koncem srpna 1993, během zkušebního provozu bylo třeba řešit několik problémů technického charakteru: -

ucpávání nálevky v průběhu provozu: pod výstup ze směšovací stanice bylo instalováno vibrační síto s rozměry 100 x 120 cm o velikost ok 20 x 20 mm, přes které byla přepouštěna namíchaná základková směs pro oddělení zrn větších než 20 mm, která byla skluzem vypuštěna mimo linku;

-

nerovnoměrný posun průmyslových odpadů do směšovací stanice: byla provedena instalace těžkého hřeblového dopravníku TH-600 s instalovanou kontrolní zarážkou před pohonnou stanicí pro docílení pravidelné dopravy vstupních komponent na pásový dopravník a do směšovací stanice;

-

nemožnost kontroly transportu směsi od směšovací stanice do hlavního potrubí ve vtažné jámě: na ohlubeň jámy byla umístěna kontrolní nálevka do rozpojeného přepravního potrubí s umístěným depresiometrem k měření podtlaku v potrubí s hlasitou signalizací do dispečinku provozu. Pokles tlaku indikující zastavení nebo snížení přepravy směsi do dolu byl akusticky ohlášen na řídící pracoviště a další dodávka ze směšovací stanice byla neprodleně zastavena, aby nedošlo k poškození potrubí nebo vyražení tlakových těsnění v přírubách.

-

odstavení technologické linky při poruše čerpadla Wilfley 150: vedle hlavního dopravního čerpadla směsi typu Wilfley 150 bylo instalováno záložní kalové čerpadlo typu PH-ISO a v případě potřeby jednoduchým přepojením bylo uvedeno do provozu.

Doprava základkových směsí: pro hydraulickou dopravu základky s nosným médiem důlní vodou bylo uvažováno s využitím stávajícího potrubního řádu požárního vodovodu, tedy potrubí Js 100. Tento řád byl instalován ve sledných chodbách ve sloji, ve vtažných a výdušných chodbách porubů a v geologickoprůzkumných dílech. Jeho výměna za větší průměr nepřipadala v úvahu z hlediska nákladovosti i časové náročnosti vzhledem ke stavu zaměstnanců. Průměr potrubí zásadně ovlivnil zrnitost plavené základky. Po poloprovozních zkouškách směšovací stanice a transportních čerpadel se prokázala maximální použitelná zrnitost materiálu do 20 mm. Množství vody vpouštěné do směšovací stanice bylo určováno na kontrolním tlakoměru v přívodním potrubí a v časovém úseku sledováno na vodoměru instalovaném za napájecím čerpadlem důlní vody. Účelem bylo dodržet tzv. parkovatelnost stanovenou v laboratořích HGF i provozními zkouškami. Termín parkovatelnost označuje časový interval, kdy základková směs bez pohybu tuhne a stává se sedimentem bez další možnosti pohybu na přepravní potrubní trase.

82


Před zahájením přepravy základkové směsi do dolu byl proveden proplach celé technologické linky od směšovací stanice po výpusť z přepravního potrubí na místě zakládání, a to důlní vodou. Voda byla kontrolována zejména na obsah příměsí z potrubí a na vytékající množství. Doprava základkové směsi byla zahájena po zjištění, že vytékající voda je čistá a její množství odpovídá objemu vpouštěnému do směšovací stanice na povrchu dolu. Po ukončení dopravy základkové směsi byl proplach znovu proveden. Při vzdálenostech dopravy nad 1000 m potrubím byla doba proplachování stanovena na 5 – 8 minut. Nicméně i provádění proplachu zcela neodstranilo nebezpečí usazování základkové směsi a zmenšování průřezu horizontální dopravy s ohledem na stoupání horizontálních důlních děl od jámy do revíru. Proto byly v těchto místech instalovány zaslepené odbočky stejného průřezu jako dopravní potrubí, které se zpravidla jednou týdně otevíraly a potrubí se u jámy vypouštělo k tomuto nejnižšímu bodu daného patra. Zároveň byla prováděna kontrola inkrustace otevřeného úseku potrubí. Z těchto technologických podmínek při likvidaci Dolu Jan Šverma v Žacléři jsou vykazovány následující hodnoty variabilních nákladů zpracování průmyslových odpadů – viz tabulka č. 1. Tabulka 1. rok 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 celkem

jednicový variabilní náklad [Kč/t] 222 220 171 196 332 200 292 194 155 57 48 93 111 163

Kolísání jednicových nákladů je způsobeno dopravními náklady z různých lokalit. Během celého období likvidace se firma potýkala s problematikou dostatečného množství průmyslových odpadů, které by se dalo zajistit z relativně blízkého okolí za přijatelných přepravních nákladů. Kritickým byl zejména rok 1997. Protože však variabilní charakter mají některé další nákladové položky (energie pro provoz technologické linky, prémie atd.), lze uvažovat s variabilními náklady na jednici ve výši 180 Kč/t průmyslového odpadu. Získání takto strukturovaných podkladových materiálů je zcela výjimečné, neboť většina firem vykazuje při nejlepším celkové náklady na jednici základkových hmot, zpravidla na 1 m3. Zkusme proto zjistit, zda výsledky firmy likvidující Důl Jan Šverma v Žacléři jsou srovnatelné s výsledky ostatních společností, které pro ukládání v podzemí hlubinných dolů používaly základkové směsi vyrobené z průmyslových odpadů. Vyjdeme z případů, kdy daná firma dodávala spolu s jinými firmami zpevněné základkové směsi pro likvidaci hlavních důlních děl uzavřených dolů v OKR. Srovnání bude provedeno v jednotlivých letech, neboť v čase docházelo k růstu cen základkových směsí, a to jako důsledek obecného zvyšování cen vstupů i změn na trhu s průmyslovými odpady – např. nezbytnost náhrady returního prachu z výroby cementu, za jehož odběr původce platil, hydraulickým pojivem HPŠ, resp. cementem. Údaje jsou v tabulce č. 2 uvedeny v cenách vyjádřených v Kč/m3 zpevněné základkové směsi.

83

Tabulka 2. rok 1996 1998 1999 2001

směs

daná firma

CPS 2MPa CPS 5MPa CPS 2MPa CPS 5MPa CPS 2MPa CPS 5MPa CPS 2MPa CPS 5MPa

156 171 156 - 497 171 - 577 600 -610 700 550 - 600 650 - 700

konkurent 1 156 171 497 - 600 577 - 917 610 700

konkurent 2

konkurent 3

konkurent 4

konkurent 5

710 800

600 750 550 650

550 - 600 650 - 700

249 - 259 249 - 299

Tabulka odráží konkurenční prostředí, resp. požadavky zadavatele, vyplývá z ní, že daná firma likvidující i Důl Jan Šverma v Žacléři se pohybovala na spodní hranici cenového rozpětí. Hodnoty jejich průměrných jednicových variabilních nákladů mají tedy obecnější platnost s prostorem pro určité zvýšení, samozřejmě s ohledem na dané uspořádání technologického zařízení. Při podstatně odlišném technologickém řešení výroby základkových směsí na bázi průmyslových odpadů bude nutno vzít v úvahu, že jednicové náklady manipulace a zpracování průmyslových odpadů budou záviset na použitých částech této technologické linky (na zahrnutí dlouhodobého hmotného majetku), na způsobu dopravy průmyslových odpadů, počtu zaměstnanců a jejich osobních nákladech, na způsobu odepisování, energetické náročnosti technologické linky, ceně energií, způsobu dopravy na místo uložení atd. Trvalé (fixní) náklady spojené s kapacitou, kde jsou základkové směsi používány. Fixním nákladům věnuje ekonomická teorie značnou pozornost, neboť jejich relativní stálost způsobuje růst jejich podílu na jednotku produkce při snižování objemu výroby. Takto zpravidla roste celková nákladovost a zhoršuje se hospodářský výsledek na jednotku produkce. Fixní náklady při zpracování průmyslových odpadů jsou spojeny především s odpisy technologického zařízení, osobními náklady techniků, resp.dělníků (časová mzda), s údržbou technologické linky atd. Tyto náklady jsou však relativně zanedbatelné ve srovnání s fixními náklady kapacity, kde jsou základkové hmoty používány. Lze rozeznávat několik případů použití základkových směsí: a) b) c)

při likvidací hlubinného dolu při likvidaci lomu při ostatních činnostech

ad a) Likvidace hlubinného dolu Jako trvalé náklady likvidovaného dolu jsou označovány náklady spojené se zajišťováním nezbytného provozu zařízení v dole a na povrchu uzavírané lokality a náklady činností spojených s řízením likvidovaného dolu. Existence těchto nákladů vyplývá ze skutečnosti, že do ukončení likvidace hlavních důlních děl musí být v provozu všechny zabezpečovací systémy hlubinného dolu, zejména větrání, čerpání důlních vod, zásobování dolu elektrickou energií a stlačeným vzduchem, důlní horizontální a úklonná doprava, vertikální doprava na povrch, činnost báňské záchranné stanice, obsluha a údržba zabezpečovacích systémů, kontrola důlních děl, řízení likvidačních prací, ostatní činnosti nezbytné podle místních podmínek. Tyto trvalé náklady by měly klesat v závislosti na racionálním řízení útlumu a likvidace dolu. Příkladem může být již uváděná likvidace Dolu Jan Šverma v Žacléři. Po zastavení těžebních prací byla provedena racionalizační opatření ve větrání dolu, což se odrazilo ve snížení počtu samostatných větrních oddělení, počtu provozovaných ventilátorů i snížení jejich instalovaného výkonu (tabulka č. 3).

84


Tabulka 3. rok 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

počet SVO v dole 8 7 6 5 5 4 5 4 3

příkon hlavního ventilátoru 315 240 140 95 95 95 95 68 55

index nákladů energie na větrání dolu 100,0 80,3 42,5 45,9 45,9 45,3 41,8 34,3 22,6

Čerpání důlních vod bylo naopak v období plného otevření všech důlních pater zvýšené o objem vycezené technologické vody, která tvořila přepravní médium základky a byla čerpána jako technologická voda na povrch. Následující tabulka č. 4 zachycuje vývoj čerpaných vod a vývoj indexu nákladů na elektrickou energii pro čerpání důlních vod. Tabulka 4. rok 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

čerpaná množství vody z dolu [1/sec.] 32,8 24,5 33,5 34,0 24,3 27,5 27,1 20,6 10,3

index nákladů energie na čerpání důlních vod 100,0 96,9 106,0 102,0 101,3 93,9 93,4 70,7 21,8

Odhad konkrétní hodnoty trvalých nákladů za časové období (např. za rok nebo za měsíc) je poměrně složitý, neboť závisí jednak na rozsahu likvidované kapacity a způsobu likvidace, jednak na metodickém vymezení trvalých nákladů. Z terminologického hlediska je nutno rozlišovat pojem „fixních nákladů“ a „trvalých nákladů“, neboť fixní náklady jsou vztaženy k objemu produkce, zatímco trvalé náklady jsou vynakládány v období, kdy produkce již skončila. Preferován bude pojem „trvalých nákladů“. ad b) Likvidace lomu V průběhu období likvidace lokality musí v mnoha případech zůstat v provozu důležité systémy lomu nebo další zařízení a činnosti, zejména: -

čerpací stanice, ČOV; obsluha a údržba zabezpečovacích a zajišťovacích systémů; kotelny, výměníky; povrchová kolejová doprava a automobilová doprava; rozvodny a rozvodny el. energie, spoje; řízení útlumu; činnost báňské záchranné stanice, ostraha; další nezbytné činnosti podle místních podmínek.

Náklady na uvedené činnosti tvoří tzv. trvalé náklady útlumu. Lze předpokládat, že vlivem absence např. nákladů na větrání budou tyto trvalé náklady nižší než v případě hlubinného dolu v průběhu likvidace. Význam a působení těchto nákladů je však obdobné.

85

ad c) Ostatní činnosti Trvalé náklady při ostatních činnostech vyplývají z podstaty těchto činností. Vždy lze předpokládat jejich existenci, případně odhadnout jejich výši. Vzhledem k působení na ekonomiku činností spojených se zpracováním průmyslových odpadů a použitím takto vzniklých základkových hmot je nutno jim věnovat pozornost.

86


ad b)Využití netradičních surovin (V 001, V 002, V 004) Práce v prvním čtvrtletí roku 2007 vyústily v realizaci základní verze simulačního modelu. Funkční základní verzi modelu je sice možné použít jako podporu rozhodovacího procesu, ale při interpretaci získaných poznatků musíme mít na paměti, že dosažené výsledky odráží simplifikaci modelované reality. Aby závěry ekonomického modelování a na něho navazujícího simulování měly větší vypovídací schopnost, je nezbytné vytvořený model dále upřesňovat. Pro potřeby našeho ekonomického modelování byla vytvořena struktura vstupních modelů vyúsťující v Hodnotící model, obrázek 1. Obecný model budeme doplňovat o dílčí modely zaměřující se na jednotlivé specifické oblasti. Tvorba simulačních modelů je provedena v prostředí tabulkového kalkulátoru MS Excel 2003, přičemž jednotlivé modely jsou vlastně sešity a dílčí modely jsou potom jejich listy. Prvním upřesněným modelem bude Investiční model.

Investiční model

Nákladový model

Model tržeb

Model CF

Hodnotící model

Obrázek 1. Struktura obecného ekonomického modelu

Postup tvorby dílčích modelů vychází z jednotlivých kroků studie proveditelnosti (Feasibility Studies), která bývá rovněž nazývanou jako Technickoekonomická studie. Jedná se o dokument, jenž souhrnně a ze všech realizačně významných hledisek popisuje investiční záměr. Jeho účelem je zhodnotit všechny realizační alternativy a posoudit realizovatelnost daného investičního projektu, jakož i poskytnout veškeré podklady pro samotné investiční rozhodnutí. Obsah studie proveditelnosti lze shrnout do následujících deseti bodů: [Němec, 2002] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Souhrnný přehled výsledků studie. Pozadí a historie návrhu projektu. Kapacita trhu a závodu. Suroviny, materiál a výrobní vstupy. Lokalita a pozemek. Technické řešení projektu. Organizace závodu a režijní náklady. Pracovní síly. Realizace projektu. Finanční a ekonomická analýza.

