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 III. etapa 1.10. - 31.12. 2006

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

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

Cílem III. etapy řešení dílčího úkolu V 001 bylo zpracování přehledu o možných energeticky využitelných produktech, které mohou sloužit pro výrobu alternativních paliv. Přehled byl zpracován pro jednotlivé kraje:

Energeticky využitelné produkty v rámci jednotlivých krajů Lubomír CHYTKA, Marcela ŠAFÁŘOVÁ, Pavel SEDLÁČEK, Stanislav MAČEK, Josef VALEŠ

Úvod V úvodu byl vytvořen přehled vybraných druhů odpadů (odpady potencionálně energeticky využitelné) vznikajících v ČR na základě Katalogu odpadů, který je stanoven ve vyhlášce č. 381/2001 Sb. Celkem se jednalo o 54 druhů (kódů) odpadů. Jejich přehled uvádí následující Tabulka 1. Tabulka 1. Přehled vybraných druhů odpadů

Kód odpadu 01 01 02 02 01 03 02 01 04 02 01 07 02 04 02 03 01 01 03 01 05 03 03 01 04 02 09 04 02 10 04 02 21 04 02 22 07 02 13 10 01 25 12 01 05 13 02 05 13 02 06 13 02 07 13 02 08 13 03 06 13 03 07 13 03 10 13 05 01 13 05 02 13 05 03 13 05 06 13 05 07 13 05 08 13 07 01 13 07 02 13 07 03 15 01 06

Název odpadu Odpady z těžby nerudných nerostů Odpad rostlinných pletiv Odpadní plasty (kromě obalů) Odpady z lesnictví Odpad uhličitanu vápenatého Odpadní kůra a korek Piliny, hobliny, odřezky, dřevo, dřevotřískové desky a dýhy, neuvedené pod číslem 03 01 04 Odpadní kůra a dřevo Odpady z kompozitních tkanin (impregnované tkaniny, elastomer, plastomer) Organické hmoty z přírodních produktů (např. tuk, vosk) Odpady z nezpracovaných textilních vláken Odpady ze zpracovaných textilních vláken Plastový odpad Odpady ze skladování a z přípravy paliva pro tepelné elektrárny Plastové hobliny a třísky Nechlorované minerální motorové, převodové a mazací oleje Syntetické motorové, převodové a mazací oleje Snadno biologicky rozložitelné motorové, převodové a mazací oleje Jiné motorové, převodové a mazací oleje Minerální chlorované izolační a teplonosné oleje neuvedené pod číslem 13 03 01 Minerální nechlorované izolační a teplonosné oleje Jiné izolační a teplonosné oleje Pevný podíl z lapáků písku a odlučovačů oleje Kaly z odlučovačů oleje Kaly z lapáků nečistot Olej z odlučovačů oleje

Zaolejovaná voda z odlučovačů oleje Směsi odpadů z lapáku písku a z odlučovačů oleje Topný olej a motorová nafta Motorový benzín Jiná paliva (včetně směsí) Směsné obaly 3

Pokračování tabulky 1. Přehled vybraných druhů odpadů

Kód odpadu 15 01 09 16 01 03 16 01 19 17 02 01 17 02 03 19 06 04 19 06 06 19 08 01 19 08 05 19 08 09 19 12 10 20 01 01 20 01 08 20 01 10 20 01 11 20 01 25 20 01 38 20 01 39 20 02 01 20 03 01 20 03 02 20 03 04

Název odpadu Textilní obaly Pneumatiky Plasty Dřevo Plasty Produkty vyhnívání z anaerobního zpracování komunálního odpadu Produkty vyhnívání z anaerobního zpracování živočišného a rostlinného odpadu Shrabky z česlí Kaly z čištění komunálních odpadních vod Směs tuků a olejů z odlučovače tuků obsahující pouze jedlé oleje a jedlé tuky Spalitelný odpad (palivo vyrobené z odpadu) Papír a lepenka Biologicky rozložitelný odpad z kuchyní a stravoven Oděvy Textilní materiály Jedlý olej a tuk Dřevo neuvedené pod číslem 20 01 37 Plasty Biologicky rozložitelný odpad Směsný komunální odpad Odpad z tržišť Kal ze septiků a žump

Produkce vybraných druhů odpadů Celková produkce vybraných druhů odpadů v ČR za rok 2005 byla 5 259 569 tun, což představuje 14% z celkového množství všech produkovaných odpadů v České republice. Největší měrou na celkové produkci vybraných druhů odpadů se podílí: • • • • • • • • • •

4

Směsný komunální odpad (kód 20 03 01), jehož bylo v roce 2005 vyprodukováno 2 774 083 tun, což představuje 52 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů. Piliny, hobliny, odřezky, dřevo, dřevotřískové desky a dýhy (kód 03 01 05), produkce 364 106 tun za rok 2005 (7% produkce ze všech vybraných druhů odpadů). Kal ze septiků a žump (kód 20 03 04), produkce 239 953 tun za rok 2005 (4,6 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů). Kaly z čištění komunálních odpadních vod (kód 19 08 05), produkce 239 784 tun za rok 2005 (4,6 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů) Papír a lepenka (kód 20 01 01), produkce 239 598 tun za rok 2005 (4,6 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů) Odpad rostlinných pletiv (kód 02 01 03), produkce 234 400 tun za rok 2005 (4,5 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů) Biologicky rozložitelný odpad (kód 20 02 01), produkce 194 609 tun za rok 2005 (3,7 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů). Směsné obaly (kód 15 01 06), produkce 129 964 tun za rok 2005 (2,5 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů). Odpadní kůra a dřevo (kód 03 03 01), produkce 113 955 tun za rok 2005 (2,2 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů). Pneumatiky (kód 16 01 03), produkce 112 559 tun za rok 2005 (2,1 % produkce ze všech vybraných druhů odpadů).


Největší měrou se na produkci vybraných druhů odpadů podílí kraj Středočeský (713 867 tun, 14% z celkové produkce vybraných druhů odpadů), dále kraj Jihomoravský (621 991 tun, 12% z celkové produkce vybraných druhů odpadů), kraj Moravskoslezský (518 245 tun, 10% z celkové produkce vybraných druhů odpadů) a kraj Hlavní město Praha (509 831 tun, 10% z celkové produkce vybraných druhů odpadů). Přehled produkce vybraných druhů odpadů dle jednotlivých krajů je uveden v Tabulce č.2 Tabulka 2. Produkce vybraných druhů odpadů dle jednotlivých krajů

Kraj Hlavní město Praha Středočeský Jihočeský Plzeňský Karlovarský Ústecký Liberecký Královohradecký Pardubický Vysočina Jihomoravský Olomoucký Moravskoslezský Zlínský Celkem

Produkce [tun] 509 831 713 867 392 000 314 184 131 799 483 036 175 541 232 367 224 301 448 871 621 991 275 205 518 245 218 331 5 259 569

Podíl [%] 10 14 7 6 3 9 3 4 4 9 12 5 10 4 100

Přehled nejvýznamnějších odpadů pro jednotlivé regiony Hlavní město Praha 20 03 01 20 01 01 15 01 06

Směsný komunální odpad Papír a lepenka Směsné obaly

312 355 tun 48 527 tun 33 941 tun

Směsný komunální odpad Kal ze septiků a žump Kaly z čištění komunálních OV Odpad rostlinných pletiv

406 745 tun 51 472 tun 48 363 tun 47 735 tun

Směsný komunální odpad Kal ze septiků a žump Odpad rostlinných pletiv Odpady z lesnictví

163 683 tun 47 313 tun 41 940 tun 33 571 tun

Směsný komunální odpad Pneumatiky Papír a lepenka

99 744 tun 48 659 tun 25 963 tun

Středočeský 20 03 01 20 03 04 19 08 05 02 01 03

Jihočeský 20 03 01 20 03 04 02 01 03 02 01 07

Plzeňský 20 03 01 16 01 03 20 01 01

5

Karlovarský 20 03 01 04 02 10

Směsný komunální odpad Organické hmoty z přírodních produktů

83 819 tun 11 938 tun

Směsný komunální odpad Odpadní kůra a dřevo Piliny, hobliny, odřezky, dřevo, dřevotřískové desky a dýhy

228 696 tun 83 371 tun

Směsný komunální odpad Kal ze septiků a žump

117 565 tun 12 381 tun

Ústecký 20 03 01 03 03 01 03 01 05

28 258 tun

Liberecký 20 03 01 20 03 04

Královohradecký 20 03 01 20 01 01 02 01 03

Směsný komunální odpad Papír a lepenka Odpad rostlinných pletiv

145 932 tun 28 935 tun 8 899 tun

Směsný komunální odpad Odpad rostlinných pletiv Odpad uhličitanu vápenatého

119 699 tun 36 256 tun 15 723 tun

Směsný komunální odpad Piliny, hobliny, odřezky, dřevo, dřevotřískové desky a dýhy

112 432 tun

Pardubický 20 03 01 02 01 03 02 04 02

Vysočina 20 03 01 03 01 05

185 612 tun

Jihomoravský 20 03 01 20 02 01 20 03 04 02 01 03

Směsný komunální odpad Biologicky rozložitelný odpad Kal ze septiků a žump Odpad rostlinných pletiv

350 243 tun 80 347 tun 31 979 tun 30 080 tun

Směsný komunální odpad Papír a lepenka Odpady z těžby nerudných nerostů

156 772 tun 22 182 tun 17 502 tun

Olomoucký 20 03 01 20 01 01 01 01 02

Moravskoslezský 20 03 01 20 03 04 19 08 05 20 02 01

Směsný komunální odpad Kal ze septiků a žump Kaly z čištění komunálních odpadních vod Biologicky rozložitelný odpad

310 456 tun 31 081 tun 28 783 tun 27 011 tun

Směsný komunální odpad Piliny, hobliny, odřezky, dřevo, dřevotřískové desky a dýhy Papír a lepenka

135 750 tun

Zlínský 20 03 01 03 01 05 20 01 01

6

22 409 tun 11 620 tun


Nakládání s vybranými druhy odpadů Množství vybraných druhů odpadů, jenž byly odstraněny nebo využity v roce 2005 na území ČR odpovídá hodnotě 4 604 945 tun (Tabulka 3). Tento údaj nezahrnuje dovoz a vývoz odpadů a zůstatky na skladu. Tyto údaje jsou uvedeny v níže uvedených charakteristikách nakládání s odpady podle jednotlivých krajů. Tabulka 3. Množství vybraných druhů odpadů, jenž byly odstraněny nebo využity v roce 2005 na území ČR

Kraj Hlavní město Praha Středočeský Jihočeský Plzeňský Karlovarský Ústecký Liberecký Královohradecký Pardubický Vysočina Jihomoravský Olomoucký Moravskoslezský Zlínský Celkem

Množství [tun] 400 824 728 492 433 242 215 381 145 277 475 371 164 003 153 758 269 428 199 789 486 864 291 314 445 598 195 604 4 604 945

Hlavní město Praha V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 400 824 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 4 912 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 12 580 tun a vyvezeno bylo 26 308 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 215 748 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 176 626 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01) a Směsné obaly (15 01 06). Středočeský V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 728 492 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 54 640 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 325 tun a vyvezeno bylo 741 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 13 401 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 580 990 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01) a Směsné obaly (15 01 06). Jihočeský V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 433 242 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 52 826 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 11 965 tun a vyvezeno bylo 2 405 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 64 304 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 180 330 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Další významné způsoby nakládání v tomto kraji byly Získání/regenerace organických látek, které se

7

nepoužívají jako rozpouštědla (R3), jednalo se o množství 63 682 tun vybraných odpadů, Využití odpadů na terénní úpravy apod. (N1), jednalo se o množství 47 520 tun vybraných odpadů, Kompostování (N13), jednalo se o množství 37 918 tun vybraných odpadů a Aplikace do půdy, která je přínosem pro zemědělství nebo zlepšuje ekologii (R10), jednalo se o množství 29 653 tun vybraných odpadů. Plzeňský V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 215 381 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 3 518 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 3 933 tun a vyvezeno bylo 20 679 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 15 689 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 164 506 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01) a Směsné obaly (15 01 06). Dalším významným způsobem nakládání v tomto kraji byla Aplikace do půdy, která je přínosem pro zemědělství nebo zlepšuje ekologii (R10), jednalo se o množství 16 615 tun vybraných odpadů. Karlovarský V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 145 277 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 3 791 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 2 344 tun a vyvezeno bylo 86 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 1436 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 102 116 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Dalším významným způsobem nakládání v tomto kraji bylo Kompostování (N13), jednalo se o množství 22 697 tun vybraných. Ústecký V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 475 371 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 14 520 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 4 544 tun a vyvezeno bylo 24 901 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 60 468 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 313 613 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01) a Směsné obaly (15 01 06). Další významné způsoby nakládání v tomto kraji byly Kompostování (N13), jednalo se o množství 30 695 tun vybraných odpadů a Získání/regenerace organických látek, které se nepoužívají jako rozpouštědla (R3), jednalo se o množství 29 489 tun vybraných odpadů. Liberecký V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 164 003 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 5 441 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 287 tun a vyvezeno bylo 4 389 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 92 315 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 58 251 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Královohradecký V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 133 531 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 6 947 tun vybraných odpadů. Žádný odpad nebyl vyvezen ani dovezen. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 2 156 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 133 531 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01) a Směsné obaly (15 01 06). Další významné způsoby nakládání v tomto kraji byly Kompostování (N13), jednalo se o množství 4 801 tun vybraných odpadů a Aplikace do půdy, která je přínosem pro zemědělství nebo zlepšuje ekologii (R10), jednalo se o množství 4 860 tun vybraných odpadů.

8


Pardubický V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 269 428 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 7 050 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 3 130 tun a vyvezeno bylo 9 822 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 3 852 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 205 907 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Dalším významným způsobem nakládání v tomto kraji byla Aplikace do půdy, která je přínosem pro zemědělství nebo zlepšuje ekologii (R10), jednalo se o množství 52 591 tun vybraných odpadů. Vysočina V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 199 789 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 3 514 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 504 tun a vyvezeno bylo 13 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 9 712 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 128 208 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Další významné způsoby nakládání v tomto kraji byly Získání/regenerace organických látek, které se nepoužívají jako rozpouštědla (R3), jednalo se o množství 16 795 tun vybraných odpadů a Předání kalů ČOV k použití na zemědělské půdě (N2), jednalo se o množství 13 081 tun vybraných odpadů. Jihomoravský V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 486 864 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 12 740 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 1 790 tun a vyvezeno bylo 14 642 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 116 425 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 246 831 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Další významné způsoby nakládání v tomto kraji byly Získání/regenerace organických látek, které se nepoužívají jako rozpouštědla (R3), jednalo se o množství 41 271 tun vybraných odpadů, Kompostování (N13), jednalo se o množství 32 881 tun vybraných odpadů a Aplikace do půdy, která je přínosem pro zemědělství nebo zlepšuje ekologii (R10), jednalo se o množství 32 285 tun vybraných odpadů. Olomoucký V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 291 314 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 9 373 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 1 263 tun a vyvezeno bylo 6 862 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 4 314 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 191 040 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Dalším významným způsobem nakládání v tomto kraji bylo Kompostování (N13), jednalo se o množství 60 583 tun vybraných odpadů. Moravskoslezský V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 445 598 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 9 787 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 234 tun a vyvezeno bylo 10 189 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 2 186 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 379 661 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Další významným způsobem nakládání v tomto kraji bylo Využití odpadů na terénní úpravy apod. (N1), jednalo se o množství 30 243 tun vybraných odpadů.

9

Zlínský V tomto kraji bylo v roce 2005 využito nebo odstraněno 195 604 tun vybraných druhů odpadů. Zůstatek na skladě činil 7 155 tun vybraných odpadů. Dovezeno bylo 5 715 tun a vyvezeno bylo 47 tun vybraných odpadů. Množství odpadu využitého způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie (R1) bylo 10 682 tun vybraných odpadů. Uloženo na skládku (D1) bylo 143 500 tun vybraných odpadů, přičemž se převážně jednalo o Směsný komunální odpad (20 03 01). Dalším významným způsobem nakládání v tomto kraji byly Získání/regenerace organických látek, které se nepoužívají jako rozpouštědla (R3), jednalo se o množství 20 593 tun vybraných odpadů.

Závěr Celková produkce vybraných druhů odpadů v ČR za rok 2005 byla 5 259 569 tun, což představuje 14% z celkového množství všech produkovaných odpadů v České republice.Největší měrou na celkové produkci vybraných druhů odpadů se podílí Směsný komunální odpad (kód 20 03 01). Největší měrou se na produkci vybraných druhů odpadů podílí kraj Středočeský. Množství vybraných druhů odpadů, jenž byly odstraněny nebo využity v roce 2005 na území ČR odpovídá hodnotě 4 604 945 tun. Skládkováno (D1) bylo 2 975 110 tun vybraných druhů odpadů (65% z celkového množství vybraných druhů odpadů), Využito odpadů způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie bylo 612 688 tun vybraných druhů odpadů (13% z celkového množství vybraných druhů odpadů).

10

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

MODIFIKACE STRUKTURY VERMIKULITŮ A JEJICH NÁSLEDNÝ VÝZKUM Jiří MALIŠ V další části řešení dílčího cíle V002 jsem se rozhodl zaměřit na jeden konkrétní jílový minerál, kterým je vermikulit. Tento jílový minerál je dosti specifický a zajímavý jednak svým postavením v klasifikaci fylosilikátů (tvoří samostatnou skupinu, ve které je jediným zástupcem), dále svými vlastnostmi díky kterým připomíná jak slídy (vzhledem), tak smektity (schopností expanze objemu), výskytem v hrubozrnné, ale i mikrokrystalické podobě, aj. V neposlední řadě je vermikulit zajímavý technickým využitím, které je velmi rozmanité a přestože u nás není dosud příliš běžně používanou surovinou, nalézá díky svým jedinečným vlastnostem uplatnění hlavně v moderních a netradičních materiálech a postupně se prosazuje i v naší republice. Větší množství vermikulitu bylo získáno od firmy Grena a.s., která se zabývá jeho dovozem a průmyslovým zpracováním, další srovnávací materiál byl poskytnut laboratoří VÚCHEM nebo získán vlastním sběrem. Experimentální část práce byla zaměřena na několik cílů: Vymezení možností mikroskopie atomárních sil pro studium povrchů fylosilikátů se zaměřením na výzkum modifikovaných vermikulitů Možnosti expandace a exfoliace struktury vermikulitů Strukturní výzkum interkalovaných vermikulitů Modifikaci struktury vermikulitů interkalací organických molekul v nízkoteplotní tavenině Tato část práce byla prováděna na vzorcích vermikulitů z následujících lokalit: Letovice (Česká republika), Santa Olalla (Španělsko) a Palabora (Jihoafrická republika). V případě prvých dvou lokalit se jedná o pravé Mg-vermikulity s „pravidelnou“ strukturou, v případě vermikulitu z Jihoafrické republiky jde o strukturu smíšenou, jejíž detailní charakteristika pomocí použitých analytických metod je obtížně proveditelná. Vzájemné srovnání chování všech tří vermikulitů při modifikacích struktur tedy není možné. Palabora však v současnosti představuje největší těžené světové ložisko vermikulitu a právě odsud se surovina dováží i do naší republiky. Naproti tomu je lokalita Letovice pouhým mineralogickým výskytem vermikulitu, navíc se jedná o dávno zaniklý lom a v současnosti tedy z této lokality není možné ve větším množství další vzorky získat. Hlavní analytickou metodou použitou pro studium změn ve struktuře vermikulitů byla rentgenová prášková difrakce. Pro studium povrchových struktur modifikovaných vermikulitů byla použita mikroskopie atomárních sil (AFM). Možnosti využití mikroskopie atomárních sil při studiu fylosilikátů Mikroskopie atomárních sil nachází uplatnění při analýzách povrchu vodivých i nevodivých pevných látek. Vzhledem k možnosti přesného stanovení vertikálního rozměru v ose z, je možné AFM využít i v metrologii jako prostředek pro přesná rozměrová měření (BICKMORE et al., 2002) U četných fylosilikátů je velikost zrn blízká rozlišovací schopnosti optického mikroskopu nebo daleko pod ní. Metody AFM je tedy možno použít pro sledování morfologie povrchu fylosilikátů v měřítku řádově nanometrickém (nanomorfologie) (ZBIK, SMART, 1998) a podle prací popsaných v literatuře i v molekulární škále (KUWAHARA, 2001). Obecně vzato je morfologie minerálních povrchů důležitá, protože přímo ovlivňuje rychlost a průběh geochemických reakcí. AFM metodou je možné zobrazit změny na povrchu fylosilikátů po jejich narušení např. kyselinovou aktivací nebo zahřátím. ZHANG a BAILEY (1998) zkoumali a porovnávali reaktivitu bazálních rovin, hran a stupňů čerstvě odštípnutého a zvětralého muskovitu tím, že nechali na povrchu vysrážet roztok PbCl2. Zároveň zkoumali vliv rychlosti sušení vzorku na morfologii povrchu sraženiny. Zjistili, že u čerstvě odštípnutého muskovitu se precipitáty tvořily přednostně rovnoběžně podél hran štěpných ploch a prasklin. Jejich tvar, orientace a 11

velikost souvisely s výškou hran. Podél hrany jediné štěpné plochy s výškou 1nm se utvářely drobné kulovité zárodky krystalů, zatímco podél hrany několika štěpných ploch s výškou 23 nm se tvořily zárodky protáhlé až jehličkovité. Vysvětlení tohoto jevu spočívá v tom, že vzhledem ke vzdálenostem mezi jednotlivými ionty není možné očekávat epitaxní růst precipitátů na ploše štěpných rovin (vzdálenost Pb-Cl je asi 3 Å, vzdálenost Si-O v tetraedru je asi 1,62 Å a vzdálenost O-O je asi 2,64 Å). Zatímco na hranách a stupních dochází k porušení atomárně pravidelného povrchu a k narušení vazeb AlOH-Al. Nukleace, agregace a precipitace PbCl2 je způsobena adsorpcí iontů Pb2+ na koncové skupiny AlOH21/2+ nebo Al-OH1/2-. Naproti tomu hrany štěpných ploch zvětralého muskovitu nevykazovaly takovouto reaktivitu a precipitáty tvořily drobně kulovité zárodky uprostřed štěpných ploch. Sledování povrchů jílových minerálů metodou AFM je poměrně časté, díky jejich dokonalé štěpnosti v rovině (001). Snadnější je potom pozorování těch minerálů, které tvoří větší krystaly (odpadají problémy s jejich přípravou a fixací na vhodnou podložku). Pozorování velmi drobných krystalů fylosilikátů (a drobných částic obecně) je pomocí AFM obtížnější, protože je nutné nanést krystaly na vhodnou podložku a zajistit jejich upevnění a také výška krystalů nesmí přesáhnout hranici snímání mikroskopu v ose Z (0,8 μm resp. 2 μm v závislosti na používaném typu skeneru) (HARTMAN et al., 1990). ZBIK a SMART (1998) v práci popisující nanomorfologii kaolinitových částic sledovanou pomocí AFM, uvádějí také postup přípravy preparátů pro skenování částic pomocí AFM. Do vodní suspenze obsahující kaolinit byly přidány tři kapky amoniaku k rozptýlení shluků částic, suspenze byla umístěná do ultrazvuku a posléze ponechána v klidu sedimentovat ve skleněném válci po dobu 24 hodin. Malé množství suspenze (1-2 kapky) z válce bylo pipetou přeneseno na „atomárně“ plochý povrch slídy (čerstvě odštípnutý) a slída i s částicemi byla několik minut sušena při teplotě 400 °C. Preparát byl „očištěn“ proudem suchého dusíku od slabě přichycených částic. Zbylé částice zůstaly na slídě přichyceny svou bazální rovinou (001). Drobné krystaly kaolinitu popisované v této práci měly laterální rozměry od 50-ti do 650-ti nm. Vhodnost přípravy preparátu z částic výše uvedeným postupem pro pozorování jsem prakticky ověřil. Příklad uvádím i když se nejedná o krystal fylosilikátu, ale o částici přírodního barviva, neboť je na něm zároveň ukázána možnost měření profilů v různých směrech a zároveň se zde projevuje výše zmíněný principiální problém mikroskopie atomárních sil, a to konvoluce snímacího hrotu s povrchem vzorku. V jejím důsledku mají hrany částice na obrázku zaoblený tvar a jejich úklon odpovídá přibližně vrcholovému úhlu hrotu.

Obr. 1 Ukázka měření různě orientovaných profilů částice přírodního barviva a zároveň příklad ovlivnění výsledku (zobrazeného tvaru částice) konvolucí hrotu a povrchu. Skutečný průměr částice je přibližně 155 nm a výška asi 11 nm (měření provedl autor).

Trochu odlišný postup přípravy preparátu nanočástic pro AFM uvádí BICKMORE et al.(2002) Do 3 ml deionizované vody přidává kapku 0,2M NaOH a 0,2mg kaolinitu. Nosnou, podkladovou slídu nechává nahřát a po rozrušení shluků částic v ultrazvuku na ni nanáší kapku suspenze. Zároveň popisuje další 12


oblast použití AFM pro studium fylosilikátů a tou je vyčíslení plochy povrchu jílových částic. Také tito autoři upozorňují na možnou konvoluci hrotu se vzorkem a uvádějí příklad softwaru, kterým je možno konvoluci eliminovat. Vlastní výpočet povrchu částic je poměrně složitý, ale jak uvádí autoři, poskytuje metoda AFM výsledek srovnatelný co do přesnosti například s metodou BET (Brunauer – Emmett – Tellerova metoda stanovení povrchu pevných látek fyzikální adsorpcí plynů) a je dosažitelný rychleji a hlavně s o několik řádů menším množstvím vzorku. Slídou použitou jako nosný podklad pro zachycení nanočástic je syntetický muskovit, dodávaný speciálně pro tyto účely. Příprava preparátů tímto způsobem však není úplně bezproblémová a proto se používají i jiné podkladové materiály pro fixaci a skenování nanočástic. Například lepící páska tzv. „Tacky Dot“ tvořená drobnými kroužky lepidla až do průměru 15 μm, nebo tzv. „Tempfix“, termoplastický adhezivní materiál podobný vosku. Mikrodrsnost obou materiálů je v porovnání s výškou zkoumaných částic obvykle zanedbatelná, bohužel jsou v porovnání s muskovitem jsou několikanásobně dražší. Jako další možné nosné substráty pro nanočástice uvádí BICKMORE et al. (1999) leštěný monokrystal safíru a slídu pokrytou monovrstvou polyethyleniminu (PEI). Oba materiály jsou schopny zachytit nanočástice jílových minerálů na svém povrchu pomocí elektrostatických sil. Povrch safíru vykazuje v pH neutrálním prostředí pozitivní náboj zatímco fylosilikáty jako flogopit nebo vermikulit mají povrchový náboj spíše negativní a jsou tedy zachyceny na povrchu již zmíněnými elektrostatickými silami. Pro jiné fylosilikáty s nábojem nižším, např. montmorillonit nebo kaolinit je tento způsob uchycení nevhodný. Tento nedostatek se neprojevil na povrchu slídy pokryté PEI, pravděpodobně díky vyšší mikrodrsnosti tohoto povrchu. Skenování nanočástic přichycených na povrchu leštěného safíru i na povrchu slídy pokryté PEI bylo prováděno v roztoku deionizované vody a to pouze v poklepovém nekontaktním módu. Částice skenované v roztoku přece jen nejsou na nosném povrchu připevněny natolik pevně, aby vydržely působící laterální síly snímacího hrotu při kontaktním způsobu skenování. Další příklad nosného substrátu uvádí KUWAHARA et al. (1998), který použil leštěnou desku monokrystalického Si pro zachycení a skenování částic lištovitého illitu na vzduchu v kontaktním a poklepovém módu. Velice zajímavou, ale extrémně náročnou oblastí na použitou techniku a interpretaci výsledků je zobrazení povrchu jílových minerálů v molekulární škále pomocí AFM. Štěpná plocha (001) je v mnoha případech u reálných krystalů téměř dokonale atomárně rovná a tudíž vhodná pro zobrazení pomocí AFM. Jako příklad mohou být uvedeny citovány následující práce: HARTMAN, 1990; OCCELLI et al., 1994; BICKMORE et al., 1999; KUWAHARA, 2001 a MARCOS et al., 2004, z jejichž porovnání je zřejmý vývoj v použitých instrumentálních technikách za uplynulých patnáct let, ale taky posun v interpretaci výsledků, od „pouhého“ zobrazení atomů ve starších pracích, k výpočtům meziatomárních vzdáleností, zobrazováním sítí tetraedrů či oktaedrů u minerálů s odlišným chemickým složením, atd. Na jednu stranu se ukázalo, že je možné provádět pozorování v atomárním rozlišení v kontaktním i nekontaktním módu, na vzduchu (není nezbytně nutná vakuová komora) i v roztocích (ačkoliv vliv okolního prostředí není zanedbatelný a všichni autoři shodně uvádějí, že pozorování prováděli výhradně v noci kvůli odstranění vibrací a že na jeden interpretovatelný snímek připadlo i několik set měření). Na druhou stranu však tyto práce zároveň ukazují na jistá omezení mikroskopie atomárních sil. Rozhodně není možné výsledky interpretovat bez znalosti struktury a chemického složení pozorovaného minerálu. Metoda AFM tedy při zobrazování atomárních struktur jílových minerálů může sloužit jako doplněk dalších analytických technik. Experimentální část Experimentální část práce byla prováděna na vzorcích různých vermikulitů. Dva z nich patří mezi tzv. „pravé“ vermikulity. Jedná se o vermikulity z lokalit Letovice, Česká republika a Santa Olalla ve Španělsku. Tyto vzorky patří k Mg-vermikulitům a mají pravidelnou strukturu. Třetí studovaný vzorek vermikulitu pochází z ložiska Palabora ležícího v Jihoafrické republice. Toto ložisko je největším světovým producentem vermikulitu a surovina z něj se exportuje do celého světa a běžně se používá pro přípravu expandovaného materiálu. V případě tohoto vzorku se jedná pravděpodobně o směs různých minerálů obsahující vermikulit v podobě smíšené struktury, jejíž detailní charakteristika pomocí použitých 13

analytických metod je obtížně proveditelná (jak bude dále uvedeno). Čtvrtý zkoumaný vzorek pocházející z lokality Heřmanov, byl použit pouze pro ověření výskytu vermikulitu v zajímavé minerální asociaci. Expanze, dehydratace a rehydratace vermikulitu byla provedena na vzorcích z lokality Letovice, Palabora a Heřmanov. Naproti tomu interkalace vermikulitů organickými molekulami byla provedena na vzorcích z lokalit Letovice, Santa Olalla a Palabora. Vzorky z lokalit Letovice a Santa Olalla představují „čisté“, vyseparované minerály bez cizorodých příměsí. Vzorek z lokality Palabora poskytla firma Grena a.s. Jedná se o surovinu standardně používanou ke komerčním účelům. Vzorek z Heřmanova pochází ze sběrů minerálů prováděných studenty během mineralogicko – petrografických exkurzí a šupiny minerálu byly odděleny z jádra tzv. Heřmanovské koule. Vizuální odlišení vermikulitu od převládajícího flogopitu nebylo možné a vermikulit byl z materiálu vyseparován až po zahřátí na teplotu 1000 °C a jeho expanzi do charakteristických útvarů. Velikostně se od sebe použité vzorky vermikulitů z jednotlivých lokalit lišily. Průměrná velikost částic vermikulitu z lokality Letovice byla 0,2 mm, z lokality Santa Olalla 3 – 5 mm, z lokality Palabora 1 – 2 mm (tedy frakce Fine podle mezinárodního obchodního označování) a částice vermikulitu z Heřmanova měly průměrnou velikost 2 – 3 mm. Strukturní a chemické charakteristiky zkoumaných vermikulitů Krystalochemický vzorec Mg-vermikulitu z Letovic publikoval ve své práci WEISS et al., (1994): (Mg0,35Ca0,01K0,01 . 4,97H2O)(Mg2,39Fe2+0,02 Al0,08Fe3+0,51)(Si2,64Al1,33Ti0,03)O10(OH)2 Krystalochemický vzorec Mg-vermikulitu z lokality Santa Olalla publikoval například DE LA CALLE et al., (1988): (Mg0,39Ca0,02 . 4,7H2O)(Mg2,59Fe2+0,03 Al0,06Fe3+0,24Ti0,08)(Si2,72Al1,28)O10(OH)2 Poněkud odlišné složení Mg-vermikulitu z téže lokality však publikoval PÉREZ – MAQUEDA et al., (2001) a také WIEWIÓRA et al.,(2003): Mg0,439(Mg2,48Fe2+0,036 Al0,14Fe3+0,324Ti0,01 Mn0,01)(Si2,64Al1,36)O10(OH)2 Rozdíl ve složení vermikulitu u obou citovaných vzorců není příliš velký. Ačkoliv na druhém místě citovaní autoři neberou v potaz mezivrstevní vodu, která se u „pravého“ Mg – vermikulitu dá předpokládat a jejíž stanovení není jednoduché (pomocí metody NMR), náboj vrstev na polovinu základní buňky je 0,88 a u prvního autora vychází hodnota 0,82. V tabulce 1 je uvedeno stanovení základních prvků u minerálu z této lokality metodou XRFS. Tab. 1 Složení použitých vzorků vermikulitů stanovené metodou XRFS.

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO P2O5 MnO K2O Na2O SO3

14

Santa Olalla Obsah hm. % 33,22 14,90 3,24 0,36 0,25 22,05 0,19 0,12 1,72 0,12 -

Palabora Obsah hm. % 46,40 8,50 8,31 0,92 1,84 11,30 0,08 0,074 2,12 4,30 0,37


Jak již bylo uvedeno výše, liší se vermikulit z lokality Palabora od předchozích vermikulitů svou strukturou a jak je patrno z tabulky 1, liší se také složením. V mezivrstevním prostoru se namísto kationtu Mg2+ bude zřejmě vyskytovat spíše kationt Ca2+. Vzorec vermikulitu z této lokality publikoval PEREZ – CABALLERO et al., (2000): (Ba0.29K0.14Ca0.08)(Mg2.5Fe2+0.38Fe3+0.09(x)0.03)(Si3.02Al0.79Ti0.05Fe3+0.14)O10(OH,F)2 (pozn. x ve vzorci představuje vakantní pozice) Vzhledem k velikosti ložiska a k předpokládanému různému stupni vermikulitizace v jeho jednotlivých částech lze oprávněně předpokládat, že se místo od místa může složení suroviny z této lokality lišit. a)

b)

c)

d)

Obr. 2 Srovnání difrakčních záznamů minerálů použitých v experimentální části práce, a) Mg – vermikulit, Letovice; b) Mg – vermikulit, Santa – Olalla; c) vermikulit, Palabora; d) neseparovaný materiál z „Heřmanovské koule“ Tab. 2 Naměřené hodnoty difrakcí použitých vzorků minerálů.

Letovice Santa Olalla Heřmanov Palabora (CuKα) Palabora (CoKα) Palabora (CoKα) po sycení glykolem

14,4 14,1 14,27 22,7 23,46 24,53

7,2 7,1 9,92 14,16 14,43 14,38

d00l [Å] 4,8 3,6 4,7 3,5 9,14 4,95 12,3 8,19 12,6 8,4 12,7 8,4

2,9 2,8 3,56 4,68 4,81 4,78

2,4 2,3 3,32 3,51 3,6 3,59

15

Všechny vzorky byly analyzovány metodou RTG práškové difrakce v laboratoři VÚCHEM pomocí difraktometru INEL (Cu katoda 0,154178 nm), vzorek z lokality Palabora a Heřmanov (žíhaný na teplotu 1000 °C) pro kontrolu také na pracovišti Institutu geologického inženýrství difraktometrem Seifert – FPM (Co katoda 0,179026 nm). Difrakční záznamy použitých minerálů jsou uvedeny na obr. 2 a hodnoty jednotlivých bazálních difrakcí v tabulce 2. Vermikulity z Letovic a Santa Olalla představují pravidelně uspořádané struktury. Vynásobením hodnoty bazální difrakce číslem jejího pořadí dostaneme hodnotu první bazální difrakce. Například d003 x 3 = 4,8 x 3 = 14,4 Å což můžeme zapsat také jako d00l ≠ d001/l. V případě vzorku z Palabory toto neplatí a difraktogram je obtížné jednoznačně popsat z hlediska výskytu možných fází. Polohy difrakcí nejsou v racionální (periodické) frekvenci. Na obr. 3 jsou pro srovnání uvedeny difraktogramy neupraveného, glykolovaného a žíhaného vermikulitu z tohoto ložiska. Pík s hodnotou d = 14,43 Å odpovídá pravděpodobně vermikulitu, ale může představovat i smíšenou strukturu biotit/vermikulit. Tomu by napovídala i hodnota 24 Å prvního píku, která by mohla reprezentovat výslednou „superstrukturu“ B/V. Té by patřil i třetí pík s hodnotou 12,6 Å, který po sycení glykolem nevykazuje téměř žádný posun (tím odpadá eventualita, že by představoval smektit, který na sycení glykolem reaguje nárůstem hodnoty až na 17 Å). I horní křivka po žíhání vzorku na 1000 °C ukazuje na částečný kolaps struktury, resp. její vermikulitového podílu a potvrzuje předpoklad, že vzorek je smíšenou strukturou typu biotit/vermikulit. Detailní rozbor takovéto struktury by byl proveditelný pomocí modelování např. programem NEWMOD© .

Obr. 3 Difraktogram neupraveného, glykolovaného a žíhaného vermikulitu z Palabory.

Obr.4 Difraktogram vzorku z Heřmanova. Identifikované píky jsou označeny písmeny. V – vermikulit, F – flogopit. 16


Vzorek z Heřmanova resp. jeho difraktogram je analyzován na obr. 4. Srovnáním hodnot bazálních difrakcí vypočítaných ze záznamu a hodnot difrakcí uvedených v databázi ICSD (viz tab. 3 obsahující minerály pravděpodobně se vyskytující ve vzorcích) byl identifikován převládající flogopit (na záznamu jsou zachyceny difrakce d001 až d005) a vermikulit (na záznamu jsou patrné difrakce d001, d004 a d005). Tab.3 Hodnoty bazálních difrakcí d00l [Å] vybraných fylosilikátů vypočítané podle záznamů databáze ICSD.

dioktaedrický chlorit

d00l

vermikulit

001

14,33

14,128

002

7,17

003

trioktaedrický chlorit

biotit

flogopit

14,16

10,06

9,99

7,064

7,08

5,03

4,995

4,78

4,709

4,72

3,35

3,33

004

3,58

3,532

3,54

2,51

2,497

005

2,87

2,825

2,83

2,01

1,998

006

2,39

2,354

2,36

1,67

1,665

Pozn.: Vermikulit - Llano, Texas; ICSD Code 34812; REF American Mineralogist 51 (1966) 1124-1143; AUT Shirozu H, Bailey˙S˙W. Dioktaedrický chlorit - North-West Germany; ICSD Code 16910; REF American Mineralogist 52 (1967) 673-689; AUT Eggleton R A, Bailey˙S˙W. Trioktaedrický chlorit - ICSD Code 21050; REF Kristallografiya 18 (1973) 81-88; AUT Aleksandrova V A, Drits˙V˙A, Sokolova˙G˙V.Biotit - Valle de Cervo, Vercelli, Italy; ICSD Code 68928; REF American Mineralogist 75 (1990) 305-313; AUT Brigatti M F, Davoli˙P.

Povrchové struktury vzorků byly skenovány AFM přístrojem Explorer ThermoMicroscopes v kontaktním i bezkontaktním režimu. Pro měření byly použity následující typy skenerů a hrotů: 8 μm dry skener, tripod konstrukce, rozsah x,y: 100 x 100 μm; 0,8 μm dry skener, tube konstrukce, rozsah x,y: 2 x 2 μm, hroty pro bezkontaktní režim č.1650 HRF Silicon a č.1660 LRF Silicon, hroty pro kontaktní režim 1520. Z každého vzorku vermikulitu bylo pod binokulární lupou vybráno několik kusů šupinek. Při výběru byl brán zřetel na jejich tvar a velikost, šupiny by měly být spíše tenčí a povrch by měl být víceméně rovný. Poté byly oboustrannou lepicí páskou, event. kapkou sekundového lepidla (pokud byly dostatečně velké a nehrozilo jejich „utopení“ v lepidle) připevněny na kovový kotouček o průměru 5 mm. Kotouček byl přichycen k magnetickému držáku preparátů, který zároveň umožňuje pomocí mikrometrických šroubů posun skenovaného vzorku a tím i výběr skenované oblasti. Držák je součástí skenovacího stolku na který se pokládá skenovací hlava AFM mikroskopu ExplorerTM . Možnosti expandace struktury vermikulitu Vermikulity, podobně jako smektity mají schopnost přijímat nebo odevzdávat vodu v závislosti na vnějších podmínkách. Dekompozice struktury vermikulitů vede k částečnému nebo úplnému odstranění mezivrstevní vody a k vytvoření série fází s různou strukturou. Strukturu hydratovaného Mg-vermikulitu tvoří 2:1 vrstvy se dvěmi nekompletními rovinami molekul vody, tvořícími hydratační obaly výměnných mezivrstevních kationtů. První bazální difrakce 14,2 Å ve vodním prostředí vzrůstá na 14,8 Å v důsledku doplnění molekul vody do dvou kompletních rovin. Proces dehydratace vermikulitu je spojen s postupným kolapsem struktury, způsobeným unikáním molekul vody z mezivrstevních pozic což se projevuje ve změně pozice a intenzity bazálních difrakcí. Nejjednodušším způsobem dehydratace struktury je zahřátí vzorku. Hodnota teploty na kterou je vzorek zahříván pak bude ovlivňovat stupeň dehydratace a tedy i vzdálenost základních vrstevních jednotek a také stupeň následné rehydratace. Detailně byl tento proces popsán vícekrát, mimo jiné také v práci WEISSE et al. (1994), který pro svůj experiment použil přírodní Mg-vermikulit z lokality Letovice. Vzorek byl při něm zahříván a zároveň měřen v RTG-teplotní komoře. Kolaps struktury v závislosti na rostoucí 17

teplotě je dobře patrný z obr. 4.4. Mezivrstevní vzdálenost se z počáteční hodnoty 14,23 Å snižuje až na hodnotu 9,31 Å. Po ukončení žíhání dochází k rehydrataci a struktura vermikulitu se vrací na původní hodnotu mezivrstevní vzdálenosti. Rehydratační schopnost je však ovlivněna teplotou na jakou byl vermikulit žíhán. Po překročení určité hodnoty jsou změny ve struktuře nevratné. Mezní hodnotou je teplota 450 oC, po jejím překročení schopnost rehydratace prudce klesá a k plné obnově struktury nedochází. Ztráta rehydratačních schopností je dokumentována v doprovodném grafu. Po žíhání nad 550 o C vermikulit vytváří struktury složené pouze ze 2:1 vrstev bez mezivrstevní vody.

14

14,23

14,23

14,23

14,23

Rehydratace

Dehydratace

8 0

100

200

300

400

500

9,13 9,31

9

9,32

10

10,4

11,51

11

9,36

12

10,34

13

13,75

První bazální difrakce Å

15

14,23

14,23

Při teplotě vyšší než 550 °C prakticky zaniká schopnost rehydratace a změny ve struktuře jsou nevratné. Definitivní kolaps struktury nastává při teplotě vyšší než 700 °C. Vzniká kompletně dehydrovaná fáze a difrakce klesá na hodnotu 9,3 Å. Při delším zahřívání na teplotu 1000 °C dochází k rekrystalizaci a vzniku enstatitu s hodnotou difrakce 4,3 Å. Zde ovšem roli hraje doba po kterou je vermikulit vystaven účinkům této teploty. WEISS et al.(1994) popisují vznik enstatitové fáze po zahřívání na 1000 °C po dobu 40-ti minut.

600

700

o

Teplota C

Obr.5 Poloha první bazální difrakce d001 po dehydrataci a rehydrataci vermikulitu. (upraveno podle WEISSE et al., 1994)

Z mikrofotografie (obr. 6) vermikulitu žíhaného při vysoké teplotě je patrný proces expanze šupin a vznik charakteristického tvaru. Voda v mezivrství, přeměněná vysokou teplotou na páru zvětší svůj objem a unikne. Tím dojde k „roztažení“ minerálu do červíkovité podoby (název minerálu pochází z lat. vermiculus - malý červ) a zároveň se mezivrstevní prostor vyprázdní, vrstvy 2:1 se přiblíží těsně k sobě a jak bylo popsáno dojde ke snížení mezivrstevní vzdálenosti (hodnota první bazální difrakce)

Obr.6 Charakteristický tvar částice expandovaného vermikulitu zachycený na fotografii z elektronového mikroskopu (staženo z webových stránek TVA). 18


Expandace při vysoké teplotě Vzhledem k omezenému množství vzorků pravých vermikulitů z lokalit Letovice, Santa Olalla a k nedostupnosti teplotní komory a tedy nemožnosti aplikovat podobné pozorování dehydratačních a rehydratačních schopností vermikulitů při různých teplotách, také na vzorky z lokalit Palabora a Heřmanov, omezil jsem experiment pouze na zahřátí minerálů z obou posledně jmenovaných lokalit na teplotu 1000°C po dobu 10-ti minut (aplikovat nižší teplotu bez možnosti okamžitého měření RTG difrakce nemá smysl, protože rehydratace struktury při nižších teplotách nastupuje prakticky ihned). Při této teplotě je jisté, že dehydratace je úplná a nevratná a navíc je to teplota při které upravuje vermikulit z ložiska Palabora do expandované podoby společnost Grena a.s. ve své exfoliační lince. Po vyjmutí obou vzorků z muflovací pece, následovalo jejich krátké ochlazení v exsikátoru, vážení a separace expandovaných „červíkovitých“ částic ze vzorku z Heřmanova (viz. obr. 7). Výsledky Navážka vzorku Palabora před zahřátím byla 3,00 g, po zahřátí na 1000 °C po dobu 10 minut a ochlazení v exsikátoru byla hmotnost vzorku 2,59 g. Můžeme předpokládat že ze struktury minerálu veškerá voda vyprchala v podobě vodní páry a že tedy obsah vody v původní struktuře byl asi 13,6 %. Úbytek hmotnosti se projevil i na vzorku z Heřmanova zahřívaného za stejných podmínek. Hmotnost původní navážky 3,02 g klesla na 2,98 g. Vzhledem k tomu že se v případě tohoto vzorku jednalo o směs několika minerálních fází s různou strukturou, můžeme pouze odhadovat na základě srovnání se vzorkem z Palabory, že za předpokladu podobného obsahu vody ve struktuře tj. asi 13 %hm., bylo ve vzorku z Heřmanova asi 0,3 g vermikulitu, tedy asi 10 % hm. Poté byly z obou vzorků připraveny orientované práškové preparáty pro difrakční analýzu. Na vzorku z Heřmanova se tímto experimentem prokázala expandabilní vermikulitová fáze, jejíž přítomnost není na difraktogramu surového vzorku zcela zřejmá. Na záznamu vyseparované, expandované fáze se vermikulit z Heřmanova projevil pravidelným sledem difrakcí s hodnotou první z nich 10 Å, tedy jako uspořádaná struktura fylosilikátu 2:1 s mezivrstevním kationtem. Hodnoty bazálních difrakcí odpovídají odpovídají struktuře biotitu.

Obr.7 Mikrofotografie krystalu vermikulitu z Heřmanova expandovaného zahřátím na teplotu 1000 °C, délka částice cca 2 mm (foto autor)

19

a)

b) Obr. 8 a) Srovnání RTG difrakčních záznamů neupraveného a expandovaného vzorku – Palabora. b) Hodnoty bazálních difrakcí d00l [Å] žíhaného vzorku.

Ze srovnání difrakčních záznamů (obr. 8) neupraveného a expandovaného vzorku z lokality Palabora je evidentní, že expanze makrostruktury je také doprovázená kolapsem struktury vnitřní, jako v případě pravých Mg – vermikulitů. Ale pouhá ztráta mezivrstevních molekul vody nestačí k tomu, aby vznikla struktura podobná žíhanému vzorku z Heřmanova (viz. obr. 9).

20


Obr. 9 RTG difrakční záznam expandovaného vzorku – Heřmanov.

V další fázi jsem se zaměřil na porovnání povrchů vermikulitů zahřívaných na různou teplotu a popis změn povrchových struktur. Metodou mikroskopie atomárních sil (AFM) jsem sledoval kvalitu povrchu vzorků vermikulitů, teplotně neupravených a zahřívaných při teplotách 80, 300 a 1000 oC a pomocí analytických funkcí programu SPMLab 5.01 měřil mikrodrsnosti vzorků. Teplotně neupravený vzorek je z lokality Santa Olalla, vzorek zahřátý na teplotu 80 a 300 oC je z lokality Letovice a vzorek expandovaný při teplotě 1000 oC je z lokality Palabora. Měření mikrodrsnosti povrchu pomocí AFM Spontánní únik mezivrstevní molekulové vody při expanzi a exfoliaci vermikulitu působením zvýšené teploty způsobuje výrazné zvrásnění jeho povrchu. Pomocí mikroskopie atomárních sil jsem se pokusil ukázat do jaké míry unikající voda ovlivní kvalitu povrchu vermikulitu z hlediska jeho mikrodrsnosti nakolik se změní jeho plocha. Na následujících dvou obrázcích 10 a 11 jsou ukázány rozdíly v kvalitě povrchu vzorku neupraveného a expandovaného vermikulitu, a také rozdíl v použití dvou odlišných režimů skenování, srovnáním křivek mikrodrsností. Vzorky byly skenovány pomocí 8 μm dry skeneru, v rozsahu 80μm x 80μm v horizontálním směru. První vzorek, teplotně neupraveného vermikulitu byl skenován v kontaktním režimu, zatímco druhý, žíhaný, v režimu nekontaktním. Na obrázku 10 je povrch teplotně neupraveného vermikulitu z Letovic. Výstupky a nerovnosti tvoří pouze prachové částice. Dva profily povrchu změřené kolmo na sebe vykazují trend nepříliš kolísající kolem střední hodnoty 176 nm. Maximální výška, dosažená při skenování, 703,1 nm je způsobena nečistotou přichycenou na povrchu. „Zubatý“ charakter křivek je způsoben jednak kontaktním režimem skenování v kombinaci s nižší skenovací rychlostí (160 μm/s), jednak tím, že naměřené hodnoty nebyly dále upravovány odfiltrováním „šumu“.

21

Obr. 10 Měření profilu šupiny teplotně neupraveného Mg-vermikulitu, (kontaktní režim, 8 μm dry skener), rozsah 80 μm x 80 μm v horizontálním směru.

Na obrázku 11 je povrch vermikulitu z Palabory žíhaného na teplotu 1000 oC. Z křivky profilu je dobře vidět, že mikrodrsnost teplotně upravovaného vermikulitu je výrazně vyšší. Rozdíly výšek v měřeném profilu kolísají kolem hodnoty 880 nm, přičemž maximální výška naměřená u tohoto vzorku byla 5308 nm. Profil je proti předešlému obrázku hladší díky celkově nižší citlivosti nekontaktního režimu snímání a také díky odstraněnému šumu z pozadí.

Obr. 11 Měření profilu šupiny žíhaného Mg-vermikulitu, (nekontaktní režim, 8 μm dry skener), rozsah 80 μm x 80 μm v horizontálním směru.

Podobný příklad pomocí srovnání je i na obrázku 12, který ukazuje vzorek z Palabory před a po žíhání na 1000 °C. I při skenování povrchů v nižším rozsahu (10 μm x 10 μm v horizontálním směru) se projevují dosti výrazné rozdíly v jejich mikrodrsnosti, ale také v celkové ploše.

