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 I. etapa 1.1. – 26.3. 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, Marcela ŠAFÁŘOVÁ, Vladimír ČABLÍK, Iva PEČTOVÁ, Pavel Sedláček

Úvod V rámci řešení podetapy výzkumného centra byly v závěru r.2006 a v první 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.22, 23 a 31. 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.

3

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.

Obr. 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. 4


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.22 – vstup Macerálová skupina huminitu byla zastoupena podskupinou humotelinitu, humokolinitu a humodetrinitu. Humotelinit byl zpravidla reprezentován textoulminitem až euulminitem. Buněčné stěny byly značně gelifikovány. Textinit byl zastoupen velmi málo. Jeho celkové množství bylo 20,2 %. Macerálová podskupina humokolinitu byla zastoupena poměrně hojně (35,6 %). Zastoupení gelinitu a korpokolinitu bylo přibližně stejné. Gelinit byl často přerušen kontrakčními trhlinami. Korpohuminit (flobafinit) tvořil kulaté útvary v různých macerálových podskupinách. Macerálová podskupina humodetrinitu byla zastoupena attrinitem a denzinitem. Byla poměrně hojně zastoupena (30,2 %). Liptinit byl zastoupen necelými 5 %, zpravidla byl tvořen sporinitem, kutinitem a suberinitem. Místy se vyskytl alginit. Bylo zaznamenáno několik zrn s vysokým nahloučením liptinitu, která lze z mikrolitotypového hlediska přiřadit k liptitu. Inertinit nebyl zaznamenán. Anorganická příměs byla zastoupena jílovými minerály (5 %), které se vyskytovaly v samostatných zrnech nebo mineralizovaly jednotlivé macerály. Přibližně stejným množstvím (4,3 %) byl zastoupen pyrit, zcela převažoval framboidální (obr. 2) nebo často vyhojoval trhliny případně buněčné prostory humotelinitu.

Obr. 2. Framboidální pyrit v gelinitu

5

Výsledky bakteriálního loužení Z výsledků bakteriálního loužení vzorku č.22 vyplynulo, že po měsíci loužení je možné konstatovat cca 36 %-ní odsíření celkové síry, u pyritické je to 32%, ale zajímavé je odsíření síranové síry, které představuje až cca 63 %.

Síra

Před loužením

Po loužení

Stupeň odsíření

(%)

(%)

(%)

Scelk.

3,65

2,34

35,89

Spyritická

1,72

1,17

31,98

Sorganická

0,86

0,77

10,47

Ssíranová

1,07

0,40

62,62

Výsledky petrologické analýzy vzorku č.22 po loužení Macerálová podskupina humotelinitu byla zpravidla zastoupena ulminitem, podstatně méně textinitem. Její celkové množství bylo nízké – zhruba 17 %. V některých zrnech textinitu se vyskytoval korpohuminit. Zrna byla lemována úzkým světlým lemem. Humokolinit byl velmi hojný (téměř 50 %). Gelinit byl často rozpraskán kontrakčními trhlinami, korpohuminit tvořil oblá tělíska (obr. 3) v humotelinitu nebo humodetrinitu.

Obr. 3. Korpohuminit v textoulminitu Humodetrinit byl zastoupen oběma macerály zhruba ve stejném množství, attrinitem i denzinitem. Často byl mineralizován jílovými minerály. Macerálová skupina liptinitu byla nejčastěji zastoupena sporinitem, méně hojný byl kutinit a suberinit. Ojediněle se vyskytoval alginit (obr. 4).

6


Obr. 4. Zrno liptitu s ojedinělým alginitem Byl zaznamenán ojedinělý výskyt liptitu. Jeho celkové množství je však velmi nízké – necelá 3 %. Skupina inertinitu nebyla kvantitativně stanovena, byl zaznamenán ojedinělý výskyt funginitu. Anorganická příměs byla zastoupena jílovými minerály, které tvořily samostatná zrna, případně mineralizovaly humodetrinit. Sulfidy byly zastoupeny pyritem, převažoval framboidální, případně mineralizoval jednotlivé macerály (např. funginit). Celkové množství anorganické příměsi bylo kolem 7 %. Z výsledků bakteriálního loužení i petrologických analýz je možné tvrdit, že k získání lepších výsledků odsiřování by bylo potřebné prodloužit dobu loužení, nebo použit adaptované kultury Thiobacillus ferrooxidans. Výsledky petrologické analýzy vzorku č.23 – vstup Macerálová podskupina humotelinitu byla tvořena většinou ulminitem a textoulminitem (obr. 5). Textinitu bylo celkově méně než ulminitu (euulminit). V zrnech humotelinitu se často vyskytoval korpohuminit, mineralizován byl jílovými minerály, které tvořily buď jemné proužky nebo byly v uhelné hmotě jemně rozptýlené. Jeho celkové množství bylo 20,2 %.

Obr. 5. Zrno textoulminitu s framboidálním pyritem a kutinitem 7

Humokolinit byl poměrně hojně zastoupen (34,2 %). Zrna gelinitu byla často porušena kontrakčními trhlinami. V korpohuminitu byly přítomny macerály liptinitové skupiny – především sporinit, méně často suberinit. Humodetrinit byl zastoupen 11,4 %. Macerálová skupina liptinitu byla tvořena především sporinitem a kutinitem, méně pak suberinitem. Alginitu bylo velmi málo. Celkové množství této skupiny bylo 5,3 %. V některých zrnech došlo však k jeho vysokému nahloučení do té míry, že vznikl monomacerální mikrolitotyp – liptit. Macerálová skupina inertinitu byla velmi vzácná – planimetricky byl zachycen především funginit a útržky fuzinitu. Inertinit byl zastoupen 2,6 %. Anorganická příměs byla velmi hojná, byla tvořena především pyritem (17,5 %) a jílovými minerály (8,8 %). Pyrit převažoval framboidální, který místy byl nahloučen (obr. 6), často byl jemně rozptýlen v uhelné hmotě.

Obr. 6. Nahloučení framboidálního pyritu a jeho částečné srůstání s přechodem do masivního Výsledky bakteriálního loužení Síra

Před loužením

Po loužení

Stupeň odsíření

(%)

(%)

(%)

Scelk.

4,73

3,20

32,35

Spyritická

2,93

1,99

32,08

Sorganická

0,92

0,80

13,04

Ssíranová

0,88

0,41

53,41

Z výsledků bakteriální desulfurizace tohoto vzorku vyplynulo, že po měsíci loužení je možné z uhlí odstranit cca 33 % celkové síry, cca 32 % pyritické síry a cca 53 % síranové síry. Odstranění organické síry je malé cca 14 %.

8


Výsledky petrologické analýzy vzorku č.23 po bakteriálním loužení Macerálová skupina huminitu byla zastoupena podskupinou humotelinitu, kterého bylo celkově 24,2 %. Textinit se vyskytovat méně než ulminit, případně textoulminit. Vyskytují se silně zgelovatělé buněčné stěny. Podskupina humokolinitu byla zastoupena gelinitem a korpohuminitem, zhruba ve stejném množství, její celkové množství bylo vysoké – téměř 40 %. Podskupina humodetrinitu byla méně častá, její celkové množství bylo 9 %. Přibližně ve stejném množství se vyskytl attrinit a denzinit (obr. 7). Některá zrna byla mineralizována jílovými minerály, případně jemně vtroušeným pyritem.

Obr. 7. Zrno humodetrinitu Skupina liptinitu byla zastoupena především sporinitem a kutinitem (obr. 8). V některých zrnech byl vyšší výskyt alginitu. Celkové množství této skupiny bylo 6,1 %.

Obr. 8. Kutinit s framboidálním pyritem, částečně louženým a korpohuminitem

9

Inertinit byl reprezentován funginitem a útržky fuzinitu. Celkově ho bylo velmi málo – 1 %. Anorganická příměs byla reprezentována především jílovými minerály, kterých bylo 14,1 %. Tvořily samostatná zrna nebo mineralizovaly jednotlivé macerály. Pyrit se vyskytoval především framboidální, často mineralizoval textinit – jemně rozptýlený případně mineralizoval ostatní macerály. Jeho celkové množství bylo 6,2 %. Výsledky bakteriálního loužení a petrologické analýzy jsou podobné jako u vzorku č.22. Výsledky petrologické analýzy vzorku č.31 - vstup Macerálová podskupina humotelinitu byla z velké části tvořena především textoulmitem (obr. 9) a ulminitem. Textinitu bylo méně, často byl mineralizován jemně vtroušeným pyritem. Jeho celkové množství je 26,2 %.

Obr. 9. Zrno textinitu s přechodem do textoulminitu Humokolinitu bylo 17,6 % a byl zastoupen obzvláště gelinitem, který měl časté kontrakční trhliny a korpohuminitem (flobafinitem). Některá zrna byla silně zgelovatělá a byla určena jako kolinit. Humodetrinit byl zastoupen attrinitem a denzinitem. Jejich množství bylo 14,2 %. Poměrně hojně byl zastoupen liptinit a to především sporinitem a kutinitem. Ojediněle se vyskytoval alginit. Liptinit místy přecházel v liptit. Vzorek obsahoval 7,5 % liptinitu. Macerály inertinitu tvořily především útržky (fuzinit) nebo se vyskytoval funginit. Oba macerály byly často mineralizovány pyritem. Pyritu bylo 14,0 %. Často byl masivní nebo jemně vtroušený, převažoval však framboidální (obr. 10). Jílovité minerály tvořily především samostatná zrna nebo mineralizovaly humotelinit nebo humodetrinit. Humokolinit se vyskytoval zpravidla bez mineralizace. Obsah jílových minerálů ve vzorku byl 15,8 %.

10


Obr. 10. Srůsty framboidálního pyritu s přechodem do masivního Výsledky bakteriálního loužení Výsledky bakteriálního loužení jsou poměrně zajímavé po měsíci loužení dochází k cca 38 % odsíření uhlí, odsíření pyritické síry je cca 29 % ,odsíření síranové síry je cca 53 %, zajímavé je zde vysoké odsíření organické síry až 54 %.

Síra

Před loužením

Po loužení

Stupeň odsíření

(%)

(%)

(%)

Scelk.

8,15

5,08

37,67

Spyritická

5,38

3,80

29,37

Sorganická

1,83

0,84

54,10

Ssíranová

0,94

0,44

53,19

Výsledky petrologické analýzy vzorku č.31 po loužení Macerálová skupina humotelinitu byla zastoupena textinitem, který byl velmi často mineralizovaný pyritem a ulminitem. Jeho celkové množství bylo 17,6 %. Skupina humokolinitu se vyznačovala vysokým zastoupením až 47,0 %. Mírně převažoval gelinit s typickými kontrakčními trhlinami nad korpohuminitem. Humodetrinit byl zastoupen velmi málo 5,2 %. Oba macerály attrinit a denzinit byly zastoupeny téměř ve stejném množství. Macerálová skupina liptinitu byla hojně zastoupena sporinitem a kutinitem. Ojediněle se vyskytl suberinit (byl zatlačen) a alginit. Celkové množství liptinitu bylo 9,0 %. Inertinit byl tvořen ojedinělými úlomky fuzinitu a funginitu.

11

Anorganická příměs byla hojně zastoupena pyritem – 15,0 % a jílovými minerály – 6,2 %. V textinitu byl pyrit jemně vtroušený, jílové minerály vyplňovaly buněčné prostory funginitu. Místy byl zaznamenán výskyt hematitu (obr. 11).

Obr. 11. Ssekundární minerál po loužení 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 z daného uhlí cca 35 % 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 13 %, avšak byl získán i extrémní výsledek kolem 54 % u vzorku č.31. 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.

12

bacterial leaching.


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

Preparation Congres and

13

14

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

ANALYTICKÉ ROZBORY ODEBRANÝCH VZORKŮ JÍLOVÝCH HMOT Jiří MALIŠ, Barbora MIKENDOVÁ

Úvod Po provedení odběrů vzorků jílových sedimentů v roce 2006 pokračuje řešení dílčího cíle V002 prováděním analýz jednotlivých vzorků. Cílem terénních prací bylo a stále zůstává zajistit dostatečný počet vzorků různých typů jílových hmot vhodných pro další experimentální práce vedoucí k modifikacím jejich struktur. Analytické zpracování získaných vzorků, tj. stanovení jejich fázového a chemického složení je náplní této dílčí zprávy a bude i nadále probíhat v první polovině roku 2007. Získané vzorky pochází z osmi různých ložisek. Jejich přehled je uveden v tabulce č.1. Popis jednotlivých ložisek s ohledem na výskyt odebraných vzorků bude uveden níže. Geologický popis lokalit vytipovaných pro odběr vzorků Ložiska ze kterých byly odebrány níže popsané vzorky (viz tabulka č.1) můžeme zjednodušeně rozdělit na dvě odlišné skupiny z hlediska matečných hornin. Vzorky jílů odebrané na ložiscích Nová Ves, Božíčany a velkolomu Jiří mají původ ve zvětrávání granitů a rul, zatímco vzorky bentonitů představují zvětralá pyroklastika. Tabulka 1. Přehled odebraných vzorků. Ložisko

Typ vzorku

Nová Ves I sv. část

Nero, xylitický jíl

Nová Ves I

jíl Pluto

Nová Ves I

pórovinový jíl

Nová Ves II

jíl GE (grun erde)

Nová Ves II

jíl B1

Božíčany, ložisko Osmosa

uhelný jíl sloje Josef


uhelný jíl – vazký


kaolin, 15m pod povrchem vrstvy


kaolin, upravený

Sokolov, velkolom Jiří

jíl cyprisový

Rokle

bentonit

Stránce

bentonit

Velký rybník, Hroznětín

bentonit

Černý vrch, Modrá rokle

bentonit

Jílové sedimenty Chebské pánve se dělí na terciérní, a to miocénního stáří a pozdější pliocénního stáří a s určitou pravděpodobností i na kvartérní, pleistocénního stáří. Souvrství terciérních sedimentů začíná spodním jílovito-pískovým souvrstvím akvitánského stáří, kdy v prostoru chebské pánve a v přítokových deltách sedimentoval detritický materiál, spláchnutý z blízkého zvětralého leukokrátního granitu typu „Smrčiny" a krystalických břidlic, převážně svorů a fylitů. Následuje cyprisové souvrství spodně

15

tortonského stáří, kdy sedimentační prostředí jezerní pánve bylo podstatně klidnější, málo větrané a tedy redukční, s převážnou sedimentací pelitického materiálu, doprovázeného pyritem nebo markasitem a místy sideritem. Za zdroj detritického materiálu jsou pokládány metamorfní horniny krystalinika, avšak pravděpodobně přispěly i vulkanity Doupovských hor. Keramické jíly a hlíny se však usadily podle palynologického určení teprve na bázi kvartéru, pravděpodobně v pretegelénu až tegelénu. Stratigraficky se označují jako vildštejnské souvrství, na jehož bázi jsou vrstvy vonšovské, nad nimi série uhelnatých jílů Nero a konečně nejvýše vrstvy novoveské, z nichž se těží naše nejvýznamnější keramické jíly a hlíny. Sedimentační prostředí bylo typicky limnické až fluviálně limnické, přínos zvětralého materiálu byl nepravidelný až rytmický a podle obsahu jílového materiálu a klastických zrn, převážně křemene a muskovitu, v tenkých vrstvách a laminách, lze soudit na klidné až živé proudy, z nichž se usazoval detritický materiál přinesený řekami z okolní mohutné kaolínové kůry zvětrávání, jež se vytvořila na granitu typu „Smrčiny“ a na okolních krystalických břidlicích, převážně svorech a fylitech. Vonšovské vrstvy, obsahující vazné modré jíly, jsou vyvinuty téměř na celé ploše chebské pánve. Jíly mají šedou, při umělém světle modrošedou barvu, v různých tmavých a světlých odstínech. Převládajícím minerálem v nich je neuspořádaný kaolinit, podstatnou příměs tvoří illit a smíšená struktura illitu s montmorillonitem. Místy se v nich vyskytuje značný podíl prachových a pískových zrn křemene a světlé slídy. Akcesoricky je občas zastoupen opál ve skeletech diatomaceí a téměř vždy anatas. Novoveské vrstvy obsahují materiál pestřeji zbarvený, v jednotlivých sedimentačních přírůstkových jednotkách lépe vytříděný a výraznou převahu středně uspořádaného kaolinitu. Jílová velikostní frakce převažuje v průměru nad prachovou frakcí a ta nad pískovou frakcí. Látkovým složením a fyzikálně chemickými vlastnostmi se řadí k pórovinovým a žárovzdorným jílům. Koncentrace kvalitních ložisek keramických jílů a hlín při západním okraji chebské pánve svědčí o tom, že granit typu Smrčiny byl dominantním zdrojovým materiálem a jeho kaolinicky zvětralý povrch poskytl celkově hodnotnější materiál než zvětraliny na krystalických břidlicích. V souhlase s normou byly všechny jíly chebské pánve rozděleny na pět kvalitativních skupin v pořadí od nejkvalitnějších k nejméně kvalitním: a) pórovinové jíly, označované obchodními značkami IB, BD, NF, IBH, IBV; b) žárovzdorné jíly Ž 1 až Ž 3, označované obchodními značkami CH a HC; c) pórovinové jíly vhodné k úpravě, neboť obsahují zvýšenou příměs písku, maximálně do 35% a vedle křemene vyšší podíl muskovitu; d) kameninové jíly, jejichž obchodní značky začínají písmenem K; e) vazné jíly nebo také vazné modré jíly, jež se označují obchodními značkami PL, B, D, G; f) cyprisové jíly (podle skořepatce cypris augusta Reuss), obsahující převážně trojsíťové jílové minerály s převahou smíšené struktury illitu a montmorillonitu a s příměsí kaolinitu a chloritu, vhodné pro výrobu keramzitu, tj. termickou expanzí vyrobených granulí o velmi nízké objemové hmotnosti. V jílech a, b, c, d, e převládá mezi jílovými minerály kaolinu, v menším množství je přítomen illit a světlá klastická slída a vedle nich smíšená struktura illitu s montmorillonitem. Uvedené jíly se vyskytují na větším počtu ložisek. Ložisko Nová Ves I je otevřeno rozsáhlým jámovým lomem a jeho surovina je dnes nejlépe prozkoumaná. Plastické keramické suroviny sedimentární řady jíl-prach-písek, u některých ještě s podstatným podílem lignitu, patří k vrstvám novoveským. Těžené pórovinové a šamotové jíly a hlíny jsou charakteristické rytmickým střídáním vrstev až lamin bohatších buď jílem, nebo prachovými a pískovými zrny a v tomto případě někdy křemenem, jindy muskovitem, větší nebo menší příměsí lignitové substance a velmi častou intraklastovou strukturou, která svědči o erozi a redepozici jílového až lutitového sedimentu brzy po uložení. Z texturních a strukturních znaků lze soudit, že sedimentační prostředí novoveských vrstev bylo dynamicky velmi proměnlivé. Vyznačovalo se pulzací mírných a živějších proudů a odpovídalo nejspíše podmínkám v plochém aluviálním korytě nebo deltě, lemované menšími 16


jezerními depresemi a na bázi těchto vrstev slatinami. Mezi jílovými minerály silně převládá kaolinit středně uspořádaný, jenž se charakteristicky liší od kaolinitu starších vonšovských vrstev nejen rentgenogxaficky a objemnějšími krystaly, představujícími úlomky původních vermikulárních tvarů, ale také velkým velikostním rozptylem částic a zrn a konečně mohutnějším exotermním efektem v relativně vyšší teplotní oblasti okolo 1000 °C. Klastický muskovit je přítomen v širokém velikostním rozsahu a místy převažuje nad klastickým křemenem. Malá příměs smíšené struktury illitu s montmorillonitem obsahuje značný podíl expandujících vrstev. Pomocí skenovacího elektronového mikroskopu bylo zjištěno, že hrany lupínků muskovitu a hrubších úlomků kaolinitu nesou známky abraze během transportu ve vodě na rozdíl od výrazně angulárního křemene. Vrstvy Nero, vyskytující se na bázi novoveských vrstev, charakteristické vysokým obsahem lignitové substance, mají většinou organo-pelitickou, někdy současně také intraklastovou strukturu. Zbytky rostlin, převážně trav a ostřic, mají zachovalou morfologickou stavbu a často i buněčnou strukturu. V některých polohách novoveských vrstev se místy vyskytují sigmoidálně zklikacené žilky, o maximální tloušťce až 1 mm, vyplněné krystaly diagenetického kaolinitu větších rozměrů. Ložisko Nová Ves II obsahuje vonšovské vrstvy s typickými vaznými jíly a hlínami. Jsou charakteristické kompaktní texturou a jednotvárnou mikritovou strukturou pelitové hmoty, avšak podíly prachové a pískové frakce, zastoupené převážně křemenem, v menší míře i muskovitem, jsou někdy značně velké. Dynamika sedimentačního prostředí byla klidnější a vyrovnanější, detritický materiál se usazoval v hlubších depresích rozsáhlejšího jezera. Hlavní součástkou vazných jílů a hlín je neuspořádaný kaolinit v podobě extrémně jemných, tenkých a ostře omezených lupínků o vysokém stupni vytřídění. Kaolinit je doprovázen silně degradovanou dioktaedrickou draselnou slídou a smíšenou strukturou illitu s montmorillonitem v podobě extrémně jemných a tenkých lupínků.

Obrázek 1. Obsahy TiO2 v plastických keramických surovinách chebské pánve v závislosti na grafickém velikostním průměru. Černé body značí pórovinové, šamotové a pouzdrové jíly a hlíny z ložiska Nová Ves I, prázdné kroužky představují vazné jíly a hlíny z ložiska Nová ves II (Konta, 1982).

Jíly a hlíny z jámy Nová Ves I se neliší procentickým rozsahem SiO2 od surovin z ložiska Nová Ves II. Avšak obsahy Al2O3 jsou u vazných jílů nejvyšší kvality z ložiska Nová Ves II zřetelně nižší než u nejkvalitnějších jílů a některých hlín z ložiska Nová Ves I. Kvalitní jíly a hlíny na ložisku Nová Ves I jsou žárovzdorné, vyznačují se vysokou koncentrací Al2O3. Obsah TiO2 v nich má charakteristicky širší

17

rozpětí, a to od 0,25 do 1,10 % u laboratorně suchých vzorků. Obsahy sumárního Fe2O3 ve všech vzorcích novoveských vrstev z jámy Nová Ves I jsou průměrně dvakrát nižší než obsahy ve vzorcích vonšovských vrstev na ložisku Nová Ves II. Také suma MgO + CaO je v surovinách z ložiska Nová Ves I v průměru asi o třetinu nižší než v surovinách z ložiska Nová Ves II. Obsahy K2O jsou ovlivněny především podílem klastického muskovitu, v menší míře i smíšenou strukturou 1M. Relativně užší rozsah v obsazích TiO2, 0,69 až 1,20 %, ve vonšovských vrstvách ložiska Nová Ves II ukazuje na značně lepší vytříděnost přítomné frakce, jež je hlavním nositelem titanu, tj. anatasu, rutilu a pravděpodobně i ilmenitu. Na ložisku Nová Ves I oxidy K2O + Na2O + CaO + MgO + FeO + Fe2O3 jsou převážně vázány na jiné minerály než na kaolinit. Na ložisku Nová Ves II roste součet oxidů alkálií, alkalických zemin a železa s rostoucím obsahem Al2O3 a je vázán na jílovou hmotu, v níž je dominujícím minerálem neuspořádaný kaolinit. V obou stratigraficky odlišných vrstvách převažující část klastického křemene a muskovitu má shodné nebo velmi blízké vlastnosti. Povaha trojsíťových silikátů v jílové frakci je slabě odlišná v obou stratigraficky rozdílných vrstvách. Velmi pozoruhodný je analogický rozptyl TiO2 v závislosti na grafickém velikostním průměru (obr. 1) a charakteristicky odlišná strukturní uspořádanost a jiná velikost i tvar kaolinitu v souhlase s odlišnými texturními a strukturními znaky sedimentů obou druhů vrstev na ložiskách Nová Ves Ia II. To vše svědčí o velmi blízkém nebo dokonce totožném zdroji v kaolínové kůře zvětrávání v oblasti chebské pánve, avšak o rozdílných hydrodynamických energiích ve dvou odlišných sedimentačních prostředích, jež se vytvořila především vlivem různých tektonických podmínek. Sokolovská pánev je ze tří stran obklopena krystalinikem (Krušné hory na S, Slavkovský les na J a Chlum nad Ohří na Z). Na V je ohraničena neovulkanity Doupovských hor. Podloží pánve tvoří granitoidy krušnohorského plutonu, menším dílem na Z i metamorfované krušnohorské krystalinikum. Přes tyto mnohde hluboce zvětralé horniny transgredovaly terciérní sedimenty. Dělí se do pěti základních jednotek – starosedelské souvrství, souvrství sloje Josef, vulkanicko-detritické souvrství, slojové souvrství a cyprisové souvrství. Poslední jmenované, tj. cyprisové souvrství tvoří jezerní až jezerně – deltové sedimenty. Modrošedé, žlutavé až hnědošedé tence listovitě se rozpadající jíly jsou lokálně nahrazeny špatně vytříděnými písky. V době tvorby cyprisového souvrství byly v sokolovské pánvi zaznamenány pouze sporadické projevy synchronního vulkanismu. Analytické zhodnocení vzorků – metodika, výsledky Chemické i fázové složení vzorků jílových hmot bylo prováděno na pracovišti Institutu geologického inženýrství, chemismus byl stanoven metodou RTG fluorescence (popis viz níže) a fázové složení metodou práškové RTG difrakce. Chemický rozbor přírodních a odpadních materiálů pomocí vlnově disperzního rentgenfluorescenčního spektrometru (WD XRF) je založen na vyhodnocení RTG spekter prvků ve vzorku pomocí počítačově řízeného spektrometru. Principem vlnově disperzního rentgenového spektrometru je ozáření vzorku elektronovým paprskem (rentgenovým zářením), které vybudí charakteristické rentgenové záření vzorku. Toto charakteristické záření je dále analyzováno na základě vlnové délky. Používaný spektrometr Spectroscan MAKC GVII je sekvenční vlnově disperzní rentgenfluorescenční spektrometr, který umožňuje plně automatickou analýzu pevných i kapalných vzorků, prášků, filmů, filtrů a malých objektů v rozsahu od Na po U. Důležitým procesem je příprava vzorku pro analýzu a vyhodnocení výsledků. Pevné vzorky se nejprve rozdrtí v porcelánové misce nebo čelisťovém drtiči, zhomogenizují a poté namelou na analytickou jemnost. Literatura uvádí jemnost zrn pro RTG analýzu pod 50 μm. Mletí se provádí v achátové misce, nebo v kryogenním mlýnku. Jemně mletý vzorek se smíchá s pojidlem (voskem) a vylisuje se peleta, která se analyzuje na RTG spektrometru. Vlastní měření spočívá ve vložení pelety do kyvety a do sampleru spektrometru a spuštění programu. Výsledkem měření je intenzita charakteristických spektrálních linií, která je závislá na obsahu prvku měřeném ve vzorku. Spektrometr je vybaven dvěma programy pro přepočet intenzity na obsah odpovídajícího prvku. První pracuje na principu regresního modelu za použití kalibračních standardů.

18


Druhý program je založen na principu výpočtu koncentrací na základě teoretických modelů. Metoda, kterou tento program pro přepočet používá se nazývá „Fundamental Parametres Method“ (FPM). První program generuje výsledky, které jsou vyjádřeny ve stejných jednotkách jako kalibrační standardy. Program „FPM“ generuje výsledky v hmotnostních procentech. Výsledky analýz jsou uvedeny níže v tabulkách 2 a 3. Stanovení fázového složení vzorků bylo provedeno metodou RTG práškové difrakce. Všechny vzorky byly analyzovány difraktometrem Seifert – FPM (Co katoda 0,179026 nm). Po homogenizaci byly z každého vzorku bentonitu připraveny dva preparáty, z nichž jeden byl standardní (tj. vzorek byl pouze nanesen na podložní sklíčko a dále neupravován) a druhý glykolovaný. Na obrázcích 2 až 5 jsou ukázány difrakční záznamy jednotlivých vzorků, horní křivka představuje preparát glykolovaný. Tabulka 2. Analýzy chemického složení vzorků bentonitů. Označení

B. Rokle

B. Stránce

Analyt Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl K 2O CaO TiO2 MnO Fe2O3

B. Hroznětín

B. Černý vrch

hmotnostní % <1 2,95 13,54 47,62 0,46 0,036 0,064 0,82 2,52 4,04 0,024 8,94

<1 1,51 17,17 49,55 0,35 0,061 0,089 0,97 1,42 2,51 0,127 12,19

<1 2,32 12,62 49,92 0,75 0,040 0,074 1,12 2,40 3,22 0,099 11,29

<1 3,15 12,99 47,23 0,48 0,026 0,080 0,92 5,45 2,36 0,073 9,19

324,9 105,1 106,4 84,9 105,4 27,9 7,3 134,1 208,6 29,7 148,5 175,6 112,4 210,4 10,2

177,8 367,3 162,4 52,5 107,2 22,9 <1 63,3 59,5 20,3 74,5 87,7 51,1 88,3 5,6

mg/kg V Cr Ni Cu Zn Ga As Rb Sr Y Nb Ba La Ce Pb

259,3 306,4 109,1 97,9 99,5 24,8 <1 53,5 164,2 23,0 90,9 171,7 56,2 99,6 7,0

236,5 226,7 156,9 56,6 156,7 28,0 3,6 67,7 181,4 39,1 90,1 401,0 60,5 110,9 8,9

19

Tabulka 3. Analýzy chemického složení vzorků jílových hmot. Uhelný jíl

Uhelný jíl vazký

Jíl Cyprisový

Jíl Pluto

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

<1 0,16 31,17 48,59 0,07 0,721 0,047 1,02 0,14 0,74 0,008 1,23

<1 0,24 31,69 46,17 0,06 1,989 0,056 0,88 0,17 0,91 0,005 1,71

<1 1,78 26,08 39,54 0,31 0,189 0,037 1,42 1,18 3,11 0,079 9,82

<1 0,13 34,03 43,41 0,08 0,176 0,067 1,20 0,19 0,33 0,010 1,30

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

107,0 40,5 5,1 59,0 32,7 15,6 9,8 82,8 42,3 1,8 142,2 26,5 89,9 88,6 107,9 36,3

128,2 42,6 15,1 22,2 42,7 32,5 14,5 73,4 64,5 2,4 130,7 30,6 83,6 65,9 178,4 59,6

267,6 82,5 40,0 68,8 85,1 7,5 10,2 95,9 298,0 2,2 450,7 103,9 431,2 57,6 458,1 45,7

81,4 23,9 62,6 63,6 31,9 5,7 253,4 43,6 2,8 43,5 38,3 43,9 13,1 51,6 36,1

Označení

Jíl Pórovinatý hmotnostní % <1 0,18 34,21 50,91 0,06 0,040 0,073 2,01 0,06 0,22 0,011 1,14 mg/kg 67,5 17,5 3,5 59,6 51,6 25,1 4,6 386,2 32,5 72,2 43,1 36,7 14,2 15,8

Jíl Grunerde

Kaolin Božičany

B1 Nová Ves

Nero Nová Ves

<1 2,75 17,46 53,05 0,29 0,049 0,049 2,98 1,26 1,19 0,040 8,68

<1 0,16 27,57 61,41 0,06 0,095 0,038 0,72 0,04 0,24 0,009 1,59

<1 0,39 32,84 47,58 0,06 0,059 0,026 1,69 0,33 0,66 0,007 2,17

<1 0,35 29,82 41,25 1,73 1,32 0,180 1,71 0,90 1,07 0,009 1,36

215,8 69,6 56,3 82,7 140,9 25,5 10,6 302,6 213,0 6,3 196,6 31,0 201,1 55,3 313,3 30,5

55,2 26,6 2,8 63,1 35,9 5,4 9,0 73,3 16,7 0,6 103,4 23,4 48,8 55,4 144,5 30,9

212,9 73,3 16,1 64,8 50,1 29,4 6,0 247,6 138,0 6,4 60,2 21,1 169,2 146,8 19,5

151,5 58,5 1,9 82,1 63,8 76,1 14,7 340,8 54,0 3,6 145,1 76,9 221,5 1,6 34,6 70,6

Obrázek 2. RTG difrakční záznam bentonitu z ložiska Rokle. Montm – montmorillonit, Mu – muskovit, Q – křemen.

20


Ve složení vzorků bentonitů převládá montmorillonit, z dalších fylosilikátů je zastoupen muskovit a z ostatních minerálů je přítomen křemen, zbytky živců (draselného i plagioklasu) a kalcit.

