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.-II. etapa 1.1. – 23.6. 2010

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 V001 - VÝZKUM NOVÝCH SILIKÁTOVÝCH MATERIÁLŮ NA BÁZI GEOPOLYMERŮ, SYNTETICKÝCH ZEOLITŮ, MODIFIKOVANÝCH SILIKÁTOVÝCH MATERIÁ

PŘÍPRAVA INOVATIVNÍCH SILIKÁTOVÝCH MATERIÁLŮ NA BÁZI VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ Z TĚŢBY A ZPRACOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SUROVIN koordinátor: Vladimír SLIVKA řešitel: Jan JELÍNEK, Tomáš DANĚK, Jiří MALIŠ, Jan THOMAS Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

Úvod V rámci řešení dílčího cíle V 001, zaměřeného na přípravu inovativních silikátových materiálů na bázi vedlejších produktů z těžby a zpracování energetických surovin, byl navržen a experimentálně ověřen způsob zušlechtění antropogenních porcelanitů, na úroveň průmyslově vyráběných ostřiv a plniv. Návazně byl navržen způsob selektivního odtěžování a následného průmyslového zušlechtění tohoto materiálu. Celkem byly navrženy dva postupy zušlechtění. První postup předpokládá zušlechtění pouze termicky modifikovaného materiálu v rotačních pecích, kde se již pomletý a homogenizovaný materiál zušlechtí. Byl navržen postup výpalu, který počítá s úpravou teploty výpalu na 1250 °C a rychlosti postupu materiálu na 24 cm/min při délce rotační pece 50m. Druhý postup umožňuje využití veškerého materiálu uloženého na odvalech. Vytvořený návrh předpokládá využití šachtových pecí. Odebíraný materiál se podrtí na požadovanou zrnitost danou charakterem šachtové pece. Podrcený materiál se homogenizuje tak, aby podíl organické hmoty byl vyšší jak 9%. Ze statistického vyhodnocení vyplývá, že kromě Tuchlovic obsah organické hmoty v ostatních odvalech se pohybuje v rozmezí 14-17 %. Teplota při výpalu v šachtových pecích se pohybuje do 1300 °C, což je pro naše účely optimální. Stejně jako doba výdrže výpalu 5 až 6 hodin (min. požadovaných 3,5 hodiny), při které dochází ke vzniku vyššího podílu mulitu. Úkolem této etapy řešení dílčího cíle bylo ověřit, zda prodloužená doba výpalu na 6 hodin podstatně zvýší procentuální zastoupení mulitu v zušlechťovaném materiálu. Dále pak zjistit, v jaké podobě se vyskytuje nově tvořený zájmový minerál mulit. Následně stanovit nejoptimálnější postup jeho separace, abychom získali kvalitní mulitový materiál, který je velmi ceněn v keramickém průmyslu. Současný stav prací V rámci dosud provedených prací byl proveden odběr dalších vzorků především z české části OKR a to z odvalů Dolu Odra, Dolu Heřmanice a nově z odvalu Hrušov. Celkem bylo odebráno 6 nových vzorků. Při odběru vzorků jsme se zaměřili především na termicky modifikovaný materiál (Králík 1984). Přesto jsme odebrali dva vzoreky z odvalu Heřmanice termicky nealterovaného materiálu, který makroskopicky vykazoval vysoký podíl organické hmoty. Všechny vzorky byly podrceny, homogenizovány a bylo u nich provedeno stanovení chemického složení stanovení minerálních fází, které se provedlo před i po výpalu vzorků. Hlavními analytickými metodami stanovení chemického a mineralogického složení studovaných vzorků tepelně alterovaného materiálu jsou RTG prášková difrakce spolu s RTG fluorescencí. 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. Nově odebrané vzorky byly vypáleny již stanoveným postupem při 1250 °C po dobu 3 a 6 hodin. V první fázi přípravy vzorků se posuzuje makropetrograficky vzhled, stupeň spečení a barva odebraných vzorků. Následně se vzorky podrtí na maximální zrno 4 mm a naváží do vypalovacích misek. Vzorek se volně nasype do neglazované žárovzdorné misky do výšky 25 mm, vysuší při 120 °C do ustálení váhy, zváží a následně vypálí. Postup výpalu vychází z normy ČSN 72 1082 (Vypalovací zkoušky keramických surovin) pro sypané, zrněné a neplastické materiály. Připravený vzorek se vložil do studené elektrické pece podle doporučení zmíněné normy. Vlastní výpal se provádí ve vzdušném prostředí tak, že do 1250 °C se teplota zvyšuje

3

rychlostí 400 °C/h. Doba výdrže výpalu při dosažení limitní teploty 3,5 hodiny byla odvozena z předešlých testů. Po samovolném ochlazení pece se vzorek vyjme, vysuší při teplotě 120 °C a zváží. Tento postup se zopakuje pro stejný vzorek, ovšem s dobou výdrže 6 hodin. U každého vzorku se následně sleduje stupeň spečení, změna barvy a změna minerální fáze pomocí RTG práškové difrakce. Teplota výpalu byla stanovena s ohledem na podmínky krystalizace mulitu. Krystalizace mulitu 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 mulitu z metakaolinitu je podstatně zeslabena. Teprve při větším zahřátí na teplotu 1100 až 1200 °C dochází i zde ke krystalizaci tzv. "pozdního mulitu", jež se projevuje difúzním exotermním efektem, kdy reagují segregované fáze γ Al203 a SiO2. Tabulka 1: Výsledky chemického rozboru jednotlivých vzorků Označení

Heřmanice 6

Heřmanice 7

Heřmanice 8

Odra 6

Odra 7

Hrušov

hmotnostní %

Analyt MgO

1,15

1

1,42

1,13

0,89

1,92

Al2O3

20,83

19,92

17,23

22,18

19,42

22,3

SiO2

59,44

63,46

51,82

62,32

55,99

55,82

P2O5

0,15

0,28

0,17

0,17

0,33

0,26

SO3

0,49

0,91

0,49

0,51

3,26

0,86

Cl

0,103

0,044

0,01

0,035

0,12

-

K 2O

4,29

3,56

2,1

3,25

3,03

2,6

CaO

0,22

1,15

0,66

0,2

0,38

3,28

TiO2

0,82

0,72

0,78

0,81

0,69

0,77

MnO

0,039

0,091

0,099

0,094

0,067

0,09

Fe2O3

6,26

6,11

6,96

6,77

7,25

7,25

mg/kg V

132,3

77

129,7

93

95,7

172,2

Cr

92,7

81,1

105,9

95,3

76,7

110,2

Ni

51,9

68,6

57,4

90,8

47

72,8

Cu

34,5

30,4

109,6

30,1

30,4

155,3

Zn

97,6

106,8

143,6

98,5

94,4

579

Ga

22

17,9

43,9

20

24,7

34,6

As

22,6

18,6

27,9

19,1

-

67,1

Rb

211

191,3

142,3

189,5

170

140

Sr

129,1

233,7

90,4

141,4

140,6

764,7

Y

40,6

78,5

51,6

59,5

47,5

77,3

Zr

191,7

225

137,4

168,7

144,5

263,7

Ba

742,4

575,4

566,5

649,3

692,2

7651,4

La

-

35,3

40,5

57,3

66

67,5

Ce Pb

89 -

58,6 -

92 -

74,4 -

78,4 -

384,6 230,8

Limitní teplota 1250 °C byla stanovena s ohledem na charakter krystalizace mulitu. Mulit vzniká z metakaolinitu A12Si207 nepřímo, kdy poměrně složitým mechanismem vzniknou nejdříve mezifáze a z nich teprve vzniká ortorombický mulit polymorfní přeměnou kubického mulitu a dokončením

4


krystalizace slabě krystalického ortorombického mulitu v teplotním intervalu 1150 až 1250 °C. Současně probíhá nukleace mulitu z amorfní hlinitokřemičité fáze s následným růstem jeho krystalů při teplotách nad 1250 °C. Vyšší teplota než 1250 °C nebyla zvolena s ohledem na skutečnost, že při vyšší teplotě nedocházelo k nárůstu většího množství mulitu. Navíc chceme zabránit nežádoucího efektu uvolnění kyslíku při vyrovnání tlaku na úroveň atmosférického a vytvoření porézního materiálu.

Dosavadní výsledky Výsledky chemického složení nově odebraných vzorků ukazují (Tab. 1), že vzorky vykazují vyšší obsah podílu SiO2 a také Al2O3. Nejvyšší podíl SiO2 se nachází ve vzorku Heřmanice 7, ale nejvíce Al2O3 se nachází ve vzorku Hrušov. Nicméně všechny vzorky splňují podmínku kladenou na průmyslově vyráběné ostřivo 10-30% Al2O3. Odra 6 výpal 3,5 hod. při 1250°C

Odra 6 výpal 6 hod. při 1200°C Quartz

Quartz

Amorphous 48,70 +- 4,80 %

Amorphous 61,60 +- 3,90 % Mullite32 Amorphous

+ 5,7571 ZnO

Amorphous

Cordierite 1,55 +- 0,66 % Hematite 5,54 +- 0,90 %

Mullite32 29,90 +- 3,30 % Quartz 4,08 % +- 0,78 %

Hematite

Mullite21

Hematite 4,40 +- 0,84 %

Mullite21 34,00 +- 3,90 % Hematite

Cordierite

Quartz 10,13 +- 1,11 %

+ 6,4167 ZnO

Odra 7 výpal 3,5 hod. při 1250°C

Odra 7 výpal 6 hod. při 1200°C Quartz

Quartz

Amorphous 61,40 +- 3,90 % Hematite 7,56 +- 1,38 %

Amorphous 52,40 +- 4,50 % Mullite21

Amorphous

Mullite32

Hematite 8,03 +- 1,44 %

Mullite21 26,20 +- 3,00 % Amorphous Quartz 4,83 +- 0,84 %

Hematite

+ 6,1895 ZnO

Cordierite 2,13 +- 1,56 %

Hematite

Cordierite

Mullite21 26,94 +- 2,97 % Quartz 10,48 +- 1,20 %

+ 7,3069 ZnO

Heřmanice 6 výpal 3,5 hod. při 1250°C

Heřmanice 6 výpal 6 hod. při 1200°C Quartz

Quartz Amorphous 65,60 +- 3,60 % Hematite 2,35 +- 0,72 %

Amorphous

Mullite32 Hematite

Amorphous

Mullite21 25,60 +- 3,30 % Quartz 6,40 +- 0,81 %

+ 8,3612 ZnO

Amorphous 58,40 +- 3,60 %

Mullite21

Hematite 3,50 +- 1,08 % Mullite21 25,50 +- 3,00 %

Hematite

Quartz 12,57 +- 1,11 %

+ 7,7270 ZnO

5

Heřmanice 7 výpal 6 hod. při 1200°C

Heřmanice 7 výpal 3,5 hod. při 1250°C

Quartz

Amorphous 77,75 +- 2,22 %

Quartz Mullite21

Hematite 2,63 +- 0,69 %

Hematite

Mullite32 12,18 +- 1,86 % Amorphous

Amorphous 69,53 +- 2,91 %

Mullite21

Hematite 3,70 +- 0,78 % Amorphous

Mullite21 12,47 +- 2,40 %

Hematite

Quartz 7,44 +- 0,81 %

Quartz 14,30 +- 1,20 % + 7,4544 ZnO

+ 5,9188 ZnO

Heřmanice 8 výpal 6 hod. při 1200°C

Heřmanice 8 výpal 3,5 hod. při 1200°C Amorphous 66,40 +- 3,30 % Iron apha 1,55 +- 0,30 %

Quartz Mullite21 Amorphous

Mullite21 +- 2,43 %

10,30

Amorphous Hematite Cordierite + 5,7986 ZnO

+ 6,2527 ZnO

Hrušov výpal 3,5 hod. při 1200°C

Amorphous

Hematite Cristobalite

Hrušov výpal 6 hod. při 1200°C

Amorphous 57,10 +- 3,90 %

Quartz

Mullite21

+ 5,7025 ZnO

Iron alpha

Quartz 21,78 +- 1,89 %

Iron alpha

Plagioclase Albite

Quartz

Mullite21

Cordierite

Cordierite 1,95 +- 0,63 % Cristobalite 2,32 +- 0,75 % Hematite 5,54 +- 0,90 % Mullite21 19,29 +- 2,52 % Plagioclase Albite 5,07 +- 1,71 % Quartz 8,75 +- 0,99 %

Amorphous 57,30 +- 3,90 % Cordierite 2,85 +- 1,32 %

Quartz Plagioclase Albite

Cristobalite 2,47 +- 0,78 %

Mullite21

Amorphous

Hematite 4,97 +- 1,14 % Mullite21 19,87 +- 2,61 %

Hematite

Plagioclase Albite 5,95 +- 1,32 %

Cristobalite Cordierite + 6,8541 ZnO

Amorphous 65,60 +- 3,30 % Cordierite 2,40 +- 1,14 % Hematite 1,64 +- 0,69 % Iron alpha 1,54 +- 0,29 % Mullite21 12,26 +- 2,46 % Quartz 16,51 +- 1,44 %

Quartz 6,55 +- 0,87 %

Obrázek 1: Zastoupení minerálních fází ve vzorcích vypálených při teplotě 1250°C s dobou výdrže 3,5 a 6 hodin.