22


Obr. 12 Vzorek vermikulitu z Palabory před (vlevo) a po žíhání na 1000 °C. Pod jednotlivými obrázky jsou uvedeny údaje o celkové ploše povrchu vzorku, mikrodrsnosti, průměrné a maximální výšce.

Teplotně neupravený vermikulit (obr. 12 vlevo) má poměrně plochý povrch na kterém jsou dobře patrné štěpné plochy. Maximální rozdíl výšek je v tomto rozsahu pouze 425 nm a poměr plochy povrchu k rozsahu skenované oblasti je 1,02. Hodnota mikrodrsnosti Ra činí 48,4 nm a průměrná výška je 158,7 nm. Naproti tomu povrch žíhaného vermikulitu (obr. 12 vpravo) má charakter značně nerovný a rozlámaný do mnoha drobných plošek. Poměr plochy povrchu k rozsahu skenované oblasti je v tomto případě 1,61, mikrodrsnost stoupla na 97 nm, průměrná výška na 353 nm a maximální výška až na 1,09 μm. Na obrázcích 13 a 14 jsou pro doplnění předchozích měření 3D obrazy povrchu neupraveného a žíhaného vermikulitu nasnímané v menším rozsahu v horizontálním směru. Výrazné zvrásnění povrchu žíhaného vermikulitu na obr. 13 je způsobeno spontánním únikem mezivrstevné molekulové vody, která uniká nejen podél šupinek (tj. ve směru rovnoběžném s kladem vrstev), ale také skrz šupinky a způsobuje silnou deformaci jejich povrchu.

Obr. 13 3D AFM obraz povrchu Mg-vermikulitu teplotně neupraveného, (kontaktní metoda, 8 μm dry skener), rozsah 8,3 μm x 8,3 μm v horizontálním směru.

23

Obr. 14 3D AFM obraz povrchu Mg-vermikulitu žíhaného při teplotě 1000°C, (kontaktní metoda, 8 μm dry skener), rozsah 8,25 μm x 8,25 v horizontálním směru.

Velkou předností AFM je poměrně velký rozsah skenovacího a měřicího rozsahu. Na příkladu neupraveného vermikulitu ze Santa Olalla (obr. 15) skenovaného kontaktním režimem, jsou dobře patrné štěpné plochy a jejich výška. Rozsah skenované oblasti je 8 x 8 μm a výška tří měřených štěpných ploch na profilové křivce se pohybuje od 0,083 μm do 0,127 μm.

Obr. 15 Příklad měření profilu neupraveného vermikulitu ze Santa Olalla.

Expandace vlivem účinků H2O2 Další možností expandace a exfoliace vermikulitu je působením sloučeniny se silnými oxidačními účinky. Vhodnou sloučeninou může být například peroxid vodíku. Jeho účinky je možné využít pro exfoliaci nebo chemickou aktivaci nejen vermikulitu, ale i jiných 2:1 fylosilikátů (smektitů, slíd). Tyto účinky je možné také kombinovat s termálním procesem nebo s vystavením částic fylosilikátů účinkům

24


mikrovlnného záření. Cílem tohoto procesu může být desintegrace fylosilikátových mikro-částic až na formu nano-částic, které se mohou využívat například v nanokompozitních materiálech typu jíl/polymer. V rámci této části experimentu byl jako oxidační činidlo použit 30-ti procentní roztok H2O2 (M = 34,02 g/mol), který byl aplikován na vzorek vermikulitu z lokality Palabora a pro srovnání změn pH v čase také na směsný vzorek flogopitu a vermikulitu z Heřmanova a biotit z neznámé lokality. Navážka vzorků činila 2 g, objem peroxidu byl 50 ml. Vzorky byly vystaveny účinkům peroxidu po dobu 24 h při teplotě 26 °C. Během působení peroxidu bylo v roztoku sledováno pH. Po uplynutí doby byl vzorek Palabora přefiltrován a usušen při teplotě 50 °C. Takto nízká teplota byla zvolena záměrně, aby při sušení nedošlo jejím vlivem ke změnám výsledné struktury povrchu. Poté bylo ze vzorku odebráno množství potřebné na RTG práškovou difrakci a pod binokulární lupou byly ze vzorku Palabora vybrány šupiny vhodné pro přípravu AFM preparátu. Výsledky Výsledky měření pH a jeho změny v čase při působení na jednotlivé vzorky jsou uvedeny v tabulce 4 a následném grafu na obr. 16. Z jejich průběhu je patrné, že změna hodnoty acidobazické reakce byla nejrychlejší v prvních čtyřech hodinách po začátku experimentu a poté se zvyšovala pomaleji, resp. vůbec u biotitu a flogopitu, u kterých došlo na konci experimentu k nepatrnému poklesu pH. U vermikulitu vlivem působení peroxidu došlo k exfoliaci a výrazné změně objemu vzorku. Tato objemová změna vermikulitu však není doprovázena výraznějšími změnami v jeho vnitřní struktuře jak bylo prokázáno pomocí RTG difrakce (obr. 17). Můžeme pouze konstatovat, že po vystavení vermikulitu účinkům peroxidu vodíku dochází k redukci intensity difrakce 001. Tab.4 Hodnoty pH v roztoku peroxidu měřené po dobu 24 h. vermikulit čas [h] 0 2 3 4 8 16 23 24

3,03 4,25 4,6 4,75 4,81 5,01 5,42 5,45

biotit pH 3,03 3,42 3,72 3,76 3,81 3,9 3,96 4,02

flogopit 3,03 3,8 3,83 4,2 4,51 4,73 4,97 4,98

6 5 pH

Vermikulit 4

Biotit Flogopit

3 2 0

4

8

12

16

20

24

čas

Obr. 16 Změny hodnoty pH v roztoku peroxidu při jeho působení na vzorky vermikulitu, flogopitu a biotitu.

25

Obr. 17 RTG difrakční záznam vermikulitu Palabora po 24 hodinách působení H2O2.

Můžeme očekávat, že kdybychom účinek peroxidu vodíku kombinovali s teplotní úpravou vzorku, event. jej vystavili účinkům mikrovlnného záření nebo použili peroxid s vyšší koncentrací, byla by exfoliace částic výraznější až ke vzniku velmi tenkých nano-domén s různým náklonem jejich os c*. V tomto případě by se změny ve struktuře nutně musely projevit na mnohem výraznější redukci intensity difrakce 001 a profil této difrakce by se stal velmi difúzním, event. by při výrazné exfoliaci došlo k vymizení difrakce 001. Exfoliace částic vermikulitu působením peroxidu je dokumentována i pomocí měření AFM, které bylo prováděno bezkontaktním způsobem (viz. obr. 18 až 20). Mikrodrsnost Ra vzrostla na 124 nm (proti 77 nm u neupraveného vermikulitu). Je možno konstatovat, že povrch vermikulitu vystavený účinkům peroxidu je celkově více zprohýbaný a obsahuje výraznější trhliny, než povrch neupraveného minerálu. Na obr. 18 je pro srovnání uveden kromě obrázku upraveného vyrovnáním a zaostřením (vlevo), také „surový“ obraz topografie povrchu bez dodatečných softwarových úprav. Zdánlivá maximální výška je o 0,9 μm vyšší než u povrchu upraveného obrazu. Příčinou je náklon skenované šupiny na skenovaném preparátu, což je skutečnost, která se při přípravě vzorku nedá prakticky odstranit a dodatečným úpravám dat se proto není možné vyhnout. Obr. 19 znázorňuje výškový profil vedený přes trhliny v povrchu. Vyvýšené hrany vystupující na okrajích trhlin jsou způsobeny dodatečným zaostřením obrazu. Vzdálenosti štěpných ploch a šířky trhlin jsou proto měřeny bez ohledu na tyto vrcholy. Šířka trhlin skenovaného povrchu se pohybuje od 0,9 do 1,4 μm a výškový rozdíl nově vzniklých ploch je 119 až 206 nm. Na obr. 20 je představen 3D pohled na povrch vermikulitu upraveného působením peroxidu.

Obr. 18 Obraz povrchu po dodatečném vyrovnání a zaostřením (vlevo) a „surový“ obraz topografie bez dodatečných softwarových úprav (vpravo).

26


Obr. 19 Výškový profil vedený trhlinami v povrchu. V rámečku jsou uvedeny vzdálenosti a rozdíly výšek jednotlivých měřených dvojic bodů.

Obr. 20 3D pohled na povrch vermikulitu upraveného působením peroxidu.

Interkalace a roubování vermikulitu alkylaminovými molekulami Mezivrstevní hydratované kationty vermikulitů lze za určitých podmínek nahradit jinými kationty nebo organickými molekulami procesem interkalace. V závislosti na typu mezivrstevního kationtu se bude měnit poloha a intenzita bazálních difrakcí. Většina interkalací organických kationtů probíhá na bázi iontovýměnných reakcí. Vermikulit je při nich nejprve převeden na monoiontovou formu a poté sycen např. vodným roztokem chloridů obsahujících organické kationty. Dalším možným způsobem interkalace je metoda nízkoteplotního tavení. Při interkalaci organickými látkami jejich molekuly pronikají do mezivrstevního prostoru podobně jako u smektitů a tento proces může být spojen s expanzí struktury ve směru kolmém na vrstvy. Míra expanze závisí na délce interkalovaných molekul, na jejich uspořádání v mezivrstevním prostoru, a také na jejich koncentraci a reakčním čase jak prokázali WEISS et al. (2003). Na základě molekulárního modelování byl v této práci také podán pravděpodobný obraz uspořádaní interkalovaných molekul v mezivrství.

27

V experimentu jsem se pokusil jednak dokázat vhodnost interkalce metodou nízkoteplotního tavení pro alkylaminové molekuly s různou délkou řetězců, jednak touto metodou interkalovat nejen práškový, ale i hrubozrnný vermikulit z různých lokalit a ověřit povrchové struktury interkalovaných minerálů pomocí AFM. Pro interkalaci byl použit jako hostitel přírodní Mg-vermikulit (VER-L) z lokality Letovice, s průměrnou velikostí částic 0,2 mm, hrubozrnný Mg-vermikulit (VER-S) z lokality Santa Olalla, Španělsko a vermikulit z lokality Palabora v rozemleté (VER-Pp) a hrubozrnné (VER-Ps) podobě. Jako interkalant byly použity tři organické látky s různou délkou řetězců. Jejich vlastnosti uvádí tabulka 5 a difrakční záznamy jsou na obr. 21. Interkalace byla provedena metodou nízkoteplotního tavení při teplotě 80 oC. Molární poměr hostitelského minerálu a hosta byl u všech vzorků 1:6. Navážky minerálů a alkylaminových sloučenin jsou uvedeny v tabulce 6. Doba tavení byla různá, minimum bylo 24 hodin, delší časy byly zvoleny v případě, že se po této době na RTG difrakčním záznamu objevovaly zbytky nezreagovaných organických sloučenin. Po ukončení interkalace byly všechny vzorky podrobeny RTG difrakční analýze. Z hrubozrnných vermikulitů byly vybrány vhodné šupiny a připraven preparát pro AFM pozorování. Po nalepení šupin na kovový kotouček, z nich byla těsně před vlastním měřením stržena svrchní vrstva minerálu. Tab. 5 Názvy a vlastnosti použitých interkalantů zpracované podle internetové databáze Chemfinder. Název (zkratka) Obchodní název (anglicky)

Používaná synonyma (anglicky)

Oktylamin (OA)

Dodecylamin (DDA)

Oktadecylamin (ODA)

Aminooctane

n-Dodecylamine

1-Aminooctadecane

1-Octanamine Monoctylamine n-Octylamine Octylamine

Obecný vzorec Krystalochemický vzorec Teplota tavení °C Bod varu °C Molekulová hmotnost

1-Dodecylamine Lauramine lauryl amine dodecylamine

1-Octadecanamine 1-Octadecylamine adogenen 142 alamine 7 armeen 1180 n-octadecylamine Stearylamine octadecylamine C18H39N

C8H19N

C12H27N

CH3(CH2)7NH2

CH3(CH2)11NH2

CH3(CH2)17NH2

28 – 30 °C

50 – 52 °C

není udán 185.352

349 °C 269.5128

není udána, při 25 °C je kapalný 180 °C 129.2448

Tab.6 Navážky hostitelských minerálů, interkalantů a reakční časy pro tavení jednotlivých směsí. Minerál VER-L VER-L VER-L VER-S VER-S VER-S VER-Pp, VER-Ps VER-Pp, VER-Ps VER-Pp, VER-Ps

28

navážka [g] 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33

Host ODA DDA OA ODA DDA OA ODA DDA OA

navážka [g] 1,09 0,75 0,52 1,09 0,75 0,52 1,09 0,75 0,52

Doba tavení [h] 24 24 54 74 24 54 24 24 24


Výsledky Nejprve budou zmíněny výsledky interkalace Mg – vermikulitů z Letovic a Santa Olalla. Z porovnání difrakčních záznamů (obr. 22) vyplývá, že změna hodnot mezivrstevních vzdáleností d001 vyjadřující míru expanze struktury závisí na délce alkylaminové molekuly (s vyšším počtem atomů C v řetězci se zvětšuje mezivrstevní vzdálenost) a také na velikosti interkalovaných šupin. Lepší výsledky byly dosaženy u jemnozrnnějšího Mg-vermikulitu z Letovic. Výsledek interkalace Mg-vermikulitu oktylaminem není příliš průkazný. Na záznamu byla zachycena jen jedna bazální difrakce, což svědčí o špatné interkalaci. Experiment by bylo dobré zopakovat s delší reakční dobou, která také průběh interkalace výrazně ovlivňuje.

a)

b) Obr. 21 RTG difrakční záznamy použitých interkalantů. a) Dodecylamin, b) Oktadecylamin.

Srovnáním hodnot d001 dosažených při experimentu s hodnotami vypočtenými pro různé délky uhlíkových řetězců (BRINDLEY, 1965) vyplývá, že interkalace oktadecylaminem (18 atomů C) proběhla lépe u Mg-vermikulitu z Letovic, což bylo ovlivněno velikostí interkalovaných šupin. Interkalace dodecylaminem (12 atomů C) proběhla u obou vzorků zhruba stejně a vykazuje dobrou shodu s vypočtenými hodnotami d001. Hodnoty bazálních difrakcí výsledných interkalátů s ODA a DDA vykazují racionální sekvenci, ačkoliv pro průkaznější hodnocení míry uspořádanosti výsledné struktury např. pomocí indexu CV (viz MOORE, REYNOLDS 1997, s. 262) je zapotřebí více hodnot difrakcí. Kvalita interkalace oktylaminem již byla zmíněna výše. I z porovnání experimentálních a vypočtených hodnot je zřejmé, že v tomto případě reakce proběhla neúplně. Je zřejmé, že i smíšenou strukturu typu B/V lze interkalovat organickými molekulami podobně jako strukturu pravidelnou. Lepší výsledek opět ukazuje interkalace oktadecylaminem a dodecylaminem a to u práškového i hrubozrnného vzorku. První tři difrakce u práškového vzorku na obr.4.21 vykazují i jakousi tendenci k racionálnímu uspořádání, ačkoliv difrakce 001 je neúplná vzhledem k nízkému úhlu 2Θ a technickým možnostem použitého difraktometru (INEL) a použité Cu katody (totéž se v podstatě týká i hrubozrnného vzorku, kde difrakce 001 není zachycena).

29

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h) Obr.22 RTG difrakční záznamy Mg – vermikulitů z lokality Letovice a Santa Olalla interkalovaných oktadecylaminem (ODA), dodecylaminem (DDA) a oktylaminem (OA).

30


70

Mezivrstevní vzdálenost [A]

60 50 40 30 20 10 0 6

8

10

12

14

16

18

20

Počet atomů C

Obr. 23 Vypočítané mezivrstevní vzdálenosti u vermikulitů interkalovaných alkylaminovými molekulami při zvyšujícím se počtu uhlíků od 6 do 20 (označeny kosočtvercem) (BRINDLEY, 1965). Experimentálně dosažené hodnoty mezivrstevní vzdálenosti Mg – vermikulitů z lokality Letovice jsou označeny čtvercem a z lokality Santa Olalla trojúhelníkem, z Palabora křížkem.

31

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Obr. 24 RTG difrakční záznamy interkalovaných vermikulitů z Palabory. V levém sloupci a), c), e) jsou práškové vzorky, v pravém sloupci b), d), f) hrubozrnné. Shora dolů jsou vzorky interkalované ODA, DDA, OA.

32


Obr. 25 Porovnání částí difrakčních záznamů vermikulitu Palabora interkalovaného oktadecylaminem.

Cílem aplikace mikroskopie atomárních sil na připravené interkaláty hrubozrnných vermikulitů bylo ukázat změny ke kterým dochází na povrchu minerálů při metodě nízkoteplotního tavení s organickou sloučeninou. Všechny preparáty byly připraveny způsobem stejným jako v předchozích měřeních. Tedy vybráním vhodných šupin, jejich uchycením na kovový kotouček v tenké vrstvě lepidla a stržením svrchní vrstvy šupiny pomocí lepící pásky. Předpokládal jsem, že při stržení svrchní štěpné plochy bude možné ukázat i charakter změn ke kterým dochází při pronikání organické látky mezi jednotlivé vrstvy a štěpné plochy silikátu. Na povrchu vermikulitů interkalovaných oktadecylaminem byly objeveny jeho nanovrstvy naroubované na povrch Mg-vermikulitu během interkalačního procesu a to u vzorků ze všech tří lokalit. Příklad AFM obrázku řetězce oktadecylaminu naroubovaného na povrchu Mg-vermikulitu je uveden na obr. 26.

Obr. 26 AFM obrázek roubu nanovrstvy oktadecylaminu na povrchu šupiny Mg-vermikulitu z Letovic (kontaktní metoda, 8 μm dry skener), rozsah 10 μm x 10 μm v horizontálním směru.

33

Jak je z obrázku 26 patrné roub ODA nepokrývá povrch Mg- vermikulitu z Letovic homogenně ve formě nanovrstvy, ale vyskytuje se zde síť četných kanálů a roubů s různou šířkou. Tyto kanály byly použity pro měření výšky roubů oktadecylaminu. Analýzou profilů z různých částí šupiny bylo zjištěno, že se výška roubu oktadecylaminu mění v rozmezí od 8,06 nm do 12,87 nm (viz. obr. 27). Šířka kanálů mezi naroubovanými řetězci se pohybuje od 2,1 nm do 153,4 nm, ale jsou zde patrné také plochy homogenně pokrývající povrch šupiny Mg-vermikulitu, např. nano vrstva s rozměry 700 x 700 nm.

Obr.27 Příklad měření profilu roubu nano vrstvy oktadecylaminu na povrchu šupiny Mg-vermikulitu z Letovic, (kontaktní metoda, 8 μm dry skener), rozsah 10 μm x 10 μm v horizontálním směru.

Tvary a pozice kanálů roubu ODA na povrchu mohou být ovlivněny jednak různou distribucí náboje na povrchu Mg-vermikulitu anebo zvrásněním povrchu Mg-vermikulitu (v „nano“ škále). Už při teplotě 80oC totiž dochází k částečné dehydrataci Mg-vermikulitu doprovázené nejen částečným kolapsem mezirovinné struktury, kdy se hodnota mezirovinné vzdálenosti mění z 14,35 Å na 13,8 Å, ale také k irreverzibilnímu zvrásnění povrchu Mg-vermikulitu, jak bylo pozorováno na povrchu šupiny vystavené teplotě 80oC (obr.28).

Obr. 28 3D AFM obraz povrchu Mg-vermikulitu vystaveného teplotě 80°C, (kontaktní metoda, 8 μm dry skener), rozsah 4,06 μm x 4,06 μm v horizontálním směru.

34


Jelikož během interkalačního procesu provedeného procedurou nízkoteplotního tavení můžeme na povrchu Mg-vermikulitu očekávat formaci systému „vrchol - údolí“, je pravděpodobné, že molekuly oktadecylaminu budou pro tvorbu naroubovaných řetězců preferovat „údolí“. Jestliže je část povrchu šupiny nezvrásněná, může dojít k jejímu homogennímu pokrytí oktadecylaminem. I na povrchu Mg – vermikulitu ze Santa Olalla byly nalezeny podobné rouby ODA jako v předchozím případě. Jejich výška kolísala od 30 do 70 nm a byly také širší než v předchozím příkladu. Příklady tvaru dvou roubů na tomto vermikulitu jsou na následujících obrázcích 29 a 30. Celkový pohled na povrch minerálu pokrytý sítí kanálků a roubů ODA je na obr. 31. Podobné útvary však nebyly nalezeny na povrchu vermikulitu z Palabory. Zde oktadecylamin vytváří drobné víceméně pravidelné útvary, které však, jak dokládá měření na obr. 32 mají podobné rozměry (výšku, šířku) jako rouby ODA na povrchu vermikulitu ze Santa Olalla. Není jasné, zda je tento jev obecnější a souvisí s kvalitou povrchu minerálu nebo zda se zde nějakým způsobem projevuje vliv smíšené struktury tohoto vermikulitu.

Obr. 29 Šířka, výška a tvar roubů ODA na povrchu vermikulitu ze Santa Olalla. Rozměr skenované oblasti je 7,5 x 7,5 μm, bezkontaktní režim.

Obr. 30 Šířka, výška a tvar roubů ODA na povrchu vermikulitu ze Santa Olalla. Rozměr skenované oblasti je 3 x 3 μm, bezkontaktní režim.

35

Obr.31 „Celkový“ pohled na povrch vermikulitu ze Santa Olalla narušený zvýšenou teplotou při interkalaci oktadecylaminem, který na něm vytváří patrnou síť roubů a kanálků. Rozměr skenované oblasti je 50 x 50 μm, bezkontaktní režim.

Obr. 32 Vermikulit z Palabory interkalovaný oktadecylaminem. Rozměr skenované oblasti je 10 x 10 μm, bezkontaktní režim.

Obr. 33 Vermikulit z Palabory interkalovaný oktylaminem. Rozměr skenované oblasti je 10 x 10 μm, bezkontaktní režim.

36


Na posledním příkladu na obr. 33 je zobrazen velice plochý povrch šupiny vermikulitu z lokality Palabora, interkalovaného oktylaminem. Na povrchu je slabě zřetelné nepravidelné rozhraní dvou štěpných ploch, event. nepravidelná trhlina. Na tomto rozhraní jsou zachyceny drobné nanokapičky oktylaminu. Je pravděpodobné, že oktylamin se přednostně navázal na toto rozhraní v důsledku narušení vazeb v silikátové matrici, ke kterému na hranách dochází a které je doprovázeno také porušením rovnováhy v distribuci lokálního náboje. Podobný jev při interkalci oktylaminem byl pozorován pouze u vermikulitu z Palabory. Závěr Výzkum struktur fylosilikátů je nezbytný pro hledání nových a netradičních možností jejich využití. V současné době se v souvislosti s tímto hledáním otevírá široké pole nejrůznějších možností úprav a modifikací jejich struktur a použití takto upravených minerálů v moderních materiálech. Vermikulit představuje minerál, který prozatím v našich podmínkách není příliš široce používán, což je způsobeno tím, že se v Českém masívu nenalézá v těžitelném množství. Ve světě je však intenzívně využíván pro své vynikající vlastnosti v celé řadě oborů. Vermikulity jsou v rámci třídy fylosilikátů zajímavé tím, že ačkoliv vzhledem, velikostí krystalů a některými fyzikálními vlastnostmi připomínají slídy, svým chováním jsou velice podobné také smektitům. Podobně jako smektity vykazují expandabilitu a jsou schopné výměny hydratovaných kationtů v mezivrstevním prostoru za jiné kationty nebo organické sloučeniny. Tato výměna je doprovázena změnou hodnoty mezivrstevní vzdálenosti, která je jinak důležitou veličinou při rozpoznávání fylosilikátů metodou RTG práškové difrakce. Výzkum chování a možností modifikací vermikulitů dosud není u konce a ani výčet možností jejich použití není zcela jistě uzavřen. V případě dehydratace nebo interkalace vermikulitů organickými molekulami dochází také k zajímavým a někdy výrazným změnám na povrchu jednotlivých krystalů v mikro- i nanometrické škále. Kvalita povrchu minerálů a jeho morfologie je důležitá, protože ovlivňuje rychlost a průběh geochemických reakcí. Pro sledování povrchů nejen vermikulitů ale i jiných fylosilikátů v měřítku řádově až nanometrickém je možné použít mikroskopii atomárních sil (AFM), která jinak nachází uplatnění při analýzách povrchů vodivých i nevodivých pevných látek. Vzhledem k možnosti přesného stanovení vertikálního rozměru ve vertikální ose z, je možné AFM využít i v metrologii jako prostředek pro přesná rozměrová měření. Fylosilikáty jsou vzhledem ke své dokonalé štěpnosti v rovině 001 pro měření pomocí AFM zvláště vhodným materiálem. V dizertační práci bylo ukázáno, že AFM metodou je možné zobrazit a kvantifikovat změny na povrchu fylosilikátů po jejich narušení např. aktivací silným oxidačním činidlem, interkalací organickou sloučeninou nebo zahřátím. Interkalace organických molekul do struktury vermikulitů metodou nízkoteplotního tavení je možná i v případě relativně velkých krystalů. U pravých Mg – vermikulitů s pravidelně uspořádanou strukturou se dá pomocí RTG difrakce lehce ukázat nakolik byla interkalace účinná a zda při ní došlo k vytvoření struktury s racionálním sledem bazálních difrakcí. Na příkladu vermikulitu z ložiska Palabora bylo ukázáno, že i smíšená struktura typu biotit/vermikulit vykazuje podobné vlastnosti jako pravé vermikulity. Interkalace v nízkoteplotní tavenině je také možná, ale vzhledem k jejímu charakteru není možné kvalitu interkalace a nově vytvořenou strukturu jednoznačně posoudit metodou RTG práškové difrakce. Zde se nabízí využití monokrystalové RTG metody, která je však v současnosti na naší univerzitě zřejmě nedostupná. Lze předpokládat, že vermikulity z velkých ložisek budou vykazovat struktury s různým stupněm uspořádání a proto by se další výzkum mohl zabývat například ověřením, nakolik bude typ struktury ovlivňovat chování vermikulitů při jejich modifikacích.

37

REFERENCE

BAILEY, S., W. Nomenclature for regular interstratifications. American Mineralogist, Vol. 67, 1982, p. 394–398. BAILEY, S., W. Summary of recomendations of AIPEA nomenclature committee on clay minerals. American Mineralogist, Vol. 65, 1980, p. 1–7. BICKMORE, B., R.; HOCHELLA JR., M., F.; BOSBACH, D.; CHARLET, L. Methods for Performing Atomic Force Microscopy Imaging of Clay Minerals in Aqueous Solutions. Clays and Clay Minerals, 1999, vol. 47, no. 5, p. 573 – 581. BICKMORE, B., R.; NAGY, K., L.; SANDLIN, P. E.; CRATER, T. S. Quantifying surface areas of clays by atomic force microscopy. American Mineralogist, Vol. 87, 2002, p. 780–783. BRINDLEY, G., W. Complexes of Primary Amines With Montmorillonite and Vermiculite. Clay Minerals, 6, 1965, p. 91-96. CALLE, C. DE LA; SUQUET, H. Vermiculite. In BAILEY, S. W. (ed.). Hydrous Phyllosilicates (exclusive of micas). Reviews in Mineralogy, Vol.19; Mineral. Soc. Am., 1988, p. 455-495. ČAPKOVÁ, P. Jílové minerály ve vývoji nových materiálů. Vesmír, 2000, č. 11, s. 617 - 618. DA SILVA, U., G.; MELO, M., A.; DA SILVA, A.; FARIAS, R., F. Adsorption of crude oil on anhydrous and hydrophobized vermiculite. Journal of Colloid and Interface Science, 2003, vol. 260, p. 302 – 304. FRANK, D.; EDMOND, L. Feasibility for Identifying Mineralogical and Geochemical Tracers for Vermiculite Ore Deposits. U. S. Environmental Protection Agency, Seattle, 2001. HARTMAN, H.; SPOSITO, G.; YANG, A.; MANNE, S.; GOULD, S.; HANSMA, P. Molecular scale imaging of clay mineral surfaces with the atomic force microscope. Clays and Clay Minerals, Vol. 38, No. 4, 1990, p. 337-342. ChemFinder.Com : Database & Internet Searching [online]. Cambridge [cit. 2004-09-07]. Dostupný na WWW: . KONTA, J. Česká argilologie ve vztahu ke světové argilologii. Informátor : Česká společnost pro výzkum a využití jílů, 24, 2002. KOZLOWSKI, R.; MIELENIAK, B.; FIEDOROW, R.; BUJNOWICZ, K. Light rigid fire blockers. Composites: Part A, 2005, vol. 36, p. 1047 – 1054. KUŽVART, M. et al. Ložiska nerudních surovin ČR II. UK Praha, Nakladatelství a vydavatelství JP, 1992, 631 s. KUWAHARA, Y. Comparison of the surface structure of the tetrahedral sheets of muscovite and phlogopite by AFM. Phys. Chem. Minerals, 28, 2001, p. 1-8. KUWAHARA, Y.; UEHARA, S.; AOKI, Y. Surface Microtopography of Lath-Shaped Hydrothermal Illite by Tapping-Mode™ and Contact-Mode AFM. Clays and Clay Minerals, 1998, vol. 46, no. 5, p. 574 – 582. LADD, M., F., C.; PALMER, R., A. Structure Determination by X-Ray Crystallography. Plenum Press, New York, 1985. LOPOUR, F.; KALOUSEK, R.; ŠKODA, D.; ŠIKOLA, T. Vývoj a aplikace zařízení pro UHV SPM. Československý časopis pro fyziku, 2001, č. 1, s. 33 - 37.

38


MALIŠ, J.; KŘÍSTKOVÁ, M. Structure of vermiculite modified by organic molecules. In XVII. Konference o jílové mineralogii a petrologii : 13. – 17.9. 2004, Praha : Česká společnost pro výzkum a využití jílů, 2004. MALIŠ, J. Vermikulit – jeho vlastnosti a možnosti technického využití. Zpravodaj silikátového svazu, 2006, 4, s. 33-46. MALIŠ, J., KURKOVÁ, Z., VAVRO, M., ŘEZNÍČEK, P. stavebních hmot. Minerální suroviny, 2005, č. 4.

Vermikulit a jeho použití pro výrobu

MARCOS, C.; RODRÍGUEZ, I.; CLAUZIO DE RENNÓ, L.; PAREDES, I. Vermiculite surface structure as imaged by contact mode AFM. Eur. J. Mineral, 2004, no. 16, p. 597 – 607. MOORE, D., M.; REYNOLDS, JR, R., C. X – Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford University Press, 1997. MORITA, S.; WIESENDANGERS, R.; MEYER, E. (Eds.) Noncontact Atomic Force Microscopy. Springer, 2002. MYSORE, D.; VIRARAGHAVAN, T.; JIN, Y., CH. Treatment of oily waters using vermiculite. Water Research, 2005, vol. 39, p. 2643 – 2653. OBUT, A.; GIRGIN, I. Hydrogen peroxide exfoliation of vermiculite and phlogopite. Minerals Engineering, 15, 2002, p. 683 – 687. OCCELLI, M., L.; GOULD, S., A., C.; DRAKE, B. Atomic scale imaging of pillared rectorite catalysts with the atomic force microscope. Microporous Materials, 1994, vol. 2, p. 205 – 215. PEREZ – CABALLERO, F.J. DEL REY; PONCELET, G. Microporous 18 Å Al-pillared vermiculites: preparation and characterization. Microporous and Mesoporous Materials 37, 2000, p. 313 – 327. PÉREZ – MAQUEDA, L., A.; CANEO, O., B.; POYATO, J.; PÉREZ – RODRÍGUEZ, J., L. Preparation and characterization of micron and submicron – sized vermiculite. Phys Chem Minerals, 2001, vol. 28, p. 61 – 66. POSPÍŠIL, M.; ČAPKOVÁ, P.; WEISMANNOVÁ, H.; KLIKA, Z.; TRCHOVÁ, M.; CHMIELOVÁ, M.; WEISS, Z. Structure analysis of montmorillonite intercalated with rhodamine B: modeling and experiment. J.Mol.Model, 2003, p.39-46. REYNOLDS JR, R., C. Mixed layer chlorite minerals. In BAILEY, S. W. (ed.). Hydrous Phyllosilicates (exclusive of micas). Reviews in Mineralogy, Vol.19; Mineral. Soc. Am., 1988, p. 601 - 630. RIEDER, M.; CAVAZZINI, G.; DYAKONOV, Y., S.; FRANK-KAMENETSKII, V., A.; GOTTARDI, G.; GUGGENHEIM, S.; KOVAL, P., V.; MIILLER, G.; NEIVA, A., M., R.; RADOSLOVICH, E., W.; ROBERT, J., L.; SASSI, F., P.; TAKEDA, H.; WEISS, Z.; WONES, D., R. Nomenclature of the micas. Clays and Clay Minerals, 1998, vol. 46, 586-595. SCHOONHEYDT, R., A.; PINNAVAIA, T.; LAGALY, G.; GANGAS, N. Pillared Clays and Pillared Layered Solids. Pure Appl. Chem., 1999, vol. 71, no. 12, p. 2367 - 2371. STRAND, P., R. Vermiculite. In LEFOND, S.J. (ed.). Industrial Minerals and Rocks. American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers, Inc. 4 th Edition, New York, USA, 1975, p. 1219 – 1225. WEISS, Z.; VALVODA, V.; CHMIELOVÁ, M. Dehydration and Rehydration of Natural MgVermiculite. Geologica Carpathica, 1994, č. 45, s. 33-39.

39

WEISS, Z.; VALÁŠKOVÁ, M.; KŘÍSTKOVÁ, M.; ČAPKOVÁ, P.; POSPÍŠIL, M. Intercalation and Grafting of Vermiculite with Octadecylamine Using Low-Temperature Melting. Clays and Clay Minerals, 2003, vol. 51, no. 5, p. 555-565. WEISS, Z.; KŘÍSTKOVÁ, M.; HAVLOVÁ, D.; MALIŠ, J. Využití mikroskopie atomárních sil pro hodnocení povrchů materiálů. Výzkumná zpráva II, Materiálově technologické centrum VŠBTUO, Ostrava, 2002. WEISS, Z.; KUŽVART, M. Jílové minerály : jejich nanostruktura a využití. Praha : Karolinum, 2005. XXX s. ISBN XXXXX WIEWIÓRA, A.; PÉREZ – RODRÍGUEZ, J., L.; PÉREZ – MAQUEDA, L., A.; DRAPAŁA, J. Particle size distribution in sonocated high- and low- charge vermiculites. Applied Clay Science, 2003, vol. 24, p. 51 – 58. WILSON, M., J. X – ray powder difraction methods. In WILSON, M., J. (ed.). A Handbook of Determinative Methods in Clay Mineralogy. Chapman and Hall, New York, 1987, p. 26 – 98. ZBIK, M.; SMART, R. Nanomorphology of kaolinites: Comparative SEM and AFM studies. Clays and Clay Minerals, 1998, vol. 46, no.2, p. 153 - 160. ZHANG, Z., Z.; BAILEY, G., W. Reactivity of Basal Surfaces, Steps and Edges of Muscovite: An AFM Study. Clays and Clay Minerals, 1998, vol. 46, no. 3, p. 290 – 300.

40

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

Vybraná kritéria, zohledňující fyzikální a chemické vlastnosti finálního výrobku – rekultivačně sanačních a výplňových stavebních hmot. Jan THOMAS Na základě inventarizace potenciálních velkoobjemových odpadů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin a dalších průmyslových odpadů, byl proveden návrh a rozpracování kritérií, která by zohledňovala fyzikální a chemické charakteristiky finálních výrobků, tedy rekultivačně sanačních a výplňových stavebních hmot. Samotné fyzikální a chemické charakteristiky nejsou pouze jediným kritériem uplatňovaným z pohledu možného využití potenciálních velkoobjemových odpadů pro výrobu rekultivačně sanačních a výplňových stavebních hmot. Problematiku využití potenciálních odpadů ve formě druhotných surovin pro přípravu rekultivačních nebo výplňových hmot, uplatňujících se například při zahlazování následků po těžební činnosti, je potřeba posuzovat komplexně a systémově. Z tohoto pohledu je proto nutné, při výběru vhodných odpadů a konkrétních míst aplikace hmot, respektovat tři základní faktory. Těmito faktory jsou: -

samotné prostředí, reprezentující místo konečného umístění výrobku a následná solidifikace hmot v daném prostředí, a to jak v případě hmot rekultivačně sanačních, tak výplňových,

-

vstupní suroviny, které jsou v průběhu výroby rekultivačně sanačních nebo výplňových stavebních hmot přepracovány do podoby žádaného výrobku,

-

vlastní technologie výroby rekultivačně sanačních a výplňových stavebních hmot.

Jak již bylo zmíněno výše, fyzikální a chemické vlastnosti odpadů nebo výrobků nejsou sice jediným omezením limitujícím využití velkoobjemových odpadů, ale ve většině případů jsou rozhodujícím prvkem při posuzování vhodnosti uplatnění odpadů pro účely výroby rekultivačních nebo výplňových hmot a posouzení finální vhodnosti těchto výrobků. Rekultivačně sanační a výplňové stavební hmoty budou využívány, mimo jiné, také při zahlazování následků po báňské činnosti. Místo konkrétní aplikace rekultivační nebo výplňové hmoty bude tedy převážně vymezeno důlním prostředím, respektive důlním dílem, které je po ukončené těžbě likvidováno. Zhodnocení vlastního důlního prostředí by se mělo řídit obecně platnými zásadami a mělo by předcházet vlastnímu výběru odpadů pro přípravu rekultivačně sanačních a výplňových stavebních hmot. Při výběru hodnotících kritérií pro posouzení konkrétního důlního prostředí, by měly být zahrnuty následující faktory, mezi které je možné zařadit: -

geologickou a hydrogeologickou charakteristiku konkrétní lokality,

-

inženýrsko-geologickou charakteristiku místa aplikace hmot,

-

geochemickou povahu konkrétní lokality,

-

ostatní faktory.

Geologická a hydrogeologická kritéria by měla zahrnovat geologickou a strukturně-tektonickou stavbu, geologické a antropogenní nehomogenity, seismicitu, petrografické a mineralogické složení. Z pohledu hydrogeologického popisu lokality by mělo kritérium zohledňovat oběh podzemních vod a jejich cesty, režim důlních vod, typy zvodnělých systémů a úroveň drenážní báze po úplném zaplavení důlního prostředí. Zmíněné charakteristiky by měly být studovány jak pro období do ukončení činnosti dolu, tak pro dobu po ukončení čerpání důlních vod.

41

Inženýrsko-geologická, popřípadě geotechnická charakteristika konkrétní lokality by se měla odrážet v daném kritériu formou popisu pevnosti, pórovitosti, přetvárných vlastností, stavu napjatosti masivu, reologických změn nebo teplotního režimu masivu. Geochemická povaha konkrétního místa aplikace rekultivačně sanační nebo výplňové hmoty by měla vymezovat především možnost a rozsah rozpouštění minerálních fází materiálu hostitelského prostředí při kontaktu s kapalinou (v důlním prostředí se bude jednat především o důlní vody). Pod pojmem ostatní, jsou zahrnuta kritéria, která zohledňují takové skutečnosti jako je pracovní erudice, a/nebo další aspekty jako například aspekty sociální, ekonomické, geografické, aj.. 1.

Geologická a hydrogeologická kritéria

Geologická a hydrogeologická kritéria pro hodnocení důlního prostředí jsou důležitými prvky pro aplikaci hmot při zakládání důlních prostor, respektive při likvidaci důlních děl. Obecné zásady či kritéria hodnocení důlního prostředí při celkovém posouzení možnosti aplikace rekultivačně sanačních nebo výplňových stavebních hmot mohou být formulovány na základě podobných technologií v zemích Evropského společenství. Návrh kritérií vychází také z řady prací vypracovaných odborníky v dané oblasti. Použití rekultivačně sanačních a/nebo výplňových stavebních hmot na bázi velkoobjemových průmyslových odpadů (jako vstupní suroviny pro jejich výrobu) je možno velmi vhodně využít v různých geologických podmínkách, hydrologických poměrech a v různých hydrogeologických strukturách s tím, že je nutno případ od případu posoudit základní rizika z této činnosti. Rizika je nutno posuzovat: -

v širším regionálním kontextu,

-

samostatně pro situaci za provozu odvodňování dolu,

-

samostatně pro situaci až po stav regenerace přírodního režimu podzemních vod v důsledku ukončení důlního odvodňování,

-

z dlouhodobých časových hledisek, řádu desítek let po ukončení provozu dolu.

Pozornost musí být věnována i přechodnému období po ukončení důlního odvodňování, avšak ještě před plnou regenerací přírodního režimu. Obecná kritéria hodnocení důlního prostředí z geologického a hydrogeologického pohledu mohou být formulována následovně. Geologické poměry, vyjadřují prostředí, ve kterém budou hmoty aplikovány a kde budou podléhat změnám v důsledku dlouhodobého působení tlaku a teploty. Jedná se o strukturně-tektonickou stavbu oblasti, stratigrafii, atd.. Hydrogeologie ložiska a okolí, vyjadřuje podmínky, které umožňují přestup látek z aplikovaných hmot a jejich transport horninovým prostředím, ale zároveň i prostředím, kde dochází k alteraci v chemismu podzemních a důlních vod. Hydrogeologie ložiska a okolí zahrnuje charakteristiku hydrogeologické struktury konkrétního místa, vertikální a horizontální hydrogeologickou zonálnost lokality a celkové hydrogeologické posouzení lokality. Rekultivačně sanační a výplňové hmoty z pohledu hydrogeologie důlního prostředí, rekultivačně sanační a výplňové stavební hmoty společně s důlním prostředím představují potenciální zdroj kontaminace a tím zdroj rizika. Vlastnosti hmot, případně to co bylo v důlním prostředí ponecháno, jsou možným zdrojem spektra emitovaných polutantů. Proto je z pohledu hydrogeologických podmínek důlního prostředí důležité, stanovení spektra polutantů s uvedením současných přípustných limitů znečištění při vypouštění a likvidaci důlních vod.

42


Monitoring a vyhodnocení získaných dat Základem je monitorovací síť v důlním prostředí a na povrchu, která poskytují informace k posouzení dopadů aplikace hmot v konkrétní lokalitě na životní prostředí. Důležitým faktorem je stanovení limitů pro monitorovací a kontrolní místa. Uvedená obecná hodnotící kritéria by měla být formulována bez ohledu na charakter důlního prostředí, a to při všech způsobech uplatnění rekultivačně sanačních a/nebo výplňových stavebních hmot. 2.

Geotechnická kritéria

Jedná se o kritéria, která by měla být stanovována ve všech případech uplatnění nejen základkových hmot v důlním prostředí. V závislosti na charakteru dostupných volných lokalit v horském masivu by měla být stanovována specifická kritéria, která mohou být formulována jako následující: -

pórovitost hornin,

-

vlhkost hornin před aplikací hmot,

-

objemová hmotnost suché horniny,

-

standardní hmotová nasákavost,

-

nasákavost hornin (při použití v hydraulickém základkovém materiálu),

-

teplota hornin,

-

hodnocení systémem RMR včetně hodnocení náchylnosti hornin k zvětrávání.

Výběr specifických geotechnických kritérií závisí také na druhu prostoru, který má být v rámci likvidace vyplněn. Z toho důvodu by měla geotechnická kritéria sledovat následující požadavky. Při vyplňování dlouhých důlních děl: fyzikálně chemickou charakteristiku okolních hornin, tzn. hlavně bobtnavost a jevy, které s bobtnavostí souvisí. Při vyplňování svislých důlních děl: pevnostní charakteristika výplňového materiálu, která musí vyhovovat řadě podmínek stanovených Vyhláškou ČBÚ č. 52/1997 Sb.. Při zaplavování ukončených porubů: hustotu výplňové směsi v závislosti na dopravitelnosti do poměrně úzkých prostor zavalených hornin tak, aby tyto volné prostory v dříve zavalených horninách mohly být co nejlépe zaplněny na potřebnou vzdálenost. Při zaplavování závalu činných porubů: hustotu základkové směsi v závislosti na úklonu sloje a místu zaplavování tak, aby nedocházelo k vytékání základky do udržovaného porubního prostoru. Při ostatním použití, jako jsou ochranná těsnící žebra, uzavírací hráze, prostory za výztuží dlouhých důlních děl a pod.: specifická kritéria v těchto případech se mohou měnit v závislosti na požadavcích na daný objekt. Většinou se bude jednat o pevnostní charakteristiku výplňového materiálu a její časový vývoj od doby založení, příp. další kritéria. V podstatě lze konstatovat, že všechna důlní díla lze v určitém časovém období využít k zakládání, respektive vyplnit vyrobenou hmotou, ale náklady na tuto činnost se budou různit podle konkrétních podmínek dané lokality. V první fázi je nutno posoudit stávající situaci dolu z hlediska probíhající těžební činnosti, kapacitní možnosti z hlediska vhodných důlních děl pro ukládání, technologické a technické

43

vybavení na povrchu dolu a v jeho podzemní části a také dostupnost všech komponent nutných k vytváření stanovených rekultivačně sanačních nebo výplňových hmot. Z technického hlediska hodnocení horninového prostředí, respektive posouzení důlního díla, je možné vymezit následující kritéria. 1. Stávající situace dolu 2. Otvírka dolu 3. Velikost důlního pole a způsob rozfárání 4. Způsob dobývání 5. Způsoby dopravy základkových materiálů (hmot) 6. Způsoby využití druhotných materiálů v dole 7. Větrání a bezpečnostní aspekty 8. Monitoring Stávající situace dolu U tohoto kritéria je rozhodující, zda se jedná o činný důl, důl s částečnou likvidací důlních polí nebo jde o důl, který je v likvidaci. Ve všech uvedených případech je nutno postupovat tak, aby nedošlo k porušení „Horního zákona“ (Zákon č. 44/1988 Sb. a doplnění ve znění č. 541/1991 Sb.) z hlediska ohrožení zásob nerostů na těchto dolech. V případě činného dolu jsou nároky na řešení problému vyšší hlavně v místech, kde se problematika použití výplňových materiálů střetává s těžební činností nebo razícími pracemi připravujícími nové oblasti k těžbě. U činného dolu je také podstatné zda budou použity vyrobené hmoty v likvidovaných dlouhých důlních dílech, nebo budou využívány prostory získávané v rámci vlastního dobývání. Vyšší nároky jsou pak v oblasti bezpečnosti, a to jak pracovníků zajišťujících uvedené úkony, tak strojního zařízení. Otvírka dolu Otvírka hlubinného dolu je možná několika způsoby a závisí na řadě parametrů charakterizujících typ ložiska a úložní podmínky ložiska. Otvírku z povrchu lze provádět pomocí svislých jam, úklonných jam, štolou, rampou nebo jejich vzájemnými kombinacemi. Způsob otvírky výrazně ovlivňuje možnosti použití výplňových materiálů, zejména možnosti technologie dopravy, objem použitého výplňového materiálu a ekonomickou rentabilitu vyplňování volných prostor při větších vzdálenostech. Vhodný dosah horizontálních pracovišť, do kterých lze dopravovat výplňový materiál, je dán poměrem mezi vertikální hloubkou a horizontální vzdáleností o poměru 1:5. Závisí to však také na uložení daného výplňového materiálu. Je-li používán velmi jemnozrnný materiál, tedy jemnozrnná hmota, pak je možné tento materiál dopravovat na mnohem větší vzdálenosti. Při větší zrnitosti výplňových hmot lze tento materiál dopravovat na větší vzdálenosti zvětšením poměru vody k pevným částem hmoty. Uvedená možnost dopravy hrubozrnných hmot, jde ale na úkor nutnosti čerpání většího množství přebytečné vody. Velikost důlního pole a způsob rozfárání Horizontální a vertikální rozsah důlního pole je jedním z rozhodujících kritérií pro hodnocení vhodnosti využití výplňových hmot na bázi velkoobjemových odpadů. Velikost důlního pole ovlivňuje hlavně rozvod potrubí a tlakové ztráty v potrubí, kterým je směs dopravována a určuje počet pracovišť současně vyplňovaných zpracovaným odpadním materiálem a jejich možné vzájemné ovlivnění. Způsob rozfárání výrazně ovlivňuje délky důlních děl, jejich tvar a profil a tím i požadovaný objem výplňových hmot. Rovněž ovlivňuje počet, umístění a velikosti hrází nutných k oddělení zaplavených částí dolů od činných částí a způsoby konkrétního využití zpracovaných odpadních materiálů ve formách rekultivačně sanačních nebo výplňových hmot.

44


Způsob dobývání Uvedené kritérium zohledňuje hlavně používané dobývací metody a způsoby vedení porubů, u kterých se při vlastní technologii dobývání mohou uplatňovat různé druhy ukládání zpracovaných odpadních materiálů, které napomáhají řešit hlavně problematiku stability důlních děl, zlepšení dobývacích technologií, ochrany povrchových i důlních objektů a izolace větrního proudu. V současném hornictví nachází největší uplatnění zejména metoda stěnování. Tato dobývací metoda umožňuje za určitých podmínek těžbu užitkové suroviny a současně ukládání zpracovaných velkoobjemových odpadů v prostorách vzniklých vydobytím zájmové suroviny. Ostatní dobývací metody jsou zajímavé pouze z pohledu volných prostor likvidované plochy. Způsob dopravy základkových materiálů (hmot) Způsob dopravy na konkrétním místě aplikace rekultivačně sanačních nebo výplňových hmot musí umožňovat dopravu potřebných objemů hmot na cílové místo. Nejběžnějším způsobem dopravy vyrobené hmoty je doprava samospádem potrubím od míchací stanice na povrchu až k místu vyplnění v dole. Důležitým ukazatelem dopravy je skladba výplňové hmoty, která ovlivňuje životnost dopravního systému, parkovatelnost vyrobené hmoty, možnost ucpání potrubí nebo jeho porušení a vlivem zvýšení hydraulického odporu snížení dopravní rychlosti. Významným kritériem je složitost důlního dopravního systému, který je dán změnami průměru potrubí, délkou potrubí a počty ohybů. Při dopravě materiálů pro účely vyplnění důlních děl ve větších vzdálenostech mohou být do potrubního systému zařazena také vysokotlaká čerpadla, usnadňující dopravu na vzdálený horizont. Způsoby využití druhotných materiálů v dole Rekultivačně sanační a výplňové hmoty, které byly vyrobeny zpracováním potenciálních velkoobjemových odpadů, lze v důlním prostředí využít různými způsoby, pro které je zapotřebí rozdílných objemů a kvality vyrobených hmot. Největšího množství vyrobených rekultivačně sanačních a/nebo výplňových hmot lze použít při likvidaci dlouhých důlních děl, svislých důlních děl, při zaplavování porubů, při proplavování závalu porubů a pod.. Další uplatnění lze nalézt při vytváření ochranných těsnících žeber, při stavbě uzavíracích hrází, při zakládání směsi za výztuž důlních děl, při zpevňujících injektážích a pod. - Zaplňování likvidovaných jam zpracovanými hmotami Likvidace jam je prováděna zpevněnými zásypovými materiály, které mohou být tvořeny směsí odpadů s různými pojivy. Zpevněná zásypová směs je do jámy spouštěna potrubím po demontování lezního oddělení. Zpevněná směs musí splňovat řadu hledisek, které upravuje Vyhláška ČBÚ č. 52/1997 Sb.. Vyšší nároky jsou kladeny na její složení (musí dokonale vyplňovat celý průřez) a na pevnost v tlaku (po 28 dnech musí mít hodnotu 2 popřípadě 5 MPa). - Zaplavování ukončených porubů Zaplavování ukončených porubů směsí odpadních materiálů má technologický význam zejména v těch případech, kdy se podél těchto stařin bude dobývat. Vyšší nároky jsou kladeny na složení směsi (hustota) v závislosti na stupni konsolidace závalu, na úložní poměry porubu (úklon, tektonické poruchy, délka porubu atd.), a na kontrolu možného vytékání směsi do činných důlních děl. - Proplavování závalu porubu Technologický postup likvidace závalových prostor předpokládá zpracování velkoobjemových odpadů jako druhotné suroviny pro výrobu rekultivačně sanačních a/nebo výplňových hmot využívaných v důlní technologii. Vychází se z předpokladu, že bezprostředně za postupujícím porubem jsou závalové horniny považovány za nestlačené nebo jen stlačené ve velmi malé míře a tyto horniny jsou proplavovány dopravovanou hmotou a vyplňují volné prostory. - Zakládání vyrobených hmot za výztuž dlouhých důlních děl Hlavním cílem vyplňování prostorů za výztuží ražených chodeb je vytvoření celistvého základkového polštáře mezi horninou a výztuží. Vytvořením dokonalého kontaktu výztuže s horninou dochází 45

k příznivějšímu rozložení vnějších sil a zatěžování výztuže okolním masivem. Významným faktorem je v tomto případě hustota směsi, rychlost tuhnutí a pevnost v tlaku. - Uzavírací hráze Zvýšené nároky na pevnostní parametry jsou kladeny také na uzavírací hráze sloužící k těsnému uzavření opuštěných a odhozených důlních děl a dále k uzavírání požářišť, příp. ohňů. Zhotovují se hydraulickým transportem vyrobené hmoty z větší vzdálenosti, popřípadě z prostoru přímo u hráze do úseku důlního díla vymezeného dvojicí peření. - Ochranná těsnící žebra Účelem je omezení nebezpečí vzniku samovznícení v porubech, snížení plynodajnosti, zamezení průtahů větrů stařinami, stabilizace styku porub – chodba a zvýšení stability porubní chodby. Zvýšené nároky jsou kladeny na dodržování stupně vyplnění, na časový průběh zrání a docilovanou pevnost v závislosti na čase. Větrání a bezpečnostní aspekty Větrání při realizaci vyplňování volných prostor může být dvojí. Buď průchodním větrním proudem nebo separátním větráním. Z hlediska bezpečnosti práce je nutno zajistit dodržování všech předpisů stanovených ve vyhlášce ČBÚ č. 22/1989 Sb.. Je zde nutno upozornit na zvýšené nebezpečí výstupu důlních plynů ze zakládaných respektive vyplňovaných prostor. Monitoring Složení hmot pro účely vyplňování je možno monitorovat na povrchu po namíchání, u místa spouštění do dolu a v místě finální aplikace. Požadavkem na dopravovanou rekultivačně sanační a/nebo výplňovou hmotu je její složení dle požadavku způsobu využití, objem, hustota, dále také stupeň vyplnění a rychlost tuhnutí hmoty. 3.