Opomeneme-li úvodní popis řešeného projektu včetně jeho historie, potom řešení kapacitní problematiky je logickým východiskem pro následující fáze zpracování studie proveditelnosti. Podkladem pro práce v této etapě jsou závěry marketingové studie, které by měly odpovědět na otázky týkající se poptávky, konkurenceschopnosti produktu a zákazníků. Bezesporu nejzodpovědnějším a tím zřejmě nejsložitějším úkolem je na základě poznání trhu a jeho vývoje v budoucím období odhadnout prodeje produktu. Tento odhad je potom podkladem pro určení výrobních kapacit a následné určení a

87

dimenzování jednotlivých technologických míst.1 Výrobní kapacitou se rozumí maximální schopnost podniku (závodu, dílny, technologického místa) vyrábět a prodávat určité produkty za dané časové období (obvykle rok, den, hodina), a to při současném dodržení kvalitativních aspektů výrobního procesu. Výrobní kapacita je determinována jednak výkonem technologických míst, resp. výkonem technologie jako celku a jednak časovým fondem, který je k dispozici. Výkonem technologického místa se uvažuje maximální výrobnost za jednotku času, obvykle za 1 hodinu, při normované jakosti a přesném dodržení technologického postupu. Rozeznáváme dva výkony, a to teoretický (jmenovitý, štítkový) výkon a skutečný, který odráží konkrétní provozní podmínky nasazení technologického místa. Jak již bylo uvedeno, jednotlivé dílčí modely byly vytvářeny jako listy příslušných sešitů nesoucí názvy vytvořených modelů. Není náhodné, že první list Investičního modelu nese název Výkon TM. Výkon jednotlivých technologických míst je jedním z rozhodujících vstupů k určení výrobní kapacity. List poskytuje přehled technologických míst a jejich teoretických výkonů. Jsou rovněž uvedeny vstupní údaje pro následné ekonomické výpočty, vstupní cena a předpokládaná doba životnosti. Kromě uvedených údajů je u jednotlivých výrobních zařízení provedena kvantifikace investic podle toho, kdy byla investice realizována, jak můžeme vidět na obrázku 2.

Obrázek 2. Dílčí model časový fond 1 Technologické místo je nejmenší samostatná jednotka dlouhodobého hmotného majetku, samostatně plnící určitou technologickou funkci bez ohledu na počet dělníků potřebný k ovládání technologických míst. Dělí se na místa strojní, ruční a montážní. Technologického místo může být samostatný stroj nebo soustava strojů (agregát), pokud jako celek plní technologickou funkci. Technologické místo tedy zahrnuje vlastní stroj (agregát, resp. pracovní stůl, montážní stojan) vč. příslušenství, pracovního místa (míst), manipulačního místa a potřebných průchodů kolem stroje (prvků agregátu apod.). [Němec, 2002]

88


Protože výrobní kapacita je ovlivněna časovým fondem, resp. jeho využitím, budeme dále modelovat právě časový fond, což je také stejnojmenný název druhého dílčího modelu. Při určování konkrétní kapacity pracujeme se dvěma časovými fondy: 1) výrobní časový fond, který se týká výrobního zařízení a jehož velikost závisí na směnnosti; 2) pracovní časový fond, který se týká pracovníků, při jehož určování se uvažuje práce pouze v jedné směně. Podívejme se nejprve na výrobní časový fond. V roce 2007 činí nominální fond 251 den. Podle zavedené směnnosti v konkrétní provozních podmínkách se mění hodnota nominálního fondu FN, což je patrné i z obrázku 3.

Obrázek 3. Dílčí model časový fond

Vyjdeme-li z § 79 zákoníku práce bude hodnota FN u jednosměnného provozu činit 2008 hodin/rok a při dvousměnném provozu pak 3953 hodin/rok. Pokud bude probíhat i noční směna, potom bude k dispozici 5836 hodin/rok. Nominální časový fond je již blíže k reálným provozním podmínkám, avšak chceme-li věrně zobrazit provozní realitu, musíme uvažovat také prostoje, které jsou způsobené pracovními přestávkami a nezbytnými opravami a údržbou technologických zařízení. Vzniklé prostoje lze stanovit expertním odhadem a nebo měřením spotřeby času. Při časoměření se provádí tzv. chronometráž, kdy se sleduje průběh směny a zaznamenávají se jednotlivé časy směny:

89

•

ČAS SMĚNY o Čas normovatelný Čas práce • Čas jednotkové práce • Čas směnové práce Čas obecně nutných přestávek • Čas na oddech • Čas na přirozené potřeby • Jídelní přestávka Čas podmíněně nutných přestávek o Ztráty času Osobní ztráty Technicko-organizační ztráty • Ztráty víceprací • Ztráty čekáním Ztráty vyšší moci

Ať už jsou prostoje kvantifikovány jedním či druhým způsobem, odráží se v nich druh technologických míst, viz tabulka 5. [Němec, 2002] Tabulka 5. Expertní odhad provozních prostojů dle druhu TM

Druhy technologických míst Ruční technologické místo Strojní technologické místo Automatizované technologické místo

Expertní odhad provozních prostojů 4% 9% 13%

Odečteme-li od nominálního časového fondu zjištěné prostoje, dostáváme použitelný časový fond FP. Protože se nepředpokládá čerpání celozávodní dovolené, nebude Fp dále upřesňovat užitím koeficientu celozávodní dovolené kCZD, čímž bychom získali tzv. efektivní časový fond Fef. Protože práce může být vykonávána i ve dnech pracovního klidu nebo během přesčasu, provádíme proto korekci směnnosti. Korekce je dána poměrem dosažitelné směnnosti ke směnnosti normované: ksm/ksmN. Dále však pro zjednodušení budeme uvažovat hodnotu poměru rovnu jedné. Zaměřme se nyní na časový fond, který se týká pracovníků. Při určování pracovního časového fondu se vychází obdobně jako u výrobního fondu z nominálního časového fondu. Od nominálního časového fondu FN odečítáme čas na dovolenou na zotavenou, absenci z důvodu nemoci a mateřskou dovolenou. Velikost těchto časových ztrát závisí nejen na platné legislativní úpravě, především se jedná o Zákon č. 65/1965 Sb., zákoník práce, ve znění pozdějších předpisů, ale také na schopnosti odborářských funkcionářů vyjednat se zaměstnavatelem výhody pro zaměstnance. Například může z uzavřené kolektivní smlouvy vyplývat další týden dovolené nad základní výměru dovolené, která činí čtyři týdny. Odečteme-li od fondu FN výše uvedené ztráty, dostáváme použitelný časový fond dělníka FpD. Vyjdemeli ze základní čtyř týdenní dovolené a čtrnácti dnů absence pro nemoc, budou časové ztráty činit 12 % FN. Během pracovní směny mohou vzniknout další ztráty. Důvodem mohou být nedostatky v organizaci a další provozní příčiny. Tyto časové ztráty vyjádříme koeficientem korg. Není jednoduché odhadnout hodnotu koeficientu, je však nepochybné, že provozní management usiluje o to, aby hodnota byla co nejnižší. Buďme optimističtí a předpokládejme provozní ztráty ve výši dvou procent. Výpočet pracovního časového fondu zobrazuje následující obrázek 4.

90


Obrázek 4.Výpočet pracovního časového fondu

Teprve až známe jednotlivé časové fondy a celkový výkon použité technologie, je možné vyjádřit výrobní kapacitu. Lze očekávat, že na trhu použitelné výsledky práce dílčích týmů budou produkty jednoho druhu. Výrobní kapacitu Qp potom vyjádříme v naturálních jednotkách a to podle vztahu:

Q p = F p ⋅ V p [fyzické jednotky/období2]

(1)

kde: Fp – použitelný časový fond [hod./období] Vp- výkon [fyzické jednotky /hod.] Reálné provozní podmínky zpravidla neumožňují využít výkonové možnosti nasazených technologických zařízení. Skutečně vyrobený objem produkce je proto většinou na nižší úrovni. Dáme-li do poměru skutečně vyrobený Qs a maximální objem produkce Qp, dostaneme koeficient celkového (integrálního) využití výrobní kapacity, což vyjadřuje následující vztah.

kc =

2

Qs Qp

(2)

Základním časovým obdobím bývá obvykle rok. 91

Pro potřeby racionálního řízení provozu je cenné vědět, jaké jsou kapacitní rezervy jednotlivých technologických míst nebo celkového výrobního procesu. Kapacitní rezervu RK určíme jako rozdíl použitelné (teoretické) a skutečné výrobní kapacity .

R K = Q p − Qs [fyzické jednotky/období]

(3)

Protože výrobní proces není tvořen zpravidla pouze jedním výrobním zařízením (technologickým místem), nestačí se zabývat výrobní kapacitou samostatných zařízení, ale je nezbytné určit výrobní kapacitu vyšší výrobní jednotky (provoz, závod). Výrobní kapacita závisí na řazení výrobních míst. Buď jsou technologická místa řazena paralelně nebo sériově. Je-li paralelní řazení, potom je výrobní kapacita dána součtem dílčích výrobních kapacit. Jestliže je transformační proces řešen sériovým uspořádáním technologických zařízení, výrobní kapacita je dána kapacitou tzv. hlavního výrobního článku. Za hlavní výrobní článek se považuje takový provoz, ve kterém je soustředěna převažující část výrobních strojů a zařízení a ve kterém je vynaložen největší podíl celkové práce. [Synek, 2003] Při sériovém uspořádání technologických míst je rovněž zřejmé, že nejmenší výkon technologického místa je limitujícím faktorem celé technologie. Při volbě jednotlivých zařízení bychom proto měli dodržovat zásadu kapacitního sladění, což zajistíme tím, že následující zařízení bude o 10 – 15 % kapacitně silnější. V rámci Investičního modelu jsou počítány v sešitu Kapacita výrobní kapacity jednotlivých technologických míst, obrázek 5. Pro určení celkové kapacity bude potom nutné provést samostatný výpočet, který bude respektovat paralelní a sériové rozmístění jednotlivých zařízení. Domníváme se, že k určení celkové výrobní kapacity bude možné využít i teorie grafu. Jednotlivá technologická místa budou představovat uzly a dopravní spojení těchto míst budou potom hrany. Pro ilustraci uvádíme zobrazení sedmi technologických míst, obrázek 6.

Obrázek 5. Výpočet výrobní kapacity TM při dané směnnosti 92


TM2

TM6

TM4

TM1

TM5

TM3

TM7

Obrázek 6. Znázornění TM pomocí grafu

Pokud by výroba výsledných produktů probíhala technologií s touto topologií a pokud by byla technologie správně dimenzována, celková výrobní kapacita by byla dána součtem kapacit sériově řazených koncových technologických míst s označením 6 a 7. Výrobní proces je vlastní transformačním procesem, při kterém se mění vstupy ve výstupy. Zpravidla při transformacích dochází k určitým ztrátám a výrobní proces není výjimkou. Při plánování výrobní kapacity je nezbytné tyto ztráty uvažovat. Je-li provoz již funkční, můžeme jejich kvantifikaci opřít o statistiku. Není-li provoz funkční, statistika není k dispozici a tak nezbývá než využít kvalifikovaných odhadů. Odhad ztrát je důležitý zejména s ohledem na následnou distribuci a prodej hotových produktů. V době zpracování této zprávy nebylo řešitelskému týmu V006 známo technologické řešení, nelze proto výrobní kapacitu blíže specifikovat. To bude předmětem navazujících prací v nadcházejícím období. Je-li výrobní kapacita známá, a jsou-li jednotlivá výrobní zařízení určena, nezbývá než řešit prostorovou otázku. Jednak je nutné stanovit podlahovou plochu provozu, resp. organizace jako celku a následně pak stanovit požadovanou výměru pozemků a jejich konkretizaci. Při hledání optimálního prostorového řešení lze postupovat také opačným směrem. Daný podnik má ke své činnosti k dispozici vymezený prostor, který se rozkládá na konkrétních pozemcích. Prostorové uspořádání může, ale nemusí umožňovat další rozšíření výrobních prostor a tak konkrétní prostorové řešení musí vycházet z místních podmínek. Podlahová plocha se skládá z těchto dílčích ploch: [Dolanský, 2002] •

Podlahová plocha S o Provozní plocha Spr Výrobní plocha Sv • Výrobní plocha strojní Svs • Výrobní plocha ruční Svr • Výrobní plocha montážní Svm Pomocná plocha Sp • Pomocná plocha skladová Sps • Plocha dopravních cest Spc • Plocha pomocných oddělení Spo o Správní plocha Sspr o Sociální plocha Ssoc

93

Plocha, která je nezbytná k uskutečnění transformačního procesu, je určena součtem jednotlivých ploch, což vyjádříme následujícími vztahy:

S = S v + S p + S spr + S soc

[m2]

(4)

S = S vs + S vr + S vm + S ps + S pc + S po + S spr + S soc [m2]

(5)

Přehled podlahové plochy uvádí list Podlahová plocha organizace a následný list Pozemky potom dává soupis jednotlivých pozemků, na kterých se plocha nachází, obrázek 7. Pořízením vhodných pozemků obvykle nekončí přípravné práce. Pozemky je nutné zpravidla upravit pro stavební činnost. Stavební výstavba nebo rekonstrukce je prováděna v souladu s projektem, který si investor musí nechat zpracovat. Příprava projektu i jeho realizační fáze vyžaduje nejen materiální zázemí, ale také personální zajištění. Součásti tohoto zajištění je i odměňování projekčního týmu. Tyto i další investiční náklady se uvádějí v posledním listu sešitu Investiční model nesoucí název Ostatní, obrázek 8.

Obrázek 7. Přehled pozemků

94


Obrázek 8. Přehled ostatních investičních položek

Relevantní výstupy uvedených dílčích modelů jsou propojeny se Simulačním modelem a jsou jeho vstupem v listu nesoucí název Investiční model. Kvantifikace investic je jedním z mnoha kroků, jimiž provádíme ekonomické hodnocení investičních záměrů. Postupujme proto dále v souladu s logikou tvorby ekonomického modelu a zabývejme se Nákladovým modelem. Obdobně jako Investiční model je Nákladový model sešitem tabulkového kalkulátoru a dílčí modely jsou pak jeho listy. Protože při tvorbě dílčích modelů vycházíme také z kapitol Technickoekonomické studie, bude první dílčí model popisovat problematiku materiálu. List Materiál uvádí soupis materiálových položek, které budou použity ve výrobním procesu. Soupis také uvádí přehled spotřeby ve fyzických jednotkách. Pomocí jednotkových cen jsou počítány materiálové náklady. Protože provádíme ekonomické hodnocení investičního záměru, udávaná spotřeba materiálu není spotřebou skutečnou nýbrž plánovanou. Plánovaná spotřeba vychází z technickohospodářských norem spotřeby materiálu, které je nezbytné pro výrobní proces stanovit. Jedná se o teoretickou spotřebu, kterou bude nezbytné dále s průběhem vlastní produkce upřesňovat. Předpokládána výše spotřeby materiálových položek ovlivňuje nejen výši nákladů, ale je rovněž důležitá pro hledání optimálního logistického zabezpečení výrobního procesu. Struktura a objem skladovaných položek ovlivňuje velikost skladovacích prostor, které bude nezbytné vytvořit. Pokud skladovací prostory jsou dané prostorovými dispozicemi provozu, potom jejich kapacita ovlivňuje objem dodávek a četnost dodávkových cyklů. Struktura a objem položek držených skladem také působí na výši peněžních prostředků, které jsou umrtveny a dočasně vyjmuty z oběhu kapitálu. Proto je stanovení optimální výše skladovaných položek důležitou oblastí, jenž nemůže být managamentem opomíjena. Podívejme se nyní na následující obrázek 9. Obrázek zobrazuje první list Nákladového modelu.