Z výsledků RTG práškové difrakční analýzy plyne, že materiál po výpalu splňuje podmínku kladenou na průmyslově vyráběná ostřiva. Podíl mulitu se ve všech vzorcích pohybuje od cca 10 do 30% (Tab. 2). Nicméně se ukázalo, že vzorky termicky nealterovaného materiálu vykazují po výpalu (a to jak při době výdrže 3,5 tak 6 hodin) nízký podíl mulitu. Taktéž se nepotvrdil předpoklad zvýšení podílu mulitu s prodlouženou dobou výpalu na 6 hodin. Porovnáme-li jednotlivé vzorky vypálené na 3,5 a 6 hodin, kromě vzorku Odra 6 výrazný nárůst nenajdeme. Pouze vzorek Odra 6 vykazuje cca 4% nárůst podílu mulitu. U ostatních vzorků je nárůst mulitu zanedbatelný.

6


Tabulka 2: Přehled procentuálního zastoupení vybraných minerálů v jednotlivých vzorcích před zušlechtěním a po zušlechtění. Označení

amorfní

cordierit cristobalit %

hematit

křemen

mulit

ostatní

Odra 6

61,60

-

-

4,84

25,92

-

7,64

Odra 6

61,60

-

-

4,40

4,08

29,90

0,02

Odra 6

48,70

1,55

-

5,54

10,13

34,00

0,08

Odra 7

56,00

-

-

1,69

20,48

-

21,83

Odra 7

61,40

-

-

7,56

4,83

26,20

0,01

Odra 7

52,40

2,13

-

8,03

10,48

26,94

0,02

Heřmanice 6

7,50

-

-

-

36,50

-

56,00

Heřmanice 6

65,60

-

-

2,35

6,40

25,60

0,05

Heřmanice 6

58,40

-

-

3,50

12,57

25,50

0,03

Heřmanice 7

19,00

-

-

3,52

28,72

-

51,24

Heřmanice 7

77,75

-

-

2,63

7,44

12,18

0,00

Hermanice 7

69,53

-

-

3,70

14,30

12,47

0,00

Heřmanice 8

32,70

-

-

-

24,08

-

43,22

Heřmanice 8

66,40

-

-

-

21,78

10,30

1,52

Heřmanice 8

65,60

2,40

-

1,64

16,51

12,26

1,59

Hrušov

58,50

1,53

-

3,77

12,95

16,60

6,65

Hrušov

57,10

1,95

2,32

5,54

8,75

19,29

5,05

Hrušov

57,30

2,85

2,47

4,97

6,55

19,87

5,99

Pozn. před zušlechtěním výpal 3,5 hod. výpal 6 hod.

Závěr Vzhledem k těmto uvedeným výsledkům, jsme zavrhli druhý navržený postup průmyslového zušlechťování veškerého (i termicky nemodifikovaného) materiálu v šachtových pecí. Prodloužením doby výpalu skoro na dvojnásobek nepřináší tížený výsledek. Pro stanovení nejoptimálnějšího způsobu separace mulitové složky ze zušlechtěného materiálu je nezbytné stanovit formu výskytu mulitu. Proto jsou v současné době všechny vzorky podrobeny detailní mikropetrografické analýze. Souběžně s těmito pracemi jsou připravovány podklady pro podání průmyslového vzoru - zušlechtění antropogenních porcelanitů pro výrobu ostřiva do křemenného šamotu. Reference [1] ČSN 72 1082. Vypalovací zkoušky keramických surovin. ÚNM Praha, 1986. [2] KRÁLÍK, J. Tepelné změny uhlonosných sedimentů při požárech důlních odvalů a přírodním hoření uhelných slojí. Ostrava: Sborník vědeckých prací VŠB, řada hornickogeologická, roč. 30, č. 1. VŠB, 1984. (171 – 198 s.)

7

8

DÍLČÍ CÍL V002 - NAVRHNOUT STROJNĚ TECHNOLOGICKÉ ZPŮSOBY SDRUŢENÉ VÝROBY UMĚLÉHO KAMENIVA A SUCHÝCH MALTOVÝCH I OMÍTKOVÝCH SMĚSÍ NA BÁZI VEP

DÍLČÍ ZPRÁVA CVVP – I. pololetí 2010 Výzkumný ústav stavebních hmot, a. s., Hněvkovského 30/65 617 00 Brno

Řešitelské týmy: TK – Technologie kamenivo řešené aktivity: A2002, A2003, A2004 vedoucí týmu: Bc. Martin Vyváţil další členové týmu: Aleš Rubek, Věra Bojanovská Soňa Jarošová TM – Technologie malty řešené aktivity: A2006, A2007 vedoucí týmu: Ing. Petr Bibora další členové týmu: Ing. Jaroslava Jančová, Andrea Vančurová SE – Strojní zařízení a ekonomika řešené aktivity: A2008, A2010, vedoucí týmu: Ing. Hana Šimáčková další členové týmu: Mgr. Ing. Martin Nejedlík, Jitka Hladíková LE – Legislativa a ekologie řešené aktivity: A2001, A2005, A2009 vedoucí týmu: Ing. Hana Zezulová další členové týmu: Ing. Karin Ayoubi, Ing. Blanka Hromadová

Garanti: Ing. Jaroslava Ledererová, CSc.: Ing. Hynek Vilam: Ing. Miroslav Svoboda :

Týmy TK a TM Tým SE Tým LE

9

TK – Technologie kamenivo A2002

Optimalizace skladby složek UKS ve vazbě na vyráběný typ (KABET, KARIT a KATIL)

V návaznosti na rok 2009 bylo pokračováno v ověření technologické vhodnosti popílku pro výrobu umělého kameniva pro tepelně izolační zásypové vrstvy a další aplikace. Byly vybrány tři druhy popílku z vysokoteplotního spalovaní s označením PKL 1136/1, PKL 768/1, PK 763/1. Byla zvolena kombinace směsi vysokoteplotního popílku s expandovaným perlitem. Pouţitím expandovaného perlitu ve směsi bylo docíleno sníţení objemové hmotnosti a součinitele tepelné vodivosti. Z dosaţených výsledků byly vybrány dva druhy popílku z vysokoteplotního spalování s označením PKL 1136/1, PKL 768/1. K jednotlivým směsím vysokoteplotního popílku a expandovaného perlitu bylo přidáváno alternativní pojivo (fluidní filtrový popílek) k dosaţení potřebné pevnosti. Na zkompaktované směsi (zkušebním tělese) byly sledovány pevnostní charakteristiky (pevnost v tlaku, pevnost v příčném tahu) a objemové hmotnosti v intervalu 7 a 28 dní. Zkušební tělesa ( válečky o průměru 36 mm) byla uloţena ve vlhkém prostředí. Dále byly měřeny tepelné izolační vlastnosti kompaktované směsi. Zvolené kombinace směsi a dosaţené výsledky pevnostních charakteristik a objemové hmotnosti v intervalu 7 a 28 dní zkušebních laboratorních kompaktovaných těles uvádí tabulka č. 1. Tabulka č. 1: Hodnoty pevnostních charakteristik a objemové hmotnosti Označení směsi Jednotlivé sloţky Vysokoteplotní popílek PKL-1136/1 Vysokoteplotní popílek PKL-768/1 Expandovaný perlit OM 1180/1 Fluidní popílek filtr PFF 1211/1 Objemová hmotnost v suchém stavu [kg/m3] Objemová hmotnost po vyrobení [kg/m3]

PI 10

PI 10/1

85 10 5 1083 1476

75 10 15 1068 1466

Pevnost v tlaku [MPa] Pevnost v příčném tahu [MPa] Objemová hmotnost [kg/m3]

0,7 0,10 1431

1,5 0,19 1380

Pevnost v tlaku [MPa] Pevnost v příčném tahu [MPa] Objemová hmotnost [kg/m3]

0,8 0,12 1416

2,0 0,30 1322

PI 10/2 DI 10 [% objemových] 80 85 10 10 10 5 1073 1323 1463 1623 po 7 dnech 1,4 0,7 0,16 0,08 1400 1597 po 28 dnech 1,6 1,9 0,18 0,20 1292 1588

DI 10/1

DI 10/2

75 10 15 1267 1652

80 10 10 1303 1650

1,0 0,11 1582

0,9 0,11 1607

3,4 0,34 1572

2,8 0,29 1528

Objemová hmotnost a tepelná vodivost Měření tepelné vodivosti směsí se provádělo na zkušebním tělese - kompaktovaném válci o průměru cca 150 mm a výšce 90 mm pomocí jehlové sondy v suchém stavu. Naměřené hodnoty tepelné vodivosti a suché objemové hmotnosti jsou v tabulce č. 2. Tabulka č. 2: Hodnoty tepelné vodivosti a objemové hmotnosti

10

Označení směsi

součinitel tepelné vodivosti λ [W.m-1.K-1]

objemová hmotnost [kg/m3]

PI 10 PI 10/1 PI 10/2

0,132 0,123 0,120

941 905 918

DI 10 DI 10/1 DI 10/2

0,171 0,163 0,168

1277 1231 1287


Závěr Směs popílku z vysokoteplotního spalování s označením PKL 768/1 a expandovaného perlitu s přídavkem alternativního pojiva dosahuje vyšších pevnostních charakteristik po 28 dnech, ale i vyšší objemové hmotnosti související s vyšší tepelnou vodivostí, oproti směsi popílku z vysokoteplotního spalováním s označením PKL 1136/1. Dále bude provedeno porovnání dlouhodobých zkoušek (mrazuvzdornosti) a vyhodnocení závislosti mezi laboratorními zkouškami a poloprovozními zkouškami. A2003

Poloprovozní zkoušky výroby různých typů UKS a ověřování požadovaných vlastností k cíli užití

Byly zahájeny poloprovozní zkoušky s recepturami navrţenými v rámci aktivity A2002. A2004

Laboratorní zkoušky výroby betonu s jednotlivými typy UKS a ověřování vlastností zkušebních vzorků vyrobeného betonu s podílem VEP

V průběhu celého roku 2009 probíhalo ověřování technologické vhodnosti kameniva na bázi popílku pro mezerovité betony. Dále hledání optimálního obsahu umělého kameniva s frakcí 4/8 mm a kombinací 4/8, 8/16 mm s pouţitím minimálního obsahu cementu 200 kg/m3. Byly navrţeny základní receptury pro mezerovitý beton a srovnány s betonem s keramickým kamenivem Liapor. Pro první návrh základní receptury bylo pouţito kamenivo na bázi popílku z vysokoteplotního spalování receptury 15 (sloţení 75 % hm. vysokoteplotního popílku + 20 % hm. mletého fluidního loţe + 5 % hm. vápna) a receptury 16 (sloţení 70 % hm. vysokoteplotního popílku + 20 % hm. mletého fluidního loţe + 10 % hm. vápna). Pro sloţení receptury bylo pouţito dávkování umělého kameniva v poměru 0,75 frakce 8/16 mm a 0,35 frakce 4/8 mm. Pro další aplikaci umělého kameniva na bázi popílku do mezerovitého betonu bylo vybráno umělé kamenivo na bázi popílku z vysokoteplotního spalování receptura 7 (sloţení 85 % hm. vysokoteplotního popílku + 15 % hm. cementu CEM II 32,5). Do mezerovitého betonu byly pouţity jednotlivě tři druhy vláken, a to STRUX 90/40, Forta Ferro, BeneSteel 55, jedná se o polymerová vlákna. S moţností pouţití vláken je částečné navýšení pevností v tahu spojeno do jisté míry s pokusem o odstranění křehkého porušení mezerovitého betonu. Pro sloţení receptury bylo pouţito dávkování umělého kameniva v poměru 0,7 frakce 8/16 mm a 0,3 frakce 4/8 mm na 1 m3 betonu. V návaznosti na rok 2009 bylo pokračováno v aplikaci umělého kameniva na bázi popílku do mezerovitého betonu. Bylo vybráno umělé kamenivo na bázi popílku z vysokoteplotního spalování receptura 7. Sloţení receptury vycházelo s ČSN 73 6124 -2 Stavba vozovek – Vrstvy ze směsi stmelených hydraulickými pojivy – Část 2: Mezerovitý beton. Pro sloţení receptur bylo pouţito hrubé kamenivo frakce 8/16 mm a jemné kamenivo frakce 0/4 mm s obsahem cementu 250 kg/m3. Mezerovitý beton s hrubým umělým kamenivem na bázi popílku byl opět srovnáván s betonem s keramickým kamenivem Liapor. Dalším srovnáním je s betonem s přírodním kamenivem Bratčice. Návrh sloţení receptury pro mezerovitý beton (standard) s přírodním kamenivem uvádí tabulka č. 3. Návrh sloţení receptury pro mezerovitý beton s umělým kamenivem na bázi popílku z vysokoteplotního spalování uvádí tabulka č. 4. Návrh sloţení receptury pro mezerovitý beton s keramickým kamenivem Liapor uvádí tabulka č. 5.