Geochemická kritéria

Z hlediska geochemického hodnocení důlního prostředí je situace značně komplikovaná tím, že v utlumovaných dolech v důlních prostorách zůstává velké množství antropogenních materiálů, které významně ovlivňují možnost kontaminace důlních vod. Proto při hodnocení geochemických kritérií je zapotřebí postupovat v úzké součinnosti s hodnocením hydrogeologickým a geologickým. Na základě vyhodnocení těchto poznatků je zapotřebí především vytvořit geochemická kritéria pro výrobu výplňových hmot na bázi odpadů, přičemž je nutné mít na zřeteli základní limitní podmínku, že použití takových hmot (rekultivačně sanačních a výplňových hmot) nesmí zhoršit podmínky životního prostředí v místě konkrétní aplikace těchto materiálů. Výše uvedená omezení, respektive kritéria z pohledu geologického, hydrogeologického nebo geotechnického, charakterizující finální místo použití rekultivačně sanačních a/nebo výplňových hmot na bázi odpadů, je možné a nutné rozšířit o další, která se týkají fyzikálních a chemických vlastností jak vstupních surovin – potenciálních velkoobjemových odpadů, tak finálního výrobku – rekultivačně sanační a/nebo výplňové hmoty. K těmto kritériím se v neposlední řadě přidávají kritéria legislativní. Základní kritéria výběru a hodnocení vhodných velkoobjemových odpadů a následně finálního produktu (hmoty), je možné definovat následovně:

46

-

kritérium vhodnosti odpadu,

-

kritérium dodržení limitních vlastností výrobku,

-

kritérium ekologické přijatelnosti výrobku.


•

Kritérium vhodnosti odpadu

Kritérium vhodnosti odpadu je limitováno především chemickými a fyzikálními vlastnostmi potenciálně použitých velkoobjemových odpadů. Z chemických vlastností se jedná především o posuzování nebezpečných vlastností uvedených v příloze č. 2 zákona č. 185/2001 Sb., respektive zákona č. 106/2005 Sb., kde je vyjmenováno 15 vlastností, které mohou činit odpad nebezpečným. Základním kritériem pro posouzení chemických vlastností je hodnota vodného výluhu a sušiny ve smyslu vyhlášky Ministerstva životního prostředí č. 383/2001 Sb., respektive 294/2005 Sb.. Dále je rovněž posuzována schopnost odpadu účastnit se v průběhu technologie výroby hmot reakčních mechanismů, které umožní chemickou stabilizaci polutantu ve vstupní surovině. Z hlediska fyzikálních vlastností se pak jedná o posuzování těch vlastností, které ovlivňují homogenitu vyrobených hmot. Mezi taková sledování patří kontroly granulometrického složení, vlhkosti atd., které ve výsledném produktu ovlivňují parkovatelnost hydraulicky dopravované výplňové hmoty. •

Kritérium dodržení limitních vlastností výrobku

Tato kritéria jsou dána zákonem č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů ve smyslu NV č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky. Při výrobě rekultivačně sanačních a výplňových hmot jsou kladeny nároky zejména na kvalitu úpravy a zpracovaní vstupních komponent do těchto zájmových výrobků. Nutností je především dokonalá homogenizace vstupních surovin ve směsi tak, aby pokud možno byly i v provozních podmínkách co nejdůsledněji dodrženy receptury přípravy směsí. V závislosti na způsobu aplikace rekultivačně sanačních nebo výplňových hmot v důlním prostředí (tj. podle toho, zda půjde o proplavovací hmoty, výplňové hmoty pro horizontální díla nebo o hmoty pro díla vertikální) musí stabilizovaná rekultivačně sanační nebo výplňová hmota v určitých případech vykazovat únosnost vyžadovanou orgány státní správy (OBÚ). V tomto smyslu je po 28 dnech zrání požadována pevnost v prostém tlaku: pro hmoty, které se uplatňují ve svislých dílech ústících na povrch v místech jejich průniků s patrovým náražím : min. 5 MPa pro hmoty, které se uplatňují ve svislých dílech ústících na povrch v prostorách mezi nárazišti : min. 2 MPa Rekultivačně sanační nebo výplňové hmoty používané v horizontálních dílech nebo využívané k proplavování závalu nemají předepsánu žádnou hodnotu konečné pevnosti. Účinnost provedení stabilizace je hodnocena různými analytickými metodami, které umožňují upravený odpad charakterizovat jak po stránce fyzikální, tak chemické. Důležitou součástí analytických metod jsou vyluhovací testy. Podstatou je vystavení upraveného odpadu vlivu různých typů loužících médií a v časovém intervalu následné stanovení obsahu polutantů v loužícím médiu. Mezi nejčastěji používané loužící roztoky patří destilovaná, respektive deionizovaná voda a vodné roztoky kyseliny sírové a dusičné. Porovnáním výluhu před a po provedené stabilizaci, je možné zjistit schopnost konečných produktů (rekultivačně sanačních nebo výplňových hmot) imobilizovat nebezpečné složky. Provedení testů vyluhovatelnosti je stanoveno postupem daným vyhláškou MŽP č. 294/2005 Sb. o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu. •

Kritérium ekologické přijatelnosti

Z pohledu ochrany životního prostředí je nutno věnovat pozornost především problematice přestupu potenciálních kontaminantů do podzemních vod a jejich další migraci v hostitelském horninovém masivu. O míře zatížení podzemních vod rozhoduje zejména vyluhovatelnost. Do jisté míry ji lze ovlivňovat volbou vhodných fyzikálně-chemických vlastností matrice ve vztahu k druhu použitého odpadu.

47

Prokazování akceptovatelnosti rekultivačně sanačních a výplňových hmot pak musí spočívat v kvantitativním bilančním zhodnocení možného výstupu kontaminantů do okolních podzemních vod a v hodnocení možných důsledků na sledované zájmy ochrany životního prostředí. Tato bilance musí být založena na detailní analýze konkrétních hydrogeologických podmínek dané lokality. Nenahraditelným podkladem pro kvantifikaci naznačených předpokladů je zhodnocení poznatků a záznamů z odvodňování dolu a další hydrogeochemické poznatky, získané za dobu těžby na daném dole i na dalších dolech dotyčného důlního prostředí. Rizika z migrace škodlivin v horninovém prostředí je proto nutné posuzovat v dlouhodobé časové perspektivě, v řádech desítek a stovek let. Konečným důsledkem aplikace výplňových nebo rekultivačně sanačních hmot v důlním prostředí je vždy existence kontaktu výplňového materiálu s důlními vodami. Z toho důvodu je posouzení ekologické přijatelnosti zájmových hmot z dlouhodobého hlediska rozhodující. Podstatným faktorem, kromě výše uvedených, ovlivňujícím výběr vhodného velkoobjemového odpadu je vedle jeho množství také jeho cena, kterou producent za odpad platí. Tento fakt se odráží v cenové přijatelnosti tvorby hmot, tedy v kritériu ekonomické přijatelnosti výroby rekultivačně sanačních a výplňových hmot. •

Kritérium ekonomické přijatelnosti výroby hmot

V případě útlumu důlních prací a likvidaci důlních děl, může proces výroby a uplatnění rekultivačně sanačních a výplňových hmot v důlním prostředí podstatným způsobem vylepšit ekonomiku dobývání. Tržby za odebrané druhotné suroviny (velkoobjemové odpady) od jejich původců mohou přispět k snížení nákladů na prováděné práce, jako např. vytěžení zbytkových zásob. Posouzení ekonomické přijatelnosti je tedy závislé na výši poplatků producenta velkoobjemových odpadů a na nákladech spojených s vyplněním dostupných důlních děl. Mezi zájmové velkoobjemové odpady, které jsou potenciálně zapracovatelné do výplňových stavebních nebo rekultivačně sanačních hmot je možné zařadit následující materiály (viz. tabulka č. 1.). Jedná se o takové látky, u kterých byla vhodnost zapracování do směsí laboratorně odzkoušena, anebo se kterými se pro přípravu směsí v budoucnu počítá.

48


Pořadové číslo 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

Tabulka 1: Velkoobjemové odpady a jejich zařazení podle Katalogu odpadů Název druhu odpadu podle Katalogu odpadů Poznámka Vyhl. MŽP č. 381/2001Sb. Hlušina a další odpady z praní a čištění nerostů neuvedené Odpad z úpravy nerud pod čísly 01 04 07 a 01 04 11 [01 04 12] (odpady z fyz. a chem. Odpadní štěrk a kamenivo neuvedené pod číslem 01 04 07 zpracování nerudních [01 04 08] nerostů) Škvára, struska a kotelní prach [10 01 01] Popílek ze spalování uhlí [10 01 02] Odpady z tepelných Pevné reakční produkty na bázi vápníku z odsiřování spalin procesů [10 01 05] Opdady ze zpracování strusky [10 02 01] Pevné odpady z čištění plynů obsahující nebezpečné látky [10 Odpady z průmyslu 02 07*] železa a oceli Kaly a filtrační koláče z čištění plynů obsahující nebezpečné látky [10 02 13*] Jiné kaly a filtrační koláče [10 02 15] Solné strusky z druhého tavení [10 03 08*] Odpady z pyrom. hliníku Licí formy a jádra použitá k odlévání neuvedená pod číslem Odpady ze slévání 10 09 07 [10 09 08] železných odlitků Pecní struska [10 09 03] Odpady z výroby ker. Odpadní keramické hmoty před tepelným zpracováním zboží, cihel, tašek a [10 12 01] staviv Kaly z fosfátování [11 01 08*] Odpady z povrchových Kaly a filtrační koláče obsahující nebezpečné látky úprav kovů a jiných [11 01 09*] materiálů Úlet železných kovů [12 01 02] Odpady z tváření a z fyzikální a mechanické Odpady jinak blíže neurčené [12 01 99] povrchové úpravy kovů Směsi nebo oddělené frakce betonu, cihel, tašek a Stavební a demoliční keramických výrobků neuvedené pod číslem 17 01 06 odpady [17 01 07] Filtrační koláče z čištění odpadních plynů [19 01 05*] Odpady ze zařízení na Pevné odpady z čištění odpadních plynů [19 01 07*] zpracování odpadů Popílek obsahující nebezpečné látky [19 01 13*] Odpady z fyzikálněKaly z fyzikálně-chemického zpracování obsahující chemických úprav nebezpečné látky [19 02 05*] odpadů Kaly z jiných způsobů čištění průmyslových odpadních vod obsahující nebezpečné látky [19 08 13*] Odpady z čistíren Kaly z jiných způsobů čištění odpadních vod neuvedené pod odpadních vod číslem 19 08 13 [19 08 14] Kaly ze sanace podz. vody obsahující neb. látky [19 13 05*] Odpady ze sanace

49

Reference GRMELA, A., RAPANTOVÁ, N.: Geologické a hydrogeologické podmínky pro používání druhotných směsí při likvidaci dolů nebo jejich částí. Dílčí závěrečná zpráva grantu MŽP VaV/530/1/98, VŠB-TU Ostrava, HGF IGI, Ostrava, 30.11.1998, ss. 1-90. GRMELA, A., RAPANTOVÁ, N., SLIVKA, V.: Vertikální stratifikace Dolu Jan Šverma v Žacléři a rozdělení likvidovaných důlních děl podle specifických vlastností záplavových směsí s ohledem na hydrogeologické poměry dolu. Dílčí zpráva grantu MŽP VaV/530/1/98, VŠB-TU Ostrava, HGF IGI, Ostrava, 30.4. 1999, ss. 1-79. TYLČER, J. : Geologická a hydrogeologická kritéria pro hodnocení důlního prostředí s aplikací na OKR, AQ-test, s.r.o., Ostrava - hydrogeologie a ochrana životního prostředí. Dílčí zpráva grantu MŽP VaV/530/1/98, Ostrava, září, 1999, ss. 1-55. SLIVKA, V., Průmyslové odpady a možnosti jejich využití jako druhotné suroviny pro sanaci po báňské činnosti, - In.: Sbor. věd. prací VŠB – TU Ostrava, ISBN 80-248-0110-8, Ostrava, 2002, str. 104. VAVRO, M.: Studium vybraných typů velkoobjemových odpadů s ohledem na jejich využití k výrobě samotuhnoucích hydraulických zakládek, Doktorandská disertační práce, VŠB – TU Ostrava, 1998, str. 179. Zákon č. 106/2005 Sb., ve smyslu úplného znění zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů, jak vyplývá ze změn provedených zákonem č. 477/2001 Sb., zákonem č. 76/2002 Sb., zákonem č. 275/2002 Sb., zákonem č. 320/2002 Sb., zákonem č. 167/2004 Sb., zákonem č. 188/2004 Sb., zákonem č. 317/2004 Sb. a zákonem č. 7/2005 Sb. (zákon o odpadech). Vyhláška č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady. Zákon č. 44/1988 Sb., resp. zákon č. 541/1991, v úplném znění zákon č. 439/1992 Sb., o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon). Vyhláška ČBÚ č. 52/1997 Sb., kterou se stanoví požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl. Vyhláška ČBÚ č. 22/1989 Sb., o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při hornické činnosti a při činnosti prováděné hornickým způsobem v podzemí. Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. Nařízení vlády č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky, ve smyslu Nařízení vlády č. 312/2005 Sb., kterým se mění nařízení vlády č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky.

50

V 003 - NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ A DOSUD NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ (DÁLE VEP PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU

Energosádrovce Pavel Schmidt, Petr Šašek

Obrovský rozsah spalování fosilních paliv k energetickým účelům zejména ve 2. polovině našeho století má za následek emise značného množství oxidu siřičitého vznikajícího ze síry obsažené v palivech, a to zejména černého a hnědého uhlí a dále topných olejů z ropy. Obsah síry v zemním plynu a svítiplynu je zanedbatelný. Snahy o snížení následků dopadu tohoto spalování vedly již dříve v řadě vyspělých zemí mimo jiné i k vývoji metod odsiřování spalin. K první provozní realizaci došlo již ve třicátých letech tohoto století. Jako první se uvádí propírání spalin londýnské elektrárny Battersea výkonu 120 MW alkalickou vodou z Temže obohacenou přídavkem vápenného kalu. Účinnost jednoduchého dřevěného absorbéru dosahovala až 95%. Klasická vápenná vypírka spalin byla poprvé vyzkoušena v britské elektrárně Fulham v roce 1935. Po přerušení dalšího vývoje druhou světovou válkou a následnou dobou poválečných rekonstrukcí se původně prosazovala metoda rozptylování emisí výstavbou vysokých komínů. To však přispělo rychlým přerůstáním problémů s emisemi SO2 a kyselými dešti k celosvětové ekologické hrozbě. V 70. letech vzhledem ke stále se zvyšujícím objemům spalování paliv, což mělo za následek rostoucí kvanta emisí oxidu uhličitého a velmi akutní ekologické ohrožení v některých oblastech koncentrace průmyslu, začalo v řadě průmyslově vyspělých zemí hromadné uplatňování systémů odsiřování spalin velkých topenišť. Pro odsiřování kouřových plynů se ve většině případů používá vodní suspenze vápence nebo páleného vápna. Produktem tohoto procesu je síran vápenatý nazvaný energosádrovec Plným zavedením odsiřování elektráren vznikl další velký zdroj odpadního sádrovce a s tím i řada problémů s jeho využitím případně s jeho ukládáním. [1] Porovnání základních metod odsíření [5] Výběr vhodné metody je závislý na konfiguraci stávajícího zařízení a na místně specifických faktorech (jako je místo, tepelná kapacita a zátěžový faktor jednotlivého zařízení), stejně jako na palivu, jakosti popela, dostupnosti sorbentů, možnosti skladování či odprodeje produktů a na mnoha dalších faktorech. Všechny tyto faktory se promítají do finanční náročnosti a to jak z hlediska investic, tak provozních nákladů. Protože tyto faktory jsou u každého uživatele rozdílné, je nutné posuzovat jednotlivé metody individuálně. To, co je v jednom provozu žádoucí, může být v jiném provozu nadbytečné. Následující srovnání obsahuje pouze několik porovnávaných hledisek a nelze je brát jako komplexní podklad pro výběr optimální metody. Suchá metoda odsíření je reprezentant jedné z nejjednodušších metod. Ke své aplikaci vyžaduje minimální prostorové nároky, defakto pouze zřízení skladovacího zařízení sorbentu (vápence či vápna) s vhodným přísunem materiálu. Vlastní dávkování sorbentu se provádí na stávající upravené technologii spalovací jednotky. Obvykle bývá nutné posílit nebo nově instalovat odpovídající zdroj stlačeného vzduchu, s jehož pomocí je skladován a dopravován sorbent. Je nutné brát v úvahu, že po odsíření se zvýší objem odprašků vystupujících z technologie. Vhodným doplňkem této technologie je instalace tkaninových hadicových filtrů, v nichž probíhá ještě zbytková reakce sorbentu s kouřovými plyny - to přispívá k celkovému zlepšení účinnosti této odsiřovací technologie, obvykle se uvádí zlepšení o cca 10%. V případě využití elektrofiltrů je efekt dodatečného odlučování SO2 minimální. Obecně je suchá metoda vhodná při spalování černého uhlí. U suchých metod se dosahuje účinností maximálně do cca 50%. Polosuchá metoda má účinnost vyšší, běžně v oblasti 70 ÷ 90 %. Není však možné ji použít kdykoliv. Polosuchou technologii lze téměř ideálně navrhnout pro zdroj se stabilním výkonem a stabilními emisemi. V takovémto případě pracuje odsíření v optimálním pracovním bodě - t.j. s optimální účinností odsíření, s minimalizací nálepů v reaktoru a potrubí, s minimální spotřebou sorbentu, s minimálním množstvím a požadovanou kvalitou energosádrovce, apod. Běžné kolísání parametrů spalin na vstupu lze zachytit regulací, aniž by došlo k posunu pracovního bodu mimo oblast optima u požadovaných parametrů. V případě kolísání výstupu zdroje a zvláště, pokud je zdrojů několik a některé 51

se z nich občas odstavují, je nutné optimalizovat účinnost odsíření pro podstatně větší rozsah vstupních hodnot. To se obvykle dělá tím, že se používá několik absorbérů, do absorbéru se dává několik atomizérů, používá se recirkulační okruh sorbentu, reguluje se více parametrů, vstup spalin do absorbéru má speciální řešení a je regulovatelný, atd. Všechny tyto úpravy mají za cíl co nejvíce rozšířit pracovní oblast technologie odsíření. Je však zřejmé, že technologie se pak zesložiťuje, narůstají nároky na její správné zaregulování, to se samozřejmě projeví v nárůstu finančních nákladů. Tím vším se ztrácí výhoda při porovnání s mokrou metodou. U mokré metody dosahuje účinnost odsíření hodnot 90 ÷ 95 %, případně i vyšších. Důležitou podmínkou pro stabilní dosahování takových účinností je dostatečné dimenzování odsiřovací technologie - logika je taková, že čím delší dobu stráví plyn v reaktoru při dostatečně intenzivním sprchování sorbentem, tím je účinnost odsíření lepší, při tom všem není nutná žádná složitá mnohaparametrická regulace. Vlastní technologie mokrého odsíření je sice oproti ostatním metodám rozsáhlejší, její jednoznačná výhoda je však v tom, že dosahuje vysoké a stabilní účinnosti bez ohledu na kvalitu paliva a kolísání výkonu zdroje. Tato výhoda je prioritním důvodem pro rozšíření jejích aplikací. Přebytky sorbentů oproti emisím SO2 se pohybují u polosuché metody běžně v rozmezí 1,3 ÷ 1,6. Větší poměr sorbentu již nepřináší výrazné zvýšení účinnosti, při poměru přes 2 jež vliv přebytku sorbentu zcela zaniká a výsledkem je pouze zvýšení množství odprašků. Mokrá technologie odsíření je podstatně efektivnější, protože dokáže využít sorbent běžně z 90%, spíše však ještě výrazněji. Obvyklá hodnota přebytku sorbentu se pohybuje v hodnotách okolo 5%. Minimalizace spotřeby sorbentu a důraz na stabilizaci kvality výstupů z technologie - energosádrovce - je hlavním důvodem pro rozšíření dvouokruhových absorbérů. Měkký, křídovitý druh vápence vykazuje nejlepší výsledky a v některých případech má téměř tak dobré výsledky jako vápno. Vysvětluje se to tím, že křída svou měkkostí a křehkostí se otíráním o stěny mixérů dodatečně štěpí na menší frakce než na jakou byly vyprodukovány v mlýně (na rozdíl od kamenného typu vápence, který této fyzické transformaci následkem tvrdosti nepodléhá). Obsah hořčíku ve vápenci bývá pozitivním faktorem, po rozložení MgCO3 na Mg + CO3 v reaktoru je totiž hořčík vynikajícím sorbentem. Jednoduchost suché metody je vyvážena zvýšenou spotřebou vápna oproti méně reaktivnímu vápenci, který se používá spíše u mokrých technologií. Obecně jsou náklady na vápno několikrát větší než náklady na vápenec. Aby se technologie odsíření zbytečně nezahlcovaly popílkem, jsou obvykle před technologií odsíření instalovány předodlučovače, ve kterých se zachytí co největší podíl prachů. Zde se s výhodou využívají původní odlučovače prachu, jako např. elektrofiltry. Ty se vyplatí rekonstruovat, přičemž je následně lze provozovat se sníženou účinností. V případech, kde se energosádrovec ukládá na skládku, se stejně v posledních fázích mísí s popílkem. Výstupy z technologie suchého a polosuchého odsíření (vlhká směs prachu, sorbentu a produktu) jsou svou kvalitou a chemickým složením nestabilní a v převážné většině případů je možné je pouze skladovat. Výstup z mokré technologie může být variabilní - v jednoduše koncipované technologii, která nereguluje kvalitu výstupního produktu (je tedy jednoduchá a levná), je výstupem mokrá směs prachu, sorbentu a produktu. Tuto směs je nutné ukládat na skládku při použití dalších opatření, jako je mísení s vodou a popílkem, aby se vytvořil stabilní neškodný produkt. Pokud se chemické vlastnosti produktu pohybují v určitých hranicích, je možný jeho odsun stávajícím systémem hydrodopravy popílku. Lépe zregulované technologie mokrého odsíření mohou produkovat sádrovec s garantovanými parametry. To se jeví jako výhodné, pokud je zajištěn odbyt tohoto produktu. Obecně mokrá metoda odsíření pracuje s vyšší spotřebou vody, kterou je nutné po kontaminaci produkty likvidovat jako odpadní vodu. Materiálové řešení technologií je velmi různorodé. Vlastní absorbéry pro polosuché metody bývají konstruovány z běžných ocelí, pro mokré metody pak většinou z nerezových materiálů. Používá se několik druhů nerezových ocelí (např. ve spodní části absorbéru jsou nerezy se zvýšenou abrazivní odolností, apod.), případně se používají vrstvené oceli (plátované). V posledních letech doznaly rozšíření i jiná materiálová řešení absorbérů - pro konstrukci skeletu je využita běžná konstrukční ocel, která je z vnitřní strany chráněna vulkanizovanou pryžovou vrstvou, případně nátěry nebo nástřiky na bázi

52


dvousložkových pryskyřic se skleněnými vlákny. Rozšíření těchto řešení je důsledkem nižších investičních nákladů při jejích aplikacích. Uvedené povrchové úpravy se s výhodou používají pro ostatní prvky technologie. Potrubní rozvody bývají řešeny jak z nerezových ocelí, tak z běžných ocelí s vnitřní pryžovou či plastovou výstelkou. Je často používané řešení z materiálů FRP (sklolaminát se speciální pružnější vnější vrstvou), které se vyznačuje vysokou abrazivní odolností. Obdobné řešení mají i používaná čerpadla. Rozstřikové systémy v absorbéru se většinou řeší pomocí rozprašovacích trysek, někdy se využívají i jiné způsoby. Rozprašovací trysky v absorbéru se používají jak nerezové, tak keramické, případně silikonkarbidové (SiC), které patří k nejodolnějším. S volbou vhodných materiálů v některých případech souvisí i případné usazování materiálů na stěnách (krustování). U mokrých metod bývá nejčastějším důvodem nedodržování pracovních stavů médií (hlavně odchylky pH, změny obsahů stopových látek, apod.). U polosuchých metod bývají obvykle důvodem problémy se zaregulováním poměrů sorbentů a recyklátů, případně problémy pocházející z rozprašovačů ve vztahu ke kolísání množství spalin. Dlouholeté používání odsiřovacích technologií umožnilo porozumět procesům, které uvnitř probíhají. Jsou jednoznačně specifikovány provozní stavy či hodnoty určitých parametrů médií, při jejichž dosažení či při jejichž nedodržování ke krustování dochází. Projekce odsiřovacích zařízení předpokládá znalost takovýchto procesů. Nedodržení těchto zkušeností zvyšuje provozní náklady odrážející se ve zvýšené četnosti údržby. Do spodní části absorbéru mokrého odsíření, kde se shromažďuje sorbent, se zavádí provzdušňování - tzv. nucená oxidace. V důsledku obsahu kyslíku v tomto vzduchu dochází k další oxidaci sorbentu, to se projevuje nárůstem mnohokrát větších krystalů sádrovce. Ty se následně lépe oddělují v cyklónových odstředivkách. Konečné odvodnění se provádí na bubnových či pásových filtrech. Použití nucené oxidace v quencheru (spodní části absorbéru) má pozitivní vliv na nižší krustování na stěnách. Uvádí se, že investiční náklady na pořízení polosuché technologie bývají průměrně o 20 ÷ 30 % nižší než náklady na mokrou technologii. Průběh chemických reakcí uvnitř absorbéru u mokré metody je mimo jiné optimalizován dodržováním vhodné teploty spalin, které do absorbéru vstupují. Úprava teploty spalin se s výhodou provádí v tepelném výměníku, který je zařazen před absorbér. Úlohou výměníku je snížení teploty spalin vstupujících do absorbéru při současném zvýšení teploty spalin vystupujících z absorbéru. Snížení teploty spalin na vstupu je nutné pro zajištění dobré účinnosti odsíření, dalším důsledkem je, že zlevňuje materiálové a konstrukční řešení. Spaliny odcházející do komína se naopak ohřívají a jejich teplota se zvyšuje nad rosný bod - v některých případech pak není nutné stavět "mokrý" komín. V mnoha případech se k ohřevu spalin vystupujících z absorbérů využívají parní ohřívače, případně předehřátý vzduch z kotle (neobsahuje popílek). Používané rotační výměníky obvykle nebývají 100% těsné a dochází k několikaprocentnímu úniku neodsířených spalin do čisté sekce, důsledkem je pokles účinnosti odsíření - pokud použijeme rotační výměník, musíme s tímto důsledkem počítat. Jiné systémy výměníků používají oddělené vedení médií a tedy 100% těsnost, jsou však prostorově náročnější. Při jejich návrhu je mimo jiné nutné uvážit možnost jejich pravidelného čištění. Obecně lze konstatovat, že mokrá a polosuchá technologie odsíření jsou náročné na spotřebu vody. Probíhající reakce vyžadují značné schlazení spalin více či méně k rosnému bodu. Použití tepelných výměníků spalin u mokré a polosuché metody se příznivě obráží v nižší spotřebě vody do technologie.

53

Mechanismus vzniku energosádrovce Ve všech systémech absorpčního odsiřování spalin na bázi CaO/CaCO3 probíhá tvorba energosádrovce v následujících krocích: • • • •

absorpce SO2 - přechod SO2 z plynné fáze do absorpčního roztoku oxidace absorbovaného SO2 na SO42krystalizace CaSO4.2H2O odloučení krystalického CaSO4.2H2O z mateřského roztoku

Mechanismus těchto procesů je v podstatě následující: SO2 absorbovaný do vodného roztoku reaguje částečně s vodou na kyselinu siřičitou: H2O + SO2 = H2SO3

(1)

která disociuje podle rovnic H2SO3 = H+ + HSO3-

(2)

HSO3- = H+ + SO32-

(3)

a

Vzhledem k nízké disociační konstantě kyseliny siřičité ve 2. stupni je koncentrace SO32- iontů zejména v kyselém prostředí velmi nízká a bisulfitové ionty jsou částečně absorbovány a zbytkovým O2 ze spalin oxidovány: HSO3- + 1/2 O2 = HSO4-

(4)

V důsledku vysoké hodnoty disociační konstanty kyseliny sírové ve 2.stupni disociují bisulfátové ionty: HSO4- = H+ + SO42-

(5)

Touto disociací bisulfátových iontů se zvyšuje kyselost absorpční kapaliny a současně rostoucí koncentrací SO42- iontů za přítomnosti Ca2+ iontů dochází k přesycení roztoku a krystalizaci CaSO4.2H2O. Je-li pH vypírací kapaliny > 5,5, posouvá se reakční rovnováha rovnic (2) a (3) doprava, zvýší se koncentrace iontů SO32- a v přítomnosti Ca2+ iontů se sráží z roztoku těžkorozpustný CaSO3.1/2H2O Ca2+ + SO32- + 1/2H2O = CaSO3 .1/2 H2O

(6)

Tím je částečně blokována oxidace siřičitanu na síran, která v tuhé fázi při daných teplotách prakticky neprobíhá. Teprve zvýšením pH se CaSO3.1/2H2O znovu převádí na roztok bisulfitu, u kterého může oxidace proběhnout. Vysrážení CaSO3.1/2H2O je typické pro polosuchý způsob odsiřování spalin s rozprašovacími sušárnami, při kterém se do spalin rozstřikuje nadstechiometrické množství suspenze Ca(OH)2. Sekundárním produktem odsiřování, který v důsledku odpaření vody z absorpční suspenze odpadá v suché práškovité formě, je směs siřičitanu a síranu vápenatého (především z absorbovaného SO3), dále nezreagovaného vápna (částečně rekarbonizovaného na CaCO3), a zachyceného popílku. Vysrážení CaSO3.1/2H2O je typické i pro mokrou absorpci na bázi CaO/CaCO3 s produkcí odpadního sulfitového kalu - suspenze části síranu vápenatého a siřičitanu vápenatého. Zbytkový obsah CaCO3 je v těchto kalech minimální v důsledku podstatně vyššího stupně využití absorbentu při mokré absorpci.

54


V kyselém prostředí, prakticky při pH <5, nemůže dojít k vysrážení siřičitanu, a v přítomnosti O2 dochází za katalytického působení iontů těžkých kovů (vyluhovatelných z popílku nebo z korozních produktů) k oxidaci siřičitanu na síran. Růstem koncentrace SO42- - iontů v roztoku v důsledku oxidace siřičitanů dochází za přítomnosti Ca 2 + - iontů k přesycení roztoku CaSO4, ze kterého tento krystalizuje ve formě CaSO4.2H2O. Suspenze krystalků sádrovce, která je výsledkem výše uvedených procesů, se odlučuje v hydrocyklonech. Přetok z hydrocyklonů obsahující menší "zárodečné" krystalky CaSO4.2H2O se vrací zpět do absorpčního okruhu, zahuštěná suspenze větších krystalků s obsahem H2O cca 10% se pak odvodňuje na odstředivkách nebo vakuofiltrech. S krystalky CaSO4.2H2O jsou do energosádrovce strhávány i další suspendované látky - vysrážený CaF2, balastní nerozpustné složky vnesené do systému spolu s vápencem nebo vápnem např. písek, jílové minerály, zachycené částice popílku, zrníčka nezreagovaného CaCO3, popřípadě sekundárně nerozpuštěného CaSO3.1/2 H2O. Obsah rozpustných solí ve zbytkové vlhkosti vysráženého energosádrovce po jeho odvodnění - Mg2+ (z mírně zdolomitizovaného vápence), Na+ a Cl- je možno snížit promýváním energosádrovce čistou užitkovou vodou za pokračujícího odvodňování. Odsiřování v ČEZ a.s. Převážná výrobní kapacita Skupiny ČEZ je odsířena osvědčenými nejúčinnějšími mokrými metodami pomocí vápence. Jednotlivá provedení se sice liší podle toho, co spalování uhlí a technologie bloků v jednotlivých elektrárnách umožňuje, přesto dosažené konečné efekty vyčištění plynů jsou srovnatelné. Mokrá vápencová vypírka se zavedením vyčištěných kouřových plynů do stávajícího komínu Kouřové plyny z elektrofiltrů, kde jsou zbaveny polétavého popílku s vysokou účinností, jsou zchlazeny ve výměníku plyn-plyn (rotační výměník typu Ljungstrom) a jsou zavedeny do procesu vypírky oxidů síry (absorbéru). V absorbéru dojde k reakci oxidů síry s uhličitanem vápenatým CaCO3 (vápenec) za vzniku siřičitanu vápenatého (CaSO3) a po dooxidování zavedeným vzduchem vznikne konečný krystalický síran vápenatý (CaS04 x 2 H2O) – sádrovec. Sádrovec je z absorbéru odčerpáván a zbavován vody až na požadovanou úroveň vhodnou pro jeho další zpracování. Vápenec je obvykle připravován pro proces přímo v elektrárně. Kusový vápenec nebo štěrk je dopravován z vápencových lomů po železnici, v elektrárně je mlet suchou nebo mokrou cestou na prášek a po smísení s vodou přidáván do absorbéru v požadovaném množství tak, aby proces odsíření probíhal za optimálních podmínek (regulace pH). Vyčištěné kouřové plyny odcházejí z absorbéru přes odlučovač kapek (zabraňující úniku sorbentu z absorbéru), přes druhou stranu rotačního výměníku; zde se znovu ohřejí na teplotu nutnou pro rozptyl komínem. Na straně surových, nevyčištěných nebo na straně čistých plynů bývá pro zajištění řádného průtoku kouřových plynů po celé trase a pro dosažení přijatelných tlakových poměrů instalován posilovací kouřový ventilátor. Vyčištěné a ohřáté kouřové plyny pak procházejí stávajícím komínem a jsou rozptylovány do atmosféry. Mokrá vápencová vypírka se zavedením vyčištěných kouřových plynů do chladicích věží Tato metoda je v principu totožná s předcházející. Na rozdíl od systému se suchým komínem jsou vyčištěné plyny zavedeny do osy chladicí věže (s přirozeným tahem a s pláštěm ve formě rotačního hyperboloidu) nad systém rozvodu chladicí vody. Mohutná vlečka chladicí věže s velkým tepelným tokem vynese parovzdušní směs a kouřové plyny do takové výšky, že následný rozptyl zbytkových emisí je účinnější než rozptyl až třikrát vyšším komínem. U tohoto systému odpadají drahé a provozně náročné výměníky tepla plyn-plyn a posilovací ventilátory. Systém odsíření obdobný systému s chladicími věžemi, ale se zavedením vyčištěného plynu do tzv. mokrého komínu, nebyl dosud v ČEZ použit.[4]

55

Obrázek 1. Schéma mokré odsiřovací metody [2]

Uplatnění energosádrovce Vzhledem k vysokému obsahu CaSO4.2H2O v energosádrovcích se všeobecně očekává, že budou v první řadě využity k náhradě přírodních sádrovců, se kterými jsou také srovnávány. Z řady prací vyplynulo, 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 obsahem vlhkosti - přírodní sádrovec nezahliněný má kolem 1% vlhkosti, negranulovaný energosádrovec kolem 10% vlhkosti, a 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. Mezi energosádrovci z jednotlivých procesů odsiřování - a zdá se i v rámci jednoho procesu dle dimenzování zařízení a provozního vedení procesu - jsou značné rozdíly jak v průměrné velikosti krystalů a v průběhu zrnitostní křivky, tak i v habitu krystalů. Tvar krystalů se pohybuje od kompaktních, takřka kulovitých krystalků přes šupinkovité a lístkové formy až ke krystalkům tyčinkovitým a jehličkovitým. Charakterem krystalků je dán i značný sklon k thixotropnímu chování energosádrovců. Rozdíly v zrnitosti i habitu krystalků jsou podmíněny i značné rozdíly v objemové hmotnosti jednotlivých energosádrovců. Cílem procesu je tedy dosáhnout tvorby kompaktních hrubých krystalků CaSO4.2H2O, tedy jeho zrnité formy. Tato forma se nejlépe odděluje od mateřského louhu v zahušťovačích, dále promývání této formy je mnohem účinnější než u formy jehličkovité nebo šupinkovité, a posléze tato zrnitá forma je považována za nejvýhodnější i pro následné zpracování. Dalším rozdílem obou sádrovců je i chemické složení s výjimkou obsahu CaSO4.2H2O. Energosádrovce obsahují nečistoty, které se v přírodních sádrovcích běžně nevyskytují. Ty jsou do nich vnášeny spalinami - tedy z použitého paliva - a dále absorbčním médiem - tedy z použitého vápence a dále z případných přísad. Jedná se hlavně o chloridy, fluoridy, rozpustné Mg a Na soli, siřičitan vápenatý a nezreagovaný CaSO3. Z hlediska hygienického a ekologického jsou energosádrovce obecně považovány za nezávadné. Rovněž zjištěné přirozené radioaktivity sledovaných energosádrovců byly na spodní hranici rozsahu, který byl zjištěn u většího počtu přirozených sádrovců. V poslední době došlo k vyčlenění energosádrovce z evropského katalogu odpadů s tím, že je klasifikován jako surovina. Energosádrovec ze spalování hnědého uhlí má oproti energosádrovci ze spalování černého uhlí výrazně tmavší barvu. Až na tuto skutečnost jsou ostatní vlastnosti prakticky

56


stejné. Stupeň bělosti sádrovce z hnědého uhlí se pohybuje v rozmezí 20 - 40%. Tmavší barva je způsobena obsahem sloučenin železa a také delší dobou setrvání krystalů sádrovce v prací suspenzi. Z toho důvodu je uplatnění energosádrovce z hnědého uhlí omezeno na ty případy, kdy tmavší barva nevadí. Zlepšení tmavší barvy je možné speciálním procesem. Oba energosádrovce se liší také tvarem a velikostí krystalů. Krystaly energosádrovce z černého uhlí jsou menší a oválnější. Energosádrovec vyráběný pomocí čistého vápence se vyznačuje vysokou čistotou, malým obsahem inertních látek jako hlína, živec, písek nebo uhličitan, ale také určitým malým podílem látek z výrobního procesu, jako kalciumsulfit, chlorid a létavý popílek. Hlavní rozdíl oproti přírodnímu sádrovci spočívá ve fyzikálních vlastnostech - velikost zrna, tvorba typu krystalů a technicky důležitá sypná hmotnost. Tyto vlastnosti jsou odvislé od jednotlivých odsiřovacích procesů a provozů. Energosádrovec odpadá z běžného odsiřovacího procesu mokrým způsobem jako vlhký, jemnozrnný prášek s obsahem povrchové vlhkosti 8 - 12%. Tím se podstatně odlišuje od dosud běžně používaného přírodního sádrovce, který je dodáván jako suchý, drcený materiál. Přírodní sádrovec používaný v ČR je velmi atypický, jeho stav je dán velkým znečištěním vlastního ložiska hlínou. Vzhledem k chemické čistotě se jevil energosádrovec jako velmi výhodná surovina zejména pro průmysl zpracování sádry, fyzikální vlastnosti však nutily k novénu úpravárenskému procesu. Tento tlak byl významný zejména v Německu, kde průmysl výroby a úpravy sádry měl širší požadavky než na příklad v Japonsku, kde je použití sádry zaměřeno převážně na výrobu sádrokartonových desek. Pro průmyslové využití se může energosádrovec vyskytovat buď ve stavu, v jakém odpadá, to je jako vlhký, jemný prášek s obsahem vody kolem 10%. Tento materiál je špatně manipulovatelný, špatně tekoucí ze zásobníků, prakticky netransportovatelný ve šnekových dopravnících nebo elevátorech. V upraveném stavu - to je suchém - se může vyskytovat jako suchý, jemný prášek dobře tekoucí až vystřelující a silně prášící, nebo jako suchý, kusovitý materiál, který se prakticky chová jako drcený přírodní sádrovec. Energosádrovec jako surovina je průmyslově využíván hlavně při výrobě sádry a při výrobě cementu. Další uplatnění je při výrobě omítkových směsí a stabilizátů. Méně čisté, případně průmyslově nevyužité energosádrovce jsou mnohde ukládány . Hlavní uplatnění energosádrovce v cementářském průmyslu je jako regulátor tuhnutí, v některých případech pak jako přídavek do surovinové směsi na vázání většího množství alkálií - to slouží k úpravě síranového modulu. Nejvíce je využíván energosádrovec v cementářském průmyslu Japonska, ve kterém pokrývá prakticky veškerou potřebu sádrovce na regulaci tuhnutí cementu. Velké uplatnění má dále v Rakousku, Německu, Polsku a dalších zemích i tam, kde se nacházejí velká ložiska přírodních sádrovců. Česká republika patří mezi země s malými a nízkohodnotnými zásobami přírodního sádrovce, který je těžen na jediném ložisku v Kobeřicích u Opavy. V minulosti byl rozhodující podíl těžby tohoto sádrovce zpracováván v cementárnách jako přísada regulující tuhnutí cementu a pouze menší podíl - cca 10% kvalitnějšího sádrovce byl využíván pro výrobu sádry ve vlastním závodě v Kobeřicích. Vzhledem k nižší kvalitě a problematické dostupnosti (např. v době povodně v roce 1997) i z hlediska ekonomického je postupně od používání tohoto sádrovce jako regulátoru tuhnutí v cementárnách upouštěno a je nahrazován energosádrovcem nebo jiným druhem chemosádrovce.[1] Využití pro výrobu sádry a sádrokartonových desek. Energosádrovec se po odvodnění zahřeje na teplotu kolem 100 °C (tzv. kalcinace), přičemž vzniká běžná sádra, tzv. (β-sádra, která může být samostatně expedována nebo bývá využita bezprostředně při výrobě sádrokartonových desek. Při této technologii se sádra, rozmíchaná s vodou a přísadami regulujícími tuhnutí, dávkuje na pás papíru. Vrstva sádry se překryje horní vrstvou papíru a vzniklá deska se nechá vytvrdnout. Vytvrdlé desky se ořežou na potřebné rozměry a případně dále povrchově upravují. Desky mají široké použití při výstavbě. V ČR je již vyrábí závod Knauf Počerady a v závodu Rigips Mělník.[2]

57

V Elektrárně Počerady byly pro další zpracování energosádrovce postaveny kalcinace a briketový lis. Již několik let zde úspěšně produkují sádrovec sloužící k výrobě cementu, stavební sádry, sádrokartonových desek a v nemalé míře také omítkových směsí. Z důvodu zvyšování poplatků za ukládání popílku a strusky původním plavením do odkaliště, byla tato technologie nahrazena novou výrobnou stabilizátu. V ní se mísí suchý popílek s vápnem a odpadní vodou. Po přidání strusky nebo sádrovce pak vzniká hmota s certifikací stavebního materiálu. Podle množství přidaného vápna ho lze využít pro stavbu silničních komunikací, zpevnění ploch, na rekultivace a do výsypek povrchových dolů. V roce 2005 se prodalo 245000 tun VEP z Elektrárny Počerady a rok předtím dokonce 295000 tun. V rámci uhelných elektráren Skupiny ČEZ to v případě Elektrárny Počerady činí 28 procent. Roční produkce VEP v Elektrárně Počerady je přitom více než dva miliony tun. Z toho přibližně 400000 tun stabilizátu využívají Počerady na uzavření současné zbytkové kapacity složiště popílku, na němž pak proběhnou rekultivační práce. Přibližně 1,8 milionu tun granulátu ročně je pak využíváno Mosteckou uhelnou společností na zavážku vytěžených míst v povrchových lomech. Stabilizát prodávaný do komunikací a zpevněných ploch je prodáván v Elektrárně Počerady za základní cenu 30 korun za tunu. Cena štěrkopísku se pohybuje od 100 do 120 korun, čistý štěrk bude podle velikosti stát ještě více. Aby stavebníci stabilizát ve větší míře ocenili, musela být jeho cena prakticky nulová, neboť by se tím vyvážila cena za jeho dopravu na stavbu. Například u nákladního auta s návěsem, který je naložen 20 tunami stabilizátu z Elektrárny Počerady, se pohybuje cena od 30 do 35 korun za kilometr. Protože stavby jsou spíše dále než blíže k elektrárně, výsledná cena pro odběratele se vzdáleností prudce roste. Například na desetikilometrové vzdálenosti je tak ke každé tuně nutno připočíst 1,65 koruny. Přidáme-li k tomu cestu pro nakládku, je to celkem 3,30 Kč. Důvodem, proč se stabilizát zatím málo využívá, je vedle ceny jeho specializované užití. Vhodný je jen tam, kde je nutné dosáhnout poměrně vysoké stabilizace (pevnosti) podloží. Proto je využíván nejvíce při stavbě nových supermarketů a výrobních hal v průmyslových zónách, bohužel jen v omezené míře od jedné do tří tisíc tun na jednu halu. Výborné by bylo jeho využití při stavbě silnic, jenže právě v tomto případě je rozhodující cena za dopravu a vzdálenost.Zatím nejvíce počeradského stabilizátu, a to 160 tisíc tun, bylo použito při výstavbě zkušebního polygonu v Mostě. Tuto velkou stavbu ovšem financoval stát. Dále byl využit při opravě železničního náspu u stanice Březno u Chomutova, stojí na něm lounský Kaufland či výrobní haly společnosti Parker-Hannifin v Chomutově.[3] Problematika využívání energosádrovce Problematice využívání energosádrovce pro cementářské účely byla v tehdejší ČSSR věnována značná pozornost již od roku 1982. Touto problematikou se hlavně zabývaly ústavy VUMO Praha a VÚSH Brno. V obou ústavech se uskutečnila řada laboratorních zkoušek regulace tuhnutí cementu přídavkem různých energosádrovců ke slinkům různých cementáren. Ve všech případech bylo porovnání vztahováno k přírodnímu sádrovci Koběřice. Při ověřování v první fázi to bylo sledování možnosti využití tuhých zbytků ze spalování a odsiřovacího procesu, které vznikají při spalování méně hodnotných vysocesírných paliv ve fluidním reaktoru. Všechny ověřované vzorky měly velmi nízký obsah sádrovce i siřičitanů, jejich uplatnění bylo proto jiné než jako regulátor tuhnutí. Ve druhé fázi od roku 1986 byla pozornost zaměřena hlavně na vlastní odebrané vzorky z různých elektráren v SRN, dále na vzorky dodané agenty různých obchodních firem a posléze i na energosádrovec z různých zkoušek a pokusů v ČSR. Zkoušky probíhaly na laboratorně připravených cementech převážně PC typu, ale také na produktech různých provozních zkoušek, prováděných hlavně v cementárně Čížkovice. V roce 1989 byly provedeny provozní zkoušky výroby PC i SPC cementu s energosádrovcem ze SRN a pro porovnání s přírodním sádrovcem Kobeřice v cementárnách Lochkov, Mokrá, Čížkovice a KDC. Ze všech provedených prací vyplynulo, že v té době běžně používaný sádrovec Kobeřice je možno nahradit bez jakýchkoliv problémů dodaným energosádrovcem ze SRN. Do zkoušek byly tehdy zapojeny i jednotlivé cementárny, a to jak laboratorními zkouškami s vlastními slinky, tak i provozními zkouškami. Ve většině případů ze zkoušek vyplynulo, že ověřované energosádrovce je možno považovat za více než rovnocennou náhradu současně používaných regulátorů tuhnutí. Zkoušky uplatnění energosádrovců z jednotlivých zdrojů stále pokračují, do řešení jsou však především zapojeny jednotlivé cementárny a vedle technickém stránky se stále více sleduje stránka ekonomická. Ta také nutí techniky většiny cementáren k řešení možnosti plynulého