Obrázek 3.RTG difrakční záznam bentonitu z lokality Stránce. Montm – montmorillonit, Mu – muskovit, Q – křemen, Ort – draselný živec.

Obrázek 4. RTG difrakční záznam bentonitu z ložiska Velký Rybník – Hroznětín. Montm – montmorillonit, Q – křemen, Ort – draselný živec.

21

Obrázek 5. RTG difrakční záznam bentonitu z ložiska Černý vrch – Modrá rokle. Montm – montmorillonit, Q – křemen, Kalc – kalcit.

Další vzorky, tj. jílové hmoty byly pomocí RTG difrakce kvantifikovány. Výsledky kvantifikace jsou uvedeny na obrázcích 6 až 12. Závěr Zhodnocení výše uvedených analýz a jejich doplnění bude náplní dalších prací na řešení dílčího cíle V002.

Obrázek 6. Kvantifikace pomocí RTG difrakce.


22





23

Obrázek11. Kvantifikace pomocí RTG difrakce.


24

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 Jan THOMAS Předkládaná zpráva navazuje svým obsahem na již provedené shrnutí vybraných kritérií, jejichž splnění je vyžadováno při využití vedlejších energetických produktů pro přípravu a uplatnění rekultivačně sanačních a výplňových stavebních hmot. Zpráva za první čtvrtletí roku 2007 je tvořena dvěma celky. První oddíl se zabývá vymezením oblastí využití vedlejších energetických produktů, resp. popílků ze spalování tuhých paliv, během rekultivačních a remediačních prací. Druhý oddíl předkládané zprávy je věnován popisu experimentální části, ve které je specifikován laboratorní program testování zkušebních vzorků rekultivačně sanačních, výplňových nebo těsnících hmot. Studium laboratorních vzorků zájmových hmot je směřováno především k popisu základních fyzikálních a chemických vlastností. 1. Využití popílku ze spalování tuhých paliv pro rekultivační účely Záznamy o produkci a využívání odpadů ze spalování tuhých paliv jsou v rámci Evropského společenství vedeny již řadu let. Odpadní materiály ze spalování uhlí, jako popílky z různých typů spalovacích zařízení nebo odpady z odsiřování spalin, jsou v EU využívány zejména ve stavebnictví, v pozemním stavitelství, k rekultivačním pracím jako například k navrácení krajiny k původním účelům zejména po dlouhotrvající těžební činnosti. Své uplatnění nachází vedlejší energetické produkty v řadě aplikací, od základních surovin pro další výrobu, až po běžné výplňové materiály. Z obecného pohledu je tedy možné jmenovat vedle oblasti využití vedlejších energetických produktů ve stavebnictví, ve výrobě cementu a/nebo různých prefabrikátů také oblast využití popílků v injektážích nebo v různých plnících hmotách. Z technologického hlediska využití vedlejších energetických produktů, respektive popílků, je možné vymezit tři základní oblasti: -

Popílky reprezentují vstupní surovinu, která je vhodnou náhradou přírodního zdroje oxidu křemičitého, nutného při výrobě cementu. Zdroj SiO2 je nedílnou součástí surovinové směsi před jejím vypálením na cementářský slínek.

-

Popílky je možné využít ve formě pojiva. Takové využití popílků je postaveno na základě pucolánových vlastností, které popílky při vhodné aktivaci vykazují.

-

Využití popílků jako aditiva. Využití popílků ve formě různých příměsí je směřováno do mnoha oblastí, počínaje výrobou směsných cementů, budováním pozemních komunikací nebo hrází a konče výplňovými hmotami.

Z pohledu uplatnění vedlejších energetických produktů v rámci tvorby rekultivačně sanačních výplňových nebo těsnících hmot, je pro naše potřeby nejdůležitější uplatnění popílků právě v oblastech injektážních rekultivačních prací nebo při sanaci zátěží využitím výplňových hmot na bázi vedlejších produktů po spalování tuhých paliv. 2. Uplatnění popílků v rámci injektážních a výplňových aplikací Pro své užitné vlastnosti jsou vedlejších energetické produkty v zemích Evropského společenství úspěšně využívány již řadu let. Akceptovatelnost těchto produktů, především pak popílků po spalování tuhých paliv v oblasti sanačních prací, je postavena zejména na výhodách vyplývajících z nízké měrné hmotnosti a vyšší smykové pevnosti. Pro zemní práce vykazují popílky v porovnání s ekvivalentními přírodními zdroji řadu dalších výhodných vlastností jakými jsou např.:

25

-

Popílky představují „lehčený“ materiál, který v porovnání s přírodními zdroji surovin šetří náklady nejen za jejich pořízení, ale rovněž snižuje náklady na dopravu materiálů.

-

„Samotuhnoucí“ vlastnosti popílků poskytují při jejich využití výhodné pevnostní charakteristiky v porovnání s různými zeminami nebo zrnitým materiálem.

-

Jsou-li popílky během různorodých aplikací dostatečně zhutněny, pak již nedochází k dalším významným změnám. Procento následného sesedání zhutněného materiálu je menší než 1%.

-

Vývoj pevnostních charakteristik aplikovaných materiálů na bázi popílků po spalování tuhých paliv umožňuje během nenáročných zemních prací redukovat množství vzpěr, hrazení a jiných bednění nutných pro zajištění stability v procesu sanace území.

Uplatnění hmot na bázi popílků po spalování tuhých paliv pro sanační účely ve formách různých výplní, využívá vedle výhodných pevnostních charakteristik v prostém tlaku nebo ve střihu také příznivé permeability. Přes poměrně vysoké zastoupení spojitých dutin – vzdušných pórů, je po zhutnění tento materiálu považován za velmi málo propustný. Typické hodnoty permeability, respektive propustnosti se pohybují v rozmezí hodnot 0,05 × 10-7 do 8 × 10-7 m/s. Jak již bylo zmíněno výše, dobré zhutnění hmot na bázi popílků přispívá k tuhosti hmot, přičemž nedochází z dlouhodobého hlediska k dalším povrchovým změnám. Na dostatečné tuhosti hmot se ale podílí také méně kvalitním způsobem provedené zhutnění. Následné posouzení sesedání zhutněných hmot nedosahuje významných rozdílů naměřených hodnot. Konkrétní aplikace výplňových hmot je možné soustředit do oblastí, ve kterých vhodnými terénními úpravami dochází k navrácení původní funkčnosti krajiny a/nebo k tvorbě nových víceúčelových ploch. Oblast rekultivace, většinou průmyslem zasažených území, je možným konečným cílem uplatnění hmot na bázi vedlejších energetických produktů. Produkty po spalování tuhých paliv nalézají ve výplňových hmotách uplatnění jako nositelé vlastnosti retence půdní vlhkosti. Popílky jsou v hmotách schopny zadržet velké množství vody, aniž by nastala jejich saturace. V kombinaci s různými hnojivy nebo primární setbou je také možné dosáhnout podpory růstu nové vegetace. Současně s využitím výplňových hmot je možné uplatnit hmoty na bázi popílků také v oblasti sanace kontaminovaných území. V této oblasti je využívána nízká permeabilita a pucolánové vlastnosti popílků k uzavírání kontaminovaných oblastí, ze kterých je minimalizována možnost přestupu potenciálně nebezpečných látek do okolního prostředí. Pro takové účely je přímo na místě kontaminace tvořena remediační hmota na bázi cementu, popílku a jiných aditiv pomocí různých míchacích zařízení. Jak je vidět na obrázku č. 1, dochází k míchání vstupních surovin s kontaminovaným materiálem pomocí několika šnekových hlavic. Výsledná hmota následně zabraňuje vyluhovatelnosti kontaminantů do životního prostředí. Jinou významnou oblastí uplatnění hmot na bázi vedlejších energetických produktů je jejich využití v rámci nejrůznějších injektážních rekultivačních prací. Injektování hmot na zasažené území je vyžadováno na základě požadavků daných problematikou sanace jednotlivých oblastí. Využití injektování hmot se uplatňuje například při zlepšení půdní stability, která je ovlivněná množstvím nespojitostí, trhlin nebo prasklin vzniklých pohybem terénu. Injektážní hmoty tak mohou přispět k zlepšení pevnostních charakteristik (v prostém tlaku nebo ve smyku), současně mohou snížit propustnost prostředí konkrétní aplikace. Celkové ovlivnění geotechnických vlastností místa (půd) prostřednictvím aplikace injektážní hmoty je obvykle dosahováno injektováním suspenze do nespojitých míst, trhlin, a/nebo účelně vytvořených vrtů. Injektážní výplňové kašovité hmoty jsou obvykle připravovány na bázi cementu, popílku a vody. Kašovité hmoty jsou vyráběny nejčastěji přímo na místě aplikace. Popílky se v těchto hmotách uplatňují jako alternativa k písčito-cementovým hmotám nebo jiným hmotám na bázích zrnitých materiálů a cementu. Výhody vyplývající z použití popílků v injektážních výplňových kašovitých hmotách je možné shrnout v následujících bodech.

26


Obrázek 1. Využití míchací techniky při tvorbě remediační hmoty na bázi popílku

Výhody využití popílků po spalování tuhých paliv pro tvorbu injektážních kašovitých hmot. - Dobrá zpracovatelnost, která prodlužuje dobu nakládání s vyrobenou kašovitou hmotou. - Výhodné charakteristiky tekutosti kašovité hmoty, usnadňující čerpatelnost hmot na potřebná místa. - Nižší propustnosti kašovitých hmot v porovnání s výplněmi na bázi písčitých nebo jiných zrnitých materiálů. - Zvýšení pevnosti a odolnosti území při aplikaci kašovitých hmot na bázi popílků. - Ekonomické hledisko, snížení nákladů na celkové provedení injektážních výplňových prací. 2. 1.

Popílky pro tvorbu injektážních výplňových hmot a jejich vlastnosti

Ze základních vlastností popílků, které jsou z pohledu uplatnění popílků po spalování tuhých paliv pro tvorbu kašovitých injektážních hmot významné, můžeme jmenovat především složení popílků, jejich zrnitost a také měrnou hmotnost. Složení popílků, respektive zastoupení základních oxidů, obvykle kolísá v úzkém intervalu hodnot. Složení se může měnit v závislosti na dodávkách tohoto materiálu, přičemž zastoupení základních součástí producent poskytuje v rámci jednotlivých dodávek materiálu. Obecně lze ale uvést, že základní složení popílků po spalování tuhých paliv je tvořeno především těmito oxidy: SiO2, Al2O3, Fe2O a CaO. Výhodou, při aplikaci popílků po spalování tuhých paliv do procesu výroby kašovitých výplňových hmot, se stává také nižší měrná hmotnost částic popílků. Měrná hmotnost popílků se pohybuje v řádech o jednotku nižších, než je měrná hmotnost cementu. Měrná hmotnost je rovněž nižší než měrná hmotnost většiny zrnitých materiálů. Objemová hmotnost vyrobených kašovitých hmot na bázi popílků dosahuje hodnot v intervalu od 1500 kg/m3 do 1800 kg/m3. Uvedená objemová hmotnost kašovitých výplňových hmot je významně nižší, než objemová hmotnost kaší na bázi štěrkopísků nebo jiných materiálů. Při nutnosti dosažení nižších konečných hmotností výplní, je pak aplikace hmot na bázi popílků bezesporu výhodou.

27

Charakteristickým znakem popílků po spalování tuhých paliv je také jejich zrnitost. Popílky se skládají ze sférických částic, jejichž velikost se pohybuje obvykle v rozmezí 1μm až 150 μm. Průměrné zastoupení jednotlivých zrnitostních tříd je patrné z obrázku č. 2.

Obrázek 2. Distribuční rozdělení zrnitostního zastoupení popílků

2. 2.

Typy výplňových hmot na bázi popílků

Z technologického hlediska existuje řada injektážních výplňových hmot, které jsou specifické pro dané použití. Stejně tak existují různé výplňové hmoty na bázi popílků, které je možné rozdělit do několika skupin. Popílkové hmoty Pro nenáročné zemní práce je možné použít hmoty s popílkem jako jedinou složkou, které nedosahují významných pevností. Pevnostní charakteristiky jsou obvykle velmi malé a hmoty mohou po delší časové období zůstat velmi vlhké, pokud není umožněn dostatečný odvod vody. Vodní součinitel dosahuje průměrné hodnoty 0,4. Popílko-cementové hmoty Podle měnícího se poměru cementu a popílku, dochází také ke změně pevnosti a měrné hmotnosti. V závislosti na konečných pevnostech, které jsou jednotlivými aplikacemi požadovány, se může poměr mezi množstvím popílku cementu pohybovat v širokém intervalu hodnot. Hmoty na bázi – Popílek/Cement/Zrnitý materiál Zrnitý materiál, jako je písek nebo kamenivo, je přidáván k popílkům a cementu v případech, kdy zrnitostní složení výsledné hmoty není omezeno technologickými požadavky aplikace výplňových hmot. V takovém případě dochází k zvýšení měrné hmotnosti výplní. Hmoty s popílky a aditivy Aditiva mohou být přidávána k samotným popelkovým výplňovým hmotám s cílem vylepšit vlastnosti těchto kašovitých hmot. Jedná se především o úpravu pucolánových vlastností, směřující k vylepšení pevnostních charakteristik. Speciální hmoty Ostatní, respektive speciální hmoty, shrnují všechny případy užití popílků po spalování tuhých paliv pro přípravu výplňových hmot, určených pro konkrétní a předem definované požadavky. Hmoty obsahují např. akcelerátory, depresory tuhnutí a tvrdnutí, anebo jiné materiály ovlivňující jejich reologické vlastnosti (tixotropie, viskozita, aj.), např. bentonit.

28


Na základě poznatků z oblasti tvorby rekultivačních a/nebo injektážních hmot na bázi vedlejších energetických produktů – popílků po spalování tuhých paliv, byl vyspecifikován také současný laboratorní program testování rekultivačně sanačních, výplňových nebo těsnících hmot. 3. Ověření využití popílků po spalování tuhých paliv pro tvorbu výplňových a těsnících hmot Cílem laboratorního programu je především posouzení možnosti využití popílků po spalování tuhých paliv a dalších aditiv, pro tvorbu výplňových rekultivačně sanačních a těsnících hmot, které nalézají uplatnění při sanačních pracích na nejrůzněji zasažených územích. V rámci započatého studia výplňových a těsnících hmot jsou vedle popílků po spalování tuhých paliv současně využívány také další suroviny, konkrétně Portlandský cement, kamenivo (drcený betonový recyklát) a jílová složka reprezentovaná bentonitem. Program laboratorního testování je zaměřen především k popisu základních fyzikálněchemických charakteristik vyrobených hmot. Pozornost je v rámci běžícího studia věnována těmto parametrům: -

Určení pevnostních charakteristiky vyrobených hmot v prostém tlaku, při využití destruktivních a nedestruktivních metod.

-

Stanovení rozsahu nasákavosti (absorpce) hmot.

-

Ověření odolnosti hmot vůči agresivnímu prostředí.

-

Posouzení chemických charakteristik vyrobených hmot.

-

Vizuální zhodnocení stavu vyrobených hmot v závislosti na provedených testech. Pro výrobu laboratorních vzorků byly použity následující vstupní suroviny:

-

Popílek ze spalování tuhých paliv,

-

Portlandský cement (PC 42,5),

-

Jílová složka - Bentonit,

-

Kamenivo (štěrkopísky, drcený betonový recyklát, zrnitost [0,006 – 20mm]),

-

Voda.

Za účelem laboratorního testování fyzikálních a chemických vlastností výplňových, respektive těsnících hmot je uvažováno vytvoření celkem 12 různých směsí lišících se podle zastoupení vstupních surovin. Pro jednotlivá laboratorní měření se předpokládá s vytvořením celkem až 102 laboratorních vzorků ve tvaru krychlí při délce hrany 100 mm. Zastoupení jednotlivých vstupních surovin v testovaných hmotách je shrnuto v tabulce č. 1. Tabulka 1. Složení laboratorních hmot Označení vzorků Materiál

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

V8

V9

V10

V11

V12

Zastoupení [hmot. %] Portlandský cement Popílek Voda Bentonit Kamenivo

16,7

16,7

16,7

10,0

10,0

10,0

6,7

6,7

6,7

3,3

3,3

3,3

0

0

0

6,7

6,7

6,7

10,0

10,0

10,0

13,4

13,4

13,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

8,4

0

2

4

0

2

4

0,5

1,0

1,5

0,5

1,0

1,5

83,3

81,3

79,3

83,3

81,3

79,3

82,8

82,3

81,8

82,8

82,3

81,8

29

V předem definovaných intervalech, byla na laboratorních vzorcích testovaných hmot provedena skupina měření vybraných vlastností. V rámci současné etapy řešení dílčího cíle V003 byly na laboratorních vzorcích zjištěny pevnosti v prostém tlaku po 7 a 28 dnech. Měření pevnosti v prostém tlaku po 7 a 28 dnech bylo doplněno měřením UPV (Ultarsonic Pulse Velocity). Jedná se o nedestruktivní zkoušku pevnosti, která je vhodným doplňujícím měření pevnosti v prostém tlaku. Souběžně s popisem pevnostních charakteristik po 7 a 28 dnech bylo vedeno také studium nasákavosti (absorpce) hmot. Započato bylo také stanovení odolnosti hmot vůči vlivům vnějšího prostředí, jehož výsledky budou zkompletovány po dokončení všech potřebných měření. 4. Laboratorní stanovení pevnosti v prostém tlaku a UPV Tlakové zkoušky vyjadřující pevnost materiálu, podávají informace o pevnostních vlastnostech materiálů a definují oblasti, ve kterých mohou být vyrobené hmoty použity. Na laboratorních vzorcích byly proto po 7 a 28 dnech provedeny zkoušky dle požadavků platných norem. V souladu s laboratorním programem testování bylo rovněž vedeno nedestruktivní posouzení kvality materiálu z pohledu jeho pevnosti (UPV). Testy UPV mají obrovský potenciál pro kontrolu materiálů, zejména pro stanovení uniformity materiálu a určení možných prasklin a jiných defektů analyzovaných vzorků. Závislost mezi kvalitou materiálů a pulzní rychlostí lze formulovat následovně. Tabulka 2. Kvalita hmot v závislosti na UPV

Stav materiálu Výborný Dobrý Uspokojivý Slabý Velmi slabý

Pulzní rychlost (UPV) [km/s] > 4,572 3,658 – 4,572 3,048 – 3,658 2,134 – 3,048 2,134 <

V souladu s platnou normou (Zkoušení ztvrdlého betonu – pevnost v tlaku zkušeních těles) byly laboratorní vzorky podrobeny zkouškám namáhání v prostém tlaku po 7 a 28 dnech. Stanovení pevnosti bylo doplněno měřením hmotnosti a stanovením hustoty. Před stanovením pevnosti byly vždy vizuálně kontrolovány všechny plochy vzorků z důvodu možného výskytu trhlin, prasklin nebo jiných poruch, které by mohly nepříznivě ovlivnit průběh a výsledek testování pevnosti jednotlivých vzorků. Pro účely stanovení povrchu, který je vystaven tlakovému namáhání, byl každý vzorek podroben měření délek hran. V souladu s metodikou stanovení pevnosti v prostém tlaku, byla po tlakovém namáhání provedena kontrola, zda došlo k řádnému porušení pevnosti v rozsahu celého vzorku. Výsledky měření po 7 a 28 dnech byly shrnuty do jednotlivých tabulek. Získané hodnoty měření byly v tabulkách uspořádány následujícím způsobem. První část tabulky je věnována hodnotám UPV. Hodnoty rychlosti pulzů byly měřeny celkem 3krát, přičemž výsledná hodnota pulzní rychlosti v μs byla průměrem tří naměřených hodnot. Sloupec UPVC udává vypočtené hodnoty pulzní rychlosti v km/s. Další část tabulky shrnuje hmotnosti laboratorních vzorků, které byly získány v průběhu laboratorního testování. Hodnota ma udává hmotnost laboratorních vzorků, ponořených ve vodních tancích. Jedná se o hmotnost plně saturovaných vzorků. Sloupec mw shrnuje skutečnou hmotnost saturovaných vzorků. Skutečnou hmotností je myšlena hmotnost saturovaných vzorků, které byly ponořeny do vody a následně váženy. Hodnoty mw proto udávají hmotnost pouze pevné matrice s vyloučením pórů. Hodnoty md jsou hmotnostmi vzorků, které byly vysušeny v laboratorní sušárně při teplotě 105°C do konstantní hmotnosti. Sloupec mi uvádí hodnoty nasákavosti vzorků, respektive hmotnostní přírůstek, který byl docílen ponořením laboratorních vzorků do vody po dobu 10ti minut. Uvedené hodnoty sloužily k výpočtům nasákavosti A. Problematice nasákavosti bude věnována samostatná část. Sloupce ρw a O uvádí hustotu

30


vody při teplotě 21°C a objem laboratorních vzorků. Hodnoty objemu a hustoty vody následně sloužily k výpočtům hustoty laboratorních vzorků D. Poslední dva sloupce shrnují hodnoty síly respektive pevnosti. Sloupec F představuje velikost síly v kN, která působením na plochu laboratorních vzorků zapříčinila porušení jejich pevnosti. Hodnoty pevnosti laboratorních vzorků jsou následně uváděny v posledním sloupci P v MPa. Tabulka 3. Stanovení vybraných vlastností 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)

UPV

UPVX

1

2

3

x

[μs]

[μs]

[μs]

[μs]

ρw

O

[kg/m3] [m3]

P

[kN] [MPa]

V7

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 hodnot pevností testovaných vzorků po 7 dnech uspořádaných v předchozí tabulce je patrný pokles pevnosti v závislosti na složení jednotlivých hmot. Postupné snižování pevností kopíruje klesající množství cementu jako pojivové složky. Hodnoty pevností v prostém tlaku prvních tří hmot, ve kterých byl cement jediným pojivovým činitelem, byly získány nejvyšší pevnosti. Naopak hmoty V7 až V12, pro jejichž výrobu bylo snižováno množství cementu na 40 %, resp. 20 % a náhrada byla tvořena popílkem ze spalování tuhých paliv, nedosahovaly vysokých pevností. Po 7 dnech byly naměřeny pevnosti pod 1 MPa, pouze směs V7 tuto hranici překonala. Z pohledu množství bentonitu a jeho vlivu na stanovenou pevnost v prostém tlaku je možné odvodit následující. U první skupiny hmot V1 až V6 se 2 % zastoupení bentonitu promítlo do vyšších pevností, konkrétně u hmot V2 a V5 v porovnání s ostatními hmotami této skupiny. Naopak u hmot V7 až V12 docházelo se stoupajícím množstvím bentonitu k obdržení nižších hodnot pevností v prostém tlaku. Tento rozdíl je patrný na příkladu hmot V7 a V8, kdy s nárůstem hmotnostního zastoupení bentonitu z 0,5 % na 1,0 % došlo k poklesu pevnosti z hodnoty 1,55 MPa na hodnotu 0,40 MPa. Na základě měření hodnot UPV, probíhajícího souběžně s měřením pevnosti v prostém tlaku, je možné konstatovat, že výsledky získané po 7 dnech kopírovaly výsledky pevnosti v prostém tlaku. Ve skupině hmot V1 až V6, lze hodnotit kvalitu vyrobených hmot na základě provedeného měření jako dobrou až výbornou. Hmoty V1,2,4 dosáhly výborné kvality, což se projevilo také ve výsledcích pevnosti. Hmoty V3,5,6 byly pak charakterizovány z hlediska jejich kvality jako dobré. Naopak stav hmot V7 až V12, ve kterých byl popílek zastoupen vyšším podílem, označoval testované hmoty jako slabé, hmoty nedosahovaly tak vysoké kvality jako v případě prvních šesti hmot. Po 7 dnech byl stav materiálu hodnocen jako velmi slabý. Výsledky pevnosti po 7 dnech tuto skutečnost potvrzovaly. 31

Na výsledky po sedmi dnech navazují data naměřená po 28 dnech zrání vyrobených hmot. Již po sedmi dnech je ale patrný rozdíl mezi hodnotami získanými při rozdílných procentuálních zastoupeních popílku v jednotlivých hmotách. Stejná situace nastává také v případě vývoje pevnosti po 28 dnech. Rovněž po 28 dnech můžeme pozorovat pokles pevnosti v závislosti na klesajícím hmotnostním zastoupení cementu jako hlavní pojivové složky. Výsledky stanovení sledovaných parametrů jsou stručně seřazeny v následující tabulce. Tabulka 4. Stanovení vybraných vlastností 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

Z časového hlediska je patrný nárůst pevností u všech vzorků hmot. Z porovnání hodnot pevností po 7 a 28 dnech byl ve všech případech patrný nárůst pevnosti. Vyšší nárůst byl pozorován u hmot V1 až V6, kde byly rozdíly po 7 a 28 dnech o jednotky až desítky jednotek. Naopak u hmot V7 až V12 byl vývoj pevnosti pomalejší, přičemž hodnoty po 7 a 28 dnech vzrostly v případě hmot V10,11,12 o dvounásobnou hodnotu z 0,15 MPa na hodnotu 0,35 MPa. Také po 28 dnech bylo dosaženo nejvyšších pevností u hmoty V2, která dosáhla hodnoty 40,10 MPa.

32


100,0

Pevnost [MPa]

10,0

1,0 28

0,1

13,4 V12

13,4 V11

Zastoupení popílku [hmot. %]

13,4 V10

10,0 V9

10,0 V8

10,0 V7

6,7 V6

6,7 V5

6,7 V4

0,0 V3

0,0 V2

0,0 V1

0,0 28 Čas [dny]

Obrázek 3. Hodnoty pevnosti po 28 dnech

Z obrázku č. 3 je patrný rozdíl v pevnostních charakteristikách vyrobených hmot. Po 28 dnech lze proto odvodit vztah mezi množstvím popílku a pevností v prostém tlaku. Z časového hlediska je ale nutné doplnit sledovanou řadu testů o hodnoty pevnosti po 56 dnech. V rámci laboratorního testování proto bude doplnění hodnot zpracováno v další fázi experimentálního programu. Na základě hodnot UPV získaných po 28 dnech je dále patrný pozitivní trend tuhnutí a tvrdnutí nové matrice. Skupina hmot V1 až V6 byla po 28 dnech charakterizována opět jako skupina hmot s dobrou až výbornou kvalitou materiálu, který nevykazoval známky povrchových poruch, trhlin a jiných vad. Druhá skupina hmot V7 až V12, vykazovala po 28 dnech v porovnání s hodnotami po 7 dnech příznivý vývoj kvality materiálu. Po 28 dnech bylo možné charakterizovat stav vyrobených hmot jako uspokojivý, v případech hmot V7 a V8 pak byla kvalita testovaných hmot hodnocena jako dobrá. V současné fázi testování pevnostních vlastností popsaných metodou UPV, ještě nejsou všechna měření dokončen. Také v případě stanovení UPV je potřeba doplnit měření po 56 dnech, pro dosažení vhodných a dostatečně dlouhých časových řad popisujících chování hmot. Pro posouzení závislosti mezi průběhem pevnosti a hodnotami UPV jsou rovněž data po 56 dnech nutným podkladem pro popsání vztahů, které mezi těmito veličinami panují. 5. Studium nasákavosti (absorpce) hmot Cílem provedených testů nasákavosti je posouzení objemové kapacity pórů obsažených ve vytvořených hmotách, které byly vyplněny nebo jen z části vyplněny vodou při specifických podmínkách a v průběhu daného časového úseku. Test nasákavosti jako takový, není ve své podstatě měřením skutečné permeability, ale je relativně jednoduchým a rychlým způsobem, který poskytuje vyhovující a především důležité informace o vlastnostech testovaných hmot. Z obecné praxe vyplývá, že se typické hodnoty vodní nasákavosti, především betonům, pohybují od 3 % až do 6,5 % (hmotnostní %). Jako limit je možné stanovit 3,6 %, tedy hodnotu nasákavosti, kterou by testovaná hmota po 30 minutách neměla překročit. Následující přehled shrnuje hodnoty nasákavosti vyrobených hmot, které byly získány v průběhu 10ti minutového ponoření testovaných vzorků hmot do vodního prostředí. V prozatímním přehledu se jedná opět o hodnoty nasákavosti, které byly měřeny po 7 a 28 dnech. V další fázi experimentální části budou uvedené hodnoty doplněny o údaje měřené po 56 dnech.

33

Tabulka 4. Hodnoty nasákavosti hmot V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

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

Po 28 dnech

[hmot. %]

Nasákavost

V8

V9

10,53

V10

8,12

V11

6,75

V12

5,52

Z prezentovaných hodnot získaných po 7 a 28 dnech je patrný pokles nasákavosti jednotlivých hmot. Z pozorování změn procentuálního obsahu kapaliny, která byla absorbována vysušenými laboratorními vzorky, je možné rozdělit vyrobené hmoty opět do dvou skupin. Po 7 dnech vykazovaly hmoty V1 – 6 nízké nasákavosti. Hmoty V1 až V5 bylo možné charakterizovat jako hmoty málo nasákavé, neboť ani v jednom případě nedocházelo k překročení hranice 3 %, stanovené z praktických studií nasákavosti betonových hmot. Pouze hmota V6 vykazovala v porovnání s prvními hmotami vyšší nárůst absorpce vody. Po 28 dnech překonala nasákavost hmoty V6 hranici 5 %. Jedná se o hodnotu, která je v porovnání s předchozími hmotami, přibližně dvakrát vyšší. Všechny uvedené hodnoty byly získány při nulovém a 40 % obsahu popílku v pojivové složce. Z výsledků po 28 dnech je rovněž patrné, že vyšší nasákavosti u hmot V1-6 bylo dosaženo vždy u těch hmot, které obsahovaly vyšší podíl popílku v pojivové složce. Závislost obsahu popílku na rostoucí nasákavosti pozorovaná v prvních případech byla dále viditelná v následujících hmotách V7-12. Po 7 dnech se hodnoty nasákavosti hmot V7 až V12 pohybovaly s výjimkou hmoty V7 v řádech desítek procent nasákavosti. V rámci měření absorpce hmot po 28 dnech je jasně patrný pokles nasákavosti hmot, směřující k hranici 5 %. Z pohledu bentonitu a jeho obsahu v jednotlivých hmotách byly pozorovány dva průběhy vývoje nasákavosti. Hmoty V7 až V9, ve kterých zastupoval shodně popílek cement 60 % byly naměřeny po 28 dnech nasákavosti v řadě V7 < V8 V11 > V12. Zde docházelo ke snižování nasákavosti vlivem rostoucího podílu bentonitu z 0,5 % na 1,5 %. Pro posouzení trendů nasákavosti jednotlivých hmot je opět nezbytné doplnit uvedené hodnoty o údaje, které budou naměřeny po 56 dnech. Pouze na základě dvou hodnot po 7 a 28 dnech není možné jednoznačně posoudit závislosti chování hmot, vztahy mezi jednotlivými veličinami a/nebo vývoje jednotlivých trendů pevnosti, odolnosti, atd.. 6. Započaté testy laboratorních hmot Experimentální část studia výplňových a těsnících hmot obsahuje řadu testů, které již byly započaty, ale jejichž hodnoty budou k dispozici až po provedení veškerých měření. Jedná se o studium, které bylo započato souběžně s testy pevnosti v prostém tlaku, ale jejichž výsledky se formují v delším časovém horizontu než je 7, 28 a 56 dní. Mezi uvedenou skupinu testů patří například studium odolnosti hmot vůči změnám teploty prostředí (cykly zmrazování a rozmrazování), studium odolnosti vůči agresivním roztokům, a/nebo posouzení chemických charakteristik vyrobených hmot. Uvedená měření, respektive sběr potřebných dat k adekvátní analýze, přesahují rámec současné zprávy, tudíž budou jednotlivá testování zpracovávaná průběžně v dalších fázích práce na výzkumném záměru V003. Pro přehlednost je v následujícím textu podána charakteristika již započatých testování. Z pohledu testů zmrazování a rozmrazování hmot byla využita metodika 50ti cyklů zmrazování a rozmrazování při současném měření UPV. Jeden cyklus byl tvořen 24 hodinami, přičemž na 17 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. Před umístěním vzorků do mrazícího zařízení byly na všech vzorcích změřeny rychlosti impulzů, respektive UPV. Měření impulsní rychlosti je vedeno vždy po cyklu

34


rozmrazení, tzn. před samotným umístěním vzorků do mrazícího zařízení. Protože se v případě testů UPV jedná o posouzení kvality materiálu, které je zaměřeno především na vnitřní strukturu, je současně v průběhu měření UPV vedena také vizuální kontrola povrchu testovaných vzorků. Po cyklech zmrazování a rozmrazování je kontrolován povrchový stav vzorků, přičemž je pozornost věnována zejména kontrole jednotlivých hran a rohů laboratorních vzorků. Testování odolnosti hmot vůči změnám teplotních podmínek bude dokončeno testem pevnosti v prostém tlaku. Souběžně s testy odolnosti vůči změnám prostředí je vedeno také stanovení odolnosti hmot vůči agresivním roztokům, které jsou zastoupeny roztokem síranu sodného a umělého skládkového výluhu. Jedná se o roztoky, které mohou při aplikaci na územích zasažených těmito látkami (průmyslové aglomerace, skládky odpadů) působit negativním způsobem na strukturu testovaných hmot. Simulace vlivu roztoků na pevnou strukturu nově vytvořené matrice probíhá v delším časovém úseku, přičemž data o pevnostním chování a také vizuální kontrola budou shrnuty v navazující zprávě. Doplňující informace o chemických charakteristikách jsou poslední velkou oblastí, která si v rámci testování hmot na bázi popílků po spalování tuhých paliv zasluhuje zvýšenou pozornost. Studium vyluhovatelnosti vybraných látek z pevné struktury zralé hmoty po více než 56 dnech v celkem 8 cyklech vyluhovatelnosti podá přehled o schopnostech nové matrice odolávat vlivům loužících roztoků, které jsou v bezprostředním kontaktu s povrchem testovaných hmot. Laboratorní studium zahrnuje rovněž stanovení pH a vodivosti hmot. 7. Shrnutí Cílem zprávy ze první čtvrtletí roku 2007 bylo jednak shrnutí poznatků v oblasti aplikace injektážních nebo rekultivačních hmot na bázi popílků po spalování tuhých paliv pro různé sanační účely. Součástí zprávy byla rovněž charakteristika experimentální části studia hmot na bázi popílků, s uvedením dostupných výsledků, které byly doposud dosaženy. V nástinu dalších prací byla rovněž specifikována forma průběžné prezentace všech výsledků, které budou v následujícím období zkompletovány. Jedná se především o trendy vývojů pevností jednotlivých hmot, stanovení jejich odolnosti a posouzení chemických charakteristik vyrobených hmot. Reference Barnes I., Sear L.: Ash utilisation from coal-based power plants, Report No. COAL R274 DTI/Pub URN 04/1915, DTI, 2004, str. 25. Berg W., vom, Feuerborn H.-J.: Present situation and perspectives of CCP management in Europe, - In.: The Internationla Ash Utilization Symposia, University of Kentucky Center for Applied Energy Research, 2005, http://whocares.caer.uky.edu /wasp/AshSymposium/ AshLibraryAgenda.asp#2005, přístup: únor 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. 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. Sear L. K. A.: The environmental benefits of PFA, - In.: Dundee CTU Congress, „Challanges of concrete construction“, Dundee, 2002, http://www.ukqaa.org.uk /Publications.html#Environment, přístup: září 2006.