11

Tabulka č. 3: Sloţení receptury pro mezerovitý beton s přírodním kamenivem Kamenivo Bratčice 0/4 mm Označení dávka [kg] S

200

Hrubé kamenivo Bratčice 8/16 mm sypná hmotnost dávka [m3] [kg/m3] 1363 1363

Cement 42,5

Voda

dávka [kg]

dávka [l]

250

105

Tabulka č. 4: Sloţení receptury pro mezerovitý beton s umělým kamenivem na bázi popílku z vysokoteplotního spalování Kamenivo Bratčice 0/4 mm Označení dávka [kg] P

200

Umělé kamenivo na bázi popílku 8/16 mm sypná hmotnost dávka [m3] [kg/m3] 773 773

Cement 42,5

Voda

dávka [kg]

dávka [l]

250

105

Tabulka č. 5: Sloţení receptury pro mezerovitý beton s keramickým kamenivem Liapor Kamenivo Bratčice 0/4 mm Označení

dávka [kg]

L

200

Liapor 8/16 mm sypná hmotnost dávka [kg] [kg/m3] 332 332

Cement 42,5

Voda

dávka [kg]

dávka [l]

250

105

Na mezerovitých betonech byly sledovány pevnosti v tlaku, v tahu ohybem, pevnost v příčném tahu, objemová hmotnost a objemové změny, a to na laboratorních vzorcích - kostkách 150 x150 x 150 mm, trámcích 100 x 100 x 400 mm. Laboratorní vzorky byly uloţeny ve vlhkém uloţení, kromě vzorku pro stanovení objemových změn, které byly uloţeny ve vodním uloţení. Pevnost v tlaku byla zkoušena podle normy ČSN EN 1354 Stanovení pevnosti v tlaku mezerovitého betonu z pórovitého kameniva. Pevnost v ohybu dle ČSN EN 1521 Stanovení pevnosti v ohybu mezerovitého betonu z pórovitého kameniva. Pevnost v příčném tahu dle ČSN EN 12390-6 Zkoušení ztvrdlého betonu-Část 6: Pevnost v příčném tahu zkušebních těles. Stanovení objemových změn betonu dle ČSN 73 1320, Pevnosti v tlaku, ohybu a příčném tahu byly stanoveny v suchém stavu. Pevnostní charakteristiky Pevnosti mezerovitého betonu v tlaku a pevnosti v tahu ohybem po 28 dnech znázorňuje obrázek č. 1.

Pevnostní charakteristiky mezerovitého betonu Pevnost v tlaku [MPa] 14,0 12,3

Pevnost v tlaku

Pevnost v tahu ohybem

Pevnost v tahu ohybem [MPa] 10,0

12,0 10,0

8,0

8,0

6,0

6,0 4,0 2,0

2,7

3,6

3,0

1,7

1,7

s umělým kamenivem na bázi popílku

s umělým kamenivem Liapor

4,0 2,0

0,0

0,0 s přírodním kamenivem

Obrázek č. 1: Pevnosti mezerovitého betonu v tlaku a pevnosti v tahu ohybem

12


Mezerovitý beton s přírodním kamenivem dosahuje pevnosti v tlaku po 28 dnech 12,3 MPa. Mezerovitý beton s umělým kamenivem na bázi popílku vykazuje niţších hodnot pevnosti v tlaku, a to 3,6 MPa. Obdobně je tomu u mezerovitého betonu s Liaporem, kde dosahujeme pevnosti v tlaku 3,0 MPa. Objemová hmotnost Objemovou hmotnost mezerovitého betonu po vyrobení, v přirozeném stavu po 28 dnech a v suchém stavu znázorňuje obrázek č. 2.

Obrázek č. 2: Objemová hmotnost mezerovitého betonu

Vliv vodního uložení na objemové změny mezerovitého betonu Pro ověřování technologické vhodnosti kameniva na bázi popílku pro mezerovité betony byly vyrobeny sady zkušebních těles rozměru 100 x 100 x 400 mm osazené kontakty pro měření objemových změn. Vyrobená zkušební tělesa standardní receptury s přírodním kamenivem i receptury s umělým kamenivem na bázi popílku a z umělého kameniva Liapor byla uloţena ve vodném prostředí. Průběţné výsledky jsou uvedeny na obrázku č. 3.

Časová závislost objemových změn mezerovitého betonu 0,3 0,2

mm/m

0,1 0

-0,1

0 den

5 den

7 den

14 den

21 den

28 den

s umělým kamenivem na bázi popílku s umělým kamenivem Liapor s přírodním kamenivem

-0,2 -0,3 -0,4

Obrázek č. 3: Objemové změny mezerovitého betonu

13

Standardní mezerovitý beton s přírodním kamenivem vykázal počáteční smrštění, a dále následuje neměnný stav. Lze konstatovat, ţe mezerovitý beton s umělým kamenivem na bázi popílku a s umělým kamenivem Liapor, způsobil výraznější objemové změny oproti standardní receptuře. Závěr Mezerovité betony s umělým kamenivem na bázi popílku i s umělým kamenivem Liapor vykazují výrazně niţší pevnosti v tlaku, po 28 dnech, oproti mezerovitému betonu s přírodním kamenivem. Mezerovitý beton s umělým kamenivem na bázi popílku i s umělým kamenivem Liapor vykazuje objemové změny oproti mezerovitému betonu s přírodním kamenivem. Budou navrţeny další receptury mezerovitého betonu s kamenivem frakce 4/8 mm a následné vhodné kombinace kameniva frakce 4/8, 8/16 mm s obsahem 250 kg/m3.

14


TM – Technologie malty A2006 Optimalizace skladby složek SOMS na bázi VEP 1. Úvod Pro zabudování do maltové směsi byly zvoleny 4 popílky z fluidního spalování z filtrů, které byly pouţity jako částečná náhrada stávajícího pojiva. Před jejich uţitím do maltových směsí byly popílky podrobeny posouzení vhodnosti pro pouţití do maltových směsí. Vhodnost se hodnotí na základě chemické, technologické a ekologické analýzy. Zkoušky a jejich limitní hodnoty jsou stanoveny v normě ČSN 72 2081-9 určené pro fluidní popele a popílky pro výrobu suchých maltových směsí. Zkušební metody pak shrnuje norma ČSN 72 2080. Po analýze vybraných popílků bylo navrţeno sloţení zkušebních maltových směsí, kde vţdy jeden ze zvolených popílků nahrazoval většinu pouţitého cementu. V referenční směsi tvořila pojící sloţku kombinace 20 % cementu s 5 % vápenného hydrátu. Na směsích byly stanoveny základní fyzikálně mechanické parametry, přídrţnost a dále pak mrazuvzdornost. Pro srovnání jsou zde uvedeny i vlastnosti směsí, kde byl pojivem pouze cement či pouze vápenný hydrát. Vzhledem k tomu, ţe pouţití navrhovaných maltových směsí je směřováno pro jádrové omítání, byla pro srovnání zkoušena i komerční maltová směs určená pro jádrové omítky. 2. Chemická, technologická a ekologická vhodnost popílků V tabulce č. 1 jsou uvedeny výsledky zkoušek, na jejichţ základě je posuzována vhodnost uţití popílků z fluidního spalování do suchých maltových směsí. Hodnocení je rozděleno na část chemickou, technologickou a ekologickou. Chemické posuzování je prováděno přímo na vzorcích popílků. Pro technologické a ekologické zkoušky byly zhotoveny vzorky ze směsí, kde pojivo tvoří ¼ celkové hmotnosti směsi a 75 % hm. cementu je nahrazeno jedním ze zvolených popílků. Tab. č. 1: Charakteristiky popílků z fluid. spalování a maltových směsí, v nichţ jsou uplatněny Název zkoušky

Jedn. Kritérium Pf 72/1 Chemické zkoušky Ztráta sušením % hm. Max 2 0,31 Ztráta ţíháním při tepl. 850 °C % hm. Max 5 1,99 Obsah celkové síry (jako SO3) % hm. Max 12 4,15 Obsah síranové síry % hm. Max 12 3,89 Obsah volného CaO % hm. Max 10 3,46 Fyzikální zkoušky Zrnitost (celk. zbytek na sítě 4 mm)1) % hm. Max 0,5 0 Počátek tuhnutí směsi FPP s cemen.2) minuty Min 30 490 Konce tuhnutí směsi FPP s cemen.2) minuty Max 600 540 Zkoušky technologické vhodnosti Objemová stálost na cihle2) trhlina ne Objemová stálost koláčkovou zkouškou2) trhlina a ne deform.

PFF 1211/1

PFF 811/1

PFF 41/1

0,13 3,97 11,96 11,94 7,02

0,28 10,86 5,2 5,19 5,24

0,23 2,62 9,81 9,73 5,68

0 340 390

0 390 410

0 290 380

ne

ne

ano

ne

ne

ne

Zvolené popílky ne vždy vyhovují kritériím stanoveným v normě. V případě dvou z celkového počtu čtyř zvolených popílků jsou překročeny limitní hodnoty chemického složení, především zvýšený obsah síranů či ztráty žíhání. Přesto se lze domnívat, že jejich užití do maltových směsí je možné. Je však nutné zvolit vhodné množství popílku nahrazující stávající pojiva, podrobit výsledné směsi všestrannému posouzení vlastností a věnovat zvýšenou pozornost především těm vlastnostem, na které mohou mít složky překračující limitní hodnoty stanovené normou negativní vliv. Týká se to především objemových změn a trvanlivosti.

15

Zkoušky, na základě nichţ bude posuzována ekologická vhodnost, probíhají v součastné době. Týká se to stanovení obsahu škodlivin ve výluhu, ekotoxikologie a hmotnostní aktivity radionuklidů. Poslední ze zmiňovaných zkoušek prováděna na maltových směsích nebude a to z toho důvodu, ţe samotné popílky nepřesahovali ve zjišťovaných parametrech limitní hodnoty. Lze se tedy domnívat, ţe ani samotné maltové směsi, v nichţ jsou tyto popílky uplatněny v malém mnoţství, tyto hranice nepřekročí. 3. Navržené maltové směsi Receptury jednotlivých směsí uvádí tab. č. 2. V referenční směsi, kde bylo pojivo sloţeno z 20 % cementu a 5 % vápenného hydrátu, byla většina cementu nahrazena jedním ze zvolených popílků fluidního spalování (PFF 41/1; PFF 1211/1; PFF 811/1; Pf 72/1). Vápenný hydrát zůstal konstantní a to z toho důvodu, ţe má pozitivní vliv na technologické a mechanické vlastnosti výsledné směsi. Dále byla přidávána provzdušňující přísada kvůli sníţení objemové hmotnosti směsí. Mnoţství vody bylo dáno konstantní hodnotou konzistence stanovené rozlitím pomocí setřásacího stolku. Tabulka č. 2: Sloţení maltových směsí Jednotlivé složky Popílek fluidního spalování Cement I 42,5 R Vápenný hydrát Těţený písek 0-4 Provzdušň. přísada (ze ss)

Vápenná 25 75 0,05

Receptury [% hmot.] Cementová Cem-váp 25 20 5 75 75 0,05 0,05

S popílkem 18,75 1,25 5 75 0,05

4. Výsledky a jejich hodnocení Maltové směsi byly podrobeny standardním zkouškám. Na čerstvých maltách byla stanovena konzistence rozlitím pomocí setřásacího stolku a objemová hmotnost. Na zatvrdlých vzorcích byly zjišťovány pevnost v tahu za ohybu a v tlaku, objemová hmotnost, objemová stálost, přídrţnost, kapilární vzlínavost a mrazuvzdornost. Získané výsledky jsou shrnuty v tabulkách č. 3 a 4. Tabulka č. 3: Vlastnosti referenčních maltových směsí

Vodní souč. (v/suchá směs) Objemová hm. čerstvé malty. Pevnost v tlaku Pevnost v tahu za ohybu Pevnost v tlaku Pevnost v tahu za ohybu Objemová hmotnost Přídrţnost Kapilární absorpce Objemová stálost koláčkem

16

Komerční Vápenná Cementová Vlastnosti čerstvé malty 0,17 0,28 0,16 kg/m3 1550 1790 1680 Vlastnosti po 7 dnech zrání MPa 0,5 0,07 3,6 MPa 0,4 0,12 1,5 Vlastnosti po 28 dnech zrání MPa 1,3 0,35 5,3 MPa 0,5 0,16 2,0 kg/m3 1510 1630 1540 MPa 0,07 0,05 0,19 2 0,5 kg/m .min 0,48 bez trhlin a bez trhlin a bez trhlin a deformací deformací deformací

Cem-váp 0,18 1750 3,3 1,2 5,4 1,7 1610 0,16 bez trhlin a deformací


Tabulka č. 4: Vlastnosti maltových směsí s obsahem popílku Pf 72/1 PFF 1211/1 Vlastnosti čerstvé malty 0,29 0,21 kg/m3 1600 1660 Vlastnosti po 7 dnech zrání MPa 1,1 2,0 MPa 0,7 0,5 Vlastnosti po 28 dnech zrání MPa 2,7 6,1 MPa 1,0 2,4 kg/m3 1540 1670 MPa 0,03 0,08 kg/m2.min0,5 0,32 bez trhlin a bez trhlin a deformací deformací

Vodní souč. (v/suchá směs) Objemová hm. čerstvé malty. Pevnost v tlaku Pevnost v tahu za ohybu Pevnost v tlaku Pevnost v tahu za ohybu Objemová hmotnost Přídrţnost Kapilární absorpce Objemová stálost koláčkem