58


odběru nesušeného energosádrovce a k překonání potíží způsobených obtížnější manipulovatelností této suroviny. Po roce 1990 došlo u nás k rozsáhlému programu na odsíření spalin v naší energetice, kdy při uplatňování mokré vápencové metody pro odsiřovací proces je produktem odsiřování energosádrovec, jehož kvalita (obsah CaSO4.2H2O nad 95% podle čistoty použitého vápence pro odsiřování) vysoko předčí jakost našeho přírodního sádrovce a tudíž nachází stále širší uplatnění nejen v našich cementárnách, ale zejména při výrobě sádry a sádrových výrobků. Legislativa VEP [6] Nevyužité vedlejší produkty spalování lze dle zákona č. 185/2001 Sb. O Odpadech a přílohy č. 1 k tomuto zákonu kategorizovat do skupiny Q8 – zůstatky z průmyslových procesů. V současné době však již není pro různé účely využívána pouze struska a popílek, ale celá řada výrobků přepracovaných a upravených ve smyslu § 11 a přílohy č. 3 (způsob využití R11 – přínos pro ekologii) zákona č. 185/2001 Sb. a zákona č. 22/1997 Sb. O požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů ve znění pozdějších doplňků. Možnost využití vedlejších produktů spalování energetického uhlí po jejich přepracování (především popílků a stabilizátů) náhradou za přírodní suroviny v některých stavebních konstrukcích a nebo jejich prvcích byla testována v laboratorních i polních podmínkách. Je zde však problém, jak přepracované vedlejší produkty spalování hodnotit. Jedná se stále o přepracovaný (upravený) odpad, při jehož dalším využití se musí striktně respektovat příslušné podmínky stanovené zákonem č. 185/2001 Sb. a vyhláškou MŽP č. 383/2001 Sb., nebo se jedná o výrobek, při jehož využití se postupuje dle zákona č. 22/1997 Sb. Tento problém zde byl pouze do doby, než vešel v platnost zákon č. 22/97 Sb. a jeho prováděcí předpisy (nařízení vlády č.163/2002 Sb.). V prvním případě se zřejmě jedná o ryze environmentální přístup k problému, v případě druhém o technický přístup. Jakýkoliv výrobek, technologie či postup však musí environmentální hledisko respektovat. Navíc nové úpravy legislativy, platné od letošního roku, řešení tohoto problému do jisté míry umožňuje. Vedlejší produkty spalování energetického uhlí lze rozčlenit na produkty spalování v „konvenčních“ kotlích s návazným stupněm odsíření mokrou nebo polosuchou metodou (struska, ložový popel, úletový popílek, energosádrovec nebo REA - produkt) a produkty spalování ve fluidních kotlích (fluidní ložový popel, fluidní popílek) Z nežádoucích příměsí neupravené vedlejší produkty spalování jako struska a ložový popel obsahují především těžké kovy (V, Al, Be, As, Ba aj.). Zráním popela a strusky ve venkovním prostředí klesá vyluhovatelnost těžkých kovů v důsledku probíhajících hydratačních procesů. Pokud je místo vody použito vápenné mléko jsou hodnoty vyluhovatelnosti podstatně příznivější. V současné době jednotlivé elektrárny ČEZu i jiní výrobci elektrické energie a tepla produkují upravené vedlejší produkty spalování. Setkáváme se zde s pojmy aglomerát (granulát), deponát a především stabilizát. Aglomerátem (granulátem) se rozumí směs popílku a záměsové vody. Aglomerací se snižuje vyluhovatelnost výsledného produktu – aglomerátu. Stabilizát (či deponát) je v podstatě aglomerát uložený za stanovených podmínek na určitém místě (např. ve vytěžených povrchových lomech). Stabilizát je směs produktů spalování energetického uhlí a odsíření s vodou v různém poměru. S přihlédnutím k vyhlášce MŽP č. 383/2001 Sb. O podrobnostech nakládání s odpady (§ 10, odrážka e) lze stabilizát rovněž definovat jako výsledný produkt technologického procesu spočívající ve využití fyzikálních postupů úpravy vedlejších produktů spalování. Receptury stabilizátů jsou různé v návaznosti na místních podmínkách (množství produkovaných vstupních surovin, způsobu spalování uhlí /konvenční, fluidní/, technickém zařízení na finální úpravu produktu, fyzikálních a chemických vlastnostech vstupních surovin) a dle způsobu jeho dalšího využití. Upravené vedlejší produkty spalování, které jsou komerčně využívány, jsou vlastně výrobky. Základní požadavky na jakost výrobků (materiálů) obecně stanoví zákon č.22/1997 Sb. o požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. V §8 zákona jsou definovány povinnosti výrobců, dovozců a distributorů při uvádění výrobků na trh. Na prvním místě je zde uvedeno, že výrobce je

59

povinen uvádět na trh pouze bezpečné výrobky (materiály). Dále je v §5 odst. 5 uvedena definice, co znamená „bezpečný výrobek“: Za bezpečný se považuje výrobek: splňující požadavky příslušného technického předpisu nebo pokud pro něj technický předpis neexistuje, buď splňující požadavky norem, anebo odpovídající stavu vědeckých a technických poznatků známých v době jeho uvedení na trh. Technickým předpisem se zde rozumí právní předpisy vyhlášené ve Sbírce zákonů České republiky, které obsahují požadavky na výrobky. Normou se rozumí dokument vytvořený podle tohoto zákona, jehož vydání bylo oznámeno ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. V § 12 odst. 1 zákona č. 22/1997 Sb. jsou definovány nařízením vlády „stanovené výrobky“, které představují zvýšenou míru ohrožení oprávněného zájmu a u kterých proto musí být posouzena shoda jejich vlastností s požadavky technických předpisů. Pro oblast stavebnictví platí nařízení vlády č.163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na stavební výrobky. V přílohách tohoto nařízení jsou přesně stanoveny výrobky, u kterých je výrobce před uvedení na trh povinen zajistit certifikaci výrobku, posouzení systému řízení výroby nebo ověření shody výrobků (buď u autorizované osoby, nebo sám výrobce). Environmentální požadavky na stavební hmoty, výrobky či materiály jsou většinou stanovené v příslušných technických předpisech či normách. Není-li tomu tak nebo jedná-li se např. o nový výrobek (materiál) vzniklý přepracováním odpadů ve smyslu přílohy č. 3 k zákonu 185/2001 Sb., pro který ještě podobné normy neexistují, potom je třeba postupovat individuálně v souladu s vyjádřeními příslušných státních orgánů činných v oblasti životního prostředí. Při konkrétním využití upravených vedlejších produktů spalování je rovněž nutné samostatně posuzovat i okolní okrajové podmínky (vlivy na vodu a horninové prostředí), jako např. pozaďové koncentrace polutantů v podzemních vodách na konkrétních lokalitách apod. Velkým problémem je zde stanovení vyluhovatelnosti těchto materiálů, které je často vyžadováno. Pro nové stavební materiály či pro stavební materiály vůbec dosud neexistuje všeobecně uznávaná a vhodná metodika pro stanovení jejich vyluhovatelnosti. Metodika stanovení vyluhovatelnosti pro odpady zde není zcela na místě, neboť ve stavební praxi nikdy nemůže dojít k plnému nasycení, rozdrcení a navíc protřepávání hmoty trvající 24 hodin. Navíc většina stavebních hmot zraje, roste jejich pevnost a má posléze velmi malou až minimální propustnost, čímž se možnost tvorby výluhu značně limituje. Jistým přiblížením reality zde mohou být metodiky tank-testů, metodika SZÚ nebo metodiky uváděné v dnes již existujících ČSN pro použití fluidních popelů a popílků ve stavebnictví, kdy vzorky nejsou drceny (viz níže). V případě popílků předpisy, související s jejich použitelností jako stavební suroviny nebo výrobky ve smyslu zákona č. 22/1997 Sb. o požadavcích na výrobky, se utvářely postupně během nastupujícího trendu využívání druhotných surovin, a to zejména v souvislosti s kvalitativními změnami vlastností popílků v zaváděné technologii odsiřování produktů spalování v tepelných elektrárnách a v teplárnách. Provázanost, respektive návaznost na normy, závazné pro zemní materiály, vede ke ztížené orientaci a někdy i duplicitě předpisů. Některá starší ustanovení dokonce jsou i v rozporu s podmínkami použití popílků dle nejnovějších předpisů a jejich platnost je sporná. Jak již bylo uvedeno, pro hodnocení environmentálních vlastností stavebních materiálů (vyluhovatelnost, ekotoxicita) s výjimkou aktivity přírodních radionuklidů zatím až na výjimky neexistují žádné závazné předpisy. Přesto ale ve většině případů je požadováno ze strany místních Referátů životního prostředí prokázání nezávadnosti nových stavebních materiálů. Proto v takových případech je příprava výluhů navrhována zvláštní metodikou jako tank-testy a provedena jejich chemická a ekotoxikologická analýza a stanovení aktivity 226Ra. Chemické analýzy lze provádět odpadářskou metodikou dle nového rozsahu, který stanovuje vyhláška MŽP č. 383/2001 Sb. Tento postup (odlišná

60


metodika přípravy výluhu) však musí být vždy předem projednán schválen právě orgány státní správy činnými v oblasti životního prostředí. Při ověření environmentálních vlastností stabilizátů lze postupovat následovně: Vzorek je vyroben podle předpokladů skutečného použití - je-li stabilizát hutněn, pak i vzorek je předepsaným způsobem zhutněn apod., zásadně není drcen. Pokud není platnými předpisy či normami stanoveno jinak, jsou zkoušky vyluhovatelnosti stabilizátu provedeny po 60 dnech zrání. Vodný výluh se připraví v poměru tuhá fáze: destilovaná voda 1:10 (hmotnostní díly). Vzorek je ponořen do vody v inertní nádobě při normální laboratorní teplotě (cca 20 oC) po dobu 24 hodin. Během louhování není vzorek protřepáván. Kapalná a tuhá fáze je oddělena papírovým filtrem s velikostí pórů 0,5 mikrometrů. (Dle metodiky specifikované ve vyhlášce 383/2001 Sb. se upravený materiál – vzorek se nedrtí, je-li 95% jeho hmotnosti menší než frakce 4 mm – otáčí frekvencí 5 – 10 otáček po dobu 24 hodin.). Další modifikací zkoušek vyluhovatelnosti metodou tank-testu je příprava výluhu dle metodiky Státního zdravotního ústavu (SZÚ). Vodný výluh je připraven v poměru 1:5 (tj. 1 díl vody na 5 cm2 povrchu zkoušeného tělesa). Z výše uvedeného lze sumarizovat, že upravené produkty spalování používané ve stavebnictví musí splňovat příslušné technické normy pro stanovený účel použití. Současně musí být respektováno environmentální hledisko. Musí být eliminováno, případně minimalizováno riziko znečištění horninového prostředí, podzemních a povrchových vod, ohrožení fauny a flóry a dále riziko přenosu znečišťujících látek do potravního řetězce. Vždy musí být stanoveny okrajové podmínky a limitující faktory použití stanoveného materiálu, a to tak, aby byly respektovány příslušné zákony (např. č. 254/2001 Sb. O vodách nebo č. 258/2000 Sb. O ochraně zdraví). Ve vyhlášce MŽP č. 383/2001 Sb. jsou stanoveny podmínky pro použití odpadů (v našem případě vedlejších produktů spalování pro různé účely ve stavebnictví. Tyto podmínky jsou však v případě využití stabilizovaných popílků a stabilizátů mnohdy nesplnitelné, přičemž za určitých okrajových – stavebně technických, hydrogeologických, technologických, atd. – podmínek je možné a výhodné tyto výrobky využít. Popílky, stabilizované popílky a směsi s popílkem (dle Nařízení vlády č. 163/2001 Sb. se jedná o skupinu výrobků 1, pořadové číslo 4) zde mohou být alternativně použity pro zemní těleso (obsypy, přechodovou oblast, aktivní zónu, pláň), podloží násypů, podkladních vrstev, vrstevnaté násypy, popř. jako příměs do stabilizace zemin. Pro použití popílku ve stavebnictví je nutno dle zákona č. 22/1997 Sb. prokázat jeho vlastnosti certifikátem. Pro použití stabilizátu povinnost certifikovat ze zákona č. 22/1997 Sb. nevyplývá, ale je požadována některými technickými normami (závazně pro pozemní komunikace). V příloze č. 2 nařízení vlády č. 163/2002 Sb. – seznam výrobků s vyznačením postupů posouzení shody, figuruje stabilizát pod číslem 9 (zvláštní materiály, výrobky, konstrukce a zařízení): • ve skupině výrobků Popílky a směsi s popílkem pro konstrukční vrstvy vozovek a pro násypy a zásypy (pořadové číslo 14) s předepsaným postupem posouzení shody podle § 6 (posouzení systému řízení výroby), • ve skupině výrobků Granulát pro kolejové lože a obslužné komunikace báňských provozů. Granulát a aditivovaný granulát do výsypek povrchových dolů pro násypy a zásypy, granulát pro rekultivaci báňských výsypek. (pořadové číslo 16) s předepsaným postupem posouzení shody podle § 7 (ověření shody). Certifikaci stabilizátů (postup posouzení shody dle § 5 Nařízení vlády č. 163/2001 Sb.) však lze doporučit i v případech, kde není výslovně požadována platnými předpisy. popílek PRO STAVEBNÍ ÚČELY Všeobecné požadavky jsou stanoveny v ČSN 72 2071 Popílek pro stavební účely – Společná ustanovení, požadavky a metody zkoušení. Tato ČSN rovněž řeší problematiku ekologické vhodnosti výrobku včetně doporučených metodik. 61

Konkrétní požadavky na popílky pro stavební účely dle jejich použití jsou potom definovány v ČSN 72 2072-1 až ČSN 72 2072-11 a ČSN EN 450 (popílek do betonu). rekultivační materiál pro zahlazení povrchové těžební činnosti Po úpravě fyzikálních a chemických vlastností jsou vedlejší produkty spalování a odsíření na mnoha místech v Mostecké a Sokolovské pánvi využity pro rekultivace vytěžených povrchových lomů. Především na Mostecku se tepelné elektrárny nacházejí v blízkosti zbytkových jam. Při využití stabilizátů a aglomerátů pro rekultivační práce se vychází z místních podmínek. Vzhledem k deficitu a nedostupnosti vhodných rekultivačních materiálů je použití těchto produktů velmi žádoucí. Program ověření environmentálních vlastností stabilizátů a stabilizovaných popílků bude upřesněn dle místních podmínek a způsobu ukládání. Pokud bude materiál využit pro rekultivaci vyuhlených dolů v Mostecké pánvi, kde jsou pozaďové hodnoty některých ukazatelů v podzemních vodách značně vysoké, bude možné využít stabilizované vedlejší produkty spalování, které překračují třídu vyluhovatelnosti I. Jejich použití bude vždy podmíněno odborným posudkem schváleným příslušným orgánem státní správy. Uzavírání skládek Při uzavírání skládek je třeba zamezit přístupu povrchových a srážkových vod do tělesa skládky, kde by tím vznikalo značné množství průsaků. Proto musí být materiál pro uzavírání skládek dostatečně nepropustný a povrch skládky vyspádován (minimální sklon 3%). Materiál musí splňovat podmínky stanovené v ČSN 83 8035 Skládkování odpadů – Uzavírání a rekultivace skládek. Vhodnost materiálu pro uzavírání skládek se doporučuje prokázat certifikátem. Environmentální vlastnosti materiálů pro těsnicí vrstvy nejsou ČSN 83 8035 stanoveny. V případě, že budou skládky těsněny materiálem ověřeným dle zákona č. 22/1997 Sb., je nutno respektovat stanovené podmínky použití. V případě, že budou použity materiály, které nebyly ověřeny dle zákona č. 22/1997 Sb., doporučuje se postupovat následovně: Pokud budou uzavírány skládky, které nebyly zřízeny v souladu s ČSN 83 8030, doporučuje se svrchní horizont zřídit z těsnicích materiálů, které budou vyhovovat třídě vyluhovatelnosti II (dle vyhlášky MŽP č. 383/2001 Sb.) a spodní těsnicí horizonty z těsnicích materiálů, které budou splňovat vyluhovatelnost třídy III. V případě, že bude skládka zřízena dle ČSN 83 8030, doporučuje se, aby celá vrstva těsnicích materiálů splňovala třídu vyluhovatelnosti III. Biologická rekultivace skládek a starých zátěží Cílem biologické rekultivace je vytvoření takových podmínek, aby rekultivovaná plocha mohla být oživena a přirozeně začleněna do okolního prostředí. Technické řešení biologické rekultivace skládek a starých zátěží často naráží na nedostatek materiálu vhodného k oživení. Proto se hledají různé možnosti, jak alespoň částečně nahradit zeminu jiným materiálem. Jednou z možností je i použití stabilizovaných vedlejších produktů spalování. Popely se nesmějí v ČR aplikovat pro zemědělskou rekultivaci, lze však počítat s jejich využitím pro rekultivaci lesnickou. Vzhledem ke značné různorodosti stabilizovaných vedlejších produktů spalování i k velké variabilitě vlastností zemin používaných pro biologickou rekultivaci je nutno posuzovat každý konkrétní případ jejich využití samostatně. Jedná se zejména o navržení vhodných dávek produktu spalování, které by vedly ke zlepšení vlastností zemin z hlediska rekultivací. O samotném popelu se předpokládá, že se jedná o materiál inertní a že je proto možné ho použít jako výplňový a stabilizační materiál pro spodní horizont biologicky oživitelné vrstvy. Výraznou vlastností produktu odsíření je jeho alkalická reakce. Proto jeho zlepšující účinek může být využit zejména u zemin, které mají extrémně nízké pH. Po aplikaci dojde k uvolňování vápenných iontů. Dojde tak ke změně fyzikálních vlastností rekultivovaných zemin. To je významné zejména v případě těžkých rekultivačních materiálů. Biologická rekultivace je v podstatě stavební činností, při které je postupováno dle odvětvové normy odpadového hospodářství ČSN 83 8035 Uzavírání a rekultivace skládek. Tato norma podrobně řeší 62


zakládání a ošetřování travních a dřevinných porostů. Základní podmínky pro vybudování rekultivačních vrstev (§9) jsou však v normě stanoveny velmi obecně. Rekultivační vrstva se dle normy doporučuje nejméně 1 m mocná a sestává se ze dvou horizontů. Svrchní horizont o minimální mocnosti 30 cm má být tvořen úrodnou zeminou nebo alespoň zeminou biologicky oživitelnou. Na ověření vlastností biologicky oživitelné vrstvy se vztahuje §9.4 (vlastnosti zeminy pro rekultivační vrstvu sloužící k ozelenění skládky se doporučuje ověřit pedologickým průzkumem podle TNV 75 4102 - pedologický průzkum pro meliorační opatření na zemědělských půdách....). Spodní horizont není v normě přesně definován a lze na něj v podstatě vztáhnout §9.2 a 9.5 (materiál pro zřízení rekultivační vrstvy má vyhovovat svými vlastnostmi následnému užívání povrchu skládky a musí mít vyhovující hygienické vlastnosti. Pokud má rekultivační vrstva nevyhovující fyzikální, chemické nebo biologické vlastnosti...navrhuje se její úprava...). Pro stavební hmoty neexistují obecně platné předepsané limity, které by odrážely povahu toho kterého stavebního výrobku (či stavební hmoty) a které by byly závazné. Toto platí i pro rekultivační materiály. V praxi se dříve často stávalo, že firmy provádějící rekultivační práce zneužívají nejednoznačnost příslušných předpisů a při rekultivacích mohou používat environmentálně závadné materiály. Požadavek uvedený v ČSN 83 8035, že musí být použit materiál hygienicky nezávadný je zcela obecný a v praxi obtížně kontrolovatelný. Jak již bylo uvedeno, při stanovení vlastností vedlejších produktů spalování využitelných pro biologickou rekultivaci je nutno postupovat individuálně. Aby byla prokázána vhodnost výše uvedeného materiálu, je nutné jej podrobit testům a na jejich základě vydat atest o použitelnosti materiálu. Metodika atestu bere v úvahu množství a předpokládanou kvalitu stabilizovaného popela. Poměr míšení stabilizovaného popela se zeminou je prováděn dle místních podmínek variantně. Součástí atestu jsou nádobové vegetační pokusy a polní pokusy. Jako testovací plodiny se využívají citlivé plodiny a trávy používané do travních směsí rekultivovaných ploch. V zeminách jsou prováděny u nádobových i polních pokusů zkoušky a analýzy v souladu s TNV 75 4102 Pedologický průzkum pro meliorační opatření na zemědělských půdách. Současně se provádějí testy fytotoxicity dle OECD 208. Ukládání vedlejších produktů spalování do podzemí V příloze č. 2 nařízení vlády č. 163/2002 Sb. je stabilizát pro ukládání do podzemí ve skupině výrobků Zásypový materiál určený k likvidaci hlavních důlních děl zasypáním (pořadové číslo 15) s předepsaným postupem posouzení shody podle § 7 (ověření shody), První pokusy týkající se ukládání samotných popílků, nebo jejich směsí do podzemí, se datují do padesátých let. Tyto hmoty ukládaly téměř výlučně do podzemí uhelných dolů, kde se jimi zaplňovaly vydobyté části uhelných slojí. Výjimkou jsou uranové doly Stráž pod Ralskem, kde se popílky pokusně používaly na zaplňování komor vzniklých dobýváním uranových rud. V současné době v České republice nastal intenzivní útlum hornictví a naprostá většina podzemních důlních provozů byla zastavena a zlikvidována. Pokud se bude uvažovat o ukládání vedlejších produktů spalování do podzemí, bude se jednat o dva kvalitativně odlišné případy: •

•

Likvidace volných prostor v podzemí na dolech v provozu. Zde se v naprosté většině případů jedná o zaplňování volných dutin vzniklých při vedení dobývacích prací. V současné době se tato technologie ve velmi omezené míře používá v ostravsko-karvinském revíru a v kladenském revíru. Lze konstatovat, že se stále postupujícím útlumem hornické činnosti neustále ubývá možností, kde způsob ukládání těchto materiálů aplikovat. Prakticky ve všech případech se jedná o ukládání plavením. Technologie ukládání je v podstatě zvládnutá. Ukládání stabilizovaných produktů spalování na dolech mimo provoz. Technologie dosud není zvládnutá a pokud se tento způsob likvidace používal, tak jen výjimečně.

63

V podstatě mohou nastat dva základní případy. •

•

Opuštěný důl je zaplavený vodou. V tomto případě by se jednalo o sypání stabilizovaných popílků do vody. Tento způsob zakládání volných prostor dosud nebyl v České republice provozně vyzkoušen. Základním problémem je zde stanovení okrajových podmínek ukládání stabilizovaných produktů spalování do podzemí. To znamená jednak do jakých důlních děl a jaké stabilizáty bude možné do podzemí ukládat. Hlavním problémem je minimalizace výluhů stabilizátů (viz níže). Tento způsob stabilizace podzemí je však velmi rizikový a bez použití stabilizátů s cementem jej nelze doporučit. Opuštěný důl nebo jeho části, kam budou stabilizáty ukládány nejsou zaplaveny vodou. Zde mohou nastat opět dva případy. V prvém z nich zájmová oblast nebude v budoucnu zaplavena, ve druhém bude zaplavena vodu. Pokud je v době ukládání důl (nebo jeho zájmová část) suchý, jedná se z kvalitativního hlediska prakticky o stejný případ jako ukládání na dole za provozu.

Vlastní technologie ukládání může být v podstatě dvojí. V prvém případě se jedná o ukládání do přístupných částí důlních děl, a to sypáním z povrchu. Tento způsob lze aplikovat buď u důlních děl, která ústí na povrch (jámy a komíny), nebo u povrchových propadů, to znamená tam, kde přímé rozvolňovací procesy vyvolané exploatační činností v podzemí dostoupily až k zemskému povrchu. V druhém případě se jedná o ukládání pomocí vrtů situovaných tak, aby zastihly volné dutiny v podzemí. V případě, že budou stabilizáty ukládány do opuštěných důlních děl, kde není možno provést v podzemí příslušná opatření, a která budou zaplavena, je nutno případ od případu řešit zejména následující problematiku: možnost komunikace s případně rozplavování produktů spalování do dalších prostor, hydrogeologickou problematiku dolu nebo jeho části, hydrogeologickou problematiku okolního horninového masivu, tektonickou stavbu horninového masívu. Poměrně bezproblémově se jeví výplňová injektáž stabilizáty především svislých důlních děl v Mostecké pánvi a v ostravsko-karvinském revíru. Zde dle místních podmínek v souladu s odstavcem 2, §12 vyhlášky MŽP č. 383/2001 Sb. lze využít stabilizáty výluhové třídy č. III. VEP v Ústeckém kraji [7] Majoritní výrobu elektrické energie a část dodávek tepla v České republice, resp. v Ústeckém kraji, zajišťuje státní energetická společnost ČEZ a zbytek regionální, podnikové (závodové) a ostatní nezávislé elektrárny a teplárny. Téměř veškerá dodávka tepla, tj. 95% je založena na kombinované výrobě elektrické energie a tepla. V období 1995 ÷ 1998 byly všechny elektrárny společnosti ČEZ odsířeny, v převážné míře technologií mokré vápencové vypírky kouřových spalin s výstupním odpadním produktem energosádrovec. Fluidní kotle a polosuchá metoda odsíření kouřových spalin jsou ve společnosti ČEZ využity v malém rozsahu. Naopak ve větších regionálních, podnikových (závodových) a ostatních nezávislých elektrárnách a teplárnách jsou využívány zejména technologie fluidního spalování nebo klasické spalování v práškových topeništích s odsířením spalin polosuchou metodou. Menší teplárny pak využívají při spalování aditivované nebo nízkosirnaté uhlí a nemají instalovanou žádnou odsiřovací technologii. Elektrárenská společnost ČEZ v posledních letech produkuje v průměru ročně celkem 9 100 tis. t pevných produktů po spalování – strusky, popelů a popílků, energosádrovce a produktu z polosuché metody odsíření v členění: struska, popely a popílky z klasického spalování 7.230 tis. t z toho: - fluidní popely a popílky 600 tis. t - energosádrovec 1.810 tis. t - produkt z polosuché metody odsíření 60 tis. t

64


Regionální, podnikové (závodové) a ostatní nezávislé elektrárny a teplárny v České republice v současné době produkují celkem cca 5 500 tis. t odpadních produktů v členění: struska, popely a popílky z klasického spalování 5.300 tis. t z toho: - fluidní popely a popílky 1.000 tis. t - produkt z polosuché metody odsíření 225 tis. t Z uvedených celorepublikových údajů o odpadech z tepelných procesů jsou v působnosti Ústeckého kraje produkovány přibližně tyto objemy: Státní eletrárenská společnost ČEZ struska, popely a popílky z klasického spalování 3 820 tis. t z toho: - fluidní popely a popílky 375 tis. t - energosádrovec 2 080 tis. t - produkt z polosuché metody odsíření 39 tis. t Regionální, podnikové a ostatní nezávislé elektrárny a teplárny celkem struska, popely a popílky z klasického spalování 2 950 tis. t z toho: - fluidní popely a popílky 586 tis. t - produkt z polosuché metody odsíření 160 tis. t Energosádrovec je charakterizován jako dihydrát síranu vápenatého CaSO4 . 2 H2O. Přehled dostupných hodnot základního chemického složení reálně produkovaného energosádrovce v energetických zdrojích ČR je uveden v tabulce 1. Tabulka 1. Základní chemické složení energosádrovce elektrárna EPOČ EDĚ EPRU EMĚ I EMĚ II + III ETI EOP ECHV ETU

Vlhkost (%) 7,50 12,83 9,52 8,50

z.ž. 300 °C 20,20 18,85 20,39 19,67

z.ž. 1000 °C

18,11 18,65 19,66

1,06 4,07 1,91

22,31

max. 10,00 10,64 3,84 7,87

elektrárna ClFP2O5 0,10 EPOČ 1,06 0,51 0,007 EDĚ 0,02 0,15 0,13 EPRU 0,07 0,53 EMĚ I max. EMĚ II + 0,01 III ETI 0,02 0,27 EOP 0,02 0,45 ECHV 0,01 0,28 0,05 ETU * hodnoty jsou uvedeny v hmotnostních %

MnO 0,02 0,01 0,05

SiO2 1,40 1,09 0,32 1,03 Max. 1,05

Al2O3 0,50 0,63 0,10 0,33 Max. 0,30

Fe2O3 0,24 0,21 0,12 0,16 Max. 0,50

1,01 0,38 0,63

0,69 0,09 0,24

0,19 0,14 0,07

CaCO3

CaSO4.2H2O

2,34 Max. 5,00 1,50

86,51 94,22

0,97

TiO2 0,02 0,03 0,01 0,04

CaO 32,75 32,55 32,46 33,30

MgO 0,03 0,17 0,17 0,27 Max. 0,05

Na2O 0,01 0,03 0,01 0,02 Max. 0,05

K2O 0,02 0,09 0,04 0,04 Max. 0,05

31,96 33,35

0,10 0,34

0,02 0,01

0,05 0,01

CaSO3.1/2H2O

MgCO3

CaF2

CaCl2

93,98

0,05

4,77

1,35

2,34

Max. 95,00

Max. 0,50

SO3 44,72 41,65 46,58 44,45 40,23 45,67 42,61 44,12

SO2

CO2

0,48

0,66

5,50

65

Rozpětí obsahu vybraných látek ve vodném výluhu z reálně produkovaného energosádrovce je uvedeno v tabulce 2. Tabulka 2. Vodný výluh energosádrovce parametr

jednotka

hodnota

Obsah Mg2+

mg/l

2,8 – 14,1

Obsah Ca2+

mg/l

620 - 670

Obsah Na+

mg/l

1,18 – 5,91

Obsah K+

mg/l

0,72 – 1,46

-

mg/l

3,0 – 5,8

Obsah Cl

Fyzikálně – mechanické parametry energosádrovců jsou uvedeny v tabulce 3. Tabulka 3. Fyzikálně – mechanické parametry energosádrovce parametr

jednotka

hodnota

Objemová hmotnost vlhká sypná

kg.m-3

660 - 690

Objemová hmotnost suchá sypná

kg.m-3

860 - 960

Objemová hmotnost po zhutnění PS 100%

kg.m-3

1490 - 1540

Objemová hmotnost po zhutnění PS 50%

kg.m-3

1420 - 1460

Stlačitelnost (po PS 100%)

-

0,44 – 0,45

Měrná hmotnost (zdánlivá hustot p.č.)

kg.m-3

2230 - 2250

nasákavost

%

48,5 – 50,6

pórovitost

%

50,0 – 55,0

Smyková pevnost efektivní - úhel vnitřního tření

°

30,6 – 32,2

- soudržnost

MPa

0,023 – 0,035

Pevnost v prostém tlaku

MPa

0,06 – 0,07

Propustnost po PS 100% - koeficient filtrace

m.s

-1

8,94.10-7

Surový energosádrovec z mokré vápencové vypírky kouřových spalin energetických zdrojů je v technologickém procesu ve finální části odvodňován vakuově nebo pomocí odstředivek na výstupní vlhkost v rozmezí 8 ÷ 12 %.

66


Odběr vzorků vybraných VEP Pavel Schmidt, Petr Šašek Vzorky jsou průběžně odebírány z následujících míst: • Elektrárny ČEZ a.s. Elektrárna Mělník II a III – práškové topeniště + mokrá vápencová vypírka Elektrárna Ledvice I a II – práškové topeniště + polosuchá metoda odsíření a fluidní topeniště Elektrárna Počerady – práškové topeniště + mokrá vápencová vypírka Elektrárna Prunéřov II – práškové topeniště + mokrá vápencová vypírka U těchto vzorků budou následně provedeny tyto zkoušky: a) Fyzikálně technické vlastnosti Granulometrická analýza Měrná hmotnost (zdánlivá hustota pevných částic) Sypná hmotnost, setřesná hmotnost Mikroskopická analýza – tvarový index Měrný povrch b) Zdravotně ekologické a chemické technické vlastnosti Chemický rozbor REA produktu (CaCO3, Ca(OH)2, CaSO3, CaSO4, Ca(NO2)2, CaF2, CaCl2, nerozpustný zbytek, ztráta sušením) Rozbor energosádrovce (vlhkost, vázaná voda, SO3, CaSO4 – dihydrát a hemihydrát, Cl-, MgO, alkálie, pH, rozp. F-) V následující tabulce jsou uvedeny fyzikálně technologické vlastnosti. Zdravotně ekologické vlastnosti a chemické vlastnosti těchto produktů jsou v současné době stanovovány. Tabulka 4. Fyzikálně – mechanické vlastnosti produktů po odsíření Označení vzorku

EPRU energosádrovec

EPOČ energosádrovec

EMĚ energosádrovec

ELE REA produkt

TOT REA produkt 560

sypná

ρss

kg.m-3

810

760

1080

500

setřesná

ρsetř

kg.m-3

1020

870

1250

590

633

zdánlivá hustota

ρs

kg.m-3

2350

2360

2350

2540

2523

měrný povrch

vBET

kg.m-3

165

112

145

360

283

objemová hmotnost

Použitá literatura 1. http://waste.fce.vutbr.cz/Odpad/energosadrovec.html 2. http://www.vumo.cz/ovv98/ovv98c10.htm 3. http://odpadyservis.ihned.cz/c4-10066060-19517350-E00000_d-vyrobky-z-vedlejsich-energetickychproduktu-zatim-nejsou-doceneny 4. www.cez.cz/presentation/cze/GetFile?type=FilFile&version=-2&id=92490 5. http://www.slavex.cz/index.php?pageright=odsireni&odsir=porovnani 6. kostelec.czu.cz/UAE/egap/A_1.doc 7. www.kr-ustecky.cz/soubory/450018/sute_a_popilky.pdf

67

68

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 – IV. 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)

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, Marie Bartošová, Ivo Fryčer (spoluřešitelský tým - ekologická část)

Úvod Ve zprávě za III. čtvrtletí jsme popsali metodiku ověřování vhodnosti popílků pro výrobu umělého kameniva, které je náplní laboratorních zkoušek projektu. Důležitým krokem před použitím VEP pro výrobu stavebních hmot a materiálů je provést ověření vhodnosti VEP pro danou výrobu. To představuje důkladnou analýzu vstupní suroviny. Analýzy dvou vybraných popílků jsme uvedli v minulé zprávě. Dále jsme přinesli základní poznatky z problematiky odsiřování spalin vznikajících při spalování tuhých paliv v elektrárnách a teplárnách a odpadních produktů z těchto procesů. Ve zprávě za IV. čtvrtletí se budeme zabývat popisem laboratorního ověřování technologické vhodnosti vybraných VEP při výrobě zkušebních těles. Dalším bodem této zprávy bude dále rozšířena problematika odsiřování spalin vznikajících při tepelných procesech v elektrárnách a teplárnách. Přinášíme zde pohled na možnosti využití produktů z odsíření spalin jako materiálu v cementářském průmyslu.

69

1. Ověřování technologické vhodnosti popílků pro výrobu umělého kameniva V minulém období bylo provedeno množství laboratorních zkoušek, které byly podkladem pro výběr vhodných VEP ve smyslu řešení problematiky výroby umělého kameniva na bázi popílku do betonu, které má být vyráběno studenou cestou. Na základě vyhodnocení analýz ekologické vhodnosti a základních zkoušek vhodnosti technologické jsme vybrali dva druhy popelů a popílků – jeden z klasického způsobu spalování a druhý ze spalování fluidního. Tyto popely a popílky byly použity jednotlivě nebo ve směsi a tvořily většinový podíl surovinové směsi pro výrobu zkušebních těles – válečků. V některých surovinových směsích byly ověřovány i jiné druhy VEP – mletá struska, energosádrovec. V rámci laboratorního testování výroby umělého kameniva bylo namícháno cca 20 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

Na základě zjištěných fyzikálně-mechanických vlastností zkušebních těles - válečků budou z navržených receptur vybrány ty nejlepší a na nich bude dále ověřována výroba umělého kameniva. Tyto zkoušky již budou probíhat formou poloprovozních zkoušek, kdy budou vyrobeny větší objemy pelet či granulí. Na takto vyrobených vzorcích kameniva budou následně prováděny zkoušky dle požadavků platných ČSN a ČSN EN kladených na umělé kamenivo. Poloprovozní zkoušky výroby umělého kameniva budou probíhat: -

na peletizačním talíři, jehož otáčením vzniká z výrobní směsi kusovitý materiál ve tvaru pelet

-

dále ověříme možnost výroby umělého kameniva na granulačních válcích. Otáčením dvou válců se silikonovou tlačnou matricí ve směru proti sobě dochází ke stlačování výrobní směsi a dochází k jeho formování do tvaru nestejně dlouhých hranolků

Umělé kamenivo bude poté roztříděno na frakce a zkoušky budou prováděny na všech jednotlivých frakcích, popřípadě jen na některé zvolené frakci. Zkoušky, které budou na takto připraveném umělém kamenivu prováděny podrobně uvedeme v následující dílčí zprávě.

70


2. Průběžné výsledky ověřování výroby umělého kameniva V tabulce č. 1 uvádíme výsledky zkušebních tělísek, jejichž hlavní složku tvořily popílky. Receptury těchto směsí byly sestaveny bez použití cementového pojiva:

Receptury

1

2

3

4

5

6

100

65

85

85

50

65

50

35

7

8

95

100

(zastoupení složek v % ) Cement 32,5 R (B-S)II Popílek klasika Pk 35/1 Popílek fluidní Pf 39/1 Mletý popel lože Pf 38/1

35

Mletá struska St-269/1

15

Energosádrovec EG 401/1 chemosádrovec

5

Metakaolin Mt-136/1

15

Vodní součinitel

0,24

0,38

0,23

0,23

0,43

0,38

0,50

0,50

Vizuální stav po vyrobení

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

Objemová hmotnost

1669

1701

1663

16,5

1592

1512

1560

1535

po vyrobení Posouzení po 3 dnech zrání Vizuální posouzení - stav

dobrý

rozpad výrazné rozpad po 1 dni popraská po 1 dni

dobrý

rozpad po 2 dnech

dobrý

dobrý

ní

Pevnost v tlaku (Mpa) 3

Objemová hmotnost (kg/m )

0,4

-

-

-

2,1

-

6,1

5,4

1664

-

-

-

1572

-

1534

1518

Posouzení po 7 dnech zrání Vizuální posouzení - stav

Pevnost v tlaku (Mpa) 3


dobrý

-

výrazné popraská ní

-

dobrý

-

dobrý

0,6

-

0,2

-

2,7

-

10,8

1584

-

1658

-

1564

-

1505

Posouzení po 28 dnech zrání Vizuální posouzení - stav Pevnost v tlaku (Mpa) 3


dobrý

-

rozpad

-

dobrý

-

dobrý

1,3

-

-

-

3,0

-

12,5

1584

-

-

-

1550

-

1468

71

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

9

10

11

12

13

14

15

Cement 32,5 R (B-S)II

5

5

5

5

5

5

15

Popílek klasika Pk 35/1

95

90

90

90

85

75

85

(zastoupení složek v % )

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

20

Mletá struska St-269/1

5

Energosádrovec EG 401/1

10 5

chemosádrovec Metakaolin Mt-136/1

5

Vodní součinitel

0,24

0,22

0,22

0,23

0,19

0,23

0,23


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

Objemová hmotnost

1656

1648

1632

1684

1598

1692

1705

dobrý

dobrý

po vyrobení Posouzení po 3 dnech zrání Vizuální posouzení - stav Pevnost v tlaku (Mpa) Pevnost v příčném tlaku (Mpa) 3


popraska popraska popraska né né né

dobrý

dobrý

1,4

1,4

0,8

1,3

1,0

2,2

4,1

0,7

0,5

0,5

0,2

0,5

0,9

2,0

1638

1625

1655

1684

1542

1673

1409

dobrý

dobrý

4,2

4,8

1,7

2,5

1622

1687

Posouzení po 7 dnech zrání Vizuální posouzení - stav Pevnost v tlaku (Mpa) Pevnost v příčném tlaku (Mpa) Objemová hmotnost (kg/m3 )

popraska popraska popraska né né né

dobrý

dobrý

2,1

1,8

1,6

1,5

1,2

0,9

0,7

0,6

1563

1591

1651

1573

1,7

1567

Posouzení po 28 dnech zrání Vizuální posouzení - stav Pevnost v tlaku (Mpa) Pevnost v příčném tlaku (Mpa) 3


72

popraska popraska částečný né né rozpad

dobrý

dobrý

-

10,7

12,3

0,9

-

4,4

6,3

1451

-

1571

1586

dobrý

dobrý

2,9

4,5

4,7

2,9

2,1

2,9

2,4

1567

1644

1477


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

Cement 32,5 R (B-S)II

5

5

5

5

5

5

5

15

Popílek fluidní Pf 39/1

95

90

85

80

90

85

80

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

0,50

0,50

0,50

0,46

0,50

0,50

0,46

0,50


dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

Objemová hmotnost

1525

1520

1561

1562

1543

1566

1549

1570

po vyrobení Posouzení po 3 dnech zrání Vizuální posouzení - stav Pevnost v tlaku (Mpa) Pevnost v příčném tlaku (Mpa)

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

6,3

7,5

7,5

6,6

6,8

5,9

6,7

7,0

3,8

3,8

3,7

3,1

3,4

1,2

1,2

5,2

1481

1535

1531

1562

1537

1482

3



dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

Pevnost v tlaku (Mpa)

12,3

8,2

8,5

8,3

8,2

17,2

4,4

3,9

4,3

3,9

4,1

5,7

1454

1524

1592

1581

Pevnost v příčném tlaku (Mpa) 3


dobrý

dobrý

dobrý


dobrý

Pevnost v tlaku (Mpa)

15,5

20,5

5,1

6,3

Pevnost v příčném tlaku (Mpa)

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

dobrý

3


Poznámka: V důsledku postupné výroby zkušebních receptur nebyly provedeny ještě všechny zkoušky. Prázdná políčka v tabulkách budou postupně doplněna, a to v závislosti na provedení zkoušek jednotlivých receptur po dosažení potřebné doby zrání.

73

3. Produkty z odsíření spalin - z pohledu jeho využití v cementářském průmyslu 3.1.

Úvod

Obrovský rozsah spalování fosilních paliv k energetickým účelům zejména ve 2. polovině minulého století měl za následek emise značných kvant kysličníku siřičitého vznikajícího ze síry obsažené v palivech, a to zejména černého a hnědého uhlí, a dále topných olejů z ropy. Obsah síry v zemním plynu a svítiplynu je zanedbatelný.. Snahy o snížení následků dopadu tohoto spalování vedly již dříve v řadě vyspělých zemí mimo jiné i k vývoji metod odsiřování spalin. K první provozní realizaci došlo již ve třicátých letech tohoto století. Jako první se uvádí propírání spalin londýnské elektrárny Battersea výkonu 120 MW alkalickou vodou z Temže obohacenou přídavkem vápenného kalu. Účinnost jednoduchého dřevěného absorbéru dosahovala až 95%. Klasická vápenná vypírka spalin byla poprvé vyzkoušena v britské elektrárně Fulham v roce 1935. Po přerušení dalšího vývoje druhou světovou válkou a následnou dobou poválečných rekonstrukcí se původně prosazovala metoda rozptylování emisí výstavbou vysokých komínů. To však přispělo rychlým přerůstáním problémů s emisemi SO2 a kyselými dešti k celosvětové ekologické hrozbě. V 70 letech vzhledem ke stále se zvyšujícím objemům spalování paliv, což mělo za následek rostoucí kvanta emisí kysličníku uhličitého a velmi akutní ekologické ohrožení v některých koncentrace průmyslu začalo v řadě průmyslově vyspělých zemí hromadné uplatňování systémů odsiřování spalin velkých topenišť. Pro odsiřování kouřových plynů se ve většině případů používá vodní suspenze vápence nebo páleného vápna. Produktem tohoto procesu je síran vápenatý nazvaný energosádrovec. Vzhledem k vysokému obsahu CaSO4.2H2O v energosádrovcích se všeobecně očekává, 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. Sádrovec má v cementářském průmyslu. hlavní uplatnění jako regulátor tuhnutí, v některých případech pak jako přídavek do surovinové směsi na vázání většího množství alkálií - tedy na úpravu síranového modulu. To je v českých cementárnách realizováno ve dvou cementárnách. Použití přírodního sádrovce je známé již velmi dlouhou dobu. V menším množství je těžen již po tisíciletí. Jeho těžba se podstatně zvýšila ve druhé polovině devatenáctého století, kdy byla zahájena průmyslová výroba portlandského cementu. Přírodní sádrovec se stal nepostradatelnou složkou portlandského cementu. Další velký spotřební skok nastal počátkem minulého století, kdy došlo k průmyslovému využívání sádrovce pro výroby další stavební hmoty - sádry. Tento vývoj má trvalý vzestup až do dnešních dnů, jak ukazuje následující přehled spotřeby sádrovce v minulých letech ve světě:

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

Z množství 98 mil. t je spotřebováváno 56 mil. t ročně při výrobě cementu a 42 mil. t k přípravě sádrovin. Z toho celkově připadá na Evropu cca 30%.

74


3.2

Mechanismus tuhnutí cementu

Sádrovec je při výrobě cementu používán jako regulátor tuhnutí cementu. Vedle této funkce ovlivňuje také průběh pevností, zejména počátečních. Po rozmíchání cementu s vodou cementová pasta po určité době tuhne a nabývá na pevnosti. Proces tuhnutí a tvrdnutí probíhá za aktivní účasti vody a vzniklé reakční produkty jsou ve vodě stálé. Jako zpevňování všech anorganických pojiv má i tento proces dvě stránky - chemickou a fyzikální. Po chemické stránce dochází k hydrataci slinkových minerálů za vzniku hydratovaných hlinitanů, železitanů a křemičitanů vápenatých za současného uvolňování hydroxidu vápenatého. Z fyzikálního hlediska jde o strukturní změny, jež vedou k vytvoření spojů mezi částicemi nově vytvořených fází. Při reakci s vodou hydratují postupně všechny slinkové minerály, avšak každý s jinou rychlostí. Nejdříve hydratují hlinitany vápenaté, a to v nepřítomnosti síranových iontů tak rychle, že dochází k předčasnému zatuhnutí cementové pasty zabraňujícímu zpracování cementové směsi. Předčasně tuhnoucí cementová směs se velmi obtížně dopravuje, ukládá, zpracovává, a konečné pevnosti cementu jsou pak nižší. Příčinou je vznik velkých destičkovitých krystalků hydratovaných hlinitanů vápenatých, které přemosťují volné prostory mezi pevnými částečkami směsi a tvoří tak mezi nimi pevné spojení. Vzniklá struktura se přirovnává ke struktuře domečku z karet. Protože destičkovitých krystalků je velké množství, je vzniklá vnitřní struktura poměrně pevná. Aby se oddálilo rychlé počáteční tuhnutí a prodloužila zpracovatelnost cementové směsi, přimílá se k cementu sádrovec. Funkce sádrovce při hydrataci hlinitanů spočívá v tom, že prakticky okamžitě po smíchání s vodou reagují síranové ionty s hlinitanem vápenatým na ettringit (hlinitosíran vápenatý - trisulfát) (3 CaO.Al2O3.3 CaSO4.31 H2O). Ten vykrystalovává v podobě jemných krystalků na povrchu zrn cementu a vytváří ochranný obal bránící hydrataci hlinitanů na velké destičkovité krystaly hlinitanů. Malé krystalky ettringitu nemohou překrýt volné prostory mezi cementovými zrny a vytvořit mezi nimi spojení. Proces hydratace se jakoby zastaví a cementová směs zůstává nadále zpracovatelná. Až když dojde k vyčerpání síranového iontu, k rekrystalizaci krystalků ettringitu na poměrně velké jehličkovité krystalky a též k přeměně na monosulfát, začne směs tuhnout. Vedle přírodního sádrovce je možno použít jako regulátor tuhnutí i jiné druhy sádrovců, a to odpadní průmyslové, dále sádrové střepy a energosádrovce. Vzhledem k proměnnému množství dihydrátu v přírodním sádrovci však nelze přidávat průmyslový sádrovec ve stejném množství, neboť může dojít k prodloužení doby tuhnutí až na dvojnásobek. V možnostech využití odpadního sádrovce jako regulátoru tuhnutí existují jisté překážky, které jsou spojeny se specifikou chemického složení a to jak sádrovce, tak i portlandského slinku každého výrobního závodu. Nelze tedy bez hlubšího studia přikročit k aplikaci zkušeností, publikovaných o této problematice v zahraniční literatuře, na naše poměry. Svoji roli v tomto procesu hrají i různé minoritní složky obsažené jak v sádrovci tak i ve slínku. Proto je nutno v každém případě najít laboratorními zkouškami optimum dávkování sádrovce do cementu. 3.3

Přírodní sádrovec

Významnou surovinou je sádrovec CaSO4.2H2O, často v přírodě sdružený s anhydritem CaSO4. Ložiska sádrovce a anhydritu patří k typickým evaporitům. K vysrážení sulfátu vápenatého o mocnosti vrstev okolo 1 m až přes 200 m došlo mnohokrát v geologické historii od siluru až po recent v oblastech suchého teplého klímatu v pobřežních mořských lagunách nebo cyklicky zaplavovaných plošinách. V Evropě jsou to známá velká ložiska permského a jurského stáří v Anglii a SRN, triasového stáří ve Francii, bývalé NDR a Anglii, třetihorního stáří ve Francii, Makedonii a Itálii. Přírodní sádrovec, vodnatý síran vápenatý, obsahuje ideálně 32,57 % CaO, 46,50% SO3 a 20,93% -3

H2O. Je jednoklonný, měkký, o tvrdosti 1,5 až 2 a o měrné hmotnosti kolem 2,3 g.cm . Druhou přírodní formou je anhydrit - bezvodý síran vápenatý - je kosočtverečný, obsahuje ideálně 41,2% CaO, a 58,8% -3 -3 SO3. Jeho tvrdost je 3 až 3,5 a měrná hmotnost 2,93 g.cm až 2,98 g.cm .