95

Obrázek 9. Materiálový model

Protože nelze předpokládat, že spotřeba materiálu bude po celou dobu životnosti technologie stejná, materiálový model byl připraven pro desetiletý časový horizont. Výše spotřeby jednotlivých materiálových položek nelze v tuto chvíli odhadovat. Jakmile budou známá jednotlivá technologická řešení, teprve potom bude možné blíže materiálový model specifikovat. Obdobná situace je i s odhadem spotřeby energií. Při zpracování této zprávy nejsou totiž známy parametry technologických míst. Spotřebu elektrické energie a energetický model lze proto připravit pouze v obecné rovině. Při vyjádření spotřeby elektrické energie vycházíme ze vztahu:

N el = c kWh

∑ (P n

i =1

inst

⋅ β ⋅ Fef

)

+a

[Kč/období]

(6)

i

kde: ckWh – cena jedné kilowatthodiny [Kč/kWh]; Pinst – instalovaný příkon i-tého spotřebiče, i =1, 2 …, n [kW]; β - součinitel náročnosti pro daný druh spotřebiče (elektromotory (0,7), vnitřní osvětlení (0,8), vnější osvětlení (1,0); Fef – efektivní časový fond [h/období]; a – stálé platby [Kč].

96


Při výpočtech budeme pracovat s cenami elektrárenské společnosti ČEZ, a. s. a jejího ceníku produktů pro podnikatele. Cena elektřiny je tvořena těmito položkami: • regulované platby za dopravu elektřiny o distribuce měsíční plat za příkon podle jmenovité proudové hodnoty hlavního jističe před elektroměrem cena za 1MWh o ostatní služby cena systémových služeb cena na podporu výkupu elektřiny cena za činnost zúčtování OTE • silová elektřina o obchod o pevná cena za měsíc o cena za 1 MWh Nahlídneme-li do ceníku, zjistíme, že cenu jedné kilowatthodiny nenajdeme, ale budeme si ji muset vypočítat pomocí uvedených vztahů. Při výpočtu uvažujeme tzv. vysoký tarif. a = 12 x (příslušný sloupec 1 až 14 + sloupec 20 ceníku ČEZ) [Kč]

(7)

ckWh = (sloupce 15 + 17 + 18 + 19 + 21 ceníku ČEZ)/1000 [Kč/kWh]

(8)

V tabulce č. 1 uvádíme pro ilustraci výpočet ceny, kterou zaplatí odběratel při produktu standard a při distribuční sazbě C02, což je sazba uplatňovaná při střední spotřebě. Předpokládejme dále, že jmenovitá hodnota hlavního jističe bude nad 3 x 80 A do 3 x 100 A včetně. Tabulka 6. Výpočet roční platby za elektřinu (bez DPH)

Jak je strukturně řešen dílčí model popisující spotřebu elektrické energii, je patrné z následujícího obrázku.

97

Obrázek 10. Model spotřeby elektrické energie

Modelováním spotřeby elektrické energie nejsou práce na Nákladovém modelu zakončeny. Zbývá modelovat osobní náklady, odpisy a ostatní nákladové položky. Jejich modelováním se budeme zabývat ve třetím čtvrtletí.

98


ad c) Úprava důlních vod V předchozích čtvrtletích byla popsána problematika čištění důlních vod na úpravnách důlních vod velkolomu ČSA a lomu Vršany. Na lokalitě Vršany probíhá pouze odvápnění surové vody, na velkolomu ČSA je úprava vody dokonalejší, neboť je navíc z vody odstraňováno železo a mangan. Nicméně v obou případech voda obsahuje vysoký obsah síranů, což brání komerčnímu využití upravených důlních vod např. pro chov ryb, provozování koupališť apod. a zároveň obsahuje nebezpečí striktního vyžadování dodržení kvality vod vypouštěných do vodoteče v podobě zrušení platnosti dočasných výjimek. Řešením je realizace desulfatačního uzlu, pomocí něhož lze obsah síranů ve vodě dostat do souladu s normou. Znamená to použití nemalých investičních prostředků a zvýšení provozních nákladů, je tedy na místě alespoň hrubý ekonomický propočet, jaký bude mít dopad tento desulfatační uzel na nákladovost procesu úpravy důlních vod. Přesnější propočet musí vycházet z konkrétního projektu pro danou úpravnu důlních vod, který doposud není k dispozici. Pro první přiblížení lze použít podobné situace při odstraňování síranů a rozpuštěných látek z důlních vod lokality Kateřina-Radvanice ve východních Čechách. Stávající čistírna důlních vod Kateřina byla realizována ve dvou etapách. První obsahovala technologii srážení kovů (železo, mangan atd.), druhá etapa pak technologii desulfatace. Jejím cílem bylo snížení nadlimitních obsahů síranů a obsahu rozpustných látek se současným snížením obsahu dalších iontů (např. Ca2+, Mg2+,Cd2+, Pb2+). Byla navržena technologie chemického srážení síranů s následnou separací první fáze a s konečnou neutralizací vyčištěné vody pomocí oxidu uhličitého. Technologický postup vycházel z návrhu kolektivu prof. ing. Jiřího Vidláře, CSc. který je autorsky chráněn, zajišťujícího současně kvantitativní vysrážení iontů železa, manganu a dalších výše uvedených kovů. Obsah rozpustných látek se sníží v důsledku zařazení konečné fáze neutralizace vyčištěných důlních vod pomocí oxidu uhličitého. Struktura technologické linky a průběh čištění byl následující: surová důlní voda je čerpána potrubím do upravené reakční nádrže opatřené vrtulovým míchadlem. Do této nádrže je dávkován roztok vápenného mléka. Z reakční nádrže odtéká voda do separátoru kalu. Obdobná reakční nádrž s přiřazeným separátorem kalu slouží k doalkalizaci zpětného proudu vyčištěné vody a odsazené kalové vody ze zahušťovacích nádrží. Odsazená navápněná voda z obou proudů prochází mechanickým rychlomísičem, do kterého je dávkován hlinitan sodný, na odtoku z nádrže rychlomísení je dávkován organický polyflokulant. Takto připravená voda s reakčními činidly je přivedena do vločkovacích nádrží. Vzniklá suspenze je zachycována na dvoustupňové separaci (lamelové usazováky a filtry s plovoucí náplní) nutné pro dodržení výsledné koncentrace nerozpustných látek na odtoku. Součástí linky pro sycení oxidem uhličitým je separace vyloučeného kalu. Jako pojistka jsou na boční větvi potrubí před akumulační nádrže vyčištěné vody zařazena mikrosíta. Akumulační nádrže jsou dvě, každá s objemem 500 m3. Z akumulačních nádrží odtéká vyčištěná voda do řeky. Kalové hospodářství je řešeno jako dvoustupňové – sedimentace v radiálních usazovácích nádržích a následná filtrace. V zásadě se tedy jedná o chemickou čistírnu důlních vod s chemickým srážením, pomocný provoz tvoří kalové hospodářství. Chod čistírny je v maximální míře automatizován pomocí řídícího systému čistíren odpadních vod, s ohledem na provoz kalového hospodářství je nutno uvažovat s přítomností obsluhy v každé směně. Desulfatační uzel představuje určitý technologický prvek navíc, který lze zařadit do stávající technologie úpravny důlních vod. Z ekonomického hlediska tedy stačí určit zvýšené náklady spojené s desulfatačním uzlem a ty přičíst ke stávajícím jednicovým nákladům, čímž s určitým zjednodušením získáme jednicové náklady úplného cyklu úpravy důlní vody s výstupem vody pro komerční účely. Pro ekonomický výpočet vyjdeme z následujících předpokladů: doplnění současné technologie úpravy důlních vod se bude skládat ze stavební a strojní části.

99

Stavební část: - stavební úpravy v hale čistírny důlních vod: úpravy podlah, odstranění starých základových patek, zhotovení nových základových patek, zakrytí kanálů atd.; - základy usazovacích nádrží a filtrů: jde o monolitickou základovou desku s ocelovou výztuží, tloušťka desky 900 mm dosahující úrovně upraveného okolního terénu, do níž jsou ukotveny nádrže; - základy zahušťovacích nádrží v rámci kalového hospodářství: stejné jako u usazovacích nádrží; - akumulační nádrže: betonové nádrže se základovou deskou tloušťky 500 mm a průměrem 12,5 m vyztuženou ocelovou sítí; - základy odpařovací stanice a zásobníku oxidu uhličitého: jde o jednoduchou betonovou desku s horní plochou na úrovni terénu, do níž je ukotven zásobník a buňka s ovládacími prvky odpařovacího zařízení; - základy zásobních nádrží hlinitanu sodného: jde o betonovou desku o rozměrech 14 x 3 m s tloušťkou 500 mm pro ukotvení dvouplášťových nádrží s hlinitanem; - patky sloupů nadzemního potrubí: jedná se o 16 kusů jednoduchých betonových bloků o půdorysu 800 x 1000 mm vyztužených ocelovou sítí; - spojovací potrubí a vnitřní kanalizace: potrubí je umístěno do hloubeného výkopu se svislými paženými stěnami v různé hloubce pod terénem. Součástí je i sběrná jímka o obsahu zhruba 10 m3 pro zachycení všech odpadních vod vznikajících při provozu čistírny důlních vod; - zpevněné plochy a komunikace: provedení ze silničních panelů, kolem akumulačních nádrží betonový chodník o šířce 1,5 m. Strojní část: - úprava a doplnění linky chemického srážení: nově se pořídí alkalizační reaktor a lamelový separátor kalu, nádrž rychlého mísení o průměru 1,5 m a výšce 1,7 m, tři vertikální vločkovací nádrže s pádlovými vertikálními míchadly o průměru nádrže 3,1 m a výšce 5,0 m; - usazovací nádrže a filtrace vody: lamelové usazovací nádrže 2 x 165 m2, filtry s plovoucí náplní, čerpání zachyceného kalu, potrubní rozvody a armatury; - stanice sycení vody oxidem uhličitým: tlakový zásobník tekutého oxidu uhličitého o objemu 10 m3, odpařovací stanice o výkonu do 35 kg/ hod., sytiče vody, mechanická filtrace vysrážených nečistot; - zahušťovací nádrže kalového hospodářství: zahušťovací nádrž objemu 22 m3, 2 zahušťovače kalu o objemu 40 m3, přepouštění zahuštěného kalu do sběrné jímky, potrubí a armatury, tepelné izolace; - potrubní rozvody: potrubí svařovaná, ukotvená na podpěrné sloupy, potrubí kalové vody z gumových hadic, rozvody chemikálií z plastu. - elektromotorická instalace: napájení a ovládání spotřebičů technologické linky, vybavení elektrorozvaděčů a kabelové rozvody. Dále lze předpokládat: 126 m3/hod.

=

1 103 760 m3/rok

spotřeba chemikálií: hydroxid vápenatý: hlinitan sodný: flokulant Praestol 2530: tekutý oxid uhličitý:

4 400 t/rok 2 200 m3/rok 4 960 kg/rok 131 t/rok

= = = =

4,0 kg/m3 2,0 l/m3 4,5 g/m3 0,12 kg/m3

zásoby chemikálií: hydroxid vápenatý: hlinitan sodný: flokulant Praestol 2530: tekutý oxid uhličitý:

169 t/2 týdny 84,6 m3/2 týdny 190,8 kg/2 týdny 5 t/2 týdny

kapacita úpravny:

nárůst spotřeby elektrické energie: spotřeba pitné vody:

100

157 MW hod./rok 1 200 m3/rok


Seznam hlavních strojů a zařízení č. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

zařízení nádrž rychlého míchání 3 m3 reakční nádrž 40 m3 lamelový zahušťovač 164 m3 zásobník CO2, 10 m3 sycení DV zahušťovač 40 m3 zásobník kalu 22 m3, míchadlo tlakový filtr 120 m2 čerpací technika dávkovací čerpadla příprava flokulantu skladování hlinitanu skladování Ca (OH)2 (příp.CaO) povrchová ochrana potrubí, armatury elektro silnoproud CELKEM

ks 1 3 2 1 1 2 1 2 10 5 komplet 1 komplet

stavební investice: strojní investice: obsluha desulfatace:

tis. Kč/ks 125 407 1570 700 500 660 290 3250 165 55 285 150 4800 920

5 mil. Kč 25 mil. Kč

poznámka plast, míchadlo ocel, míchadlo hrubý odhad, ocel Ferox Děčín ocel plast (ocel) různé typy, průměr 7 kW

včetně přípravy suspenze pogumy,spec.nátěry apod

doba odepisování 30 let doba odepisování 10 let

1 osoba/směna

produkce kalu: poplatek za odstranění kalu:

9930 t/rok 600 Kč/t

ceny chemikálií: hydroxid vápenatý: hlinitan sodný: flokulant Praestol 2530: tekutý oxid uhličitý:

2,4 Kč/kg 9 Kč/l 90 Kč/kg 3,5 Kč/kg

ceny energií: elektrická energie: voda (vodné):

tis. Kč celkem 125 1221 3140 700 500 1320 290 6500 1650 275 285 150 4800 920 2100 1100 25 076

2000 Kč/MW h 17 Kč/m3

Z těchto výchozích údajů lze odhadnout navýšení ročních nákladů úpravny důlních vod v důsledku zařazení desulfatačního uzlu [mil.Kč]: materiál:

hydroxid vápenatý hlinitan sodný flokulant Praestol 2530 tekutý oxid uhličitý materiál celkem

energie:

elektrická energie voda energie celkem

SPOTŘEBOVANÉ NÁKUPY CELKEM

10,56 19,80 0,45 0,46 31,27 0,31 0,02 0,33 31,60

101

služby: SLUŽBY CELKEM

likvidace kalu

5,96

odpisy:

dlouhodobý hmotný majetek stavební dlouhodobý hmotný majetek strojní odpisy

5,96 0,17 2,50 2,67

ODPISY CELKEM

2,67

osobní náklady:

mzdové náklady sociální a zdravotní pojištění osobní náklady OSOBNÍ NÁKLADY CELKEM

0,72 0,27 0,99

vázanost zásob:

0,41 0,76 0,02 0,02 1,21 0,14

hydroxid vápenatý hlinitan sodný flokulant Praestol 2530 tekutý oxid uhličitý vázanost zásob celkem náklady při krytí úvěrem za 12 % FINANČNÍ NÁKLADY CELKEM

0,99

0,14

ZVÝŠENÍ NÁKLADŮ CELKEM z toho fixní náklady (odpisy, osobní náklady) variabilní náklady

41,36 3,66 37,70

vícenáklady 1 m3

37,47 Kč/m3

Podle odborných odhadů však kapacita této úpravy může dosáhnout až 200 m3/hod., což by změnilo jednicové náklady vlivem rozložení fixních nákladů na větší množství upravené vody. Simulačně lze tento vývoj zachytit následovně: hodinová kapacita [m3/hod] 126 140 160 180 200

roční kapacita [mil.m3/rok] 1,10376 1,22640 1,40160 1,57680 1,75200

jednicové náklady [Kč/m3] 37,47 37,15 36,77 36,48 36,25

Je zřejmé, že i když jde o orientační výpočet, určité závěry umožňuje. Na druhé straně, přesný výpočet se může odvíjet pouze od precizních technických a technologických podkladů.