PFF 811/1

PFF 41/1

0,21 2110

0,25 1540

2,0 0,4

0,5 0,1

10,4 3,1 2030 0,15 0,34 bez trhlin a deformací

3,3 1,5 1500 0,17 0,14 malá trhlina

Pevnosti směsi s popílkem mají oproti směsím obsahujících cement niţší počáteční pevnosti, výraznější je to u pevnosti v tahu za ohybu. Po 28 dnech zrání dosahuje srovnatelných mechanických parametrů pouze směs s popílkem PFF 1211/1. Vysoké hodnoty pevností u směsi s popílkem PFF 811/1 jsou dány nejspíš špatnou účinností provzdušňující přísady. Důkazem toho je i značně vyšší objemová hmotnost, která je nad hranicí 2000 kg/m3. Objemová nestálost nebyla prokázána na ţádném ze zkoušených vzorků. Na klínu ze směsi s popílkem Pf 72/1 vytvořeném na cihelném podkladu se sice trhlina objevila, nicméně na koláčcích vytvořených ze stejné směsi se ţádná vada neprojevila. Na vině můţe být technologická chyba např. špatné navlhčení cihly, čímţ mohlo dojít k rychlému odsátí vody ze směsi. Malých přídrţností bylo dosaţeno u směsí s popílkem PFF 41/1 a PFF 1211/1, přičemţ v druhém případě byla hodnota srovnatelná s hodnotou směsi komerční. Následující grafické znázornění zachycuje srovnání vývoje pevností jednotlivých maltových směsí po 7, 28, a 56 dnech zrání ve vlhkém prostředí. 7 6

14

Pevnost v tahu za ohybu [Mpa]

Pevnost v tlaku [MPa]

12

5

10

4

8

3

6

2

4

1

2

0

0 7d 28d 56d 7d 28d 56d 7d 28d 56d 7d 28d 56d 7d 28d 56d 7d 28d 56d 7d 28d 56d 7d 28d Komerční

vápenná

cementová

cem-váp

PFF 41/1

PFF 1211/1

PFF 811/1

Pf 72/1

Obrázek č. 1: Mechanické vlastnosti maltových směsí

17

Graf na obr. č. 2 zachycuje objemovou hmotnost jednotlivých směsí a mnoţství vody, které bylo potřeba pro dosaţení stejné konzistence. Objemová hmotnost se díky provzdušňující přísadě pohybuje v intervalu 1500-1700 kg/m3. Spotřeba vody je značně vyšší u směsi s popílkem Pf 72/1. Důvodem můţe být vyšší jemnost daného popílku oproti ostatním.

0,6 0,5

Obj. hmotnost [kg/m3]

Vodní součinitel [-]

2400 2000

0,3

1200

0,2

800

0,1

400

PFF 41/1

PFF 811/1

PFF 1211/1

Pf 72/1

0

cem-váp

cementová

0

vápenná

1600

Komerční

0,4

Obrázek č. 2: Fyzikálně technologické vlastnosti maltových směsí

5. Trvanlivost Trámce 40 x 40 x 160 mm vyrobené z navrţených směsí byly dále vystaveny účinkům zmrazování a rozmrazování. Cyklus se skládal ze 4 hodin zmrazování při teplotě -20 °C a 2 hodin rozmrazování ve vodním uloţení při teplotě 20 °C. Po 5, 10, 15 cyklech byly provedeny mechanické zkoušky a z nich vypočítám součinitel mrazuvzdornosti (poměr rozdílu pevností nezmrazovaného a zmrazovaného vzorku ku pevnosti vzorku nezmrazovaného; vyjádřen v %). Malta se pak povaţuje za mrazuvzdornou na ten počet cyklů, při kterém není úbytek pevnosti větší neţ 25 % pevnosti srovnávacích nezmrazovaných vzorků. Tabulka č. 5: Hodnoty součinitele mrazuvzdornosti [%]

5 cyklů 10 cyklů 15 cyklů

Komerční tah tlak 17 -9 13 25 40 100

PFF 1211/1 tah tlak -47 22 1 2 -25 -23

PFF 41/1 tah tlak 10 -3 20 10 17 -3

PFF 811/1 tah tlak 3 0 11 -6 3 3

Pf 72/1 tah tlak -10 14 100 100 -

Na základě kriteria součinitele mrazuvzdornosti lze konstatovat, ţe maltové směsi s obsahem popílků PFF 1211/1, PFF 41/1 i PFF 811/1 jsou mrazuvzdorné na 15 a více cyklů. V některých případech došlo dokonce ke zvýšení pevnosti zmrazovaných vzorků. U směsi s popílkem Pf 72/1 i u komerčně vyráběné jádrové omítky došlo k prvním viditelným poruchám jiţ po 5ti cyklech zmrazování a následně k výraznému poklesu jejich pevností.

18


Na grafech znázorněných na obr. č. 4 a 5 je patrný průběh pevností v tahu za ohybu a v tlaku vzorků teplotně namáhaných a vzorků referenčních, které byly uloţeny ve vlhkém prostředí a byly zkoušeny ve stejnou dobu jako vzorky zmrazované. 5 4,5

Pevnost v tahu za ohybu [MPa] .

4 3,5 3

28 denní referenční (5 cyklů) po 5 cyklech referenční (10 cyklů) po 10 cyklech referenční (15 cyklů) po 15 cyklech 56 denní

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

Komerční

PFF 1211/1

PFF 41/1

PFF 811/1

Pf 72/1

Obrázek č. 3: Pevnost v tahu za ohybu ne/zmrazovaných vzorků

16 14

Pevnost v tlaku [MPa]

12 10

28 denní referenční (5 cyklů) po 5 cyklech referenční (10 cyklů) po 10 cyklech referenční (15 cyklů) po 15 cyklech 56 denní

8 6 4 2 0 Komerční

PFF 1211/1

PFF 41/1

PFF 811/1

Pf 72/1

Obrázek č. 4: Pevnost v tlaku ne/zmrazovaných vzorků

19

6. Závěr V této fázi výzkumu byla provedena analýza zvolených popílků z fluidního spalování pro stanovení vhodnosti jejich uţití do suchých maltových směsí. Z hlediska chemického sloţení překračuje obsah některých sloţek limitní mnoţství stanovené normou určenou pro fluidní popele a popílky do suchých maltových směsí. Zvýšené mnoţství síranů či ztráty ţíhání, které mají vliv především na objemové změny či trvanlivost, se však na zjišťovaných vlastnostech neprojevila. Zkoušky ekologické vhodnosti stále probíhají. Popílky byly zabudovány do maltových směsí, kde zastoupily převáţnou část cementu. Touto náhradou došlo ke sníţení především počátečních pevností stanovených po sedmi dnech zrání. Mechanické vlastnosti po 28 dnech zrání se u směsí s jednotlivými popílky lišily. Z dosaţených výsledků vyplývá, ţe kaţdý popílek funguje ve směsi jinak. Některé maltové směsi dosáhly v měřených hodnotách parametrů srovnatelných s referenčními či komerčně vyráběnou směsí, jiné se naopak v pouţitém mnoţství neprokázaly jako vhodná náhrada. V následujícím období bude pozornost soustředěna na dlouhotrvající zkoušky. Týká se to především sledování změn pevností v delších časových intervalech v souvislosti se strukturálními změnami v maltě. Procesy změn ve struktuře by pak mohly přispět k objasnění vlivu sloţení popílku na výsledné vlastnosti dané maltové směsi. Receptury maltových směsí budou i nadále optimalizovány pro dosaţení vhodných parametrů potřebných pro uplatnění v praxi. A2007 Poloprovozní zkoušky výroby různých typů SOMS a ověřování požadovaných vlastností k cíli užití Byly zahájeny poloprovozní zkoušky s recepturami navrţenými v aktivitě A2006.

20


SE – Strojní zařízení a ekonomika A2008 Strojně technologický ideový návrh sdružené linky na výrobu UKS a SOMS na bázi VEP. Řešení této aktivity bude v souladu s metodikou zahájeno 1.7. 2010. A2010 Ekonomické a ekologické vyhodnocení návrhu sdružené výroby UKS a SOMS na bázi VEP. V roce 2009 byly dokončeny dvě oblasti řešení, kterými byly strojně-technologické a ekonomické návrhy výrobních linek. Jednalo se o optimalizaci samostatné linky na výrobu umělého kameniva za studena a návrh samostatné linky na výrobu suchých omítkových a maltových směsí. V závislosti na skutečnosti, ţe některé části linek jsou shodné pro výrobu obou produktů, se dospělo k rozhodnutí analyzovat moţné uplatnění sdruţené linky vyrábějící kamenivo i SOMS. Pro počáteční rozbor situace byly vyuţity dva modely – SWOT analýza a Porterův model konkurenčních sil. 1) SWOT analýza Cílem vypracování SWOT analýzy bylo identifikovat kladné a záporné faktory, které je třeba při sdruţené výrobě brát v úvahu.

Vnější vlivy

Vnitřní vlivy

+

–

Silné stránky + moţnost okamţité reakce na poţadavky trhu + úspora nákladů na skladování vstupních surovin + úspora strojního zařízení – úspora nákladů na investice + úspora lidských zdrojů + popílek jako alternativa pojiva – úspora nákladů na suroviny

Slabé stránky - proměnlivé vlastnosti VEP - kaţdá z výrob můţe vyţadovat rozdílné vlastnosti popílků - potřeba pravidelného sledování vstupních vlastností VEP - odlišné fyzikální vlastnosti výsledného výrobku oproti klasickému produktu - univerzálnost části strojního zařízení

Příležitosti + obdobná linka zatím nebyla v ČR realizována + následování trendu druhotného vyuţívání surovin a tím pádem ochrana ţivotního prostředí + odstranění potřeby skládkování VEP a tím pádem úspora nákladů

Hrozby - silná konkurence v odvětví SOMS - nedůvěra široké veřejnosti k vyuţívání druhotných surovin z pohledu zdravotní nezávadnosti - splnění poţadavků REACH

2) Porterův model konkurenčních sil Často pouţívaným nástrojem analýzy oborového okolí podniku je Porterův model, který umoţňuje analyzovat konkurenční síly v okolí podniku a odhalit moţné příleţitosti a ohroţení firmy. Model určuje konkurenční situaci ve sledovaném oboru podnikání, která závisí na vzájemném působení pěti základních sil (viz obrázek 1).

21

Riziko vstupu potenciálních konkurentů

Smluvní síla dodavatelů

Konkurenční ring - rivalita mezi stávajícími konkurenty

Smluvní síla odběratelů

Hrozba substitučních výrobků Obrázek 1. Porterův model konkurenčních sil

1) Riziko vstupu potenciálních konkurentů Cílem producenta je uplatnit výrobek na trhu a odlišit se od konkurence, proto je nutné, aby vyráběný produkt dosahoval takových kvalit a parametrů, které nejsou na trhu běţně dostupné. Nějvětší výrobci na českém trhu stavebních materiálů pokrývají široký sortiment SOMS i kameniva. V České republice však neexistuje výrobce, který by kamenivo vyráběl studenou cestou. Problematickou oblastí je rovněţ kapitálová náročnost výroby. Zde se však předpokládá, ţe sdruţená linka přinese oproti oddělené výrobě SOMS a kameniva úsporu potřebného kapitálu. Dalším důleţitým úkolem, kterému čelí producent, je rozhodnutí o způsobu prodeje vlastních výrobků. Jako vhodné řešení se jeví prodej přes obchodní řetězce, který však můţe být spojen s nevýhodnými prodejními podmínkami (tlak na cenu výrobku). Moţný je také přímý prodej SOMS a kameniva větším odběratelům v papírových pytlích na paletách nebo volně v silech. 2) Rivalita mezi stávajícími konkurenty Na českém trhu neexistuje dominantní producent SOMS i kameniva. Podniká zde větší mnoţství různě velkých firem, které nabízejí produkty s obdobnými vlastnostmi. Způsob, jak získat zákazníka, tedy spočívá ve stanovení co nejniţší ceny nebo v odlišení výrobku lepšími technickými vlastnostmi. 3) Smluvní síla odběratelů Skupina odběratelů je značně velikostně rozmanitá, skládá se z velkých stavebních firem i drobných zákazníků. V případě, ţe nabízené SOMS či kamenivo mají obdobné vlastnosti, hlavním rozhodovacím kritériem spotřebitele je cena. Výrobci potom mezi sebou soutěţí a snaţí se zaujmout zákazníka co nejvýhodnějšími cenovými podmínkami. Pokud se však jedná o diferencovanější produkt, bere spotřebitel při rozhodování o nákupu v úvahu i další parametry. Problémem pro menší zákazníky je skutečnost, ţe větší výrobce nebude pravděpodobně ochoten vyhovět jejich případným specifickým poţadavkům na výrobu SOMS či kameniva konkrétních vlastností a v poţadovaném mnoţství.