75

Při průmyslové výrobě cementů v českých cementárnách byl dlouhodobě běžně používán jako regulátor tuhnutí přírodní sádrovec z jediného těženého ložiska Kobeřice na severní Moravě. Kvalitní partie tohoto ložiska jsou selektivně těžené pro výrobu sádry ve vlastním závodě v Kobeřicích. 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. Mocnost sádrovcového horizontu v Kobeřicích se pohybuje kolem 35 m a průměrný obsah CaSO4.2H2O v těžené surovině se pohybuje mezi 70 - 80%. Značné potíže při těžbě činí zkrasovělé části ložiska - kapsové útvary vyplněné rozbředlým jílem, štěrkem a pískem. Sádrovec z Kobeřic běžně dodávaný do cementáren byl dodáván s relativně vysokou vlhkostí (při 50oC kolem 11 až 15%) a s vysokým obsahem jílovitých podílů a s celkově malým obsahem větších krystalů sádrovce. Kolísání obsahu CaSO4.2H2O ukazuje následující přehled měsíčních průměrů rozborů vagonových vzorků z dodávek do cementáren v minulých letech : 1 rok CaSO4.2H2O % 69,29 71,70 72,13 64,46 71,90 67,57 67,60 67,77 66,52 69,29 68,79 69,27

2 rok CaSO4.2H2O %

3 rok CaSO4.2H2O %

61,96 67,27 73,40 70,65 69,70 70,36 69,60 73,75 71,42 74,73 70,26 74,76

72,50 70,43 83,18 76,13 74,48 82,65 75,21 79,58 77,48 71,83 73,94

Variabilitu jednotlivých vagonových zásilek ukazuje následující případ (% CaSO4.2H2O): 1 rok 82,62 73,80 74,52 69,15 72,09 83,52 67,12

2 rok 74,35 64,34 71,58 78,76 68,96 77,46 72,84

3 rok 71,87 80,82 69,81 67,30

Variabilita vzorků z vagonů dodaných jeden den (% CaSO4.2H2O): 1 rok 74,36 69,75

76

2 rok 44,62 69,99

3 rok 70,25 79,56


Výsledky všech zkoušek je možno zhrnout v konstatování, že žádný druh použitého energosádrovce neovnivňuje nepříznivě ani objemovou stálost, ani počátek a dobu tuhnutí. Průběhu tuhnutí jsme věnovali mimořádnou pozornost, vedle normové zkoušky dle ČN jsme se zaměřili i na podrobnou zkoušku dle Tussenbrocka, kterou je možno průběh tuhnutí podrobně sledovat. Výsledky jsou u všech sledovaných energosádrovců obdobné. Výsledky pevností v ohybu byly u všech energosádrovců i porovnávacích sádrovců srovnatelné. Krátkodobé pevnosti v tlaku byly u většiny zkoušených sádrovců vyšší než u srovnávacích cementů s přírodním sádrovcem případně se sádrovými střepy, pevnosti po 28 dnech byly ve všech případech vyšší. Závěrem lze tedy konstatovat, že na podkladě našich zkoušek laboratorně připravených cementů, a také provozně vyráběných cementů nejsou významnější rozdíly pokud se týká jejich vlivu na výsledné technologické vlastnosti cementů, a že tedy jsou energosádrovce více než rovnocenou náhradou za přírodní sádrovec Kobeřice. 3.4

Vznik energosádrovce

Ke snížení emisí SO2 při průmyslovém a energetickém spalování fosilních paliv vedou v zásadě tři cesty: a) odsiřování paliv před jejich spalováním, které je součástí různých procesů zušlechťování paliv b) vázání vznikajícího SO2 během spalovacího procesu na aditiva - prakticky jemně mletý vápenec přiváděný společně s palivem do spalovacího prostoru c) odsiřování spalin - v současné době je známo více než 200 způsobů odsiřování spalin, jejich systém byl popsán a publikován Tyto metody mohou pracovat formou adsorpční s použitím aktivního koksu a konečným produktem H2SO4, SO2 nebo sírou. Daleko rozšířenější je proces na principu absorpce a to chemisorpce, přičemž kyselý SO2 ze spalin se chemicky váže na bazické absorpční prostředky. Při základním dělení odsiřovacích metod je možno hovořit o metodách případně procesech regeneračních - cyklických nebo neregeračních - jednorázových. Regenerační metody se vyznačují regenerací aktivní látky po reakci s SO2 a jejím návratem do procesu. Výhodou těchto metod je malá spotřeba absorbentu a snadná využitelnost produktů - H2SO4, kapalný SO2 a elementární síra. Nevýhodou je složitost technologického schematu vedoucí k vyšším investičním a provozním nákladům. Je to vlastně chemická výroba, která vyžaduje ustálený provoz bez kolísání výkonu. Neregenerační metody nevyužívají recyklace aktivní látky, která se spotřebovává a reakcí s oxidem síry vytváří buď dále využitelný produkt, nebo odpad. Výhodou těchto metod je jednodušší technologické schema a tím nižší investiční i provozní náklady, nevýhodou velká spotřeba reagentu a velké množství produktu nebo odpadu, který je třeba likvidovat. Z hlediska technologického uspořádání pracují absorpční systémy buď na bázi vápna s rozprašovací sušárnou se suchým odpadem tvořeným prakticky směsí siřičitanu a síranu vápenatého a nezreagovaného vápna s různou příměsí popílků, nebo mokrým vypíráním SO2 ze spalin v absorbéru cirkulujícím roztokem nebo vodní suspenzí, ke kterým jsou plynule přidávány vápenné mléko nebo vápencová moučka. Sekundárním produktem mokrého vypírání spalin na bázi Ca(OH)2 / CaCO3 je dihydrát síranu vápenatého různé kvality, označovaný u nás jako energosádrovec, německy Rauchgasgips nebo REA-Gips, anglicky "flus gas gypsum". Procesy mokré vápencové metody lze podle způsobu vypírky rozdělit na jednostupňové, jednostupňové s dvojí vypírkou a dále na dvoustupňové. Toto dělení je ovšem informativní, existuje řada drobných odchylek.

77

3.5

Kvalita energosádrovců

Energosádrovec vyráběný pomocí čistého vápence vyznačuje se vysokou čistotou, malým obsahem inertních látek jako hlína, živec, písek nebo uhličitan, ale také určitým malým podílem látek z výrobního procesu, jako kalciumsulfit, chlorid a létavý popílek. Hlavní rozdíl oproti přírodnímu sádrovci spočívá ve fysikálních vlastnostech - velikost zrna, tvorba typu krystalů a technicky důležitá sypná hmotnost. Tyto vlastnosti jsou odvislé od jednotlivých odsiřovacích procesů a provozů. Energosádrovec odpadá z běžného odsiřovacího procesu mokrým způsobem jako vlhký, jemnozrnný prášek s obsahem povrchové vlhkosti 8 - 12%. Tím se podstatně odlišuje od dosud běžně používaného přírodního sádrovce, který je dodáván jako suchý, drcený materiál. Přírodní sádrovec používaný v ČR je velmi atypický, jeho stav je dán velkým znečištěním vlastního ložiska hlínou. Vzhledem k chemické čistotě jevil se energosádrovec jako velmi výhodná surovina zejména pro průmysl zpracování sádry, fysikální vlastnosti nutily však k novénu úpravárenskému procesu. Tento tlak byl významný zejména v Německu, kde průmysl výroby a úpravy sádry měl širší požadavky než na příklad v Japonsku, kde je použití sádry zaměřeno převážně na výrobu sádrokartonových desek. Pro průmyslové využití se může energosádrovec vyskytovat budˇ ve stavu, v jakém odpadá, to je jako vlhký, jemný prášek s obsahem vody kolem 10%. Tento materiál je špatně manipulovatelný, špatně tekoucí ze zásobníků, prakticky netransportovatelný ve šnekových dopravnících nebo elevátorech. V upraveném stavu - to je suchém - se může vyskytovat jako suchý, jemný prášek dobře tekoucí až vystřelující a silně prášící, nebo jako suchý, kusovitý materiál, který se prakticky chová jako drcený přírodní sádrovec. 3.6

Uplatnění energosádrovce v cementářském průmyslu

Cementářský průmysl, který je zavedený na používání suchého kusovitého přírodního sádrovce zaměřil svoji pozornost také na briketovaný suchý energosádrovec, aby uvedení této hmoty do uživatelské praxe nevyvolávalo nutnost jakékoliv úpravy na straně dopravy, skladování a dávkování sádrovce do cementu, a dále aby bylo možné jakékoliv míchání v různých poměrech s přírodním sádrovcem v případě nedostatku jedné z těchto hmot. Cementárny byly vybaveny zařízením pro skladování, dopravu a dávkování kusového přírodního sádrovce nebo sádrových střepů, a proto požadovaly,, aby i energosádrovec byl dodáván v kusové formě. Zkusovění (briketováni, peletizace, granulace) dosáhnout následujícími metodami:

energosádrovce pro výrobu cementu je možné

- zkusověním sušeného energosádrovce vysokotlakým lisováním do formy briket, - peletizací (granulací) za použití vhodného pojiva, - zkusověním vlhkého energosádrovce protlačováním a následným sušením vzniklých výlisků Nejrozšířenějším způsobem zkusovění energosádrovce je jeho vysokotlaké lisování, po předchozím vysušení, pomocí dvouválcových lisů. V principu se jedná o dva protiběžně se otáčející válce opatřené na povrchu vybráními odpovídajícími tvarem polovině tvaru vznikajích briket. Vysušený energosádrovec je šnekem vtlačován mezi tyto otáčející se válce, které jsou k sobě přitlačovány značnou silou (udává se např. hodnota 75 kN/cm délky válců a celkový tlak, kterým jsou k sobě přitlačovány válce hodnotou 4500 kN). Mezi válci dochází ke krátkodobému, téměř rázovému a bodovému působení tlaku na práškový vysušený sádrovec. Získané brikety obvykle v poduškovitém nebo doutníkovém tvaru, mají 3 údajně bodovou pevnost v tlaku více než 500 N a objemovou hmotnost cca 2150 kg/m , což je hodnota blízká hodnotě u kusového přírodního sádrovce 2300 kg/m3. Vzhledem k poměrně vysoké pevnosti a

78


objemové hmotnosti mají vzniklé brikety mít velkou odolnost proti otěru (otlukovost) při skladování ve volném prostoru. Rovněž si mají zachovávat svoje vlastnosti působením deště a mrazu. V roce 1995 byla uvedena do provozu linka na sušení a zkusovění vlhkého energosádrovce v elektrárně Počerady, kde tento energosádrovec odpadá při mokrém vápencovém způsobu odsiřování spalin. Pracovnícinašeho ústavu ze aktivně úspěšně zůčastnili uvádění této linky do trvalého provozu a garančních zkoušek. Dle našich informací získaných v cementárně Phoenix jsou požadavky na kvalitu energosádrovce v Německu mírnější než požadavky Svazu výrobců sádry a jsou tak předmětem přímých dohod mezi producenty a cementárnami. Jeden požadavek v Německu je však velmi striktní, používaný energosádrovec (REA-Gips) musí být pouze z odsířování kouřových plynů vznikajících ze spalování kamenného (černého) uhlí. Energosádrovec z hnědého uhlí je tam používán pouze na ukládku nebo jako stabilisátor po předchozím smíchání s popílkem a mletým vápnem nebo vápenným hydrátem. Státní orgány ve všech zemích, i když v různé míře, usilují o omezení odvalování tuhých odpadů a podporují úplné hospodářské využití sekundárních surovin. Z jejich podnětu, nebo v návaznosti na přímou nabídku energosádrovce ze strany výrobců vydali spotřebitelé sádrovce - případně jejich zájmová sdružení - specifikaci požadavků na jeho kvalitativní parametry, jejichž dodržováním podmiňují odběr. V této kapitole se snažíme shrnout dosažitelné požadavky, tak jak se nám podařilo je zjistit. Jsou to však hlavně požadavky výrobců sádry, které jsou do jisté míry odvislé od druhu používané technologie při výrobě sádry a jejím zpracování, a které jsou odvozeny ze zkušeností se zpracováním přírodních sádrovců. V následující tabulce jsou uvedené publikované specifikace zájmových sdružení průmyslu sádry z Japonska a SRN a dále předběžné specifikace požadavků tří velkých společností výrobců sádry v USA. Pro porovnání jsou zde uvedeny i požadavky japonského cementářského průmyslu. Přehled hlavních požadavků na parametry energosádrovce dle jednotlivých výrobců uvádí následující tabulka, kde: 1

Japonský cementářský průmysl

2

Japonský průmysl sádrových desek

3

USA - National Gypsu, Co.

4

USA - Georgia Pacific Corp.

5

USA - US Gypsum Co.

6

SRN - Spolkový svaz průmyslu sádry a sádrových desek

7

Rak - Svaz průmyslu sádry

8

Rak - Svaz výrobců cementu obsah

1

2

3

4

5

6

7

8

CaSO4.2H2O min. %

90

95

94

90

-

95

95

90

CaCO3 max. %

2

0,8

-

-

-

-

-

-

SO3 min. %

-

44

-

-

-

-

-

-

popílek max. %

2

2

-

-

-

-

-

-

MgO max. %

-

0,08

0,083

-

0,008

0,10

0,1

1

Na2O max. %

-

0,04

0,07

0,027

0,01

0,06

0,06

0,5

79

obsah

1

2

3

4

5

6

7

8

Cl - max. %

-

0,03

0,08

0,02

0,007

0,01

0,01

0,1

SO2 max. %

-

-

0,27

-

-

0,25

0,25

-

vlhkost max. %

12

12

15

10

12

10

8

8

vel. částic μ min.

50

50

-

-

20-40

-

-

-

pH

-

5,5-7,5

6-8

3-9

6,5-8

5-9

5-9

neutral

P205 max. %

-

-

-

-

-

-

-

0,5

F - max. %

-

-

-

-

-

-

-

0,5

Z přehledu jasně vyplývá striktní požadavek japonských odběratelů na obsah CaSO4.2 H2O, který je zdvojen minimálním obsahem SO3. V SRN nelimitují obsah popílku a nezreagovaný obsah vápence, ale dokonce uvádějí, že "snížení čistoty až na cca 80% inertními nečistotami nemusí být nevýhodné". Značně přísné jsou požadavky na obsah vodorozpustných solí Mg 2 +, Na + a Cl -. Zdůvodnění těchto požadavků je v literatuře interpretováno různě, hlavně obavami ze změny tuhnutí sádrové kaše a snížením pevností zatuhlé sádry, ale i obavami z výkvětů na sádrových výrobcích a omítkách. Požadavky na maximální vlhkost jsou v podstatě ve vzájemné relaci. Zajímavé je vysoké rozpětí pH v SRN a požadavek na střední velikosti krystalů CaSO4.2 H2O pro výrobu cementu v Japonsku. Neuvedení požadavku na velikost krystalů v SRN může znamenat, že tam výrobci sádry uvažují s odběrem ES v briketované formě, čemuž částečně odporuje požadavek na max. vlhkost 10%. Německá specifikace je doplněna požadavky: -

nesmí obsahovat žádné toxické látky

-

musí být bez vůně nebo zápachu

-

má mít bílou barvu (bělost min.80%)

Schopnost jednotlivých systémů odsiřování běžně dodržovat výše uvedené meze chemického znečištění vyplývá z předem uvedené analýzy a potvrzují ji i řady publikovaných poznatků. Z toho lze vyvodit následující závěry: •

běžné dodržování kvalitativních požadavků na energosádrovec není u žádného moderního systému odsiřování problémem

•

pokud se týká obsahu CaSO4.2H2O, není jeho hodnota v jistých mezích pro následné použití energosádrovce podstatná. Odvisí především od kvality vápence použitého k odsiřování a dále od účinnosti elektroodlučovačů popílku, které jsou předřazeny před odsiřovací zařízení. Za předpokladu použití vápenců s obsahem 90-95% CaCO3 a dobré účinnosti elektrofiltrů (do 200 mg popílku na 1 Nm3 spalin) se bude obsah CaSO .2H O pohybovat v mezích 92 - 95% 4

•

80

2

Z hlediska použití energosádrovce pro cementářské účely by bylo možno připustit i použití vápenců s nižším obsahem CaCO3, pokud ovšem jejich použití ve výrobě nevyvolá nebezpečí nalepování a inkrustování v sorpčním systému. Použití dolomitických vápenců je nepřijatelné z hlediska možnosti dodržení obsahu Mg 2 + solí v energosádrovci.


Z výše uvedených požadavků a s přihlédnutím k původní ČSN 72 1206 "Sádrovec a anhydrit jako přísada do cementu." byl v roce 1994 vypracován návrh na technické požadavky na energosádrovec používaný pro výrobu cementu v ČR: CaSO4.2 H2O

90 % min.

CaCO3

2 % max.

CaF2

0,2 % max.

MgO rozp.

0,10 % max.

Na2O rozp.

0,06 % max.

Cl - rozp.

0,01 % max.

SO2

0,25 % max.

vlhkost

10 %

pH

5-8

Splnění shora uvedených technických požadavků vyžaduje, aby používaný vápenec obsahoval nejméně 95 % CaCO3 (s rezervou 97%) a byly dodržovány požadavky na obsah MgCO3, Fe203, Al2O3, důležitý je též jeho stupeň bělosti, který se promítá do bělosti energosádrovce. Bělost energosádrovce a obsah nečistot je též ovlivněn přítomností popílku. Na druhé straně však přítomnost popílku nemůže nijak významněji ovlivnit kvalitu energosádry a bělost energosádrovce a tím i bělost z něj vzniklé energosádry. Negativně se může projevit jen v některých případech jejího použití. Bělost energosádrovce závisí na vlastním procesu odsiřování a byl navržen postup jak omezit ve vznikajícím energosádrovci obsah látek snižujících jeho bělost. Bylo konstatováno, že energosádrovec se svým chemickým složením nijak podstatněji neliší od přírodního sádrovce, a proto byl v EU energosádrovec vyjmut z katalogu odpadů a postaven na úroveň přírodnímu sádrovci. 3.7

Výroba energosádrovců v České Republice

Po roce 1990 došlo u nás k rozsáhlému programu na odsíření spalin v naší energetice, kdy při uplatňování mokré vápencové metody pro odsiřovací proces je produktem odsiřování energosádrovec, jehož kvalita (obsah CaSO4 . 2 H2O nad 95% podle čistoty použitého vápence pro odsiřování) vysoko předčí jakost našeho přírodního sádrovce a tudíž nachází stále širší uplatnění nejen v našich cementárnách, ale zejména při výrobě sádry a sádrových výrobků. Problematice využívání energosádrovce pro cementářské účely byla tehdy v ČSSR věnována značná pozornost již od roku 1982. Touto problematikou se hlavně zabývaly ústavy VUMO Praha a VÚSH Brno. V obou ústavech se uskutečnila řada laboratorních zkoušek regulace tuhnutí cementu přídavkem různých energosádrovců ke slínkům různých cementáren. Ve všech případech bylo porovnání vztahováno sk přírodnímu sádrovci Koběřice. Při ověřování v první fázi to bylo sledování možnosti využití tuhých zbytků ze spalování a odsiřovacího procesu, které vznikají při spalování méně hodnotných vysocesírných paliv ve fluidním reaktoru. Všechny ověřované vzorky měly velmi nízký obsah sádrovce i siřičitanů, jejich uplatnění bylo proto jiné než jako regulátor tuhnutí. Ve druhé fázi od roku 1986 byly pozornost zaměřena hlavně na vlastní odebrané vzorky z různých elektráren v SRN, dále na vzorky dodané agenty 81

různých obchodních firem a posléze i na energosádrovec z různých zkoušek a pokusů v ČSR. Zkoušky probíhaly na laboratorně připravených cementech převážně PC typu, ale také na produktech různých provozních zkoušek, prováděných hlavně v cementárně Čížkovice. V roce 1989 byly provedeny provozní zkoušky výroby PC i SPC cementu s energosádrovcem z SRN a pro porovnání s přírodním sádrovcem Kobeřice v cementárnách Lochkov, Mokrá, Čížkovice a KDC. Ze všech provedených prací vyplynulo, že v té době běžně používaný zahliněný sádrovec Kobeřice je možno nahradit bez jakýchkoliv problémů dodaným energosádrovcem z SRN. V rámci postupného uvádění odsiřovacího zařízení v jednotlivých elektrárnách a velkokapacitních teplárnách jsme se zaměřili na zmapování a odzkoušení různých druhů energosádrovců, ale také dalších odpadních průmyslových sádrovců s cílem vybrat regionálně nejvýhodnější sádrovec pro konkretní cementárny. V současné době jsou u nás produkovány energosádrovce v následujících závodech : Elektrárna Počerady

Výkon

Dodavatel

Uvedení

Dodavatel

(MW)

strojního zařízení

do provozu

vápence

1994

VČS

5 x 200 Valmet Damatic XD-SHL Hoogovens Technical Services

1996

Prunéřov I.

4 x 100 Bischoff GmbH

1995

Mořina

Prunéřov II.

5 x 210 Mitsubishi + ZVU Hradec Králové

1996

Mořina Štramberk

Mělník I.

6 x 55

ABB

1998

Štramberk Vitošov

Mělník II. a III. 2 x 110 Austrian Energy and Environment SPG 1998

VČS

Dětmarovice

4 x 200 Mitsubishi

1998

Štramberk

Chvaletice

4 x 200 IVO International Ltd, Hitachi Ltd

1998

Štramberk

ITOCHU corp. Opatovice

100

Mitsubischi

1998

Vitošov

Tisová

100

Steinmuller GmbH

1997

Loděnice

Tušimice II.

4 x 200 Chiyoda

1997

Mořina

V českých cementárnách jsou v současné době zpracovávány granulované energosádrovce z elektrárny Počerady a vlhké z elektráren Opatovice, Mělník I, Chvaletice a Dětmarovice. Vedle nich jsou zpracovávány ve dvou cementárnách chemosádrovce z Prechezy a s.Přerov.

82


Pro názornost uvádíme v další tabulce chemické složení vzorků energosádrovců použitých při našich experimentech v letech 1997 – 1999: Počerady Dětmarovice Prunéřov

ztr. žíh. 19,75

MělníkI MělníkII

Chvaletice

Opatovice

Tušimice

18,85

20,39

18,99

21,32

18,65

18,11

19,66

SiO2

0,93

1,09

0,32

1,02

1,5

0,38

1,01

0,62

Al2O3

0,24

0,63

0,10

0,33

0,3

0,09

0,69

0,24

Fe2O3

0,14

0,21

0,12

0,19

0,5

0,14

0,19

0,07

TiO2

0,01

0,03

0,01

0,03

0,01

0,01

0,01

0,03

CaO

32,37

32,55

32,46

32,95

32,63

33,35

31,96

33,01

MgO

0,04

0,17

0,17

0,23

0,05

0,34

0,10

0,08

P2O5

0,02

0,07

0,01

0,03

0,04

0,04

0,06

0,05

Na2O

0,03

0,03

0,01

0,02

0,05

0,01

0,02

0,01

K2O

0,03

0,09

0,04

0,04

0,05

0,02

0,05

0,04

SO3

45,07

41,65

46,58

43,96

44,90

42,61

45,67

44,12

Cl-

0,009

1,06

0,02

0,03

0,01

0,02

0,02

0,01

1,0

2,10

4,80

5,0

5,50

2,40

0,10

CaCO3 1,80

Ověřování vlivu energosádrovců na kvalitu cementu bylo zaměřeno na posouzení vhodnosti energosádrovců jako regulátoru tuhnutí v porovnání s přírodním sádrovcem z lokality Kobeřice ve stavu, v jakém je do cementáren dodáván. Reference [1.]

FRIDRICHOVÁ, M., KULÍSEK, K.: Teorie zkrácených zkoušek síranových pojiv, Sborník příspěvků VIII. Konference VUSTAH „Ekologie a nové stavební hmoty“, Telč, 16.-18.6.2004, , ISBN 80-239-2635-7, str.174-176.

[2.]

MICHALÍKOVÁ, F., STEHLÍKOVÁ, B.: Využitie popolčekov z tepelných elektrární a teplární, Sborník příspěvků X. Konference VUSTAH „Ekologie a nové stavební hmoty“, Telč, 30.5.1.6.2006, ISBN 80-239-7146-8, str.17-31.

[3.]

BALKOVIC. S., PETEJA, M.: Vplyv chemického a minetalogického zloženia popolčeka, Sborník příspěvků X. Konference VUSTAH „Ekologie a nové stavební hmoty“, Telč, 30.5.-1.6.2006, ISBN 80-239-7146-8, str.85-88.

[4.]

KALOVÁ, V.: Nová technologie výroby kameniva ze spékaných popílků, Sborník příspěvků X. Konference VUSTAH „Ekologie a nové stavební hmoty“, Telč, 30.5.-1.6.2006, ISBN 80-2397146-8, str.75-79.

[5.]

STANĚK, T., TĚHNÍK, V., NEČAS. R.: Vliv různých forem síranu vápenatého na vlastnosti portlandského cementu, Sborník příspěvků X. Konference VUSTAH „Ekologie a nové stavební hmoty“, Telč, 30.5.-1.6.2006, ISBN 80-239-7146-8, str.211-215.

83

84

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

Inventarizace vyhořelých nebo hořících hlušinových odvalů - část III. koordinátor: Vladimír SLIVKA řešitel: Jan JELÍNEK Úvod Úkolem v navazující části řešení dílčího cíle projektu V 004 bylo vyhledání a vytipování nejvhodnějších vyhořelých odvalů s výskytem antropogenně vzniklých porcelanitů v ostravské části ostravsko-karvinského revíru (dále jen OKR). Na vybraných lokalitách byla provedena terénní rekognoskace a odběry vzorků. Pro určení stupně přepálení skládkované hlušiny a stanovení množství vzniklých porcelanitů je nezbytné znát teplotu hoření v tělese odvalu a rozsah zahoření. Bohužel termomonitoring odvalů byl proveden jen v několika málo případech. V první etapě inventarizace hořících či vyhořelých odvalů v OKR se dostal do prostoru zájmu odval Dolu Heřmanice. Za potenciálně vhodné pak byly vybrány odvaly dolů Odra, Petr Bezruč, Eduard Urx a Jan Šverma. Odval dolu Eduard Urx byl v této etapě vyloučen. Napomohl k tomu fakt, že se nepodařilo zjistit, jak rozsáhlá byla termická aktivita na tomto odvalu. V ostravské části OKR byly vybrány čtyři lokality. Všechny studované odvaly jsou z části vyhořelé. Tři z nich jsou stále termicky aktivní. Největším termicky aktivním odvalem v OKR je odval Heřmanice stejnojmenného dolu. Méně rozsáhlý endogenní požár je evidován na odvalu Odra, kde je deponován odpad z Koksovny Svoboda. Nejdéle evidovaný endogenní požár se vyskytuje na odvalu Ema dolu Petr Bezruč. Posledním vybraným odvalem je vyhořelý odval dolu Jan Šverma. Charakteristika hlušiny uložené na odvalech v OKR Určení geochemické charakteristiky uloženého odpadu na odvalech v OKR vychází z petrografického a chemického složení hornin karbonu ČHP a z části i hornin pokryvných útvarů. Rozložení hornin na odvalech v podstatě odpovídá inverznímu stratigrafickému sledu ložiska. Prvotní odvalový materiál pochází z otvírkových důlních prací. Obsahuje horniny pokryvných útvarů v nadloží uhlonosného karbonu. Složení hlušin se dále mění s postupným prohlubováním dolu i se změnami lokálních geologických podmínek při dobývání slojí s různými horninami v nadloží i podloží (např. mořské nebo sladkovodní horizonty, pestré vrstvy apod.). Materiál z otvírkových důlních děl má větší kusovitost a obsahuje také více pískovců. Na odvalech jsou také deponovány výpěrky z úpraven uhlí, které obsahují především proplástky z okolí slojí s větším podílem uhelné hmoty a menším zastoupením pískovců. Distribuce jednotlivých zrnitostních typů hornin na odvalech může být proto značně nepravidelná. Situace se dále komplikuje na centrálních odvalech, kde probíhala navážka hlušin z různých dolů i úpraven. Geochemický charakter deponované hlušiny se v čase může měnit. Jednak dochází ke změnám na povrchu při styku hlušiny s atmosférou a hydrosférou, a jednak uvnitř odvalu v důsledku oxidaci uhelné hmoty. Zvětráváním nebo zahořením hlušin dochází k fyzikálním změnám hornin, k uvolnění chemických látek a k jejich migraci do prostředí, k tvorbě nových látek a sekundárních minerálů. Petrografické složení hlušin v OKR V ostravské části OKR probíhala těžba v dílčích jednotkách ostravského souvrství, přesto se petrografické složení hlušin v ostravské a karvinské části OKR příliš neliší. Rozdílné poměrné zastoupení hornin (včetně obsahu uhelné hmoty) na jednotlivých odvalech muže být dáno odlišnou vrstevní jednotkou, v níž probíhala těžba, jinou technologií dobývání ložiska a také jiným způsobem úpravnických procesů. Haldy s karbonskou hlušinou jsou tvořeny téměř výlučně pískovci, prachovci a jílovci. Mineralogický obsah těchto hornin je dán sedimentujícím materiálem v karbonské pánvi a následnými diagenetickými procesy, provázené změnou asociací jílových minerálu, vznikem tmelu, změnou distribuce póru apod.

85

•

•

•

•

•

Pískovce: Jemno - až střednozrnné pískovce jsou v ostravském souvrství nejběžnějším horninovým typem. Z petrografického hlediska převládají drobové pískovce, méně často se vyskytují droby, arkózové a křemenné pískovce, arkózy jen vzácně. Základní hmota je převážně prachovito-jílovitá, klastickou složku zastupují křemen, živce (převaha K-živců nad plagioklasy), slídy a terigenní jílové minerály illit a kaolinit. Podíl karbonátového tmelu je nízký, převažuje křemitý tmel. Diageneticky vzniká chlorit, illit, pyrit. Často se vyskytují úlomky křemenem bohatých stabilních hornin. Těžké minerály jsou zastoupeny zirkonem, turmalínem, apatitem, rutilem a granátem. Prachovce: Klastickou složku prachovců (písčitých, jílovitých) zastupuje křemen, vzácně živec, terigenní illit a kaolinit, muskovit a biotit. Ranně diagenetický je pyrit, siderit, ankerit-dolomit, pozdně diagenetický je illit a chlorit. Zvláštním typem jsou prachovce prostoupené kořeny rostlin – kořenové pudy. Jílovce: Jílovce bez prachovité nebo písčité příměsi jsou vzácné. Klastickou složku jílovců zastupuje křemen, velmi vzácně živce nebo slídy. Jílová hmota je tvořená illitem a proměnlivým množstvím kaolinitu. Ranně diagenetický je pyrit, siderit a dolomit, pozdně diagenetický je chlorit a křemen. Karbonátické pískovce a jílovce: Karbonátické horniny obsahují více jak 10 % karbonátu (ankerit, siderit, dolomit, kalcit), tvořících tmel klastických sedimentu. Horniny s obsahem nad 50 % karbonátu se vyskytují jen vzácně v mořských faciích, jinak je pro ČHP příznačný nedostatek karbonátu. Slepence: Slepence jsou většinou drobnozrnné, méně často střednozrnné. Základní hmota je drobová až arkózová, tmel bývá křemitý, karbonátový, jílovitý. Více či méně opracované valouny jsou tvořeny žilným křemenem, kvarcitem, rulami, granitoidy a křemenným pískovcem.

Zvětrávání hlušin na odvalech Horninový materiál uložený na odvalech snadno podléhá působení exogenních činitelů. Je to důsledek změny tlakově teplotních podmínek, změnou chemizmu působících vodných roztoků, redukčním potenciálem atd. Postupně dochází ke snížení chemické a mechanické stability a začínají působit zvětrávací procesy (podle Matýska a Raclavské (1999) nejvýraznejší jsou změny v granulometrickém složení materiálu). Nejrychleji tento proces probíhá na plošinách a svazích hald, kde se uplatňuje vliv srážek, atmosférické oxidace, teplotních změn, biologické koroze atd. Zvlášť se v tomto procesu projevuje prohořívání odvalu. Zvýšené teploty způsobují odpar vody a vysušení hlušiny, iniciují další rozpad horniny a zpočátku podporují i biologickou aktivitu bakterií. Výsledkem termických procesu je vznik sekundárních minerálu a tepelná alterace hlušin, které po odeznění termické aktivity opět podléhají zvětrávání (zejména v období, kdy ještě není povrchová vrstva kryta vegetací). Odolnost vysoce tepelně alterovaných hornin keramického vzhledu (porcelanitu) vůči zvětrávání je však vetší. Jílovito-prachovité horniny v důsledku změny vlhkosti a odlehčení primárních napětí zvětrávají nejrychleji. V případě pískovců nejprve zvětrává karbonátový tmel (pískovce s Fe-karbonáty získávají rezavé zbarvení). Doba stálosti hornin je dána jejich náchylností k bobtnání, rozbřídání, nasákavosti a mrazuvzdornosti (viz tabulka 1). Z tabulky 1. vyplývá, že karbonské horniny nejsou náchylné k bobtnání a rozbřídání, bobtnají jen jílovce mořských horizontu (objemové změny cca do 4 %). Jílovce a prachovce se ve vodě střípkovitě rozpadají a jsou náchylné k namrzání, čímž se vysvětluje poměrně rychlé zvětrávání jílovců a jílovitých hornin. Nejodolnější vůči zvětrávání jsou různé druhy pískovců a slepenců, které jsou tvrdší a zůstávají řadu let bez zřetelného vlivu zvětrávání. U pískovců dochází zejména k zvětrávání tmelu za vzniku písčitého eluvia. Rychleji zvětrávají pískovce s karbonátovým tmelem, pískovce s křemitým tmelem jsou stabilní (Dopita et al. 1997).

86


Tabulka 1. Odolnost různých typů karbonských hornin OKR vůči zvětrávání. Podle Dopity et al. 1997.

Uhelná hmota na odvalech Uhelná hmota v sedimentech uhlonosného karbonu je detritického nebo strukturního charakteru. Detritická uhelná hmota pigmentuje horninu nebo je uložena na vrstevních plochách. Strukturní uhelná hmota je tvořena prouhelněnými rostlinnými pletivy, vyskytuje se jako úlomky uhlí. Vyšší obsah uhelné hmoty je v jílovcích a prachovcích, v jílovité hmotě se dobře zachovaly prouhelněné části rostlinných pletiv. Zastoupení uhelné hmoty v jednotlivých sedimentárních horninách je řádově uvedeno v tabulce 2. Uhelná hmota muže obsahovat kromě jílových minerálu i karbonáty, pyrit, sádrovec a halit. Zvětráváním se jejich složky zapojují do geochemických procesu na odvalech. Tabulka 2. Obsah nestabilních minerálů a uhelné hmoty v karbonských horninách ČHP.

Uhelná hmota se na hlušinových odvalech vyskytuje ve dvou formách: • Úlomky uhlí: jedná se o kusové uhlí, které se na odvaly dostalo s vytěženými jalovými horninami v důsledku nedokonalých úpravnických procesu. • Rozptýlená uhelná hmota v horninách: uhelná hmota obsažená v sedimentárních horninách, zejména v jílovcích a prachovcích (tzv. hořlavé lupky).

87

Proměnlivý procentuální obsah uhelné hmoty na odvalech je závislý nejen na petrografickém složení doprovodných hornin, geologických podmínkách, způsobu těžby, ale také na kvalitě úpravnických procesů. Největší podíl uhelné hmoty se nachází na starých odvalech, nasypávaných ještě v době primitivních úpravárenských procesů. Někteří autoři (např. Drlík 1964) uvádí v extrémních případech až 50 % uhelné hmoty v hlušině. Tyto odvaly byly v minulosti, i vzhledem k často nevhodnému kuželovému tvaru a absenci jakýchkoli opatření proti vznícení, častými objekty odvalového požáru. Faktory ovlivňující proces samovznícení uhelné hmoty na odvalech Samovzněcovací proces (resp. intenzita oxidačního procesu) je ovlivněn řadou vnitřních a vnějších faktoru, které vždy spolupusobí a nelze tak při hodnocení nebezpečí vzniku endogenního požáru na odvalech vycházet jen např. z množství uhelné hmoty (dříve se jako bezpečná hranice obsahu uhelné hmoty v odvalu obecně pokládala 10 %), nebo její náchylnosti k samovznícení. Zvláštním činitelem je čas. Teplo vzniklé chemickou reakcí se v průběhu času snižuje až do rovnovážného stavu O2 s uhelnou hmotou. Dlouhodobým kontaktem uhlí se vzdušným kyslíkem se na povrchu uhlí vytváří vrstva zoxidované uhelné hmoty ve formě oxidačního lemu, která za stálých teplotních a tlakových podmínek představuje rovnovážný produkt interakce kyslíku s uhlím, zvyšuje jeho teplotu vznícení a tím mění i dispozice k samovznícení. Vnitrní faktory (endogenní) jsou představovány vlastnostmi uhelné hmoty a projevují se konkrétní náchylnosti daného uhlí k samovznícení. Jde zejména o: • Mikropetrografické složení uhelné hmoty: Reakční schopnost macerálu (resp. macerálových skupin) vůči kyslíku vzrůstá v řadě: inertinit < vintrinit < liptinit, což souvisí se vzrůstajícím zastoupením alifatického podílu, který přednostně reaguje s kyslíkem v úvodní nízkoteplotní fázi. • Stupeň prouhelnění uhelné hmoty: Reaktivita uhlí ke kyslíku s rostoucím stupněm prouhelnění klesá. Petrografické složky vysoce prouhelněných uhlí mají vlastnosti podobné inertinitu. • Pórovitost uhelné hmoty: Objem póru, jejich velikost, distribuce a případná přítomnost vody v pórech souvisí s možností transportu kyslíku a s velikostí specifického povrchu (povrch uhelných zrn + vnitrní povrch póru). Hlavní roli při transportu kyslíku na vlastní povrch uhlí hrají makropóry (50 – 7500 nm), coby nejhrubší diskontinuity. • Fragmentace uhelné hmoty: Intenzita oxidačního procesu je přímo úměrná celkovému povrchu uhelných částic (vnitrní i vnější). Rozmělněná uhelná hmota podléhá oxidaci snáze než kusovité uhlí, protože právě jemné částice mají velký celkový povrch. • Vlhkost uhelné hmoty: Vztah vlhkosti a náchylnosti k samovznícení není jednoznačný. Obecně suché černé uhlí vykazuje větší oxidační teplo. Voda ale vyvolává v uhlí změny, které se projevují nárůstem oxidačních schopností. Výzkumy prokázaly (Adamus 2004), že uhlí OKR po kontaktu s vodou zvyšuje svou náchylnost k samovznícení v průměru o 86 %. Vnější faktory (exogenní) zahrnují geologické, klimatické a další vlastnosti dané lokality, významné jsou zejména: • Teplota okolí ložiska záparu: Jestliže vnější podmínky nedovolují, aby teplo vznikající při oxidaci unikalo, nastává postupný samoohřev uhelné hmoty. Rychlost oxidační reakce stoupá s rostoucí teplotou exponenciálně. Rostoucí tepelné výviny tak mohou vést až k samovolnému vznícení uhelné hmoty. • Koncentrace kyslíku: Oxidační teplo je přímo úměrné koncentraci resp. parciálnímu tlaku O2. Limitní koncentrace O2, kdy nedochází k nárůstu teploty během oxidace, se u uhlí z OKR pohybuje v rozmezí 7 – 10 % (Adamus 2004). V podmínkách nedostatečného přístupu vzdušného kyslíku nastává v termicky aktivních lokalitách nejprve zkoksovatění uhlí a až posléze dochází k celkové oxidaci. • Granulometrická skladba uhlí a hlušiny: Souvisí s přívodem kyslíku do tělesa odvalu a akumulací tepla. Odval složený pouze z velkých částic má sice dobrý přístup kyslíku pro oxidaci, ale malý celkový povrch (nižší intenzitu oxidace). Má proto lepší podmínky pro výměnu tepla s okolím. Odval tvořený jemnými frakcemi má sice snížený přístup kyslíku, současně však i

88


• •

zhoršenou výměnu tepla s okolím. Pro rozvoj procesu samovolné oxidace uhlí je nejpříznivější heterogenní granulometrická skladba uhlí a hornin. V takovémto systému je přívod kyslíku do haldy zajištěn nejen difúzí, ale i prouděním, které je zde zajištěno přívodovými kanály (tzv. komínový efekt). Geometrický tvar odvalu: Uhlí (byť vysoce reaktivní ke kyslíku) rozprostřené na velké ploše, avšak v malé výšce, je málo náchylné k samovznícení. Toto souvisí s možností akumulace resp. odvádění tepla. Se zvyšující se výškou odvalu se nebezpečí zahoření zvyšuje. Klimatické podmínky: Na proces samovzněcování uhlí má vliv i teplota, tlak a relativní vlhkost vzduchu. Na hranici systému (povrch odvalu) se uplatňuje vliv deště, slunce a větru. Tito činitelé ovlivňují výměnu hmoty mezi okolím a systémem. Přispívají k rozpadu uhelné hmoty a hornin, což podminuje granulometrickou heterogenitu systému. Požáry na odvalech snáze vznikají na svazích exponovaných k převládajícím směrům větru.

Šíření požáru na odvalech Odvalové požáry vznikají pod povrchovou vrstvou zvětralin v hloubce od 0,2 do 0,5 m, zřídka v hloubce větší jak 5m (Králík 1984). Hloubka ložiska záparu odpovídá vyváženému poměru dvou klíčových vnějších faktoru pro samovznícení uhelné hmoty a to přístupu kyslíku v potřebné koncentraci a možnosti akumulace oxidačního tepla. V případě rostoucího záparu dochází při dosažení teploty cca 300 oC k počátkům karbonizace nebo za přítomnosti kyslíku k iniciaci hoření uhlí. I přes tepelně izolační vlastnosti hlušiny dochází ke vzniku lokálních ohnisek hoření s maximální teplotou přes 1000 oC. Požáry prostupují z těchto ložisek dále podpovrchovými vrstvami a šíří se tak po tělese odvalu. V případě kuželových odvalů v OKR byl pozorován postup požáru od úpatí směrem k vrcholu (Kroutilík 1954). Šíření požáru je ovlivněno porézní strukturou v tělese odvalu. Ta umožňuje jednak průtahy plynů tělesem odvalu a tím zajišťuje trvalý přísun vzdušného kyslíku pro oxidaci a hoření uhelné hmoty, jednak i odvod plynných zplodin oxidačních reakcí. Pokud by tato výměna plynu nebyla možná, zplodiny by samy inertizovaly reakční prostor. Pro šíření endogenního požáru má význam i další jev. Plynné produkty karbonizace uhlí stoupají vzhůru haldovým materiálem a v zóně aerace může dojít k jejich vznícení. Poměrně mělko pod povrchem haldy tak vznikají „ohniska" s velmi vysokými teplotami a to i tam, kde uhelná substance tvoří jen nepodstatnou část haldového materiálu (Tvrdý, Sejkora 1999). Tepelná alterace sedimentárních hornin Tepelný efekt přeměn uhelné hmoty vede ke značnému ohřevu okolních sedimentárních hornin a k jejich postupnému přírodnímu výpalu. 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, illit a chlorit zůstávají. Charakteristické je červené zbarvení tepelně alterovaných sedimentů, způsobené jemně rozptýleným hematitem. Jílovitoprachovité 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: Proto byl a je využíván ve stavebnictví. Martincem a Jiráskem (2003) je označován jako erdbrandy. Termická aktivita se zásadním způsobem projevuje v utváření nových sekundárních minerálů. Na termicky aktivních (nebo prohořelých) odvalech jsou minerální asociace mnohem bohatší, než na odvalech bez termických procesu. 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.). Veškeré chemické elementy, které nejsou pevně vázány v krystalových mřížkách novotvořených vysokoteplotních fází, přecházejí do plynné fáze. Unikající plyny

89

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. Uplatňuje se přitom velké množství fyzikálně-chemických procesu jako např. sublimace, krystalizace z tavenin, chemické reakce na fázových rozhraních (oxidace, hydratace, dehydratace, sulfatizace) atp. V různých hloubkách pod haldovým povrchem vznikají pestré asociace chemických sloučenin s různými vlastnostmi a stabilitou (Tvrdý, Sejkora 1999). Vznikem sekundárních minerálu (zejména sulfátu) na ostravských odvalech se v poslední době zabývala dvojice autoru Matýsek, Raclavská (1999). Obdobně jako na nehořících odvalech i zde jsou nejpočetnější skupinou druhotných minerálu sulfáty, jejich minerální asociace je však z důvodu daleko intenzivnější a rychlejší oxidace sulfidu mnohem bohatší. Vznik sulfátu probíhá několika procesy: • Sulfáty vznikající jako sublimační produkty – na ostravských odvalech jen výjimečně.

•

•

Sulfáty produkované při propařování odvalového materiálu fluidy a reakcemi mezi sublimačními produkty a odvalovým materiálem – hlavně hlinito-amonné a hlinité sulfáty, běžný je godovikovit NH4Al(SO4)2 a jeho hydratační produkt cermíkit NH4Al(SO4)2.12H2O, obdobně jefremovit (NH4)2Mg(SO4)2 a boussinghaultit (NH4)2Mg(SO4)2,.6H2O, millosevichit Al2(SO4)3 a alunogen Al2(SO4)3.17H2O, sádrovec CaSO4.2H2O a další. Tyto minerály se vyskytují jako povlaky na klastech a v jejich trhlinách, někdy mohou vytvářet sulfátové klobouky o rozloze až několika desítek m2. Sulfáty produkované nízkoteplotním vyluhováním prohořelého materiálu dešťovou vodou – dominují sulfáty Mg jako epsomit MgSO4.7H2O, hexahydrit MgSO4.6H2O, pictomerit K2Mg(SO4)2.6H2O. Dále se zde hojně vyskytuje sádrovec CaSO4.2H2O, méně anhydrit CaSO4 a jarosit KFe3(OH)6(SO4)2. Rozsáhlé povlaky těchto minerálu lze pozorovat zejména při odtěžování odvalu.

Při vysokoteplotních sublimačních procesech se mobilizují hlavně ionty NH4+ a Cl- , za vzniku salmiaku NH4Cl. Běžným sublimačním produktem je i síra S, vznikající pravděpodobně oxidací H2S. Sublimační produkty vytvářejí krusty kolem výduchů horkých plynu. Dále byly na odvalech nalezeny oxidy železa: hematit αFe2O3 a maghemit γFe2O3, pravděpodobně vznikající tepelnou dezintegrací par s obsahem Fe ve formě chloridu nebo sulfátu (Matýsek, Raclavská 1999). Z uvedeného vyplývá, že zonalita novotvořených minerálních fází je dána teplotními podmínkami i chemismem prostředí (redox potenciál, chemismus srážkových vod). Mezi prostorově oddělenými asociacemi však existují přechody. Popis vybraných odvalů ostravské části OKR

Lokalita: Odval Dolu Odra (odval Kosovny Svoboda) Územní začlenění • •

• • • • •

90

obec: Přívoz katastrální území: Přívoz dobývací prostor: Přívoz lokalizace: v prostoru mezi levým břehem Ostravice, koksovnou Svoboda a ulicí Muglinovská souřadnice středu deponie (WGS84): N 49o51’25.45”; E 18o16’54.84“ tvar odvalu: kuželový s rozhrnutou vrcholovou částí plocha odvalu: cca 15,8 ha


• • •

• • •

max. výška odvalu: cca 60 m objem odvalu: cca 3,75 mil. m3 vlastník pozemků: OKD, OKK, a.s.

rok zahájení sypání odvalu: 1930 rok ukončení sypání odvalu: 1953 hlušina: z úpravny

Základní charakteristika odvalu 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 mohutné těleso s plochou 15,75 ha a objemem nasypaných hlušin 3,75 mil. m3. Převýšení nad okolní terén dosahuje až 60 m. Odval byl nasypáván v letech 1930 až 1953. Činnost na odvalu byla ukončena z důvodu nestability odvalu, ujíždění hmot a vzniklého požáru. Materiál pochází z úpravny tehdy spojených závodů (koksovny a dolu) Vítězný únor (dříve Důl František, gen. Svoboda, dnes Důl Odra a Koksovna Svoboda). Svého času byl tento odval největším na území tehdy Velké Ostravy. Hlušina byla na odval dopravována výtahem a ukládána pomocí pásových dopravníků. Původní kužel byl vysoký 80 m, z důvodu negativního vlivu na koryto řeky Ostravice a přilehlou komunikaci, způsobeného tlakem odvalu na podloží, musel být snížen. V šedesátých letech byly provedeny pokusy o rekultivaci. 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.

Mapa 1. Topografická mapa blízkého okolí odvalu Odra s vyznačeným místem termické aktivity.

91

Termická aktivita na odvalu Odra Termická aktivita probíhá na severozápadním svahu odvalu (mapa 1.). Historie termické aktivity na odvalu Odra sahá až do začátku 50. let. Termické procesy byly již od počátku poměrně intenzivní, v roce 1953 se objevil na povrchu i otevřený plamen (Kroutilík 1954). Neúspěšné byly pokusy o uhašení požáru vháněním vodního proudu do tělesa odvalu. Termická aktivita byla pozorována na několika lokalitách. Nejintenzivněji probíhaly termické procesy na severozápadních svazích odvalu v místech výtahového dopravníku a na plošině na vrcholu odvalu. Menší ložiska záparu byla pozorována i na jihovýchodním svahu. V současnosti je možno pozorovat doznívající termickou aktivitu na severozápadním svahu odvalu, jenž přiléhá ke Koksovně Svoboda. V minulosti zde probíhal velmi intenzivní podzemní požár, naměřené teploty v sondách dosahovaly až 400°C (Drlík 1964). Dnes je na svahu pokrytém travinnou vegetací jen několik míst, odkud vystupuje kouř a vodní pára (mapa 1.). Na odvalu je rozmístěno cca 50 sond, v nichž je pravidelně (dříve měsíčně, dnes čtvrtletně) sledována situace v místech, kde v minulosti byla nebo v současnosti je pozorována termická aktivita. Teplota se měří cca 2 m pod povrchem a v posledních letech jen zřídka přesahuje 30°C. Ovšem Situaci uvnitř odvalu nelze zhodnotit jen na základě orientačních měření v hloubkách do 2 m prováděných zaměstnanci koksovny, navíc v nepravidelné síti mnohdy poškozených sond. Jelikož termická aktivita na odvalu Odra probíhá již přes 50 let, bude zřejmě značná část odvalu již vyhořelá. Pravděpodobnost nového vznícení zdárně zarůstajícího odvalu je malá, vznik záparu v dosud nezasažených lokalitách však nelze zcela vyloučit. Platný územní plán předpokládá pro odval Odra celkové zalesnění.

Lokalita: Odval Ema (odvalový komplex dolu Petr Bezruč) Územní začlenění • •

• •

• •

• • • •

• • •

obec: Slezská Ostrava katastrální území: Slezská Ostrava dobývací prostor: Michálkovice lokalizace: mezi ulicemi Na Najmanské,Vlčkova a areálem bývalého Dolu P. Bezruč souřadnice středu deponie (WGS84): N 49o50’23“; E 18o18’54“ tvar odvalu: kombinovaný – kužel Ema prstencovitě obepnut tabulovým odvalem plocha odvalu: cca 31,9 ha max. výška odvalu: cca 80 m objem odvalu: cca 8 mil. m3 vlastník pozemků: OKD a.s.

rok zahájení sypání odvalu: 1920 rok ukončení sypání odvalu: 1995 (Ema 1976) hlušina: z otvírek i úpravny

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. Jedná se o jeden z nejstarších odvalů na Ostravsku, nasypaný v závěru dřívějšího údolí Burňa. Nejstarší navážky vyplňovaly zvodnělou depresi v terénu. Jde o komplex odvalů bývalých dolů Ema, Trojice a Petr Bezruč (původně Terezie). Hlušina zde byla ukládána už od roku 1920. Odvalový komplex navazuje na JZ na ještě starší navážky – odval Trojice (v minulosti rovněž termicky aktivní).

92


Nejstarší částí odvalového komplexu Petr Bezruč je kuželový odval Ema, nasypávaný v letech 1920 až 1976. Materiál pocházel z úpravny dolu a koksovny Trojice a byl na odval dopravován vozíkovým výtahem (JZ svah). Převýšení odvalu vůči okolnímu terénu je cca 80 m, šířka temene 21 m a objem hlušiny cca 4,2 mil. m3. Na severní okraj odvalu Ema navazuje starý odval Dolu Petr Bezruč. Jedná se o mohutné tabulové těleso s původním převýšením až 50 m. Odvalování hlušiny v celém komplexu skončilo po útlumu na Dole Petr Bezruč v roce 1995. Obvodový prstenec byl v minulosti rekultivován.

Mapa 2. Topografická mapa blízkého okolí odvalu Ema s vyznačeným místem termické aktivity.

Termická aktivita na odvalu Petr Bezruč (Ema) Zájmovou oblastí, v níž se v současnosti projevuje termická aktivita, je jihozápadní svah kuželového odvalu Ema v centrální části odvalového komplexu (mapa 2.). 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). Komplexní odval Petr Bezruč byl v minulosti podroben termickým procesům, jež probíhaly na několika místech. Historicky nejstarší byla zřejmě termická aktivita na starším tabulovém odvalu Dolu P. Bezruč v S části lokality. Západní polovina tohoto odvalu byla termicky aktivní pravděpodobně od přelomu 40/50. let až do 80. let. Lokalitu Ema negativně ovlivnila i úzká spojitost s přilehlým termicky aktivním odvalem Dolu Trojice, který byl sanován v roce 1977 metodou plošného rýhování (Stoniš 2003). Naplavovaná suspenze elektrárenského popílku a vody do vytvořených rýh vytvořila těsnící bariéru proti přenesení požáru na sousední odval Ema.