35

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 – I. čtvrtletí Ing. Jaroslava LEDEREROVÁ, CSc. (garant okruhu VOO3)

Ing. Ivana CHROMKOVÁ (řešitel 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, Aleš Rubek, Petr Doubek, Věra Bojanovská, Lubomír Zavřel, Ing. Pavel Leber (spoluřešitelský tým - technologická část)

Ing. Žaneta PRŮDKOVÁ Ing. Milan Vítámvás, Paed. Dr. Miloslava Koutná, Katharina Syová, Ing. Jaroslava Tichá, Ivo Fryčer (spoluřešitelský tým - ekologická část)

Úvod Ve zprávě za IV. čtvrtletí jsme se zabývali popisem laboratorního ověřování technologické vhodnosti vybraných VEP při výrobě zkušebních těles a přinesli jsme první výsledky základních vlastností zkušebně vyrobených tělísek ověřovaných receptur umělého kameniva vyrobeného studenou cestou. Dále byla rozšířena problematika odsiřování spalin vznikajících při tepelných procesech v elektrárnách a teplárnách, a to z pohledu možnosti využití produktů z odsíření spalin jako materiálu v cementářském průmyslu. V této zprávě – za první čtvrtletí roku 2007 – bude problematika možnosti využití produktů z odsíření spalin jako materiálu v cementářském průmyslu ještě podrobněji rozpracována. Dalším směrem zpracování produktů z odsíření spalin, kterým se zabýváme, je výroba sádry a anhydritu. V rámci plnění aktivit tohoto projektu dále probíhá laboratorní ověřování výroby umělého kameniva z VEP studenou cestou, které jsme dále rozšířili o zkoušky výroby umělého kameniva propařováním.

37

Název aktivity:

LABORATORNÍ ZKOUŠKY VÝROBY UMĚLÉHO KAMENIVA Z VEP – II. ETAPA

Číslo aktivity:

A0712

Termín plnění aktivity: 1.1 – 31.12.2007 1. Ověřování technologické vhodnosti popílků pro výrobu umělého kameniva V minulém období byly zahájeny zkoušky výroby umělého kameniva na bázi popílku studenou cestou. Na základě vyhodnocení analýz ekologické vhodnosti a základních zkoušek technologické vhodnosti několika druhů VEP jsme vybrali dva druhy popelů a popílků – jeden z klasického způsobu spalování a druhý ze spalování fluidního, dále jeden vzorek energosádrovce. Kromě těchto VEP byly k laboratornímu ověřování výroby umělého kameniva použity i vedlejší produkty z jiných druhů průmyslových odvětví vzorek mleté vysokopecní strusky a chemosádrovec. 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. V rámci laboratorního testování výroby umělého kameniva bylo namícháno 23 směsí různých receptur. Z každé bylo vyrobeno 30 zkušebních tělísek formou kompaktování válečků lisovacím tlakem 10 kN. Tyto válečky byly 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 tlaku

-

objemová hmotnost

-

vlhkost

Z vizuálního posouzení stavu těles v průběhu procesu zrání a z naměřených hodnot pevností zkušebních těles jednotlivých receptur bylo vybráno 12 receptur, na nichž byl ověřován proces urychlování zrání propařováním. Výsledky obou ověřovaných způsobů výrob 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. Receptury těchto směsí byly sestaveny bez použití cementového pojiva:

38


Receptury

1

2

3

4

5

6

7

8

B

01

M

W

D

L

K

E

65

85

85

(zastoupení složek v % ) laboratorní označení receptur Cement 32,5 R (B-S)II Popílek klasika Pk 35/1

100

Popílek fluidní Pf 39/1

50 100

50

95

Mletý popel lože Pf 38/1

65 35

35

Mletá struska St-269/1

15

Energosádrovec EG 401/1 chemosádrovec

5

Metakaolin Mt-136/1

15

Vodní součinitel Vizuální stav po vyrobení

0,24

0,50

0,42

0,50

0,38

0,23

0,23

0,38

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

1475

1590

1540

1710

1605

1660

1500

1675

Objemová hmotnost po vyrobení (kg/m3 )

Posouzení po 3 dnech zrání Vizuální posouzení - stav

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

rozpad po 1 dni

Pevnost v tlaku (MPa)

0,4

5,4

2,1

6,0

-

-

0,2

-

Pevnost v příčném tlaku (MPa)

0,3

1,3

1,0

1,3

-

-

0,2

-

Vlhkost (%)

20,8

32,4

43,1

45,9

-

-

-

-

1670

1410

1570

1510

-

-

-

-

Objemová hmotnost (kg/m3 )

rozpad po výrazné rozpad po 1 dni, popraskání 2 dnech nasáknutí vodou


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

-

-

výrazné popraskání

-


0,6

10,8

2,6

6,5

-

-

0,3

-


0,4

1,7

1,2

3,1

-

-

-

-

Vlhkost (%)

15,3

36,8

24,7

54,4

-

-

19,2

-

1595

1400

1560

1570

-

-

1655

-

3

Objemová hmotnost (kg/m )


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

-

-

výrazné popraskání

-


1,3

12,3

3,0

5,3

-

-

-

-


1,0

2,5

1,3

2,3

-

-

-

-

Vlhkost (%)

7,1

12,7

11,8

61,3

-

-

-

-

1590

1310

1315

1520

-

-

-

-


39

Graf č. 1.

Pevnost v tlaku a příčném tlaku u kompaktovaných válečků 14,0

12,0

p evn o sti (M P a)

10,0

8,0

6,0

4,0

2,0

0,0 1

2

3

4

5

6

7

8

receptury

40

pevnost v tlaku po 3 dnech

pevnost v příčném tlaku po 3 dnech






V tabulce č. 2 jsou uvedeny výsledky zkušebních tělísek, jejichž hlavní složku tvořil popílek z klasického spalování v kombinaci s přídavky menších podílů jiných druhů VEP. Součástí surovinové směsi byl malý podíl cementového pojiva. Receptury (zastoupení složek v % )

9

10

11

12

13

14

15

laboratorní označení receptury

A

F

G

I

J

C

H

Cement 32,5 R (B-S)II

5

5

5

5

5

15

5

Popílek klasika Pk 35/1

95

90

85

90

90

85

75

Popílek fluidní Pf 39/1 Mletý popel lože Pf 38/1

20


5

10

Energosádrovec EG 401/1

5

chemosádrovec Metakaolin Mt-136/1

5

Vodní součinitel

0,24

0,19

0,22

0,22

0,23

0,23

0,23

Vizuální stav po vyrobení

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


1655

1595

1645

1630

1650

1705

1690


dobrý

rozpad nasáknutí

dobrý

mírně popraskané

popraskané

dobrý

dobrý


1,4

1,0

1,4

0,8

1,3

4,1

2,2


0,7

0,5

0,5

0,5

0,2

2,0

0,8

Vlhkost (%)

18,5

11,4

-

22,5

24,5

17,3

16,9

1640

1540

1625

1655

1680

1710

1670

3



dobrý

rozpad nasáknutí

dobrý

mírně popraskané

popraskané

dobrý

dobrý


2,1

1,7

1,8

1,6

1,5

4,8

4,1


1,2

-

0,9

0,7

0,6

2,5

1,7

Vlhkost (%)

11,3

5,2

17,4

15,8

23,9

16,8

11,8

1560

1565

1580

1635

1655

1685

1580

3



dobrý

rozpad nasáknutí

dobrý

mírně popraskané

popraskané

dobrý

dobrý


2,9

-

4,4

4,8

2,8

12,2

10,4


2,1

-

2,9

2,4

0,9

6,3

4,4

Vlhkost (%)

28,4

-

9,4

4,7

5,3

11,2

6,9


1665

-

1525

1470

1455

1580

1520

41

Graf č. 2:

Pevnosti v tlaku a příčném tlaku u kompaktovaných válečků 14,0

12,0

p e v n o s ti (M P a )

10,0

8,0

6,0

4,0

2,0

0,0 9

10

11

12

13

14

15

receptury

42








V tabulce č. 3 jsou uvedeny výsledky zkušebních tělísek, jejichž hlavní složku tvořil popílek z fluidního způsobu spalování v kombinaci s přídavky menších podílů jiných druhů VEP. Součástí surovinové směsi byl malý podíl cementového pojiva.

Receptury

16

17

18

19

20

21

22

23

laboratorní označení receptury

N

R

S

T

U

V

02

03


5

5

5

5

5

5

5

15


90

85

80

90

85

80

95

85

5

10

15 5

10

15

(zastoupení složek v % )

Mletý popel lože Pf 38/1 Mletá struska St-269/1 Energosádrovec EG 401/1 Metakaolin Mt-136/1 Vodní součinitel Vizuální stav po vyrobení

0,50

0,50

0,46

0,50

0,50

0,46

0,50

0,50

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

1550

1540

1535

1555

1530

1495

1550

1505



dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


7,3

7,3

6,4

6,7

5,8

6,6

6,3

7,0


3,8

3,7

3,1

3,4

1,2

1,2

3,8

5,2

Vlhkost (%)

39,9

40,7

39,2

45,3

43,4

41,0

43,2

52,3


1430

1500

1485

1525

1510

1465

1420

1500


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


7,9

8,3

8,1

8,0

7,1

7,3

12,3

17,2


3,9

4,3

3,9

4,1

3,4

2,9

4,4

5,7

Vlhkost (%)

41,8

41,7

54,7

46,2

48,0

40,5

60,7

39,1


1405

1485

1545

1530

1545

1460

1405

1465


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


9,7

9,4

7,0

7,1

7,2

7,7

14,9

18,3


5,5

5,4

3,7

3,8

3,4

3,4

5,1

6,3

Vlhkost (%)

27,4

27,4

41,9

32,5

33,1

60,2

18,4

20,3

1270

1435

1635

1520

1530

1640

1335

1415

3


43

Graf č. 3:

Pevnosti v tlaku a příčném tlaku u kompaktovaných válečků 20 18 16

p evn o sti (M P a)

14 12 10 8 6 4 2 0 16

17

18

19

20

21

22

23

receptury

44








2.2 Výroba umělého kameniva – vytvrzování propařováním Z receptur umělého kameniva vytvrzovaných za studena (viz. kapitola 2.1) bylo vybráno 12 receptur, na nichž byla ověřována možnost urychlení procesu vytvrzování propařováním. Propařování bylo prováděno v autoklávu po dobu 2 hodin při tlaku 1 MPa. Naměřené hodnoty uvádíme dále v tabulkách a pro názornost i v grafech. V tabulce č. 4 uvádíme výsledky zkušebních tělísek vytvrzovaných propařováním, jejichž hlavní složku tvořily popílky. Receptury těchto směsí byly sestaveny bez použití cementového pojiva:

Receptury

1

2

3

4

B

01

M

W

(zastoupení složek v % ) laboratorní označení receptur Cement 32,5 R (B-S)II Popílek klasika Pk 35/1

100


50 100

50

95

Mletý popel lože Pf 38/1 Mletá struska St-269/1 Energosádrovec EG 401/1 chemosádrovec

5

Metakaolin Mt-136/1 Vodní součinitel

0,24

0,50

0,42

0,50


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


1605

1445

1545

1510

Posouzení po propařování Vizuální posouzení - stav Pevnost v tlaku (MPa) Pevnost v příčném tlaku (MPa) Vlhkost (%) 3


popraskání, rozpad

dobrý

dobrý

dobrý

0,2

1,4

0,7

1,3

0

1,1

0,3

0,6

22,7

65,0

31,6

52,1

1435

1475

1465

1505

Posouzení po 28 dnech po propařování Vizuální posouzení - stav

rozpad

dobrý

dobrý

dobrý


-

2,4

1,0

1,7


-

1,4

0,6

0,8

Vlhkost (%)

-

38,2

41,0

63,7


-

1410

1410

1595

45

Graf č. 4

Pevnost v tlaku a příčném tlaku u kompaktovaných válečků 3,0

p e v n o s t i (M P a )

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 1

2

3

4

receptury

46

pevnost v tlaku po propařováním

pevnost v příčném tlaku po propařováním




V tabulce č. 5 jsou uvedeny výsledky zkušebních tělísek vytvrzovaných propařováním, jejichž hlavní složku tvořil popílek z klasického spalování v kombinaci s přídavky menších podílů jiných druhů VEP. Součástí surovinové směsi byl malý podíl cementového pojiva.

Receptury

11

12

14

15

laboratorní označení receptur

G

I

C

H


5

5

15

5

Popílek klasika Pk 35/1

85

90

85

75


Popílek fluidní Pf 39/1 Mletý popel lože Pf 38/1

20


10

Energosádrovec EG 401/1

5

chemosádrovec Metakaolin Mt-136/1 Vodní součinitel

0,22

0,22

0,23

0,23


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


1615

1550

1605

1655

Posouzení po propařování Vizuální posouzení - stav

rozpad

částečný rozpad


-

0,3

0,4

0,5


-

-

0,3

1,1

Vlhkost (%)

-

20,7

16,9

19,9

-

1530

1570

1580

3


popraskání, částečný rozpad částečný rozpad


rozpad

rozpad


-

-

4,9

5,6


-

-

2,7

2,6

Vlhkost (%)

-

-

6,4

8,9

-

-

1470

1450

3


částečný rozpad částečný rozpad

47

Graf č. 5

p evn o sti (M Pa)

Pevnosti v tlaku a příčném tlaku u kompaktovaných válečků 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0 10,5 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 5

6

7

8

receptury

48

pevnost v tlaku po propařováním





V tabulce č. 6 jsou uvedeny výsledky zkušebních tělísek vytvrzovaných propařováním, jejichž hlavní složku tvořil popílek z fluidního způsobu spalování v kombinaci s přídavky menších podílů jiných druhů VEP. Součástí surovinové směsi byl malý podíl cementového pojiva.

Receptury

16

17

22

23

laboratorní označení receptur

N

R

02

03


5

5

5

15

90

85

95

85

5

10

Vodní součinitel

0,50

0,50

0,50

0,50


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


1540

1560

1480

1570


Popílek klasika Pk 35/1 Popílek fluidní Pf 39/1 Mletý popel lože Pf 38/1 Mletá struska St-269/1 Energosádrovec EG 401/1 chemosádrovec Metakaolin Mt-136/1

Posouzení po propařování Vizuální posouzení - stav

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


0,8

0,6

0,7

0,9


0,4

0,3

0,4

0,4

Vlhkost (%)

48,4

49,0

50,9

45,8


1565

1520

1515

1540


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý


3,1

2,5

3,5

6,2


2,0

2,0

1,8

3,5

Vlhkost (%)

63,4

60,4

23,8

27,4

1710

1645

1315

1385

3


49

Graf č. 6

Pevnosti v tlaku a příčném tlaku u kompaktovaných válečků 7 6

p evn o sti (M Pa)

5 4 3 2 1 0 9

10

11

12

receptury pevnost v tlaku po propařováním




V další kapitole uvádíme pro názornost grafy porovnání pevností umělého kameniva vyrobeného oběma popisovanými způsoby.

50


2.3 Porovnání pevností umělého kameniva vyrobeného studenou cestou a propařováním Graf č. 7

Porovnání pevností umělého kameniva vyrobeného studenou cestou a propařováním


14 12 10 8 6 4 2 0 3 dny SC

7 dnů SC

28 dnů SC

po propařování 28 dnů po prop.

Podmínky a doba zrání receptura 1

receptura 2

receptura 3

receptura 4

Graf č. 8

Porovnání pevností umělého kameniva vyrobeného studenou cestou a propařováním


14 12 10 8 6 4 2 0 3 dny SC

7 dní SC

28 dní SC

po propařování 28 dnů po prop.


receptura 12

receptura 14

receptura 15

51

Graf č. 9


Porovnání pevností umělého kameniva vyrobeného studenou cestou a propařováním 20 15 10 5 0 3 dny SC

7 dní SC

28 dní SC

po propařování

28 dnů po prop.


receptura 17

receptura 22

receptura 23

Z porovnání výsledných pevností zkušebních tělísek vytvrzovaných za studena a vytvrzovaných urychleným způsobem – propařováním jednoznačně vyplynulo, že se u ověřovaných receptur směsí pro výrobu umělého kameniva neosvědčilo urychlování procesu zrání propařováním. Zkušební tělíska jednotlivých receptur, u kterých proběhlo postupné vytvrzování při laboratorních podmínkách (teplota 20°C a vlhkost 90%), vykazovala podstatně vyšších pevností už po 3 dnech zrání oproti zkušebním tělískům stejných receptur podrobených propařování. V dalším období se budeme věnovat ověřování způsobu urychlování zrání zkušebních vzorků umělého kameniva autoklávováním.

52


Název aktivity:

VYUŽITÍ ENERGOSÁDROVCE V CEMENTÁŘSKÉM PRŮMYSLU – REŠERŠE II. ČÁST

Číslo aktivity:

A0715

Termín plnění aktivity:

1.1. – 30.6.2007

Ve studii v loňském roce jsme se zabývali všeobecně problematikou použití energosádrovců v průmyslu výroby cementu. V minulosti byl jako regulátor tuhnutí hlavně používán přírodní sádrovec, jehož uplatnění v cementářském průmyslu je známé již velmi dlouhou dobu. Zahájení průmyslové výroby portlandského cementu výrazně ovlivnilo těžbu přírodního sádrovce, který se od počátku stal jeho nepostradatelnou složkou. Další velký spotřební skok nastal počátkem minulého století, kdy došlo k průmyslovému využívání sádrovce pro výrobu další stavební hmoty – sádry. Nárůst spotřeby sádrovce ukazuje následující tabulka : před první světovou válkou cca 4 mil. t za rok v roce 1925 10 mil. t za rok v roce 1990 90 mil. t za rok v roce 1996 98 mil. t za rok V roce 1996 se z celkového množství 98 mil.t těženého sádrovce spotřebovalo 56 mil.t při výrobě cementu. Česká republika patří mezi země s malými a nízkohodnotnými zásobami přírodního sádrovce, Ložiska sádrovce v České republice jsou vázána na miocenní (bádenské) sedimenty opavské pánve. Sádrovcový horizont vystupuje na našem území v pohraniční oblasti u Opavy, Kobeřic, Sudic a Třebomi. Převážná část produktivních vrstev leží však na polském území. Převládající složkou je zde dihydrát o obsahu 55 až 92% čisté složky v surovině. Značné potíže při těžbě činí zkrasovělé části ložiska kapsové útvary vyplněné rozbředlým jílem, štěrkem a pískem. Drcený sádrovec z Kobeřic byl v minulosti běžně dodáván do cementáren s relativně vysokou vlhkostí (při 50oC kolem 11 až 15%) způsobenou vysokým obsahem jílovitých podílů a s celkově malým obsahem větších krystalů sádrovce. V šedesátých letech začalo v řadě průmyslově vyspělých zemí hromadné uplatňování systémů odsiřování spalin velkých topenišť. Pro odsiřování kouřových plynů se dnes ve většině případů používá vodní suspenze vápence nebo páleného vápna. Produktem tohoto procesu je síran vápenatý nazvaný energosádrovec. V době projektování odsířovacích zařízení na bázi vápence byla největším problémem malá kapacita mlecích zařízení u dodavatelů vápenců. Proto bylo rozhodnuto, že vápenec bude dodáván ve formě štěrku do elektráren, které budou vápencovou moučku připravovat sami. V současné době jsou u nás produkovány energosádrovce v následujících závodech: Elektrárna Počerady

Výkon (MW) 5 x 200

Prunéřov I. Prunéřov II.

4 x 100 5 x 210

Dodavatel strojního zařízení Valmet Damatic XD-SHL Hoogovens Technical Services Bischoff GmbH Mitsubishi + ZVU Hradec Králové

Uvedení do provozu 1994 1996 1995 1996

Dodavatel vápence VČS

Mělník I.

6 x 55

ABB

1998

Mělník II. a III. Dětmarovice Chvaletice

2 x 110 4 x 200 4 x 200

1998 1998 1998

Opatovice Tisová Tušimice II.

100 100 4 x 200

Austrian Energy and Environment SPG Mitsubishi IVO International Ltd, Hitachi Ltd ITOCHU corp. Mitsubischi Steinmuller GmbH Chiyoda

Mořina Mořina Štramberk Štramberk Vitošov VČS Štramberk Štramberk

1998 1997 1997

Vitošov Loděnice Mořina

53

Pro názornost uvádíme v další tabulce chemické složení vzorků energosádrovců použitých při našich původních experimentech :

ztr. žíh. SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO P2O5 Na2O K2O SO3 ClCaCO3

Počerady

Dětmarovice Prunéřov

Mělník I

Mělník II

Chvaletice Opatovice

Tušimice

19,75 0,93 0,24 0,14 0,01 32,37 0,04 0,02 0,03 0,03 45,07 0,009 1,80

18,85 1,09 0,63 0,21 0,03 32,55 0,17 0,07 0,03 0,09 41,65 1,06 1,0

18,99 1,02 0,33 0,19 0,03 32,95 0,23 0,03 0,02 0,04 43,96 0,03 4,80

21,32 1,5 0,3 0,5 0,01 32,63 0,05 0,04 0,05 0,05 44,90 0,01 5,0

18,65 0,38 0,09 0,14 0,01 33,35 0,34 0,04 0,01 0,02 42,61 0,02 5,50

19,66 0,62 0,24 0,07 0,03 33,01 0,08 0,05 0,01 0,04 44,12 0,01 0,10

20,39 0,32 0,10 0,12 0,01 32,46 0,17 0,01 0,01 0,04 46,58 0,02 2,10

18,11 1,01 0,69 0,19 0,01 31,96 0,10 0,06 0,02 0,05 45,67 0,02 2,40

Bylo konstatováno,že provedenými laboratorními i provozními zkouškami nebyl prokázán negativní vliv na technologické vlastnosti cementu. Tím byla současně prokázána vhodnost energosádrovců jako regulátoru tuhnutí v porovnání s přírodním sádrovcem z Kobeřic ve stavu, tak jak je dodáván do cementáren. 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 právě jen vysokým obsahem sádrovce, který u energosádrovců dosahuje běžně přes 95%, ale nejsou výjimkami ani energosádrovce s obsahem 98 – 99% 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 mí. Dalším rozdílem obou sádrovců je i chemické složení s výjimkou obsahu CaSO4.2H2O. 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. Dále se liší se obsahem vlhkosti - přírodní sádrovec nezahliněný má kolem 1%, zahliněný z Koběřic kolem 6 %, negranulovaný energosádrovec kolem 10%. Dále se od sebe odlišují granulometrií podrcený přírodní sádrovec má většinou plynulou granulometrii 0 - 50 mm, energosádrovce jsou jemně krystalické a vysoce dispersní o velikosti částic do max. 100 µm. Pro získání lepšího přehledu o výrobě energosádrovce v elektrárnách, jejichž ES je v cementářském průmyslu používán,navštívili jsme postupně tři elektrárny : Elektrárna POČERADY Elektrárna má v současné době po odstavení bloku č. 1 v provozu 5 výrobních bloků s výkonem 5x200 MW. Do procesu výroby v elektrárně vstupují celkem 4 hmoty – hnědé energetické uhlí, vápenec, vápno a voda. Hnědé uhlí je mostecké uhelné, voda z chladičů bloků, vápno není při odsířování používáno. Odsiřovací zařízení pro první dva bloky – blok č. 5 a 6 bylo uvedeno do provozu v roce 1994 jako první odsiřovací zařízení v ČR. Zařízení bylo dodáno německou firmou SHL GmbH. Odsiřovací zařízení pro bloky č.2, 3 a 4 dodala holandská firma Technical Services E + E BV.

54


A bylo uvedeno do provozu v roce 1996. Konstrukční řešení a technologické uspořádání je typů zařízení dosti odlišné a navíc došlo i k odlišení u jednotlivých bloků.

u obou

Pro odsiřování je v elektrárně používán vápenec z velkolomu Čertovy schody zrnitosti 10 – 90 mm. Doprava železniční, uložení vápence na společné skládce. Vápenec je upravován v prvním stupni v kladivovém drtiči za sucha na zrnitost 0 až 3 mm a ve druhém stupni za mokra v kulovém mlýně na granulometrii pod 75 µm. Odtřídění nedomelků se provádí v hydrocyklonech a nedomelky jsou vraceny do mlýna. Mletý vápenec se ředí vodou na 25% sušiny CaCO3. Každý systém má svoji úpravárenskou linku vápence. Kouřové plyny přicházejí z jednotlivých bloků o teplotě 172OC do výměníků kde se ochladí na teplotu 130 až 139OC a s touto teplotou vstupují do vlastního absorbéru. Absorbér bloků 4 a 5 pracuje souproudou a protiproudou sprchou, u ostatních bloků protiproudou sprchou.. Sprchy rozstřikují vodní roztok vápencové a energosádrovcové suspenze. Systém samostatných posilovacích kouřových i pomocných odtahových ventilátorů je u každého zařízení odlišný. Rovněž kvalitní funkce absorbérů je dána vhodně udržovanou hodnotou pH, a to u bloků 2, 3 a 4 kolem „5,7“ a u bloků 5 a 6 pouze „4,5“. Do absorbérů je vháněn oxydační vzduch dle dosažených provozních podmínek. Vyčištěné spaliny prochází přes odlučovače kapek a vracejí se zpět přes výměník tepla kde se ohřejí z 58 až 60O na 80 až 90OC a jsou vedeny do komína. Odloučené kapky vody a vápencové a energosádrovcové suspenze se vracejí do okruhu. Ve sprše absorbéru se vypírá oxid siřičitý ve formě hydrogensiřičitanu vápenatého, který se vzduchem oxiduje na dihydrát síranu vápenatého.. Z jímky absorbéru se energosádrovcová suspence čerpá do odstředivek v nichž se proplachuje a odvodňuje na požadovanou hodnotu. Z nich je dopravován do sil vlhkého energosádrovce. Filtrát je čerpán zpět do odstředivek. Většina energosádrovce je zpracována sušením při teplotě cca 140OC a vypalováním v rotačním kalcinátoru při teplotě 180OC, při které vzniká sádra, která je dodávána jako vstupní surovina společného německo-českého podniku KNAUF – Počerady. Podnik pracuje od roku 1995. Menší množství po sušení je briketováno soustavou dvou válců a dodáváno do cementárny. Tento provoz pracuje nepravidelně na splnění jednotlivých objednávek. Z hlediska cementáren může být závažný vliv rozdílné technologie obou systémů odsiřovacích linek. Může docházet ke vzniku rozdílné velikosti krystalů. Každý systém má dle základních technických údajů odlišnou účinnost odsíření – č.5 a 6 93,9% a č.2, 3 a 4 95,3%. Maximální obsah SO3 v kouřových plynech na vstupu 6,364 g/m3 suchých spalin, na výstupu potom 200 mg/m3 suchých spalin. Spotřeba vápence na jeden odsiřovací blok 5 tun/hod a výroba energosádrovce 8,5 tun za hodinu. Elektrárna PRUNÉŘOV I. Elektrárna Prunéřov I má v současné době v provozu 4 výrobní bloků s výkonem 4x110 MW. Elektrárna byla uvedena do provozu v roce 1968. V roce 1982 byla v blízkosti postavena elektrárna Prunéřov II s 5 bloky o výkonu 5 x 210 MW. Používané palivo v obou elektrárnách je uhlí chomutovské hnědé s obsahem síry 2%, elektrárny se v minulosti velmi výrazně podílely na znečišťování ovzduší severozápadních Čech a ve velké míře tak poškozovaly porosty Krušných hor na české i německé straně. Odsířovací zařízení pro jednotlivé bloky elektrárny Prunéřov I bylo postupně uváděno do provozu v letech 1995 a 1996. jako první odsiřovací zařízení v ČR. Zařízení bylo dodáno německou firmou

55

Gottfried Bischoff GmbH, sousední elektrárna Prunéřov II konzorciem firem Mitsubishi z Japonska a ZVU Hradec Králové. Konstrukční řešení a technologické uspořádání je u všech bloků elektrárny Prunéřov I stejné. Pro odsiřování je v elektrárně používán vápenec z velkolomu Mořina – lom Tetín zrnitosti 4 – 80 mm. Elektrárna EPR II zpracovává vápenec s nižším obsahem CaCO3 z lomu Mořina – Čeřinka. Doprava železniční, uložení vápence na společné skládce pro každou elektrárnu zvlášť. Vápenec je upravován v prvním stupni v kladivovém drtiči za sucha na zrnitost 0 až 3 mm a ve druhém stupni za mokra v kulovém mlýnu vertikálním s pevným pláštěm na granulometrii pod 50 µm. Mlýn Tower mill Kubota s náplní 50 t mlecích kuliček 20 mm má výkon 25 – 35 t/hod. Odtřídění nedomelků se provádí v hydrocyklonech a nedomelky jsou vraceny do mlýna. Mletý vápenec se ředí vodou na 30% sušiny CaCO3 a skladuje se v zásobnících s míchadly, odkud je čerpána do jednotlivých absorbérů. Kouřové plyny přicházejí z elektrofiltrů jednotlivých bloků o teplotě cca 180OC do výměníků kde se ochladí v rotačním výměníku tepla typu Ljungström na teplotu kolem 140OC a s touto teplotou vstupují do vlastního absorbéru. Absorbéry EPRU I pracují s protiproudou sprchou. Sprchy rozstřikují vodní roztok vápencové a energosádrovcové suspenze. Systém samostatných posilovacích odtahových ventilátorů je u EPRU I umístěn za absorbérem zařízení odlišný. Rovněž kvalitní funkce absorbérů je dána vhodně udržovanou hodnotou pH, kolem „5,8“. Suspenze sádrovce se odčerpává do odvodňovacího zařízení – vakuových pásových odvodňovacích filtrů. Vzniklý sypký energosádrovec s obsahem 10 – 15% vody se skladuje v zastřešené skládce o kapacitě 9.500 tun. Elektrárna CHVALETICE Elektrárna Chvaletice má v současné době v provozu 4 výrobní bloky s výkonem 4x200 MW. Elektrárna byla uvedena do provozu v roce 19. V současné době je provoz elektrárny omezován, v provozu jsou běžně pouze 2 bloky, je uvažováno s úplným odstavením elektrárny z provozu. Používané palivo je uhlí mostecká uhelná 90% a Severočeské hnědouhelné doly s nízkým obsahem síry. Odsířovací zařízení pro 1 - 2 a dále 3 a 4 bloky elektrárny Chvaletice bylo postupně uváděno do provozu v letech 1994 až 1996. Zařízení bylo dodáno japonskou firmou Hitaši. Pro odsiřování je v elektrárně používán vápenec z velkolomu Kotouč Štramberk –zrnitosti 20 – 40 mm s obsahem CaCO3 kolem 97,7 % a obsahem P2O5 kolem 0,25%.. Doprava železniční, uložení vápence na společné skládce. Vápenec je upravován v prvním stupni v odrazovém drtiči za sucha na zrnitost 0 až 5 mm a ve druhém stupni za mokra v krátkém kulovém mlýnu na granulometrii pod 45 mí. Odtřídění nedomelků se provádí v hydrocyklonech a nedomelky jsou vraceny do mlýna. Mletý vápenec se ředí vodou na 35% sušiny CaCO3 a skladuje se v zásobnících s míchadly, odkud je čerpána do jednotlivých mísících reaktorů. Kouřové plyny přicházejí z elektrofiltrů jednotlivých bloků potrubím o průměru 7 m do reaktoru asi ¼ od spodu. o teplotě cca 180OC. Reaktory pracují s protiproudou sprchou. Sprchy rozstřikují 17 tryskami vodní roztok vápencové a energosádrovcové suspenze. Systém samostatných posilovacích odtahových ventilátorů je umístěn za reaktorem. Rovněž kvalitní funkce reaktorů je dána vhodně udržovanou hodnotou pH, kolem „8“. Odsířené plyny z každé stanice jsou odváděny do dvou chladících věží. Suspenze sádrovce se odčerpává dle hustoty při pH kolem 8 do odvodňovacího zařízení – vakuových pásových odvodňovacích filtrů, výsledná vlhkost je 8 – 12%. Vzniklý sypký energosádrovec s obsahem 8 – 12% vody se skladuje v zastřešené skládce o kapacitě 7.000 tun. Energosádrovec je částečně užíván jako stabilizát, částečně odebírán zákazníky a částečně ukládán do skládky.