22


4) Smluvní síla dodavatelů Dodavatelé vstupních surovin pro výrobu SOMS a kameniva tvoří poměrně širokou skupinu, proto není jejich smluvní síla v této oblasti příliš významná. U producentů popílků lze očekávat, ţe upřednostňují odbyt druhotných surovin pro další zpracování, čímţ ušetří náklady za skládkování. 5) Hrozba substitučních výrobků Substitutem výstupu sdruţené linky je běţně prodávaný sortiment SOMS, přírodní kamenivo těţené i drcené, recykláty a umělé kamenivo vyráběné teplou cestou. Ţádný z těchto produktů však není 100% substitutem vzhledem k odlišným technologickým vlastnostem. Velcí výrobci prodávají svoje produkty s cílem vyjít zákazníkům vstříc nízkými cenami, ale nejsou často schopni reagovat na různorodé poţadavky konkrétních spotřebitelů. Po vypracování předchozích dvou analýz lze učinit prvotní závěry o moţném fungování sdruţené linky. Vznik takovéto linky je spojen s řadou rizik a nutností potýkat se se silným konkurenčním prostředím, přesto se sdruţená linka jeví jako zajímavá a výhledově perspektivní varianta výroby. Za její největší přednost je moţné povaţovat flexibilitu výroby, tj. moţnost rychlé reakce na aktuální poţadavky trhu a výroba toho stavebního materiálu (SOMS nebo kamenivo), který je v daném okamţiku spotřebiteli více poptáván a preferován. Další výhodou je větší ochota producenta reagovat na konkrétní speciální poţadavky menších odběratelů, které nebudou pro větší společnosti zajímavé. Plusem této linky můţe být rovněţ jedinečnost společné výroby SOMS a kameniva. Pozitivním faktorem, který by také mohl být oceněn řadou spotřebitelů, je částečné nahrazení přírodních surovin druhotnými materiály z energetického průmyslu. Reference: [1] http://www.vlastnicesta.cz/akademie/marketing/marketing-metody/porteruv-model-konkurencnichsil/ [2] http://lide.fmk.utb.cz/users/kubickova/files/soubory/porter.pdf

23

LE – Legislativa a ekologie A2009 Legislativní požadavky pro využití VEP ve výrobě UKS a SOMS a jejich průběžná aktualizace Jak bylo uvedeno v předchozích zprávách, podmínky vyuţívání vedlejších energetických produktů (dále VEP) závisí na tom, zda se vykazují jako odpad, nebo je snaha uvádět je na trh jako výrobek. V prvním případě se pouţití VEP řídí zákonem o odpadech č. 185/2001 Sb., v platném znění a jeho prováděcími předpisy, které jsou shrnuty v tabulce č. 1. Tabulka č. 1 Některé prováděcí předpisy k zákonu o odpadech č. 185/2001 Sb., v platných zněních Číslo předpisu

Název předpisu

376/2001 Sb. 381/2001 Sb.

Vyhláška o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů Vyhláška, kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů) Vyhláška o podrobnostech nakládání s odpady Vyhláška o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich vyuţívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady

383/2001 Sb. 294/2005 Sb.

Změny v legislativě odpadového hospodářství V odpadové legislativě bylo ve provedeno několik změn. Jednou z nich bylo schválení novely zákona o odpadech, tzv. euronovely, číslo 154/2010 Sb., která vejde v platnost 1. 7. 2010. V tomto předpise jsou zapracovány poţadavky mnoha evropských směrnic, např. odpadové směrnice č. 2008/98/ES, směrnice č. 86/278/EHS o ochraně ţivotního prostředí a zejména půdy při pouţívání kalů z čistíren odpadních vod v zemědělství nebo směrnice č. 2006/21/ES o nakládání s odpady z těţebního průmyslu a o změně směrnice 2004/35/ES., v platných zněních. V „euronovele“ je mimo jiné definována situace, kdy se movitá věc nestává odpadem, ale vedlejším produktem (§3, odstavec 5): „Movitá věc, která vznikla při výrobě, jejímţ prvotním cílem není výroba nebo získání této věci, se nestává odpadem, ale je vedlejším produktem, pokud a) vzniká jako nedílná součást výroby, b) její další vyuţití je zajištěno, c) její další vyuţití je moţné bez dalšího zpracování způsobem jiným, neţ je běţná výrobní praxe, a d) její další vyuţití je v souladu se zvláštními právními předpisy a nepovede k nepříznivým účinkům na ţivotní prostředí nebo lidské zdraví. Dále je v tomto novém předpise uvedeno, za jakých podmínek přestávají být některé druhy odpadu odpadem, jestliţe poté, co byl odpad předmětem některého ze způsobů vyuţití, splňuje tyto podmínky: a) věc se běţně vyuţívá ke konkrétním účelům, b) pro věc existuje trh nebo poptávka, c) věc splňuje technické poţadavky pro konkrétní účely stanovené zvláštními právními předpisy nebo normami pouţitelnými na výrobky a d) vyuţití věci je v souladu se zvláštními právními předpisy a nepovede k nepříznivým dopadům na ţivotní prostředí nebo lidské zdraví.

24


Novelizována byla také vyhláška č. 294/2005 Sb. (viz tab. č. 1), a to nařízením vlády č. 61/2010 Sb. Zde jsou mimo jiné nově definovány základní pojmy, např. inertní odpad, mechanicko-biologická úprava nebo recyklát ze stavebního a demoličního odpadu. Dále jsou zde např. upraveny Obecné technické poţadavky a podmínky pro vyuţívání odpadů na povrchu terénu. Důraz je kladen na stanovení obsahu sušiny. Tímto předpisem je téţ novelizována vyhláška č. 383/2001 Sb.; úprava se týká baterií a akumulátorů. Metodické pokyny, které jsou důleţité pro zkoušení odpadů jsou uvedeny v tabulce č. 2. Tabulka č. 2 Metodické pokyny pro zkoušení odpadů Název pokynu

Vydán

Metodický pokyn odboru odpadů ke stanovení ekotoxicity odpadů Metodický pokyn MŢP ke vzorkování odpadů Metodický pokyn odboru odpadů k hodnocení vyluhovatelnosti odpadů

Věstník MŢP, 4/2007 Věstník MŢP, 4/2008 Věstník MŢP, 12/2002

V současné době se připravuje novelizace Metodického pokynu pro stanovení vyluhovatelnosti a pro stanovení ekotoxicity. Nové pokyny by měly platit od července roku 2010. Případné změny nebo novely budou popsány ve zprávách za další čtvrtletí. V tabulce č. 3 jsou uvedeny některé technické normy, podle kterých se provádí např. stanovení vyluhovatelnosti odpadů nebo příprava k jejich vzorkování. Tabulka č. 3 Některé technické normy specifikující poţadavky na odpad Označení normy ČSN EN 13965-1 ČSN EN 14899 ČSN EN 14735 ČSN EN 12457-4 ČSN EN 12457-3 ČSN EN 12457-2 ČSN EN 12457-1 ČSN EN 12920+A1 ČSN EN 12506 ČSN EN 15309 EA NEN 7371 EA NEN 7375

Název normy Charakterizace odpadů – Názvosloví– Část 1: Názvy a definice vztahující se k materiálu Charakterizace odpadů – Vzorkování odpadů – Zásady přípravy programu vzorkování a jeho pouţití Charakterizace odpadů – Příprava vzorků odpadu pro testy ekotoxicity Charakterizace odpadů - Vyluhování - Ověřovací zkouška vyluhovatelnosti zrnitých odpadů a kalů - Část 4: Jednostupňová vsádková zkouška při poměru kapalné a pevné fáze 10 l/kg pro materiály se zrnitostí menší neţ 10 mm (bez zmenšení velikosti částic, nebo s ním) Charakterizace odpadů - Vyluhování - Ověřovací zkouška vyluhovatelnosti zrnitých odpadů a kalů - Část 3: Dvoustupňová vsádková zkouška při poměrech kapalné a pevné fáze 2 l/kg a 8 l/kg pro materiály s vysokým obsahem sušiny a zrnitostí menší neţ 4 mm (bez zmenšení velikosti částic, nebo s ním) Charakterizace odpadů - Vyluhování - Ověřovací zkouška vyluhovatelnosti zrnitých odpadů a kalů - Část 2: Jednostupňová vsádková zkouška při poměru kapalné a pevné fáze 10 l/kg pro materiály se zrnitostí menší neţ 4 mm (bez zmenšení velikosti částic, nebo s ním) Charakterizace odpadů - Vyluhování - Ověřovací zkouška vyluhovatelnosti zrnitých odpadů a kalů - Část 1: Jednostupňová vsádková zkouška při poměru kapalné a pevné fáze 2 l/kg pro materiály s vysokým obsahem sušiny a zrnitostí menší neţ 4 mm (bez zmenšení velikosti částic, nebo s ním) Charakterizace odpadů - Metodický postup pro stanovení vyluhovatelnosti odpadů za definovaných podmínek Charakterizace odpadů - Analýza výluhů - Stanovení pH, As, Ba, Cd, Cl-, Co, Cr, Cr(VI), Cu, Mo, Ni, NO2-, Pb, celkové S, SO42-, V a Zn Charakterizace odpadů a půd - Stanovení elementárního sloţení metodou rentgenové fluorescence Leaching characteristic of granulat building and waste materials. The determination of the availability of inorganic componets for leaching – “The Maximum Availability Leaching Test Leaching characteristic of moulded or monolitic building and waste materials – Determination of leaching of inorganic components with diffusion test (“The Tank Test“).

25

Pokud je záměrem uvádět odpady na trh jako výrobky, musí být splněny předpisy týkající se poţadavků na výrobky. Základními předpisy pro tuto oblast jsou zákony č. 22/1997 Sb., o technických poţadavcích na výrobky a č. 102/2001 Sb., o obecné bezpečnosti výrobků a o změně některých zákonů (zákon o obecné bezpečnosti výrobků), v platných zněních. Základní prováděcí předpisy k zákonu č. 22/1997 Sb. jsou uvedeny v tabulce č. 4. Zákon č. 102/2001 Sb. má jeden prováděcí předpis, a to nařízení vlády č. 256/2009 Sb., kterým se zakazuje uvádění výrobku obsahujícího dimethyl-fumarát na trh nebo do oběhu. Tabulka č. 4 Některé prováděcí předpisy k zákonu č. 22/1997 Sb., v platných znění

Číslo předpisu

Název předpisu

163/2002 Sb.

Nařízení vlády, kterým se stanoví technické poţadavky na vybrané stavební výrobky Nařízení vlády, kterým se stanoví technické poţadavky na stavební výrobky označované CE

190/2002 Sb.

Změny ve výrobkové legislativě Byly novelizovány oba základní zákony (viz výše), a to zákonem č. 490/2009 Sb., kterým se mění některé zákony v souvislosti s přijetím nařízení Evropského parlamentu a Rady, kterým se stanoví poţadavky na akreditaci a dozor nad trhem, týkající se uvádění výrobků na trh. V současné době stále neexistuje legislativa, která by přímo vymezovala kritéria pro výrobky se zapracovaným odpadem. V praxi se proto postupuje podle výše uvedené odpadové vyhlášky č. 294/2005 Sb., např. v Technických návodech, coţ jsou dokumenty vypracované pro stavební výrobky uvedené v příloze č. 2 nařízení vlády č. 163/2002 Sb. v platném znění (Technický návod 09 11 01 Popílky a směsi s popílkem pro konstrukční vrstvy vozovek a pro násypy a zásypy při stavbě pozemních komunikací a další). O snaze změnit tuto situaci vypovídá řešení např. projektu „Optimalizace technické části certifikačního procesu pro produkty z procesů spalování, zejména z procesů spalování a spoluspalování odpadů, včetně zpracování návrhu části strategického analytického dokumentu pro oblast využívání druhotných surovin jako součást aktualizované surovinové politiky České republiky, zaměřené na vedlejší energetické produkty a stavební materiály“, jehoţ zpracovatelem je VUT Brno, fakulta stavební, nebo projektu „Výzkum skutečných vlastností odpadů považovaných za vhodný zdroj nestandardních surovin ve smyslu současných právních požadavků na ochranu zdraví lidí, životní prostředí“, jehoţ hlavním řešitelem je firma Univerza-SoP, s.r.o.. Výsledkem řešení má být mimo jiné stanovení environmentálně bezpečných kritérií výrobků z VEP zaměřených na sníţení rizik úniku organických látek a těţkých kovů do ţivotního prostředí, včetně ověření postupů a navrţených závazných hodnot při uţitečném nakládání s VEP. A2001 Podmínky a mezní kritéria pro VEP na výrobu umělého kameniva za studena (UKS) a A2005 Podmínky a mezní kritéria pro VEP na výrobu suchých omítkových a maltových směsí (SOMS) Úvod Kromě ekologické vhodnosti musí vedlejší energetické produkty (VEP) splňovat i podmínky technologické. Jejich stanovení se řídí technickými normami. Právní úprava technické normalizace je obsaţena v zákoně č. 22/1997 Sb. o technických poţadavcích na výrobky v platném znění. § 4a říká, ţe česká státní norma (ČSN) stává harmonizovanou českou technickou normou, přejímá-li plně poţadavky stanovené evropskou normou nebo harmonizačním dokumentem, které uznaly orgány Evropského společenství jako harmonizovanou evropskou normu, nebo evropskou normou, která byla jako harmonizovaná evropská norma stanovena v souladu s právem Evropských společenství společnou dohodou notifikovaných osob. 26


V právních předpisech a nařízeních vlády ČR je na tyto normy odkazováno. Jejich pouţívání uţivateli zaručuje naplnění poţadavků legislativy ČR a tedy i jednodušší a kvalifikovanější uplatnění na trhu. Harmonizované a určené normy tvoří cca 1/6 všech v současné době platných ČSN. Vlastnosti VEP pro výrobu umělého kameniva za studena Z technologického hlediska vymezují vlastnosti VEP české technické normy uvedené v tabulce č. 5. Tabulka č. 5 Norma pro stanovení vlastností VEP pro výrobu umělého kameniva za studena Označení normy ČSN 72 2072 - 8

Název normy Popílek pro stavební účely - Část 8: Popílek pro výrobu umělého kameniva za studena a urychleně vytvrzovaného