93

Termická aktivita na odvalu Ema je doložena rokem 1952 (Kroutilík 1954), kdy došlo k náhlému samovznícení na jižním svahu těsně nad úpatím provozovaného odvalu. Podle R. Drlíka (1964) však odval hořel již ve 40. letech. V krátké době se požár rozšířil po obvodu na severní svahy a poté dále postupoval k vrcholu. V minulosti byly provedeny i pokusy o lokalizaci požáru, avšak neúspěšně. Na vrchol odvalu byla vháněna voda, neboť požár ohrožoval technické zařízení i pracující. Ve snaze zabránit vzniku nových ložisek záparu byl v 60. letech proveden provozní pokus sanace, kdy se ukládala hlušina v kombinaci s elektrárenským popílkem (Stoniš 2003). Vzhledem k vlastnostem popílku však klesala stabilita svahů odvalu a popílek byl za deště splavován. Aby nedošlo k rozšíření požáru na sousední starý odval Dolu P. Bezruč, rozhodla v roce 1982 havarijní komise OKD o sanaci záparu na SZ svazích odvalu Ema (Stoniš 2003). Na svah byly nasypány izolační pásy tvořené vrstvou elektrárenského popílku následně překrytou úpravárenskými výpěrky s kontrolovaným obsahem spalitelných látek. Prostor byl následně rekultivován. Jak vyplývá z předešlého, odval Ema je termicky aktivní již více než půl století. Vzhledem k tomuto faktu, bude těleso odvalu 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. V rámci Studie vlivů odvalů a odkališť na složky životního prostředí (Koníček 2004), byl na odvalu Petr Bezruč proveden termoscreening. V celém komplexu bylo vytvořeno 16 vtloukaných sond o hloubce 1 m a provedeno měření v 3 bodech rozpukaného povrchu na evidentně prohořívajících místech svahu odvalu Ema. Ve všech měřících bodech byl proveden zároveň i atmoscreening (CH4, CO2, O2, CO). Měření neprokázalo žádná další ložiska záparu mimo výše zmíněnou lokalitu. Teplota v sondách se pohybovala mezi 17 a 21,8 °C (při venkovní teplotě 14,6°C). Teplota v otevřených průduších termicky aktivního svahu dosahovala 65,4 – 67,1°C. Vysoká koncentrace CO – 1306 ppm, CO2 – 9,7 % a pokles obsahu O2 – 10 % v těchto puklinách pravděpodobně poukazuje na intenzivní termické procesy v hlubších partiích odvalu. V současnosti DIAMO s.p. připravuje projekt: Průzkum a monitoring stavby: Sanace odvalu Ema, zahrnující dvouletý termomonitoring v mělkých sondách (30x30m, hl. 3m) a sledování výskytu a výstupu ZNL typu PAU, PCDD/PCDF, PCB z odvalu. V přípravné fázi je také projekt „Průzkum a monitoring termických procesů na odvalech na haldě Ema“.

Lokalita: Odval Heřmanice Územní začlenění • •

• • • • • • • •

• • •

94

obec: Heřmanice katastrální území: Hrušov dobývací prostor: Heřmanice lokalizace: mezi bývalým dolem na J, železnicí Ostrava – Bohumín na Z a Heřmanickým rybníkem na V souřadnice středu deponie (WGS84): E 49o52’5“; E 18o18’59“ tvar odvalu: kombinovaný - etážová tabule s nepravidelnou kupou ve střední části plocha odvalu: cca 110 ha max. výška odvalu: cca 60 m objem odvalu: cca 17 mil. m3 vlastník pozemků: OKD, DIAMO s. p., Správa železniční cesty

rok zahájení sypání odvalu: 1930 rok ukončení sypání odvalu: 1996 hlušina: z otvírek a úpravny


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 minimálně17 mil. m3 hlušiny. Odval Heřmanice je nejrozsáhlejším komplexem uložené karbonské hlušiny v ostravské části OKR. Odval byl nasypáván v Oderské nížině v místech bývalých rybníků a zbahněných pozemků. Ukládání hlušiny se datuje již od počátku 20. stol., materiál pocházel z původního Dolu Ida (později Stalin I, pak Rudý Říjen I). V 30. letech se začal nasypávat mohutný kuželový odval Koksovny Karolina. Vybudováním nového Dolu Viktoria (později Stalin II, Rudý říjen II, dnes Heřmanice), vzrostl v 50. letech tlak na ukládání hlušiny v daném prostoru. Začaly se nasypávat kuželové odvaly, postupně rozhrnované do stran. Vznikl tak tzv. centrální odval Rudý říjen, na kterém byla ukládána i hlušina, kaly a odpadní vody z Koksovny Vítězný únor (dnes Svoboda). Již na konci 70. let měl odval rozlohu přibližně odpovídající současnému stavu. Odvalování hlušiny skončilo v roce 1996. Dílčí jednotky odvalového komplexu Odval Svoboda a autoodval: odval Svoboda byl nasypáván od roku 1942 hlavním závodem Dolu Heřmanice (původně Viktoria, později Stalin II, Rudý říjen II) v místě původního odvalu (Důl Ida, později Stalin I, Rudý říjen I) ve východní části lokality. Využit byl i pro ukládání hlušiny z úpravny Koksovny Svoboda (dříve Vítězný únor). Vznikly tak vedle sebe dva komolé kužely s různou výškou temene, západní 250 a východní 268 m n.m. (dnes vytvářejí spíše jednu haldovou kupu na tabulovém tělese). V roce 1970 byly svahy násypů zalesněny a v témž roce byl založen tabulový autoodval, západně od předešlého odvalu. Činnost na odvalu byla ukončena v roce 1990. Rozloha odvalu Svoboda a autoodvalu je 26 ha, objem 5,6 mil. m3. Průměrná sypná výška činí 20 m, maximální až 60 m. Odval Svoboda je převážně zalesněn (nálet břízy). Povrch autoodvalu není stabilizován půdním krytem a vegetací, tvoří ho hlušina, jižní svahy byly zalesněny. Odval Karolina: byl nasypáván od roku 1930 v jihozápadní části lokality. Hlušina zde byla dopravována lanovou dráhou z úpravny Koksovny Karolina. Původní kužel byl později tvarován do hřebotové haldy, rozšiřující se k severu. V roce 1978 bylo ukládání hlušin ukončeno a následněbyla z důvodu negativního ovlivňování vzdušného proudění (snaha o lepší odvětrání „Ostravské kotliny“) snížena výška odvalu z 271 na 250 m n. m. Rozloha odvalu je 30 ha, objem 9 mil. m3. Průměrná sypná výška činí 30 m. Odval je zalesněn. Provozní odval Dolu Heřmanice: tabulový odval byl založen v roce 1960. Navazuje na odval Svoboda z jeho východní strany, temeno odvalu bylo vyspádováno směrem k hrázi Heřmanického rybníka. V roce 1996 byla činnost na odvalu ukončena. Rozloha odvalu je 24 ha, objem 2,4 mil m3. Průměrná sypná výška činí 10 m, maximální 15m. V současnosti je v části odvalu hlušina odtěžována. Odkaliště Heřmanice – ČOV: v severní části odvalového komlexu Heřmanice jsou umístěny 3 nádrže (označované jako čistírna odpadních vod), vybudované jako nadúrovňové, s výškou hráze cca 30 m. S výstavbou nádrže K1 (4,9 ha) se začalo v roce 1965, nádrže K2 (5,2 ha) a K3 (1 ha) byly vybudovány v letech 1978 a 1984. Provozní nádrže K1 a K2 sloužily k ukládání uhelných kalůna něž byla naplavována fenolčpavková voda z Koksovny Svoboda k čištění (adsorbce fenolových vod na aktivním uhlí a odbourávání čpavku přirozeným pohybem a promícháváním kalů). Nádrž K3 byla záložní a nebyla využita k plavení. Kroměodpadních vod z koksovny zde byly v menším množství ukládány i odpady z Chemopetrolu a Ostrama (ropné látky) a z SMP (NH4 a kyanidy). Od roku 1997 je ČOV Heřmanice mimo provoz. K2 se odtěžila, v K1 zůstává cca 100 000 t uhelných kalů. Na dněK3 je travinná vegetace, svahy hrází nádrží jsou místy porostlé náletem, Výhledověmá být území využito pro skládku TKO. Dočišťovací rybníky: na severozápadním okraji odvalového komplexu podél železniční trati byly vybudovány nádrže R1 a R2, do nichž byla pomocí odvodňovacích příkopů, vytvořených kolem celého

95

odvalu, svedena vyčištěná voda, která volněprotékala přes navrstvené hráze odkalovacích nádrží. Z dočišťovacích rybníkůbyla voda odvedena do řeky Odry. Skládka koksárenských odpadů: mezi odvalem Karolina a autoodvalem, resp. v západní části autoodvalu byly ukládány tekuté chemické odpady z Koksovny Svoboda (zejména dehtové látky). Skládka vznikla kolem roku 1990. Uložištěbylo sanováno závozem.

Mapa 3. Topografická mapa blízkého okolí odvalu Heřmanice s vyznačeným místem termické aktivity.

Termická aktivita na odvalu Heřmanice 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 (mapa 3.). 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). Menší projevy termické aktivity zde byly pozorovány již v 50. letech. Výrazněji se termický proces projevil v roce 1968, kdy se mezi dvěma komolými kužely objevilo zateplení. Bylo nutno přistoupit k sanaci, která spočívala v uhašení a následném překryvu povrchu vrstvou jílovité hlíny o mocnosti až 2 m.

96


Historie termických procesů řešených v současné době spadá do poloviny 90. let. Termická aktivita na odvalu Heřmanice – lokalita Svoboda, se nejprve projevila na tabulové plošině a na jižním svahu komolého kužele v úseku bývalé lanovkové výsypky. Zasažené území se rozšiřovalo až do dnešního stavu. V III. čtvrtletí 1998 byl zjištěn rozsáhlý zápar na plošině při jihovýchodním úpatí odvalu Svoboda, který postupně přerostl v otevřený oheň. Ještě v tomtéž roce byl z rozhodnutí Dolu Odra proveden sanační zásah, spočívající ve vykácení náletových dřevin a následného obnažení termicky aktivního materiálu a jeho ochlazení vodou. V rámci terénních úprav byla vytvořena rozsáhlá manipulační plošina cca 1500 m2 (tzv. jižní terasa), překryta vrstvou jílovité zeminy, výpěrků z prádla, popílku a nakonec uzavírací vrstvou jílovité zeminy. Termické poměry na povrchu svahu nad plošinou proměřené v průběhu sanačních prací ukázaly, že již v roce 1998 byl tento svah výrazně termicky zasažen. Vykazoval povrchové teploty až 200°C a došlo i k otevřenému ohni (Hájovský, Horák 1998). Provedena sanace stabilizovala termické procesy na jižní terase jen dočasně. Mimo jiné i z důvodu málo mocné prvotní vrstvy jílovité hlíny, použití vysoce prodyšných výpěrků z prádla (pro terénní úpravy) a absence hutnění navezených vrstev (Hájovský, Horák 1998). Odborný posudek z roku 2002 (Hájovský 2002) hovoří o zachvácení celého úseku intenzivními termickými procesy, které zejména v jižní části přerůstají v endogenní požár. Rovněž orientační měření plynů ukázalo na intenzivní termické procesy již na úrovni endogenního požáru, koncentrace CO dosahovala až 0,3 %. Doporučení vytvořit izolační clonu, zamezující postupu termických procesů dále na sever, pomocí vysokotlaké injektáže inertního materiálu se nerealizovalo, neboť byla snaha řešit daný problém komplexně v celém odvalu. Monitoring termické aktivity na odvalu Heřmanice. V září 2003 byl zpracován projekt 08/01 „Průzkum a monitoring termických procesůna odvalu Heřmanice“, který je součástí úkolu „Řešení revitalizace území v Moravskoslezském kraji“ ve společnosti DIAMO, s.p., odštěpný závod Odra. Projekt je hrazen z prostředků Fondu národního majetku. Předmětem je dlouhodobý monitoring termických procesův určeném prostoru. Termický monitoring byl rozvržen do tří let: 2004 – 1. etapa, 2005 – 2. etapa a 2006 – 3. etapa. V prosinci 2006 bude projekt vyhodnocen a měl by se stát podkladem pro projekt sanace odvalu. V rámci projektu 08/01 bylo na konci roku 2003 provedeno letecké infračervené snímkování, které lokalizovalo povrchová ohniska záparu (povrchová teplota větší než 40°C). Nejvýrazněji byla zasažena jižní terasa, prakticky v celé ploše. V tomtéž období se provedla podpovrchová termometrie v hloubce 0,3 m (ručně zarážené sondy). Na základě výsledků měření a podrobné terénní rekognoskace bylo konstatováno, že termické procesy se postupně rozšiřují směrem k severu a severozápadu, koruna odvalu byla rovněž zachycena. V termicky aktivním prostoru byly zjištěny prohlubně a volné prostory, které vykazovaly vysoké teploty ovzduší, přesahující 200°C. Ke konci roku 2003 byla jižní terasa sanována překryvem inertní vrstvou granulátu PRESTAB (Hájovský 2003). Na přelomu let 2003/2004 byly za účelem dlouhodobého termomonitoringu vyhloubeny na odvalu Heřmanice vrty. V zájmovém území byla vytvořena síť ocelových sond (mapa 4.) 50 x 50 m doplněná o dříve realizované termometrické vrty. Měření se provádí v hloubkách 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 a 30 m pomocí mobilních monitorovacích souprav. Analýza odebraných jader během vrtných prací (Stoniš a kol. 2004) prokázala výskyt tepelně alterovaných hornin v té době jen v místě bývalé lanovkové výsypky na jihozápadním svahu hlavního kužele a v západní části jižní terasy, tedy tam, kde termický proces probíhá nejdéle a nejintenzivněji. Po celý rok 2004 probíhala 1. etapa teplotního monitoringu v sondách (měsíčně). Výsledky ukázaly na 3 extrémní zóny, které se navzájem propojovaly a postupně zasahovaly celou jižní terasu s přesahem do prostranství mezi jejím svahem a kolejištěm vlečky OKD. Potvrdilo se i zasažení značné části centrálního kužele termickými procesy. V roce 2004 byla vytvořena injektážní clona manipulačním kolejištěm ve snaze zabránit šíření záparu (Stoniš a kol. 2004).

97

Zhodnocení současného stavu Současný stav lze zhodnotit na základě výsledků 2. etapy teplotního monitoringu provedeného v roce 2005 (měřeno čtvrtletně) v rámci projektu „Průzkum a monitoring termických procesů na odvalu Heřmanice“. Intenzita termického procesu na konci roku 2005 je zachycena v mapě izoterm (mapa 4.). Záměrně uvádím mapu izoterm v úrovni 6 m pod povrchem tělesa odvalu, neboť právě v této hloubce jsou termické procesy nejintenzivnější a zároveň monitoring v této úrovni pokrývá největší plochu. Mapa izoterm a naměřená data potřebná k sestavení grafů jsou převzaty z hodnotící zprávy monitoringu za rok 2005 (Hájovský, Drahoňovský 2005).

Mapa 4. Mapa izoterm zájmové části odvalu Heřmanice, zjištěných v hloubce 6 m pod povrchem.

Z dosavadních výsledků teplotního monitoringu za rok 2005 vyplývá: • Charakter odvalované hlušiny a stálý obsah spalitelných látek v ní vytváří materiál náchylný ke vzniku záparu i k požárům (ať už endogenního nebo exogenního původu) a k jejich šíření v tělese odvalu. • Nejintenzivnější procesy probíhají v hlobce 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. • V předešlých letech byla pozorována pulzující intenzita termických procesů v průběhu roku (Stoniš a kol. 2004) s maximem intenzity v letních měsících. • Termickou aktivitou je zasaženo území cca 400 x 600 m, tj cca 24 ha. • Termický proces se v současnosti šíří severním a severovýchodním směrem a jeho rychlost se zvyšuje. V následujícím období lze očekávat další plošné rozšiřování podzemního požáru na celou oblast temena odvalu i nárůst jeho intenzity. (Hájovský, Drahoňovský 2005). • Termická aktivita se neustále přesouvá do dalších původně nezasažených míst, což si vynucuje postupné odstraňování vegetace z povrchu odvalu.

98


•

• • • •

Jako nevhodné se jeví odtěžování hlušiny ve východní části odvalu Heřmanice (Provozní odval). Obnažená těžební stěna umožňuje dotaci kyslíku do ložisek záparu a urychluje tak postup termického procesu. Toto může dokazovat nárůst teploty v sondě TM 25 vzdálené cca 50 m od místa těžby. Termická aktivita v jižní části lokality mezi místní komunikací a báňskou vlečkou může přinést firmám působících v tomto prostoru ekonomické škody. Proto zde DIAMO, s.p. plánuje vytvořit injektážní clonu, která by tento prostor oddělila od přiléhající terasy. Pokud by se termické procesy rozšiřovaly vně doposud sledovaného území, mohlo by dojít k ohrožení skládky koksárenského odpadu na západě nebo odkališť na severu. V obou lokalitách se nacházejí nebezpečné (toxické) organické látky (dehty, fenoly aj.). I z výše uvedeného důvodu se plánuje rozšíření sítě termometrických sond směrem na západ. Jakékoliv jiné využití odvalu Heřmanice se vzhledem k současnému stavu zdá nereálné. Se záměrem vybudovat na odvalu Heřmanice skládku komunálního odpadu (zakresleno v územním plánu), případně vést přes toto území silniční komunikaci směrem do Bohumína, je možno počítat jen výhledově až po provedení sanace celého komplexu.

Lokalita: Odval Dolu Jan Šverma Územní začlenění • •

• • • •

obec: Mariánské Hory katastrální území: Mariánské Hory dobývací prostor: Mariánské Hory lokalizace: mezi ulicí Slovenská a Černým potokem souřadnice středu deponie (WGS84): E 49o50’47“; E 18o14’46“ tvar odvalu: kombinovaný – tabulový s několika kužely

• • •

plocha odvalu: cca 50 ha max. výška odvalu: cca 15 m objem odvalu: cca 5 mil. m3

• • •

rok zahájení sypání odvalu: cca 1930 rok ukončení sypání odvalu: cca 1980 hlušina: z otvírek a úpravny

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. Odběry vzorků Přesný postup vzorkování složení odvalů není dosud stanoven žádnou normou. Byl sestaven postup vzorkování, založený na principech vzorkování určených normami ČSN 44 1301-4, ČSN 72 1152 a ČSN EN 952-1. V první etapě vzorkování byly odebírány tzv. hrubé vzorky. Jednalo se o odběry z míst, kde zahoření odvalu bylo prokazatelné. V daném místě se provedl odběr hned několika vzorků a to tak, aby byla postižena celá případná zonálnost. Tyto vzorky nepostihují tedy složení celého odvalu. Pouze pomohou určit míru termické alterce v daném místě odvalu. Nelze ovšem vyloučit, že v jiném místě nebyla alterace intenzivnější. Důvodů proč vzorky nebyly odebrány z míst s největším stupněm tepelné alterace, je hned několik. Jednak mnohé odvaly nebyly během své existence vůbec termicky monitorovány. Na odvalech, kde

99

monitoring proběhl, jsou k dispozici údaje z relativně krátkého období. Navíc na mnohých haldách probíhá rekultivace a místa s největší termickou alterací jsou již redeponována. Pro odběry vzorků nebyla k dispozici žádná mechanizace, která by umožnila odběry z větších hloubek. Abychom částečně postihly i hloubkovou zonálnost 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) 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, kterých je na celém odvalu přibližně 50, 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.

100


Odval Ema (odvalový komplex dolu Petr Bezruč) V současné době je odval Ema stále termicky aktivní. 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 (obr. 3). 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. Za dobu existence endogenních požárů se vrchol odvalu snížil o 8 m. První vzorek byl odebrán z povrchu, 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).

Obrázek 2. Letecký snímek odvalu Ema s vyznačenými odběrnými místy.

Obrázek 3. Hřeben odvalu Ema, kde stále probíhá termická aktivita. Na povrchu se vyskytuje červeně zbarvená vypálená hlušina keramického vzhledu.

101

Obrázek 4. Trhliny s výskytem chemických produktů termické aktivity, odkud vystupuje kouř s jedovatými plyny (CO, SO2, H2S). Odval Heřmanice.

Obrázek 5. Letecký snímek odvalu Heřmanice s vyznačenými odběrnými místy.

102


Odval Heřmanice V současné době je také tento odval termicky aktivní. 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 (obr. 4). 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 aktivity (obr. 5). Vzorek odebraný z povrchu vykazoval teplotu přes 90 oC.

Obrázek 6. Odběrné místo vzorku na odvalu Šverma. Materiál vykazuje značnou termickou alteraci. Je termicky konsolidován do větších bloků, které se špatně rozpojují.

Obrázek 7. Letecký snímek odvalu Šverma s vyznačeným odběrným místem.

103

Odval Dolu Jan Šverma Odval Dolu Jan Šverma obsahoval největší množství antropogenně vzniklých nejkvalitnější porcelanitů. V současné době je odval bez termické aktivity a většina materiálu je odtěžena. Jsou zachovány pouze zbytky několika kuželových odval. Na jednom z nich byl proveden odběr vzorku. Jedná se o přibližně 5 m vysokou stěnu (obr. 6), na které je možné dobře pozorovat tepelnou alteraci hlušinového materiálu. Tento materiál je termicky konsolidovaný do větších bloků. Odběrné místo je vyznačeno na obrázku 7. Závěr Ve třetí etapě řešení dílčího cíle projektu V 004 byly vyhledány nejvhodnější vyhořelé a hořící odvaly s výskytem antropogenně vzniklých porcelanitů v OKR. Za vhodné lokality byly pro ostravskou část OKR vybrány termicky aktivní odvaly Heřmanice, Odra a Ema (Petr Bezruč). Za termicky neaktivní odval Šverma s výskytem nejkvalitnějších porcelanitů (podle ústního zdělení). Na vybraných lokalitách byla provedena terénní rekognoskace a odběr vzorků. Celkem bylo odebráno osum vzorků. Inventarizace vyhořelých a hořících hlušinových odvalů bude nadále doplňována o nové informace získané především konzultacemi a studiem další literatury. Pozornost bude zaměřena na petrografické složení odvalu a informace o termické aktivitě na jednotlivých lokalitách. Dodnes získané informace neposkytují tak přesné údaje, ze kterých by bylo možné určit množství porcelanitů ve vybraném odvalu. Pro vlastní odhad jsou důležité údaje o rozsahu a stupni termické alterace hlušinového materiálu. Důležité bude získat termické modely jednotlivých odvalů, pro určení stupně tepelné alterace a odhadnutí množství alterovaného materiálu. V následující etapě prací bude probíhat inventarizace úložiště odpadů z tepláren a elektráren, které spalují vysoko popelnatá uhlí roštovým spalováním bez mokrého výnosu a kde teplota spalování přesahuje 900 oC. Reference ADAMUS, A. Náchylnost slojí OKR k samovznícení. Ostrava: Sborník vedeckých prací VŠB-TUO, řada hornicko-geologická, ročník L 2004, monografie 13. VŠB, 2004. 115 . DOPITA, Miloslav et al. Geologie české části hornoslezské pánve. Praha: MŽP ČR, 1997. 278. ISBN 80-7212-011-5 DRLÍK, R. Ostravskokarvinský revír bez hald. Ostrava: Krajské nakladatelství, Sborník příspěvků k dějinám a výstavbě města 2, 1964. 143-157.

HÁJKOVSKÝ, J. Termické měření na lokalitě odvalu Dolu Heřmanice. Ostrava: MS, odborný posudek, 2002. 2. HÁJKOVSKÝ, J. Závěrečná zpráva o výsledcích podpovrchových termometrických měření za rok 2003, projekt 08/01. Ostrava: MS, Stavební geologie – Geotechnika a.s., 2003. 6. HÁJKOVSKÝ, J.; DRAHOŇOVSKÝ, J. Průzkum a monitoring termických procesů na odvalu Heřmanice – projekt 08/01. Ostrava: MS, hodnotící zpráva o monitoringu za rok 2005, Stavební geologie – Geotechnika a.s. 2005. 9. HÁJKOVSKÝ, J.; HORÁK, V. Heřmanice – Svoboda. Ostrava: MS, odborný posudek, VVUÚ, a.s. Ostrava – Radvanice, 1998. 5. KRÁLÍK F. Vysvětlivky k základní geologické mapě ČSSR, 1:25 000, list 12-243. Praha-sever. Praha: ÚÚG, 1984.

KROUTILÍK, V. Haldové pokryvy na území města Ostravy. Opava: Slezský studijní ústav, Opava, 1954. 40. 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. MARTINEC, P.; JIRÁSEK, J. Vývoj odvalu hlušin z černouhelných dolu v ČR. Ostrava: Sborník referátu mezinárodní konference Landecká Venuše a 11. hornická Ostrava 2003, 1. díl. Moravskoslezská hornická společnost ČSVTS, Ostrava. 2003. 92 – 98. MATÝSEK, D.; RACLAVSKÁ, H. Vznik sulfátové mineralizace na odvalech a její vliv na

104


kvalitu spodních vod v OKR. Ostrava: Uhlí, rudy, geologický průzkum 7-8. 1999. 8 – 16. 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.

TVRDÝ, J.; SEJKORA, J. Hořící uhelné haldy a redepozice toxických látek při samovolném termickém rozkladu uhelné hmoty. Praha: EKO- ekologie a společnost 4/1999. CNTL. 1999. 11 – 15.

105

106


TECHNOLOGICKÉ MOŽNOSTI ZÍSKÁVÁNÍ Ti – Z MINERÁLŮ SOKOLOVSKÉ HNĚDOUHELNÉ PÁNVE Peter Fečko, Vladimír Čablík, Nikolas Mucha, Iva Pečtová, Jarda Závada V rámci dílčího řešení projektu V004 byly v třetím kvartálu pro testování technologických možnosti získáváni Ti z jílových minerálů Sokolovské hnědouhelné pánve odebrány 3 reprezentativní vzorky, na kterých bude postupně aplikováno několik úpravnických technologií. V třetím kvartálu řešení projektu byla testováná flotace. K technologickému výzkumu byly v září 2006 odebrány z lomu Družba Sokolovské hnědouhelné pánve tyto reprezentatívní vzorky: 1. Analcimický jílovec 2. Tuf červený – rudý horizont 3. Lapilový tuf Celkový pohled na jdenotlivé lokality a místa odběru uvádějí obrázky 1 až 6.

Obrázek 1. Celkový pohled (analcimický jílovec)

Obrázek 3. Celkový pohled – (tuf červený)

Obrázek 2. Místo odběru (analcimický jílovec)

Obrázek 4. Místo odběru (tuf červený)

107

Obrázek 5. Celkový pohled (lapilový tuf)

Obrázek 6. Místo odběru (lapilový tuf)

Vzorek analcimického jílovce byl odebrán z lomu Družba, ze středího řezu. Stratigraficky jedná se o cyprisové souvrství, svrchní část a o nadloží spodního karbonátového obzoru. Jedná se o jílovec analcimický s příměsí karbonátů. Vzorek tufu červeného byl odebrán z lomu Družba z oblasti novosedelského zlomu, 8.řezu-sever, pod vyhlídkou. Stratigraficky se jedná o novosedelské soubrství, chodovské vrstvy, pemzového obzoru. Jedná se o tuf nebo tufit, který je karbonizovaný a kaolinizovaný. Vzoerek lapilového tuf byl odebrán z oblasti sokolovského zlomového pásma, 9.řezu - jih. Stratigraficky se jedná o sokolovské souvrství, těšovické vrstvy. Jedná se o lapilový tuf. MINERALOGICKÁ CHARAKTERISTIKA Mineralogická charakteristika jednotlivých vzorků byla realizováná pomocí RTG- difrakční analýzy v laboratořích Institutu geologického inženýrství VŠB-TU Ostrava. Výsledky RTG-analýz jsou uvedeny na obrázku 7 až 9.

Analcimický jílovec

Siderit 9%

Analcim 18%

Křemen 5%

Anatas 1% Kalcit 10%

Ortoklas 21%

Kaolinit 4% Muskovit 32%

Obrázek 7. Výsledky RTG-analýz analcimického jílovce

108


Analcimický jílovec Analcim 18.04 ± 1.74 % Anatas 1.49 ± 0.60 % Kalcit 9.65 ± 1.59 % Kaolinit 4.31 ± 2.97 % Muskovit 31.40 ± 4.20 % Ortoklas 21.50 ± 3.60 % Křemen 5.10 ± 1.47 % Siderit 8.57 ± 1.53 %

Tuf červený - rudý horizont

Anatas 4% Cristobalit 34%

Křemen 48%

Hematit 14%

Obrázek 8. Výsledky RTG-analýz tufu červeného

Tuf červený – rudý horizont Anatas 3.89 ± 1.14 % Cristobalit 34.20 ± 3.30 % Hematit 14.35 ± 2.40 % Křemen 47.56 ± 2.67 %

Lapilový tuf, Těšovické souvrství

Anatas 4% Siderit 42% Kalcit 53% Křemen 1%

Obrázek 9. Výsledky RTG-analýz lapilového tufu

109

Lapilový tuf – těšovické souvrství Anatas 3.60 ± 3.90 % Kalcit 53.70 ± 5.10 % Křemen 0.56 ± 1.71 % Siderit 42.10 ± 5.10 %

FLOTACE Ti-minerálů Flotace Ti-obsahujících minerálůje v literatuře poměrne často vzpomínaná, především se jedná o flotaci Ti-minerálů z rozsypů nebo ze sklářských písků. ZUBKOV a LEVČENKO (1988) popisují proces flotace při úpravě titan - zirkonových rozsypů, obsahujicích ilmenit, rutil, zirkon, ale také epidot, křemen a jílové minerály. Autoři se snažili vyrobit kolektívní Ti-Zr koncentrat aplikací flotace, přičemž tvrdí, že minerály Ti výborně flotují olejanem sodným při pH = 4-9 a neflotují při pH menším než 2,6 a více jako 10,5. Minerály Zr flotují při pH = 2. Nejlepší výsledky dosáhly řri použití kyseliny olejové jakož i při použití síranového mýdla, avšak materiál před flotaci odkalili (třída 0,02 mm). I přesto aplikace flotace nepřinesla požadované výsledky, právě naopak byly ještě horší než při použití gravitačních metod. Autoři dosáhli dobré výsledky aplikací technologie složené z oxidačního pražení při 600°C a následné elektrostatické separace, získali rutilový koncentrát obsahující 95 - 98 % rutilu při výtěžnosti 85 % a zirkonový koncentrát obsahující 96 - 97 % zírkonu při výtěžnosti 75 %. DRZYMALA et al.(1983) flotoval ilmenit z polských magnetit-ilmenitových rud talovým olejem. Chemické a mineralogické analýzy flotačních produktů ukázaly, že rudy obsahující hercynit jsou těžko upravitelné. K flotaci ilmenitu byla použita směs olejů (talový: palivový [topný] 1 : 1). Tato směs byla přidávaná v průběhu agitace suspenze. Při flotacii se nepodařilo dosáhnout 45%-ní obsah TiO2 v koncentrátu, který požaduje spotřebitel. V literatuře není informace o hercynitu (ani o dalších spinelech), které se vyskytujíú v polských ložiscích a jejich chování ve flotačním procesu ani nejsou uvedeny informace o tom, že by způsobovaly těžkosti při flotaci ilmenitu. ITYOKUMBUL et al. (1988) se zabývali flotací olejových písků s výskytem Zr a Ti, přičemž testuje 2 pěniče alkyl aryl sulfonatového typu (TRETOLITE F46 a TRETOLITE E 3453) v různých dávkách. Aby se všechny částice udržely ve vznosu byla aerace rmutu vzduchem 1,32 cm.s-1. Z praktických výsledků vyplývá, že TRETOLIT F 46 zvyšuje výtěžnost zatím co u TRETOLITU E 3453 výtěžnost klesá. Toto chování ovlivňuje to, že TRETOLIT F 46 produkuje stabilní pěnu, přčemž TRETOLIT E 3453 ji rozbíjí. LUSZKIEWICZ et al.(1983) sa zabývali flotaci titanomagnetitové rudy, obsahující 7 - 8 % TiO2, 26 32 % Fe, 2 % sulfidů (hlavně pyrit a pyrhoiín s obsahem Ni, Co a Cu). Velikost magnetitu a ilmenitu ve zkoumané rudě byla od 0,1 do 0,15 mm, přičemž část Ti vystupuje v tuhé fázi ilmenitu s magnetitem. Autoři na základě mineralogického rozboru navrhli technologii složenou z flotace sulfidů aplikací etylxantogenanu draselného, následně z magnetické separace a na konci flotace ilmenitu z odpadů magnetické separace. V procesu flotace ilmenitu, při použití mastných kyselin jako sběrače, byly získané koncentráty obsahující 44 - 45 % TiO2 při výtěžnosti 70 - 75 %. V případě, že se v rudě vyskytoval zelený spinel, dochází k poklesu obsahu i výtěžnosti TiO2 v koncentrátu. Když se ve vstupu vyskytuje 0.2 % zeleného spinelu, klesá výtěžnost TiO2 v koncentrátu až o 30 %. EJGELES et al. (1961) uvádí, že flotační schopnost ilmenitu se výrazně zvyšuje po úpravě 5 %-ním roztokem H2SO4. Fe vytváří hydroxidy na povrchu ilmenitu, což ovlivňuje reakci s kyselinou olejovou a tím se snižuje účinnost flotace. Jestliže je vrstvička hydroxidů porušená H2SO4, je flotační schopnost vyšší. ZHONG et al. (1987) se zabývají stejným problémem. Je známo, že výroba TiO2 z ilmenitu je založená na větší rozpustnosti FeO než TiO2 v kyselém prostředí. Rozpouštění FeO z povrchu ilmenitu prováděli tak, že 24 g ilmenitu smíchali s 50 ml 2 % H2SO4 a třepali 15 minut, potom uskutečnili filtraci. 48 mg Fe2+ se rozpustilo v kyselině. Vzorky před a po kyselé úpravě analyzovali AES (Auger Electron Spectroscopy) a z jejich výsledků vyplynulo, že FeO se mnohem lépe rozpouští než TiO2. Výsledky také ukázaly, že při pH = 3,4 se FeO rozpustilo najlépe. Při sledování vlivu doby agitace na výsledky flotace, dospěli k názoru, že zvyšování doby agitace neovlivňuje výsledky flotace ilmenitu při pH = 3,4, protože 110


po jeho předúpravě 2 % H2SO4 dochází ke snážení obsahu FeO. Při sledování těchto parametrů na flotovatelnost rutilu nebyla zjištěna žádná závislost mezi agitačním časem a výtěžností rutilu. Při sledování vlivu pH na flotovatelnost ilmenitu a rutilu autoři došli k závěru, že maximální výtěžnost ilmenitu je při pH = 6 a u rutilu při pH = 4, jestliže byl ilmenit upraven H2SO4, pak při pH = 5. Autoři došli k závěru, že flotovatelnost ilmenitu roste použitím SPA (styryl phosporic acid) po rozpuštění FeO na povrchu. FLOTAČNÍ TESTY Při testování vhodnosti aplikace flotacie k získávání Ti z jílů z lomu Družba jsme vycházeli ze zkušeností zahraničních firem Hoechst a EKOF. Flotační testy byly realizovány na laboratorním flotátoru VRF-2, výrobku RD Příbram, s objemom cely 1 litr za těchto podmínek: •

hustota rmutu: 200 g.dm-3

•

flotační čas: 10-15 minut podle tvorby mineralizované pěny

•

agitace rmutu se sběrači a pěniči: 3 minuty

•

agitace rmutu s depresorem: 3 minuty

provzdušnění: od 200 do 300 l.m-2.min-1 CHARAKTERISTIKA POUŽITÝCH FLOTAČNÍCH REAGENCIÍ Resanoly jsou výrobky firmy EKOF Bochum (SRN). Jedná se o kombinaci sběračů a pěničů, které se používají k flotaci průmyslových minerálů a solí. Pro rozličné použití jsou vyvíjené speciální produkty. Jedná se o sběrač na bázi kombinace mastných kyselin, sulfonátů a neionogenních tenzidů. Jsou to viskózní, tmavé kapaliny s hustotou od 0,9 do 1,0 g.cm-3. Jsou dobře skladovatelné do teploty 10°C. Jsou mísitelné s vodou, kde vytvářejí stabilní emulze alkoholů, terpenalkoholů, glykolů, uhlovodíků a mastných kyselin. Nejsou toxické, nedoporučuje se ale delší kontakt s pokožkou. Resanoly jsou vhodné k flotaci nesulfidických minerálů. Byl použitý Resanol A, ktery je zvlášť firmou doporučovaný k flotaci oxidických rud. Při nepřímé flotaci byl použitý Resanol 400 - jedná se o speciální sběrač na bázi aminů, který firma doporučuje k flotaci SiO2 a silikátů. Flotinor SM-15 je sberač zvlášť vhodný k flotaci nesulfidických minerálů, především těžkých minerálů ze sklářských písků. Je to výrobek firmy HOECHST (SRN). Jedná se o směs kyselých mono a di-esterů kyseliny fosforečné

111

Jedná se o aniontický sběrač, je to kapalina viskózní, žluté barvy, kyselé reakce, pH 1 %-ního roztoku = 2,4, vytváří 5 % stabilně, vodní emulze, při vyšších koncentracích je nestabilní. Firma ho doporučuje k flotaci nežádoucích příměsí v keramických surovinách (oxidy Fe, Cr, Ti a Mn), ale i k flotáci biotitu, disténu. Tento sběrač má výborné výsledky při flotaci, když se odtřídí (odkalí se třída pod 20 µm). Je výborný k flotaci Ti minerálů (nutil, anatas, ilmenit). Je ho dobré použít s dalším anionaktivním sběračem, protože se zlepšují jeho flotační vlastnosti. Je vhodný i pro flotaci mnohých silikátů, a proto se tyto musí ve flotaci potlačit. Jeho efekt je možné zlepšit při flotaci těžkých minerálů, jejich předcházející agitací s kyselinami (HCl, H2SO4). Flotigam PA je výrobek firmy Hoechst, jedná se o sběrač na bázi primárních mastných aminů, který je zvlášť vhodný k flotaci křemene, silikátů a alumosilikátů. Je to sběrač, který firma vyrábí ve formě žluto-hnědé pasty, který je rozpustný v lihu a org. rozpouštědlech. Ve vodě je nerozpustný. Vodní sklo je jeden z najčastěji používaných depresorů křemene, silikátů a alumosilikátů. Z výsledků MARINAKISA a kol. (1985) plyne, že rozpustnost amorfního Si je nezávislá na pH v rozmezí 4-9, v tomto rozmezí je rozpusný Si přítomný jako Si(OH)4. Při pH 9 se rozpustnost zvyšuje, protože vznikají monosilikáty, disilikáty a polymery Si. V kyselém prostředí je rychlost polymerace velmi malá, a proto se vyrábí kyselina monokřemičitá, která má slabý depresní účinek. Struktura polymerů není dobře definovaná, ale za určitých podmínek má záporný náboj, čímž způsobuje odpudivost oxyhydrilových sběračů od povrchu minerálů. PEG - 600 -polyetylénglykol - běžně používaný pěnič na čs. úpravnách. Je to polymer etylénoxidu. Výrobek CHZWP Nováky. Vzorec: R-(O-CH2-CH2-)n-CH kde n = 2,3,4. Podmínky flotačních experimentů. Vzhledem k tomu, že doposud jsme neměmli zkušenosti s flotaví těchto minerálů, byla aplikováná flotace, při které jsme do flotačního prostředí dávkovali sběrače, které flotují kaolin a sběrače, které flotují těžké minerály (rutil). Cílem bylo získat flotační koncentrát, který by obsahoval Ti minerály vázané na kaolin, anatas I rutil,a proto na všech vzorcích byly aplikovány různé kombinace těchto sběračů . Vzhledem k tomu, že výsledky flotace jsme měli k dispozici těsne před odovzdaním této dílčí zprávy byly volené různé kombinace těchto sběračů, aby byla zjištěna flotovatelnost testovaných materiálů. První série pokusů byla realizovaná se všemi vzorkami za těchto podmínek. •

Resanol 400

2000 g.t-1

•

Resanol A

2000 g.t-1

•

PEG - 600

50 g.t-1

•

Vodní sklo

2000 g.t-11

Výsledky flotačních experimentů uvádějí tabulky 1 až 3: Tabulka 1. Výsledky flotace analcimického jílovce

Produkt K O P

112

Výnos [%] 96,17 3.83 100,00

Obsah Ti [mg/g/ 0,031 0,03 0,03

Výtěžnost [%] 95,57 4,43 100,00


Tabulka 2. Výsledky flotace lapilového tufu

Produkt K O P

Výnos [%] 91,27 8,73 100,00

Obsah Ti [mg/g] 0,036 0,036 0,036

Výtěžnost [%] 91,27 8,73 100,00

Tabulka 3. Výsledky flotace červeného tufu

Produkt K O P

Výnos [%] 90,51 9,49 100,00

Obsah Ti[mg/g] 0,166 0,1 0,160

Výtěžnost [%] 93.90 6,1 100,00

Z výsledků flotačních experimentů vyplynulo, že aplikací daného režimu v podstatě nedochází ke flotačnímu rozdružování, protože kvalita získaných flotačních koncentrátů je v podstatě stejná jako kvalita flotačních odpadů. Další série pokusů byla realizováná za těchto podmínek: •

Flotigam PA

2000 g.t-1

•

Resanol A

2000 g.t-1

•

PEG - 600

2000 g.t-1

•

Vodné sklo 2000 g.t-1

Výsledky flotačních experimentů uvádějí tabulky č. 4 až 6. Tabulka 4. Výsledky flotace analcimického jílovce

Produkt K O P

Výnos [%] 95,29 4,71 100,00

Obsah Ti [mg/g] 0,045 0,025 0,044

Výtěžnost [%] 97,46 2,54 100,00


Produkt K O P

Výnos [%] 94,88 5,12 100,00

Obsah Ti [mg/g] 0,03 0,031 0,03

Výtěžnost [%] 94,88 5,12 100,00


Produkt K O P

Výnos [%] 86,37 13,63 100,00

Obsah Ti [mg/g] 0,2 0,119 0,189

Výtěžnost [%] 91,40 8,60 100,00

113

Doaženýchvýledků vyplynulo,žedanákombinaceběračů je výhodnější ve srovnání s předchozí kombinací. Ve flotačních koncventrátech vzrůstá obsah Ti.Výnos koncentrátů je příliš vysoký,a proto by bylo tyto flotační experimenty doplnit o přečistné flotace, přičemž by bylo vhodné snížit dávku flotačních reagencí.. Poslední série experimentů byla realizováná za těchto podmínek: Flotigam PA 2000 g.t-1

• •

Resanol A

1000 g.t-1

•

Flotinor SM-15

1000 g.t-1

•

PEG – 600

50 g.t-1

•

Vodní sklo

2000 g.t-1

Výsledky flotačních experimentů jsou uvedeny v tabulkách č.7 až 9 Tabulka 7. Výsledky flotace analcimického jílovce

Produkt K O P

Výnos [%] 95,77 4,23 100,00

Obsah Ti [mg/g] 0,025 0,037 0,026

Výtěžnost [%] 92,09 7,91 100,00


Produkt K O P

Výnos [%] 91,21 8,79 100,00

Obsah Ti [mg/g] 0,027 0,038 0,028

Výtěžnost [%] 87,95 12,05 100,00


Produkt K O P

Výnos [%] 95,31 4,69 100,00

Obsah Ti [%] 0,155 0,080 0,151

Výtěžnost [%] 97,83 2,17 100,00

Z dosažených výsloedků získaných při daném režimu flotace vyplynulo, že nejlépe flotuje červený tuf, naproti tomu ostatní vě vzorky flotují. Špatně z výsledků dále vyplýva, že i v tomto případě by bylo vhodné aplikovat nižší dávky sběračů a realizovat přečistné flotace. ZÁVĚR Cílem této první série aplikace technologických procesů k získávání Ti z jílových materiálů bylo ověření vhodnosti flotace. Z prvních experimentů vyplynulo, že byly zvoleny vhodné sběrače ke flotací, ale jejich dávka byla poměrně vysoká, protože byly dosažené vysoké výnosy flotačních koncentrátů, co způsobilo že nabohacení flotačních koncentrátů Ti minerály bylo poměrně malé. V dalších pokuse je vhodné oveřit.: 1. Aplikaci flotaci přímo rutilu přímou flotací a poté aplikcí obrácené flotace pro flotaci kaolínu 2. Zavést jednu nebo několik přečistných flotací 3. Provést flotací s odkaleným vzorkem (odtřídit třídu pod 0.002 mm) Z prvních výsledků je možné tvrdit, že flotace nepřiáší potřebný efekt, který by úpravy těchto minerálů vyžadovala.

114


LITERATURA DRZYMALA, J., LUSZCZKIEWICZ, A., SIMICZYJEW, P.: Flotation study on highhercynite ilmenite ores. Int. J. of Mineral Processing, 10 (1983), s. 289-296 EJGELES, M.A., MAMANOVA, A.V.: Study on interaction of reagents with ilmenite and chlorie by means of electrokinetic and radiometric methods. In.: Flotation of Silicates and Oxides. Geology and Protection of Mineral Resources, Moskva, 1961. ITYOKUMBUL, M.T., BULANI, W., KOSARIC, N.: Flotation kinetics for titanium, zirconium and bitumen recovery from oilsand tailings. Canadian Journal of chemical engineering, V. 66, June 1988, s.382-5. KMEŤ, S.: Flotácia. Alfa, Bratislava, 1983. Lieferprogramm fy Hoechst, AG, Frankfurt am Main, 1989 Lieferprogramm. fy EKOF, GmbH, Bochum 1990 LUSZKIEWICZ, A., LEKKI, J., DRZYMALA, J.: Problemy flotacyjnego vzbogacania rudy tytanomagnetytowej. Prace IMZ, č.3-4, 1983, s. 119-124. MARINAKIS, K.I., SHERGOLD, H.L.: The mechanism of fatty acid adsorption in the presence of fluorite, calcite and barite. Int.J. of Mineral Processing, 14, s. 161-176, 1985. ZHONG, K., CUI, L.: Influence of Fe2+ ions of ilmenite on its flotability. International J. of Mineral Processing, 20, 1987, s.253-265. ZUBKOV, A.A., LEVČENKO, J.N.: Technologie obogaščenia tonkozernistych raznovidnostej zirkona. Cvetnaja metallurgia, 1988 č.5, s. 12-15.

115

116

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

Výsledky monitoringu a výzkumu demineralizace důlních vod III.etapa 1.10. – 31.12.2006 Jiří Vidlář, Radmila Kučerová, Silvie Heviánková, Vojtěch Václavík, Lucie JAVŮRKOVÁ, Josef HALÍŘ

Mostecká uhelná, a.s., Most V období od 23.10.2006 do 3.11.2006 proběhl další sběr a zpracování vzorků v lokalitě velkolomu Československé armády (ČSA) Mostecké uhelné společnosti (MUS) a.s.. Voda byla odebírána ve velkolomu ČSA z jímky pomocné čerpací stanice číslo 2. Tyto jímky čerpacích stanic se nacházejí v nejnižších místech velkolomu a důlní vody sem stékají samospádem. Z těchto jímek je následně voda čerpána na úpravnu vod, kterou provozuje firma Humeco, a.s..

Obrázek 1. Pohled do velkolomu ČSA – vlevo dole jímka pomocné čerpací stanice číslo 2 ze které byla odebírána surová důlní voda.

Odebraná surová důlní voda byla dále zpracovávána v laboratoři poskytnuté Výzkumným ústavem pro hnědé uhlí v Mostě. Tato důlní voda obsahuje ve větší míře železo, sírany a nerozpuštěné látky a má nízké pH. To se konkrétně u vody odebírané z jímky pomocné čerpací stanice číslo 2 přímo ve velkolomu ČSA pohybovalo od 4,79 do 5,73. Takto nízké pH bylo potřeba upravit na pH vyšší než 12,4. Toho bylo docíleno dávkováním hydroxidu vápenatého Ca(OH)2 a po patnácti minutovém míchání bylo provedeno kontrolní měření pH. Následovalo dávkování krystalického hlinitanu sodného (NaAlO2) s obchodním názvem Chemanal 11, vyráběného slovenskou firmou Chemax,s.r.o., Žiar nad Hronom. Takto vzniklý kal je nazýván směsným. Od čistého ettringitu, který byl připravován při předchozím vzorkování ve výše uvedené lokalitě, se postup přípravy liší tím, že se po alkalizaci (dávkování Ca(OH)2 ) neprováděla filtrace a byl přímo dávkován hlinitan sodný. Po přídavku hlinitanu sodného byl vzorek dále třicet minut míchán.

117

Tento směsný kal prokazuje horší sedimentační vlastnosti a proto byla odsazená voda z povrchu opatrně odebrána až po několika dnech stání. Po převozu kalu do laboratoří Institutu environmentálního inženýrství Vysoké školy báňské – technické univerzity Ostrava bylo potřeba vzorky homogenizovat a podle potřeby vysušit. K tomu byla použita standartně vývěva s Büchnerovou nálevkou a následně sušička. Ověření možnosti využití směsného ettringitového kalu v sádrových směsích V rámci IV. etapy výzkumného centra byly zjištěny 7 denní pevnosti experimentálních sádrových směsí na bázi směsného ettringitového kalu SG1 až SG5. Složení experimentálních směsí je uvedeno v tab. 1. Úprava směsného ettringitového kalu, stanovení konzistence, počátku a doby tuhnutí experimentálních sádrových směsí je uvedeno ve zprávě z II. etapy výzkumného centra. A. Složení experimentálních sádrových směsí V tab. 1 je prezentováno složení experimentálních sádrových směsí na bázi směsného ettringitového kalu. Tabulka 1. Složení experimentálních směsí SG1, SG2, SG3, SG4, SG5

Experimentální sádrová směsi SG1 750

Sádra šedá Směsný ettringitový kal (lokalita Most) Voda Vodní součinitel

577,5 0,77

Množství složky v (g) SG2 SG3 SG4 731,25 712,50 693,75 18,75 37,5 53,25 (2,5 %) (5 %) (7,5 %) 577,5 577,5 577,5 0,77 0,77 0,77

SG5 675 75 (10 %) 577,5 0,77

B. Stanovení pevnostních parametrů Stanovení pevnostních parametrů bylo provedeno v souladu ČSN EN 13279-2. Byla zjišťována pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku experimentálních sádrových směsí. V tab. 2 jsou uvedeny výsledky pevnostních parametrů experimentálních sádrových směsí po 7 dnech stáří. Tabulka 2. Pevnostní parametry experimentálních směsí SG1 až SG5 po 7 dnech stáří

Pevnost (N/mm2)

Experimentální směsi SG1

SG2

SG3

SG4

SG5

Stáří 7 dnů v tahu za ohybu

0,88

1,31

1,21

1,28

1,73

v tlaku

1,58

2,46

2,20

2,41

4,32

Z tab. 2 a obr. 2 je patrné, že se zvyšující se náhradou sádrového pojiva směsným ettringitovým kalem dochází po 7 dnech stáří ke zvyšování jak pevnosti v tlaku, tak i pevnosti v tahu za ohybu. Zvýšení pevnosti v tlaku oproti pevnosti komparační směsi (SG1) je u směsi SG2 o 56 %, SG3 o 39 %, SG4 o 53 % a SG5 o 273 %. Zvýšení pevnosti v tahu za ohybu oproti pevnosti komparační směsi (SG1) je u směsi SG2 o 49 %, SG3 o 38 %, SG4 o 45 % a SG5 o 197 %.