56


Ověřování možností použití energosádrovců v cementářském průmyslu - laboratorní prace Provozní zkušenosti s běžným používáním energosádrovců v běžné výrobní praxi postupně ukazovaly na jev, který při používání přírodních sádrovců nebyl prokázán. 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 ještě zvýšený tlak a dochází k ovlivnění vlastností. To může způsobovat vážné problémy v kvalitě výsledného produktu. Zejména jde o změny technologických vlastností, jako jsou pevnosti a tuhnutí. Bylo zjištěno, že každá kombinace slínek - energosádrovec vykazuje jiné vlastnosti. Ověření této problematiky jsme se věnovali v průběhu laboratorních prací. Pro laboratorní práce jsme vybrali námi odebrané vzorky v jednotlivých elektrárnách, dále pro porovnání zařadili do zkoušek i chemosádrovec z přerovské PRECHEZY (laboratorní označení jako Přerov) a provedli následující stanovení : U všech sádrovců bylo provedeno stanovení obsahu SO3 a SO2, měrné hmotnosti a vlhkosti. Výsledky zkoušek sádrovců: SÁDROVEC TYP ZKOUŠKY

Počerady

Prunéřov

Chvaletice

Přerov

Vlhkost [%]

1,1

8,2

11,1

10,5

Měrná hmotnost [g.cm-3]

2,318

2,241

1,268

2,312

SO3 celk. [%]

47,22

45,58

45,42

45,34

SO2 [%]

0,07

0,05

0,07

0,04

Všechny sádrovce byly postupně vysušeny vložením do sušárny vyhřáté na teploty od 40 do 110 °C s výdrží 20 hod. U jednotlivých vzorků byl ověřován hmotnostní úbytek. Hmotnostní úbytky vzorků sádrovců sušených při různých teplotách v hm.[%]: VZOREK SÁDROVCE

TEPLOTA SUŠENÍ 40 °C

60 °C

70 °C

80 °C

90 °C

100 °C

110 °C

Počerady

1,1

1,5

1,9

5,8

12,0

12,9

15,2

Prunéřov

8,2

8,7

8,7

8,8

13,2

19,7

18,5

Chvaletice

11,1

11,2

11,2

11,4

16,9

24,6

27,4

Přerov

10,5

10,7

10,7

11,7

23,1

24,6

25,8

57

Chemické složení sádrovců v hmot. % (pozn. QUAN. = Quantas, VUSH = VUSTAH) Druh sádrovce SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O TiO2 SrO P2O5 PbO F Cl V2O5 ZrO2

Počerady XRF

QUAN

0,18

Prunéřov VUSH

XRF

QUAN

1,16

0,18

0,47

0,73

0,29

Chvaletice XRF

QUAN

1,17

0,21

0,32

0,38

0,21

0,25

35,19

35,20

0,24

0,25

40,40

45,20

0,04

0,07

47,22

VUSH

Přerov XRF

QUAN

1,49

0,29

0,38

0,33

0,60

0,29

0,38

0,13

0,19

0,11

0,15

0,08

34,12

33,00

34,11

32,30

34,51

34,60

0,33

0,45

0,47

0,94

0,22

0,00

39,66

43,50

39,68

41,70

40,15

44,20

0,03

0,06

0,05

0,06

0,06

0,00

45,58

VUSH

45,42

0,01

0,04

0,03

0,32

0,06

0,02

0,01

0,01

0,08

0,04

VUSH

45,34

0,07 1,21

2,27 0,06 0,07 0,04

Dále byly provedeny diferenční termické rozbory u vzorků upravených na teploty 60, 80 a 100 °C. K termickému rozboru byly dodány původní a tepelně upravené vzorky energosádrovců Počerady, Prunéřov, Chvaletice a chemosádrovce Přerov. Termogramy původních a temperovaných vzorků, které tvoří přílohu, byly vyhotoveny na aparatuře Netzsch STA 429 v teplotní oblasti 20 - 1000 °C a byly zaznamenány křivky hmotnostního úbytku (TG) a jeho derivace (DTG) v závislosti na teplotě. Pro stanovení obsahu CaSO4.2H2O a CaSO4.½H2O byl zvolen speciální režim nárůstu teploty. Do teploty 300 °C byl použit pomalý nárůst (2 °C/min) a potom následoval běžný nárůst 10 °C/min. Obsah obou vodnatých síranů vápenatých byl vypočten na základě gravimetrického stanovení obsahu hydrátové vody, který je při pomalém nárůstů teploty zřetelně rozdělen do dvou fází. V první fázi dochází k odchodu 1,5 molekuly vody z dihydrátu a ve druhé fázi k odchodu zbývající poloviny molekuly vody z dihydrátu a poloviny molekuly vody z polohydrátu. Ve vzorcích je obsažen také určitý podíl CaCO3, k jehož dekarbonataci dochází v okolí 700 °C. Výsledky kvantitativního složení jednotlivých vzorků jsou uvedeny v tabulkách 7-10. V tabulce 11-14 jsou uvedeny teploty minima jednotlivých endotermických efektů. U energosádrovce Chvaletice je zajímavé, že endotermický efekt charakterizující první část dehydratace sádrovce (odchod 1,5 molekuly H2O), má dvě minima.

58


Kvantitativní složení energosádrovce Počerady v hm. % stanovené termogravimetricky: TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

Obsah CaSO4.2H2O

76,8

72,4

52,0

4,0

Obsah CaSO4.½H2O

23,0

26,9

46,3

92,3

Obsah CaCO3

0,6

0,7

0,6

0,5

Kvantitativní složení energosádrovce Prunéřov v hm. % stanovené termogravimetricky: TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

Obsah CaSO4.2H2O

93,4

93,1

84,5

3,6

Obsah CaSO4.½H2O

4,9

6,1

14,5

94,8

Obsah CaCO3

1,0

0,8

1,0

1,6

Kvantitativní složení energosádrovce Chvaletice v hm. % stanovené termogravimetricky: TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

Obsah CaSO4.2H2O

93,0

92,0

86,8

4,6

Obsah CaSO4.½H2O

5,3

7,3

12,6

92,3

Obsah CaCO3

0,7

0,7

0,9

0,9

Kvantitativní složení chemosádrovce Přerov v hm. % stanovené termogravimetricky: TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

Obsah CaSO4.2H2O

93,2

93,6

81,7

4,9

Obsah CaSO4. ½H2O

5,1

5,9

16,9

93,7

Obsah CaCO3

1,3

1,3

1,5

1,6

Teploty minima endotermických efektů u vzorků energosádrovce Počerady ve °C: TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

1. endoterma

130

130

135

-

2. endoterma

170

170

185

175

3. endoterma

690

700

700

705

59

Teploty minima endotermických efektů u vzorků energosádrovce Prunéřov ve °C: TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

1. endoterma

140

135

150

-

2. endoterma

175

170

185

165

3. endoterma

715

715

720

750

Teploty minima endotermických efektů u vzorků energosádrovce Chvaletice ve °C TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

1. endoterma (1. min.)

120

115

125

-

1. endoterma (2. min)

135

130

145

-

2. endoterma

175

170

180

165

3. endoterma

675

680

690

690

Teploty minima endotermických efektů u vzorků chemosádrovce Přerov ve °C TEPLOTA OHŘEVU

Původní vzorek

60 °C

80 °C

100 °C

1. endoterma

130

130

140

-

2. endoterma

170

165

175

155

3. endoterma

730

725

730

730

Rentgenová difrakční analýza sádrovců Energosádrovec POČERADY Hlavní složkou vzorku je sádrovec (CaSO4.2H2O), vedle něhož je přítomen i bassanit (CaSO4. ½H2O). Energosádrovec PRUNÉŘOV Hlavní složkou vzorku je sádrovec (CaSO4.2H2O). Vzorek dále obsahuje nepatrné množství křemene (SiO2). Energosádrovec CHVALETICE Hlavní složkou vzorku je sádrovec (CaSO4.2H2O). Vzorek dále obsahuje nepatrné množství křemene (SiO2). Chemosádrovec PŘEROV Hlavní a jedinou složkou vzorku je sádrovec (CaSO4.2H2O). Diferenční kalorimetrie Byly zkoušeny vzorky energosádrovců Počerady, Prunéřov a Chvaletice a chemosádrovec Přerov. Jako doplňující byly provedeny zkoušky několika vzorků sádrovců z archivu VUSTAH. Vzorky byly zkoušeny jednak v původním stavu (vysušené do konstantní hmotnosti při teplotě 40 °C), jednak tepelně ošetřené při teplotách 60, 70, 80, 90, 100 a 110 °C (sušárna, volně na vzduchu, 1den).

60


Z grafu je patrné, že u původních vzorků nedochází k žádným tepelným efektům s výjimkou ES Počerady, který vykazuje vzestup teploty cca 3 K. Toto se projevuje i v jeho směsi s ES Prunéřov (1:1), kdy tepelné zabarvení je přibližně poloviční. Teplotní křivky hydratace u vzorků sádrovců ošetřených při 60 a 70 °C se nijak neliší od původních vzorků. Při teplotě 80 °C dochází ke zvětšení maxima u ES Počerady na cca 7 K a mírný tepelný efekt se začíná projevovat i u ostatních vzorků Při teplotě 90 °C maximum u sádrovců Počerady a Přerov dosahuje 14 K, přičemž průběhy teplotních křivek jsou téměř identické. U sádrovců Prunéřov a Chvaletice dosahuje maximum 7 K, přičemž průběhy teplotních křivek jsou téměř identické Při teplotě 100 °C dochází k dalšímu zvyšování maxim u všech vzorků, teplotní diference dosahuje 14-20 K a čas maxima se posouvá k pozdějším dobám. Te trend je ještě markantnější u vzorků ošetřených při 110 °C, kdy v případě vzorků Chvaletice a Prunéřov teplotní diference dokonce přesáhla měřicí rozsah použitého přístroje 20 K. Změřené křivky teplotních průběhů jsou zrekapitulovány podle jednotlivých druhů sádrovců a různé teploty v zaznamenány v grafech. Pro srovnání byly zkoušky doplněny sledováním některých vzorků, uložených v archivu VUSTAH, a to ES Počerady z roku 2001, ES Mělník I. a Mělník II., ES USA (původ neznámý) a ES Počerady práškový. Byly zkoušeny jednak původní vzorky, jednak vzorky ošetřené při 70 °C), archivní vzorek též 90 a 100 °C Z grafů e patrné, že u sledovaných vzorků nedochází k žádným tepelným efektům s výjimkou archivního ES Počerady, který vykazuje po ošetření při teplotě 70 °C vzestup teploty o 1 K a při teplotách 90 a 100 °C vzestup teploty o 12-13 K. Prezentované jevy jsou způsobeny rozkladem dihydrátu síranu vápenatého na hemihydrát, popř. až na anhydrit III., za zvýšených teplot. V tuhé fázi může rovněž docházet k reakci anhydritu III. s dihydrátem na hemihydrát. Po smíchání vzorku s vodou dochází k přeměně těchto složek zpět na dihydrát, což má za následek tepelné efekty. Z grafů je patrné, že i když se jedná kvalitativně o tytéž chemické reakce, jejich kvantitativní průběh je u jednotlivých vzorků výrazně odlišný. Může to být způsobeno např. velikostí krystalů, jejich různým tvarem apod. Toto je též příčina, proč se literární údaje o reakčních teplotách rozkladů různých forem síranu vápenatého diametrálně liší. V dalším pokračování laboratorních prací byl sledován vliv různých forem síranu vápenatého na technologické vlastnosti a ukázat tak na možné změny v kvalitě vyráběného cementu které souvisejí s fázovými změnami regulátoru tuhnutí. Z výsledků stanovení pevností v tlaku cementů připravených s různými formami síranu vápenatého vyplývá jejich různý účinek. V kombinaci anhydritů s energosádrovcem a hemihydrátem jsou rozdíly v pevnostech a stejně tak i v ostatních vlastnostech částečně setřeny. Výrazný vliv různých forem síranu vápenatého bylo možno pozorovat také na průběhu tuhnutí připravených cementů. Jiné sírany vápenaté oproti sádrovci již nezpomalovaly proces tuhnutí tak účinně, nejrychleji začal tuhnout cement obsahující anhydrit III, následně hemihydrát a anhydrit II. Teplotní průběh hydratace cementů, sledovaný na semiadiabatickém kalorimetru, potvrzuje proces jejich tuhnutí i vývoj pevností. Kalorimetrické píky cementů obsahujících jiné formy CaSO4 měly rychlejší a intenzivnější vývoj oproti cementu s energosádrovcem, stejně jako rozpouštěcí reakce sledované na diferenčním kalorimetru. Vliv regulátoru tuhnutí na vlastnosti cementu byl laboratorně sledován ze dvou pohledů. Za prvé byl sledován vliv různých kombinací 5 energosádrovců ze třech lokalit se slínky ze tří cementáren. Dále je sledován dopad přeměny sádrovce na hemihydrát přípravou a sledováním vlastností cementů s řízeným obsahem hemihydrátu. Při použití stejného obsahu energosádrovce z různých lokalit k danému slínku, bylo zjištěno, že technologické vlastnosti cementů se mohou výrazně měnit. Podle zjištěných výsledků změny souvisí s druhem energosádrovce i slínku, takže každá kombinace slínek - energosádrovec se může chovat jinak. Vedle energosádrovců zde hrají velkou roli jednak velikosti krystalů alitu a s obsahem C3A, vyplývající z reaktivity použité surovinové moučky. Přes určité odchylnosti lze však všeobecně konstatovat, že používané energosádrovce je vhodné používat jako regulátor tuhnutí cementů.

61

Název aktivity:

MOŽNOSTI VYUŽITÍ ENERGOSÁDROVCŮ PRO VÝROBU ANHYDRITU – STUDIE

Číslo aktivity:

A0716

Termín plnění aktivity:

1.1. – 31.3.2007

Úvod Byla zpracována podrobná studie, která obsahuje zejména následující problematiku: - Energosádrovec – významná druhotná surovina - Systém CaSO4 – CASO4 . 2H2O - Anhydrit a princip jeho výroby - Anhydritové pojivo - Využití anhydritu Studie podává stručnou informaci o otázkách energosádrovce jako možné suroviny pro výrobu sádrových pojiv, o principech jejich dehydratace a hydratace, včetně přehledu dehydratačních zařízení, o způsobech regulace tuhnutí, anhydritového pojiva a jeho využívání především pro samonivelační podlahové směsi. Vzhledem k nedostatečnosti našich přírodních zdrojů je třeba chápat energosádrovec jako strategickou sekundární surovinu a proto je třeba podporovat aktivity vedoucí k jejímu co nejširšímu využívání event. k ukládání na felonie jako ušlechtilou surovinu pro budoucí období. 1. Energosádrovec jako významná druhotná surovina Stručně uvádíme historii postupného zavádění odsiřování spalin uhelných elektráren v technicky vyspělých zemích a u nás. Produkce energosádrovce v Evropě byla v roce 2002 – 13,4 mil. tun, z toho Německo 7,2 mil. tun, Velká Británie 1,0 mil. tun, Polsko 1,0 mil. tun a Česká republika 1,2 mil. tun. Z toho vyplývá náročnost a závažnost řešit otázky odbytu tohoto velikého množství vysoce jakostní suroviny, a to jak z hlediska ekologického, tak i z hlediska hospodaření s přírodními surovinami. Vždyť na zreagování 1 tuny SO3 potřebujeme stechiometricky 0,7 tuny CaO, což odpovídá 1,25 tuny stoprocentního vápence, V podrobné studii je uveden přehled odsiřovacích systémů aplikovaných v našich elektrárnách a současně chemické složení produkovaného energosádrovce. Studie dále popisuje stav využívání energosádrovce v našich závodech a zmiňuje se i o teplárně Vřesová, o situaci s využíváním odpadu z výroby TiO2 (Precheza – Přerov), z výroby kyseliny fluorovodíkové (Spolek pro chemickou a hutní výrobu – Ústí nad Labem), z výroby kyseliny citronové a kyseliny fosforečné. Studie obsahuje zmínku o čpavkové odsiřovací metodě Knauf-Researfch-Cottreu s dvojitým vedením spalin (zejména vhodná pro elektrárny hnědouhelné). Je zde provedeno rovněž srovnání chemického složení přírodních anhydritů (SRN) a Slovensko (Tolstein) s požadavky sádrového, cementářského a porobetonářského průmyslu na odpadní sádrovce.

62


2. Systém CaSO4 – CASO4 . 2H2O Pro lepší přehled o dějích probíhajících při dehydrataci dihydrátu sáranu vápenatého (sádrovec, energosádrovec, fosfosádrovec, citrosádrovec, fluoroanhydrit apod.) a jeho zpětné hydrataci doprovázené tuhnutím, je popsán systém CaSO4 – CASO4 . 2H2O. V Něm existuje pět fází, jmenovitě • •

•

•

•

dihydrát síranu vápenatého polohydrát síranu vápenatého - modifikace alfa - modifikace delta anhydrit III (gama) - modifikace alfa - modifikace beta anhydrit III (beta) - těžce rozpustný - nerozpustný - estrichová sádra anhydrit I

V rámci podrobné studie jsou popsány existenční oblasti jednotlivých produktů dehydratace, což je důležitým vodítkem pro správnou volbu dehydratačního zařízení. Je uveden rovněž stručně současný názor na tuhnutí a tvrdnutí sádrových pojiv. 3. Anhydrit a princip jeho výroby U anhydritu rozeznáváme několik fází, jejichž vlastnosti jsou determinovány teplotou jejich vzniku. Anhydrit III vzniká prakticky souběžně s dehydratací sádrovce na polohydrát, neboť průmyslové dehydratační agregáty pracují zpravidla při teplotách nad 100 °C. V těchto podmínkách vznikající anhydrit III je však velmi nestabilní, snadno přechází zpět – při změně vnějších podmínek na polohydrát a může tedy pouze do určité míry ovlivňovat vlastnosti vyrobeného polohydrátu. Praktický význam jako samostatná fáze tedy nemá. Jinak je tomu u anhydritu II, který je podstatou anhydritu přírodního a tvočí základ všech tří forem anhydritu uměle připraveného (těžko rozpustný, nerozpustný a estrichová sádra). Dehydrataci sádrovce přírodního i uměle připraveného můžeme realizovat v tepelných agregátech různých druhů podle předpokládané teploty, při níž bude uvažovaný proces probíhat, zpravidla do 200 °C, 200 °C až 300 °C, 300 °C až 600 °C. Anhydrit I vzniká při teplotě nad 1 180 °C a mění se zpět na anhydrit II při jejím poklesu. Uvedené hraniční teploty se někdy v literatuře uvádějí odlišně. Pro těžce rozpustný anhydrit II se uvádí někdy hodnota 500 °C, zatímco pro anhydrit nerozpustný se uvádí 500 °C až 700 °C.Jako teplotní hranice vzniku estrichové sádry platí teplota nad 700 °C, kdy již dochází k prvním projevům rozpadu CaSO4 na CaO + SO2. Podle zamýšleného výrobku pak volíme příslušný tepelný agregát. Může to být • etážová Hereshofova pec • rotační pec souproudá • rotační pec protiproudá • rotační pec s nepřímým ohřevem • společné sušení, dehydratace ve vznosu a meltí

63

• • • •

kombinace dvou rotačních pecí kombinace rotační pece se sušením a mletím výpal na roštu (v případě energosádrovce spojeno s briketováním) výpal pomocí systému výměníků (POLCAL)

V podrobné studii jsou uvedena schémata prakticky všech uvedených systémů. Studie rovněž popisuje principy průmyslové výroby alfa-polohydrátové sádry, a to jak kontinuálním způsobem suspenzním v kombinaci s expanzním vychlazovacím zařízením (Knauf, Giulini), tak i autoklávováním briketovaného energosádrovce s následným sušením a mletím (proMineral-SICOWA). Studie rovněž zmiňuje dehydrataci dihydrátu v přítomnosti malého množství kyseliny sírové při teplotách 100 °C až 200 °C (semidry process). Zbytková kyselina se po dehydrataci neutralizuje vápnem. 4. Anhydritové pojivo Anhydrit II je sám velmi málo rozpustný ve vodě a poněvadž podstatou jeho tuhnutí a tvrdnutí je jeho přeměna na sádrovec přes vodný roztok, je možno tento proces urychlit přísadami, katalyzátory, budiči. Přitom se jedná o: - aktivaci síranovou (kationu – sírany lehkých a těžkých kovů, kyselina sírová, kyselé soli), - aktivaci alkalickou (vápno, hlinitany vápenaté), - aktivaci smíšenou (zásadité podvojné sírany, alkalické hydroxidy, alkalické hlinitany. portlandský cement, popílek z hnědého uhlí – Ottemann). V podrobné studii je dále popsána výroby anhydritového pojiva a hlavní požadavky dřívější normy DIN 4208 „Anhydritové pojivo“ a současné EN 13 454-1 „Pojiva, kompozitní pojiva a průmyslově vyráběné maltové směsi pro podlahové potěry ze síranu vápenatého“. 5. Využití anhydritu Anhydrit je možno využít buď v původní podobě (při výrobě pórobetonu, jako plnivo pro výrobu tmelů. laků. gumy. plastických hmot, v papírenském průmyslu atd.). Jeho předností pro tyto účely je jeho bělost a jemnost. Velmi závažnou je v tomto případě otázka ekonomická, tedy cena konkurenčních materiálů – mikro mletý vápenec, křemelina, křemičitý úlet, přírodní anhydrit apod. Druhou, a to hlavní oblastí použití anhydritu, je jeho aplikace ve funkci pojiva ve stavebnictví, a to dnes především pro samonivelační podlahové směsi. Vedle těchto anhydritových směsí existují rovněž směsi na bázi alfa-sádry a směsi na bázi cementové. Jsou to samozřejmě konkurenční výrobky, alej jako přednosti směsí anhydritových možno uvést: -

možnost dopravy směsi potrubím, malá pracovní náročnost a namáhavost při nanášení, vysoká objemová stálost umožňuje pokládku velkých ploch, pochůznost po dvou dnech, zatížitelnost po pěti dnech, u vyhřívaných podlah je možno započít s vyhříváním již po sedmi dnech, fyziologická vhodnost (nepřítomnost chromanů).

Samozřejmě, že oblasti využití anhydritového pojiva ve stavebnictví jsou daleko širší, ovšem zatím zůstávají vázány především na interiér. Snad pro informaci a orientaci je možno uvést, že v roce 2000 bylo v SRN vyrobeno celkem 4,43 mil. m3 estrichových materiálů a z toho 1,13 mil. m3 estrichů na sádrové bázi. Tato skutečnost sama podtrhuje důležitost tohoto oboru. 64


Je třeba říci, že řada našich stavebních firem již dnes ve velkém měřítku používá tekuté podlahové estrichy, ovšem pokud jde o estrichy sádrové, jedná se o dovoz především ze SRN. Při zpravování podrobné studie bylo prostudováno a použito několik set časopisových, patentových, internetových, firemních a knižních podklad. Přehled literatury je uveden v podrobné studii, která je k dispozici u řešitele této aktivity. Reference [1.]

Malich M., Emmer M., Hlaváčková J.: Využití anhydritového pojiva pro stavební účely Pozemní stavby Ústí nad Labem Podnikový úkol č. 52, 1984

[2.]

Riedel W., Bimberg R., Göhring Ch.: Einfluss von Anregern auf die Eigenschaften eines syntetischen Anhydrit binders aus Fluoroanhydrit Baustoffindustrie 1989, č. 3, str. 62 – 65

[3.]

Picek J.: Podlahové potěry se síranu vápenatého Sborník příspěvků semináře ,,Sádra 2005“ str. 28 – 32, VUT Brno 2005

[4.]

Vehovská L.: Využití energosádrovce k přípravě anhydritové maltoviny s vnějším buzením Sborník příspěvků semináře ,,Sádra 2005“ str. 75 – 80, VUT Brno 2005

[5.]

Internationale und europäische Standardisierung von Gips Sofie Produkten auf Gipsbasis, Zementkalk-Gips 2006, č. 11, str. 32 – 33

[6.]

Sebök T., Tůmová A.: Možnosti využití upraveného syntetického anhydritového pojiva ve stavebnictví Stavivo 1982, č. 10, str. 409-415

[7.]

Winkler K.-G.: Grundladung der Anwendung und Erhärtung von Anhydrit 6. Gipstagung Berlin 1989

[8.]

Podraza S.: Rozwoj techniki prazenia gipsu Cement – wapno – Gips 1984, č. 2, str. 57 – 61

[9.]

Wirsching F., Hüller R., Limmer B.: The semidry acid – anhydrite process – The use of flue gas desulphurization (FGD) gypsum by development of a nex process for the production of FGD anhydrite Zement – Kalk – Gips 1994, č. 5, str. 278 – 286

[10.] Kreft W.: Thermische Behandlung mineralischer Rohstoffe mit dem Trägergasverfahren – Verfahrenstechnik und Produktanwendung Zement – Kalk – Gips 1988, č. 9, str. 434 – 442 [11.] Jarosinski A.: Nassverfahren zur Gewinnung von Anhydrit aus Apatit – Phosphatgips Zement – Kalk – Gips 1995, str. 258 – 261 [12.] Schulze H.: Hurbanic M., Ruf H., Vergleichende Betrachtungen zum Verhalten von Naturgips und Rauchgasgips Zement – Kalk – Gips 1985, č. 8, str. 431 – 436 [13.] Volkart K.: Gips- Datenbuch Bundesverband der Gips – und Gipsplatten – industrie e. V. Darmstadt, 1985

65

66

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 I. koordinátor: Vladimír SLIVKA řešitel: Jan JELÍNEK Úvod Cílem navazující aktivity řešení dílčího cíle V 004 je laboratorní výzkum chemického složení a složení minerálních fází vzorků získaných v druhé a třetí etapě řešení dílčího cíle DC4-02 v roce 2006. Celkově bude analyzováno 34 vzorků ze tří vybraných oblastí. V ostravské části ostravsko-karvinského revíru bylo odebráno 8 vzorků ze čtyř lokalit, v kladenském černouhelném revíru bylo odebráno 13 vzorků ze čtyř lokalit a v severních Čechách bylo odebráno 13 vzorků ze čtyř lokalit. Pozornost laboratorního výzkumu je 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. V první fázi řešení této aktivity byly laboratorně analyzovány vzorky odebrané z nejvhodnějších vyhořelých a hořících odvalů s výskytem antropogenně vzniklých porcelanitů v ostravské části ostravskokarvinského revíru (dále jen OKR). Analyzovány byly vzorky z termicky aktivních odvalů Heřmanice, Odra, Ema (Petr Bezruč) a z již vyhořelého odvalu Šverma, kde se podle ústního sdělení vyskytují nejkvalitnější druhotné suroviny pro výrobu hlinito-křemičitých žáruvzdorných ostřiv a plniv. 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 případná zonálnost. 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. Pouze pomohou určit míru termické alterace v daném místě odběru. Nelze vyloučit, že v jiném místě nebyla alterace intenzivnější. Důvodů proč vzorky nebyly odebrány z míst s největším stupněm tepelné alterace, je hned několik; • některé odvaly nebyly během své existence termicky monitorovány, • na odvalech, kde monitoring proběhl, jsou k dispozici údaje z relativně krátkého období, • na mnohých odvalech probíhá rekultivace a místa s největší termickou alterací jsou již redeponována. Pro alespoň částečné postižení hloubkové zonálnosti termické alterace skládkované hlušiny, byly využity již dříve provedené zářezy nebo erozní rýhy, které na některých tělesech odvalů jsou až několikametrové. Odval Dolu Odra (odval Kosovny Svoboda) Odval se nachází v katastrálním území Ostrava – Přívoz a je lokalizován jihovýchodně od areálu Koksovny Svoboda, v prostoru mezi levým břehem řeky Ostravice a ulicí Muglinovská. Odval je v současnosti majetkem Koksovany Svoboda. Tvar odvalu je kuželový s prudkými svahy a rozhrnutou vrcholovou částí. Jedná se o

67

mohutné těleso s plochou 15,75 ha a objemem nasypaných hlušin 3,75 mil. m3. Převýšení nad okolní terén dosahuje až 60 m. V současné době je odval Dolu Odra stále termicky aktivní na severozápadním svahu, jenž přiléhá ke Koksovně Svoboda. V minulosti zde probíhal velmi intenzivní podzemní požár, naměřené teploty v sondách dosahovaly až 400°C (Drlík 1964). Nyní termická aktivita v této části odvalu doznívá. Teplota naměřená přibližně 2 m pod povrchem v posledních letech jen zřídka přesahuje 30°C. Na povrchu severozápadního svahu, v místě doznívajícího endogenního požáru, je navezena vrstva popílku, která není kompaktní. Především ve vrcholové části zcela chybí. V okolí sond, vystupují vodní páry a kouř. Z těchto míst byl proveden odběr prvního vzorku. Druhý vzorek byl odebrán na jihovýchodním svahu z erozní rýhy (obr. 1).

Obrázek 1. Letecký snímek odvalu Odra s vyznačenými odběrnými místy. Petrografické složení deponovaného materiálu odpovídá karbonským pískovcům, prachovcům a jílovcům hrušovských a petřkovických vrstev ostravského souvrství. Vzhledem k tomu, že se jedná o starý odval, lze zde předpokládat vysoký obsah uhelné hmoty. 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 Králík (1984) rozdělil kausticky přeměněný materiál uhlonosných sedimentů do tří stupňů. Nízký, střední a vysoký stupeň termické alterace. Přičemž míra termické alterace závisí na: • maximální výši dosažené teploty a době jejího působení, • výchozím mineralogickém a chemickém složení sedimentů včetně obsahu uhelné substance, • granulometrickém složení sedimntů. První odebraný vzorek OD-1 patří do prvního stupně s nízkou tepelnou alterací. Úlomky pískovců vykazují na povrchu červenou barvu, často mají zachovanou svoji původní barvu. Jemnozrnnější materiál je zbarven do červena a zelena. Druhý odebraný vzorek Od-2 vykazuje vyšší stupeň termické alterace. Jemnozrnný materiál má barvu červenou až bílou.