102


Reference DOLANSKÝ, Václav; MĚKOTA, Vladimír; NĚMEC, Vladimír. Projektový management. 1 vydání. Praha : Grada Publishing, 1996. s. 376. ISBN 80-7169-287-9. HUDEČEK,V. Využití vybraných velkoobjemových odpadů při proplavování závalových prostor stěnových porubů černouhelných dolů. Habilitační práce, VŠB-TUO, 1999. NĚMEC, Vladimír. Projektový management. 1 vydání. Praha : Grada Publishing, 2002. s. 182. ISBN 80247-0392-0. PETŘIVALSKÝ, L.; KAZDA, O. SVH 07 – Čistírna důlních vod : doplnění technologické linky. Ostrava : KONEKO spol. s r.o., červen 1998. SYNEK, Miroslav a kol. Manažerská ekonomika. 3. přepracované vydání. Praha : Grada Publishing, 2003. 466 s. ISBN 80-247-0515-X . TOMEK, Gustav; VÁVROVÁ, Věra. Řízení výroby. 2. rozšířené a doplněné vydání. Praha : Grada Publishing, 2003. 408 s. ISBN 80-7169-955-1. VIDLÁŘ, J. et. al. Návrh technologického odstraňování síranů a rozpuštěných látek z důlních vod lokality Kateřina-Radvanice (VUD). HS. č. 580427, VŠB-TUO, červen 1998. MPO ČR. Vzorový technický a sociální projekt likvidace – zajištění lomu. Vypracoval:VVUÚ a.s. Ostrava-Radvanice, prosinec 1999. MPO ČR. Vzorový technický a sociální projekt likvidace – zajištění dolu. Vypracoval: VVUÚ a.s. Ostrava-Radvanice, prosinec 1999. Podkladové materiály spojené s likvidací Dolu Jan Šverma v Žacléři. Gemec-Union a.s. Podkladové materiály firmy Aquatest a.s. Liberec. http://www.strukturalni-fondy.cz/uploads/old/1099663837studieproveditelnostimetodika interreg_verze_1.1.pdf http://eko.fsv.cvut.cz/~tomankov/download/3-ZprZS.doc www.cez.cz Zákon č. 65/1965 Sb., zákoník práce, ve znění pozdějších předpisů.

103

104

DÍLČÍ CÍL V 006 – DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACI V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ

V 006 – Dosáhnout výsledků umožňujících aplikaci v praxi s ohledem na ekonomické parametry navrhovaných výstupů Dílčí zpráva – II. čtvrtletí Miroslav SVOBODA (garant okruhu V 006)

Michaela SUCHARDOVÁ (řešitel okruhu V 006)

Martin NEJEDLÍK, Martina FRÜHBAUEROVÁ, Stanislava DIMITROVOVÁ, Marcela KLIMEŠOVÁ, Iva VAISOVÁ (spoluřešitelský tým)

Úvod Výstup roku 2007 (1. 1. – 31. 12.) prováděný ve čtyřech etapách zahrnuje dle metodiky CVVP následující body: 1. Možnosti využití umělého kameniva na bázi VEP v podmínkách ČR a) A0734 – Analýza stavu výroby a využití umělých kameniv v EU a dalších zemích (aktualizace, doplnění) – 1.1.2007 až 31.12.2007 b) A0735 – Modelové ekonomické hodnocení výroby umělého kameniva za studena v návaznosti na výsledky dílčího cíle V003 – 1.1.2007 až 31.12.2007 c) A0736 – Marketingové hodnocení výroby umělého kameniva za studena v návaznosti na výsledky dílčího cíle V003 – 1.1.2007 až 31.12.2007 2. Možnosti využití energosádrovce v podmínkách ČR a) A0737 – Zjištění současného stavu využití sádrovců a energosádrovců na trhu ČR a výhledu do r. 2010 – 1.1.2007 až 31.12.2007 b) A0738 – Analýza stavu využití energosádrovců v zahraničí (aktualizace, doplnění) – 1.1.2007 až 31.12.2007 3. A0739 – Zpracování legislativního přehledu pro využití VEP ve výrobě stavebních hmot a v dalších příbuzných oborech (aktualizace, doplnění) – 1.1.2007 až 31.12.2007

105

1. MOŽNOSTI VYUŽITÍ UMĚLÉHO KAMENIVA NA BÁZI VEP V PODMÍNKÁCH ČR 1.a) A0734 – Analýza stavu výroby a využití umělých kameniv v EU a dalších zemích (aktualizace, doplnění) – 1.1.2007 až 31.12.2007 V uplynulém čtvrtletí byla sledována produkce umělého kameniva v 21 evropských zemích sdružených v UEPG (Union Européenne des Producteurs de Granulats, European Aggregates Association). Stále častěji zaznívají argumenty, že použitím umělých kameniv i recyklátů (tj. cihelné nebo betonové drtě z demolic) jsou podporovány současné environmentální i ekonomické trendy související se stavebnictvím a výrobou stavebních hmot, tzn.: 1. Šetrné využívání neobnovitelných přírodních zdrojů. 2. Snižování hmotnosti stavebních objektů. 3. Zvyšování trvanlivosti stavebních materiálů a životnosti staveb. 4. Minimalizace dopravních vzdáleností mezi staveništěm a místem vzniku stavebních surovin a materiálů. 5. Minimalizace vlivu na ekosystémy – tj. omezení znečištění vody, ovzduší a půdy, snižování hluku apod. 6. Redukce přebytků stavebních hmot na staveništích. 7. Redukce stavebních odpadů a maximální podpora jejich recyklace. Celková produkce kameniva v zemích UEPG činila v loňském roce 3 069,4 mil. tun; z toho umělé kamenivo 58,6 mil. tun, tedy necelá 2% z celkové produkce kameniva používaného ve stavebnictví. Byl však zaznamenán narůstající trend využití recyklátů 179,2 mil. t (tj. téměř 6 % z celkové produkce kameniva) Podíl jednotlivých druhů kameniv udává následující graf.

přírodní kamenivo písek a štěrk

46,90%

přírodní kamenivo drcený kámen recykláty

1,91%

umělé kamenivo

5,84% 45,36%

Graf 1: Druhy kameniv využívaných v evropských státech včetně ČR

Více než polovina produkce umělého kameniva z evropských zemí je soustředěna v Německu (30,0 mil. tun), V úsilí o využití odpadů z energetiky jsou nejdále země Beneluxu, z toho v Nizozemsku se využívá nebo vyváží plných 100 % energetických odpadů a na umělé kamenivo je využito téměř 20 % produkce popílku (viz tabulka 1).

106


Tabulka 1: Struktura kameniv využívaných v Evropě Produkce (v mil. t)

Písek a štěrk

Drcený kámen

Recykláty

Umělá kameniva

Celkem

Belgie

13,9

38,0

12,0

1,2

65,1

Česká republika

25,5

38,0

3,4

0,3

67,2

Dánsko

58,0

0,3

Finsko

53,0

45,0

0,5

Francie

170,0

223,0

10,0

7,0

410,0

Irsko

54,0

79,0

1,0

0,0

134,0

Itálie

225,0

145,0

4,5

3,0

377,5

Německo

263,0

174,0

46,0

30,0

513,0

Nizozemí

24,0

4,0

20,2

48,2

Norsko

15,0

38,0

0,2

53,2

Polsko

104,3

37,7

7,2

Portugalsko

6,3

82,0

Rakousko

66,0

32,0

3,5

3,0

104,5

Slovensko

8,9

16,9

0,2

0,3

26,3

Španělsko

159,0

300,0

1,3

0,0

460,3

Švédsko

23,0

49,0

7,9

0,2

80,1

Švýcarsko

46,5

5,3

5,3

Velká Británie

124,0

85,0

56,0

12,0

277,0

1 439,4

1 392,2

179,2

58,6

3 069,4

Stát

Celkem

58,3 98,5

1,6

150,8 88,3

57,1

Zdroj: UEPG Annual Report 2006

1.b) A0735 – Modelové ekonomické hodnocení výroby umělého kameniva za studena v návaznosti na výsledky dílčího cíle V003 – 1.1.2007 až 31.12.2007 Výrobní plán V 2. čtvrtletí pokračovaly práce na sestavení výrobního plánu, který obsahuje informace nezbytné pro zpracování ekonomického modelu. VÝROBNÍ KAPACITA LINKY V současné době je na základě strojně-technologických návrhů sledováno, při jaké kapacitě dochází k podstatným změnám ve strojně-technologickém vybavení linky a tedy i výši investic. Následně budou stanoveny čtyři základní varianty ekonomického modelu.

107

STANOVENÍ INVESTIC V současné době je na základě soupisu uvedeného ve zprávě za I. čtvrtletí rozpracován investiční rozpočet pro jednotlivé varianty. STANOVENÍ PROVOZNÍCH NÁKLADŮ Rozpočet provozních nákladů vychází ze současných běžných cen na trhu ČR: Suroviny a materiál

cena za jednotku

−

Vápno

1800,- Kč/t

−

Cement (CEM 32,5 II R/B – S)

2000,- Kč/t

−

Chlorid vápenatý bezvodý

64,- Kč/kg

−

Voda

26,66 Kč/m3

Poznámky: 1.

Plánovaná potřeba surovin se odvíjí ze zvolené receptury. Volbu receptury ovlivňují nejen faktory technologické a ekologické, ale významnou měrou také faktory ekonomické (Viz kapitola „Hodnocení nákladovosti navržených receptur“) ⇒ zpětná vazba pro V003.

2.

Výčet bude v následujícím období doplněn o další suroviny a materiál – dle výsledků receptur ověřovaných ve V003.

Paliva a energie −

−

PHM: Nafta Benzin Energie: elektrická energie plyn

Pracovníci −

∅ hrubá roční mzda na osobu

−

sociální a zdravotní pojištění (hrazené zaměstnavatelem)

cena za jednotku 28,- Kč/l 30,- Kč/l 2,50 Kč/kWh 10,- Kč/m3 cena za jednotku 200 000,- Kč 35 %

Ostatní náklady a spotřeba jednotlivých položek jsou vázány k dané kapacitě výroby a budou stanoveny a vyčísleny společně s potřebou investic. HODNOCENÍ NÁKLADOVOSTI NAVRŽENÝCH RECEPTUR Na základě výsledků řešení ve V003 byla v této etapě provedena kalkulace nákladů na suroviny pro první skupinu šesti receptur ve vztahu k dosaženým vlastnostem (viz č. receptury ve V003). Náklady na běžně používané stavební suroviny vychází ze současných tržních cen. Náklady uvedené u jednotlivých typů VEP jsou průměrem cen uváděných jednotlivými producenty – vzhledem k variabilitě těchto cen jsou chápány spíše jako orientační položka.

108


Tabulka 2: Náklady na suroviny pro 1 tunu směsi poř. č. / č. receptury dle V003 Složky receptury Vysokoteplotní popílek Fluidní popílek – filtr Fluidní popílek – lože mleté Cement CEM 32,5 II R/B - S Vápno Voda Chlorid vápenatý (2% roztok) Celkem

1 / 15

2 / 15a

3 / 15b

4 / 15c

5 / 15d

6 / 22

[Kč/množství v 1 t směsi] 26,79 0 9,52 79,36 0 5,50 0 121,17

26,79 0 9,52 79,36 0 0 269,63 385,30

25,2,38 9,52 0 71,43 5,50 0 113,83

23,21 2,38 9,52 0 142,86 5,50 0 183,47

26,79 2,38 9,52 0 0 5,50 0 44,19

0 45,24 0 79,36 0 5,50 0 130,10

Nejvýznamnější složkou ovlivňující surovinové náklady jsou pojiva, která mohou navýšit surovinové náklady až několikanásobně. V rámci volby surovin je tedy třeba zaměřit se na maximální úsporu pojiv. Současně je třeba si uvědomit, že s každou další použitou složkou přibývají náklady provozní (doprava, pracnost apod.) i investiční (dodatečná sila, dopravníky apod.). Proto je vždy nutné zvážit, zda každá nově přidaná složka přidá výslednému produktu kvalitativní parametry adekvátní vynaloženým nákladům. Příkladem pro toto hodnocení je následující graf, který zobrazuje vztah nákladů na suroviny k dosaženým pevnostem ve válci. 500

2,5 2,3 2,2 1,98

2 1,81

385,30

1,7

1,75

1,67 1,52

300

1,5 1,3 1,18

250

1,15

1,25

1

183,48

200

113,83

100

0,75

130,10

150

121,18

50

0,5

0,25

44,19

Surovinové náklady [Kč / 1 t směsi]

400

350

2,25

Pevnost ve válci [MPa]

450

0 1 / 15

2 / 15a

3 / 15b

4 / 15c

5 / 15d

0 6 / 22

Pořadové číslo / číslo receptury dle V003

Pevnost ve válci [Mpa] fr. 4-8

Pevnost ve válci [Mpa] fr. 8-16

Surovinové náklady [Kč/1 t směsi]

Graf 2: Vztah nákladů na suroviny k dosaženým pevnostem ve válci

109

Dosažené surovinové náklady se pohybují v rozmezí cca 110,- až 130,- Kč/t (bez extrémních hodnot). V případě receptury č. 2 (označená červeným rámečkem) dosáhly náklady na suroviny trojnásobné výše (385,30 Kč/t) v důsledku přídavku 2% roztoku chloridu vápenatého. U této receptury byly současně dosaženy nejvyšší pevnosti ve válci. Také u receptury č. 4 (modrý rámeček) znamenalo dvojnásobné množství pojiva – vápna (10% hmotn. – u ostatních receptur činil obsah pojiv 5% hmotn.) značný nárůst surovinových nákladů (183,50 Kč/t). Zvýšený obsah vápna nepotvrdil předpoklad zvýšení pevností. Po ekonomické stránce by mohla být příznivá receptura č. 5 (zelený rámeček). V jejím případě nebyla použita klasická pojiva, což výrazně snížilo náklady na suroviny. Současně je ekonomicky příznivý nižší počet použitých složek. Nevýhodou této receptury jsou však nízké pevnostní charakteristiky. V případě receptury č. 6 nebyly k dispozici výsledky pevností ve válci (uveřejníme v dalším čtvrtletí). U této receptury je ekonomicky příznivý nižší počet použitých složek. Finanční plán STANOVENÍ ZÁKLADNÍCH EKONOMICKÝCH PARAMETRŮ Ekonomický model je nastaven tak, aby splňoval tyto základní parametry: −

Průměrná roční inflace

3%

−

Doba návratnosti

5 let (výchozí hodnota, dle výsledků může být prodloužena, či krácena – čím kratší, tím lépe)

−

Čistá současná hodnota

>0

(aby předpokládané příjmy pokryly úhradu vložených prostředků)

−

Anuita

>0

(∅ předpokládaný roční zisk)

−

Vnitřní výnosové procento

> kalkulovaná úroková míra (% nejvyššího možného úrokového zatížení.)