118


5 4,5 4 Pevnost (MPa)

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

2,5

5

7,5

10

Náhrada sádry směsným ettringitovým kalem (hmot.%) tah za ohybu (stáří 7 dnů)

tlak (stáří 7 dnů)

Obrázek 2. Pevnostní charakteristiky experimentálních směsí na bázi směsného ettringitového kalu stáří 7 dnů

5 4,5 4 Pevnost (MPa)

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

2,5

5

7,5

10

Náhrada sádry směsným ettringitovým kalem (hmot. %) tah za ohybu (stáří 2 hod.)

tlak (stáří 2 hod.)

tah za ohybu (stáří 7 dnů)

tlak (stáří 7 dnů)

Obrázek 3. Pevnostní charakteristiky experimentálních směsí na bázi směsného ettringitového kalu stáří 7 dnů a 2 hodin

119

Z obr. 3 je patrné, že pevnosti v tlaku i tahu za ohybu u všech experimentálních směsí, kromě SG5 dosahují po 7 dnech stáří nižších hodnot než u směsí stáří 2 hod. Ověření možnosti využití směsného ettringitového kalu v oblasti maltových směsí V rámci III. etapy výzkumného centra bylo provedeno ověření využití možností směsného ettringitového kalu v oblasti maltových směsí. Byly provedeny základní roztěry – pojivové zkoušky na savý a nesavý povrch (keramické dlaždice, polystyrén, sklo – tabule a misky). Použité složky roztěrů 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;

−

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;

→ surový;

Desulfatační kal byl kombinován s výše uvedenými složkami. Jako jednotka dávkování složek byl použit objemový díl. Hodnoty objemových dílů použitých složek jsou uvedeny v tab. 3. Tabulka 3. Objemová množství použitých jednotek při tvorbě receptur objemový díl [l] desulfatační kal (surový) 1 písek BOHUMÍN 1 hydrát vápna 1 struska 1 *) zatím nelze jednoznačně stanovit konzistenci surového kalu složka

hmotnost [g] * 1617 560 1143

B. Návrh receptur pro základní roztěry V tab. 4 až 8 jsou uvedeny receptury základních roztěrů a jejich hodnocení. Tabulka 4. Skladba receptury č. 1 receptura č.1 objemové díly složka písek 3 Bohumín desulfatační kal 1 (surový)

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků bez trhlin a objemových změn. Při rozmělnění nemá vzorek žádnou soudržnost, je archivována rozdrcená směs písku potencovaná desulfatačním kalem.

Tabulka 5. Skladba receptury č. 2 receptura č. 2 objemové díly složka písek 3 Bohumín vápenný 2 hydrát

120

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků, strukturou i vzhledem odpovídají klasické vzdušné maltovině. Směs je archivována.


Tabulka 6. Skladba receptury č.3 receptura č. 3 objemové díly složka písek 3 Bohumín vápenný 1 hydrát desulfatační kal 1 (surový)

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků, strukturou, hmotností i vzhledem odpovídají vzdušné vápenopískové maltovině. Pevnost a vaznost zrn je velmi dobrá. Směs je archivována.

Tabulka 7. Skladba receptury č.4 receptura č. 4 objemové díly složka písek 3 Bohumín vápenný 1 hydrát jemně mletá 1 VP struska

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků, strukturou, hmotností i vzhledem odpovídají klasické vzdušné maltovině. Soudržnost zrn je dobrá. Směs je archivována.

Tabulka 8. Skladba receptury č.5 receptura č. 5 objemové díly složka písek 3 Bohumín desulfatační kal 1 (surový) jemně mletá 1 VP struska

hodnocení Po 24 hodinách došlo k vysušení koláčků. Žádná vaznost zrn, vzorek byl sypký, drolivý – pravděpodobně bez jakýchkoli užitných vlastností, možné použití jako plnivo. Archivována rozdrcená směs.

C. další postup řešení • • • • • •

provedení základních roztěrů maltových směsí s dalšími složkami (např. cement, desulfatační kal upravený, vápenec atd.); 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).

Stařinová zvodeň Dnes existuje v centrální části pánve sedm nádrží stařinových vod, predisponovaných morfologií a tektonickým porušením sloje. Od západu je to albrechtická, jiřetínská, chudeřínská, dílčí drobné nádrže na vysokých krách zlomů Centrum a Viktoria, podobné nádrže v poli Venuše a dále v nejhlubší části pánve nádrž Kohinoor – Alexander. Albrechtická nádrž se nachází nejdále na západ v zatopených stařinách bývalého hlubinného dolu Maršál Koněv. Představuje morfologickou strukturu sloje, v podstatě kopírující morfologii povrchu krystalinika. Původně měla oválný tvar, protažený ve směru SZ-JV s délkou osy cca 2 km a šířku cca 1 km. Její relativní hloubka, vztažená k bázi sloje, byla minimálně 30 m. Báze sloje v nejhlubším místě deprese klesá ke kótě cca +40 m n.m. V současné době, z důvodu postupu lomu ČSA do stařin bývalého 121

dolu Maršál Koněv, je hladina ve stařinové zvodni postupně snižována čerpáním na jámě VI a pomocnou čerpací stanicí „silo“, situovanou na dně lomu ČSA. V současné době je hladina stařinových vod v albrechtické nádrži na kótě cca +62 m n.m. a dále je snižována. Jiřetínskou nádrž vytváří zatopená stařinová pole dolu Centrum a bývalého hlubinného dolu Humboldt ve slojové depresi jižně od obcí Černice a Horní Jiřetín, predisponovaná nejspíše vulkanickou explozívní strukturou v podloží. Přeliv z ní je pravděpodobně kolem úrovně +75 m n.m. jednak východním směrem k čerpací stanici na dole Centrum, jednak k jihu do drenážního systému pod vnitřní výsypkou ve zbytkové jámě bývalého lomu Obránců míru. Chudeřínská nádrž je předpokládanou drobnou akumulací podzemní vody ve stařinách plošně značně omezené kruhové prolákliny jižně od někdejšího dolu Kníže nebes (Rudý sever) v dolovém poli někdejší hlubiny Herkules. Její kontura je zvýrazněna kruhovou poruchou, opět poukazující na explozivní vulkanickou strukturu v podloží sloje. O zvodnění zdejších stařin nejsou konkrétní údaje, usuzuje na něj z morfologie porubní počvy. Přeliv do centrální deprese se předpokládá okolo kóty +20 m n.m. a kubatura se odhaduje na pouhých 0,2 mil. m3. Nádrž Viktoria se nachází na vysoké kře zlomu Viktoria a o této nádrži nejsou rovněž k dispozici žádné upřesňující údaje a její existence je odvozena od morfologie sloje mezi zlomy Centrum a Viktoria ve stařinách bývalého dolu Minerva. Předpokládaný přeliv vod přes zlom Viktoria do dolových polí Kohinoor II je na kótě +10 m n.m.. Nádrž Centrum je situována na horní kře zlomu Centrum a až do roku 2002 byla odvodňována dolem Julius III. Po ukončení čerpání a následné likvidaci dolu není v tomto prostoru známa úroveň hladiny vody. Dle konfigurace báze sloje a propustnosti zlomu Centrum se přelivná kóta do nádrže Viktoria předpokládá na úrovni +55 m n.m.. Nádrž Venuše se skládá ze dvou sblížených vodních akumulací. Je to jednak na pokleslé kře zlomu Viktoria, jednak na vysoké kře zlomu Centrum. Zvodnění stařin na pokleslé kře bylo prověřeno v roce 1983 vrtem LB200. Ustálená hladina stařinové vody byla tehdy ve hloubce 183 m pod terénem, tj. +92,5 m n.m. Nejrozsáhlejší je nádrž Kohinoor-Alexander. V důsledku zastavení čerpání důlních vod na dole Kohinoor I v roce 1965 vznikla nádrž stařinových vod Kohinoor. Po určitou dobu byla ještě na dole Alexander v provozu nejhlubší revírní čerpací stanice, která snižovala hladinu stařinových vod až na kótu -155 m n.m. V roce 1997 bylo zastaveno čerpání vod na dole Alexander a dochází k radikální změně, neboť se zatápí celá nejhlubší část pánve až po úroveň přelivu přes „rozvodí“ mezi doly Alexander a Kohinoor I okolo kóty -60 m n.m. Tím došlo k vytvoření rozsáhlé nádrže stařinových vod KohinoorAlexander. Vývoj hladin v tomto stařinovém systému, který zaujímá prostor od bývalého dolu Pluto až k inundačnímu zlomu, byl od roku 1997 až do roku 2002 monitorován na jamách č. IV a V bývalého dolu Kohinoor I. V posledním měsíci měření (IX/2002) dosahovala hladina na jámě IV úrovně -17,9 m n.m. a na jámě V (III/2002) úrovně -10,7 m n.m. Obě jámy byly likvidovány v roce 2002. Čerpací stanice na hlubinných dolech v centrální části pánve Pro dobývání uhlí v centrální části severočeské hnědouhelné pánve měly nebo mají menší či větší význam čerpací stanice na dolech Zdeněk Nejedlý, M.J.Hus, Centrum, Julius III, Vítězný Únor, Pluto, Alexander, Kohinoor II. Čerpání na čerpacích stanicích dolů Zdeněk Nejedlý, M.J.Hus, Julius III, Vítězný Únor, Pluto a Alexandr je v současnosti zastaveno. Aktivní jsou pouze čerpací stanice na dolech Centrum a Kohinoor II. Čerpací stanice na dole Centrum Čerpací stanice na dole Centrum je situována ve střední části zájmové oblasti a zachycuje přítoky vod ze západní a severozápadní části pánve. V letech 1960 až 1966 se roční čerpané množství na dole Centrum pohybovalo mezi 2,0 až 3,6 m3.min-1. Během let 1967 až 1969 nastal značný nárůst čerpání. K charakteru zvýšených přítoků se nepodařilo získat uspokojivé podklady. Zvýšené přítoky mohly být důsledkem ukončení čerpání na dole Rudý sever (v roce 1965) a dole Vrbenský (v roce 1966). Je však 122


nutno připomenout, že roky 1965 až 1967 byly mimořádně bohaté na atmosférické srážky. Čerpané množství na dole Centrum vzrostlo z 1,08 m3.min-1 (v roce 1966) na 4,53 m3.min-1 (v roce 1969). Do roku 1980 čerpané množství důlních vod pozvolna klesalo až na pouhých 0,53 až 0,65 m3.min-1. Po zastavení čerpání na dole Zd. Nejedlý v roce 1981 převzala čerpací stanice na dole Centrum veškeré jeho přítoky a tak se čerpané množství důlních vod zvýšilo na 3,38 m3.min-1. Na tomto množství se podílela i voda z plaviště Saxonie ve zbytkové jámě lomu Šverma III v prostoru Vrbenský (prokázáno komunikační zkouškou na dole Centrum a Julius III). Hlavní přítoky podzemní vody tak přicházely od jižního a jihozápadního okraje pánve z prostoru lomu Vrbenský a stařin bývalých hlubinných dolů Saxonie, Fortuna, Washington a Zd. Nejedlý. Postupně byly tyto přítoky minimalizovány zasypáním zbytkové jámy lomu Vrbenský. Nápadný pokles čerpání důlních vod v roce 1985 lze spojovat s obnažením stařin dolu Centrum a Humboldt lomem Obránců míru. Čerpané množství důlních vod bylo v přímé závislosti s báňskou činností v prostoru dnešních zatopených zbytkových jam Rudý sever, Saxonie. V současné době se čerpané množství důlních vod pohybuje okolo cca 1,5 mil. m3.rok-1 (rok 2004). Čerpací stanice na dole Kohinoor II Čerpací stanice na dole Kohinoor II je situována mezi bývalými čerpacími stanicemi Julius III a Alexander. Je to v současnosti nejhlouběji položená čerpací stanice v centrální části pánve. Zachycuje v současné době prakticky všechny přítoky vod do této oblasti. V roce 1962 bylo zahájeno odvodňování nadložních písků (kuřavkové horizonty) a čerpání vzrostlo z 0,82 m3.min-1 na 3,14 m3.min-1 (rok 1965). Čerpání se v následujících letech ustálilo a až do roku 1974 i mírně klesalo na cca 1,96 m3.min-1. V roce 1975 byla zahájena těžba ve Východním poli a následně i v Mezipolí. Do roku 1981 dosáhlo čerpané množství hodnoty 6,11 m3.min-1. V následujících letech (až do roku 1993) opět nastal pokles na hodnotu 1,97 m3.min-1. Po ukončení čerpání důlních vod na dolech Pluto (1996), Alexander (1997) a Julius III (2002) vzrostlo postupně roční čerpání až na cca 5,60 m3.min-1. Hlavním cílem v následných etapách bude sledovat vývoj chemismu vod v lokalitách výsypka Jirásek a Radovesická výsypka, které jsou ve správě akciové společnosti Severočeské doly. Tento hlavní cíl lze rozepsat do následných dílčích cílů: -

rekognoskace terénu, lokalizace vývěrových míst a jejich dokumentace pravidelný odběr vzorků vod analýza vzorků vod tvorba databáze výsledků zhodnocení výsledků ve vztahu k platné legislativě analýza možnosti využití těchto vod

Sokolovská uhelná, právní nástupce, a.s., Sokolov Na základě laboratorních testů, provedených ve druhé etapě, byly již cíleně odebrány problematické vzorky důlních vod v lokalitě sokolovských uhelných dolů. Konkrétně vzorky důlních vod přitékajících na ÚDV Svatava a důlní vody vyvěrající na povrch v dole Jiří s vysokým obsahem manganu. Desulfatace důlních vod na ÚDV Svatava Desulfatace těchto vod byla testována již v předešlé etapě. Poměr důlních vod přitékajících z lomu Medard a z hlubiny Jiří je 3:1. Původně byly testovány vody připravené v tomto poměru. V této etapě byla testována desulfatace pouze důlní vody z lomu Medard s následných přimícháním neupravené důlní vody z hlubiny Jiří. Vybrané výsledky jsou uvedeny v tabulce 9. Pokusy byly prováděny v objemu 1l důlní vody z lomu Medard. Po úpravě byla přimíchána surová důlní voda z hlubiny Jiří ve stejném poměru jako na vstupu na ÚDV, tedy 3:1, tzn. v objemu 0,33 l důlní vody z hlubiny Jiří.

123

Tabulka 9. Testy desulfatace

číslo pokusu

Dávka Ca(OH)2

dávka AlR-F

1 2 3 4 5 6

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

ml.l-1 1,8 1,9 1,8 2 2,2 2,4

pH

12,39 12,48 12,51 12,56 12,61 12,64

obsah iontů SO42v upravené DV z lomu Medard mg.l-1 467 326 284 26 19 25

pH po smíchání DV 12,35 12,41 12,43 12,48 12,47 12,51

obsah iontů SO42- v DV po smíchání mg.l-1 569 472 392 157 137 152

Z výsledků uvedených v tabulce je zřejmé, že tento oddělený způsob úpravy je výhodnější jak z hlediska technologie, tak i po stránce spotřeby používaných chemikálií. V případě zavedení předmětné technologie do praxe by byl při desulfataci upravován menší objem důlní vody. Zároveň spotřeba hydroxidu vápenatého i hlinitanu sodného je nižší a po přimíchání DV z hlubiny Jiří je dodržena limitní koncentrace síranů a dochází i k mírnému snížení pH, což při potřebné následné úpravě důlní vody na nižší pH znamená i menší spotřebu činidla na neutralizaci. Za nejoptimálnější a několikanásobně ověřený výsledek lze považovat pokus č. 4. K úpravě je tedy zapotřebí dávka hydroxidu vápenatého 4,6 g a 2 ml hlinitanu sodného (AlR-F) na litr upravované důlní vody z lomu Medard. Je třeba zmínit, že při této technologii dochází také k odstranění železa a manganu z důlních vod. Dále byly odebrány důlní vody z lomu Jiří s vysokým obsahem železa, manganu a s nízkým pH. Tyto vody byly upravovány v laboratoři jednak samotnou alkalizací a rovněž alkalizací v kombinaci s oxidací (peroxidem vodíku, manganistanem draselným). Při úpravě alkalizací použitím hydroxidu vápenatého byla důlní vody upravena na požadované koncentrace manganu a železa v upravené vodě při dosažení pH cca 9,5. Při použití oxidačních činidel došlo k odstranění manganu a železa s požadovanou účinností při pH cca 7,5. Další experimenty budou zaměřeny na odstranění manganu a železa z důlní vody sorpcí. Jako sorbent bude testován Slovakite a čistý ettringitový kal, který vzniká při desulfataci. Cílem je navrhnout nejoptimálnější způsob odmanganování a odželezovaní pro tento typ důlních vod v dané lokalitě. V dole Jiří byly odebrány vzorky podzemních vod, které zde pod tlakem vyvěrají. Tato voda zde vyvěrá na čtyřech místech. Byly odebrány vzorky ze dvou vrtů. Chemicky je složení těchto vod velmi podobné minerálním vodám vyvěrajících v Karlových Varech. Teplota odebraných vzorků vod byla 35°C a 42°C. Zajímavá je koncentrace lithia, která je typická právě pro vody karlovarských minerálních pramenů, literatura uvádí koncentrace cca 4 mg.l-1 (Pitter, P. : Hydrochemie) a jak lze vidět v tabulce 10 je i v těchto vzorcích vod lithium v koncentraci 3,16 a 4,13 mg.l-1. Vzorky byly v naší laboratoři podrobeny i mikrobiologickému rozboru. Byly stanoveny počty KTJ (kolonie tvořící jednotky) u psychrofilních, mezofilních, koliformních bakterií a enterokoků (streptokoky skupiny D). Koliformní bakterie a enterokoky nebyly nalezeny, koncentrace psychrofilních i mezofilních bakterií byla z hygienického hlediska zanedbatelná. Je nutno brát zřetel na fakt, že při odběru vzorku byl na místě vývěru cítit sulfan, což s největší pravděpodobností znamená přítomnost sulfát redukujících bakterií. V následné etapě budou podrobeny tyto vody mikrobiologickému i chemickému rozboru v akreditovaných laboratořích a v případě pozitivního výsledku by byly tyto výsledky poskytnuty společnosti Sokolovská uhelná, a.s. s návrhem využít tyto vody jako vody minerální.

124


Tabulka 10. Chemické složení vzorků podzemních vod

ukazatel teplota pH CHSKMn sírany chloridy dusičnany amonné ionty fluoridy fosforečnany křemík sodík draslík vápník hořčík mangan lithium železo

°C 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 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1

vzorek1

vzorek 2

34,2 6,36 2,4 1720 661 0,28 2,76 <0,15 <0,02 9,52 1252 60,5 389 108 0,63 3,16 0,83

41,7 6,60 2,4 2960 1160 0,21 1,73 2,40 0,14 20,7 2363 75,8 468 103 0,24 4,13 4,22

Mlýnský pramen (Karlovy Vary) 52 6,92 2 1639 612 0,1 0,45 6,07 0,09 25 1713 98 136 37 0,09 3,28 1,26

Společnost Sokolovská uhelná,a.s. zvažuje možnost odvádět důlní vody z lomu Jiří na ÚDV Svatava. V následných etapách je cílem zjistit, jaké bude složení důlní vody na ÚDV Svatava po smísení všech přiváděných důlních vod včetně návrhu jejich úpravy. Dále budou odebírány, analyzovány a upravovány vzorky důlních vod z lomu Družba.

125

126

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

Metodika ekonomického hodnocení – 4. čtvrtletí 2006 Jaroslav DVOŘÁČEK, Michal VANĚK

Úvod Postup prací ve 4. čtvrtletí 2006 vycházel ze struktury úkolů vytvořené od počátku vzhledem k charakteru jednotlivých průmyslových aplikací, které byly sloučeny 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)

ad a) Využití materiálů na bázi průmyslových odpadů Základem řešení projektu V 003 je hledání nových způsobů využití velkoobjemových průmyslových odpadů, které jsou doposud likvidovány ukládáním na povrchových skládkách, ale z nichž lze vytvářet sanační a jiné stavební směsi, rekultivační výplňové a posypové směsi na bázi vedlejších energetických produktů a jiných velkoobjemových průmyslových odpadů. Ve fázi řešení za 3. čtvrtletí 2006 byly odvozeny mimo jiné vztahy pro: - stanovení výnosů, nákladů a hospodářského výsledku; - stanovení minimální ceny za odběr průmyslových odpadů umožňujících dosažení nezáporného hospodářského výsledku při výrobě dvousložkových a třísložkových směsí. Je zřejmé, že pro realizaci činností spojených s využitím materiálů na bázi průmyslových odpadů bude jedním ze základních kritérií ukazatel hospodářského výsledku. Jeho znaménko a výše bude ovlivněna oblastí přínosů a oblastí nákladů. Vzhledem ke specifice vytváření přínosů při využití materiálů na bázi průmyslových odpadů věnujme nejprve pozornost této oblasti.

Oblast přínosů Přínosy spojené s využitím materiálů na bázi průmyslových odpadů lze obecně vymezit jako: 1. výnosy získané od původců průmyslových odpadů za jejich odběr k dalšímu zpracování; 2. úspory vyplývající ze skutečnosti, že využitím základkových materiálů se omezí škody na dotčeném území a nemusí se provádět určité sanační práce a zahlazování následků hornické resp. jiné předchozí činnosti; 3. úspory vyplývající z toho, že určitý počet pracovníků při uzavření báňské kapacity nemusí být propuštěn, ale může provádět likvidační práce s využitím základkových hmot, takže dojde k úspoře sociálních základů spojených s uzavřením dolu. K jednotlivým bodům vymezujícím přínosy lze uvést: ad 1) Výnosy za odběr průmyslových odpadů od jejich původců tvoří základ komerční činnosti v této oblasti. Tyto výnosy jsou součinem průměrné ceny za odběr průmyslových odpadů ke zpracování pro výrobu jednotky základkové směsi a počtu vyrobených jednotek této základkové směsi, přičemž průměrná cena za odběr průmyslových odpadů je ovlivněna: - podílem pojiva ve směsi (resp. podílem průmyslového odpadu s charakterem pojiva v základkové směsi); - podílem průmyslových odpadů v základkové směsi; - cenou pojiva (pro výpočet průměrné ceny za odběr průmyslových odpadů brána jako záporná hodnota), resp. cenou za odběr průmyslového odpadu s charakterem pojiva; - cenou jednotlivých průmyslových odpadů odebíraných od jejich původců pro tvorbu základkových směsí.

127

Množství vyrobených a založených jednotek základkové směsi je omezeno teoretickou výrobní kapacitou technologické linky, pokud nepředpokládáme omezení v dodávkách průmyslových odpadů a prostorách pro použití vyrobených základkových hmot. Výnosy za odběr průmyslových odpadů ke zpracování mají „obecný“ charakter, neboť je může získat každá podnikatelská organizace zpracovávající průmyslové odpady, bez ohledu na místo jejich použití a bez ohledu na vlastnictví dalšího hmotného majetku. ad 2)

Přínosy vyplývající z omezení škod na území dotčeném těžbou při použití základkových směsí jsou velmi specifické, neboť: - vztahují se pouze k území ovlivněnému poddolováním hlubinnými doly; - tyto přínosy získává provozovatel hlubinného dolu odpovědný za náhradu důlních škod, sanace a rekultivace. Navíc je zde problém kvantitativního příspěvku těchto přínosů k ekonomice využívání materiálů na bázi průmyslových odpadů. Materiály z OKR odhadují, že na sanace a rekultivace bude vynaloženo u Dolu Julius Fučík mezi léty 1998 až 2015 celkem 163,6 mil. Kč, u Dolu František v období 1999 až 2015 celkem 78,57 mil. Kč a v případě Dolu Paskov mezi léty 1998 až 2015 celkem 168,6 mil. Kč. Přepočtem lze dojít k částce 757 tis. Kč za měsíc u Dolu Julius Fučík, 385 tis. Kč za měsíc u Dolu František a 781 tis. Kč za měsíc u Dolu Paskov, což by však znamenalo, že používání základkových hmot eliminuje potřebu všech sanačních a rekultivačních prací, což není zcela reálné.

ad 3)

Přínosy vzniklé zaměstnáním části pracovníků při likvidaci báňské kapacity s použitím základkových hmot vyrobených z průmyslových odpadů mají také specifický charakter, neboť: - získává je provozovatel uzavírané báňské kapacity odpovědný za úhradu sociálních nákladů spojených s uzavřením dolu a uvolněním zaměstnanců; - tyto přínosy vzniknou pouze tehdy, jestliže po ukončení likvidace báňské kapacity odchází zaměstnanci do důchodu nebo dojde k jiným trvalým odchodům nebo k rozvázání pracovního poměru, jinak jsou tyto sociální náklady odloženy po dobu likvidace báňské kapacity.

Shrneme-li, pak z hlediska přínosů při využívání materiálů na bázi průmyslových odpadů mají největší význam a obecnou platnost (tedy vztahují se i na podnikatelské subjekty, které nevlastní báňské kapacity) výnosy za odběr průmyslových odpadů pro tvorbu základkových směsí. Jak již bylo uvedeno, jejich výše závisí na průměrné ceně za odběr průmyslových odpadů a na objemu vyrobených základkových směsí. Protože průměrná cena je ovlivněna podílem pojiva a průmyslových odpadů v základkové směsi, což je záležitost receptury tvorby směsi pro dosažení odpovídajících bezpečnostních a ekologických parametrů, lze za základní faktory ovlivňující výnosy za odběr průmyslových odpadů považovat: I. ceny odebíraných průmyslových odpadů (včetně průmyslových odpadů s charakterem pojiva) II. kapacitu výroby a zakládání směsí vyrobených z průmyslových odpadů

I. Ceny odebíraných průmyslových odpadů V předchozích etapách řešení bylo uvedeno, že odběr průmyslových odpadů ke zpracování a odběr průmyslových odpadů k uložení na povrchové skládky jsou konkurenční aktivity. Původce průmyslových odpadů bude předávat své odpady ke zpracování za podmínky, že cena za tento odběr bude nižší než cena za uložení na skládku. Sazby poplatků za ukládání odpadů na povrchové skládky jsou uvedeny v zákoně a tvoří tak horní (v zásadě teoretickou) hranici pro výpočty vycházející z cen za odběr průmyslových odpadů ke zpracování. Pro ilustraci lze tedy uvést sazby za ukládání odpadů vycházející ze zákona č. 185/2001 Sb. o odpadech a o změně některých dalších zákonů v platném znění.

128


Sazba základního poplatku za ukládání odpadů Kč/t (kalendářní rok) Kategorie odpadu

2002 až 2004

2005 až 2006

2007 až 2008

2009 a následující léta

Nebezpečný

1100

1200

1400

1700

Komunální a ostatní

200

300

400

500

Sazba rizikového poplatku za ukládání nebezpečných odpadů Kč/t (kalendářní rok) Kategorie odpadu 2002 až 2004 2005 až 2006 2007 až 2008 2009 a následující léta Nebezpečný 2000 2500 3300 4500

Z přehledu vyplývá, že např. pro období 2007 až 2008 sazby za ukládání ostatního odpadu dosahují 400 Kč/t, zatímco základní a rizikový poplatek u odpadu nebezpečného dosahuje 4 700 Kč/t. Pro rok 2009 činí tato hranice u ostatního odpadu 500 Kč/t a u odpadu nebezpečného 6 200 Kč/t. Konkrétní sazby pro daný průmyslový odpad se od těchto sazeb v zákoně odlišují v důsledku: - konkurenčního boje jednotlivých firem ukládajících odpady na skládkách; - použití části průmyslových odpadů jako materiál ke stavbě vnějšího pláště skládky, kde plné sazby ze zákona neplatí; - započítávání dopravních nákladů; - odběru průmyslových odpadů ne pro uložení, ale pro další prodej atd. Jako konkrétní sazby v období 2004 – 2006 lze uvést:

A. ceny za odběr pro uložení na skládku včetně dopravy: ostatní odpady:

původce 1: původce 2 : beton do 30 cm cihla směsný stavební a demoliční odpad původce 3: směsný stavební a demoliční odpad škvára, struska, kotelní prach průvodce 4: nezpracovaná struska vyzdívky, žáruvzdorné materiály směsné stavební a demoliční odpady struska z pecí jiné vyzdívky a žáruvzdorné materiály

nebezpečné odpady: původce 1: původce 2: azbestová izolace původce 3: hutní průmyslové smetky brusný kal obsahující olej jiné stavební a demoliční odpady původce 4: kaly s nebezpečnými látkami kontaminované výkopové zeminy směsné stavební a demoliční odpady

450 Kč/t 250 Kč/t 250 Kč/t 1 900 Kč/t 1 043 Kč/t; 989Kč/t 1 430 Kč/t 203 Kč/t 200 Kč/t 1 766 Kč/t; 2 320 Kč/t 220 Kč/t 220 Kč/t 4 500 Kč/t 2 000 Kč/t 4 800 Kč/t 3 900 Kč/t 1 952 Kč/t; 2 098 Kč/t 5 938 Kč/t 4 459 Kč/t 4 730 Kč/t

Ze srovnání zákonných sazeb a skutečných cen za odběr průmyslových odpadů lze odvodit: ostatní odpady: ze skutečných cen za odběr lze vytvořit tři skupiny průmyslových odpadů: a) skupina s cenou od 200 do 450 Kč/t : beton, cihla, struska, vyzdívky. Tato skupina cenově odpovídá sazbám vyplývajícím ze zákona. b) skupina s cenou kolem 1 000 Kč/t: škvára, struska, demoliční odpad

129

c) skupina s cenou v rozpětí 1 400 – 2 300 Kč/t (zaokrouhleno na stokoruny): směsné stavební a demoliční odpady. Poslední dvě skupiny se výrazně vymykají sazbám vyplývajícím ze zákona o odpadech a jsou výsledkem individuálních smluv o odběru průmyslových odpadů k uložení na skládkách. Do uvedených přehledů byly zařazeny odpady, které by mohly být součástí stavebně-sanačních směsí a základkových hmot, z rozptylu cen vyplývá, že horní hranici pro úvahy o cenách pro zpracování průmyslových odpadů bude nutno určit podle charakteru průmyslových odpadů. U běžného stavebního a demoličního odpadu – beton, cihla, vyzdívky lze uvažovat s hranicí 200 Kč/t, u ostatních demoličních a stavebních odpadů, které jsou sice zařazovány do „ostatního odpadu“, avšak existují důvody pro výrazné zvýšení ceny za jejich odběr, lze uvažovat s horní hranicí 1 000 Kč/t. nebezpečné odpady: ze skutečných cen za odběr lze vytvořit dvě skupiny průmyslových odpadů: a) skupina s cenou kolem 200 Kč/t: stavební a demoliční odpady, azbestové izolace. Tato skupina je „podceněna“, avšak mohou se zde projevovat vlivy výše uvedené vyplývající z konkurenčního boje. b) skupina s cenou 4 000 – 6 000 Kč/t: hutní průmyslové smetky, kaly, kontaminované zeminy, stavební a demoliční odpad. Zde ceny v zásadě odpovídají sazbám vyplývajícím ze zákona. Za horní hranici ceny pro úvahy o zpracování průmyslových odpadů lze vzít hodnotu mezi oběma skupinami, tedy 3 000 Kč/t.

B. ceny za odběr pro zpracování průmyslových odpadů odpady s charakterem pojiva (popílek): původce 5: původce 6: původce 7: původce 8: původce 1: odpady ostatní: původce 9: původce 6: odpady nebezpečné: původce 1:

130

kaly kaly

80 Kč/t 70 Kč/t 180 Kč/t 0 Kč/t 60 – 80 Kč/t 500 Kč/t 0 Kč/t 600 – 900 Kč/t


II. Kapacita výroby a zakládání Z organizačního hlediska může zpracování a využívání průmyslových odpadů a z nich vyrobených směsí probíhat v zásadě dvěma způsoby: - zpracování průmyslových odpadů a zakládání vzniklých směsí bude provádět podnikatelský subjekt na základě smlouvy s dalším subjektem (např. provozovatelem činné báňské kapacity, státním orgánem v případě starých důlních děl atd.); - zpracování průmyslových odpadů a zakládání vzniklých směsí bude realizováno „ve vlastní režii“, tedy například těžební společností na lokalitě s končící těžbou. V prvém případě bude nutno do ekonomických propočtů zahrnout fixní náklady spojené s provozem technologické linky pro zpracování průmyslových odpadů (odpisy, nájem strojního zařízení, mzdy, obsluhy fixního charakteru atd.) a část režie podnikatelského subjektu mající fixní povahu (případně celou režii s ohledem na rozsah ostatních činností). V druhém případě bude nutno tyto náklady zvýšit o tzv. trvalé náklady likvidovaného dolu nebo o trvalé náklady zajišťované lokality, pokud již k ukončení produkce báňské kapacity došlo v minulosti. Při posuzování ekonomiky zpracování průmyslových odpadů a zakládání z nich vytvořených směsí bude tedy nutno počítat s určitým objemem nákladů, z hlediska jejich vynakládání nezávislých na objemu vyrobených a založených základkových směsí, tedy na kapacitě výroby a zakládání. Stanovení objemu vytvořených a založených důlně-stavebních hmot má značný význam, neboť tímto způsobem se ovlivňuje podíl fixních nákladů připadající na jednotku vytvořených a založených směsí, tím se změní i celkové náklady na jednici směsi a následně i jednicový hospodářský výsledek. Navíc některé položky variabilních nákladů zpracovávaných a zakládaných důlně-stavebních hmot jsou určovány na směnu nebo na den (např. mzdové tarify, nájem strojního zařízení), takže denní produktivita práce ovlivní jejich podíl na jednici vyrobené a založené směsi. Kapacita zakládání může značně kolísat s ohledem na časové využití příslušných zařízení i s ohledem na dostupnost množství průmyslových odpadů. Při odhadu této kapacity vyjdeme z nemnoha publikovaných údajů. Hudeček (1999) uvádí, že na závodě 3 Dolu Darkov bylo za leden až září 1998 splaveno 141 428 m3 směsi flotačních hlušin a popílku s vodou, což při nepřetržitém provozu dává hodnotu 524 m3/den. Dále uvádí parametry zařízení pro tvorbu a splavování do dolu základkových směsí na bázi mokrých popílků a průmyslových odpadů včetně flotačních hlušin. Maximální výrobní kapacita tohoto zařízení při dostatečném odběru vytvořených směsí do dolu je stanovena na 1 500 m3 směsi za den, plánovaná kapacita zařízení byla uvažována v rozmezí 500 – 900 m3/den. Výpočty výstavbového podniku v OKR uvažují při zakládání horizontálních děl v nečinném i činném dole s výkonem 600 m3/den, u zakládání vertikálních děl se výkon pohybuje v rozmezí 400 – 600 m3/den. Technická zpráva k prováděcímu projektu likvidace okrajové jámy důlního závodu likvidovaného v OKR zpracovaná v roce 1999 předpokládá při třísměnném provozu kapacitu míchací linky pro tvorbu základkové směsi ve výši 400 m3/den. Na tomto základě lze pro kapacitní propočty uvažovat s hodnotami 500 – 600 m3 vyrobených a založených základkových směsí za den. Ceny za odběr průmyslových odpadů a kapacity výroby dávají základ pro simulační propočty v oblasti výnosů.

131

ad b)Využití netradičních surovin (V 001, V 002, V 004) Smyslem a vlastně i cílem Výzkumného centra, jak vyplývá z jeho názvu, je nalézt možnosti využití vedlejších produktů vznikajících z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin. Je žádoucí, aby reálné výstupy výzkumné činnosti si našly své zákazníky a byly aplikacemi, které budou na trhu žádané. Požadavek uplatnitelnosti výsledků výzkumné práce na trhu ovlivňuje práci jednotlivých řešitelských kolektivů dílčích úkolů V001 – V005. Svou pozornost nemohou řešitelé směřovat pouze na problémy technické, resp. technologické, ale jejich pozornosti nemohou ujít ani problémy ekonomické. Samotný postup práce řešitelského kolektivu, který si uvědomuje ekonomický rozměr své práce, je možno znázornit následujícím obrázkem, obrázek č. 1. Obrázek č. 1: Postup práce řešitelského kolektivu Zadání výzkumného úkolu

Hledání řešení úkolu

Zpracování připomínek a popř. upřesnění zadání úkolu Posouzení vhodnosti navrženého řešení z technologického hlediska

-

+

Posouzení vhodnosti navrženého řešení z ekonomického hlediska

-

+ Doporučení k realizaci navrženého řešení

Zprávy dílčího úkolu V006 za II. a III. čtvrtletí rok 2006 nabízejí určitá metodická východiska, jak k ekonomické problematice přistupovat. Obecně platí, že přínosy vyplývající z realizace navržených produktů by měly převyšovat náklady, které bude nezbytné při jejich výrobě vynaložit, resp. spotřebovat. Hledání technologických řešení je proces dynamický. Proto je možno očekávat, že řešitelské týmy uvítají nástroj, kterým by bylo možné sledovat právě ekonomické dopady jimi navrhovaných řešení nebo

132


jejich dílčích částí. Jsme přesvědčeni, že vhodným nástrojem by mohl být vytvořený ekonomický model daného technologického procesu. Modelování definuje Akademický slovník cizích slov jako reprodukci vybraných vlastností studovaného objektu na modelu pro výzkumné účely. Model lze pak chápat jako schéma, zjednodušení jevu nebo předmětu sloužící k jejich zkoumání a vysvětlení. Ekonomickým modelováním máme na mysli hledání ekonomického modelu, kterým popisujeme objektivní realitu (v našem případě technologický proces) z ekonomického hlediska. Vytváříme-li ekonomický model, tak zpravidla pracujeme s matematickým modelem, vytváříme abstraktní model. Samotný proces tvorby abstraktního modelu se neobejde bez simplifikace objektivní reality. Čím více je vytvářený model zjednodušenou objektivní realitou, tím se snižuje jeho vypovídací schopnost a naopak. Při modelování se tak hledá rovnováha mezi zjednodušením na straně jedné a potřebnou vypovídací schopností modelu na straně druhé. Při modelování bychom neměli zapomínat na to, že nemodelujeme pouze z potřeby popsat abstraktně danou realitu, ale proto, že s vytvořeným modelem chceme dále pracovat, že chceme s modelem experimentovat. Experimentujeme-li s modelem, říkáme, že simulujeme. Simulace umožňuje předvídat chování modelované reality při změněných podmínkách. Takový způsob práce je nejen šetrný k vlastní realitě, ale zároveň i k „peněžence“ investora. Podle toho, jak při modelování pracujeme s časem a pravděpodobností, rozlišujeme: ¾ statické a dynamické modely, ¾ deterministické a stochastické modely. Ekonomické procesy jsou procesy, které bezesporu probíhají v čase. Jestliže však při modelování těchto procesů faktor času neuvažujeme, vytváříme statický model. Jestliže čas v modelu explicitně vystupuje, jedná se o model dynamický. Čas t může být v dynamickém modelu považován za proměnnou, která probíhá všechny číselné hodnoty z určitého intervalu, např. z intervalu <0,T>. Takový model se nazývá model se spojitým časem. Někdy jsou však údaje potřebné pro sestavení modelu k dispozici pouze pro určité časové okamžiky, např. je zachycen pouze stav ke konci měsíce. Potom je možné považovat čas za proměnnou, která nabývá konečného počtu hodnotu, např. t = 1,2,….., T. Modely s takto chápanou časovou proměnnou se nazývají modely s diskrétním časem. [Hušek,1989] Pracujeme-li při modelování s pravděpodobností, vytváříme stochastický model. Pokud však pravděpodobnost uvažována není, hovoříme pak o modelech deterministických. Zcela přesnou hranici mezi deterministickými a stochastickými modely nelze vést. I modely klasifikované jako deterministické používají často průměrné hodnoty náhodné veličiny jako výchozí údaje, zkoumají vliv náhodného kolísání vstupních údajů na řešení pomocí rozboru stability řešení apod. [Hušek,1989] Pokud je smyslem některých modelů popis určité části ekonomické reality na dostatečné exaktní úrovni a objasnit zákonitosti jejího fungování, nazýváme tyto modely jako deskriptivní. Slouží-li modely k nalezení optimálních rozhodnutí, jedná se o modely optimalizační. [Hušek,1989] Vytvoření abstraktního modelu je východiskem pro přípravu simulačního modelu. Simulační model je totiž zápisem abstraktního modelu pomocí počítačového programu v programovacím jazyce. Rozvoj výpočetní techniky v posledních desetiletích přispěl také k vývoji prostředí, ve kterých je možné

simulační model vytvořit. K programování simulačního modelu lze tak vedle standardních programovacích jazyků (např. Visual Basic) využít speciální simulační jazyky (např. Powersim Studio 2003) nebo také prostředí, které nabízí i běžný kancelářský software, konkrétně pak prostředí tabulkového kalkulátoru (např. MS Excel 2003). Tvorba simulačního modelu pomocí speciálního programového vybavení vyžaduje odpovídající znalosti a dovednosti. Budeme-li k modelování používat produkt norské firmy

133

Powersim Software, budeme se muset naučit specifický grafický modelovací jazyk. Model je vlastně vytvářen pomocí stavebních bloků, kterých je pět základních typů. Mezi ně řadíme: • hladiny, • toky, • pomocné, • konstanty, • spoje. Nejedná se o pouhé zvládnutí prvků programovacího jazyka, ale také o jejich správném využívání tak, aby vytvářený model nejen věrně zobrazoval modelovanou realitu, ale aby vytvářený model byl přehledný a byl podporou pro následný rozhodovací proces. Odměnou za vynaložené úsilí je dynamické simulování, které poskytuje uživateli modelu reálnější pohled na probíhané děje. Jak vypadá prostředí produktu Powersim Studio 2003, zobrazuje obrázek č. 2. Obrázek č. 2: Prostředí Powersim Studio 2003

Vytvoření simulačního modelu pomocí tabulkového kalkulátoru, který standardní součástí kancelářského softwarového vybavení, sice nenabízí takové přednosti jako specializovaný software, ale jeho rozšířenost, dostupnost, snadná ovladatelnost rozhodně nejsou nezajímavé. Pro řadu technickohospodářských pracovníků je MS Excel cenným pomocníkem. Jak takové prostředí vypadá, uvádíme pouze pro úplnost, obrázek č. 3. Jak můžeme vidět, pracovní plocha je velká tabulka. To, co uživatel vidí, je pouze část této obrovské tabulky. Celá tabulka má tiž 65 536 řádků a 250 sloupců. Nabízí se tak dostatečný prostor pro práci. Políčko v tabulce se označuje jako buňka a každá buňka má svou adresu určenou právě sloupcem a řádkem (např. B3). S jednotlivými buňkami lze pracovat jako s proměnnými. Abstraktní model vlastně představuje vztah mezi vstupními a výstupními veličinami a rovněž vztahy mezi veličinami na vstupu.

134


Stejně pracujeme i s buňkami tabulky MS Excel. Pomocí absolutních a relativních odkazů na buňky

vytváříme simulační model. Při jeho tvorbě se rovněž využívá konstant i matematických funkcí. Obrázek č. 3: Prostředí MS Excel 2002

Teprve po vytvoření a ověření funkčnosti simulačního modelu je možno přistoupit k simulacím. Proces simulace spočívá v opakovaném řešení modelu, v provádění simulačních běhů, které jsou charakterizovány určitými hodnotami parametrů modelu a určitými podněty z okolí. S každým simulačním během je spojeno vyhodnocení výstupních dat simulačního modelu, které představuje informaci o chování systému, tj. o jeho reakcích na podněty z okolí. Simulační běhy, jako základní jednotky simulace, opakujeme tak dlouho, dokud nezískáme dostatečnou informaci o chování systému nebo pokud nenalezneme takové hodnoty parametrů, pro něž má systém žádané chování. Důležitou složkou simulace je neustálá konfrontace informací, které o modelovaném systému máme a získáváme. Tato konfrontace nám pomáhá ověřit validitu modelu. [Rábová, 1992] Protože se předpokládá, že reálné výstupy výzkumné práce týmů pracujících na dílčích úkolech V001V005, resp. V006 se budou posléze realizovat na trhu podnikatelskými subjekty, je vhodné už v průběhu výzkumu nahlížet na práci jako na podnikatelskou aktivitu. Jelikož jedním z primárních ekonomických výsledků podnikatelské činnosti je hospodářský výsledek, budeme směr ekonomického modelování zaměřovat právě tímto směrem. Hospodářský výsledek získáme tak, že od výnosů odečteme náklady, což lze vyjádřit následujícím obecným vztahem:

HV = V − N [Kč]

(1)

135

kde: HV – hospodářský výsledek [Kč] V – celkové výnosy (tržby) [Kč] N – celkové náklady [Kč] Jestliže výnosy převyšují náklady, nazýváme hospodářský výsledek ziskem, nastane-li opačná situace, je posuzovaná činnost ztrátová. Teoreticky, ale i prakticky může nastat také rovnost výnosů a nákladů. Nastane-li rovnost, nachází se subjekt na tzv. bodu zvratu. V hospodářské praxi je absolutní rovnost spíše výjimkou. Vztah (1) je zároveň jednoduchým abstraktním modelem, který budeme dále konkretizovat. Podívejme se nejprve na stranu výnosů. Výnosy jsou peněžité částky, které podnik získal ze svých veškerých činností bez ohledu na to, zda v tomto období došlo k inkasu. Protože výnosy zahrnují také další účetní položky (např. změnu stavu zásob, aktivaci), budeme pro naše účely pracovat pouze s tržbami. Velikost tržeb závisí nejen na zdatnosti obchodníků, ale také na cenách prodávaných produktů či služeb. Předpokládejme, že daná technologie bude produkovat pouze jeden výrobek, potom tržby získáme: V = c ⋅ Q [Kč] (2) kde: c – cena produktu [Kč/jedn.] Q – objem produkce [t, m3] Jestliže by technologické zařízení umožňovalo produkci více produktů, celkové výnosy (tržby) bychom získali součtem dílčích tržeb. Při n produktech lze výnosy psát:

V = c1 ⋅ Q1 + c 2 ⋅ Q2 + ... + c n ⋅ Qn [Kč]

(3)

n

V = ∑ ci ⋅ Qi [Kč]

(4)

i =1

kde: ci – cena i-tého produktu [Kč/jedn.] Qi – objem produkce i-tého produktu [t, m3] Cena produktů obvykle vychází z tržní ceny. V těch případech kdy je produkt nový, je klíčovým východiskem pro cenovou tvorbu cenová kalkulace. Objem produkce, který se podaří na trhu prodat, ovlivňuje řada faktorů. Především se jedná o poptávku, která vyjadřuje závislost požadovaného objemu produkce na ceně, a výrobní kapacitu, která udává maximálně možný objem produkce za časové období, který lze dosáhnout při plném využití výrobního zařízení a ploch. Při určení výrobní kapacity musíme zohlednit nejen otázku výkonu zařízení, ale také otázku časového fondu. Vyrobený objem produkce, který se podaří na trhu prodat zákazníkům, závisí i na dalších faktorech (např. počasí, roční období, kondice hospodářství, měnový kurz). Druhá strana výchozího abstraktního modelu je stranou nákladů. Náklady vyjadřují penězi ocenitelnou spotřebu výrobních faktorů, která je vyvolána tvorbou podnikových výnosů. Členění nákladů a jejich obecnému popisu již byla věnována pozornost v předchozí dílčí zprávě (dílčí zprava V006 za III. čtvrtletí). Nyní pozornost zaměříme na věcnou stránku nákladů a jejich stručnému popisu. Pro lepší názornost předpokládejme, že výroba nových produktů bude organizačně řešena tak, že produkční činnost bude realizována v rámci samostatného hospodářského střediska. Vyjdeme-li z časové posloupnosti spotřeby výrobních faktorů a ze samotné logiky výroby, tak nejprve k uskutečnění produkčního procesu potřebujeme prostory. Prostory lze získat jednak jejich nájmem nebo investiční výstavbou. Pokud bychom volili první způsob, tak nájem je služba a podle nájemní smlouvy plní nájemce rozsah těchto služeb (např. vybavení, dodávky tepla, vody, ostrahu objektu). Výhodou nájmu je, že v případě, kdy pronajaté prostory již záměru nevyhovují, je možno je relativně snadno opustit a přemístit se do nových

136


odpovídajících prostor. Výhodou také je, a nejedná se o výhodou malou, zejména u začínajících podniků, že podnik nepotřebuje k rozjezdu tolik kapitálu, resp. nemusí kapitál investovat do výstavby a tím jej umrtvovat na dlouhou dobu. Volný kapitál je velmi cenným „zbožím. Nevýhodou však je, že nájemce může zpravidla dělat jen omezené úpravy prostor, resp. pouze se souhlasem vlastníka. Další nevýhodou je, že nájemce může nájemní smlouvu vypovědět a tím ztížit realizaci podnikatelského záměru. Podnik bude nucen nedobrovolně hledat nové prostory. Rozhodne-li vedení podniku provést investiční výstavbu, aby získalo výrobní prostory, nemůže mu dát nikdo výpověď. Stane se totiž vlastníkem. Je samozřejmé, že záměr i následná realizace investiční výstavby závisí především na zdrojích, které má podnik k dispozici. Avšak v rámci těchto možností, může být investice „ušita“ potřebám podniku. Zásadní nevýhodou investiční výstavby je nutnost disponovat dostatečně velkým objemem kapitálu, a to v mnohdy v řádu desítek či stovek miliónů korun. Pokud podnik nemá k dispozici vlastní kapitál, může financovat, resp. spolufinancovat výstavbu pomocí bankovního úvěru. Za určitých podmínek je získání cizího kapitálu pro podnik výhodnější, než používání pouze kapitálu vlastního. Úroky, které podnik platí za poskytnutý úvěr, paradoxně zlevňují cenu celkového kapitálu. Je to proto, že úroky jsou nákladovou položkou a snižují tak základ daně. Jedná se tzv. daňový štít. Jakmile však roste zadluženost podniku, postupně roste i riziko pro banku. Tato skutečnost se odráží v růstu úrokové sazby a záruk, které banka po podniku vyžaduje. Efekt daňového štítu se tak postupně snižuje. Cenu celkového kapitálu vyjadřujeme obvykle pomocí WACC, který vyjadřuje následující vztah.

WACC = Rd ⋅ (1 − t ) ⋅

D E + Re ⋅ [%] V V

(5)

kde: Rd – náklady na cizí kapitál před zdaněním zisku [%] Re – náklady na vlastní kapitál po zdanění zisku [%] D – cizí kapitál [Kč] E – vlastní kapitál [Kč] V – celkový kapitál (V = D + E) [Kč] D/V – podíl cizích zdrojů na celkovém kapitálu E/V – podíl vlastních zdrojů na celkovém kapitálu t – míra zdanění zisku vyjádřená desetinným číslem Rozhodnutí realizace investice s sebou nepřináší pouze úkoly a náklady spojené se zabezpečením kapitálu. Neméně významné jsou úkoly a náklady spojené s provozem konkrétní investice. Jakmile je investice předána do provozu, začíná se investice jednak odpisovat a jednak uživatel investice (už konkrétního majetku) by se o svůj nebo svěřený majetek měl starat s péčí řádného hospodáře. Je pochopitelné, že pokud je stavba nová, nevyžaduje náročnou údržbu, přesto by údržba neměla být podceňována. Pokud by uživatel problematiku údržby podcenil, mohl by se v budoucnosti dočkat toho, že bude-li chtít svůj majetek nadále užívat, bude muset vynaložit mnohem větší částku než na standardní opravu. O časové náročnosti ani nemluvě. Ani pro laika není pojem údržba a oprava cizí. Nemusí to však platit už o pojmech odpis a odpisování. Zastavme se proto u nich. Dlouhodobý majetek se účastní několika výrobních cyklů, ve kterých dochází k jeho postupnému opotřebovávání. Zejména se jedná o opotřebování fyzické, ve kterém se mění hmotná podstata tohoto majetku. Na fyzickém opotřebení majetku se podílí vedle samotného výrobního majetku také přírodní podmínky, ve kterých je majetek nasazen. Vlivem inovací dochází k zastarávání majetku, což nazýváme morální opotřebení. Průběh fyzického a morálního opotřebování dlouhodobého majetku vyjadřují z ekonomického hlediska odpisy. Odpisy jsou tak tou hodnotou dlouhodobého majetku, která přešla do hodnoty produkce. Vedle toho, že jsou nákladovou položkou, jsou významným zdrojem pro obnovu dlouhodobého majetku. V průběhu užívání dlouhodobého majetku si tak organizace vytváří fond, který slouží k pořízení majetku nového a tím si zabezpečuje reprodukci dlouhodobého majetku jakožto fundamentu výrobních procesu.