Tato norma specifikuje stanovení: a) fyzikálních vlastností - sypná hmotnost, zrnitost, měrný povrch b) chemických vlastností - ztráta ţíháním, celková síra jako SO3, volný obsah CaO c) technických poţadavků - pevnost v tlaku, objemová hmotnost, nasákavost d) ekologické vhodnosti - ekotoxicita, hmotností aktivita radionuklidů, obsah látek ve výluhu V současné době se připravuje revize této normy. Vlastnosti VEP pro výrobu suchých omítkových a maltových směsí Z technologického hlediska vymezují vlastnosti VEP české technické normy uvedené v tabulce č. 2. Tabulka č. 2 Normy pro stanovení vlastností VEP související s výrobou suchých omítkových a maltových směsí

Označení normy ČSN 72 2072 - 2

Název normy Popílek pro stavební účely – Část 2: Popílek jako příměs při výrobě malt

Norma specifikuje stanovení: a) fyzikálních vlastností – zkrácení počátku tuhnutí směsi popílku s cementem, prodlouţení konce tuhnutí směsi popílku s cementem, index aktivity (doporučená zkouška) b) chemických vlastností – ztráta sušením, ztráta ţíháním, celková síra jako SO3 c) technických poţadavků - objemová stálost za studena podle změn vzhledu koláčků, objemovou stálostí na cihle podle změn vzhledu zkušební malty nanesené ve tvaru klínu na pálenou cihlu d) ekologické vhodnosti - ekotoxicita, hmotností aktivita radionuklidů, obsah látek ve výluhu V současné době se připravuje revize normy

27

28

DÍLČÍ CÍL V003 - MONITORING A STUDIUM REŢIMU PODZEMNÍCH A DŮLNÍCH VOD – NÁVRH KOMPLEXNÍ DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD

LABORATORNÍ TESTY ELEKTRODIALÝZY Jiří VIDLÁŘ, Radmila KUČEROVÁ, Iva BESTOVÁ, Vojtěch VÁCLAVÍK, Petra MALÍKOVÁ, Jitka HAJDUKOVÁ, Vojtěch DIRNER Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

Dosavadní výzkumné práce prokázaly vysokou účinnost chemického sráţení síranů, ţeleza a dalších iontů i potenciální moţnost komerčního vyuţití čistírenských kalů sledovaných lokalit, nicméně také relativně vysoké náklady na komplexní technologii dočištění důlních vod (vysoká alkalizace a zpětná neutralizace kapalným CO2) a závislost na dnes méně dostupném a tím draţším základním sráţecím činidlu – hlinitanu sodném. Z uvedeného důvodu a pro porovnání výzkum zaměřen na laboratorní testy dočištění důlních vod moderními membránovými technologiemi, konkrétně elektrodialýzou. Tato technologie nezatěţuje čištěnou důlní vodu ţádnými vnesenými chemikáliemi. Postup řešení dílčího cíle v období leden-červen 2010 byl zaměřen na: 1. odběr vzorků důlních vod z lokality ÚDV ČSA a JŠ a ÚDV Vršany; 2. analýza vzorků důlních vod v laboratoři Institutu environmentálního inţenýrství; 3. vyhodnocení získaných výsledků; 4. testy elektrodialýzy na jednotce ED(R)-Z MINI firmy Mega a.s.: - testování průběhu elektrodialýzy se zřetelem na kvalitu diluátu; - testování jednotlivých vzorků důlních vod bez jejich úpravy a s předúpravou filtrací. Odběr vzorků důlních vod a vyhodnocení kvality Vzorky důlních vod byly odebrány v termínech únor, březen 2010. Po odběru byly vzorky důlních vod (v mnoţství 30-50 l) podrobeny chemickému rozboru v laboratoři IEI, VŠB-TU Ostrava. Vybrané ukazatele jakosti těchto vod jsou shrnuty v tabulce 1. Tabulka 1: Charakteristika odebraných vzorků důlních vod UKAZATEL pH zákal vodivost Ca2+ Ca+Mg Mg2+ Fe Mn CHSKCr CHSKMn SO42ClHCO3CO2T RL105* NL105*

ZF mS.cm-1 mg.l-1 mmol.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1

Výstup ÚDV ČSA a JŠ 1 2 8,71 8,47 1,00 <1,00 2,25 2,84 59,32 148,10 3,25 7,57 43,05 95,12 <0,045 <0,045 0,5 0,3 15,15 14,03 2,64 3,21 684,00 1051,00 26,94 51,41 253,15 103,7 182,6 87,12 1430,00 1900,00 44,00 28,00

Výstup ÚDV Vršany 1 7,68 92,50 1,72 104,21 5,15 61,89 <0,045 0 17,90 3,68 473,00 130,99 253,15 131,156 1062,00 32,00

2 6,85 7,50 1,99 158,92 7,14 77,22 <0,045 0 14,73 4,58 798,50 65,23 201,91 174,24 1458,00 4,00

Pozn.:* při analýze byl pouţit membránový filtr prům. 0,4µm

29

Z rozborů vyplývá, ţe kvalita upravených důlních vod je srovnatelná s výsledky monitoringu z předchozích let. Upravená voda je zatíţena nadměrným mnoţstvím RL a vyšší koncentrací iontů SO42-. Testy elektrodialýzy Testy byly provedeny na laboratorní jednotce typu ED(R)-Z MINI. Elektrodialyzační modul se skládá z částí - stahovací desky se zabudovanými elektrodami, iontové heterogenní membrány RELAX, PE rozvaděče, svorníky a rovnací kolíky. Hydraulicky je elektrodialyzér tvořen oddělenými okruhy – diluátový (D), koncentrátový (K) a elektrodový (E). Testy jsou prováděny formou vsádkových cyklů, jejichţ procesní čas je určen konečnou vodivostí diluátu. Postup jednotlivých provedených testů byl následující: 1. Příprava aparatury - kontrola těsnosti – měření úkapů při spuštění po dobu cca 10 minut. 2. Ekvilibrace modulu vyrovnání hladin při nastavení provozních parametrů (cca 30 minut). 3. ED test - do nádrţí nadávkován příslušný objem vzorku (konkrétně 1000 ml vzorku do D a 1000 ml vzorku do K); - do E nadávkováno 250 ml elektrodového roztoku (Na2SO4); - zapnutí přístroje na stejnosměrné napětí (nastavené parametry průtoku cca 30 l.h-1, napětí 12 V); - v časovém intervalu 5 minut zaznamenávány hodnoty pH, vodivost, t, I a U; - analýza výstupů elektrodialýzy (D a K). Výsledky testů elektrodialýzy na vzorcích důlní vody ÚDV ČSA a JŠ Pro testy byly v první řadě pouţity vzorky výše charakterizovaných důlních vod bez jakékoli předúpravy. Poté byly testovány filtrované vzorky (filtrace přes filtrační papír 390). Průběhy testů na důlní vodě ČSA a JŠ jsou znázorněny na obrázku 1 aţ 5. VZOREK 2

VZOREK 1 3

2,5

2,26

2 1,5 1

0,186

0,5

VODIVOST [mS.cm-1]

VODIVOST [mS.cm-1]

3

2,79

2,5

2,7

2 1,5 1

0,16

0,5

0,11

0

0 0

5

10

15

20

25

0

30

5

10

15

20

25

30

35

ČAS [min]

ČAS [min] VZOREK 2

VZOREK 1

VZOREK 2 - předúprava filtrací

Obrázek 1: Změna vodivosti diluátu v závislosti na čase probíhající ED VZOREK 2

3,62 2,23

0

5

10

15

20

25

30

VODIVOST [mS.cm-1]

VODIVOST [mS.cm-1]

VZOREK 1 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

4,76 4,48

2,83 2,78

0

5

10

ČAS [min] VZOREK 1

15

20

VZOREK 2


Obrázek 2: Změna vodivost koncentrátu v závislosti na čase probíhající ED 30

25

ČAS [min]

30

35


VZOREK 1

VZOREK 2

10

10

7,55 7,55

6

pH

pH

8

4

8

8,09

6

7,89

8 7,93

4

2

2

0

0 0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

ČAS [min]

20

25

30

ČAS [min]

VZOREK 1

VZOREK 2


Obrázek 3: Změna pH diluátu v závislosti na čase probíhající ED VZOREK 2 7,11

7,55

pH

pH

VZOREK 1 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

8 7 6 5 4 3 2 1 0

7,24

7,75

7,17

7,75

0

5

10

ČAS [min]

15

20

25

30

35

ČAS [min]

VZOREK 1

VZOREK 2


Obrázek 4: Změna pH koncentrátu v závislosti na čase probíhající ED VZOREK 2

0,35 I [A]

I [A]

VZOREK 1 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

0,04 0

5

10

15

20

25

30

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

0,35 0,29

0,03 0

5

10

ČAS [min] VZOREK 1

15

20

25

30

0,03 35

ČAS [min] VZOREK 2


Obrázek 5: Změna proudu v závislosti na čase probíhajíc ED

Vstup a výstup elektrodialýzy byl podroben chemické analýze. Konkrétně se sledovaly tyto ukazatele: pH, vodivost, zákal, HCO3-, formy CO2, CHSKMn, Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, RL a NL. Vybrané ukazatele vstupu a výstupu elektrodialýzy jsou znázorněny na následujícím obrázku.

31

Ca2+ + Mg2+ 4,76

5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0

4,48

2,79 2,70

0,19 0,16 0,11

8,61

10

8,61

8 6

4

3,25

2,60

2

0,10

0,53

0,35

0 VSTUP

DILUÁT VZOREK 1

VZOREK 2

KONCENTRÁT

VSTUP

VZOREK 2 -předúprava filtrací

2 233,00

VZOREK 2

KONCENTRÁT


Cl2 151,00

2250

108,78107,43

120

2000

100

1500

1 051,00

1250

Cl-[mg.l-1]

1750

1000

DILUÁT VZOREK 1

SO42-

SO42-[mg.l-1]

10,46

12

3,62 2,25

12,56

14

Ca+Mg [mmol.l-1]

VODIVOST [mS.cm-1]

VODIVOST

1 019,50

998,00

684,00

750

500

33,78

250

49,90

71,97

80

51,41 51,41

60

31,38

40

7,27

20

31,80

2,13

1,95

0

0

VSTUP VZOREK 1

DILUÁT VZOREK 2

VSTUP

KONCENTRÁT

DILUÁT

VZOREK 1


VZOREK 2

KONCENTRÁT


RL 3 878 3 944 4000 3500

RL [mg.l-1]

3000

2000

2 340

1 900 1 825

2500

1 474

1500 1000

126 116

500

70

0 VSTUP VZOREK 1

DILUÁT VZOREK 2

KONCENTRÁT


Obrázek 6: Vybrané charakteristiky výstupů ED

Z výsledků testů je zřejmé, ţe v průběhu 30 minut došlo k poklesu koncentrace iontů SO42- v případě vzorku 1 lokality ČSA a JŠ z koncentrace 684 mg.l-1 na koncentraci 33,78 mg.l-1 (účinnost odstranění iontů SO42- cca 95 %). Koncentrace RL v tomto případě poklesla z hodnoty 1 474 mg.l-1 na hodnotu 126 mg.l-1 (účinnost odstranění RL cca 91%). V případě vzorku 2 došlo k poklesu iontů SO42- z hodnoty 1051 mg.l-1 na hodnotu 49,90 mg.l-1 (účinnost odstranění iontů SO42- cca 95 %). Koncentrace RL poklesla z hodnoty 1 900 mg.l-1 na hodnotu 116 mg.l-1 (účinnost odstranění RL cca 94 %). V případě filtrovaného vzorku 2 byly ionty SO42- a RL odstraněny s účinností kolem 96 %. Výsledky testů elektordialýzy na vzorcích důlní vody ÚDV Vršany Pro testy byly v první řadě pouţity vzorek výše charakterizovaných důlních vod bez předúpravy. Poté byly testovány filtrované vzorky (filtrace přes filtrační papír 390). Průběhu testů na důlní vodě Vršany jsou znázorněny na obrázku 7 aţ 11.