−

Index ziskovosti

>1

−

Poměr vlastních a cizích zdrojů >1

(podíl současné hodnoty budoucích příjmů a vynaložených výdajů) (viz další podkapitola)

URČENÍ ZDROJŮ FINANCOVÁNÍ Zdroje financování investice je třeba optimalizovat z hlediska vlastnictví, tzn. určit správný poměr vlastních a cizích zdrojů. Při tom je třeba zvážit riziko dané mírou zadlužení a současně náklady na pořízení zdrojů. Vlastní kapitál nese nejvyšší riziko při podnikání a doba jeho splatnosti je neomezená. Za poskytnutí vlastního kapitálu (vklady společníků, akcie) je proto požadován vyšší výnos než za poskytnutí cizího kapitálu, tzn. že to je nejnákladnější zdroj financování jehož cena (dividenda, podíl společníků na zisku) navíc není daňově uznatelným nákladem. Cena cizího kapitálu (úrok) je obvykle nižší než cena vlastního kapitálu. Doba splatnosti je smluvně stanovena.U cizího kapitálu působí tzv. daňový štít – úrok je nákladem, tzn. snižuje daňový základ (za předpokladu, že podnik vytváří zisk – pouze tehdy je využití cizího kapitálu finančně výhodné.) Obecná doporučení pro dosažení finanční rovnováhy a stability – tzv. zlatá pravidla financování: − Zlaté poměrové pravidlo: Tempo růstu investic by v zájmu udržení dlouhodobé finanční rovnováhy nemělo ani v krátkodobém časovém horizontu předstihnout tempo růstu tržeb. − Zlaté bilanční pravidlo financování: Doba životnosti majetku musí odpovídat době splatnosti zdrojů, ze kterých byl pořízen. − Zlaté pravidlo vyrovnání rizika: Vlastní zdroje by měly převyšovat cizí zdroje. V krajním případě by poměr vlastního a cizího kapitálu měl být roven jedné.

110


Způsoby financování z cizích zdrojů: 1. Úvěr – úvěry na investice nabízí v ČR většina komerčních bank právnickým i fyzickým osobámtuzemcům podnikajícím na území ČR Jedná se krátkodobý, střednědobý či dlouhodobý úvěr na pořízení hmotného, případně nehmotného investičního majetku (staveb včetně projektů, strojů a zařízení nebo jejich souborů apod.), a to až do výše smluvní ceny. Čerpání úvěru je omezeno skutečně vynaloženými náklady na pořízení investičního majetku jednorázově nebo postupně, a to k přímým platbám na účet dodavatele nebo prodávajícího na základě předložených dokladů (faktur, kupních smluv apod.). Na běžný účet klienta se peníze převádějí jen ve výjimečných a odůvodněných případech. Účelovost plateb ověřuje banka dodatečně. Úvěr na investice se poskytuje v korunách nebo cizí měně, případně v několika měnách zároveň. Spolu s žádostí o úvěr je třeba předložit aktuální dokumenty opravňující k podnikání, finanční výkazy, popř. další doklady k vyhodnocení rizika nebo doklady k zajištění úvěru podle charakteru zajišťovacího prostředku (například u zástavního práva k nemovitosti je to výpis z listu vlastnictví ne starší než 5 dnů, nabývací titul, pojistná smlouva apod.). Podmínkou financování je provedení a kladné vyhodnocení finanční a právní analýzy, získání souhlasu příslušných orgánů zvolené banky a podepsání odpovídající úvěrové a zajišťovací dokumentace. Podmínky konkrétního úvěrového obchodu, zejména úroková sazba (pevná, pohyblivá), úrokové období, způsob a podmínky čerpání, způsob a termíny splácení úvěru, termíny placení úroků, zajištění a další podmínky se sjednávají individuálně. Úroky jsou hrazeny měsíčně nebo čtvrtletně – v termínech dohodnutých ve smlouvě o úvěru. Metoda úročení se rovněž sjednává smlouvou. 2. Leasing – některé finanční skupiny nabízí financování formou úhrady investice a následnými leasingovými splátkami. Nabízí tak: −

dlouhodobé financování s dobou trvání od 8 do 20 let

−

cenovou i daňovou optimalizaci

−

až 100 % pokrytí pořizovacích nákladů, včetně profinancování movitého majetku

−

poradenství, případně organizace a řízení činností týkajících se výběru a nákupu pozemku, zadávání projektu, volbě dodavatele stavby, stavebního dozoru, příprava veškeré smluvní dokumentace atd.

−

řešení pojistných rizik a další služby

Podmínkou financování je nejen provedení a kladné vyhodnocení finanční a právní analýzy, ale i podíl na organizaci a řízení investice (dle smlouvy – leasingová firma vystupuje až do konce platnosti leasingové smlouvy jako majitel investice) a její průběžná kontrola. Po dobu trvání leasingové smlouvy hradí firma leasingové splátky, po splacení leasingu přechází objekt do jejího vlastnictví 3. Strukturální fondy –Jako nejvhodnější se jeví Operační program Podnikání a inovace, který je zaměřený na podporu rozvoje podnikatelského prostředí a podporu přenosu výsledků výzkumu a vývoje do podnikatelské praxe. Podporuje vznik nových a rozvoj stávajících firem, jejich inovační potenciál a využívání moderních technologií a obnovitelných zdrojů energie. Umožňuje zkvalitňování infrastruktury a služeb pro podnikání a navazování spolupráce mezi podniky a vědeckovýzkumnými institucemi. je třetím největším českým operačním programem: z fondů EU je pro něj vyčleněno 3,04 mld. € (cca 85,77 mld. Kč), což činí přibližně 11,4 % veškerých prostředků určených z fondů EU pro Českou republiku. Z českých veřejných zdrojů má být navíc financování programu navýšeno o dalších 0,54 mld. €. Pro účely modelu na „zelené louce“ budou cizí zdroje pokryty z úvěrů komerčních bank. Pro konkrétního investora bude nejvhodnější pokusit se o získání dotace ze strukturálních fondů EU.

111

1.c) A0736 – Marketingové hodnocení výroby umělého kameniva za studena v návaznosti na výsledky dílčího cíle V003 – 1.1.2007 až 31.12.2007 Byla vytvořena databáze potenciálních odběratelů umělého kameniva z hlediska následujících oborů: −

Stavební hmoty a výrobky

−

Stavební firmy

−

Dopravní stavitelství

−

Stabilizáty

−

Krajinotvorba, lesní a zemědělské hospodářství

−

Ostatní

V následujícím čtvrtletí bude zahájena dotazníková akce. Vzhledem k objemnosti databáze nebude provedeno úplné zjišťování dat, tzn. respondenti budou oslovení na základě kvótního výběru dle velikosti a sídla firmy. V současné době je zpracováván dotazník, na základě kterého budou zjišťovány a následně vyhodnoceny požadované údaje.

112


2. MOŽNOSTI VYUŽITÍ ENERGOSÁDROVCE V PODMÍNKÁCH ČR 2.a) A0737 – Zjištění současného stavu využití sádrovců a energosádrovců na trhu ČR a výhledu do r. 2010 – 1.1.2007 až 31.12.2007 V první fázi byla zpracována databáze výrobců stavebních hmot zpracovávajících různé druhy sádrovců. V další fázi byl zahájen marketingový průzkum trhu sádrovců s cílem zjistit tržní potenciál využití energosádrovců při výrobě stavebních hmot. Zjišťovány jsou: −

Typy produkovaných/využívaných sádrovců (přírodní sádrovec, energosádrovec, chemosádrovec, fosfosádrovec aj.)

−

Vývoj produkce/spotřeby (množství) jednotlivých typů sádrovců, vč. výhledu do roku 2015

−

Dovoz/vývoz různých typů sádrovců

−

Současný způsob využití sádrovců

−

Požadavky na kvalitu

−

Skutečné kvalitativní parametry, atd.

−

Uvažované změny v surovinové základně, sortimentu apod.

Průzkum je prováděn pomocí dotazníku z hlediska: 1. Dodavatelů různých typů sádrovců 2. Zpracovatelů využívajících sádrovec

}

z ČR a sousedních států (Německo, Polsko, Rakousko, Slovensko)

Uvedeným respondentům byl elektronickou formou rozeslán dotazník v potřebných jazykových modifikacích (viz obrázek 1 a 2). Respondentům byl ponechán dvouměsíční termín pro zpracování odpovědí. Pro zajištění maximální návratnosti dotazníků bude s respondenty v telefonickém kontaktu pracovnice VUSTAH. VUSTAH se všem respondentům zaručil, že poskytnuté údaje nebudou samostatně zveřejněny ani jiným způsobem zneužity. Data jsou určena pouze k vypracování statistických souhrnů pro potřeby CVVP. Po zpracování budou všechny dotazníky v listinné formě skartovány, v elektronické formě vymazány. Z hlediska dodavatelů sádrovců byli osloveni: −

producenti přírodních sádrovců (Kobeřice, Spišská Nová Ves)

−

výrobci tepelné a elektrické energie

−

podniky chemického průmyslu apod.

113

Dotazník – viz obrázek 1.

Obrázek 1: Dotazník určený dodavatelům různých typů sádrovců

V případě zpracovatelů byly osloveny firmy z oborů:

114

−

výroba cementu

−

suché směsi (maltové, omítkové a jiné speciální směsi)

−

výroba pórobetonu

−

výroba sádry

−

výrobky ze sádry

−

speciální betonové směsi

−

ostatní příbuzné obory


Dotazník – viz obrázek 2

Obrázek 2: Dotazník určený zpracovatelům

115

2.b) A0738 – Analýza stavu využití energosádrovců v zahraničí (aktualizace, doplnění) – 1.1.2007 až 31.12.2007 V současné době je prováděn sběr primárních informací v rámci marketingového výzkumu (viz bod 2.a). Součástí tohoto průzkumu je i zjištění situace v sousedních státech (tzn. v Německu, Polsku, Rakousku, a Slovensku) a návaznost na stav v ČR.

116


3. A0739 – ZPRACOVÁNÍ LEGISLATIVNÍHO PŘEHLEDU PRO VYUŽITÍ VEP VE VÝROBĚ STAVEBNÍCH HMOT A V DALŠÍCH PŘÍBUZNÝCH OBORECH (aktualizace, doplnění) – 1.1.2007 až 31.12.2007 Byla prověřena aktuálnost legislativního přehledu pro využití VEP. Legislativní přehled je kontrolován, aktualizován a doplňován na konci každého čtvrtletí. LEGISLATIVNÍ PŘEDPISY – VÝROBKY: 1. Zákon č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů (změny a doplňky – zákony č. 71/2000 Sb., 102/2001 Sb., 205/2002 Sb., 226/2003 Sb., 277/2003 Sb., 229/2006 Sb., 186/2006 Sb.). Zákon stanovuje technické požadavky na výrobek, tzn. technickou specifikaci obsaženou v právním předpisu, technickém dokumentu nebo technické normě, která stanoví požadované charakteristiky výrobku, tj. úroveň jakosti, užitné vlastnosti, bezpečnost a rozměry, název, úpravu názvosloví, symbolů, zkoušení výrobku a zkušebních metod, požadavky na balení, označování výrobku, postupy posuzování shody výrobku s právními předpisy (stavební výrobky dle NV č. 163/2002 Sb.) nebo s technickými normami, výrobní metody a procesy, případně jiné požadavky, např. podmínky používání, recyklace, opětovného použití nebo zneškodnění výrobku.. 2. NV č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky (změna – NV č. 312/2005 Sb.). Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby neohrožovala hygienu nebo zdraví jejich uživatelů nebo sousedů, mimo jiné například v důsledku emise nebezpečného záření a znečištění nebo zamoření vody nebo půdy. Výrobky uvedené v příloze č. 2 tohoto NV jsou tzv. stanovenými výrobky, které ve smyslu zákona č. 22/1997 Sb. představují zvýšenou míru ohrožení oprávněného zájmu a u kterých proto musí být posouzena shoda jejich vlastností s požadavky technických předpisů, a výrobky musí být předepsaným způsobem označeny. V NV se uvádějí tyto postupy posouzení shody (příslušný postup je pro každý výrobek uveden v příloze č. 2) – certifikace, posouzení systému řízení výroby, ověření shody a posouzení shody výrobcem. Dále jsou stanoveny náležitosti prohlášení o shodě, další technické a procedurální záležitosti. Na závěr obsahuje nařízení přechodná ustanovení, která oddalují některé povinnosti plynoucí z tohoto nařízení a umožňují po přechodnou dobu používání dosavadních předpisů. NV č. 163/2002 Sb. je určeno pro stavební výroky, které podléhají českým technickým normám. V případě existence harmonizovaných technických norem se pro posouzení shody postupuje dle NV č. 190/2002 Sb. 3. NV č. 190/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na stavební výrobky označované CE (změna – NV č. 251/2003 Sb., 128/2004 Sb.). Zákon o technických požadavcích na výrobky stanoví, že prohlášení o shodě lze nahradit označením výrobku symbolem CE. Označení CE na stanoveném výrobku vyjadřuje, že výrobek splňuje technické požadavky stanovené ve všech právních předpisech, které se na něj vztahují a které toto označení stanovují nebo umožňují a že při posouzení jeho shody byl dodržen stanovený postup. 4. NV č. 173/1997 Sb., kterým se stanoví vybrané výrobky k posuzování shody (změna – NV č. 174/1998 Sb., 78/1999 Sb., 323/2000 Sb., 329/2002 Sb.) Obsahuje seznam výrobků, u nichž je výrobce nebo dovozce povinen zajistit posouzení shody výrobku pořízením technické dokumentace, provedením posouzení shody předepsaným způsobem nebo přijetím takových opatření, aby všechny výrobky, které uvádí na trh, odpovídaly technické dokumentaci a seznam výrobků, u nichž je výrobce nebo dovozce povinen zajistit u autorizované osoby posouzení shody vzorku výrobku (prototypu). 5. Zákon č. 102/2001 Sb. o obecné bezpečnosti výrobků a o změně některých zákonů (zákon o obecné bezpečnosti výrobků) (změna – zákon č. 277/2003 Sb.) Zákon se vztahuje na všechny výrobky uváděné na trh a do oběhu; přitom však nevylučuje použití jiných právních předpisů, které již v oblasti bezpečnosti výrobků existují (např. zákon 22/1997 Sb. vč. prováděcích nařízení vlády) Za výrobek je považována jakákoliv movitá věc, která prošla výrobním procesem, či byla vytěžena jako surovina nebo byla jinak získána bez ohledu na stupeň jejího 117