68


Odval Ema (odvalový komplex dolu Petr Bezruč) Odvalový komplex Petr Bezruč s centrální dominantou Ema se nachází v katastrálním území Slezská Ostrava. Odval je lokalizován mezi ulicemi Na Najmanské na V a Vlčkova na J a areálem bývalého Dolu P. Bezruč na SZ. Odval je v současnosti ve správě DIAMO s.p., vlastníkem pozemků je OKD a.s.. Ovalový komplex Petr Bezruč je tvořen centrálním kuželem Ema, který je prstencovitě obepnut nepravidelným tabulovým tělesem. Odval tvoří významnou krajinnou dominantu, vrchol kužele je nejvyšším bodem Ostravy (325 m n.m.). Celková rozloha odvalu Petr Bezruč činí 32 ha, objem uloženého materiálu přes 8 mil. m3. Zájmovou oblastí, v níž se v současnosti projevuje termická aktivita, je jihozápadní svah kuželového odvalu Ema v centrální části odvalového komplexu. Petrografické složení odvalového materiálu odpovídá karbonským pískovcům, prachovcům a jílovcům hrušovských a petřkovických (v případě Dolu P. Bezruč) nebo porubských a jakloveckých (v případě Dolu Trojice) vrstev ostravského souvrství. Obsah spalitelných látek se pohybuje v rozmezí 6 – 22 % v celém komplexu (Koníček 2004), přímo v odvalu Ema lze však předpokládat i vyšší obsahy. Mimo běžné karbonské horniny zde byly ukládány i stavební a komunální odpady a také dřevěné piliny, ukládané na výpěrky z úpraven o zrnitosti do 200 mm, které činí cca 15 % objemu (Stoniš 2003).

Obrázek 2. Letecký snímek odvalu Ema s vyznačenými odběrnými místy. Odval Ema je termicky aktivní již více než půl století. Vzhledem k tomuto faktu, lze předpokládat, že těleso odvalu je již ze značné části vyhořelé. Červené zbarvení vypálených hlušin keramického vzhledu svědčí o velmi intenzivní termické aktivitě v minulosti. V současnosti jsou projevy termických procesů pozorovány ve vrcholové části jihozápadního svahu, v pásu širokém cca 10 m a dlouhém cca 50 m. Jedná se o hřeben, kudy v minulosti vedl lanovkový výtah a kudy dnes vede značená turistická cesta. Okolní svahy jsou prohořelé a již zarostlé vegetací, požár se tak prakticky nemá kam šířit. Navážky termicky aktivního svahu jsou více zhutněné než v jiných místech odvalu, a proto termické procesy zde postupují pomaleji. Z povrchu odvalu byly odebrány dva vzorky. První vzorek byl odebrán v místě termické aktivity, přibližně 10 m pod vrcholem. Druhý vzorek byl odebrán ze severovýchodní strany odvalu, v erozní rýze cca 15 m pod vrcholem (obr. 2). Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků oba dva vzorky lze podle Králíkovi (1984) klasifikace zařadit do druhého stupně termické alterace.

69

Odval Heřmanice Jedná se o rozsáhlý odvalový komplex v katastrálním území Hrušova. Odval je lokalizován mezi železniční tratí Ostrava – Bohumín na SZ, Heřmanickým rybníkem na SV a areály bývalého Dolu Heřmanice, věznice a chemických závodů(dříve MCHZ) na J. Odval je v současnosti ve správě DIAMO s.p. Vlastníkem pozemků je z větší části OKD, menší část zasahuje do pozemků DIAMO s.p. a Správy železniční cesty. Odvalový komplex Heřmanice je tvořen několika vzájemně propojenými dílčími jednotkami, včetně kalových nádrží. Jeho tvar odpovídá několika etážové tabuli s komolým kuželem v jihovýchodní části. Odval tvoří významnou dominantu, převýšenou nad okolním terénem cca o 30 m. Celková rozloha takto spojené deponie je cca 110 ha. Objem uloženého materiálu činí minimálně 17 mil. m3 hlušiny. Odval Heřmanice je nejrozsáhlejším komplexem uložené karbonské hlušiny v ostravské části OKR.

Obrázek 3. Letecký snímek odvalu Heřmanice s vyznačenými odběrnými místy. Petrografické složení deponovaného materiálu odpovídá karbonským pískovcům, prachovcům a jílovcům hrušovských a petřkovických vrstev ostravského souvrství. V rámci vrtných prací provedených v zájmovém území v roce 2003, byl stanoven i obsah spalitelných látek v hlušině. Hodnoty se pohybují v rozmezí 10,76 – 17,44 %, průměr je 15,3 %, přičemž obsah spalitelných látek je v celém tělese poměrně stálý (Stoniš a kol. 2004). Vzhledem k dlouhodobé existenci odvalu nelze vyloučit přítomnost i jiného materiálu než karbonské hlušiny. Ve vrtném jádru na odvalu Svoboda byly zjištěny kromě hlušiny i demoliční zbytky, archivní materiály se zmiňují i o vyplňování terénních depresí komunálními odpady (Malucha et al. 2004). Zájmovou oblast, v níž se projevuje termická aktivita, tvoří odval Svoboda – kužel a navazující jižní terasa, dále prostor mezi jižním okrajem terasy a báňskou vlečkou a zčásti zasahuje termická aktivita i do tzv. provozního odvalu na východě oblasti směrem k Heřmanickému rybníku (obr. 3). Nejintenzivnější termické procesy probíhají v hloubce do 9 m pod povrchem. Projevy endogenního požáru lze sledovat i na povrchu odvalu: výstupy kouře s jedovatými plyny (CO, SO2, H2S), trhliny s výskytem chemických produktů termické aktivity, propady povrchu. Termickou aktivitou je zasaženo území cca 400 x 600 m, tj cca 24 ha. Termická aktivita se neustále přesouvá do dalších původně nezasažených míst, což si vynucuje postupné odstraňování vegetace z povrchu odvalu. První odběrné místo bylo lokalizováno do prostoru kuželovitého odvalu, kde se již termická aktivita nevyskytuje. Za druhý odběrný bod byl vybrán přibližně dva metry vysoký zářez u cesty vedoucí do severní části odvalu. Poslední třetí odběrné místo bylo lokalizováno uprostřed nejintenzivnější termické

70


aktivity (obr. 3). Vzorek odebraný z povrchu vykazoval teplotu přes 90 oC. Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků první vzorek lze zařadit do nízkého stupně termické alterace, ostatní dva do druhého až třetího stupně termické alterace (Králík 1984). Odval Dolu Jan Šverma Odval z dolu Jan Šverma, obsahoval největší množství antropogenně vzniklých porcelanitů (označovaných za erdbranty), byl z části odtěžen a použit pro výstavbu zemních těles silničních komunikací v Ostravě. Zejména se jedná o silnici Rudná v úseku od řeky Odry po Svinov. Dnes je toto zemní těleso znovu rozebíráno v důsledku výstavby mimoúrovňové křižovatky dálnice D 47 se silnicí Rudná. Část materiálu obou vyhořelých odvalů byla použita pro úpravu terénu sídliště Fifejdy. Zbytky odvalu se nacházejí na katastrálním území Mariánských hor, naproti koksovně Svoboda. V současné době je odval bez termické aktivity a většina materiálu je odtěžena. Jsou zachovány pouze zbytky několika kuželových odvalů. Na jednom z nich byl proveden odběr vzorku. Jedná se o přibližně 5 m vysokou stěnu (obr. 4), na které je možné dobře pozorovat tepelnou alteraci hlušinového materiálu. Tento materiál je termicky konsolidovaný do větších bloků. Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků lze zařadit odebraný vzorek do druhého až třetího stupně termické alterace. Odebraná hornina má vzhled porcelanitů, avšak některé úlomky si zachovávají svůj původní tvar. Menší úlomky vykazují znaky počátečního tavení základní hmoty. Vzhledem k tomu dochází k aglomeraci drobnějších úlomků do velkých bloků, v nichž utuhlá horninová hmota má funkci tmele.

Obrázek 4. Letecký snímek odvalu Šverma s vyznačeným odběrným místem. Metodika Hlavními identifikačními 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.

71

Důležitým procesem pro analýzu a vyhodnocení výsledků je příprava vzorku. Pevné vzorky se nejprve rozdrtí v porcelánové misce nebo 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. RTG difrakční prášková analýza V současné době je nejdůležitější a zcela nejrozšířenější metodou metoda práškového difraktometru. Zvláště pro rutinní analýzy kvalitativního a semikvantitativního fázového složení je použití práškového difraktometru nezbytné a nenahraditelné. Klasickou metodou práškovou je metoda Debye– Scherrerova (1917), která má přednost před novějšími práškovými metodami v malé spotřebě materiálu (stačí cca 1 mm3 i méně), a proto je stále i když v silně omezené míře používána. K poněkud novějším práškovým metodám pracujícím s rovinným preparátem náleží metoda Guinierova a metoda difraktometrická. Obě metody se vyznačují oproti klasické metodě větší vzdáleností registračního zařízení od preparátu a fokusací difraktovaného záření. Tím se zmenšuje počet koincidencí a umožňuje, zvláště u difraktometrické metody, přesné stanovení mřížkových parametrů. Difraktometr zaznamenává polohu reflexí a jejich intenzity detektorem a filmový záznam je nahrazen automatickým záznamem počtu pulsů nebo nejčastěji křivkou, která je úměrná tomuto záznamu. Metoda práškového diraktometru je v dnešní době nejdůležitější RTG difrakční metodou. Zařízení jsou plně automatizované. Digitální přístroje spolu s vhodným software dokážou rutinně identifikovat a také kvantifikovat prakticky jakékoliv vzorky krystalických fází. Metoda využívá pouze monochromatického RTG záření a velmi jemně rozemletého vzorku, podobně jako práškové metody se záznamem na fotografický materiál. Rozdíl spočívá v zaznamenání informaci o přítomných reflexích buď graficky na pohybující se pruh cejchovaného papíru nebo moderněji digitálně. Vzorek pro práškovou difraktometrii se připravuje mletím na velmi jemný prášek (cca 0.00X mm), který se potom nanáší na povrch skleněné destičky, případně se lisuje do vhodných kyvet. Pod označením práškové difraktometry rozumíme zařízení využívající k registraci difrakčního obrazu polykrystalických látek různých typů detektorů. Při detekci na film je celé difrakční spektrum registrováno zároveň. Pomocí bodového detektoru u difraktometru probíhá registrace postupně v úzkých úhlových intervalech (krocích). Z toho vycházejí konstrukční rysy dnešních difraktometrů. Konstrukce difraktometrů vychází z Debye-Scherrerovy metody a tyto difraktometry jsou v podstatě automatizovanými fokuzačními komůrkami. Ke zkrácení doby potřebné k registraci jednotlivých bodů difrakčního obrazu se v difraktometrii nejčastěji používá semifokusačního (Bragg-Brentanova) nebo fokusačního (Seemann-Bohlinova) uspořádání Debye-Scherrerovy metody. Vyhodnocení difrakčních záznamů z práškového difraktometru Při měření pomocí práškového difraktometru obdržíme obvykle textový soubor, který obsahuje informace o difrakčním úhlu a intenzitě pro každý krok měření. Použití zapisovačů pro kontinuální zápis měření patří většinou již minulosti. Ze souboru měření lze jednoduše zkonstruovat graf, který odpovídá kontinuálnímu zápisu. Z tohoto grafu je potřeba odečíst úhlové hodnoty, při kterých jsou dosaženy maxima intenzit. Automatizované vyhledávání difrakčních linií, vzhledem ke krokové podstatě měření, používá různý algoritmus pro zpřesnění pozic difrakčních linií. Většinou je používána interpolační metoda prokládání parabolické funkce s postupným využitím pěti a více měřících kroků. Především pro vyhodnocování intenzit difrakčních linií je potřeba z difrakčního záznamu oddělit pozadí. Toto pozadí je způsobováno různými vlivy během měření: Lorenz-polarizační faktor, rozptyl záření vzduchem, nedokonalá filtrace spojitého záření, fluorescenční záření vzorku atd. Pozadí se v případě moderního zpracování difrakčního záznamu modeluje pomocí polynomické funkce. Korekce pozadí předchází vlastnímu vyhodnocení pozic difrakčních linií. Vzhledem k tomu, že primární filtrované, nebo monochromatizované záření nemá jedinou vlnovou délku, ale sestává z dvojice (dubletu) vlnových délek (Ka1 a Ka2), je každá z difrakčních linií v difraktogramu obsažena dvakrát. Dubletovou stavbu difrakčních linií (pro Ka1 a Ka2) je možno na

72


difrakčních liniích sledovat především při vysokých úhlech 2Θ (> cca 40 až 50o 2Θ). Při přesných měřeních pozic difrakčních maxim je potřeba proto separovat difrakce způsobované Ka1 od difrakcí Ka2. Často se vyskytujícím problémem, zvláště v případě difrakčních záznamů směsí látek je překryv difrakčních linií. Tento překryv může být částečný nebo i úplný. Dochází k součtu intenzit překrývajících se difrakčních linií. Moderním způsobem řešení tohoto problému pro přesné sledování pozic difrakčních linií je použití tvarových funkcí (profile-shape functions) a dekonvoluce difrakčních maxim. Tvar difrakčních linií je jedním z důležitých parametrů, který se při moderním vyhodnocování sleduje. Kromě přesných pozic difrakčních maxim je možno určovat těžiště difrakčních linií, která často vzhledem k asymetrii těchto maxim nejsou identická. Důležitým parametrem každého difrakčního maxima je jeho pološířka. Ta je definována jako šířka difrakční linie v polovině jeho výšky. Pološířky mají velký význam při sledování velikostí částic. Současně s tím jsou vyhodnocovány plochy, které difrakční linie vytínají nad křivkou pozadí. Tyto plochy jsou určovány pomoci integrace. Pro přesné vyhodnocování tvarů difrakčních linií se používají tzv. profilové-tvarové funkce (profile-shape functions). Tyto matematické funkce se pomocí metody nejmenších čtverců proloží jednotlivými difrakčními liniemi. Nejčastěji se používají funkce Pearsonova IX, Voightova, Pseudovoightova funkce atd. Jedná se o poměrně komplikované víceparametrické funkce. Tyto funkce s velkou přesností odhadují pološířky difrakčních linií a mohou sloužit i k rozkladu překrývajících se linií (dekonvoluce). Výsledkem prvotního kroku vyhodnocování difraktogramu je vytvoření souboru, který obsahuje všechny důležité parametry pro každou difrakční linií samostatně. Udány jsou především hodnoty mezivrstevních vzdáleností, intenzit, pološířek, těžiště, úroveň pozadí v oblasti difrakce, plocha difrakce atd. Tento soubor podstupuje další krok vyhodnocení – kvalitativní analýzu. Při kvalitativní analýze se pozice difrakčních linií a jejich intenzity srovnávají s jejich tabelovanými hodnotami pro čisté fáze. Během používání praškových difraktogramů se v literatuře nashromáždilo obrovské množství difrakčních dat čistých látek. Tyto data jsou shromážděna v databázích. Nejpropracovanější a nejznámější databázi rentgenogramů je soubor difrakčních údajů “Powder Diffraction File, PDF” rozšiřovaný mezinárodní společností pro difrakční údaje “Joint Committee of Powder Diffraction Standards - International Centre for Diffraction Data”. V současné době obsahuje údaje o více než 45 000 látek. Je evidentní, že vyhledávání v takto velkém souboru se neobejde bez speciálních algoritmů. RTG fluorescence Chemický rozbor přírodních a odpadních materiálů pomocí vlnově disperzního rentgenfluorescenčního spektrometru (WD XRF) je založen na vyhodnocení RTG spekter prvků ve vzorku pomocí počítačově řízeného spektrometru. Principem vlnově disperzního rentgenového spektrometru je ozáření vzorku elektronovým paprskem (rentgenovým zářením), které vybudí charakteristické rentgenové záření vzorku. Toto charakteristické záření je dále analyzováno na základě vlnové délky. Používaný spektrometr Spectroscan MAKC GVII je sekvenční vlnově disperzní rentgenfluorescenční spektrometr, který umožňuje plně automatickou analýzu pevných i kapalných vzorků, prášků, filmů, filtrů a malých objektů v rozsahu od Na po U. Vlastní měření spočívá ve vložení připravené pelety do kyvety, následně do sampleru spektrometru a spuštění programu. Výsledkem měření je intenzita charakteristických spektrálních linií, která je závislá na obsahu prvku měřeném ve vzorku. Spektrometr je vybaven dvěma programy pro přepočet intenzity na obsah odpovídajícího prvku. První pracuje na principu regresního modelu za použití kalibračních standardů. Druhý program je založen na principu výpočtu koncentrací na základě teoretických modelů. Metoda, kterou tento program pro přepočet používá, se nazývá „Fundamental Parametres Method“ (FPM). První program generuje výsledky, které jsou vyjádřeny ve stejných jednotkách jako kalibrační standardy. Program „FPM“ generuje výsledky v hmotnostních procentech. Výsledky analýz Výsledky difrakční analýzy (obr. 5) ukazují, že u některých vzorků k výrazným termickým alteracím nedošlo. Týká se to hlavně vzorku Heřmanice Hr-1 a Hr-3. Tyto vzorky vykazují nízký stupeň tepelné

73

alterace, který je především provázen barevnými změnami hornin. Výrazně se projevuje 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.

74


Obrázek 5. Výsledky RTG difrakční práškové analýzy provedené na jednotlivých vzorcích s vyjádřením kvantitativního zastoupení jednotlivých minerálů ve vzorku.

75

Tabulka 1. Výsledky chemického rozboru jednotlivých vzorků pomocí vlnově disperzního rentgenfluorescenčního spektrometru (WD XRF). Označení: Analyt Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl K2O CaO TiO2 MnO Fe2O3

Ema 1

Ema 2

Heřm. 1

<1 1,06 19,25 60,43 0,18 0,739 0,238 3,62 0,64 0,84 0,056 6,76

<1 0,76 20,32 64,99 0,16 0,573 0,042 2,52 0,14 0,77 0,035 6,57

<1 1,15 20,83 59,44 0,15 0,490 0,103 4,29 0,22 0,82 0,039 6,26

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

115,9 91,4 62,7 32,98 120 12,5 14,8 183,7 134,7 34,8 251,6 2,8 653,7 22,6 52,5 28,7

134,8 92,6 67,6 28,6 110,3 14,0 18,2 146,6 119,8 17,1 219,1 0,7 485,6 12,7 67,8 27,2

132,3 92,7 51,9 34,5 97,6 22,0 22,6 211,0 129,1 40,6 191,7 4,1 742,4 3,0 89,0 12,5

Heřm 2. Heřm. 3 hmotnostní % <1 <1 1,33 0,90 20,36 20,47 64,21 56,73 0,21 0,22 0,039 2,53 0,039 0,358 3,11 3,59 0,77 0,57 0,89 0,82 0,098 0,075 6,44 6,55 mg/kg 159,8 220,2 112,2 135,3 66,7 65,2 32,4 31,4 110,0 97,7 6,0 1,5 11,6 14,3 182,8 185,6 105,2 110,3 24,5 31,6 195,6 229,3 7,6 5,5 522,4 530,0 53,0 6,2 67,3 66,4 8,3 22,0

Odra 1.

Odra 2.

Šver. 1

<1 0,90 18,72 54,06 0,15 0,61 0,060 3,79 0,24 0,75 0,082 6,35

<1 0,87 21,31 59,80 0,20 0,145 0,034 3,76 0,40 0,79 0,058 6,21

<1 0,94 19,02 66,58 0,18 0,864 0,020 3,62 0,79 0,75 0,085 5,71

127,2 87,6 70,3 30,8 114,8 7,1 14,0 202,0 114,1 35,8 160,7 11,4 477,2 21,2 55,3 20,9

140,1 95,4 74,2 32,7 112,6 8,9 19,8 225,3 177,8 35,6 179,8 5,5 616,7 17,0 64,4 24,5

143,5 99,3 79,8 30,2 87,8 10,7 13,0 174,1 137,2 27,4 185,7 6,8 594,3 58,4 75 4,0

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 Ema E-1 a Odra Od-1, i když se v nich mullit nevyskytuje. Jedná se pravděpodobně o přechodnou skupinu mezi nízkým a středním stupněm tepelné alterace. 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 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 Šverma Šv-1, Ema E-2 a Heřmanice Hr-2. Vzorky Šverma Šv-1 a Heřmanice Hr-2 vykazují ještě vyšší stupeň tepelné alterace, protože se v nich vyskytuje cordierit. Jeho

76


difrakční záznam odpovídá vysokoteplotní fázi zvané indialit. Na rozdíl od cordieritu je indialit hexagonálně holoedrický a náleží do skupiny berylu, s níž je izotypní. Vzniká při devitrifikaci skelné fáze za teplot okolo 1200 oC. Ve vzorku Ema E-2 a Heřmanice Hr-2 byl zjištěn také vysokoteplotní cristobalit. V produktech vysokoteplotní alterace na hořících či vyhořelých odvalech převládají podle výsledků rengenometrických analýz minerální fáze mullitu (především ve vzorku Šverma Šv-1 a Heřmanice Hr-2), cordieritu (indialitu), cristobalitu a křemene. Ve všech třech vzorcích vysokoteplotní alterace převládá amorfní sklovitá fáze, jejíchž obsah se pohybuje mezi 30 až 45,5 +- 9,3 %. 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. Cordierit se vyskytuje v termicky metamorfovaných horninách a částečně také v jílovitých horninách. Je běžným produktem vysokoteplotní regionální metamorfózy a může se vyskytovat v krystalických břidlicích, rulách a granulitech. Může se vyskytovat také v bazických vyvřelých horninách a v některých druzích granitů. Vzácně se vyskytuje v pegmatitech a křemenných žilách. Cordierit (iolit) je používán jako drahokam. Širší uplatnění cordieritu najdeme v keramice, protože má velmi nízký termický expanzní koeficient a vysokou odolnost vůči termickému šoku. Je to také elektrický izolátor. Cordieritová keramika vyniká především svým nízkým koeficientem délkové teplotní roztažnosti a tedy i vysokou odolností proti náhlým změnám teploty. Široké uplatnění nachází v elektrotechnických aplikacích. Jsou to např. zhášecí komory stykačů, nosiče topných drátů, tělesa infrazářičů apod. Cordieritová keramika se také plně osvědčila jako materiál nosičů katalyzátorů výfukových plynů spalovacích motorů (Hanykýř, Kutzendorfer 2000). V tabulce 2 jsou uvedeny některé vlastnosti cordieritové keramiky. Další jeho uplatnění najdeme u spalovacích turbínových motorů, kde se používá jako odolná glazura na kovové součástí. Tabulka 2. Vlastnosti cordieritové keramiky (Hanykýř, Kutzendorfer 2000).

77

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 (obr. 6), jsou doprovázeny termickou dilatací.

Obrázek 6. Stabilitní vztahy mezi minerály tvořené oxidem křemičitým, významné pro porozumění termických transformačních fází v křemičitých žáruvzdorných výrobcích (Konta 1982).

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. Obě teplotní formy cristobalitu se vyskytují jako součást opálu. Krystalický se vyskytuje v křemitých vulkanických horninách v β formě, častěji však v metastabilní podobě. Vykytuje se v dutinkách ryolitů, andezitů a trachytů, kde je asociován s tridymitem, křemenem, sanidinem, pyroxenem a magnetitem. Najdeme jej také v částečně metamorfovaných pískovcích a pískovcových xenolitech v bazických horninách. 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

78


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. 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). Mullit se používá všude tam, kde probíhají procesy za vysokých teplot, jako např. tavení kovů, skla apod. Užívá se jich také při výrobě určitých druhů porcelánu, kyselinovzdorné keramiky, zapalovacích svíček a tam, kde výrobky mají mít zvýšenou mechanickou pevnost, odolnost vůči teplotním změnám apod. Zhodnocení Tepelný efekt hoření uhelné hmoty v odvalu vede ke značnému ohřevu sedimentárních hornin a k jejich postupnému přírodnímu výpalu. Nejintenzivněji vypálené materiály se vyznačují slinutím velkých bloků o objemu až několika krychlových metrů. V těchto aglomerátových materiálech zjišťujeme výrazné rozdíly v tavitelnosti výchozích sedimentů. Horniny bohaté tavidly (alkalickými prvky, železem) a organickou hmotou vytvářejí jakési pojivo, které díky své značné pohyblivosti tmelí méně alterované úlomky. Nejsnáze tavitelné horniny jsou značně porézní, škvárovitého vzhledu. Svou barvou a texturou připomínají zpěněná bazaltoidní efuziva. Sedimenty, složené původně hlavně z křemene a jílových minerálů jsou po výpalu světlé, často křehké a rozpadají se podél dokonale zachované vrstevnatosti. Čím je stupeň přeměny nižší, tím více jsou zachovány původní znaky horniny. Vždy však dochází ke změně původně šedé barvy na červenou, fialovou, nebo zelenou, v závislosti na stupni oxidace a obsahu organické hmoty. Jílovité sedimenty, během jejichž ohřevu, kde nebyla překročena teplota 600°C, se svým minerálním složením podstatně neliší od šedých sedimentů před alterací. Největší změny nastávají v asociaci jílových minerálu. Mizí kaolinit, který se mění na metakaolinit. Illit a chlorit zůstávají. Charakteristické je červené zbarvení tepelně alterovaných sedimentů, způsobené jemně rozptýleným hematitem. Jílovito-prachovité horniny vystavené vyšším teplotám (900 - 1200°C) jeví podstatnější změny minerálního složení a jejich přeměna je spojena se vznikem porcelanitů a skelné fáze (Králík 1984). Porcelanity bývají různě zbarvené. Redukčně vypálené porcelanity bývají černé nebo šedé, oxidicky vypálené porcelanity jsou zbarveny červeně, přičemž jejich polohy se mohou střídat. Struktura těchto hornin muže být výrazně pórovitá. Ve vyhořelé hlušině v odvalu dochází při vytečení červenohnědé sklovité hmoty na bázi vypálených porcelanitů ke vzniku nepravidelných soudržných a pevných deskovitých těles uložených v relativně sypkém materiálu (tzv. porcelanitové spečence). Vypálený materiál porcalanitů jako kamenivo je velmi stabilní a má příznivé mechanické vlastnosti. Při vysokých teplotách v nitru hořících odvalů dochází k výraznému zjednodušení látkového složení uloženého materiálu. Z bezvodých i vodnatých silikátu, oxidu, hydroxidu, karbonátu, sulfátu, sulfidu i organických látek původních hornin vznikají bezvodé silikáty a oxidy (cordierit, mullit, cristoballit, sillimanit, tridymit, korund, hematit atp.). Křemenná zrna jsou u vysoce tepelně alterovaných hornin

79

částečně nebo zcela přeměněný na skelnou fázi. Vznikají nové vysokoteplotní fáze, jakými jsou mullit, cristobalit, cordierit, indialit, apod. Veškeré chemické elementy, které nejsou pevně vázány v krystalových mřížkách novotvořených vysokoteplotních fází, přecházejí do plynné fáze. Unikající plyny obsahují množství chemických látek, které se po snížení teploty při povrchu haldy uvolňují, a buď na něm přímo krystalizují anebo dále reagují s haldovým materiálem. Na základě provedených laboratorních analýz (RTG prášková difrakce a RTG fluorescence) lze za nejvíce tepelně alterovaný materiál označit vzorek Heřmanice Hr-2, kde se vyskytuje přibližně 8 % indialitu, 11 % mullitu, 9 % cristabalitu a 45 % amorfní fáze. Vysoký stupeň tepelné alterace vykazuje také vzorek Šverma Šr-1, u kterého se potvrdila ústní informace o vysokém stupni vypálení. Tento vzorek obsahuje přibližně 10 % indialitu, 6 % mullitu, 6 % cristobalitu a 29 % amorfní fáze. Výskyt těchto minerálů ve vzorcích potvrzuje teplotu výpalu kolem 1200oC. Vysoký stupeň tepelné alterace proběhl také u vzorku Ema E-2, kde se vyskytuje přibližně 13 % cristobalitu a 44 % amorfní fáze. Odebrané vzorky z odvalu Odra nepotvrdily Králíkův (1984) předpoklad o výskytu vysokoteplotní alterace hlušiny. Lze to přičíst nedostatku informací o pozici, případně nedostupnosti místa s výskytem této vysokoteplotní fáze. Také ostatní odebrané vzorky nevykazují výskyt minerálních fází vhodných pro výrobu hlinito-křemičitých žáruvzdorných ostřiv a plniv. 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 ostravské části OKR. Celkem bylo analyzováno 8 vzorků ze čtyř lokalit. Analyzovány byly vzorky z termicky aktivních odvalů Heřmanice, Odra, Ema (Petr Bezruč) a z již vyhořelého odvalu Šverma. 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). Podle získaných výsledků lze označit za nejvíce tepelně alterovaný materiál vzorek Heřmanice Hr-2 a Šverma Šr-1, kde se vyskytuje vysokoteplotní indialit, cristobalit a mullit. Vysokým stupněm tepelné alterace prošel také vzorek Ema E-2, kde se vyskytuje cristobalit. Tyto vzorky pocházejí z vyhořelých částí jednotlivých odvalů. Vzorky odebrané z povrchu termicky aktivních částí odvalů vykazují střední nebo nízký stupeň tepelné alterace. V následující etapě prací bude na základě získaných výsledků provedena u vzorků Heřmanice Hr-2, Šverma Šr-1 a Ema E-2 konfokální mikroskopie. Dále bude probíhat laboratorní výzkum chemického složení a složení minerálních fází vzorků získaných z kladenské uhelné pánve. 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. KONÍČEK, P. Studie vlivu odvalů a odkališť na složky životního prostředí, svazek č. 15 – odval Ema. Ostrava: MS, OKD, DPB, a.s. 2004. KONTA, J. Keramické a sklářské suroviny. Praha: UK Praha, 1982. 364. ISBN 60-023-82. KRÁLÍK, F. 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.) 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. STONIŠ, M. Projekt průzkumu a monitoringu stavby: Sanace odvalu Ema. Ostrava: MS, OKD, DPB, a.s. 2003. STONIŠ, M. a kol. Průzkum a monitoring termických procesů na odvalu Heřmanice – projekt 08/01. Ostrava: MS, závěrečná zpráva, 2004. 22.

80


MOŽNOSTI ZÍSKÁVÁNÍ Ti Z JÍLÚ SOKOLOVSKÉ PÁNVE LOUŽENÍM LYČKOVÁ G., CECHLOVÁ K., FEČKO P., PEČTOVÁ I.

Úvod V další etapě výzkumného centra byla řešena problematika získávání titanu z jílů Sokolovské hnědouhelné pánve z lomu Družba aplikací chemického loužení. Testy byly realizovány na třech vzorcích -lapilový tuf, červený tuf, analcimický jílovec. Titan se vyznačuje mimořádnou chemickou stálostí, je zcela netečný k působení vody a atmosférických plynů a odolává působení většiny běžných minerálních kyselin i roztoků alkalických hydroxidů. Zvolna se rozpouští v horké HCl, naopak kyselina dusičná jeho povrch pasivuje. Pro jeho rozpuštění je nejúčinnější HF nebo její směsi s jinými minerálními kyselinami. Titan reaguje pomalu s kyselinou dusičnou, se zředěnou kyselinou sírovou a se slabými louhy. Rozpouští se v kyselině solné, v lučavce královské. Experimentální část Vzorky byly nejdříve upraveny k analýze (drcení, mletí, sítování pod 0,5 mm), poté byl stanoven obsah sušiny v jednotlivých vzorcích.

Obr. č. 1: Vzorky před úpravou

Obr. č. 2: Vzorky připravené k analýze

Testy probíhaly za těchto podmínek: Navážka 10 g (sušiny) do 100 ml - 5% a 20% roztoky HCl a HNO3. Doba loužení 3, 5 a 10 hodin na elektromagnetické míchačce a následná filtrace. Stanovení ve výluhu: obsah Ti stanoven atomovou absorpční spektrometrií po zfiltrování vzorku ve vodném výluhu. Stanovení v pevné fázi (vstupní vzorek): obsah Ti stanoven spektrometrem Spectroscan MAKC GVII – sekvenční vlnově disperzní rentgenfluorescenční spektrometr.

81

Získané výsledky Loužení s 5% a 20% kyselinou chlorovodíkovou V tabulce č. 1 jsou uvedeny koncentrace jednotlivých vzorků, jejich vstupní hodnoty (koncentrace Ti), koncentrace Ti ve vodném výluhu a v neposlední řadě procentuální účinnost loužení.