32


VZOREK 2

VZOREK 1 2,5

2

1,624

1,5

1,599

1 0,5

0,199 0,187

0 0

5

10

15

20

25

VODIVOST [mS.cm-1]

VODIVOST [mS.cm-1]

2,5

1,949

2

1,953

1,5 1

0,803

0,5

0,7

0 0

30

5

10

VZOREK 1

15

20

25

30

ČAS [min]

ČAS [min] VZOREK 2



Obrázek 7: Změna vodivosti diluátu v závislosti na čase probíhající ED VZOREK 2 3,5

3,48 1,624

2,7

1,606

VODIVOST [mS.cm-1]

VODIVOST [mS.cm-1]

VZOREK 1 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

3,07

3

1,99

2,5 2

2,97

1,949

1,5 1 0,5 0

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

ČAS [min] VZOREK 1

15

20

25

30

ČAS [min]


VZOREK 2


Obrázek 8: Změna vodivosti koncentrátu v závislosti na čase probíhající ED VZOREK 2

7,7

7,04

7,7

pH

pH

VZOREK 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

4,02

0

5

10

15

20

25

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

30

7,93

7,44 7,23

7,72

0

5

10

ČAS [min] VZOREK 1

15

20

25

30

ČAS [min]


VZOREK 2


Obrázek 9: Změna pH diluátu v závislosti na čase probíhající ED VZOREK 2 8,43

7,7 7,25

7,44 pH

pH

VZOREK 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

8,25

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

7,72 7,93

0

6,78

5

ČAS [min] VZOREK 1


10

15

20

25

30

ČAS [min] VZOREK 2


Obrázek 10: Změna pH koncentrátu v závislosti na čase probíhající ED 33

VZOREK 1

0,25

0,26

0,2

0,23

0,3

0,29

0,25

0,26

0,15

0,15

0,13

0,1

0,12

0,1

0,04 0,04

0,05 0 0

VZOREK 2

0,2 I [A]

I [A]

0,3

5

10

15

20

25

0,05 0 0

30

5

ČAS [min] VZOREK 1 - předúprava filtrací

VZOREK 1

10

15 ČAS [min]

VZOREK 2

20

25

30


Obrázek 11: Změna proudu v závislosti na čase probíhající ED

Vstup a výstup elektrodialýzy byl podroben chemické analýze. Konkrétně se sledovaly tyto ukazatele: pH, vodivost, zákal, HCO3-, formy CO2, CHSKMn, Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, RL a NL. Vybrané ukazatele vstupu a výstupu elektrodialýzy jsou znázorněny na následujícím obrázku 12. Ca2+ a Mg2+

VODIVOST 3,48 2,70

3,00 2,50

1,721,60

2,00

1,991,88

1,50

0,650,80

1,00

10,00

0,190,20

0,50 VSTUP

DILUÁT


798,50

3,62

0,43

VZOREK 2

KONCENTRÁT VZOREK 2 - předúprava filtrací

867,50 730,25

798,50

236

250 200

245,50 15,50 170,25 27,25

400

DILUÁT


Cl-

479,00 458,50

200

150

182,62 120,36 126

97,85 59,57

65,23 58,50

100 50

19

22,16 20,92 7,49

0

0 VSTUP

DILUÁT

VSTUP

KONCENTRÁT

VZOREK 1 VZOREK 1 - předúprava filtrací VZOREK 2

VZOREK 1



RL 2 280 1 998 2 298 1 842

2500

RL [mg.l-1]

2000 1500

1 454 1 398 1 052 1 066

1000

465 544

500

144 130

0 VSTUP VZOREK 1


DILUÁT VZOREK 2


Obrázek 12: Vybrané charakteristiky výstupů ED 34

2,192,78

0,64

2,00 VSTUP

1 172,75 1 120,75

1200

SO42- [mg.l-1]

5,52

5,37

4,00

VZOREK 1


SO42-

600

6,00

5,15 5,37

KONCENTRÁT

VZOREK 2

Cl- [mg.l-1]

VZOREK 1

800

7,14

8,00

0,00

0,00

1000

11,67 9,95

12,00

2,92 2,93 Ca+Mg [mmol.l-1]

VODIVOST [mS.cm-1]

3,50

DILUÁT VZOREK 2



Z výsledků testů je zřejmé, ţe v průběhu 30 minut byly ionty SO42- u vzorku 1 odstraněny s účinností cca 97 %. Koncentrace RL v tomto případě poklesla z hodnoty 1 052 mg.l-1 na hodnotu 144 mg.l-1 (účinnost odstranění RL cca 86 %). V případě filtrovaného vzorku 1 byly ionty SO42- odstraněny s účinností kolem 94 % a RL s účinností kolem 88 %. U vzorku 2 došlo k poklesu iontů SO42- s účinností cca 79 % a RL s účinností cca 68 %. V případě filtrovaného vzorku 2 byly ionty SO42- odstraněny s účinností kolem 69 % a RL s účinností cca 61 %. V další etapě budou probíhat ověřovací testy na dalších vzorcích důlní vody z lokality ÚDV ČSA a JŠ a ÚDV Vršany. Termická aktivace čistírenského kalu Část výzkumu je zaměřena na moţnost vyuţití čistírenského kalu z ÚDV ČSA a JŠ. V první řadě byly práce zaměřeny na termickou aktivaci tohoto kalu. Vzorek byl podroben termické úpravě při teplotách 600, 800, 1000 a 1200 °C. Doba nárůstu teploty na teplotu termické aktivace činila 5 hod. Doba termické výdrţe u všech vzorků, činila 30 min. Označení vzorků je uvedeno v tabulce 2. Tabulka 2: Termická aktivace čistírenského kalu Označení vzorku UDV 600 st. C UDV 800 st. C UDV 1000 st. C UDV 1200 st. C

Teplota termické úpravy °C 600 800 1000 1200

Doba termické výdrže (min.) 30 30 30 30

Mineralogické sloţení Upravené vzorky čistírenského kalu z úpravny důlních vod ČSA+JŠ byly po termické aktivaci podrobeny RTG analýze. Výsledky jsou prezentovány na obrázku 13.

Obrázek 13: Výsledky RTG analýzy vzorků čistírenského kalu z úpravny důlních vod ČSA a JŠ, po termické aktivaci. 35

Chemické sloţení Upravené vzorky čistírenského kalu z úpravny důlních vod ČSA+JŠ byly po termické aktivaci podrobeny prvkové analýze metodou rentgenové fluorescenční spektrofotometrie (XRFS). Výsledky jsou prezentovány v tabulce 3. Tabulka 3: Výsledky prvkové analýzy vzorků termicky aktivovaného čistírenského kalu Analyt ztráta ţíháním MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 K 2O CaO TiO2 MnO Fe2O3 V Cr Ni Zn Rb Sr Ba Ce

Jednotka %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. %hmot. mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg

UDV 600 st. C 36,0 3,1 1,9 3,7 <0,1 1,3 0,095 43,8 0,058 1,8 3,3 <10 <10 2170 1620 8 1200 170 11

Označení vzorků UDV 800 st. C UDV 1000 st. C 23,6 8,6 3,2 3,6 1,8 2,0 4,0 4,4 <0,1 <0,1 1,6 1,7 0,109 0,088 53,7 65,9 0,072 0,079 2,2 2,8 3,8 4,4 <10 <10 <10 <10 2540 3040 1930 2280 11 9 1410 1680 210 250 29 27

UDV 1200 st. C 1,5 4,0 2,3 5,0 <0,1 1,7 0,117 71,2 0,094 2,9 4,7 <10 <10 3280 2410 11 1790 270 22

Z výsledků výše uvedeného prvkového rozboru, byl u jednotlivých vzorků, které byly termicky upraveny, vypočten hydraulický modul dle vztahu:

HM

SiO2

CaO Al 2 O3 Fe 2 O3

Vypočtené hodnoty hydraulického modulu jednotlivých vzorků jsou uvedeny v tabulce 4. Tabulka 4: Vypočtené hodnoty hydraulického modulu Označení vzorku UDV 600 st. C UDV 800 st. C UDV 1000 st. C UDV 1200 st. C

Hydraulický modul 4,92 5,59 6,10 5,93

Vzorky čistírenského kalu z úpravny důlních vod ČSA a JŠ, které byly podrobeny termické analýze při teplotách 600, 800, 1000 a 1200 °C a následně RTG difrakci a prvkové analýze XRFS vykazují hydraulický modul v rozmezí 4,92 – 6,10. Jelikoţ pro výpočet hydraulického modulu byl pouţit vztah pro výpočet hydraulického modulu vápna, můţeme konstatovat, ţe testované vzorky odpovídají středně hydraulickému vápnu, u něhoţ se HM = 3 aţ 6. V rámci další etapy výzkumného centra se budeme zabývat hodnocením dalších vzorků čistírenského kalu z úpravny důlních vod ČSA a JŠ z pohledu termické aktivace, RTG difrakce a prvkové analýze XRFS. 36


METODIKA EKONOMICKÉHO HODNOCENÍ 2. čtvrtletí 2010 Jaroslav Dvořáček, Michal Vaněk Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

Úvod Ekonomické hodnocení úpravy důlních vod prováděné v předchozích čtvrtletích ukázalo, ţe se jedná o proces ekonomicky velmi náročný. Prostá neutralizace důlních vod s částečným odstraněním ţeleza zatěţuje provoz úpravny důlních vod 1,58 Kč/m3, neutralizace důlních vod spojená s odstraňováním ţeleza a manganu stojí 6,70 Kč/m3. Odstraňování pouze manganu se zpětnou neutralizaci přijde na 3,52 Kč/m3, částečné odstranění ţeleza a síranů zatíţí náklady 41,74 Kč/m3, odstranění ţeleza, manganu a síranů bude činit 45,29 Kč/m3 v nákladech úpravny důlních vod. Při mnoţství upravované důlní vody v rozmezí 0,6-2,4 mil. m3/rok by produkce kvalitní vody pro komerční účely (ne vody pitné) byla spojena s náklady v řádu desítek milionů korun. Navíc tyto propočty se týkaly pouze úpraven důlních vod a nebraly v úvahu náklady hlavních a pomocných čerpacích stanic. -

Tato situace má v zásadě dvě východiska: hledání dalších způsobů úpravy důlních vod hledání způsobů komerčního vyuţití výstupu z úpraven důlních vod Této problematice bychom se chtěli věnovat v následujících čtvrtletích.

Význam důlních vod pro provoz povrchového uhelného lomu Voda pocházející z atmosférických sráţek, přítomna ve formě podzemní vody v nadloţí, samotném loţisku hnědého uhlí nebo v jeho podloţí má nepříznivý vliv na provozní ukazatele uhelného lomu, ovlivňuje jeho bezpečnost práce i ekonomické výsledky. Povrchové doly jsou obvykle nejhlubším místem v reliéfu krajiny a jsou mimořádně citlivé na přítoky povrchových a podzemních vod. Odvádění důlních vod je základní podmínkou těţební činnosti. Kaţdý lom má proto vytvořenu soustavu odvodňovacích objektů pro řízené odvádění důlních vod z dobývacího prostoru uhelného lomu. Důlní vody jsou definovány zákonem č. 44/1988 Sb., o ochraně a vyuţití nerostného bohatství, (horní zákon) v platném znění v § 40 odst. 1: „Důlními vodami jsou všechny podzemní, povrchové a sráţkové vody, které vnikly do hlubinných nebo povrchových důlních prostorů bez ohledu na to, zda se tak stalo průsakem nebo gravitací z nadloţí, podloţí nebo boku nebo prostým vtékáním sráţkové vody, a to aţ do jejich spojení s jinými stálými povrchovými nebo podzemními vodami“. Horní zákon umoţňuje mimo jiné bezúplatné vyuţívání důlních vod těţební společností a vypouštění nepotřebných důlních vod. Soustava odvodňovacích objektů lomu zabezpečuje předpolí lomu před povrchovými vodami, odvodnění vlastního lomu a vnitřní výsypky. Pro odvodnění předpolí se pouţívá odvodňovacích příkopů, které zabrání proudění vod po ukloněném terénu na skrývku, a to jako příkopy trvalé, které nejsou zasaţeny skrývkou, nebo jako příkopy dočasné, které se likvidují a hloubí v závislosti na postupu prvního skrývkového řezu. Odvodňování skrývkových a uhelných řezů se provádí zpravidla pomocí soustavy otevřených drenáţních příkopů. Odvádění vod se řeší gravitačně spouštěním příčnými příkopy z řezu na řez aţ do retence nebo přečerpáváním pohyblivými čerpacími stanicemi na jednotlivých řezech do retence nebo přímo z lomu potrubím do úpravny důlních vod. Odvodňování odkrytého podloţí, tedy podloţky budoucí vnitřní výsypky, se provádí systémem zakrytých drenáţních příkopů zasypaných odvalovými horninami. Vody ze skrývkových i uhelných řezů, z podloţí a tělesa vnitřní výsypky jsou sváděny do akumulační nádrţe vyhloubené na nejniţším místě lomu. Musí mít dostatečnou kapacitu s ohledem na místní sráţky a