zpracování a je určena k nabídce konečnému spotřebiteli nebo je možné očekávat, že bude spotřebitelem pravděpodobně užívána. Není rozhodné, zda výrobkem je věc nová, použitá nebo upravená; není rovněž rozhodné, zda je výrobek dodáván za úplatu či bezúplatně. Není-li však výrobek dodáván v rámci běžné podnikatelské činnosti, zákon se na něj nevztahuje. Zákon stanoví obecné požadavky na bezpečnost výrobku (§ 3). Výrobek, který nesplňuje tyto požadavky, je považován za nebezpečný - uvedení takového výrobku na trh může být pokutováno až do výše pokuty 20 mil. Kč; uložení stejně vysoké pokuty je možné také za porušení dalších ustanovení zákona. Zakotvuje se povinnost jednak opatřit výrobek uváděný na trh průvodní dokumentací a dále jej označit způsobem stanoveným v jiných právních předpisech. Průvodní dokumentací se rozumí doklady obsahující závazné informace např. o původu zboží, druhu zboží, jeho složení a účelu použití. Základní technické parametry zboží se uvádějí na štítku pevně spojeném s výrobkem, nebo se použije jiný vhodný způsob označení zboží. Stanoví se povinnost výrobců, dovozců a distributorů poskytovat spotřebitelům informace i o bezpečnostních rizicích, která jsou s jejich užíváním spojena. Výrobci, dovozci a distributoři jsou dále povinni na své náklady stáhnout z trhu výrobek, který není bezpečný. Hlavním orgánem dozoru nad dodržováním tohoto zákona je Česká obchodní inspekce, která je k tomu účelu vybavena zvláštními pravomocemi (vyžadovat informace, odebírat vzorky, zakázat uvedení na trh, nařídit stažení z trhu, ukládat pokuty až do výše 20 mil. Kč atp.) a povinnostmi (např. informování veřejnosti). Zvláštní režim je stanoven v rámci ochrany trhu před nebezpečnými nebo nedostatečně označenými výrobky dováženými ze zemí, které nejsou členy Evropských společenství. Vztah k zákonu č. 22/1997 Sb. – vypouští se § 8 zákona č. 22/1997 Sb., neboť obsah tohoto ustanovení, zejména definice bezpečného výrobku, je nyní přesněji zapracován zejména do § 3 a násl. zákona o obecné bezpečnosti výrobků. 6. Zákon č. 183/2006 Sb. o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon) Zákon zavádí řadu nových principů a úprav jak na úseku územního plánování tak i na úseku stavebního řádu. V případě územního plánování se jedná o zajištění přístupu veřejnosti k informacím, nové pojetí kvalifikačních podmínek pro výkon územně plánovací činnosti, nově zavedený institut územního souhlasu (nahrazuje územní rozhodnutí), řada dalších změn kompetenčního, procesního a organizačního charakteru. V případě stavebního řádu se jedná o zjednodušení a zrychlení povolování staveb, oproštění stavebního řízení od zbytečné administrativy a zintenzivnění kontroly nad prováděním staveb. Zákon povoluje návrhy a použití jen takových výrobků a konstrukcí, jejichž vlastnosti z hlediska způsobilosti stavby pro navržený účel zaručují, aby stavba splňovala mimo jiné požadavky na hygienu, ochranu zdraví a životního prostředí, a to při správném provedení a běžné údržbě po dobu její předpokládané životnosti. 7. Zákon č. 186/2006 Sb. o změně některých zákonů souvisejících s přijetím stavebního zákona a zákona o vyvlastnění – v návaznosti na stavební zákon mění zákon č. 258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví. 8. Zákon č. 634/1992 Sb. o ochraně spotřebitele (změny – zákony č. 217/1993 Sb., 40/1995 Sb., 104/1995 Sb., 110/1997 Sb., 356/1999 Sb., 64/2000 Sb., 145/2000 Sb., 64/2000 Sb. (část), 258/2000 Sb., 102/2001 Sb., 477/2001 Sb., 452/2001 Sb., 151/2002 Sb., 320/2002 Sb., 227/2003 Sb., 277/2003 Sb., 439/2003 Sb., 119/2004 Sb., 217/2004 Sb., 186/2004 Sb., 444/2005 Sb.). Zákon stanoví některé podmínky podnikání významné pro ochranu spotřebitele, úkoly veřejné správy v oblasti ochrany spotřebitele a oprávnění spotřebitelů, sdružení spotřebitelů nebo jiných právnických osob založených k ochraně spotřebitele. 9. Zákon č. 59/1998 Sb. o odpovědnosti za škodu způsobenou vadou výrobku (změna – zákon č. 209/2000 Sb.) Výrobek je podle tohoto zákona vadný, jestliže z hlediska bezpečnosti jeho užití nezaručuje vlastnosti, které lze od něj lze oprávněně očekávat, zejména. Pro účely tohoto zákona je výrobkem jakákoliv movitá věc, která byla vyrobena, vytěžena nebo jinak získána bez ohledu na stupeň jejího

118


zpracování a je určena k uvedení na trh. Výrobkem jsou rovněž součásti i příslušenství věci movité i nemovité; za výrobek se považuje i například elektřina. 10. Zákon č. 258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů Zákon se vztahuje k hygienickým a ekologickým vlastnostem stavebních výrobků, mj. uvolňování nebezpečných látek (emise těkavých organických látek, formaldehydu a uvolňování nebezpečných částic do ovzduší, např. azbestová vlákna) do vnitřního prostředí staveb a předpisy týkající se požadavků z hlediska obsahu radionuklidů. S tím velmi úzce souvisí právní úpravy technické normalizace podle zákona č.22/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů. Závazná pravidla pro činnosti je třeba hledat pouze v zákonech a k nim navazujících předpisech a vyhláškách. ČSN nejsou považovány za právní předpisy a není stanovena obecná povinnost jejich dodržování. Povinnost dodržování ČSN může vyplynout jen z jiného právního aktu (např. pokyn nadřízeného v rámci zaměstnaneckých vztahů, odkaz na ČSN v právním předpisu, rozhodnutí správního orgánu, smlouva). 11. Vyhláška č. 409/2005 Sb. o hygienických požadavcích na výrobky přicházející do přímého styku s

vodou a na úpravu vody. Stanoví se hygienické požadavky na složení, značení a úpravu povrchu výrobků určených k přímému styku s pitnou vodou nebo surovou vodou, z níž se pitná voda získává, a na složení a značení chemické látky nebo chemického přípravku určeného k úpravě surové vody na vodu pitnou, na způsob provádění a hodnocení výluhového testu a náležitosti záznamu o jeho provedení, na vodárenskou technologii k vodárenské úpravě surové vody, na náležitosti žádosti o povolení jiné vodárenské úpravy vody a žádosti o povolení odchylného složení nebo úpravu povrchu výrobku určeného k přímému styku s pitnou nebo surovou vodou. 12. Vyhláška č. 137/1998 Sb. o obecných technických požadavcích na výstavbu Vyhláška stanoví základní požadavky na územně technické řešení staveb a na účelové a stavebně technické řešení staveb, které náleží do působnosti obecných stavebních úřadů a orgánů obcí. 13. Vyhláška č. 6/2003 Sb., kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb Vyhláška se týká místností staveb zařízení pro výchovu a vzdělávání, vysokých škol, škol v přírodě, staveb pro zotavovací akce, staveb zdravotnických, zařízení léčebně preventivní péče, ústavů sociální péče, ubytovacích zařízení, staveb pro obchod a staveb pro shromažďování většího počtu osob. 14. Zákon č. 18/1997 Sb. o mírovém využívání jaderné energie a ionizujícího záření a o změně a doplnění některých zákonů (atomový zákon) (změna – zákon č.13/2002 sb.) Zákon předepisuje posuzování obsahu radionuklidů ve stavebním výrobku. Sleduje se hmotnostní aktivita Ra226 a index hmotnostní aktivity vypočítávaný z aktivit Ra226, Th228 a K40 u vymezených stavebních materiálů. 15. Vyhláška č. 307/2002 Sb. o radiační ochraně (změna – Vyhláška č. 499/2005 Sb). DOPLŇUJÍCÍ LEGISLATIVNÍ PŘEDPISY – PROCES VÝROBY: 16. Vyhláška č. 48/1982 Sb., která stanoví základní požadavky k zajištění bezpečnosti práce a technických zařízení 17. NV č. 178/2001 Sb.o hygienických požadavcích na pracovní prostředí 18. Zákon č. 356/2003 Sb. o chemických látkách a chemických přípravcích

19. Vyhláška č. 222/2004 Sb., kterou se u chemických látek a chemických přípravků stanoví základní metody pro zkoušení fyzikálně – chemických vlastností, výbušných vlastností a vlastností nebezpečných pro životní prostředí 20. Vyhláška č. 219/2004 Sb. o zásadách správné laboratorní praxe

119

LEGISLATIVNÍ PŘEDPISY – VEP: 21. Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů (změny a doplňky – zákony 477/2001 Sb., 76/2002 Sb., 275/2002 Sb., 320/2002 Sb., 188/2004 Sb., 356/2003 Sb., 167/2004 Sb., 188/2004 Sb., 317/2004 Sb.) Zákonem jsou stanovena pravidla pro předcházení vzniku odpadů a nakládání s nimi při dodržování ochrany životního prostředí, ochrany zdraví člověka a trvale udržitelného rozvoje, práva a povinnosti osob v odpadovém hospodářství a působnost orgánů veřejné správy. Dále stanovuje poplatky a ochranná opatření, opatření k nápravě a pokuty. Hodnocení využitelnosti podle zákona o odpadech je vhodné u jednorázového zpracování VEP, pro technicky nenáročné aplikace, kdy není potřeba sledovat technologické vlastnosti. Obecně při nakládání s odpadem je zákonem o odpadech požadován Souhlas k provozování zařízení k využívání, odstraňování, sběru nebo výkupu odpadů, které vydává krajský úřad. V zařízeních, která nejsou podle tohoto zákona určena k nakládání s odpady, je možné využívat pouze odpady, které splňují požadavky stanovené pro vstupní suroviny, a při nakládání s těmito odpady nesmějí být porušeny zvláštní právní předpisy, v souladu s nimiž je zařízení provozováno, a právní předpisy na ochranu zdraví lidí a životního prostředí. 22. Vyhláška č. 383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady (změna – vyhláška č. 41/2005 Sb.) 23. Vyhláška č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu 24. Vyhláška č. 376/2001 Sb., o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů (změna – vyhláška č. 502/2004 Sb.) 25. Vyhláška 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů) 26. Zákon č. 17/1992 Sb. o životním prostředí 27. Zákon č. 100/2001 Sb. o posuzování vlivů na životní prostředí a o změně některých souvisejících

zákonů (změna – zákon č. 93/2003 Sb.) 28. Vyhláška č. 457/2001 Sb., o odborné způsobilosti a o úpravě některých dalších otázek souvisejících s

posuzováním vlivů na životní prostředí 29. NV č. 61/2003 Sb. o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních

vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech. 30. Metodické doporučení SZÚ pro hodnocení škodlivých a nežádoucích látek uvolňujících se z vybraných skupin výrobků pro stavby do vody a půdy – věnuje se hodnocení vyluhovatelnosti a testům ekotoxicity. Hodnocení zdravotní nezávadnosti stavebních materiálů, které mohou uvolňovat nebezpečné látky například do vody a půdy, je aktuální i u stavebních výrobků, které obsahují VEP. V případě hrozby uvolňování nebezpečných látek ze stavebních výrobků do povrchových vod, se musí respektovat také NV č. 61/2003 Sb. o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod. 31. Metodický pokyn odboru odpadů k nakládání s odpady ze stavební výroby a s odpady z rekonstrukcí a

odstraňování staveb

120


LEGISLATIVNÍ PŘEDPISY – EU Uvolňováním nebezpečných látek do vod a půdy se v legislativě EU zabývají směrnice Rady 80/68/EHS a 76/464/EHS. Byla zpracována studie How to judge release of dangerous substances from construction products to soil and groundwater, která řeší problematiku uvolňování nebezpečných látek z různých druhů výrobků, dále Implementation of Health and Environmental Criteria in Technical Specifications for Construction Product, která se zabývá přímo stavebními výrobky ve vztahu k problematice nebezpečných látek a hygienických a environmentálních kritérií a také publikace Healthrelated Evaluation procedure for VOC and SVOC from Building Products, která uvádí postup hodnocení uvolňování těkavých organických sloučenin ze stavebních výrobků z hlediska ochrany zdraví. V současné době je v ČR zaváděna další environmentální legislativa z EU – chemická legislativa REACH – akronym pro Registration, Evaluation and Authorisation of CHemicals (registrace,hodnocení a povolování chemických látek). Tuto legislativu popisuje Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č.197/2006 ze dne 18.12.2006 o registraci, hodnocení, povolování a omezování chemických látek a o zřízení Evropské agentury pro chemické látky. REACH vstupuje v platnost 1.6. 2007 a jeho nositelem v ČR je Ministerstvo životního prostředí, kde vznikne ve smyslu nařízení EK specializovaný národní "help desk". Nařízení stanovuje pravidla pro výrobu, uvádění na trh nebo používání látek samotných nebo obsažených v přípravcích nebo v předmětech a na uvádění přípravků na trh. Hlavním cílem je vytvořit transparentní, vyvážený systém pro hodnocení a registraci chemických látek, ve kterém je jasně definována úloha průmyslu v managementu možného rizika chemických látek. REACH požaduje na průmyslu, aby sbíral dostatečné informace a aby tyto informace využil pro rozhodnutí o přijetí příslušných opatření pro snížení, případně úplnou eliminaci rizika. Tento systém by měl být zaveden u výrobců a dovozců a zároveň by měla být doporučena příslušná opatření pro redukci rizika u všech uživatelů příslušné chemické látky až ke konečným spotřebitelům. Cíle REACH můžeme shrnout do tří okruhů: −

Doplnění chybějících informací o chemických látkách a jejich využití pro další kroky k minimalizaci rizika při jejich užívání

−

Zlepšení komunikace při předávání těchto informací uživatelům (down-stream users)

−

Náhrada škodlivých látek bezpečnými, případně zákaz užití některých látek

Výrobci cementu, vápna i jiných chemických látek, používaných v technologiích výroby stavebních hmot, budou muset v souvislosti s uplatněním jejich výrobků na trhu plně respektovat požadavky legislativy REACH. Výrobci nebo dovozci stavebních hmot budou muset v souladu s požadavky této legislativy zajistit posouzení a deklarování svých výrobků se zapracovanými pojivy a dalšími chemickými látkami. Při tomto procesu budou moci využít informace od výrobců vstupních surovin, které bude ovšem nutno dále doplnit vlastními poznatky o finální hmotě. Postup při klasifikaci chemických látek a přípravků se bude i v nejbližším období řídit Směrnicí Rady 67/548 o sbližování právních a správních předpisů týkajících se klasifikace, balení a označování nebezpečných látek, ve znění pozdějších předpisů. Tato směrnice byla současně s Nařízením ES REACH novelizována a novela byla zveřejněna jako Směrnice Evropského parlamentu a Rady 206/121/ES. V současné době probíhají práce na transformaci právní úpravy klasifikace chemických látek a přípravků do podoby Nařízení. Jeho účinnost je možné očekávat v horizontu několika let. Z uvedeného vyplývá, že zákon č. 356/2003 Sb. nebude třeba v této oblasti významně novelizovat. V současné době je v tomto zákoně stanovena povinnost zkoušet nebezpečné vlastnosti chemických látek a přípravků především stanovenými metodami. K provedení této povinnosti byly vydány vyhlášky, které upravily základní soubory zkušebních metod. Na odpadní materiály se nařízení ES REACH přímo nevztahuje a platí pro ně příslušná legislativa, tzn. že při jejich dalším zpracovávání není nutná registrace a povolování z pohledu REACH. Nicméně bude nutno vždy provádět stanovení všech významných vlastností, zejména nebezpečných, a vyhodnocovat jejich možné účinky na životní prostředí v rámci předpokládaného stavebního produktu.