5% HCl

20% HCl

doba loužení (hod)

název kyseliny

Tabulka č. 1: koncentrace Ti - HCl Lapilový tuf

Červený tuf

Analcimický jílovec

vzorek č. 1

vzorek č. 2

vzorek č. 3

koncentrace Ti v pevné fázi

koncentrace Ti ve výluhu

% účinnost získání Ti ve výluhu







[ppm]

[ppm]

[%]

[ppm]

[ppm]

[%]

[ppm]

[ppm]

[%]

3

12300,00

1416,80

11,52

24400,00

1517,60

6,22

9400,00

966,50

10,28

5

12300,00

1015,50

8,26

24400,00

647,00

2,65

9400,00

1049,30

11,16

10

12300,00

197,30

1,60

24400,00

983,40

4,03

9400,00

192,50

1,38

3

12300,00

11800,00

95,93

24400,00

1484,62

6,08

9400,00

2590,77

27,56

5

12300,00

10853,85

88,24

24400,00

1833,08

7,51

9400,00

3481,54

37,04

10

12300,00

11723,08

95,31

24400,00

2268,46

9,30

9400,00

4731,54

50,34

Poznámka: barevně označena maximální účinnost získání Ti ve výluhu v jednotlivých vzorcích

Jak je z tabulky č. 1 patrné, největší koncentrace Ti ve vstupních vzorku (v pevná fázi) byla stanovena ve vzorku č. 2, červený tuf (24400 ppm). Nejmenší zastoupení Ti ve vstupním vzorku bylo prokázáno u vzorku č. 3 – analcimický jílovec a to v koncentraci 9400 ppm. Grafy č. 1, 2, 3 ukazují koncentrace Ti ve výluhu 5% a 20% HCl po 3, 5, 10-ti hodinách loužení ve všech třech vzorcích. Graf č. 1: Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HCl po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 1 – Lapilový tuf

Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HCl po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 1 - Lapilový tuf 12000

ppm

10000 8000 6000 4000 2000 0

82

3h

5h

10 h

3h

5h

10 h

5%

5%

5%

20%

20%

20%


Jak je z grafu č. 1 patrné, největší koncentrace titanu byla získání po 3 hodinách loužení s 20% roztokem kyseliny chlorovodíkové. Účinnost loužení Ti v 5% roztoku HCl byla velmi nízká. Nejvyšších hodnot bylo získáno s použitím 20% kyseliny chlorovodíkové, účinnost získání Ti ve vodném výluhu byla v tomto případě velmi vysoká a to 95,93%. Graf č. 2: Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HCl po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 2 – Červený tuf

Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HCl po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 2 - Červený tuf 2500

ppm

2000 1500 1000 500 0 3h

5h

10 h

3h

5h

10 h

5%

5%

5%

20%

20%

20%

Koncentrace Ti ve vzorku č. 2 byla nejvíce získána ve vodném výluhu po 10-ti hodinách loužení s použití 20% HCl, jak ukazuje graf č. 2. V tomto případě bylo ze vzorku získáno 9,3 % Ti, což můžeme pokládat za velmi malou výtěžnost. Graf č. 3: Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HCl po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 3 – Analcimický jílovec

Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HCl po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 3 Analcimický jílovec 5000

ppm

4000 3000 2000 1000 0 3h

5h

10 h

3h

5h

10 h

5%

5%

5%

20%

20%

20%

Z předchozího grafu č. 3 je patrné, že největší koncentrace Ti byla získána z 50,34 % ve vodném výluhu s použitím 20% kyseliny chlorovodíkové a to po 10-ti hodinách loužení. Nejmenších hodnot bylo získáno 5% HCl po 10-ti hodinách loužení.

83

Loužení s 5% a 20% kyselinou dusičnou V tabulce č. 2 jsou uvedeny koncentrace jednotlivých vzorků, jejich vstupní hodnoty (koncentrace Ti), koncentrace Ti ve vodném výluhu a v neposlední řadě procentuální účinnost loužení.

5% HNO3

20% HNO3

doba loužení (hod)

název kyseliny

Tabulka č. 2: koncentrace Ti - HNO3 Lapilový tuf

Červený tuf

Analcimický jílovec

vzorek č. 1

vzorek č. 2

vzorek č. 3




koncentrace Ti v pevné koncentrace fázi Ti ve výluhu


koncentrace Ti v pevné koncentrace fázi Ti ve výluhu


[ppm]

[ppm]

[%]

[ppm]

[ppm]

[%]

[ppm]

[ppm]

[%]

3

12300,00

772,22

6,28

24400,00

187,44

0,77

9400,00

217,89

2,32

5

12300,00

478,50

3,89

24400,00

149,56

0,61

9400,00

145,44

1,55

10

12300,00

472,30

3,84

24400,00

623,70

2,56

9400,00

453,90

4,83

3

12300,00

2376,67

19,32

24400,00

274,44

1,13

9400,00

433,33

4,61

5

12300,00

2768,00

22,50

24400,00

418,00

1,71

9400,00

992,00

10,55

10

12300,00

5346,00

43,46

24400,00

1752,00

7,18

9400,00

1637,00

17,41

Poznámka: barevně označena maximální účinnost získání Ti ve výluhu v jednotlivých vzorcích

Z tabulky č. 2 je patrné, že největší koncentrace Ti ve vstupních vzorku (v pevná fázi) byla stanovena ve vzorku č. 2, červený tuf. Nejmenší zastoupení Ti ve vstupním vzorku bylo prokázáno u vzorku č. 3 – analcimický jílovec. Grafy č. 1, 2, 3 ukazují koncentrace Ti ve výluhu 5% a 20% HNO3 po 3, 5, 10-ti hodinách loužení ve všech třech vzorcích. Z grafu č. 4 vyplývá, že největší koncentrace Ti byla získána ve vodném výluhu s 20% kyselinou dusičnou po 10-ti hodinách loužení s účinností 43,46 %. Naopak nejmenší množství bylo získáno s 5% HNO3 a to ve všech časech loužení, procentuální účinnost se pohybovala od 3,84 až 6,28 %. Graf č. 4: Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HNO3 po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 1 – Lapilový tuf Koncetrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HNO3 po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 1 - Lapilový tuf 6000 5000

ppm

4000 3000 2000 1000 0

84

3h

5h

10 h

3h

5h

10 h

5%

5%

5%

20%

20%

20%


Graf č. 5: Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HNO3 po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 2 – Červený tuf

Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HNO3 po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 2 - Červený tuf 2000 1800 1600 1400 ppm

1200 1000 800 600 400 200 0 3h

5h

10 h

3h

5h

10 h

5%

5%

5%

20%

20%

20%

Maximální výtěžek titanu ve vodném výluhu byl u vzorku č. 2 získán po 10-ti hodinách loužení a to ve 20% kyselině dusičné. Účinnost v tomto případě byla 7,18 %. Graf č. 6: Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HNO3 po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 3 – Analcimický jílovec

Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HNO3 po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 3 - Analcimický jílovec 1800 1600 1400

ppm

1200 1000 800 600 400 200 0 3h

5h

10 h

3h

5h

10 h

5%

5%

5%

20%

20%

20%

85

Z grafu č. 6 je patrné, že maximální výtěžnost titanu ve vodném výluhu 20% kyselině dusičné byla získána po 10-ti hodinách loužení (stejně jako u vzorku č. 1 a vzorku č. 2). Nejmenší koncentrace byly získány ve vodném výluhu 5% kyseliny dusičné, účinnost se v tomto případě pohybovala mezi 1,55 – 4,83 %. Diskuse a závěr V další etapě výzkumného centra byla řešena problematiky získávání titanu z vodného výluhu. Testy byly realizovány na třech vzorcích -lapilový tuf, červený tuf, analcimický jílovec. Z dosažených výsledků vyplývá, že nejúčinnější pro získávání Ti z vodného výluhu jsou více procentní roztoky kyselin, v našem případě 20% kyselina chlorovodíková a 20% kyselina dusičná. Účinnost získávání Ti ve vodném výluhu s použitím nízko procentních roztoků kyselin byla velmi nízká. Největší koncentrace Ti byla získána z 95,93 % ve 20% vodném výluhu HCl ze vzorku č. 1, lapilový tuf a to po třech hodinách luhování. Naopak nejmenší množství ze všech třech vzorků byla získána ze vzorku č. 2 – červený tuf, kde bylo dosaženo pouze 9,3 %. S použitím 20% kyseliny dusičné byla největší koncentrace Ti získána u vzorku č. 1 – lapilový tuf, stejně jako s použitím kyseliny chlorovodíkové. Nejmenší koncentrace byly získány stejně jako v předchozím případě s použitím kyseliny chlorovodíkové a to u vzorku č. 2 (červený tuf). Graf č. 7: Porovnání účinnosti získání Ti z vodného výluhu 20% HCl a 20% HNO3 u maximálně dosažených hodnot

Porovnání účinnosti získání Ti z vodného výluhu 20% HCl a 20% HNO3 u maximálně dosažených hodnot 100

%

80 60 40 20 0

Lapilový tuf

Červený tuf

Analcimický

20% HCl

95,93

9,30

50,34

20% HNO3

43,46

7,18

17,41

vzorky

Na základě získaných výsledků se domníváme, že pro získání Ti z vodného výluhu je v tomto případě účinnější kyselina chlorovodíková, jak ukazuje graf č. 7. Literatura 1.GREENWOOD N.N., EARNSHAW A.: Chemie prvků, Informátorium, Praha, 1993 2.ŠPALDON F.: Chemické sposoby úpravy nerastných surovín, Alfa Bratislava, 1986

86

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

Výsledky monitoringu a výzkumu demineralizace důlních vod IV.etapa 1.1. – 31.3.2007 Jiří Vidlář, Radmila Kučerová, Silvie Heviánková, Vojtěch Václavík, Lucie JAVŮRKOVÁ, Josef HALÍŘ

Výstupy, uvedené v předložené dílčí zprávě, odpovídají aktivitám A 0724 – A 0729 periodické zprávy projektu 1M06007. Mostecká uhelná, a.s., Most Odstranění amoniakálního komplexu mědi pomocí ettringitu V rámci další etapy výzkumného záměru byly provedeny testy a stanovení možnosti využití ettringitu k odstranění amoniakálního komplexu mědi z modelového roztoku o známé koncentraci. Modelový roztok byl vytvořen ze síranu měďnatého a amoniaku. Takto vzniklý komplex je poměrně stabilní, měď má ze všech kovů nejvyšší komplexační schopnosti právě s ligandy obsahujícími dusík. Takto připravený modelový roztok modré barvy byl míchám s různými dávkami ettringitu po dobu 30 minut. Následovala filtrace a ve filtrátu byly stanoveny koncentrace mědi, vápníku a síranů. Vstupní koncentrace modelového roztoku byla 100 mg.l-1 Cu 2+. Bylo použito 300 ml roztoku a různé dávky ettringitu viz tabulka 1. Roztok síranu měďnatého o koncentraci 100 mg.l-1 Cu 2+ má pH 4,82. Po nadávkování odpovídajícího množství amoniaku se vytvoří modře zbarvený komplex a pH roztoku se pohybuje v alkalické oblasti kolem hodnoty 11. Po nadávkování ettringitu se pH v závislosti na dávce ettringitu sníží. Ettringit byl před dávkováním vysušen při 105°C a následně podrcen. Tabulka 1. Koncentrace vápenatých, měďnatých a síranových iontů ve filtrátu

dávka ettringitu (g)

pH filtrátu

konc. Ca2+ve filtrátu (mg.l-1)

6 7 8 9 10 11

10,48 10,42 10,38 10,35 10,34 10,33

91,6 108,4 119,2 122 136,4 139,2

konc. Cu2+ ve filtrátu (mg.l-1)

konc. SO42- ve filtrátu (mg.l-1)

44,44 39,11 36,00 34,04 28,15 25,38

323 440 505 663 667 727

Z tabulky je patrné, že se do filtrátu uvolnily vápenaté kationty Ca2+ a síranové anionty SO42-. Následující graf znázorňuje koncentrace vápenatých a měďnatých iontů ve filtrátu. Je možné sledovat jistou souvislost mezi poměrem snižující se koncentrace mědi a rostoucí koncentrací vápníku.

87

160 136,4

Koncentrace (mg.l-1)

140 119,2

120

139,2

122

108,4 91,6

100

Ca2+ Cu2+

80 60 40

44,44

39,11

28,15 36

34,04

25,38

20 0 5

6

7

8

9

10

11

12

Dávka ettringitu (g)

Graf 1. Koncentrace vápenatých a měďnatých iontů ve filtrátu

900

Koncentrace SO42- (mg.l-1)

800 727

700

663

667

600 505

500

440

400 323 300 200 100 0 5

6

7

8

9

10

11

12

Dávka ettringitu (g)

Graf 2. Koncentrace síranových iontů ve filtrátu v závislosti na dávce ettringitu

Byly provedeny další odběry surové důlní vody z velkolomu Československé armády (ČSA) v dobývacím prostoru Mostecké uhelné společnosti. V důsledku postupující těžby došlo ke změnám hydrologických poměrů v dole. Surová důlní voda (pomocná čerpací stanice č.2), která byla odebírána v rámci předchozích etap a následně zpracovávána v laboratořích Institutu environmentálního inženýrství, vykazovala značné změny co se týče pH a koncentrace síranových iontů. pH výrazně vzrostlo a koncentrace síranových iontů klesla na cca 800 mg.l-1 z předchozích cca 1700 mg.l-1. V následné etapě bude testováno také použití iontoměniče k odstranění mědi z vody. Ověření možnosti využití směsného ettringitového kalu v oblasti maltových směsí V rámci IV. etapy výzkumného centra bylo provedeno ověření využití možností směsného ettringitového kalu v oblasti maltových směsí. V návaznosti na III. etapu výzkumného centra byly

88


provedeny základní roztěry – pojivové zkoušky na savý a nesavý povrch (keramické dlaždice, polystyrén, sklo – tabule a misky). Použité složky pro základní roztěry maltových směsí jsou uvedeny v kap. A. A. použité složky pro výrobu maltových směsí −

desulfatační kal MOST

−

písek těžený BOHUMÍN (fr. 0 – 4 mm) – jde o těžený ledovcový písek říčního původu, na jezeře Kališok v katastru obce Starého Bohumína;

−

písek kopaný ZÁVADA (fr. 0 – 2 mm, maltový) – v oblasti těžby je jedním z nejkvalitnějších písků.

−

vysokopecní struska→KOTOUČ ŠTRAMBERK – SMŠ 420 kg/m2;

−

vápenný hydrát→ KOTOUČ ŠTRAMBERK – CL 90, velmi čistý, objemově stálý, velmi jemný je připraven výpalem z velmi čistých vápenců (obsah CaCO3 > 97,5 %), následným pomletím a hydratováním na požadované parametry;

−

vápenec→ KOTOUČ ŠTRAMBERK – jemně mletý – druh B;

−

cement → CEM I 42,5R, portlandský cement;

−

celulóza (dřevitý drcený papír a rozvlákněný papír – prach);

→ surový;

Desulfatační kal byl kombinován s výše uvedenými složkami. Jako jednotka dávkování složek byl použit objemový díl. Tabulka 2 Návrh receptury č. 6 receptura č. 6 objemové díly složka písek 3 BOHUMÍN desulfatační kal 1 (upravený2) jemně mletá 1 VP struska 1

vápenný hydrát

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků. Vzorek odpovídá kvalitní vzdušné maltovině, spíše štukového charakteru, což je dáno množstvím pojiva ve směsi. Velmi dobrá přídržnost na hladký povrch (keramická glazura), velmi dobrá přídržnost na polystyrénové desce. Ze všech dosavadních vzorků byla dosažena nejlepší zpracovatelnost a přídržnost k podložce. Ani přes množství pojiva vzorek na pevné podložce nevykazuje poruchy ve tvorbě trhlin (způsobené smrštěním vzorku nebo množstvím pojiva). Velmi dobrá fixace zrna. Je předpoklad, že vzhledem k použití strusky bude probíhat delší doba zrání a vzorek bude vykazovat hydraulické vlastnosti. Tabulka 3 Návrh receptury č. 7

receptura č. 7 objemové díly složka písek 3 ZÁVADA 0,5 vápenný hydrát desulfatační kal 0,5 (upravený2)

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků, vzhledem odpovídají klasické vzdušné maltovině. Směs nevykazuje žádnou soudržnost zrn. Byla mírně zlepšena zpracovatelnost směsi, ovšem bez dosažení jakýchkoli pojivových vlastností. Koláčky byly po 48 hodinách namočeny pro případ, že by došlo k rychlé hydrataci. Směs je archivována.

Tabulka 4 Návrh receptury č. 8 receptura č. 8 objemové díly složka písek 4 ZÁVADA 0,5 vápenný hydrát desulfatační kal 0,5 (upravený2)

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků, vzhledem odpovídají klasické vzdušné maltovině. Směs nevykazuje žádnou soudržnost zrn. Byla mírně zlepšena zpracovatelnost směsi, ovšem bez dosažení jakýchkoli pojivových vlastností. Koláčky byly po 48 hodinách namočeny pro případ, že by došlo k rychlé hydrataci. Směs je archivována.

89

Tabulka 5 Návrh receptury č. 9 receptura č. 9 objemové díly složka písek 60 BOHUMÍN desulfatační kal 1 (upravený2) jemně mletá 1 VP struska cement 2 CEM I 42,5 R

hodnocení Směs, odpovídající svými vlastnosti tokretovým betonům. Velmi dobrá přídržnost k podložce při nanášení, velmi dobrá přídržnost ke keramické glazuře po 48 hodinách. Materiál vykazoval mechanickou paměť, sledovat dlouhodobě vlastnosti minimálně po dobu 60 dnů. Pracovat s touto recepturou. Vzorek je opakovaně smáčen vodou a uchováván ve vodě.

Tabulka 6 Návrh receptury č. 10 receptura č. 10 objemové díly složka 6 celulóza desulfatační kal 1 (upravený2) jemně mletá 1 VP struska cement 1 CEM I 42,5 R

hodnocení Došlo k velmi dobré fixaci celulózy ve směsi bez tvorby shluků. Obecně celulóza v této podobě (papírenský prach) se poměrně obtížně pojí s cementem, sádrou a vápnem. Pro dokonalé smíchání celulózy (s cementem) je nutná velmi dlouhá doba záměsi, při poměrně velkém množství vody, kdy celulóza (papírenský prach) musí být mechanicky (pomocí vody) rozmělněna tak, aby byla struktura narušena a došlo k uvolnění vláken. Desulfatační kal zkrátil dobu zpracovatelnosti, při dokonalém navázání všech složek směsi. Tabulka 7 Návrh receptury č. 11

receptura č. 11 objemové díly složka písek 10 BOHUMÍN desulfatační kal 1 (upravený2) jemně mletá 0,5 VP struska cement 0,5 CEM I 42,5 R

hodnocení

Byl proveden roztěr na polystyrénové desce, velmi dobrá roztíratelnost směsi bez tvorby jakýchkoliv trhlin, dokonalé přilnutí k podkladu. Nebyla posuzována pevnost vzorku, pravděpodobné použití na finální štukové omítky.

Tabulka 8 Návrh receptury č. 12 receptura č.12 objemové díly složka desulfatační kal 1 (upravený2) 1

vápenec

hodnocení Vzorek nanesen na savou podložku, došlo k tuhnutí vzorku zhruba v 6 minutách, ztuhnutí bylo podmíněno odvodem vody savou podložkou. Při nanesení na nesavý podklad – došlo ke ztuhnutí až po odpaření vody z nesavé podložky. Poměrně dobrá vaznost a soudržnost vzorku, připomínající sádru. Pozn. Desulfatační kal byl smíchán s vápencem v suché formě v poměru 1:1. Tabulka 9 Návrh receptury č. 13

receptura č. 13 objemové díly složka desulfatační kal 1 (upravený2) 1 vápenec Stopové chemasil množství

90

hodnocení Vzorek nanesen na nesavou podložku, došlo k tuhnutí vzorku zhruba v 6 minutách, ztuhnutí bylo podmíněno odvodem vody savou podložkou. Při nanesení na nesavý podklad – došlo ke ztuhnutí až po odpaření vody z nesavé podložky. Poměrně dobrá vaznost a soudržnost vzorku, připomínající sádru. Pozn. Desulfatační kal byl smíchán s vápencem v suché formě v poměru 1:1.


V průběhu základních pojivových zkoušek (roztěrů) byly zjištěny následující vlastnosti desulfatačních kalů: • •

desulfatační kal nemá prokazatelné statisticky homogenní chemické složení. Nelze získat referenční vzorky desulfatačního kalu z výroby, proto není možné zlepšovat jeho vlastnosti; při roztěrech a pojivových zkouškách není patrný rozdíl při použití surového nebo upraveného (čistý, alkalizační nebo směsný) desulfatačního kalu.

Vlastnosti desulfatačního kalu ve směsích s kamenivem: • zvyšuje adhezi jednotlivých zrn vůči sobě a zlepšuje přídržnost k podkladu při aplikaci Vlastnosti desulfatačního kalu ve směsích s lehkými plnivy • fixuje lehké podílové složky ve směsi s kamenivem, zabraňuje tvorbě shluků lehkých plniv a umožňuje jejich rovnoměrné rozložení ve směsi – „homogenní směs“; • zlepšuje reologii směsi, zlepšuje zpracovatelnost směsi a přídržnost k podkladu; Další postup řešení • stanovit metodu úpravnictví pro aktivovaný desulfatační kal ve formě hydrogelu (koloidního roztoku) a ve formě dehydratované směsi (prášku); • stanovit optimální způsob úpravy desulfatačního kalu z hlediska aktivace CaO a jeho hydrataci; • průkazně stanovit vlastnosti samotného desulfatačního kalu (čistého, směsného, alkalizačního); • zjistit vliv desulfatačního kalu na tvorbu krystalické struktury cementu ve stavebních směsích; • stanovit možné poruchy stavebních směsí z hlediska tvorby solí a koroze (mechanické, chemické). Sokolovská uhelná, právní nástupce, a.s., Sokolov Odběry z lomů Družba a Jiří Byly provedeny odběry důlní vody z lokality Jiří, konkrétně Lomnice 2B a čerpací stanice J3. Tyto vody byly odebrány cíleně, protože jsou problematické z hlediska svého složení. V laboratoři řešitelského pracoviště byly analyzovány a následně upravovány (viz níže). Dále byly provedeny odběry důlní vody z lomu Družba (ČS - Sever, ČS - Družba), které byly podrobeny vstupní analýze. Lomnice 2B Vstupní analýza: pH Fe Mn SO42-

2,5 82 mg.l-1 10 mg.l-1 2750 mg.l-1

Nejprve byla testována pouze alkalizace pomocí Ca(OH)2. Z výsledků v tabulce 10 lze usoudit, že pro splnění požadavků daných legislativou je tento způsob úpravy nedostačující. Limity jsou překročeny u koncentrací železa, manganu a síranů. Tabulka 10 Rozbor důlní vody upravené alkalizací

číslo pokusu 1 2 3

dávka Ca(OH)2 g.l-1 0,3 0,4 0,42

pH

Fe

Mn

SO42-

7 8 8,5

mg.l-1 4,5 6 1,5

mg.l-1 7 4 3,2

mg.l-1 2728 2725 2512

91

Důlní voda z Lomnice 2B byla upravena rovněž desulfatační technologií. Vybrané výsledky jsou uvedeny v tabulce 11. Tabulka 11 Výsledky desulfatace

číslo pokusu 1 2 3 4 5

dávka Ca(OH)2 g.l-1 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

pH 12,35 12,40 12,46 12,57 12,60

dávka AlR-F ml.l-1 1,9 2 2 2,1 2,2

pH

Fe

Mn

SO42-

12,39 12,44 12,50 12,59 12,62

mg.l-1 0 0 0 0 0

mg.l-1 0 0 0 0 0

mg.l-1 592 298 134 112 56

Voda je desulfatační technologií upravena tak, že koncentrace sledovaných ukazatelů Fe, Mn a SO42v upravené vodě splňuje limity dané legislativou (pokusy 2 až 5). Před vypouštěním do vod povrchových je nutná neutralizace (pomocí CO2). 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 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). V této etapě bylo testováno kontaktní odmanganování na preparovaném křemičitém písku, sorpcí na Slovakitu a na čistém ettringitu, který byl připraven při desulfataci důlní vody z Lomnice 2B. Kontaktní odmanganování Princip této metody spočívá v adsorpci iontů Mn2+ na MnO2 s následnou oxidací těchto adsorbovaných iontů. K pokusům byl použitý křemičitý písek o zrnitosti 1 mm, preparovaný manganistanem draselným a glukosou, v koloně o průměru 10 mm, při výšce náplně 50 cm. I v tomto případě bylo nutné surovou vodu předupravit neutralizací. V surové vodě je vysoká koncentrace železa. Při průchodu surové vody kolonou by nastalo rychlé ucpání kolony produkty oxidace železa. Voda je tedy po úpravě pH zfiltrována a filtrát, jehož pH je cca 7 a obsah manganu je cca 5, je přiváděn na kolonu. Po průtoku kolonou je měřena koncentrace rozpuštěného manganu a pH. Rychlost při průtoku byla 1 m.h-1, což by mělo být dostačující. Podle naměřených výsledků zatím nelze tento způsob doporučit, protože koncentrace manganu po průchodu kolonou byla téměř stejná jako ve vodě před průchodem kolonou. Odmanganování pomocí ettringitu Ettringitový kal (čistý), který vzniká při desulfataci ( 3CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 31H2O) byl testován jako sorbent manganatých iontů. Teoreticky je v krystalové mřížce ettringitu na místo vápenatých

iontů možná náhrada za dvojmocný iont Mn2+. Důlní voda byla předupravena na pH 7, obsah manganu je cca 5 mg.l-1. Smícháním důlní vody s ettringitem dochází ke zvýšení pH (viz tabulka 13). Proto byla pro srovnání naměřena řada pouze s Ca(OH)2 (viz tabulka 12) se shodným pH jako v důlní vodě upravované pomocí ettringitu. K pokusům byl používán čerstvě připravený, nesušený ettringit (vlhkost cca 90%)

92


Tabulka 12 Odmanganování pomocí Ca(OH)2

číslo pokusu 1 2 3 4 5 6

Ca(OH)2 g.l-1 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

pH po 15 min. míchání při 150 ot/min) 7,70 8,51 8,57 8,78 9,36 9,48

Celkový Mn ve filtrátu mg.l-1 4,88 2,96 2,66 1,89 1,44 0,42

Tabulka 13 Odmanganování pomocí ettringitu

dávka ettringitu

číslo pokusu

g.l-1 2 4 6 10 20 30

1 2 3 4 5 6

pH po 15 min míchání při 50 ot/min 6,81 8,92 9,06 9,26 9,39 9,46

celkový Mn ve filtrátu

obsah SO42- ve filtrátu

mg.l-1 4,96 2,74 1,81 0 0 0

mg.l-1 184 232 239 393 558 576

Při použití ettringitu tedy dochází k účinnějšímu odstranění manganu než při použití pouze hydroxidu vápenatého, což pravděpodobně znamená, že dochází současně ke srážení a k sorpci manganatých iontů. Nevýhodou tohoto postupu je zpětné uvolňování síranových iontů. Otázkou je, zda tato koncentrace je přijatelná či nikoli. V následné etapě bude tento způsob dále testován, a to s čerstvým i sušeným čistým ettringitovým kalem. Vzhledem k faktu, že dochází ke zvýšení síranových iontů ve filtrátu, bude část experimentů zaměřena na použití „vymytého ettringitu“. Odmanganování pomocí Slovakitu Dávkováním Slovakitu do důlní vody s vysokým obsahem manganu dochází ke zvyšování pH. Odstranění manganu je přibližně stejné jako při odstranění pomocí Ca(OH)2 Vzhledem k tomu, že hydroxid vápenatý je finančně méně nákladný, není vhodné doporučit Slovakite pro odmanganování. Lom Družba V závěru této etapy byly provedeny odběry na lomu Družba. Vzorky byly podrobeny vstupní analýze, výsledky jsou uvedeny v následující tabulce. Tabulka 14 Vstupní analýza vzorků DV z lomu Družba

pH ČS Sever ČS Družba

7,4 8,5

Mn mg.l-1 2,46 0,15

Fe mg.l-1 0,35 0,41

SO42mg.l-1 2870 870

V následné etapě bude dále testováno odmanganování: ¾ úpravou pH do vysoce alkalické oblasti s následnou neutralizací pomocí CO2 ¾ kombinací neutralizace (Ca(OH)2) a oxidace kyslíkem ¾ použitím ettringitu (čerstvý, sušený, vymývaný) 93

Poté bude navržen nejoptimálnější ze všech dosud testovaných způsobů odmanganování a to jednak z hlediska účinnosti odstranění manganu, tak z hlediska finančních nákladů. Vzorky důlních vod z lomu Družba (především z ČS Sever) budou upravovány: ¾ desulfatační technologií s následnou neutralizací pomocí CO2 ¾ použitím iontoměniče.

94

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

Metodika ekonomického hodnocení – 1. čtvrtletí 2007 Jaroslav DVOŘÁČEK, Michal VANĚK Úvod Práce realizované v 1. čtvrtletí roku 2007 vycházely ze struktury, která byla vytvořena na počátku podle charakteru jednotlivých úkolů shrnutých do tří skupin: a)

Využití materiálů na bázi průmyslových odpadů (V 003)

b)

Využití netradičních surovin (V 001, V 002, V 004)

c)

Úprava důlních vod (V 005)

Postup řešení navazoval na výsledky dosažené v jednotlivých čtvrtletích roku 2006.

ad a) Využití materiálů na bázi průmyslových odpadů Věcným obsahem úkolu V 003 je hledání nových způsobů využití velkoobjemových průmyslových odpadů, které jsou doposud likvidovány ukládáním na povrchových skládkách, ale z nichž lze vyrábět důlně-stavební nebo rekultivačně-sanační směsi na bázi vedlejších energetických produktů a jiných velkoobjemových průmyslových odpadů, a to pro použití v podzemní nebo na povrchu. V souvislosti s tímto úkolem bylo v roce 2006 provedeno: -

vymezení základních ekonomických vztahů a základních ovlivňujících faktorů;

-

odvození vztahů pro celkové množství vyrobené základkové směsi, pro průměrnou cenu jednotky základkové směsi a pro výši tržeb při zpracování jednotky průmyslového odpadu;

-

odvození vztahů pro hospodářský výsledek a podmínky jeho maximalizace;

-

odvození vztahu pro stanovení minimální ceny průmyslového odpadu, aby při výrobě a použití základkové směsi byl dosažen alespoň nezáporný hospodářský výsledek;

-

vymezení přínosů při využití základkových směsí;

-

byly zjištěny konkrétní ceny při ukládání průmyslových odpadů na skládku;

-

byly zjištěny konkrétní ceny při odběru pro zpracování průmyslových odpadů;

-

byl proveden odhad kapacity výroby a ukládání základkových směsí.

V 1. čtvrtletí 2007 pokračovaly práce v oblasti přínosů plynoucích z použití důlně-stavebních nebo sanačně-rekultivačních směsí, a to stanovením průměrné „ceny“ základkové směsi. Tato tzv. cena jednotky základkové směsi vyplývá ze skutečnosti, že na její výrobu jsou použity průmyslové odpady, za jejichž odebrání původce odpadu platí. Pokud je použito nakupované pojivo (např. cement), promítne se do „ceny“ zápornou hodnotou. V řadě případů je však používán popílek, který plní úlohu pojiva a lze jej považovat za průmyslový odpad s platbou za odběr. Na základě znalosti této tzv. ceny lze určit celkové tržby za produkci daného počtu jednotek základkových směsí za období. Průměrná „cena“ základkové směsi je v podstatě váženým aritmetickým průměrem cen za odběr jednotlivých průmyslových odpadů použitých ve směsi, přičemž váhami jsou podíly jednotlivých průmyslových odpadů a pojiva v základkové směsi. Tyto podíly se vztahují na bezvodý stav směsi.

95

Znamená to, že pro určení průměrné „ceny“ základkové směsi je nutno znát (odhadnout) ceny za odběr jednotlivých průmyslových odpadů a dále znát konkrétní podíly daných odpadů v základkové směsi, tedy znát receptury základkových směsí.

Receptury základkových směsí Receptura základkové směsi musí zajistit, aby dostupné průmyslové odpady vytvořily směs s odpovídajícími bezpečnostními a ekologickými charakteristikami. Do bezpečnostních charakteristik patří především pevnost v tlaku, do ekologických charakteristik pak vyluhovatelnost. Nicméně charakteristiky se vztahují ke konkrétnímu použití základkové směsi. Zatímco např. u důlně-stavebních směsí se podle pevnosti v tlaku rozlišuje použití do vertikálních a horizontálních důlních děl, pro sanačněrekultivační směsi v řadě případů pevnost v tlaku význam nemá a směsi nemusí ani solidifikovat (např. pro zásyp terénních nerovností). Problémy spojené s recepturami jsou dvojí: -

konkrétní receptura je výsledkem výzkumu a vzhledem k rozsahu dostupných průmyslových odpadů a pojiv je jejich paleta velmi široká s možností neustálého rozšiřování;

-

detailní receptury včetně charakteristik výsledných směsí jsou považovány za know-how a jsou v zásadě důvěrnými údaji.