37

přítoky vod. Voda z nádrţe je odčerpávaná čerpacími stanicemi s hlavními a minimálně jedním pomocným čerpadlem pro případ zavodnění hlavního čerpadla a sání. Podle povahy a chemizmu důlních vod jsou zřízeny úpravny důlních vod, upravená voda se vypouští do povrchového toku, měří se její mnoţství a kvalita. Důvodem je skutečnost, ţe způsob a podmínky vypouštění důlních vod do vod povrchových jsou určovány orgány krajského úřadu. Nakládání s důlními vodami v rozporu s tímto povolením nebo v rozporu s příslušnou legislativou je penalizováno. Hydrogeologické poměry zájmové oblasti Ekonomické hodnocení bude vycházet ze skutečných výsledků dvou úpraven důlních vod. Vzhledem k uvolnění citlivých údajů spojených s náklady provozu úpravy důlních vod nepovaţujeme za potřebné tyto úpravny přesněji specifikovat a budeme je označovat pouze jako lokalita 1 a lokalita 2. Hydrogeologické poměry těchto lokalit jsou následující: Lokalita 1: v širším okolí lomu se jako stratigrafické jednotky popisuje krystalinikum, podloţní sedimenty, souvrství uhelných slojí, svrchní meziloţní písky, nadloţní souvrství. K zvodněným horizontům patří: krystalinikum: je tvořeno převáţně rulami, jeho puklinové zvodnění je vázáno převáţně na tektonicky porušené partie. podloţní písky: jsou nejrozsáhlejším zvodněným kolektorem pánve. Jsou napájeny především z kvartérních sutí, jejich zvodnění závisí na mnoţství vody ze sráţkové činnosti a tání sněhu. Jsou středně aţ hrubě zrnité a dobře propustné, mocnost dosahuje aţ 40 metrů. souvrství hnědouhelných slojí: nejsou narušeny předchozí těţbou s výjimkou jediného místa starého dobývání hlubinným dolem. Této situaci odpovídá přírodní propustnost uhelné sloje. svrchní meziloţní písky: jsou uloţeny mezi svrchní a střední uhelnou slojí. Tvoří rozsáhlý komplex kolektorů a izolátorů s proměnlivou mocností a propustností. kvartérní sedimenty tvořené sprašemi, sprašovými hlínami, štěrky a písčito-jílovitými sedimenty mají spíše hydroizolační vlastnosti. Lokalita 2: v lomu se vyskytují tyto zvodněné kolektory: krystalinikum: představuje hydraulicky značně heterogenní, anizotropní, zpravidla slabě zvodněné prostředí. Horniny krystalinika jsou tvořeny rulami, v povrchové zóně jsou postiţeny zvětrávacími procesy. Krystalinická zvodeň je nejpodrobněji sledovaným zvodněným kolektorem širší oblasti. podloţní klastika: jsou tvořena písky, sedimentárními horninami, především pískovci a slepenci s různou velikostí zrn. Celková mocnost dosahuje kolem 20 metrů. Mohou mít jak průlinovou, tak puklinovou propustnost. hnědouhelná sloj: původní hlubinnou těţbou předcházející povrchovému dobývání vznikly volné důlní prostory umoţňující akumulaci vod o značných objemech. Původně nízká propustnost sloje se vlivem hlubinné těţby značně zvýšila. kvartérní pokryv: je tvořen sutěmi a štěrky, jejichţ zvodnění závisí na velikosti částic, mocnosti, obsahu půdy a doplňování sráţkovou činností. Technologický proces úpravy důlních vod Lokalita 1: důlní vody čerpané hlavní a pomocnou čerpací stanicí na úpravnu důlní vody mají zhoršenou kvalitu způsobenou kyselým charakterem vody, vyšším obsahem dvojmocného ţeleza a zvýšeným obsahem nerozpuštěných látek a síranů. Důlní voda je čerpána do směšovací nádrţe, kde probíhá její neutralizace resp. alkalizace. Kyselé důlní vody s hodnotou pH menší neţ 7,5 jsou upravovány přídavkem vápenného mléka, navápněná voda přitéká do dvou za sebou řazených provzdušňovacích nádrţí vybavených jemnobublinnou aerací. Oxidací dvojmocného ţeleza na nerozpustný hydratovaný oxid ţelezitý vzniká suspendovaný kal. Ten sedimentuje ve dvou párech vedle sebe řazených usazovacích nádrţí a je shrabován do kalových studní,

38


odkud je odčerpáván do kalových lagun. Po postupném odvodnění je kal odtěţen a deponován na skládce. Vyčištěná voda odtéká do dosazovacího rybníka, v němţ dochází k usazování zbytkových nerozpuštěných částic. Voda je odváděna příkopem do povrchového toku. Lokalita 2: důlní vody jsou čerpány na úpravnu důlních vod ze dna lomů výtlačným potrubím pomocí čerpacích stanic do tzv. kalových polí. Zde nastává postupná sedimentace nerozpustných látek, voda je pak převáděna do vyrovnávacích nádrţí. Drobné částice jsou z vody vysráţeny flokulantem spolu s ţelezem a manganem v sedimentačních nádrţích. Kal je přečerpán k zahuštění a následnému odvodnění. Sniţování kyselosti důlních vod je prováděno přidáváním hydroxidu vápenného, dávkování vápenné suspenze probíhá v závislosti na vstupních hodnotách kyselosti. Odstraňování ţeleza se provádí převodem dvojmocného ţeleza na nerozpustné trojmocné ţelezo oxidací v aeračních nádrţích s jemnobublinnou aerací. Před vstupem vody do sedimentačních nádrţí je dávkován flokulant pro zajištění účinnějšího sráţení a sedimentace ţeleza. V sedimentačních nádrţích se usazují nerozpustné látky a sraţeniny ţeleza a manganu, vody jsou čerpány do zahušťovací nádoby, kde dochází k odvodnění kalu. Ten je čerpán do kalolisů k dalšímu odvodnění. Podobným způsobem se odstraňuje mangan, nepostačuje však vzdušný kyslík a je nutno pouţít manganistan draselný v prostředí s pH 9-12. Protoţe stávající legislativa nestanovuje limity síranů pro vypouštění důlní vody, na úpravně důlních vod lokality 2 není v současnosti technologie pro sníţení obsahu síranů. Základní ekonomické parametry úpravy důlních vod V minulých čtvrtletích byly uváděny náklady spojené pouze s provozem samotných úpraven důlních vod. Rozdílná úroveň jednicových nákladů vyplývala z rozdílné úpravy důlních vod. Provozní náklady úpraven důlních vod však na obou lokalitách představují menší část nákladů spojených s odvodňováním uhelných lomů. Větší část nákladů je spojena s provozem hlavních a pomocných čerpacích stanic. Zejména jde o poloţky odpisů, osobních nákladů a nákladů na energie. Celkové jednicové náklady se tak podstatně liší od údajů uvedených v úvodu této části. Celkové jednicové náklady za rok 2009 jsou uvedeny v tabulce č. 1. Tabulka č. 1 Celkové jednicové náklady odvodňování lomu [Kč/m3] lokalita 1: úpravna důlních vod čerpací stanice lokalita 1 celkem lokalita 2: úpravna důlních vod čerpací stanice lokalita 2 celkem

1,38 6,96 8,34 8,15 14,50 22,65

Při objemu upravených vod na lokalitě 1 ve výši zhruba 0,8 mil. m3 a 2 mil. m3 na lokalitě 2 se celkové náklady spojené s odvodněním lomu a úpravou důlních vod pohybují na lokalitě 1 v jednotkách milionů korun a na lokalitě 2 v desítkách milionů korun ročně. Je zřejmé, ţe dokonalejší úprava důlních vod – např. odstraňování síranů jinou technologii – tyto jednicové náklady dále zvýší. Naléhavě proto vyvstává otázka komerčního vyuţití takto upravených důlních vod. Literatura [1] Luxa J. a kol.: Doly Bílina. Historie posledního a největšího lomu na Bílinsku. NIS, Teplice 2000. [2] Kryl V., Vavruška O., Milič J., Kaszubová I., Pech K.: Povrchové dobývání loţisek. VŠB-TUO, Ostrava 1997. [3] Pletichová M., Halíř J.: Hydrologické a hydrogeologické posouzení území těţby pro POPD. Odborný posudek, VÚHU Most, 2009. [4] Slivka V. a kol.: Těţba a úprava silikátových surovin. Silikátový svaz, 2002, s. 443. [5] Zákon č. 44/1988 Sb., o ochraně a vyuţití nerostného bohatství (horní zákon). [online]. [cit. 201002-09]. Dostupný z WWW: 39

Aktivity skupiny hydrogeologie: Řešitelský tým Ing. Josef Halíř, Ph.D. Ing. Petr Kalvoda Mgr. Jan Burda Doc. Ing. Naďa Rapantová, CSc. Mgr. Monika Ličbinská Ing. Ondřej Babka

VÚHU a.s. VÚHU a.s. VÚHU a.s. VŠB-TUO, HGF VŠB-TUO, HGF VŠB-TUO, HGF

Výstup: Predikce vývoje chemismu důlních vod lomu J. Šverma a Vršany Dílčí cíle:

Sestavení vodní bilance lomu J.Šverma a Vršany Stanovení podílu dílčích přítoků z jednotlivých kolektorů na celkovém odvodňování lomu Studium reţimu odvodňování a změny podílu přítoků z jednotlivých kolektorů v závislosti na klimatických charakteristikách Hodnocení reţimu a vývoje chemismu dílčích přítoků dle výsledků monitoringu a inverzního modelování vývoje chemismu vod na reakční cestě infiltrace z kvartéru do sloje a drenáţe do lomu.

Stručný popis postupu řešení: 1/ Stanovení povodí lomu J.Šverma a Vršany - hranice, plocha - vodní toky - sráţkové úhrny 2/ Podrobný popis geologických a hydrogeologických poměrů - geologické jednotky - úloţné poměry, mocnosti - specifikace hydraulických parametrů kolektorů - moţnosti, specifika, rizika 3/ Hodnocení režimu odvodňování lomu a jeho optimalizace - odtokové poměry v lomu - vedení vod v lomu - odvodňovací činnost - hydraulický model proudění podzemních vod, odvodňování podloţních písků 4/ Výběr odběrných míst pro monitoring důlních vod - vytipování míst pro odběr vzorků vod - vody sráţkové (neovlivněné důlní činností) - vody z jednotlivých kolektorů - vody z jímky hlavní čerpací stanice (směsné vzorky) 5/ Monitoring chemismu vod J.Šverma a Vršany Odběry vzorků vod – minimálně 10 odběrových míst důlních vod, kde budou realizovány měsíční odběry a analýzy. Kvartálně nutno monitorovat sráţky přímo v oblasti poblíţ lomu. Z toho důvodu a pro hodnocení vodní bilance lomu nutno zakoupit alespoň jeden mobilní sráţkoměr (firmy Fiedler, Noel). Chemické analýzy vzorků vod – standardní chemické analýzy vod (K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Fe2+, Fe3+, Al3+, NH4+, Cl-, SO42-, NO2-, NO3-, PO43-), alkalita, pH, Eh, teplota, konduktivita.

40


Odběry pevných vzorků – nutné pro mineralogicko-petrografickou charakteristiku prostředí, kterým studované vody protékají a rovněţ nutné jako vstupní údaje pro inverzní modelování. Jednalo by se především o kvartérní kolektor a uhelné sloje. 6/ Tvorba databáze chemismu důlních vod lomu J.Šverma a Vršany -

tvorba a doplňování databáze průběţné analýzy

7/ Sestavení vodní bilance lomu J. Šverma a Vršany včetně stanovení podílu dílčích přítoků z jednotlivých kolektorů Na základě reţimních měření, hydraulického modelu proudění podzemních vod, hodnocení odtokových poměrů v lomu, výpočtu evapotranspirace povodí lomu J.Šverma a Vršany bude sestavena vodní bilance lomu. Stanovení podílu dílčích přítoků z jednotlivých kolektorů na celkovém odvodňování lomu bude provedeno na základě monitoringu chemismu dílčích přítoků a směsných vod odvodňovaných a upravovaných. Výpočty mísení vod - inverzní výpočty v programu Kýbl; kontrolně a predikčně v programu PHREEQC. 8/ Studium reţimu odvodňování a změny podílu přítoků z jednotlivých kolektorů v závislosti na klimatických charakteristikách -změny zdrojů v závislosti na změnách klimatických, hydrologických a hydrogeologických parametrů - vypracování scénářů pro hydrologicky extrémní situace 9/ Hodnocení režimu a vývoje chemismu dílčích přítoků důlních vod Bude provedeno na základě výsledků monitoringu a inverzního modelování vývoje chemismu vod na reakční cestě infiltrace z kvartéru do sloje a drenáţe do lomu. Inverzní geochemický model – Workbench - nástroj k objasnění geochemických procesů, ke kterým dochází při průniku vod z kvartérního kolektoru přes uhelné sloje. 10/ Predikce vývoje chemismu důlních vod lomu J. Šverma a Vršany Bude provedena pro scénáře klimatické a technické dle podkladů postupu dobývání resp. ukončení důlní činnosti. Typy výsledků: 1/ Podklady pro výzkum pracovní skupiny prof. Vidláře – predikce vývoje chemismu vod pro úpravu 2/ Publikační činnost Ve druhé etapě řešení byly objektem zájmu dvě hnědouhelné lokality (lom J.Šverma a lom Vršany). Byl zde proveden podrobný popis geologických poměrů a následně pak popsány hydrogeologické poměry obou lokalit. Důraz byl kladen na kolektorské vlastnosti kvartérních sedimentů, svrchních meziloţních písků, uhelné sloje a artésky zvodněného kolektoru podloţních písků. Po konzultaci s Doc. Rapanovou a Mgr. Ličbinskou byla vytypována místa pro odběr vzorků vod k následným chemickým analýzám. Konkrétně se jedná o 9 odběrných míst: pramenní vývěr na úpatí vrchu Ressl, vrt HY392/NP3, vývěr z kvartéru na skrývkový řez lomu, vývěr ze svrchních meziloţních písků na skrývkový řez lomu, vývěr ze svrchních meziloţních písků (kaverna) na skrývkový řez lomu, vývěr z uhelné sloje na těţební řez lomu, vrt STE791/7 do artésky zvodněného kolektoru podloţních písků, jímka hlavní čerpací stanice Vršany a jímka ČOV Hrabák.

41

Na základě plánu monitoringu bude proveden sběr dat a analýza sráţkových úhrnů z meteostanice Kopisty u Mostu a rovněţ sběr dat a analýza sráţkových úhrnů ze sráţkoměrného zařízení, instalovaného přímo v prostoru ČOV Hrabák. V souvislosti s následnou chemickou analýzou vzorků vod byl proveden sběr dat z jiţ provedených odběrů vod z HČS Vršany. V rámci druhé etapa řešení byl rovněţ stanoven soubor chemických ukazatelů, které budou v následujících etapách řešení z odebraných vzorků vod z definovaných devíti odběrných míst laboratorně zjišťovány a průběţně analyzovány.

42

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

Recommend Documents