121

ZÁVĚRY 1. Analýza stavu výroby a využití umělých kameniv v EU a dalších zemích – V uplynulém čtvrtletí byla sledována produkce umělého kameniva v evropských zemích sdružených v UEPG (Union Européenne des Producteurs de Granulats, European Aggregates Association). Celková produkce kameniva v zemích UEPG činila v loňském roce 3 069,4 mil. tun; z toho činí 2% umělé kamenivo. Více než polovina produkce umělého kameniva z evropských zemí je soustředěna v Německu (30,0 mil. tun), V úsilí o využití odpadů z energetiky jsou nejdále země Beneluxu, z toho v Nizozemsku se využívá nebo vyváží plných 100 % energetických odpadů a na umělé kamenivo je využito téměř 20 % produkce popílku. 2. Modelové ekonomické hodnocení výroby umělého kameniva za studena v návaznosti na výsledky dílčího cíle V003 – V 2. čtvrtletí pokračovaly práce na sestavení výrobního a finančního plánu. Chystají se čtyři základní varianty ekonomického modelu ve vazbě na zvolenou kapacitu. Rozpočet provozních nákladů vychází ze současných běžných cen na trhu ČR, jejich výše a spotřeba je vázána k navržené kapacitě výroby.Plánovaná potřeba surovin se odvíjí ze zvolené receptury. Volbu receptury ovlivňují nejen faktory technologické a ekologické, ale významnou měrou také faktory ekonomické. S každou použitou složkou narůstají jak náklady provozní (doprava, pracnost apod.) tak i investiční (dodatečná sila, dopravníky apod.). Nejvýznamnější složkou ovlivňující surovinové náklady jsou pojiva. V rámci sestavení finančního plánu byly zvoleny základní ekonomické parametry a navrženy zdroje financování. 3. Marketingové hodnocení výroby umělého kameniva za studena v návaznosti na výsledky dílčího cíle V003 – Byla vytvořena databáze potenciálních odběratelů umělého kameniva. V následujícím čtvrtletí bude zahájena dotazníková akce. Vzhledem k objemnosti databáze nebude provedeno úplné zjišťování dat, tzn. respondenti budou oslovení na základě kvótního výběru dle velikosti a sídla firmy. V současné době je zpracováván dotazník, na základě kterého budou zjišťovány a následně vyhodnoceny požadované údaje. 4. Zjištění současného stavu využití sádrovců a energosádrovců na trhu ČR a výhledu do r. 2010 – Ve druhém čtvrtletí byl zahájen marketingový průzkum trhu sádrovců s cílem zjistit tržní potenciál využití energosádrovců při výrobě stavebních hmot. Byly osloveny dvě skupiny respondentů z ČR a okolních států – jednak dodavatelé sádrovců a jednak zpracovatelé. Uvedeným respondentům byl elektronickou formou rozeslán dotazník v potřebných jazykových modifikacích. Respondentům byl ponechán dvouměsíční termín pro zpracování odpovědí. Pro zajištění maximální návratnosti dotazníků bude s respondenty v telefonickém kontaktu pracovnice VUSTAH. 5. Analýza stavu využití energosádrovců v zahraničí (aktualizace, doplnění) – V současné době je prováděn sběr primárních informací v rámci marketingového výzkumu (viz předchozí bod). Součástí tohoto průzkumu je i zjištění situace v sousedních státech (tzn. v Německu, Polsku, Rakousku, a Slovensku) a návaznost na stav v ČR. 6. Zpracování legislativního přehledu pro využití VEP ve výrobě stavebních hmot a v dalších příbuzných oborech – Výrobce stavebních hmot musí kromě splnění požadavků harmonizovaných norem splňovat všechna další ustanovení národních právních a správních předpisů, zejména v souvislosti s účelem použití daného výrobku, kdy je třeba zohlednit celou řadu zákonů a nařízení platných pro výrobu stavebních hmot. Přehled uvedených legislativních předpisů je kontrolován, aktualizován a doplňován na konci každého čtvrtletí.

122


REFERENCE [1.] Beckerová L., Pytlík P.: Materiálový cyklus stavby, VII. Vedecká konferencia s medzinárodnou účasťou pro príležitosti 25. výročia založenia Stavebnej fakulty a 50. výročia založenia Technickej univerzity v Košiciach, květen, 2002, ISBN 80-7099-816-4 (str. 13 – 18) [2.] UEPG Annual Report 2006, European Aggregates Association General Secretariat, Brussels – Belgium [3.] UEPG Sustainable Development Awards 2005 Brochure, European Aggregates Association 2006 [4.] Svoboda L. a kol.: Stavební hmoty, ISBN 80-8076-007-1 [5.] Study – Recycling Aggregates from Construction and Demolition Waste in Europe, European Aggregates Association 2007 [6.] Ledererová J., Suchardová M.: Využití odpadů z elektráren pro zpracování ve stavebním průmyslu, část K – Ekonomické rozvahy k vybraným směrům využití, Výzkumná zpráva Výzkumného ústavu stavebních hmot, 1997 [7.] Ledererová J., Štursa V., Vilam H.: Využití odpadů z elektráren pro zpracování ve stavebním průmyslu, část H – Bloková schémata navržených strojně-technologických linek, Výzkumná zpráva Výzkumného ústavu stavebních hmot, 1997 [8.] Webové stránky Strukturální fondy.CZ, http://strukturalnifondy.cz/cms/ [9.] Webové stránky Sagit – informace z práva, daní a účetnictví. [10.] Průdková Ž., Svoboda M., Tichá J.: Kritéria posuzování vhodnosti průmyslových odpadních materiálů pro jejich použití ve stavebních konstrukcích, Životní prostředí a úpravnictví 2007, Ostrava [11.] Ledererová J., Průdková Z., Suchardová M.: Postup certifikace výrobků na bázi odpadních materiálů, Recycling 2007, Brno, str. 78-85 [12.] Ledererová J., Svoboda M., Sedláková M.: Environmental standpoint of building materials production, Sborník 11th International Conference of Research Institute of Building Materials – „Ecology and new building materials and products“, Telč – June 5th-7th, 2007, ISBN 978-80-2399347-9 (str. 21 – 23)

123

124

Poskytovatel: Příjemce :

Spolupříjemce:

MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY ČR Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s.

Vedoucí zakázky: Dr.Ing.Lubomír Chytka Název zakázky: CENTRUM VÝZKUMU INTEGRO-

VANÉHO SYSTÉMU VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ Z TĚŽBY, ÚPRAVY A ZPRACOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SUROVIN Dílčí průběžná zpráva za II. etapu roku 2007 Výtisk č.:

Archivní číslo zakázky:

TN-/07

Datum vydání:

2007 06

SPOLEČNOST JE DRŽITELEM CERTIFIKÁTU JAKOSTI PODLE ČSN EN ISO 9001

VÝZKUMNÝ ÚSTAV PRO HNĚDÉ UHLÍ a.s. Budovatelů 2830, Most, PSČ 434 37 Společnost je držitelem certifikátu jakosti podle ČSN EN ISO 9001

Číslo smlouvy:

Název zakázky :

834.1

CENTRUM VÝZKUMU INTEGROVANÉHO SYSTÉMU VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ Z TĚŽBY, ÚPRAVY A ZPRACOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SUROVIN

Druh dokumentace

Dílčí průběžná zpráva

Vedoucí zakázky

Dr.Ing.Lubomír Chytka

Řešitel é

Ing.Pavel Sedláček, Ph.D. Ing.Lukáš Žižka Ing.Pavel Schmidt Ing.Vlastimil Macůrek Ing.Josef Halíř, Ph.D.

Technický náměstek

Dr.Ing.Lubomír Chytka

__________________

Ředitel společnosti

Ing.Marcela Šafářová

__________________

Most 2007 06

Klíčová slova: energetické suroviny, alternativní paliva, přírodní zdroje, jílové sedimenty, ekologické využití, stavební hmoty, přírodní barviva, žáruvzdorné ostřiva a plniva, důlní vody, technologie úpravy.

Anotace: Centrum výzkumu integrovaného systému využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin řeší VI. dílčích úkolů. Dílčí úkol V 001 “Využití doprovodných energetických surovin pro výrobu alternativního paliva s cílem úspory přírodních zdrojů“ – Metodika zpracování. Dílčí úkol V 002 „Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití“ - Vytipování vhodných jílovitých sedimentů pro přípravu modifikovaných – pilířovaných a interkalovaných materiálů. Dílčí úkol V 003 „Návrh a ověření nových a dosud neaplikovaných způsobů využití vedlejších energetických produktů pro ostatní odvětví průmyslu“. Dílčí úkol V 004 „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty“ - Vytipování vhodných jílovitých sedimentů pro výrobu přírodních barviv a žáruvzdorných ostřiv a plniv. Dílčí úkol V 005 „Demineralizační technologie úpravy důlních vod“ – Návrh komplexní metodiky. Vývoj komplexní demineralizační technologie úpravy důlních vod pro komerční využití (hlavní řešitel VŠB-TU). Dílčí úkol V 006 bude hodnotit výsledky umožňující aplikaci v praxi s ohledem na ekonomické parametry navrhovaných výstupů (hlavní řešitel VŠB-TU).

ROZDĚLOVNÍK

VÚHU a. s. -

technická knihovna ………………………………… vedoucí zakázky

výtisk č. 1

…………………………………… výtisk č. 2

Název zprávy: CENTRUM VÝZKUMU INTEGROVANÉHO SYSTÉMU VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ Z TĚŽBY, ÚPRAVY A ZPRACOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SUROVIN archivní č. zakázky TN-8/06

2

OBSAH

ÚVOD A PLÁN PRACÍ PRO ROK 2007 V úvodu řešení druhé etapy prací za rok 2007 byly naplánovány úkoly v jednotlivých oblastech výzkumného centra. Dílčí cíl V001 Ověření využití odpadních kalů z ČOV pro odsiřování spalin - II. Etapa Rešerše vhodných technologií pro využití odpadů a aplikace vyvíjených výrobků na tyto technologie Dílčí cíl V002 Výběr vhodných lokalit SHP pro výzkum strukturního a chemického složení vzorků jílových materiálů Dílčí cíl V003 Ověření možnosti využití popílků ze spalování tuhých paliv a dalších aditiv pro výrobu rekultivačně sanačních, výplňových stavebních nebo těsnících hmot – stanovení základních vlastností vybraných producentů Dílčí cíl V004 Teoretické základy stabilizace modifikací hydroxidů železa - rešerše prací Dílčí cíl V005 Stručná historie výsypek (sběr dat, výskyt povrchových a mělkých podzemních vod) – lokalita Jirásek

1.

DÍLČÍ ÚKOL V 001 - VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ Ověření využití odpadních kalů z ČOV pro odsiřování spalin - II. Etapa

Lubomír CHYTKA, Pavel SEDLÁČEK, Jaromír TÄUBER Cílem II. etapy řešení dílčího úkolu V 001 bylo ověření možnosti využití odpadního kalu z ČOV pro odsiřování spalin II. Etapa. V průběhu roku 2006 bylo úspěšně ověřeno provozně vyrobené aditivační činidlo z kalů z ČOV Zvolen. V průběhu roku 2007 bylo ověřováno činidlo z Produkce ČOV Neštěmice. Byl odebrán vzorek kalu, který byl analyzován v rozsahu základního technologického rozboru a obsahu stopových prvků. Výsledky těchto analýz jsou uvedeny v tabulce č.1 Tabulka č.1 Analýza kalů z ČOV Neštěmice popis vzorku Kal ČOV

Wa % 8,34

Wtr % 69,48

Ar % 15,76

Ad % 51,65

Q sd Qsdaf Q ir Q id Qidaf MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg 8,86 18,32 0,75 8,15 16,85

Sd % 1,75


3

Z tohoto kalu bylo připraveno aditivační činidlo, kdy byl tento kal smíchán s 38% hm. vápenného hydrátu. U takto připraveného kalu byl opět proveden základní technologický rozbor a stanovení obsahu těžkých kovů. Výsledky těchto analýz jsou uvedeny v následující tabulce č.2.

Tabulka č.2 Analýza aditivačního činidla připraveného z kalů z ČOV Neštěmice popis vzorku vz.č.16

Wa % 4,58

Wtr % 34,13

Ar % 42,56

Ad % 64,62

Q sd Qsdaf Q ir Q id Qidaf MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg 2,86 8,09 0,78 2,47 6,99

Sd % 0,21

Takto připravené aditivační činidlo bylo použito pro laboratorní zkoušky odsíření. Jako surovina pro laboratorní spalovací zkoušky byl použit druhy hnědého uhlí s označením hp1. Bylo připraveno celkem 18 vzorků podle receptur uvedených v tabulce č.3 Tabulka č.3

Receptury vzorků č. vzorku 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Složení vzorku [% hm.] (1% CaO + 99% hp) (3% CaO + 92% hp) (5% CaO + 95% hp) (7% CaO + 93% hp) (10% CaO + 90% hp) (5% ADK1-CZ + 95% hp) (8% ADK1-CZ + 92% hp) (10% ADK1-CZ + 90% hp) (12% ADK1-CZ + 88% hp) (5% ADK1-Zvolen + 95% hp) (8% ADK1-Zvolen + 92% hp) (10% ADK1-Zvolen + 90% hp) (12% ADK1-Zvolen + 88% hp) (1% CaCO3 + 99% hp) (3% CaCO3 + 97% hp) (5% CaCO3 + 95% hp) (7% CaCO3 + 93% hp) (10% CaCO3 + 90% hp)

Zkušební laboratoř provedla úpravu těchto vzorků hnědého uhlí, až na zrnění pod 0,2 mm, tj. analytické vzorky, aby byla zaručena jejich homogenita a tedy reprodukovatelnost a reprezentativnost výsledků provedených spalovacích zkoušek. Kvalita homogenizace upravených analytických vzorků ořechu o2 a hruboprachu hp1 byla kontrolována stanovením obsahu veškeré síry Std (v sušině) na analyzátoru LECO u 10 namátkově odebraných dílčích vzorků z každého dodaného produktu. Současně bylo provedeno stanovení obsahu veškeré síry Std certifikovaného referenčního materiálu (CRM), aby byla deklarována správnost výsledků. U aditivovaných dílčích vzorků bylo provedeno jejich spalování v muflové peci za kontrolovaných podmínek při teplotě 900 °C do konstantní hmotnosti. Dílčí aditivované vzorky byly nejdříve vysušeny v sušárně při teplotě 105 – 110 °C do konstantní hmotnosti. Vysušené aditivované dílčí vzorky byly potom žíhány v muflové peci při teplotě 900 °C s postupným nárůstem teploty a s časovou (30 min.) prodlevou při teplotě 700 °C. Celková doba žíhání aditivovaNázev zprávy: CENTRUM VÝZKUMU INTEGROVANÉHO SYSTÉMU VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ Z TĚŽBY, ÚPRAVY A ZPRACOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SUROVIN archivní č. zakázky TN-8/06

4

ných dílčích vzorků byly 10 hodin. Po ukončení žíhání a vychladnutí popela byla provedena vizuální kontrola případných nespálených částic. Současně byla zjištěna ztráta žíháním každého aditivovaného dílčího vzorku. V takto získaném popelu jednotlivých vzorků byl stanoven celkový obsah síry Std. Ten měl ověřit narůstajícím trendem probíhající přechod síry do popelovin tj. odsíření. Výsledky hodnot pro jednotlivé vzorky jsou uvedeny v následující tabulce č. 4.