Nicméně z různých publikovaných výsledků výzkumu resp. ústních sdělení lze vytvořit alespoň přibližné receptury, které odpovídají použití v praxi. V řadě případů obsah průmyslových odpadů může kolísat, v následujícím přehledu jsou brány horní hranice podílů průmyslového odpadu, který je vždy „dražší“ než popílek, resp. pojiva, která se musí nakupovat. Na tomto základě lze vytvořit následující příklady receptur základkových směsí (podíly jsou vztaženy k bezvodému stavu): DŮLNĚ-STAVEBNÍ SMĚSI – odpady ostatní 1. popílek 70 % + cement 27 % 2. popílek 70 % + HPŠ 2 30 % 3. popílek 60 % + flotační hlušiny 40 % 4. popílek 45 % + čistírenský kal 55 % 5. popílek 75 % + kal z čištění plynů 25 % 6. popílek 40 % + škvára, struska 60 % 7. popílek 85 % + pevný odpad z odsíření spalin 15 % 8. popílek 60 % + licí formy a jádra 40 % 9. popílek 80 % + odpad z tváření kovů 20 % 10. popílek 80 % + zbytek po spálení odpadu 20 % DŮLNĚ-STAVEBNÍ SMĚSI - odpady nebezpečné 11. popílek 70 % + odpad z čištění plynů s nebezpečnými látkami 30 % 12. popílek 80 % + licí formy s nebezpečnými látkami 20 % 13. popílek 80 % + kaly z fosfátování 20 % 14. popílek 75 % + odpad blíže neurčený s nebezpečnými látkami 25 % 15. popílek 75 % + kaly s nebezpečnými látkami 25 % 16. popílek 30 % + ložový popel 20 % + kontaminovaná zemina 50 % 17. popílek 30 % + returní prach 20 % + mořírenský kal 10 % 96


REKULTIVAČNĚ – SANAČNÍ SMĚSI – odpady ostatní 18. kamenivo 20 % + demoliční odpad 80 % Z etapy 4. čtvrtletí 2006 lze převzít ceny za odběr jednotlivých průmyslových odpadů: pojiva:

popílek:

odpady ostatní:

odpady nebezpečné:

70 Kč/t

cement:

- 2 400 Kč/t (nakupované pojivo)

HPŠ 2 :

- 250 Kč/t (nakupované pojivo)

flotační hlušiny:

- 30 Kč/t (manipulační náklady)

čistírenský kal:

500 Kč/t

kal z čištění plynů:

800 Kč/t

škvára, struska:

150 Kč/t

pevný odpad z odsíření spalin:

200 Kč/t

licí formy a jádra:

300 Kč/t

odpad z tváření kovů:

200 Kč/t

zbytek po spálení odpadu:

700 Kč/t

kamenivo:

300 Kč/t

směsné demoliční odpady:

700 Kč/t

odpad z čištění plynů s nebezpečnými látkami:

1 200 Kč/t

licí formy s nebezpečnými látkami:

700 Kč/t

kaly z fosfátování:

850 Kč/t

odpad blíže neurčený s nebezpečnými látkami:

700 Kč/t

kaly s nebezpečnými látkami:

1 000 Kč/t

kontaminovaná zemina:

3 000 Kč/t

mořírenský kal:

850 Kč/t

Na základě uvedených receptur směsi a cen jednotlivých průmyslových odpadů lze určit průměrné „ceny“ jednice základkové směsi vyrobené z odebraných průmyslových odpadů za použití pojiva v podobě popílku nebo nakupovaných pojiv. Průměrné „ceny“ jednotky směsi jsou následující: ad 1)

cø =

- 597 Kč/t

ad 2)

cø =

- 26 Kč/t

ad 3)

cø =

30 Kč/t

ad 4)

cø =

307 Kč/t

ad 5)

cø =

253 Kč/t

ad 6)

cø =

118 Kč/ t

ad 7)

cø =

90 Kč/t

ad 8)

cø =

162 Kč/t

ad 9)

cø =

96 Kč/t

ad 10)

cø =

196 Kč/t

ad 11)

cø =

409 Kč/t

97

ad 12)

cø =

196 Kč/t

ad 13)

cø =

226 Kč/t

ad 14)

cø =

228 Kč/t

ad 15)

cø =

303 Kč/t

ad 16)

cø =

1 551 Kč/t

ad 17)

cø =

106 Kč/t

ad 18)

cø =

620 Kč/t

Na základě uvedených průměrných cen lze shrnout: -

Směsi s nakupovaným pojivem jsou pro podnikatelskou činnost v této oblasti nepřijatelné, protože cena nakupovaného pojiva převáží přínos spojený s platbou za odběr popílku jako průmyslového odpadu.

-

Klasická základková směs popílku s flotačními hlušinami vede sice k průměrné ceně v kladných hodnotách, ale v tak nízké úrovni, že výsledek podnikání by byl ztrátový.

-

Ceny základkových směsí z ostatních odpadů se pohybují v rozsahu 90 – 307 Kč/t.

-

Průměrné ceny základkových směsí z nebezpečných odpadů jsou v rozmezí 106 – 1 551 Kč/t.

-

Sanačně-rekultivační směs dosahuje překvapivě vysoké ceny 620 Kč/t vlivem nepřítomnosti „levného“ popílku jako pojiva. Navíc tato směs vytvářená z odpadu při zpracování kamene a demoličního odpadu vykazuje schopnost v zásadě libovolného mísení, takže průměrná cena bude ovlivňována podílem obou komponent ve směsi, jak ukazuje následující tabulka (procentní podíly):

kamenivo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

demoliční odpad

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

ø cena

700

660

620

580

540

500

460

420

380

340

300

Lze předpokládat, že pro realizaci podnikatelských aktivit bude nutno hledat další receptury, a to zejména z hlediska možnosti zpracování dalších průmyslových odpadů nebo hledání kombinací, za nichž základkové směsi budou vykazovat vyžadované bezpečnostní a ekologické (environmentální) charakteristiky. Důvodem je požadavek dostupnosti dostatečného množství průmyslových odpadů pro tvorbu základkových směsí, neboť přínosy ze zpracování průmyslových odpadů se odvíjejí nejen od průměrné „ceny“ základkové směsi, ale také od vyrobeného a založeného množství důlně-stavebních nebo sanačně-rekultivačních směsí. Základním předpokladem dosažení potřebného množství základkových směsí je dostupnost dostatečného množství průmyslových odpadů.

98


ad b Využití netradičních surovin (V001, V002, V004) Práce v prvním čtvrtletí roku 2007 navazovaly na závěry, ke kterým jsme dospěli ke konci roku 2006. Výsledkem naší práce byla formulace abstraktního modelu, jimž jsme popisovali primární ekonomický výsledek podnikatelské činnosti, a to hospodářský výsledek. Dospěli jsme k následující podobě ekonomického modelu:

HV = V − N HV = c ⋅ Q − N od − N vz − N nz − N ON − N O

(1) (2)

n

m

o

s

p

r

i =1

i =1

i =1

i =1

i =1

i =1

HV = ∑ ci ⋅ Qi − ∑ ori − ∑ N cni − ∑ N nzi − ∑ N ONi − ∑ N Oi

(3)

p s T ⋅ Di HV = ∑ ci ⋅ Qi − ∑ o ri − ∑ N di ⋅ − N si ⋅ − ∑ N nzi − ∑ N Mzi − N Mzi ⋅ s zp − N Mzi ⋅ s sp − N Si Di 2 i =1 i =1 i =1 i =1 i =1 n

m

n

D pi

m

− ∑ NOí

(4)

i =1

kde: V – celkové výnosy (tržby) [Kč] N – celkové náklady [Kč] ci – cena i-tého produktu [Kč/jedn.] Qi – objem produkce i-tého produktu [t, m3] Nod – odpisy dlouhodobého majetku [Kč] Nvz – náklady za spotřebované výrobní zásoby [Kč] Nnz – náklady za spotřebované neskladovatelné vstupy [Kč] NON – osobní náklady [Kč] NO – ostatní náklady ori – roční odpis i-té položky majetku [Kč/rok] Ndi – náklady na pořízení i-té položky výrobních zásob [Kč/t, m3] Dpi – celková potřeba dodávek i-té položky výrobních zásob [t, m3] Di – objem dodávky i-té položky [t, m3] Nsi – náklady na udržení, skladování a správu i-té položky výrobních zásob [Kč/t, m3] T – plánované období [dny] NMzi – mzdové náklady i-tého pracovníka [Kč] szp – sazba zdravotního pojištění [%] ssp – sazba sociálního pojištění [%] NSi – sociální náklady i-tého pracovníka [Kč] NOi – ostatní i – tá nákladová položka [Kč] n – počet vyráběných produktů m – počet odpisovaných položek dlouhodobého majetku o – počet spotřebovaných položek výrobních zásob [t, m3] p – počet pracovníků r – počet ostatních nákladových položek s – počet položek neskladovatelných vstupů Abstraktní ekonomický model je východiskem pro tvorbu simulačního modelu. Než přistoupíme k jeho vytváření, zaměřme nejprve pozornost na další významný ukazatel, kterým posuzujeme dosažené hospodářské výsledky podniku. Jedná se o ukazatel cach flow (CF). Ukazatel je stejně jako hospodářský výsledek jedním z vstupů pro vlastní posuzování investic (např. doba návratnosti, čistá současná hodnota a vnitřní výnosové procento). Asi nejvýznamnějším důvodem pro sledování peněžního toku je časový nesoulad mezi fyzickým pohybem hospodářských prostředků a jejich peněžním vyjádřením. [Synek, 2001]

99

Tento časový nesoulad může vést i k situaci, kdy podnik sice vykazuje zisk, ale potýká se s problémem nedostatku hotových peněz. Dlouhodobé finanční potíže mohou vést k vážným až k existenčním problémům. Aby managament mohl zajistit finanční rovnováhu, resp. stabilitu, je nezbytné, aby disponoval odpovídajícími informacemi. Těmi nejsou výnosy a náklady podniku, ale jeho peněžní příjmy a peněžní výdaje. Pro management podniku je základním informačním zdrojem vypovídajícím o hospodaření podniku jeho účetnictví.1 Vyjdeme-li z ustanovení § 18 zákona o účetnictví, které se týká účetní závěrky, pak za základní účetní dokumenty se považují rozvaha (bilance) a výkaz zisku a ztráty. Kromě těchto výkazů bývá také vytvářen přehled o peněžních tocích (CF). Výkaz cash flow lze sestavit užitím dvou metod, a to pomocí přímé nebo nepřímé. Sestavení výkazu CF metodou přímou předpokládá, že sledujeme toky peněžních prostředků a peněžních ekvivalentů2 v průběhu účetního období. Nespornou výhodou této metody je, že za předpokladu aktuálně vedeného účetnictví dostáváme aktuální přehled o peněžních tocích. Protože je přímá metoda náročná na analytickou evidenci v účetnictví, je v praxi málo užívána, a to i přes nesporné klady spočívající v přesných údajích. Nepřímá metoda transformuje hospodářský výsledek, resp. upravuje peněžní tok o ty položky, které sice ovlivnily výsledek hospodaření, ale které nebyly spojeny s peněžními toky. [Hótová, 2006] Hospodářský výsledek upravujeme zejména o následující operace: 1. nepeněžní operace; 2. neuhrazené náklady a výnosy minulých či budoucích účetních období; 3. položky příjmů a výdajů spojených s finanční a investiční činností. Přehled o peněžních tocích se sestává ze tří částí, a to: 1. provozní činnost – základní výdělečné činnosti podniku a ostatních činností podniku, které nelze zahrnout mezi investiční nebo finanční činnosti (výroba, prodej výrobků a služeb); 2. investiční činnost – rozumíme pořízení a vyřazení dlouhodobého majetku prodejem nebo činnost související s poskytnutím úvěrů, půjček a výpomocí, které nejsou považovány za provozní činnost; 3. finanční činnost – účetní případy, které mají za následek změny ve velikosti a složení vlastního kapitálu a dlouhodobých závazků. Vyjdeme-li z Českého účetního standardu pro podnikatele č. 23 „Přehled o peněžních tocích“, potom struktura výkazu je následující, tabulka 1.

1

. Od 1.1. 2004 bylo jednoduché účetnictví zrušeno a nahrazeno daňovou evidencí, kterou legislativně upravuje § 7b zákona č. 586/1992 Sb., o daních z příjmů, ve znění pozdějších předpisů. V současné dob lze v ČR evidovat podnikatelskou činnost dvojím způsobem, a to právě formou daňové evidence příjmů a výdajů nebo vedením účetnictví. Vedení účetnictví upravuje především zákon č. 563/1991 Sb., o účetnictví, ve znění pozdějších předpisů. Poslední úplné znění zákona je zákon č. 31/2004 Sb. 2 Peněžními ekvivalenty se rozumí krátkodobý 100% likvidní majetek, který musí splňovat následující podmínky: 1. výměna za peněžní prostředky musí proběhnout velmi rychle max. 3. měsíce, 2. majetek musí být směnitelný za předem známou sumu peněz; pohledávky splatné do 3 měsíců; krátkodobé cenné papíry; termínované vklady s výpovědní lhůtou max. 3 měsíce 100


Tabulka 1. Přehled o peněžních tocích CF z hlavní výdělečné činnosti (provozní činnost) Z. A.1.

Účetní zisk nebo ztráta z běžné činnosti před zdaněním (do ukazatele nejsou zahrnuty příslušné účty účtové skupiny 59 - Daně z příjmů, převodové účty a rezerva na daň z příjmů Úpravy o nepeněžní operace

A.1.1. A.1.2. A.1.3. A.1.4.

Odpisy stálých aktiv (+) s výjimkou zůstatkové ceny prodaných stálých aktiv, a dále umořování oceňovacího rozdílu k nabytému majetku a goodwilu (+/-) Změna stavu opravných položek, rezerv Zisk (ztráta) z prodeje stálých aktiv (-/+) (vyúčtování do výnosů "-", do nákladů "+") Výnosy z dividend a podílů na zisku (-)

A.1.5. A.1.6.

Vyúčtované nákladové úroky (+) s výjimkou kapitalizovaných úroků a vyúčtované výnosové úroky (-) Případné úpravy o ostatní nepeněžní operace

A.* A.2. A.2.1.

Čistý peněžní tok z provozní činnosti před zdaněním, změnami pracovního kapitálu a mimořádnými položkami Změny stavu nepeněžních složek pracovního kapitálu Změna stavu pohledávek z provozní činnosti (+/-)

A.2.2. A.2.3.

Změna stavu krátkodobých závazků z provozní činnosti (+/-), pasivních účtů časového rozlišení a dohadných účtů aktivních Změna stavu zásob (+/-)

A.2.4. A.** A.3. A.4. A.5.

Změna stavu krátkodobého finančního majetku nespadajícího do peněžních prostředků a peněžních ekvivalentů Čistý peněžní tok z provozní činnosti před zdaněním a mimořádnými položkami Vyplacené úroky s výjimkou kapitalizovaných úroků (-) Přijaté úroky (+) Zaplacená daň z příjmů za běžnou činnost a za doměrky daně za minulá období (-)

A.6. A.7. A.***

Příjmy a výdaje spojené s mimořádnými účetními případy, které tvoří mimořádný výsledek hospodaření včetně uhrazené splatné daně z příjmů z mimořádné činnosti Přijaté dividendy a podíly na zisku (+) Čistý peněžní tok z provozní činnosti CF z investiční činnosti

B.1. B.2. B.3. B.***

Výdaje spojené s nabytím stálých aktiv Příjmy z prodeje stálých aktiv Půjčky a úvěry spřízněným osobám Čistý peněžní tok vztahující se k investiční činnosti CF z finančních činností

C.2.1. C.2.2. C.2.3. C.2.4. C.2.5.

Dopady změn dlouhodobých závazků, popřípadě takových krátkodobých závazků, které spadají do oblasti finančních činností (například některé provozní úvěry) na peněžní prostředky a peněžní ekvivalenty Dopady změn vlastního kapitálu na peněžní prostředky a peněžní ekvivalenty Zvýšení peněžních prostředků a peněžních ekvivalentů z titulu zvýšení základního kapitálu, emisního ážia, popřípadě rezervního fondu včetně složených záloh na toto zvýšení (+) Vyplacení podílu na vlastním kapitálu společníkům (-) Další vklady peněžních prostředků společníků a akcionářů (+) Úhrada ztráty společníky (+) Přímé platby na vrub fondů (-)

C.2.6. C.*** F. R.

Vyplacené dividendy nebo podíly na zisku včetně zaplacené srážkové daně vztahující se k těmto nárokům a včetně finančního vypořádání se společníky v.o.s a komplementáři k.s. (-) Čistý peněžní tok vztahující se k finanční činnosti Čisté zvýšení nebo snížení peněžních prostředků Stav peněžních prostředků a peněžních ekvivalentů na konci účetního období

C.1. C.2.

101

Sestavujeme-li přehled o peněžním toku tak, že upravujeme hospodářský výsledek, resp. náklady a výnosy o položky neovlivňující peněžní tok, je nezbytné u příslušné položky správně použít znaménko. Jakým způsobem používáme ve výkazu CF znaménka, naznačují následující příklady. Dojde-li ku příkladu ke zvýšení aktiv, sníží se zpravidla peněžní prostředky na BÚ nebo v pokladně, což se odrazí v použití záporného znaménka. Výpočet ukazatelů přehledu peněžního toku je jednoduchý a vychází z následujících vztahů:

A. * = Z + A.1. [Kč]

(5)

6

A.1. = ∑ A.1.i [Kč]

(6)

A. * * = A. * + A.2. [Kč]

(7)

i =1

4

A.2. = ∑ A.2.i [Kč]

(8)

A. * * * = A. * * + A.3. + A.4. + A.5. + A.6. + A.7. [Kč] B. * * * = B.1. + B.2. + B.3. [Kč] C. * * * = C.1. + C.2. [Kč]

(9) (10) (11)

i =1

6

C.2. = ∑ C.2.i [Kč]

(12)

F = A. * * * + B. * * * + C. * * * [Kč] R = P + F 3 [Kč]

(13) (14)

i =1

Vytvoříme-li abstraktní ekonomický model, následuje tvorba simulačního modelu. Simulační model vytváříme pomocí počítačového programu v programovacím jazyce. Při tvorbě simulačního modelu lze rovněž využít prostředí tabulkového kalkulátoru. V současnosti je standardem Office Excel 2003 od firmy Microsoft, a proto i naše ekonomické modelování bude prováděno v tomto prostředí. I při simulačním modelování užijeme stejnou taktiku jako při abstraktním modelování. Budeme postupovat od jednoduchého ke složitému a od obecného ke konkrétnímu. Simulační model budeme vytvářet tak, abychom dosáhli dvou primárních cílů. Prvním cílem je získání přehledu o všech prostředcích investovaných v rámci jednotlivých dílčích projektů. Projektem rozumíme jednotlivé technologie vytvořené v rámci plnění úkolu V001,V002 a V004 umožňující využití netradičních surovin. Druhým sledovaným cílem je připravit podmínky pro následné simulace. Protože technologie na využití netradičních surovin zatím nejsou ve finální podobě, není možné simulační model připravit jednotlivým technologiím na míru. Vytvoříme proto obecný simulační model, který se bude dále konkretizovat a upřesňovat tak, jak budou výstupy dílčích týmů V001, V002 a V004 k dispozici. Vytváříme-li model v prostředí tabulkového kalkulátoru, pracujeme s tzv. sešity, listy a buňkami. První verze simulačního modelu byla vytvořena v sešitu „Simulační model 1.xls“, jehož vnitřní struktura odráží strukturu obecného ekonomického simulačního modelu, viz obrázek 1. Sešit proto tvoří čtyři listy, přičemž každý list je vlastně dílčím ekonomickým modelem.

3

Počáteční stav peněžních prostředků

102


Obrázek 1. Struktura obecného ekonomického modelu

Investiční model

Nákladový model

Model tržeb

Model CF

Hodnotící model

Východiskem pro vlastní modelování jsou kromě výše uvedených vztahů základní účetní výkazy a především výkaz zisku a ztráty. Tabulka 2. Základní struktura rozvahy

AKTIVA

A. B. B.I. B.II. B.III. C. C.I. C.II. C.III. C.IV. D.I.

A. A.I. A.II. A.III. A.IV. A.V. B. B.I. B.II. B.III. B.IV. C.I

Běžné účetní období Brutto Korekce Netto 1 2 3

Minulé účetní období Netto 4

AKTIVA CELKEM Pohledávky za upsaný vlastní kapitál Dlouhodobý majetek Dlouhodobý nehmotný majetek Dlouhodobý hmotný majetek Dlouhodobý finanční majetek Oběžná aktiva Zásoby Dlouhodobé pohledávky Krátkodobé pohledávky Krátkodobý finanční majetek Časové rozlišení

PASIVA PASIVA CELKEM Vlastní kapitál Základní kapitál Kapitálové fondy Rezervní fondy, nedělitelný fond a ostatní fondy ze zisku VH minulých let VH běžného účetního období Cizí zdroje Rezervy Dlouhodobé závazky Krátkodobé závazky Bankovní úvěry a výpomoci Časové rozlišení

Stav v běžném účet. období 5

Stav v minulém účet. období 6

103

Tabulka 3. Výkaz zisku a ztráty

I. A + II. B. + C. D. E. III. F. G. IV. H. V. I. * VI. J. VII. VIII. K. IX. L. M. X. N. XI. O. XII. P. * Q ** XIII. R. S. * T. *** ****

TEXT Tržby za prodej zboží Náklady vynaložené na prodané zboží Obchodní marže Výkony Výkonová spotřeba Přidaná hodnota Osobní náklady Daně a poplatky Odpisy dlouhodobého nehmotného a hmotného majetku Tržby z prodeje dlouhodobého majetku a materiálu Zůstatková cena prodaného dlouhodobého majetku a materiálu Změna stavu rezerv a opravných položek v provozní oblasti a komplexních nákladů příštích období Ostatní provozní výnosy

Stav v běžném účetním období

Stav v minulém účetním období

Ostatní provozní náklady Převod provozních výnosů Převod provozních nákladů Provozní výsledek hospodaření Tržby z prodeje cenných papírů a podílů Prodané cenné papíry a podíly Výnosy z dlouhodobého finančního majetku Výnosy z krátkodobého finančního majetku Náklady z finančního majetku Výnosy z přecenění cenných papírů a derivátů Náklady z přecenění cenných papírů a derivátů Změna stavu rezerv a opravných položek ve finanční oblasti Výnosové úroky Nákladové úroky Ostatní finanční výnosy Ostatní finanční náklady Převod finančních výnosů Převod finančních nákladů Finanční výsledek hospodaření Daň z příjmů za běžnou činnost Výsledek hospodaření za běžnou činnost Mimořádné výnosy Mimořádné náklady Daň z příjmů z mimořádné činnosti Mimořádný výsledek hospodaření Převod podílu na výsledku hospodaření společníků (+/-) Výsledek hospodaření za účetní období (+/-) Výsledek hospodaření před zdaněním

Zaměřme dále pozornost na jednotlivé dílčí části simulačního modelu. Rozhodnutí, zda projekt realizovat, lze opřít o výsledky ekonomického posuzování. Užitím statických a dynamických metod hodnotící investiční rozhodnutí získáme relevantní údaje, avšak i přes příznivé výsledky nemusí být 104


konečné rozhodnutí kladné. Výše celkových investiční nákladů může nabýt takové hodnoty, která již bude nad finanční možnosti daného investora. Proto kvantifikace výše těchto nákladů je nezbytným předpokladem kvalifikovaného rozhodnutí a je pomyslným výchozím bodem i vlastního simulačního modelování. Výše investičních nákladů rovněž významně ovlivňují aktivitu investora při zabezpečování nezbytných zdrojů, které daný investiční záměr kryjí. Jak velké zdroje jsou potřeba, nelze říci bez provedení výpočtu, který naznačuje první simulační model, obrázek 2. Obrázek 2. Investiční model

Absolutní výše investic, resp. zdrojů jejich krytí je jedna strana mince. Výše investic odráží konkrétní technické řešení projektu a především velikost výrobní kapacity. Čím je výrobní kapacita větší, tím jsou vyšší fixní investice i přírůstek provozního kapitálu. Rovněž projekční a průzkumné práce jsou s výší fixních investic svázány. Tou druhou stranou je struktura kapitálu. Optimalizace kapitálu je nedílnou součástí aktivit managementu vedoucí k dosažení stanovených cílů, a to především v oblasti hospodaření podniku. Na Investiční model navazuje Nákladový model, který modeluje penězi ocenitelnou spotřebu výrobních faktorů během užívání předmětné investice. Nákladový model vychází ze základního členění provozních nákladů, viz. obrázek 3.

105

Obrázek 3. Nákladový model

Dalším dílčím modelem, který poskytne potřebné údaje pro ekonomické hodnocení, je model tržeb. Kromě tržeb za výkonovou spotřebu je modelována také zisková marže, která spolu s náklady na jednici produkce tvoří cenu výstupu. Známe-li cenu i objem produkce, dostáváme tržby, obrázek 4. Protože výše uvedené modely jsou navzájem propojeny, zmiňme se nyní o těchto vazbách. Logickým východiskem simulačního modelování je modelování investic. Jedná se především o investice do aktivního a pasivního dlouhodobého hmotného majetku. Tyto investice vytvářejí rozhodující předpoklad realizace produkčního procesu a determinují jeho výkonové možnosti a předurčují výrobní kapacitu. Skutečná výrobní kapacita není odrazem pouze technologického potenciálu, ale významně je ovlivněna jeho racionálním využitím. Jedná se zejména o využití časového fondu. Je obvyklé, že čím je technologie nákladnější, tím se usiluje o její vyšší využití. V reálném produkčním procesu je nezbytné realizovat řadu technických i organizačních opatření, která směřují k růstu produktivity, resp. efektivity. Jinými slovy řečeno, jedná se o snahu dosahovat maximálních výstupů s minimálními vstupy. Zvyšující se objem produkce znamená snižující se náklady na jednici. Vznikají tak tzv. úspory z rozsahu.

106


Obrázek 4. Model tržeb

Na počátku investiční činnosti musí investor (management) rozhodnout, jaká vlastně výrobní kapacita bude. V této fázi hrají nezastupitelnou úlohu dvě ekonomické disciplíny - marketing a prognostika. Zvláště předpověď očekávaného prodeje má klíčový význam pro celý plánovací proces a tedy i plánování výrobních kapacit. Čím přesněji se podaří prodeje v relevantním období odhadnout, tím více je možno eliminovat negativní ekonomické dopady. Pokud by došlo k podhodnocení prodejů, vzniklou mezeru na trhu by mohl využít konkurent. Dalším problémem nedostatečných výrobních kapacit je také to, že jejich navýšení je možné v horizontu týdnů a měsíců. Připravená nebo rodící se konkurence dané situace bezesporu využije a ztracený zákazník se obtížně získává zpět. To platí i pro průmyslové uživatele. Opakem je přecenění prodejů a předimenzování výrobních kapacit. Nevyužité kapacity sice mohou pomoci výrobci pružně reagovat na požadavky trhu, ale zároveň neumožňují tzv. rozpouštění fixních nákladů v žádoucí míře. Odhad prodejů je tedy významným informačním vstupem. Jakmile je přijato rozhodnutí o výši výrobní kapacity, lze od znalosti konkrétní technologie a výrobních postupů odhadovat provozní náklady (např. spotřebu materiálu, energií, služby, osobní náklady). Penězi vyjádřená spotřeba výrobních faktorů má význam jednak pro určení ceny produktu a jednak pro následnou konfrontaci předpokládané ceny s trhem. V případech, v nichž jsou na trh umisťovány nové produkty, trh teprve vzniká. Je obtížné stanovit vývoj trhu a zejména vývoj cen. Cenu nového produktu však lze komparovat s cenou substitutů. Bude-li cena novinky oproti substitutům vyšší a přitom užitné vlastnosti srovnatelné, konkurenční síla inovace bude nízká. Nový produkt se tak jen stěží uchytí na trhu a stane se komerčně úspěšným. Posledním „vstupním“ modelem je Model CF, který je nezbytný nejen proto, že komplexní ekonomické posouzení investice předpokládá implementaci dynamických hodnotících metod. Model CF umožňuje investorovi zachytit předpokládaný vývoj peněžních prostředků a tím korigovat předpokládanou výši investic. Model CF zobrazuje obrázek 5.

107

Obrázek 5. Model CF

Data získaná z předchozích uvedených modelů směřují k jedinému cíli, a to vytvořit relevantní informační zdroje pro aplikaci finálního simulačního modelu. Tímto modelem je Hodnotící model, viz. obrázek 6. Vnitřní struktura posledního listu sešitu „Simulační model 1.xls“ je oproti předchozím třem listům odlišná. Skládá se ze tří částí: -

vstupní údaje;

-

výpočty;

-

výsledné hodnocení.

První část listu obsahuje další vstupní údaje, které jsou nezbytné pro výpočet hodnotících ukazatelů. Jedná se o:

108

¾

∑CF za období životnosti investice;

¾

předpokládaná doba životnosti investice;

¾

vypočítaná průměrná hodnota CF;

¾

kapitálové náklady na investici;

¾

sazba daně z příjmů;

¾

diskontní sazba;

¾

minimální výnos investice.


Obrázek 6. Hodnotící model

Ve druhé části listu jsou provedeny pomocné výpočty jednotlivých hodnotících ukazatelů, které byly podrobně popsány v první dílčí zprávě za rok 2006. Vypočítává se: ¾

efekt;

¾

míra efektu;

¾

ROI;

¾

kumulativní čistý příjem z investice;

¾

doba návratnosti;

¾

PVCF;

¾

NPV.

Protože vnitřní výnosové procento je určováno iteračním výpočtem, je pro tyto účely připravena výpočetní tabulka. V poslední části Hodnotícího modelu probíhá automatické vyhodnocení uplatněných hodnotících ukazatelů. Pro větší názornost uvádíme výslednou tabulku 4. Vypočtené hodnoty jsou porovnávány s hraničními hodnotami, které byly rovněž uvedeny v první dílčí zprávě za rok 2006. Pokud jsou vypočtené hodnoty přijatelné, zobrazí se „Ano“, v opačném případě budeme v tabulce číst „Ne“. U položky „Kumulativní čistý příjem z investice“ se v příslušném řádku tabulky začne zobrazovat „+“, překročí-li hodnota položky vynaloženou investici.

109

Tabulka 4. Výsledné hodnocení vypočtených ukazatelů Výsledné hodnocení Položka Efekt Míra efektu ROI Kumulativní čistý příjem z investice Doba návratnosti NPV Vnitřní výnosové procento

Rok provozu 1

2

Ano Ano Ano -

3

4

5

Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano -

+

+

+

6

7

Ano Ano Ano

Ano Ano Ano

+

+

Náklady celkem Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano 8

9

+

10

+

+ Ano Ano Ano

Pozn. Tabulka je vyplněna pouze ilustrativně

Postupným zadáváním relevantních vstupních údajů do vytvořeného simulačního ekonomického modelu může začít poslední fáze tvorby simulačního modelu, a to je jeho vyladění. Stávající simulační model je plně funkční, ale jedná se pouze o jeho základní verzi. Při modelování je nezbytné mít stále na paměti, že čím je simplifikace objektivní reality větší, tím se model zájmové objektivní realitě vzdaluje. Proto práce na modelu budou pokračovat a budou ve znamení zpřesňování a rozšiřování modelu tak, aby simulační model věrněji zobrazoval ekonomický problém.

110


ad c) Úprava důlních vod V posledním čtvrtletí roku 2006 bylo popsáno technologické zařízení úpravny důlních vod, nyní bude uvedena ekonomická stránka činností spojených s úpravou důlních vod, a to v podobě druhového třídění nákladů za roky 2005 a 2006 na úpravně důlních vod velkolomu ČSA a na úpravně důlních vod lomu Vršany – viz následující tabulky: Tabulka 5. Úpravna důlních vod ČSA účtová třída 5

2005

2006

2006 – 2005

NÁKLADY

[Kč]

[Kč]

[Kč]

50 spotřebované nákupy 501 spotřeba materiálu v tom: náhradní díly materiál ostatní chemikálie 502 spotřeba energie v tom: el. energie + voda energie ostatní 51 služby 510 služby 511 opravy a udržování 512 cestovné 514 přepravné 518 ostatní služby 519 nájemné 52 osobní náklady 521 mzdové náklady 524 zákonné sociál. pojištění 527 zákonné sociál. náklady 528 ostatní sociál. náklady 53 daně a poplatky 531 daň silniční 538 ostatní daně a poplatky 54 jiné provozní náklady 548 ostatní provoz.náklady 55 odpisy, rezervy a opravné položky provozních nákladů 551 odpisy DNHM a DHM 554 tvorba ostatních rezerv CELKEM NÁKLADY

3 095 000 2 109 000 262 000 805 000 1 042 000 986 000 800 000 186 000 5 543 000 62 000 489 000 5 000 171 000 4 816 000 4 233 000 3 074 000 1 023 000 130 000 6 000 29 000 24 000 5 000 100 000 100 000 1 170 000

3 830 000 3 014 000 816 000 5 773 000 31 000 794 000 7 000 40 000 212 000 4 689 000 4 307 000 3 111 000 1 062 000 131 000 3 000 26 000 21 000 5 000 86 000 86 000 1 824 000

735 000 905 000 -170 000 230 000 -31 000 305 000 7 000 35 000 41 000 -127 000 74 000 37 000 39 000 1 000 -3 000 -3 000 -3 000 -14 000 -14 000 654 000

[%] 123,75 142,91 82,76 104,15 50,00 162,37 800,00 123,98 97,36 101,75 101,20 103,81 100,77 50,00 89,65 87,50 100,00 86, 00 86,00 155,90

730 000 440 000 14 170 000

1 817 000 7 000 15 846 000

1 087 000 -433 000 1 676 000

248,90 1,59 111,83

2006 ⋅ 100 2005

Z tabulky 5 vyplývá, že celkové náklady se na úpravně důlních vod velkolomu ČSA zvýšily o 11,83 %, přičemž tento vývoj byl způsoben odlišným vývojem jednotlivých nákladových položek, a to: -

zvýšením: • spotřebovaných nákupů o 23,75 % (vlivem růstu spotřeby materiálu o téměř 43 % při poklesu spotřeby energie o necelých 18 %); • služeb o 4,15 % (při výrazném růstu přepravného zvýšením oprav a ostatních služeb, přičemž samotné položky „služby“ a „nájemné“ poklesly); • odpisů, rezerv a opravných položek provozních nákladů o téměř 56 % způsobeném výrazným růstem odpisů dlouhodobého majetku při totálním poklesu tvorby rezerv.

111

-

snížením: • •

daní a poplatků o téměř 11 % vlivem snížení silniční daně; jiných provozních nákladů o 14 % vlivem poklesu ostatních provozních nákladů.

Objem upravené vody na ÚDV ČSA:

2 460 000 m3 2 363 798 m3,

2005 : 2006 :

což je snížení na 96,09 %. Tabulka 6. Úpravna důlních vod Vršany účtová třída 5

2005

2006

2006 – 2005

NÁKLADY

[Kč]

[Kč]

[Kč]

50 spotřebované nákupy 501 spotřeba materiálu v tom: náhradní díly materiál ostatní chemikálie 502 spotřeba energie v tom: el. energie + voda energie ostatní 51 služby 510 služby 511 opravy a udržování 512 cestovné 514 přepravné 518 ostatní služby 519 nájemné 52 osobní náklady 521 mzdové náklady 524 zákonné sociální pojištění 527 zákonné sociální náklady 528 ostatní sociální náklady 53 daně a poplatky 531 daň silniční 538 ostatní daně a poplatky 54 jiné provozní náklady 548 ostatní provoz.náklady 55 odpisy, rezervy a opravné položky provozních nákladů 551 odpisy DNHM a DHM 554 tvorba ostatních rezerv CELKEM NÁKLADY

2006 ⋅ 100 2005 [%]

95 000 85 000 85 000 10 000 10 000 472 000 305 000 25 000 40 000 22 000 80 000 804 000 590 000 185 000 25 000 4 000 2 000 2 000 100 000 100 000 84 000

65 000 58 000 58 000 7 000 7 000 74 000 1 000 18 000 18 000 37 000 593 000 444 000 131 000 17 000 1 000 2 000 2 000 15 000 15 000 217 000

-30 000 -27 000 - 3 000 -398 000 -304 000 -7 000 -40 000 -4 000 -43 000 -211 000 -146 000 -54 000 -8 000 -3 000 -85 000 -85 000 133 000

68,42 68,23 70,00 15,68 0,33 72,00 81,82 46,25 73,76 75,25 70,81 68,00 25,00 100,00 100,00 15,00 15,00 258,33

40 000 44 000 1 557 000

214 000 3 000 966 000

174 000 -41 000 -591 000

535,00 6,82 62,04

Z tabulky 6 vyplývá, že celkové náklady se na úpravně důlních vod snížily o téměř 38 %, přičemž tento vývoj byl způsoben odlišným vývojem jednotlivých nákladových položek, a to: -

zvýšením: •

-

snížením: •

112

odpisů, rezerv a opravných položek provozních nákladů o 158,33 %, a to více než pětinásobným zvýšením odpisů při výrazném poklesu tvorby rezerv. spotřebovaných nákupů o téměř 32 % vlivem materiálu i energie;

zhruba stejného poklesu spotřeby


• • •

služeb o téměř 85 % vlivem samotného snížení služeb, oprav i nájemného; osobních nákladů o necelých 27 % způsobeným snížením mzdových nákladů zhruba o čtvrtinu a tomu odpovídajícímu snížením ostatních nákladových položek osobních nákladů; jiných provozních nákladů o 85 %.

Objem upravené vody na ÚDV Vršany:

961 000 m3 610 431 m3,

2005 : 2006 :

což je snížení na 63,52 %. Shrneme-li, pak na úpravně důlních vod ČSA poklesla produkce upravené vody o necelá 4 %, růst celkových nákladů byl způsoben především zvýšením odpisů a spotřeby materiálu. Věcnými důvody byla ukončená investiční výstavba umožňující dokonalejší úpravu důlních vod nad obvykle vápnění, což se projevilo vyššími odpisy a spotřebou příslušných chemikálií. Na úpravně důlních vod Vršany výrazně poklesla produkce upravené vody o téměř 37 % při současném investování a tím růstu odpisů při snížení ostatních nákladových položek variabilního charakteru. V případě osobních nákladů se projevil vliv částečné fixnosti této nákladové položky. Změna objemu produkce upravené vody se musela projevit na výši jednicových nákladů. Jejich výpočet je obsažen v následujících tabulkách. Tabulka 7. Úpravna důlních vod ČSA nákladová položka

50 spotřebované nákupy 51 služby 52 osobní náklady 53 daně a poplatky 54 jiné provozní náklady 55 odpisy, rezervy, opravné položky provoz. nákladů CELKEM

2005

2006

[Kč/m3]

[Kč/m3]

1,26 2,25 1,72 0,01 0,04 0,48 5,76

1,62 2,44 1,82 0,01 0,04 0,77 6,70

2006 ⋅ 100 2005 [%] 128,57 108, 44 105,81 100,00 100,00 160,42 116,32

Z tabulky 7 vyplývá, že pokles objemu upravené vody zvýšil většinu jednicových nákladových položek, pouze dvě zůstaly nezměněné. I když tyto dvě položky v objemu celkových nákladů poklesly, vlivem jejich relativně nepatrné velikosti a vlivem zaokrouhlování jednicových položek zůstaly na stejné výši. Projevil se zde tedy nárůst významnějších nákladových položek a mírný pokles objemu upravené vody. Tabulka 8. Úpravna důlních vod Vršany nákladová položka

50 spotřebované nákupy 51 služby 52 osobní náklady 53 daně a poplatky 54 jiné provozní náklady 55 odpisy, rezervy, opravné položky provoz. nákladů CELKEM

2005

2006

[Kč/m3]

[Kč/m3]

0,10 0,49 0,84 0,00 0,10 0,09 1,62

0,11 0,12 0,97 0,00 0,02 0,36 1,58

2006 ⋅ 100 2005 [%] 110,00 24,49 115,48 20,00 400,00 97,53

113

Z tabulky 8 vyplývá, že vývoj jednotlivých položek byl ovlivněn směrem jejich vývoje a v případě jejich poklesu také dynamikou tohoto poklesu ve vztahu k dynamice poklesu množství upravené vody. Odpisy, rezervy, opravné položky provozních nákladů výrazně vzrostly, což spolu s poklesem množství upravené vody několikanásobně zvýšilo podíl této položky na jednici. U spotřebovaných nákupů a osobních nákladů došlo k poklesu, ale tento pokles byl menší než pokles objemu upravené vody, takže jednicové náklady vzrostly. Naopak, služby a jiné provozní náklady klesly výrazněji než množství upravené vody, takže jednicové náklady těchto nákladových položek se snížily. Při srovnání obou úpraven vody je zřetelný rozdíl jednicových nákladů. Důvod již byl zmíněn – zatímco na úpravně důlní vody Vršany dochází pouze k vápnění surové vody, na úpravně důlní vody ČSA probíhá dokonalejší úprava (odstraňování manganu a železa), což se odráží v nákladech na chemikálie i v odpisech potřebného technologického zařízení. Použitá literatura [1] HOTOVÁ, Renáta. Účetnictví. 1 vydání. Ostrava : VŠB – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA, 2006. s.172. ISBN 80-248-0837-4. [2] BULLA, Miroslav. Sestavování rozvahy a výkazu zisku a ztráty. Účetnictví v praxi. Praha : ASPI, a. s., 2007, roč. 11. č. 2. ISSN 1211-7307. [3] Zákon č. 563/1991 Sb., o účetnictví, ve znění pozdějších předpisů [4] Zákona č. 586/1992 Sb., o daních z příjmů, ve znění pozdějších předpisů [5] Vyhláška č. 500/2002 Sb., kterou se provádějí některá ustanovení zákona č. 563/1991 Sb., o účetnictví, ve znění pozdějších předpisů, pro účetní jednotky, které jsou podnikateli účtujícími v soustavě podvojného účetnictví

114

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 – I. čtvrtletí Miroslav SVOBODA (garant okruhu V 006)

Michaela SUCHARDOVÁ (řešitel okruhu V 006)

Karin AYOUBI, Pavlína BORTLOVÁ, Stanislava DIMITROVOVÁ, Martin NEJEDLÍK, Lucie PAVELKOVÁ, 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

115

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 Belgie V Belgii působí firma Gralex, která vyrábí umělé kamenivo z expandovaného jílu pod obchodním názvem ARGEX. Tato firma je největším dodavatelem umělého kameniva do Francie, exportuje až 200 000 m3 za rok. Umělé kamenivo je odtud také vyváženo do Německa a Holandska. Finsko Ve Helsinkách se výrobou umělého kameniva zabývá společnost Optiroc OY AB, která je součástí nadnárodní společnosti Optiroc Group. Umělé kamenivo vyrábí z expandovaného jílu pod obchodním názvem FIBO lightweight aggregate. Další společností zabývající se umělým kamenivem je Lohja Rudus OY AB. Z uvedených produktů je vyráběn lehčený beton. Itálie V Miláně působí firma Laterlite Spa, která vyrábí umělé kamenivo z expandovaného jílu pod obchodním názvem LATERLITE, na trh ho dodává ve třech různých objemových hmotnostech. Německo Společnost Lias Franken Seichtbaustaffe GmbH & Co vyrábí umělé kamenivo z expandovaného jílu pod obchodním názvem LIAPOR. Firma Fibo Exclay Deutchland je součástí nadnárodní společnosti Optiroc Group. Umělé kamenivo vyrábí z expandovaného jílu.

Wittgensteiner Blähschiefer GmbH & Co.KG vyrábí umělé kamenivo z expandované břidlice v rotačních pecích pod průmyslovým názvem BERWILIT. Steag Entsorgungs-GmbH – produkt STEASINT vyráběný z ložových popílků má stejné vlastnosti jako kamenivo přírodní a umělé kamenivo a také se jako umělé kamenivo používá. Má širokou oblast použití, ale velice často se používá do podloží vozovek. SAFA Saarfilterasche-Vertriebs-GmbH & Co.KG (Baden-Baden) – výrobce umělého kameniva z kotelní strusky pro použití do betonů a malt pod průmyslovým názvem SAFAMOLITH Rakousko Firma Stauss-Perlite GmbH & Co KG vyrábí umělé kamenivo pro výrobu izolačních a lehkých materiálů z expandovaného perlitu – EUROPERL. Ve Vídni působí pobočka Liapor Group Liapor Baustoffe GesmbH, která vyrábí umělé kamenivo z expandovaných jílů. Španělsko Hlavním dodavatelem umělého kameniva z expandovaného jílu pro Španělsko je madridská společnost Acidos Ligeros S.A, dodává ho na trh pod obchodním názvem ARLITA. Umělé kamenivo vyrábí peletizací (stejně jako LIAPOR) a produkují kamenivo o různé zrnitosti a objemové hmotnosti. Používá se do lehčeného betonu, ale také pro filtrování vody.

116


Nadnárodní společnosti: Metso Minerals −

Umělé kamenivo se vyrábí jak z přírodních (jíl, břidlice), tak z odpadních materiálů.

−

Metso Minerals má ale zastoupení téměř po celém světě; působí v Argentině, Austrálii, Belgii, Bolívii, Brazílii, Kanadě, Chile, Dominikánské republice, Finsku, Guinei, Indii, Izraeli, Jamajce, Jordánsku, Kazachstánu, Novém Zélandu, Peru, Polsku, Koreji, Rusku, USA a Uzbekistánu. Zastoupení má tato nadnárodní společnost téměř ve všech státech Evropy.

LECA – Lightweight expanded clay aggregate −

Dánsko – Dansk Leca A/S at Hinde (Randers) – LECA je dánský produkt (lightweight expanded clay aggregate – umělé kamenivo z expandovaného jílu

−

Portugalsko – Leca Portugal – Argilas Expandidas Lda., dříve tato společnost vyvážela umělé kamenivo do Asie, ale dnes se specializuje především na domácí trh. Umělé kamenivo vyrábí z expandovaného jílu.

−

Norsko – Norsk Leca A.S. – Leca Realingen dnes je známá pod názvem Maxit A.S. (Oslo). Umělé kamenivo vyrábí z expandovaného jílu.

−

Německo - Společnost Leca je součástí společnosti MAXIT GROUP, do tohoto systému je také zapojena společnost Heidelberger Cement AG

−

Další země, v nichž LECA vyrábí stejným způsobem umělé kamenivo jsou Alžír, Argentina, Rakousko, Belgie, Čína, Egypt, Finsko, Írán, Itálie, a Švédsko.

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 Pro ekonomický rozbor uplatnění VEP při výrobě umělého kameniva bude vyhotoven ekonomický model linky na tzv. zelené louce, tzn. že základní ekonomické parametry budou v tomto modelu nastaveny na optimální hodnoty tak, aby bylo možné zjistit skutečné náklady na výrobu tohoto produktu. Cílem je zjistit: −

Optimální roční kapacitu

−

Minimální výkon linky při dané kapacitě (bod zvratu)

−

Orientační cenu 1 t a 1 m3 umělého kameniva pro porovnání se substituty.

−

Roční tržby při optimálním odbytu

Popis a technologie produktu KABET – lehké umělé kamenivo dle ČSN EN 13055-1 (721505) Pórovité kamenivo - Část 1: Pórovité kamenivo pro beton, malty a injektážní malty, která určuje vlastnosti pórovitého kameniva a pórovitého fileru jako kameniva, získaného úpravou přírodního, umělého nebo recyklovaného materiálu a směsi těchto kameniv pro použití v betonu, maltě a injektážní maltě, v pozemních stavbách, silnicích a inženýrských stavbách. Podrobný popis produktu je k dispozici u řešitelů cíle V 003. Technologie výroby umělého kameniva je založena na smíchání VEP, pojiva, vody a případně další suché přísady. Na základě laboratorního ověřování byl navržen následující technologický postup výroby: Všechny suché složky budou uloženy v provozních zásobnících, kam budou pneumaticky dopraveny z autocisteren, v optimální variantě bude VEP dopraven pneumaticky potrubím přímo od zdroje výskytu – tzn. od producenta VEP. Komponenty se nadávkují do vážícího zařízení podle zvolené receptury.

117

Výrobky vzniknou smícháním navážených podílů jednotlivých složek na požadovanou homogenitu směsi. Takto připravovaná směs se vytváří do granulí nebo pelet (dle použitého zařízení), které se ukládají na uzavřenou skládku do doby, než získají transportní pevnost. Poté budou přemístěny na volnou expediční skládku. Po 28 dnech dosáhnou pelety/granule konečné pevnosti a mohou být expedovány jako výrobek – umělé kamenivo. Ukládání čerstvých pelet/granulí musí být prováděno pouze v nízké vrstvě, asi 80 cm, aby nedocházelo k jejich znehodnocení. Na expediční skládce již mohou být skladovány v podstatně větší vrstvě, protože mají dostatečnou pevnost. Pro odběr pelet/granulí ze skládky byl navržen lopatový kolový nakladač na dopravní pásovou linku, zakončenou haldovacím zařízením. Z expediční skládky bude kamenivo odebíráno lopatovým kolovým nakladačem na dopravní pásovou linku, která dopraví kamenivo do třídírny. Na dvousítném třidiči se provede jeho roztřídění na stanovené frakce. Expedice frakcí se bude provádět z pojezdných expedičních zásobníků do nákladních aut. Výrobní plán V 1. čtvrtletí byly započaty práce na sestavení výrobního plánu, který obsahuje informace nezbytné pro zpracování ekonomického modelu. STANOVENÍ INVESTIC V první fázi bylo započato definováním potřebných investic, které lze rozdělit na následující části: −

Stavební část

−

Strojně-technologická část

−

Elektrotechnická část

−

Měření a regulace

Stavební část Pro uvedený ekonomický model je předpokládána výstavba na „zelené louce“, s inženýrskými sítěmi zabudovanými na hraně pozemku. Do investičních nákladů tedy zahrnuje pouze rozvody v rámci vymezeného pozemku. Pro stavební část jsou navrženy následující investice: −

Výrobní objekt

−

Hala pro zrání čerstvých pelet/granulí

−

Skládka kameniva

−

Kompresorovna

−

Sklad přísad

−

Dílny

−

Provozní a sociální budova

Strojně-technologická část Pro účely sestavení ekonomického modelu bylo důležité definovat základní strojně-technologické uzly, ke kterým jsou následně navrženy jednotlivé komponenty strojně-technologického zařízení, tj.:

118

−

doprava a skladování surovin

−

dávkování, vážení a mísení

−

vytváření umělého kameniva


−

skladování, třídění a expedice umělého kameniva

−

podpůrné funkce

Skladování komponent −

Zásobníky (sila)

−

Úpravy zásobníků surovin pro osazení zařízení měření hladin, odprašovací zařízení, pojistné ventily, plnící hrdla apod.

−

Uzávěry výsypných otvorů zásobníků surovin

−

Zařízení pro přefukování surovin z autocisteren do zásobníků

−

Zařízení pro pneumatickou dopravu VEP od producenta do provozních zásobníků (v opt. variantě)

−

Pomocné OK, konzoly a závěsy pro potrubí.

Dávkování, vážení a mísení −

Dávkovací šnekové podavače

−

Rychlouzávěr na dávkovací šnekové podavače, pneumatické ovládání

−

Dávkovací vícekomponentní automatické váhy pro plnivo, pojivo a přísadu

−

Skluzové potrubí od dávkovacích podavačů do vážících nádob a od vážících nádob do mísiče, opatřené pneumatickými oklepávači

−

Mísící zařízení

−

Dávkovací zařízení vody s automatickou regulací ve vazbě na vlhkoměr

−

Kontaktní vlhkoměr s vyhodnocovací a řídící aparaturou

−

Zařízení pro elektropneumatické ovládání pneumatických servopohonů

−

Rozvody vzduchu

−

Pásové dopravníky

Vytváření pelet/granulí −

Redlerový podavač se šesti technologickými uzavíratelnými výsypy s plnícím úsekem s násypkou a volným výpadem na konci dopravního žlabu

−


−

Tvářecí zařízení (např. granulační válce, peletizační talíře, rotující válec, dle návrhu řešitelů V003)

−

Kovový kontejner na odpad od redlerového podavače a od tvářecích zařízení

−

Materiálové skluzy a pomocné OK

Skladování, třídění a expedice −

Konzolový pojízdný oboustranný rozprostírač

−


−

Nosná OK pojezdové dráhy pro rozprostírač

−

Přejímací násypky, pojízdné po kolejové dráze

−

OK lávky pod dopravníky 119

−

Universální haldovací zařízení s pásovým dopravníkem na sklopném otočném rameni

−

Kolejová pojezdová dráha

−

Vibrační třídič lineární

−

Sestava expedičních zásobníků

−

Uzávěry

−

Teleskopická plnící hubice pro plnění nákladních automobilů volně loženými zrnitými a prachovými materiály.

−

Skluzy a pomocné ocelové konstrukce

Výroba a rozvod tlakového vzduchu −

Kompresor

−

Vzdušník

−

Sušička vzduchu adsorbční,

−

Rozvodné potrubí tlak.vzduchu

−

Dálkově ovládané ventily

Odprašování −

Odprašovací jednotka zásobníků práškových hmot

−

Odprašovací jednotka třídiče

Elektrotechnická část Silnoproudá elektroinstalace by byla řešena v obdobných funkčních celcích, jako část strojnětechnologická, t.j. −

příprava směsi

−

výroba pelet

−

zrací skládka

−

skladování a expedice.

Každý z těchto celků by měl vlastní silový rozvaděč, dispozičně umístěný v blízkosti odběru. Z těchto rozvaděčů by byla napájena veškerá elektrozařízení příslušného celku. Měření a regulace Hladiny v zásobnících komponent a expedice budou měřeny jednak kontinuálně a jednak limitně max. hladina, při jejímž dosažení budou vypínány příslušné dopravní cesty. Pro hlídání otáček pasů a elevátorů jsou uvažovány indukční snímače. Dále budou měřeny proudy vybraných (velkých) motorů. Řídící systém by měl mít vazbu i na spouštění pneudopravy v elektrárně. Na základě uvedeného rámcového návrhu investic budou v dalším období vypracovány obecné požadavky na předpokládané investiční náklady. Uvedený soupis se vztahuje k modelu „zelená louka“, v případě realizace u konkrétního producenta bude třeba zohlednit jeho možnosti a stávající vybavení, čímž se mohou požadavky na investice výrazně snížit.

120


STANOVENÍ PROVOZNÍCH NÁKLADŮ K dokončení výrobního plánu bude na základě výše uvedených informací třeba definovat provozní náklady, tzn.: Spotřeba surovin, materiálu, paliv a energie −

suroviny určené pro výrobu umělého kameniva v požadovaném poměru

−

mazací tuky a oleje

−

PHM

−

energie

−

voda

Pracovníci −

roční mzda

−

sociální a zdravotní pojištění

Ostatní náklady −

náhradní díly

−

opravy a udržování

−

provozní režie

−

správní režie

−

marketing

−

odpisy atd.

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 zahájena tvorba databáze potenciálních odběratelů umělého kameniva.

121

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 roce 2007 bude proveden marketingový průzkum trhu sádrovců s cílem zjistit tržní potenciál využití energosádrovců při výrobě stavebních hmot. Průzkum bude prováděn pomocí ankety. Zjišťovány jsou: −

Objem využívaných sádrovců

−

Způsob využití sádrovců

−

Požadavky na kvalitu používaných sádrovců

V první fázi byla zpracována databáze výrobců stavebních hmot zpracovávajících různé druhy sádrovců. V databázi jsou uvedeny firmy z ČR a příhraničních oblastí sousedních států (Německo, Polsko, Rakousko, Slovensko). 6%

3%

14% hlavní město Praha

6%

Středočeský kraj Jihočeský kraj

8%

Plzeňský kraj Karlovarský kraj

12%

Ústecký kraj

7%

Liberecký kraj Královéhradecký kraj

0%

Pardubický kraj

6%

8%

2%

Vysočina Jihomoravský kraj Olomoucký kraj Zlínský kraj

10%

9%

Moravskoslezský kraj

9%

Graf 1 – Členění tuzemských zpracovatelů sádrovců v ČR dle lokality V ČR jsou různé typy sádrovců zpracovávány v následujících oblastech:

122

−

výroba cementu

−

omítkové směsi

−

maltové směsi

−

pórobeton

−

sádrokarton

−

speciální betonové směsi

−

sádra


V následujícím čtvrtletí bude provedena dotazníková akce. Vzhledem k nízké objemnosti souboru může být provedeno úplné zjišťování dat, tzn. osloveny budou všechny zpracovatelské firmy (z oboru výroby stavebních hmot). V současné době je zpracováván dotazník, na základě kterého budou zjišťovány a následně vyhodnoceny požadované údaje. 2.b) A0738 – Analýza stavu využití energosádrovců v zahraničí (aktualizace, doplnění) – 1.1.2007 až 31.12.2007 Kanada Energosádru produkují dvě firmy Ontario Power Generation Inc. (OPG) (poskytuje sádru pro společnosti Westroc Industries Ltd. u Toronta) a NB Power /Belledune Generating Station/ ve státě New Brunswick (poskytuje sádru společnosti CGC Inc. v Montréalu). Oba výrobci využívají produkty odsiřování spalin mokrou vápencovou metodou; oba odběratelé vyrábějí sádrokartonové desky. Firma New West Gypsum Recycling Inc. využívá pro nové sádrové výrobky recyklovanou sádru v kombinaci s energosádrovcem. Celková produkce energosádrovce v Kanadě je asi 380 000 t ročně. Spotřeba převyšuje produkci a dosahuje 530 000 tun ročně, dováží se z USA. Přesto energosádra tvoří jen asi 4 - 5% celkové spotřeby sádry. Dánsko Gypsum Recycling International je mezinárodní společnost, která vyrábí sádrokartonové stěny a další výrobky ze sádry ze sádrového odpadu se směsí energosádrovce, který je vysoce čistý a má výborné vlastnosti. V Dánsku se nacházejí dva závody na výrobu sádrokartonových desek. V posledních letech však nastal pokles produkce energosádrovce, když bylo palivo uhelných elektráren nahrazeno zemním plynem. Společnost vznikla v roce 2001. Spolupracuje s firmami USG, BPB Group, Knauf, Lafarge Gypsum a National Gypsum. Dceřiné společnosti firmy se nacházejí ve: −

Švédsku (Gips Recycling Sverige AB – od 2003),

−

Norsku (Gips Recycling – od 2004),

−

Nizozemí (Gips Recycling Nederland BV – od 2004),

−

Irsku (Gypsum Recycling Ireland, Ltd. – od 2005),

−

Velké Británii (Gypsum Recycling UK, Ltd. – od 2005),

−

USA (od 2005).

Velká Británie Ve Velké Británii byla celková produkce přírodního a syntetického sádrovce v roce 2000 přibližně 3 milióny tun. Britské odvětví sádry a sádrovce ovládají v podstatě 3 největší společnosti: −

společnost British Gypsum

−

firma Knauf

−

firma Lafarge

Společnosti spolupracují s Asociací vývoje sádrových produktů GPDA (Gypsum Products Development Association).

123

Společnost British Gypsum (BPB), se sídlem v Robertsbridge, je největším výrobcem stavebních materiálů na bázi sádry v jihovýchodní Anglii. Sádru na výrobu se získává z energosádrovce po odsíření uhelných elektráren. Firma Knauf využívala do roku 1990 energosádrovec dovážený ze západního Německa. Všechny tyto tři společnosti se zabývají zpracováváním jak přírodně těženého sádrovce, tak i zpracováním produktů po odsíření spalin velkých tepelných elektráren i dalších syntetických sádrovců. Hlavním výstupem jsou sádrové výrobky pro použití ve stavebním průmyslu – zpomalující přísada do cementu, hlavní složka pro výrobu sádry, omítek a sádrokartonových desek. Produkce těchto tří výrobků ve Velké Británii nadále stoupá s rostoucí poptávkou na trhu. Jelikož těžbu sádrovce a výrobu sádry z přírodních zdrojů mají ve Velké Británii pod kontrolou velké společnosti, je využití energosádrovce atraktivním zdrojem pro další možné zpracovavatele sádry a producenty výrobků ze sádry a možností jak se dostat na trh. Další nárůst využívání energosádrovce je spojen s instalací odsiřovacích zařízení v elektrárnách v posledním desetiletí, a tím k jeho větší dostupnosti. Energosádrovec – jako velmi čistá forma sádry - se stále více používá na výrobu sádrokartonových desek. Mezi tzv. syntetické sádrovce, zpracovávané ve Velké Británii, patří: −

Energosádrovec – vedlejší produkt po odsíření uhelných elektráren

−

Titanosádrovec – vedlejší produkt výroby oxidu titaničitého (bělící prostředek v barvách, zubních pastách apod.)

−

Fosfosádrovec – vedlejší produkt výroby kyseliny fosforečné a fosforečných hnojiv

−

Fluorosádrovec – vedlejší produkt výroby kyseliny fluorovodíkové, používané v několika průmyslových odvětvích včetně výroby elektrosoučástek.

Tabulka 1: Přehled zdrojů sádry ve Velké Británii v roce 2002 a 2004 (zdroj: WRAP 2005) Množství v roce 2002 Množství v roce 2004 Zdroj sádry (mil. tun) (mil. tun) Přírodní sádrovec Syntetický sádrovec Dovoz syntetická)

(přírodní

i

Celkem

1,7

1,7

0,8 – 1,2

1,9

0,6 – 0,8

1,0 – 1,5

3,1 – 3,7

4,6 – 5,1

Z tabulky je patrný nárůst podílu tzv. syntetické sádry na nejméně 40% z celkové spotřeby sádry ve Velké Británii. Spojené státy americké Firma SynMat, Cumberland ve státě Tennessee zpracovává energosádrovec z odsiřování po spalování uhlí jako přísadu do cementu, pro výrobu sádrokartonových desek, náplně, omítky a jako přípravky použitelné v zemědělství. Zahraniční výzkum v oblasti energosádrovce

124

−

Španělsko – Projekt využívání syntetického sádrovce k prevenci půdního škraloupu a sodíkové meliorace půd.

−

Maďarsko – Projekt Univerzity Miskolc, Oddělení těžby a geotechnického inženýrství, na výzkum základních vlastností a využití energosádrovce vznikajícího odsířením maďarské elektrárny Mátra ve stavebním průmyslu. (K základní směsi sádry přidávají popílek po spalování uhlí a zkoušejí pevnost v tlaku vzniklého stavebního materiálu.)


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 bude kontrolován, aktualizován a doplňován na konci každého čtvrtletí. ZÁVĚRY Dílčí závěr k bodu 1.a) V zahraničí je výroba umělých kameniv poměrně rozšířená. K výrobě jsou používány jak přírodní suroviny (jíly, břidlice, perlit apod.), tak i odpadní materiály (popely a popílky, strusky, stavební odpad apod.). Produkovaná kameniva mají většinou nižší objemovou hmotnost, tzn. jsou označována jako lehká nebo lehčená kameniva, která nachází široké uplatnění ve stavebnictví, ale také např. při úpravě vod a v dalších oborech. Hutná kameniva (např. slinutá) se vyrábí v daleko menší míře především v oblastech, kde je lokální nedostatek jejich přírodních substitutů (např. Japonsko) Dílčí závěr k bodu 1.b) Pro rok 2007 je naplánováno řešení ekonomického modelu výroby umělého kameniva ve vztahu k řešení V003. Ekonomický model bude sestavován tzv. na zelené louce. Základní ekonomické parametry budou v tomto modelu nastaveny na optimální hodnoty tak, aby bylo možné zjistit skutečné náklady na výrobu tohoto produktu. Pro tento účel byly v první fázi shrnuty základní údaje o produktu a technologii výroby a dále byl zpracován návrh rámcových požadavků na investice, na jejichž základě budou v dalším období vypracovány obecné požadavky na předpokládané investiční náklady. Uvedený soupis se vztahuje k modelu „zelená louka“, v případě realizace u konkrétního producenta bude třeba zohlednit jeho možnosti a stávající vybavení, čímž se mohou požadavky na investice výrazně snížit. V návaznosti na technologii výroby a navrhovanou kapacitu budou stanoveny provozní náklady. Dílčí závěr k bodu 2.a) V roce 2007 bude proveden marketingový průzkum trhu sádrovců s cílem zjistit tržní potenciál využití energosádrovců při výrobě stavebních hmot. Průzkum bude prováděn pomocí ankety. V první fázi byla zpracována databáze výrobců stavebních hmot zpracovávajících různé druhy sádrovců. V databázi jsou uvedeny firmy z ČR a příhraničních oblastí sousedních států (Německo, Polsko, Rakousko, Slovensko). Dílčí závěr k bodu 2.b) Světové rezervy přírodní sádry, které pravděpodobně převyšují triliony tun, jsou schopny uspokojit poptávku v nejbližší budoucnosti. Známé zásoby jsou při současném množství těžby schopny pokrýt spotřebu v následujících desetiletích. Nárůst spotřeby syntetického materiálu v Evropě a Severní Americe zpomalí nárůst těžby přírodního sádrovce. REFERENCE [1.]

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

[2.]

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

[3.]

Webové stránky výše uvedených firem

125

126

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

Recommend Documents