Tabulka č.4

Výsledky spalovacích zkoušek účinnosti odsíření

Skupina vzorků

CaO +hp

ADK1 CZ + hp

ADK1 Zvolen + hp

Popis vzorku (1% CaO + 99% hp) (3% CaO + 92% hp) (5% CaO + 95% hp) (7% CaO + 93% hp) (10% CaO + 90% hp) (5% ADK1-CZ + 95% hp) (8% ADK1-CZ + 92% hp) (10% ADK1-CZ + 90% hp) (12% ADK1-CZ + 88% hp) (5% ADK1-Zvolen + 95% hp) (8% ADK1-Zvolen + 92% hp) (10% ADK1-Zvolen + 90% hp) (12% ADK1-Zvolen + 88% hp) (1% CaCO3 + 99% hp)

CaCO3 + hp

S v popelu 2,52 2,94 4,73 5,48 4,7 6,39 4,72 7,41 7,05 5 6,54 4,37 5,1 3,14

(3% CaCO3 + 97% hp)

4,05

(5% CaCO3 + 95% hp)

4,31

(7% CaCO3 + 93% hp)

3,6

(10% CaCO3 + 90% hp)

3,95

Z výsledků vyplývá, že nejvyšší odsiřovací schopnost má aditivum vyrobené z čistírenských kalů při množství 10% hm. Je možné konstatovat, že vyrobené aditivum opět prokázalo možnost použití pro snížení obsahu síry při spalování resp. její distribuci do popelovin spalovaného materiálu. Výsledky budou ověřovány v průběhu dalších etap řešení při provozních spalovacích zkouškách.

2.

DÍLČÍ CÍL V 002 - VYUŽITÍ JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO PŘÍPRAVU MATERIÁLŮ VHODNÝCH PRO EKOLOGICKÉ VYUŽITÍ Lukáš ŽIŽKA

Úvod Nejvýznamnějšími zeminami jsou spraše a sprašové hlíny, slínovce, bentonity, oxihumolity. Zeminy se nacházejí zejména v kvartérních vrstvách, objevují se však také ojediněle v souvrství uhelných slojí (oxihumolity) a častěji v jeho podloží. V terciérním nadložním souvrství je jejich výskyt méně významný. Pro jejich racionální využití je důležité, aby se vyskytovaly v horizontech selektivně dobývaných jako skrývka.


5

Ložiska spraší a sprašových hlín V předpolí dolu Bílina tvoří spraše a sprašové hlíny nespojité polohy o mocnosti do 2 m, převážně však do 1 m. Při vyhledávání jejich akumulací a následné selektivní těžbě nelze prakticky oddělit spraše od sprašových hlín. Spraše a sprašové hlíny tvoří vedle dolu Bílina nespojité polohy také v předpolí dolu Vršany. Z hlediska zásob i kvality je situace lepší na lokalitě Vršany. Polohy spraší dosahují mocnosti 1 - 2 m, zcela výjimečně až do 8 m. Sprašové hlíny tvoří nejrozšířenější kategorii kvartérních půdních substrátů. Ložisko slínovců Jedinou těženou lokalitou slínovců v oblasti SHP jsou slínovce křídového stáří tvořící geologický povrch erozního údolí v podloží Radovesické výsypky. Dostatečné zásoby slínovce, které budou využity při technické rekultivaci výsypky Radovesice a vnitřní výsypky dolu Bílina, jsou umístěny na deponii Radovesice. Ložisko bentonitů Jediná významná ložiska bentonitu v oblasti SHP jsou soustředěna v okolí Braňan. Hlavní těžba suroviny pro provozovnu v Obrnicích byla vázaná na ložisko Černý vrch situované na náhorní plošině nad údolím řekyBíliny mezi Obrnicemi a Braňany. Další významnější lokalitou je Rokle u Kadaně. Ložisko oxihumolitů Polohy oxihumolitu byly zjištěny na lokalitách Mostecké uhelné a.s. (Vršany) a Severočeských dolů, a.s. (Libouš, Merkur). Největší význam však má stále historické ložisko Václav u Duchova, těžené Doly Bílina. Terciérní jílovce ve skrývkových řezech těžebních lokalit Jde o jílovce libkovických vrstev na dole Bílina, nadložní vrstvy na lokalitě ČSA a nadložní vrstvy (s výjimkou svrchních 10 - 20 m pod hlavou souvrství) lokality Libouš.

3. DÍLČÍ CÍL V 003 - NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ A DOSUD NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ (DÁLE VEP) PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Možnosti využití VEP Pavel SCHMIDT V rámci řešení výzkumného centra, které se zabývá návrhem a ověřením nových neaplikovaných způsobů využití vedlejších energetických produktů. V technologické laboratoři byly navrženy receptury výroby ZZM, provedena výroba suspenzí a provedeny průkazní ověřovací zkoušky kvalitativních parametrů jednotlivých typů výrobku v rozsahu: •

suspenze ZZM - objemová hmotnost - rozliv dle Vicata (norma ČSN EN 12350 – 5) - vodní součinitel


6

•

kostky 150 x 150 x 150 mm (odformování po 3 dnech a uložení do prostředí s relativní vlhkostí > 95 %) - pevnost v tlaku po 3, 7, 14 a 28 dnech - hmotnost - objemová hmotnost

•

zbytky kostek po zkoušce pevnosti v tlaku po 28 dnech - vlhkost - nasákavost - trvanlivost při 5 zkušebních cyklech - vyluhovatelnost toxických prvků dle metodiky SZÚ - hmotnostní aktivita přírodních radionuklidů

•

válečky ∅ 50 x 50 mm a ∅ 70 x 140 mm (odformování po 3 dnech a uložení do prostředí s relativní vlhkostí > 95 %) - propustnost – koeficient filtrace k při i = 30, ∅ 50 x 50 mm - pevnost v prostém tlaku, ∅ 70 x 140 mm

Vstupní komponenty: •

Energetika Třinec a.s. (dále jen „TŘI“) - fluidní popílek z elektrostatických filtrů kotlů K 11 a K 12 producenta

•

ČEZ, a.s., Elektrárna Dětmarovice (dále jen „DĚT“) - klasický popílek z elektrostatických filtrů (směsný vzorek) ze všech bloků granulačních kotlů producenta

•

ECK Generating, s.r.o. Kladno (dále jen „ECKG“) - fluidní popílek z tkaninových filtrů dvou kotlů producenta

•

Vysoké pece Ostrava, a.s. - vysokopecní granulovaná struska jemně mletá (dále jen „JS“) Dalkia Česká republika, a. s., Teplárna Přerov (dále jen „PŘE“) - produkt po spalování černého energetického uhlí – proplástku granulačních kotlích K 1 až K 3 - produkty z elektroodlučovačů kotlů K 1 až K 4 a společného tkaninového filtru pneumaticky dopravované do expedičního mezizásobníku o objemu 150 m3 nebo do expedičních sil o objemu 4 x 500 m3. luidní popílek

•

•

Dalkia Česká republika, a. s., Teplárna Olomouc, a.s. (dále jen „OLO“) - produkt po spalování hnědého energetického uhlí ve fluidním kotli K 5 - produkty z elektroodlučovače popílku

•

Atel Energetika Zlín, a. s. (dále jen „ZLI“) - homogenní směs produktů po spalování hnědého a černého energetického uhlí v hmotnostním poměru 90 % hmot. : 10 % hmot. z fluidních kotlů č. 31 a č. 32 - produkty z látkových filtrů a cyklonů

•

Cementárna Čížkovice - cement 32,5 (dále jen „CEM 32,5 ČÍŽ“)

•

Cementárna Hranice - cement 32,5 (dále jen „CEM 32,5 HRA“)


7

•

Výroba betonových směsí - cement CEM 42,5 (dále jen „CEM 42,5“) jako dílčí složka pro výrobu modifikovaného cementu 32,5 (dále jen „MC 32,5“). Složení: 100 % hmot. CEM 42,5 + přídavek 35 % obj. JS vůči objemu 100 % CEM 42,5

Výroba ZZM: vz. č. 47646 vz. č. 47647 vz. č. 47648 vz. č. 47849 vz. č. 47650 vz č. 47651

-

pouze TŘI = 100 % hmot. bez přídavku pojiva TŘI = 99,5 % hmot. + CEM 32,5 ČÍŽ = 0,5 % hmot. TŘI = 99,0 % hmot. + CEM 32,5 ČÍŽ = 1,0 % hmot. TŘI = 98,5 % hmot. + CEM 32,5 ČÍŽ = 1,5 % hmot. TŘI = 98,0 % hmot. + CEM 32,5 ČÍŽ = 2,0 % hmot. TŘI = 75,0 % hmot. + JS = 25,0 % hmot.

vz. č. 47992 vz. č. 47993 vz. č. 47994

-

pouze TŘI = 100 % hmot. bez přídavku pojiva TŘI = 99,0 % hmot. + CEM 32,5 HRA = 1,0 % hmot. TŘI = 98,0% hmot. + JS 2,0 % hmot.

vz. č. 48286 vz. č. 48287 vz. č. 48288 vz. č. 48289 vz. č. 48290 vz. č. 48291 vz. č. 48292 vz. č. 48293

-

pouze TŘI = 100 % hmot. bez přídavku pojiva TŘI = 99,0 % hmot. + MC 32,5 = 1,0 % hmot. DĚT = 98,0 % hmot. + MC 32,5 = 2,0 % hmot. DĚT = 97,0 % hmot. + MC 32,5 = 3,0 % hmot. DĚT = 95,0 % hmot. + MC 32,5 = 5,0 % hmot. DĚT = 78,0 % hmot. + MC 32,5 = 2,0 % hmot. + HS = 20,0 % hmot DĚT = 87,0 % hmot. + MC 32,5 = 3,0 % hmot. + HS = 10,0 % hmot. DĚT = 90,0 % hmot. + MC 32,5 = 5,0 % hmot. + HS = 5,0 % hmot.

vz. č. 48952 vz. č. 48953 vz. č. 49167 vz. č. 49041 vz. č. 49168 vz. č. 49040

-

pouze TŘI = 100 % hmot. bez přídavku pojiva TŘI = 99,0 % hmot. + CEM 32,5 HRA = 1,0 % hmot. TŘI = 98,0% hmot. + JS 2,0 % hmot. DĚT = 97,0 % hmot. + CEM 32,5 HRA = 3,0 % hmot. DĚT = 93,5 % hmot. + CEM 32,5 HRA = 6,5 % hmot. pouze ECKG = 100 % hmot. bez přídavku pojiva

vz. č. 50109 vz. č. 50110 vz. č. 50111 vz. č. 50876 vz. č. 50112

-

PŘE = 94,0 % hmot. + MC 32,5 = 6,0 % hmot PŘE = 88,5 % hmot. + MC 32,5 = 11,5 % hmot. pouze OLO = 100 % hmot. bez přídavku pojiva pouze OLO = 100 % hmot. bez přídavku pojiva pouze ZLN = 100 % hmot. bez přídavku pojiva

4. DÍLČÍ ÚKOL V 004 – APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY V průběhu tohoto období se práce soustředily na rešerši dostupné literatury, která se zabývá fázovými přeměnami hydroxidů železa. Hydroxidy železa se vyskytují ve čtyřech fázových modifikacích: α β γ a δ. Pouze modifikace α je barevně stálá. Je tedy nutné z hlediska zajištění barevné stálosti pigmentu převést všechny modifikace na modifikaci α. V literatuře jsou popisovány následné procesy přechodu modifikací hydroxidů železa: Název zprávy: CENTRUM VÝZKUMU INTEGROVANÉHO SYSTÉMU VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ Z TĚŽBY, ÚPRAVY A ZPRACOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SUROVIN archivní č. zakázky TN-8/06

8

vzdušné prostředí: α FeOOH → 140 °C → α Fe2O3 β FeOOH → 165 °C → α Fe2O3 γ FeOOH → 130 °C → α Fe2O3 δ FeOOH → 145 °C → α Fe2O3 vodní prostředí β FeOOH → 85 °C → α FeOOH → 160 °C α Fe2O3 γ FeOOH → 60 °C → α FeOOH → 160 °C α Fe2O3 δ FeOOH → 95 °C → α FeOOH → 160 °C α Fe2O3 V procesu úpravy suroviny je tato podrcena a následně rozpuštěna ve vodě. Po koagulaci a separaci hrubé frakce je surovina k dalšímu zpracování usušena při 105 – 110 °C. Při použití v keramické výrobě je používán výpal střepu při teplotách nad 1050 °C. Jak je patrné, teploty uvedené v předchozích rovnicích jsou nižší než teploty technologických operací, takže lze oprávněně předpokládat vysokou barevnou stálost pigmentů.

5. DÍLČÍ ÚKOL V 005 – DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD – NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY. VÝVOJ KOMPLEXNÍ DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD PRO KOMERČNÍ VYUŽITÍ Stručná historie výsypek (sběr dat, výskyt povrchových a mělkých podzemních vod) lokalita Jirásek Josef HALÍŘ

V rámci této etapy řešení byly zpracovány tyto body : • • • • • • • • • •

vymezení zájmového území geologická charakteristika území těžba hnědého uhlí v dané lokalitě historie a způsob zakládání výsypky projevy nestability hydrogeologická charakteristika území hydrologická situace hydrogeologické poměry a jejich vývoj v závislosti na těžbě uhlí a zakládání výsypek současné odvodnění povrchu výsypky lokalizace vývěrů vod na výsypce Jirásek


9

Centrum Výzkumu integrovaného systému využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin CVVP

Recommend Documents