137

Protože jsou odpisy také nákladovou položkou, zákon č. 586/1992 Sb., o daních z příjmů, ve znění pozdějších předpisů, tuto problematiku rovněž upravuje. Mluví se tak o odpisech daňových. Organizace, resp. tzv. účetní jednotka, určuje odpisy také podle zákona č. 563/1991 Sb., o účetnictví, ve znění pozdějších předpisů. Je-li při stanovení výše odpisů využita tato právní norma (§28), určují se tzv. účetní odpisy. V případě účetních odpisů si organizace sama určuje dobu, po jakou bude předmětný dlouhodobý majetek užívat. Hodnota majetku, která přejde do hodnoty produkce se tak stanoví snadno, jak vidíme z následujícího vztahu:

or =

VC [Kč/rok] t

(6)

kde: or – roční odpis majetku [Kč/rok] VC – vstupní cena dlouhodobého majetku1 [Kč] t – životnost majetku [roky] Z konstrukce vztahu je zřejmé, že roční odpis je ve všech letech užívání dlouhodobého majetku stejný. Jedná se o tzv. lineární odpis. Pro úplnost dodáváme, že odpisovaná částka nemusí být ve všech letech stejná. Je tedy nelineární. Příslušná legislativa však připouští pouze degresivní odpisování, které vyplývá z následující logiky. V prvních letech životnosti majetku se očekávají náklady na údržbu menší než v dalším období. Zvyšující se náklady na údržbu jsou doprovázeny snižujícími se odpisy. Degrese odpisů může probíhat podle aritmetické nebo geometrické řady. Příkladem užití degrese geometrickou řadou může být odpis stálým procentem ze zůstatkové ceny, přičemž odpisová sazba se stanovuje pomocí následujícího vztahu:

p = (1 −

t

ZC t ) ⋅ 100 [%] PC

(7)

kde: ZCt – zůstatková cena dlouhodobého majetku na konci roku odpisování [Kč] PC – pořizovací cena majetku [Kč] t – rok odpisování [roky] p – odpisová sazba [%] Odpisy jsou významnou nákladovou položkou. Ovlivňují tak nejen výši celkových nákladů, ale také výši daňového základu. Proto se zákonem o dani z příjmů fyzických a právnických osob odpisování rovněž upravuje. Stát na rozdíl od účetních odpisů striktně přikazuje dobu odpisování konkrétního majetku. Dlouhodobý majetek je rozdělen do šesti, odpisových skupin. Dobu životnosti každé skupiny ukazuje následující tabulka, tabulka č. 1 Tabulka č. 1: Přehled doby odpisování majetku podle odpisových skupin Odpisová skupina 1 1a 2 3 4 5 6 1

Doba odpisování 3 roky 4 roky 5 let 10 let 20 let 30 let 50 let

Vstupní cenou majetku rozumíme cenu, kterou dlouhodobý majetek oceňujeme. Zpravidla se jedná o pořizovací cenu, tedy nejen cena dlouhodobého majetku, ale i další výdaje s pořízení související. Kromě pořizovací ceny může být majetek oceněn vlastními náklady, reprodukčně pořizovací cenou a cenou pořízení. 138


Budeme-li chtít vypočítat daňový odpis dlouhodobého hmotného majetku, je nezbytné určit, zda budeme odpisovat rovnoměrně nebo zrychleně. Odpisuje-li se majetek rovnoměrně, jsou v §31 zákona 586/1992 Sb. uvedeny odpisové sazby pro každou odpisovou skupinu. Přehled jednotlivých ročních odpisových sazeb pro hmotný majetek uvádí následující tabulky č. 2 - 5. Tabulka č. 2: Přehled ročních odpisových sazeb hmotného majetku neodpisovaných podle §31 písm b) až d) Odpisová skupina 1 1a 2 3 4 5 6

v prvním roce odpisování 20,00 14,20 11,00 5,50 2,15 1,40 1,02

v dalších letech odpisování 40,00 28,60 22,25 10,50 5,15 3,40 2,02

pro zvýšenou vstupní cenu 33,30 25,00 20,00 10,00 5,00 3,40 2,00

Tabulka č. 3: Přehled ročních odpisových sazeb hmotného majetku při zvýšení odpisu v prvním roce odpisování o 15 % Odpisová skupina 1 2 3

v prvním roce odpisování 35,00 26,00 19,00

v dalších letech odpisování 32,50 18,50 9,00

pro zvýšenou vstupní cenu 33,30 20,00 10,00

Tabulka č. 4: Přehled ročních odpisových sazeb hmotného majetku při zvýšení odpisu v prvním roce odpisování o 10 % Odpisová skupina 1 1a 2 3

v prvním roce odpisování 30,00 24,10 21,00 15,40

v dalších letech odpisování 35,00 25,30 19,75 9,40

pro zvýšenou vstupní cenu 33,30 25,00 20,00 10,00

Tabulka č. 3 zobrazuje roční odpisové sazby, které může použít poplatník, který je prvním vlastníkem zařízení pro čištění a úpravu vod. V tabulce č. 4 jsou pak odpisové sazby využitelné poplatníkem, je-li prvním vlastníkem hmotného majetku zatříděného podle 586/1992 Sb. v odpisových skupinách 1 až 3 s výjimkou hmotného majetku, na který se vztahují roční odpisové sazby uvedené v tabulce 3. Za prvního vlastníka hmotného movitého majetku se pro účely tohoto zákona považuje poplatník, který si jako první pořídil nový hmotný movitý majetek, který dosud nebyl užíván k určenému účelu a u předchozího vlastníka byl zbožím. Za prvního vlastníka hmotného movitého majetku se považuje i poplatník, který tento majetek pořídil nebo vyrobil ve vlastní režii. Při rovnoměrném odpisování se stanoví odpisy hmotného majetku za dané zdaňovací období ve výši jedné setiny součinu jeho vstupní ceny a přiřazené roční odpisové sazby. Poplatník může na základě svého rozhodnutí použít i sazby nižší než maximální sazby uvedené v tabulce č. 2, a to za podmínek uvedených zákonem o dani z příjmu. Při rovnoměrném odpisování ze zvýšené vstupní ceny hmotného majetku se stanoví odpisy tohoto majetku za dané zdaňovací období ve výši jedné setiny součinu jeho zvýšené vstupní ceny a přiřazené

139

roční odpisové sazby platné pro zvýšenou vstupní cenu.Vypočtené odpisy se zaokrouhlují na celé koruny nahoru. Je-li majetek odpisován zrychleně, odpisování se řídí §32 příslušného zákona. V tomto případě již zákon neurčuje odpisové sazby, ale stanovuje odpisové koeficienty a způsob výpočtu odpisové sazby. Přehled koeficientů pro zrychlené odpisování zobrazuje tabulka č. 6. Tabulka č. 6: Přehled koeficientů pro zrychlené odpisování Odpisová skupina 1 1a 2 3 4 5 6

v prvním roce odpisování 3 4 5 10 20 30 50

v dalších letech odpisování 4 5 6 11 21 31 51

pro zvýšenou vstupní cenu 3 4 5 10 20 30 50

Při zrychleném odpisování jsou odpisy hmotného majetku v prvním roce odpisování stanoveny jako podíl jeho vstupní ceny a přiřazeného koeficientu pro zrychlené odpisování platného v prvním roce odpisování. Poplatník, který je prvním vlastníkem, může tento odpis zvýšit o: 20 % vstupní ceny stroje pro zemědělství a lesnictví, a to jen u poplatníka s převážně zemědělskou a lesní výrobou; 15 % vstupní ceny zařízení pro čištění a úpravu vod 10 % vstupní ceny hmotného majetku zatříděného podle zákona 586/1992 Sb. v odpisových skupinách 1 až 3 s výjimkou hmotného majetku uvedeného v zákoně. V dalších zdaňovacích obdobích se výše odpisů stanoví jako podíl dvojnásobku jeho zůstatkové ceny a rozdílu mezi přiřazeným koeficientem pro zrychlené odpisování a počtem let, po které byl již odpisován. Při zrychleném odpisování majetku zvýšeného o jeho technické zhodnocení se odpisy stanoví: a) v roce zvýšení zůstatkové ceny jako podíl dvojnásobku zvýšené zůstatkové ceny majetku a přiřazeného koeficientu zrychleného odpisování platného pro zvýšenou zůstatkovou cenu, b) v dalších zdaňovacích obdobích jako podíl dvojnásobku zůstatkové ceny majetku a rozdílu mezi přiřazeným koeficientem zrychleného odpisování platným pro zvýšenou zůstatkovou cenu a počtem let, po které byl odpisován ze zvýšené zůstatkové ceny. Protože metodika určení výše účetních a daňových odpisů je odlišná, lze předpokládat rozdíl v samotné výši obou typů odpisů. Je-li skutečně mezi oběma typy odpisů rozdíl, vzniká tzv. odložená daňová pohledávka nebo odložený daňový závazek. V případě, že daňový odpis je vyšší než účetní odpis, vzniká závazek. Nastane-li opačná situace, vzniká pohledávka. V hospodářské praxi však mnohé podnikatelské subjekty (podle zákona o účetnictví tzv. účetní jednotky) si situaci s odpisováním majetku zjednodušují tím, že účetní odpisy dají na roveň daňovým a výši odpisů pak stanovují podle metodiky odpisů daňových. Protože výpočet odpisů je možný pomocí dvou metodik, domníváme se, že pro potřeby Výzkumného centra je nezbytné ujednotit postup jejich výpočtu. Protože určení odpisů nemá v prvotní výzkumné fázi potřebu určení výše daňového základu, doporučujeme postupovat při stanovování odpisů pomocí „účetní“ metodiky. Pro prvotní kvantifikování nákladů bude zřejmě nejvhodnější použít lineární odpisy. Jak se změní náklady se změnou metodiky odpisů, může být jedním z námětů pro simulování. Celkovou výši hodnoty dlouhodobého majetku, která přešla do hodnoty produkce, stanovíme součtem všech odpisů. Pro naše potřeby pak součet budeme označovat Nod:

140


N od =

m

∑o i =1

ri

[Kč]

(8)

kde: ori – roční odpis i-té položky dlouhodobého majetku [Kč] m – počet odpisovaných položek dlouhodobého majetku Jakmile má podnikatel k dispozici výrobní prostory, může pořídit strojní technologická zařízení, která se již aktivně budou účastnit výrobního procesu. Problematika financování i odpisování, která byla popsána výše v textu, se netýká pouze staveb nebo výrobních hal, ale týká se až na výjimky všech položek dlouhodobého majetku. Těmi výjimkami jsou například pozemky nebo umělecká díla. Pozemky a umělecká neodepisujeme. Jsou-li k dispozici výrobní prostory a je-li k dispozici technologie, je dalším nezbytným krokem k zahájení výroby zabezpečení surovin, materiálů, energií, obalů atd. Náklady pak označujeme jako výkonovou spotřebu. Ve výrobním podniku tvoří suroviny a materiály rozhodující část těch vstupních výrobních činitelů, které jsou schopny se během roku nebo jednoho výrobního cyklu opět přeměnit v peněžní prostředky. Proto je dále pozornost věnována právě jim. Nakoupené suroviny, materiály a další položky zpravidla hned ve výrobním procesu nespotřebováváme, ale nejprve jsou tyto vstupy uskladněny a tvoří tak výrobní zásoby. Výrobní zásoby jsou doplňovány s ohledem na spotřebu konkrétní skladované položky. Stanovením výše dodávky a četností jednotlivých dodávek se zabývá teorie zásob. Každý podnik řeší problematiku výrobních zásob s ohledem na charakter a organizaci výroby, kvalitu dodavatelsko-odběratelských vztahů a s ohledem na cíle a záměry jeho vedení. Ač zásobovací systémy podniku mohou být odlišné, snaha managamentu je stejná. Domníváme se, že tuto snahu lze shrnout do dvou základních bodů: 1) zajistit plynulost výrobního procesu; 2) optimalizovat náklady spojené s logistikou i s potřebou, a to na bázi minimalizace nákladů. V praxi to znamená, že danou položku výrobních zásob může dodávat jeden nebo více dodavatelů. Konečnou podobu neovlivňují pouze podmínky cenové, ale rovněž spolehlivost dodavatele, nabízené benefity (např. slevy, obchodní úvěr, platební podmínky). V poslední době se využívají firmy nový nástroj pro zabezpečení výrobních zásob a nejen jich. Jedná se o elektronické aukce. Příkladem společnosti, která zavedla nová pravidla nákupu, je společnost Českých aerolinií (ČSA). Díky uplatnění nových principů nákupu zboží a služeb dosáhly České aerolinie (ČSA) finanční úspory ve výši 144,1 milionů Kč. V průběhu několika měsíců došlo v rámci tohoto projektu k celkové změně organizační struktury, vytvoření útvaru centrálního nákupu a zavedení zcela nových nákupních pravidel. V průběhu roku 2007 by mělo dojít ke spuštění informačního systému pro podporu nákupních procesů, jež umožní dílčí automatizaci nákupu a zajistí data pro objektivní rozhodování o nákupu. V příštím roce by tak ČSA měly díky transformaci nákupu docílit úspory v rozsahu 3 až 5 % ovlivnitelných výdajů, tedy až 300 mil. Kč. [10] Není tedy neobvyklé, že konkrétní skladované položky výrobních zásob jsou pořízeny od různých dodavatelů a za odlišné podmínky. Vyskladněním skladovaných položek výrobních zásob (zejména materiály a suroviny) jsou tyto položky spotřebovány ve výrobním procesu. Vzniká však problém, jak tuto spotřebu peněžně ocenit. Schématicky lze problém znázornit následujícím obrázkem:

141

Obrázek č. 4: Výrobní zásoby SKLAD

qM1, pM1;…;qMn,pMn

qS1, pS1;…;qSn,pSn

qP1, pP1;…;qPn,pPn

M1

S1

P1

M2

S2

P2

: :

: :

: :

Mn

Sn

Pn

q1, p;…;qn,p

Legenda: qM1 – množství materiálové položky 1 pM1 – nákupní cena materiálu 1 qMn – množství materiálové položky n pM1 – nákupní cena materiálu n qS1 – množství surovinové položky 1 pS1 – nákupní cena surovinové položky 1 qSn – množství surovinové položky n pS1 – nákupní cena surovinové položky n qP1 – množství ostatní skladové pP1 – nákupní cena ostatní skladové položky 1 položky 1 qPn – množství ostatní skladové pPn – nákupní cena ostatní skladové položky n položky n

Teoreticky existují tři způsoby, jak ocenit výrobní zásoby: 1) Cena určena jako vážený aritmetický průměr z pořizovacích cen všech dodávek – váhou průměru je pak velikost jednotlivých dodávek 2) FIFO (first in, first out) – princip metody je zřejmý z jejího názvu. Materiál, suroviny jdoucí do spotřeby, jsou postupně oceňovány cenami v takovém pořadí, v jakém byly nakupovány. Účetně se tedy nejprve vyčerpávají nákupy provedené za nejstarší ceny. Fyzicky však může být vyskladněn například materiál, který byl dodán poslední dodávkou. 3) LIFO (last in, first out) – princip této metody ocenění je v tom, že se výrobní zásoby spotřebovávané ve výrobním procesu oceňují poslední cenou, za kterou byly nakoupeny. Je-li objem skladové položky vyčerpán, použije se starší cena v pořadí. Prakticky jsou v podmínkách ČR přípustné první dva způsoby, tedy ocenění zásob pomocí metody FIFO nebo váženým aritmetickým průměrem. Jak vidíme z obrázku č. 4, hlavní parametry pro ocenění zásob je cena a objem dodávky. Jak velký objem výrobních zásob je nezbytné zajistit, závisí v tržní ekonomice především na zájmu zákazníků. Pokud bychom se na daný problém dívali z čistě provozního hlediska, tak těch faktorů je více. Zejména se jedná o objem výroby, organizaci práce, technologickou úroveň produkčního procesu. Spotřeba daného materiálu, suroviny vychází z technických norem, které udávají společensky přijatelnou výši spotřeby. I dnes, kdy používání technických norem je dobrovolné, jsou technické normy cenným zdrojem informací, které mohou manažerům pomáhat odhadovat výši výrobních nákladů. Technické normy plní další funkce: [11] • Jsou nezbytnou podmínkou pro volný oběh zboží a služeb zejména v EU. • Slouží jako referenční úroveň, k níž se poměřuje úroveň výrobku nebo služby.

142


• • • • •

Stanovují kritéria bezpečnosti. Podporují vyrovnaný vztah mezi jakostí a náklady. V obchodních smlouvách mezi dodavatelem a odběratelem se obvykle stávají závaznými. Jsou povinně vyžadovány u veřejných zakázek. Jsou efektivním nástrojem konkurenčního boje.

Obecně lze říci, že management spolu s technology usilují o maximální využití všech vstupů, tedy i materiálů a surovin. Tato snaha se odráží v minimalizaci produkce odpadů nebo hledání možností, jak vzniklý odpad dále využít, což má mimo jiné i ekonomický přínos. Samotná existence Výzkumného centra, resp. jeho dílčí úkoly tuto snahu dokládají. Objem materiálů a surovin, který je potřeba zajistit pro bezproblémovou výrobu, má ještě jeden ekonomický rozměr. Tím, že podnik drží výrobní zásoby, je sice schopen eliminovat výpadky v dodávkách vstupů, ale zároveň po dobu, kdy vstupy jsou skladovány, dochází k tzv. umrtvování kapitálu. Přirozenou vlastností kapitálu je jeho obíhání v produkčním procesu, čím dochází k jeho zhodnocování. Je zřejmé, že pokud je kapitál cizí, usiluje management o to, aby byl kapitál, co nejvíce využitý. Využití kapitálu roste s počtem jeho oběhů za období, na které je kapitál zapůjčen. Umrtvení kapitálů má dva následky. Tím, že je kapitál stažen z oběhu, nemůže se zhodnocovat a navíc vzrůstá potřeba dalšího provozního kapitálu. Je tedy zřejmé, že řízení výrobních zásob by měl managament věnovat trvalou pozornost, protože předmětná problematika ovlivňuje jak hmotné, tak i peněžní toky. Problematika výrobních zásob a jejich skladování přináší ještě jeden aspekt, který by neměl být opomenut. Výrobní náklady vyvolávají kromě nákladů spojených s jejich zajištěním také náklady na jejich uchování. Náklady mohou vzniknout i v tom případě, kdy požadovaná skladová položka není pro výrobní proces k dispozici a to zejména, ohrožuje-li tato skutečnost průběh výroby a plnění smluvních podmínek ze strany podniku. Náklady na skladování výrobních zásob souvisí jednak s udržováním potřebné skladové kapacity, infrastruktury a osobními náklady. Je nepochybné, že přesný odhad potřeb skladových prostor může vést k minimalizaci nákladů na logistické zabezpečení výroby. Kvantifikovat možné ztráty v případě nemožnosti dostat svým závazkům je nezbytné nejen s ohledem na finanční plánování, ale také z důvodů obhajoby vynaložených nákladů na logistiku a především skladové hospodářství. V podnikových skladech nejsou skladovány pouze výrobní zásoby, ale také hotové výrobky nebo polotovary. I těchto zásob se beze zbytku týkají úvahy o tzv. umrtveném kapitálu a nákladech s logistikou spojených. Tyto výše popsané skutečnosti vedly také k hledání nových logistických konceptů, které by významně eliminovaly (nebo až zrušily) potřebu výrobních zásob. Jedním z těchto konceptů je systém Just In Time (JIT). Tato metoda řízení zásob JIT byla poprvé nasazena ve společnosti Ford Motor Copany a majitel společnost Henry Ford ji popsal v knize „My Life and Work (Můj život a práce)” (1922). JIT je však spojena především s Japonskem. Metoda byla úspěšně přejata a rozvíjena společností Toyota Motor Corporation. Společnost metodu implementovala do svého výrobního systému označovaném jako TPS (Toyota Production System). [12] Při aplikaci metody JIT jde o zásadní změnu vztahu: dodavatel – odběratel. Cílem metody jsou “nulové zásoby” a stoprocentní kvalita. Tohoto cíle se nedosahuje tím, že by odběratel přenechal starost a náklady spojené se zásobami svému dodavateli, ale tím že realizují dokonalou spolupráci a koordinací svých činností, a to tak, že se zásoby u odběratele stávají zbytečné. Správné zavedení JIT znamená menší zásoby, vyšší kvalitu, produktivitu a přizpůsobení poptávky na trhu. [Synek,2003] Metoda JIT je sice metodou používanou, ale ani při její aplikaci se neobejdeme bez skladu a zásob. Zásoby klasifikujeme z různých hledisek: [Synek,2003] • okamžitá zásoba a) faktická fyzická zásoba, tj. skutečný stav ve skladu, b) dispoziční zásoba – je faktická zásoba zmenšená o již uplatněné požadavky, c) bilanční zásoba – dispoziční zásoba zvětšená o velikost nevyřízených, ale potvrzených objednávek. 143

•

průměrná zásoba – má význam pro sledování a analýu vázanosti prostředků v zásobách. Ideálně přestavuje aritmetický půrměr denních stavů fyzické zásoby za určité období.

Abychom mohli přistoupit ke konečné kvantifikaci nákladů spojených s výrobními zásobami, měli bychom objasnit ještě druhý parametr, a to cenu. Spotřebu výrobních zásob podnik ovlivnit může, ale za jaké ceny jsou tyto zásoby nakupovány, je mnohdy mimo možnosti podniku. I když to neplatí absolutně. Konečná podoba kontraktu je ovlivněna také sílou smluvních partnerů. Čím větší objem konkrétní položky výrobních zásob podnik požaduje, tím příznivější cenové podmínky může očekávat. Rovněž délka kontraktu je zajímavým vyjednávacím argumentem. Dodavatel může odběrateli poskytnout různé slevy a zvýhodnění, avšak cena se z pochopitelných důvodů nemůže pohybovat mimo určitý rámec, který vychází především z tržní ceny. Cena položek výrobních zásob je tak především odrazem vztahu nabídky a poptávky. U vybraných surovin je tato skutečnost umocněna ještě tím, že cena se utváří na komoditních burzách (např. LME2, NYMEX3). Informace o cenách komodit lze získat například od společnosti Bloomberg (http://www.bloomberg.com). Kromě ceny suroviny bychom neměli zapomenout také na přepravní náklady a služby přepravou spojené (např. pojištění). Pro potřeby mezinárodního obchodu byl vytvořen soubor mezinárodních pravidel pro výklad nejvíce používaných doložek Incoterms neboli Incoterms 2000 (z anglického International Commercial terms). Incoterms vznikly v roce 1936 v Paříži. Mezinárodní obchodní komora je vydala za účelem odstranění problémů spojených s rozdílností obchodních zákoníků různých zemí. Protože mezinárodní obchod procházel velkými změnami, byly v letech 1953, 1967, 1976, 1980, 1990 a v roce 2000 upravovány postupně do dnešní podoby. Incoterms se zabývají vztahy vyplývajícími z kupní smlouvy, povinnostmi při celním odbavení, balení zboží čí přebírání dodávky. Přestože Incoterms byly vždy určeny pro mezinárodní obchod, používají se někdy i v rámci smluv při vnitrostátních obchodních transakcích. [16] Je zřejmé, že cena dodávky bude jiná je-li zboží odvezeno kupujícím přímo ze závodu prodávajícího, čímž kupující za přebrané zboží přebírá plnou odpovědnost a dále ze něj zodpovídá (doložka EXW – ze závodu) nebo musí prodávající nést veškeré náklady a rizika spojená s celou trasou přepravy zboží (například doložky DAF – s dodáním na hranici, DES – s dodáním z lodi, DDU – s dodáním clo neplaceno). Uvedené doložky se netýkají pouze surovin a materiálů, ale vztahují se také i na již zmíněná technologická zařízení. Pro potřeby výrobního podniku a tedy i pro potřeby jednotlivých řešitelských týmů je nezbytné nejen zajistit potřebné materiálové vstupy, ale také stanovit potřebnou výši výrobních zásob a výši nákladů, které jsou spojeny s jejich pořízením, skladováním i případným nedostatkem. Při řízení zásob označíme celkové zásoby na vstupu Zc. Zásoby, které přicházejí od odběratelů rozdělujeme do tří skupin: [Synek,2003] • • •

obratovou (běžnou – Zb) – vznik a pohyb je dán tím, že nákup se uskutečňuje v dávkách, zatímco čerpání je uskutečňováno v častějších a menších dávkách, technologickou (Zt) – kryje nezbytné technologické požadavky na přípravu materiálů (surovin) před jejich použitím ve vlastním výrobním procesu, pojistnou (Zp) – tlumí náhodné výkyvy jednak na straně vstupu (ve velikosti a intervalu dodávek), jednak na straně výstupu (velkosti a času – intervalu čerpání) ze zásoby.

Při řízení zásob nejde ani tak o klasifikaci zásob, ale o stanovení optimální výše dodávky při minimálních nákladech. Řešitelské kolektivy sice nepotřebují řešit úlohy vyplývající z teorie zásob, ale potřebné množství zásob je zejména ovlivněno samotnou technologií. Protože logistické náklady

2

LME – London Metal Exchange. (http://www.lme.co.uk). Na této komoditní burze se obchoduje například s hliníkem a mědí. 3 NYMEX – New York Mercantile Exchange (http://www.nymex.com). Burza je obchodním místem pro ropu, zlato, stříbro aj 144


ovlivňují výši celkových nákladů, je tak ovlivněn jeden z rozhodujících vstupů ekonomického posuzování výstupů řešitelských kolektivů. Je tedy zřejmé, že stanovení optimální výše dodávek se nelze vyhnout. Předpokládejme rovnoměrné čerpání zásob, potom obratovou zásobu vypočteme podle následujícího vztahu:

Zb =

D [fyzické jednotky, Kč/za období] 2

(9)

kde: D – velikost dodávky [fyzické jednotky, Kč] Celkové zásoby pak jsou:

Zc =

D + Z t + Z p [fyzické jednotky,Kč/za období] 2

(10)

Jestliže jsou zásoby uvedeny ve dnech, na kterou musí mít podnik k dispozici peněžní prostředky pro určité zásoby, hovoří se pak o tzv. časové normě. Je-li pak známa průměrná denní spotřeba, můžeme určit normativ výrobních zásob.

N = Č ⋅ s [Kč] kde: N – normativ výrobních zásob [Kč] Č – časová norma výrobních zásob [dny] s – průměrná denní spotřeba výrobních zásob [Kč/den]

(11)

Normativ výrobních zásob vyjadřuje množství peněžních prostředků trvale vázaných ve výrobních zásobách podniku. Význam normativu je především pro plánování a řízení peněžních toků. Jaké náklady se pojí s výrobními zásobami, bylo již naznačeno výše v textu. Jedná se o náklady spojené s pořízením zásob, náklady na udržení zásob a případně náklady vyplývající z nedostatku zásob. Zabývejme se nyní těmito náklady podrobněji. Náklady na pořízení zásob (objednávka, dodávka a přejímka zásob) tvoří tyto dílčí náklady Nd: [Synek, 2003] • Příprava a umístnění objednávky (např. predikce, průzkum a volba dodavatele, příprava a dojednání dodávky, komunikace s dodavatelem před vyřízením objednávky); • Doprava; • Přejímka, kvalitativní a kvantitativní kontrola, informační zpracování příjmu, naskladnění a zavedení do evidence; • Aktivity při likvidaci a úhradě faktur. Náklady na udržování, skladování a správu zásob Ns zahrnují: [Synek, 2003] • • •

Náklady vázanosti prostředků v zásobách (úroky z úvěru na zásoby – u krátkodobých propočtů průměrná úroková míra, u dlouhodobých propočtů se vychází z rentability kapitálu); Náklady na skladování a správu zásob (náklady související s provozem skladu, evidencí zásob – spotřeba energie, otop, klimatizace, osobní náklady skladových pracovníků atd.); Náklady z rizika (náklady související s vyřazením nevyužitelných zásob – poškození, zničení, zkažení zásob).

Poslední skupinou logistických nákladů jsou náklady, které mohou „nabíhat“ pokud stávající výše zásob nestačí k včasnému uspokojení vnitropodnikových potřeb. Jedná se o tzv. náklady nedostatku Nn, které mohou být tvořeny těmito dílčími položkami: [Synek, 2003] •

Vícenáklady při urychleném zajišťování náhradního plnění (vyšší ceny, cestovné, aj.);

145

•

Nevyužití výrobních kapacit, prodlužování průběžné doby výroby a hromadění rozpracované výroby; Náklady vyplývající z nesplnění závazků vůči odběratelům, ze ztráty zákazníka, poškození pozice firmy na trhu, zvýšené náklady při urychlování expedice a dopravy atd.

•

Vyberme si nyní ze seznamu položek výrobních zásob jednu a určeme výši dodávky za podmínky konstantní potřeby dodávek a konstantního doplňování zásob. Pro ilustrativní účely budeme rovněž předpokládat, že dodávky budou vždy dodány a náklady nedostatku tak uvažovat nebudeme. Za dané plánované období T se tedy předpokládá celková potřeba dodávek i-té položky výrobních zásob Dpi. Objem dodávky i-té položky značíme Di, potom počet sérií dodávek ps vypočteme: [Synek, 2003]

ps =

D pi Di

[počet dodávek/období]

(12)

Délka dodávkového cyklu i-té položky je určena vztahem:

T [dny] ps T ⋅ Di t di = [dny] D pi t di =

(13) (14)

Máme-li stanovenou velikost dodávky i rytmus dodávání, můžeme přistoupit ke kvantifikaci celkových nákladů Ncni.

D ⎛ ⎞ D pi N cni = ⎜ N di + N si ⋅ i ⋅ t di ⎟ ⋅ [Kč] 2 ⎝ ⎠ Di

(15)

po úpravě

N cni = N di ⋅

D pi Di

+ N si ⋅

T ⋅ Di [Kč] 2

(16)

kde: Ndi – náklady na pořízení i-té položky výrobních zásob Ndi – náklady na udržení, skladování a správu i-té položky výrobních zásob Celkové náklady za spotřebované výrobní zásoby celkem označíme Nvz a vypočítáme součtem všech dílčích spotřeb, což lze vyjádřit jako:

N vz =

n

∑N i =1

cni

[Kč]

(17)

kde: Nvz – náklady za spotřebované výrobní zásoby [Kč] n – počet spotřebovaných položek výrobních zásob [ks] Výrobní proces se ani v 21. století neobejde bez pracovní síly. Jeden z nejvýznamnějších představitelů moderního managamentu Peter Drucker chápal pracovníky jako nejcennější kapitál, resp. jejich znalosti, schopnosti, dovednosti, užitečné návyky a jejich loajalita. Kolik pracovníků bude potřeba k zajištění výrobního procesu je předurčeno nasazenou technologií a systémem organizace práce. Spotřebu práce v nejširším pojetí charakterizuje ukazatel průměrného evidenčního počtu pracovníků v daném období. Ukazatel se stanovuje za měsíční období jako součet fyzických osob v jednotlivých dnech měsíce včetně dnů pracovního klidu děleným počtem kalendářních dnů příslušného měsíce. Za dny pracovního klidu se při výpočtu používá počet pracovníků z předcházejícího dne.

146


U dělnických profesí se pro měření spotřeby práce používá ukazatel počtu odpracovaných směn. Mezi odpracovanými směnami a průměrným evidenčním počtem pracovníků existuje vazba daná následujícím vztahem:

sd = d ⋅ a ⋅ k

(18)

kde: sd – počet směn odpracovaných dělníky za období d – průměrný evidenční počet dělníky a – počet povinných dnů za období k – koeficient využití povinných dnů Počet povinných dnů za období získáme snížením kalendářního fondu o nepracovní dny (soboty, neděle, státní svátky). Odečteme-li dále počet dnů absence a přičteme-li přesčasy, získáme celkový počet odpracovaných dnů. Za odpracovaný den se přitom považuje směna v trvání 8 hodin. Pokud se vyskytují jiné délky pracovních směn, je nezbytné je přepočíst na osmihodinové. Podíl odpracovaných dnů a počtu povinných dnů se nazývá koeficient využití povinných dnů. Koeficient lze považovat za souhrnný ukazatel stupně využití časového fondu dělníků. Obdobě jako v předchozích případech je důvodem, proč se zabýváme pracovníky, nutnost určit výši osobních nákladů, které jsou s pracovní silou spojeny. Pod osobní náklady zahrnujeme tyto položky: • • •

mzdové náklady, náklady na sociální a zdravotní pojištění, sociální náklady (např. stravenky, penzijní pojištění, rehabilitace)

V současnosti je výše mezd v podnikatelské sféře stanovena převážně dohodou, a to zejména u malých a středních podniku. Nejen velké podniky mohou mít vypracovány mzdové systémy. Při jejich tvorbě jsou východiskem minimální mzdové tarify a charakteristika pracovních tříd. I v našem případě budeme při stanovování osobních nákladů z těchto tarifů vycházet. Platné minimální mzdové tarify upravuje Nařízení vlády č. 333/1993 Sb., o stanovení minimálních mzdových tarifů a mzdového zvýhodnění za práci ve ztíženém a zdraví škodlivém pracovním prostředí a za práci v noci, ve znění NV č. 514/2005 Sb. Stávající výši minimálních tarifů zobrazuje tabulka č. 2. Tabulka č. 2: Výše minimálních mzdových tarifů od 1. července 2006

http://www.noviny-mpsv.cz/clanek.php?id=929

147

Aktuální charakteristika platových tříd je přílohou již uvedeného nařízení vlády č. 333/1993 Sb., ve znění 514/2005 Sb. [18]

1. tarifní stupeň Práce sestávající z jednoznačných opakujících se pracovních operací konané s jednotlivými předměty, jednoduchými pomůckami a ručními nástroji (úklid, mytí) bez vazeb na další procesy a činnosti, jednotlivé manipulační operace s jednotlivými kusy a předměty malé hmotnosti (do 5 kg) v příznivých vnějších podmínkách. Odpovědnost za snadno odstranitelné škody, které mohou vzniknout vlastní činností. Běžné nároky na smyslové funkce. Běžná zátěž nervové soustavy a běžné nároky na soustředěnost, pohotovost a emocionální stabilitu. Práce bez rizika pracovního úrazu. Příklady prací 1. Kontrola příchodu a odchodu zaměstnanců a dalších osob, příjezdů a odjezdů vozidel, výdej klíčů. 2. Provádění běžného úklidu, výměna prádla, vynášení odpadků, provádění dezinfekce, čištění koberců elektrickým vysavačem. 3. Přípravné a dílčí práce v obchodním provozu včetně ruční přepravy zboží. 4. Ruční manipulace se zbožím, výrobky, materiálem, obaly a surovinami do 5 kg hmotnosti s případným využitím jednoduchých mechanizačních prostředků. 5. Doručování různých druhů zásilek.

2. tarifní stupeň Práce stejného druhu konané podle přesného zadání a s přesně vymezenými výstupy, s malou možností odchylky od stanoveného postupu a s rámcovými návaznostmi. Předmětem práce je více prvků tvořících celek nebo celky a sestavy s logickým (účelovým) uspořádáním bez vazeb. Provádění dalších úkonů, které jsou součástí širších procesů. S prací je spojena odpovědnost za bezpečnost spolupracovníků v rámci jednoho kolektivu. Dlouhodobé a jednostranné zatížení drobných svalových skupin (prstů, zápěstí, předloktí, celých paží), při pracovní poloze vsedě nebo ve stoje, vnuceném pracovním rytmu a při mírně zhoršených (např. klimatických) vnějších podmínkách. Práce v prostředí s určitým specifickým vlivem na nervovou soustavu, například stejnorodé pracovní operace opakující se v rychlém sledu (monotónně). Práce s případným (ojedinělým) rizikem pracovního úrazu. Příklady prací 1. Provádění komplexního těžkého úklidu po malířích s případným použitím různých mechanizačních úklidových strojů nebo úklidu velkých ploch s použitím samohybných mechanizmů. 2. Řízení a běžná údržba akumulátorových vozíků s provozem mimo veřejné komunikace včetně manipulace s náklady. 3. Ruční manipulace s hmotami, materiály, polotovary a výrobky nebo zbožím o hmotnosti od 5 kg do 15 kg. 4. Ruční fyzicky namáhavé práce v zemědělství, obsluha jednoduchých závěsných zařízení, manipulační práce u zemědělských strojů. 5. Zapisování, příjem, výdej a třídění omezeného počtu sourodých položek, vedení jednoduchých evidencí, výkazů a seznamů.

3. tarifní stupeň Stejnorodé práce s rámcovým zadáním a s přesně vymezenými výstupy, s větší možností volby jiného postupu a s rámcovými návaznostmi na další procesy (dále jen "dílčí odborné práce"), například jednoduchá obsluha pracovních strojů, skladování, expedice, technickoadministrativní činnosti, příprava podkladů k odborným pracím, jednoduché ošetřovatelské úkony. Předmětem práce jsou celky a sestavy několika jednotlivých prvků s logickým (účelovým) uspořádáním s dílčími vazbami na jiné celky (sestavy), například s penězi, závaznými doklady, složitými tabulkami. Práce předpokládají jednoduché pracovní vztahy v rámci odboru (oddělení), provozu, střediska nebo jiného organizačního celku nebo v rámci skladu, obchodní nebo jiné provozní jednotky, se zákazníky, pacienty, klienty nebo jednotlivými

148


občany. Dlouhodobé a jednostranné zatížení větších svalových skupin (paží a trupu) v podřepu, vleže nebo kleče při rozdílné hmotnosti předmětů do 50 kg a ve zhoršených podmínkách, např. při zvýšené teplotě, ve výparech, kouři, v těsných prostorech, ve výškách, v podzemí apod. Mírně zvýšené psychické nároky spojené se samostatným řešením skupiny stejnorodých časově ustálených úkonů a pracovních operací podle daných postupů s případným rozhodováním mezi danými, přesně vymezenými možnostmi podle jednoznačného kritéria (výběr nástrojů, postupů), s nutností malého přizpůsobování vnějším podmínkám a s nároky na krátkodobou paměť. Příklady prací 1. Řízení silničních motorových vozidel s celkovou hmotností do 3,5 t. 2. Nabídka a samostatný prodej zboží, přejímka, uskladňování, vystavení a aranžování zboží v prodejně, inkaso nebo vystavení dokladů pro pokladnu. 3. Obsluha teplovodního nebo horkovodního kotle systému ústředního vytápění o výkonu kotle do 5,8 MW nebo nízkotlakého parního kotle o jmenovitém výkonu do 8 t/h. 4. Obsluha čistírny odpadních vod včetně čištění odpadních jímek. 5. Ruční přesun hmot, polotovarů a výrobků o hmotnosti do 50 kg. 6. Samostatná kvantitativní, případně kvalitativní přejímka zboží, výrobků, materiálů a surovin, obsluha skladovacích mechanizmů s využitím výpočetní techniky, kompletace pro odběratele a expedice. 7. Skladování tuhých komunálních odpadů na skládkách včetně inkasa poplatků. 8. Řízení, obsluha a běžná údržba lopatkových rypadel do 2 m3. 9. Strojní i ruční obrábění materiálů v dílenské toleranci IT 10 a vyšší s funkčním požadavkem. 10. Poskytování různorodých informací, informačních a jiných písemností a materiálů podle obecně daných postupů.

4. tarifní stupeň Dílčí odborné práce vykonávané s mnoha vzájemně provázanými prvky, které jsou součástí určitého systému, například pořizování jednoduché technické dokumentace, příprava, příp. jednoduché zpracování ekonomických, obchodních, výrobních a provozních dokladů, evidencí a jiné dokumentace, běžné opravy a údržba složitých strojů a zařízení, řízení jednoduchých technologických procesů, ošetřovatelská činnost pod odborným dohledem, jednoduché odborné pěstitelské a chovatelské práce, příprava hlavních jídel. Usměrňování jednoduchých rutinních a manipulačních prací nebo procesů v proměnlivých skupinách, týmech a jiných nestálých organizačních celcích a bez organické podřízenosti skupiny zaměstnanců spojené s odpovědností za škody, které nelze odstranit vlastními silami a v krátké době. Zvýšené psychické nároky vyplývající ze samostatného řešení úkolů, kde jsou převážně zastoupeny konkrétní jevy a procesy různorodějšího charakteru s menší časovou proměnlivostí, z nutnosti provádění určitých dílčích běžných změn ve stanoveném postupu v důsledku působení vnějších podmínek podle jednoznačně stanovených několika kritérií a s nároky na dlouhodobější paměť, dílčí představivost a předvídavost, schopnost srovnávání, pozornost a operativnost. Přesné rozlišování drobných detailů, odstínů jednotlivých barev, zraková kontrola kvality (např. povrchu), výskytu závad apod. na pohybujících se předmětech (kontrola kvality předmětů). Značně zvýšené nároky na hloubkové vidění, značně zvýšené nároky na okohybné svaly, sledování zrakových informací se složitějším způsobem kódování, přesné rozlišování sluchových informací (různé významy frekvencí apod.). Dlouhodobé, jednostranné a nadměrné zatížení svalových skupin pracemi vykonávanými v nefyziologických polohách, při špatných úchopových možnostech, s rizikem pádu a za trvale zhoršených podmínek. Příklady prací 1. Řízení silničních motorových vozidel o celkové hmotnosti od 3,5 t do 12 t. 2. Samostatný prodej zboží nebo služeb vyžadující speciální odborné znalosti, samostatné vyřizování reklamací. 3. Obsluha provozu parního kotle o jmenovitém nebo přepočteném výkonu do 60 t/h nebo horkovodního kotle o jmenovitém nebo přepočteném výkonu do 35 MW. 4. Strojní i ruční obrábění materiálů v toleranci IT 8 až IT 10 bez dalších zvláštních požadavků. 5. Tavení litiny v klasických kuplovnách o průměru nístěje do 1 150 mm.

149

6. Tryskání odlitků v uzavřené komoře v ochranném oděvu. 7. Údržbářské práce elektro, strojního nebo stavebního charakteru, truhlářské, lakýrnické, malířské, instalatérské a údržbářské práce včetně provedení méně náročných oprav. 8. Opravy elektrických instalací v průmyslových objektech a občanské vybavenosti. 9. Pokladní manipulace s peněžní hotovostí. 10. Samostatné práce na počítačích v prostředí databázových systémů, tabulkových procesorů, textových editorů apod.

5. tarifní stupeň Různorodé, rámcově vymezené práce se zadáním podle obvyklých postupů, se stanovenými výstupy, postupy a značnými vazbami na další procesy (dále jen "odborné práce"), které se provádějí s ucelenými systémy složenými z mnoha prvků s dílčími vazbami na malý okruh dalších systémů, například řízení a koordinace jednoduchých pracovních nebo technologických úseků (čistění, manipulace, nakládka), odborné práce na konvenčních obráběcích strojích, nastavování parametrů a opravy složitých dopravních prostředků, pracovních a jiných strojů, příprava speciálních pokrmů, práce na přesných měřicích zařízeních, vedení jednotlivých účtů, příprava dokladů v rámci odborných agend, zpracovávání technických podkladů, zajišťování provozuschopnosti jednoduchých provozních a výrobních zařízení, zajišťování dílčích agend. Koordinace prací v proměnlivých skupinách, týmech a jiných nestálých organizačních celcích. Odpovědnost za zdraví dalších osob nebo za škody odstranitelné pouze skupinou dalších zaměstnanců nebo za škody osob jednajících na základě chybných příkazů nebo opatření odstranitelné za delší období. Zvýšené psychické nároky vyplývající ze samostatného řešení úkolů s různorodými konkrétními jevy a procesy s větší časovou proměnlivostí nebo z nutnosti provádění určitých běžných změn ve stanoveném postupu. Značná zraková náročnost a značně zvýšené nároky na hloubkové vidění, na okohybné svaly, sledování zrakových informací se složitějším způsobem kódování. Značná zátěž velkých svalových skupin, výkon prací v nefyziologických polohách, v podřepu, vleže nebo kleče, včetně případného používání celotělových ochranných oděvů. Příklady prací 1. Strojní i ruční obrábění materiálu v toleranci nižší než IT 8 bez dalších zvláštních požadavků. 2. Svařování ocelí jakostních tříd 15 a 17 s požadavkem kontroly svaru RTG nebo ultrazvukem. 3. Zjišťování poruch, opravy a seřizování agregátů plynového topení. 4. Řízení, údržba a opravy silničních motorových vozidel s více než 9 místy k sezení včetně řidiče nebo vozidel o celkové hmotnosti nad 12 t. 5. Zajišťování příjmu, uložení a výdeje ve skladech. Inventarizace majetku. 6. Zajišťování oprav, údržby a uvádění do provozu jednoduchých strojních, dopravních, mechanizačních a jiných technických a provozních zařízení včetně zajišťování servisních činností nebo organizace provozu.

6. tarifní stupeň Zajišťování širšího souboru prací s rámcově stanovenými vstupy a způsobem vykonávání a vymezenými výstupy, které jsou organickou součástí širších procesů (dále jen "odborné specializované práce"), například specializované nebo umělecké řemeslné práce, instruktáž, výcvik, zajišťování činnosti obchodního úseku s úzkým sortimentem a méně položkami, dílčí části odborných agend, prováděcí analýza, oživování elektronických systémů strojů, činnost středních zdravotnických zaměstnanců pod odborným dohledem. Práce se konají v rámci komplexních systémů s vnitřním členěním na ucelené subsystémy s úzkými vazbami na další systémy s vnitřním členěním i mimo rámec organizace, například zajišťování činnosti lokální počítačové sítě, vyučování v rekvalifikačním kurzu, správa souboru technických, provozních a jiných zařízení, pomůcek, nástrojů a postupů. Zvýšená psychická námaha vyplývající ze samostatného řešení úkolů, kde jsou rovnoměrně zastoupeny konkrétní a abstraktní jevy a procesy různorodého charakteru a proměnlivé v čase, z nároků na operativnost, aplikační schopnosti a přizpůsobivost různým podmínkám, na logické myšlení a určitou představivost, s nutností provádět a rozhodovat o změnách podle rozhodovacích kritérií různé povahy (příp. i rozporných) z několika variant.

150


Vysoké nároky na identifikaci velmi malých detailů, znaků nebo jiných zrakově důležitých informací s často se vyskytujícími změnami a obtížně rozlišitelnými na pozadí (malé kontrasty) nebo s výskytem různých kontrastů a jasů. Nároky na rozlišování tónových charakteristik (hudebníci, ladiči) a zvýšené nároky na vestibulární aparát. Při výkonu prací se předpokládá dlouhodobé, jednostranné a nadměrné zatížení velkých svalových skupin, např. trupu v kombinaci s pažemi nebo drobnými svalovými skupinami spojené s častou změnou pracovního místa, výkon prací v trvale nefyziologických polohách těla a pod trvalým vlivem podmínek, které značně zvyšují fyzickou zátěž. Příklady prací 1. Samostatné laboratorní práce ve výzkumných laboratořích včetně dokumentace, provádění analýz nestandardních látek na nejsložitějších přístrojích. 2. Řízení, obsluha a seřizování samojízdných strojů a zařízení a kombinovaných sklízečů pro sklizeň píce, slámy, technických plodin, okopanin, zeleniny apod. 3. Obrábění na konvenčních soustruzích včetně svislých, revolverových a vodorovných vyvrtávačkách v přesnosti IT 5. 4. Řezání vnějších vícechodých tvarových závitů o délce do 500 mm. 5. Vystružování děr v přesnosti IT 7 a vyšší při obrábění čtyř a více průměrů a obrábění ve čtyřech a více polohách. 6. Kontrola motorových vozidel po opravě nebo diagnostika závad a testování motorů a elektrického a elektronického příslušenství vozidel včetně odstranění závad. 7. Zmáhání dlouhých důlních děl se stupněm zaboření více než 1/3 profilu nebo zmáhání křížů, ochozů a ostatních velkoprostorových důlních děl. 8. Provádění souhrnných odborných prací podle stanovených postupů, například v personální agendě, účetních prací za skupiny účtů, zajišťování realizace nákupu a prodeje jednotlivých dodávek nebo zakázek včetně vyřizování reklamací nebo řízení rozsáhlé expedice. 9. Provádění dílčích odborných technických agend nebo provádění odborných provozních a technických prací, například kontrola realizace investic, provádění vstupní, mezioperační a výstupní kontroly kvality, řízení a usměrňování obslužných a pomocných výrob a provozů, zajišťování provozuschopnosti a správy jednodušších technických a technologických zařízení a staveb.

7. tarifní stupeň Složité odborné specializované práce, například specializované umělecké práce, plánování, rozpočtování, bilanční činnost, majetková správa, technický dozor a revize, účtování, kalkulace, normování, normalizace, obrana, kontrola, zajišťování ucelených odborných ekonomických, obchodních, provozních, technických a jiných agend, specializovaná ošetřovatelská činnost, zajišťování účetního systému organizační jednotky, účetního úseku (provozního, materiálového, honorářového), zajišťování úvěru, zajišťování zásobování, výchovná zájmová mimoškolní činnost, vychovatelská činnost, pilotování (mimo pravidelný letecký provoz). Předmětem práce je komplexní samostatný systém složený z několika dalších sourodých celků, například rozsáhlý systém nákupu nebo prodeje, personální úsek, pružná provozní (výrobní) zařízení, soubor složitých technických, provozních a jiných zdravotnických zařízení, pomůcek, nástrojů a postupů (ošetřovatelský systém sestry), konkrétní vyučovací látka s danými pedagogickými postupy (učební obor), biologická laboratoř, počítačová síť (LAN), redakční kartografický systém (tématické mapy). Pracovní vztahy mezi právními subjekty. Řízení, koordinace a usměrňování odborných prací. Psychická námaha vyplývající ze samostatného řešení soustavy úkolů, kde jsou spíše zastoupeny abstraktní jevy a procesy, s nároky na poznávání, chápání a interpretaci jevů a procesů a s nutností provádět a rozhodovat o změnách z několika variant postupů podle více rozhodovacích kritérií a s ohledem na možné důsledky a při plném respektování vnějších podmínek, s vysokými nároky na paměť, flexibilitu, schopnosti analýzy, syntézy a dílčího zobecňování, dedukce a obecného srovnávání. Práce v prostorech se zvláštními podmínkami a režimem osvětlení, práce v temných komorách (používání elektronových mikroskopů, radarových obrazovek, osciloskopů apod.). Vysoké nároky na vestibulární aparát (práce v kesonech) a v pracovním nebo společenském prostředí předpokládající vysoké nároky na soustředěnost, pohotovost a emocionální stabilitu v souvislosti s plněním úkolů v nejnáročnějších

151

časových a prostorových souvislostech a s vysokou odpovědností mimořádně zatěžující nervovou soustavu. Případná značná rizika pracovního úrazu spojená s pracemi na pracovištích, kde i přes provedená zábranná opatření dochází k častým pracovním úrazům, které jsou ve svém důsledku častou příčinou velmi vážného a trvalého poškození zdraví včetně výskytu smrtelných úrazů. Příklady prací 1. Zhotovování prototypů výrobků. 2. Řízení zkoušek a oživování prototypových nejsložitějších systémů do provozu. 3. Provádění oprav číslicových řídicích systémů. 4. Řízení procesu výroby ocelí různých jakostních tříd v ocelářských pecích (např. typu MB nebo v konvertorech) a kontrola technického stavu zařízení. 5. Broušení čtyř a více ploch na rovinných bruskách v přesnosti IT 5 s výkresovým požadavkem dodržování rovinnosti, rovnoběžnosti nebo úhlové přesnosti. 6. Frézování ozubení spirálově do šípu kuželových ozubených kol ve stupni přesnosti 5. 7. Zajišťování ucelených úseků personální a mzdové agendy za skupiny zaměstnanců. 8. Zajišťování správy rozsáhlého majetku. 9. Zajišťování bezpečnosti práce v rizikovém pracovním prostředí. 10. Zajišťování zásobování a odbytu včetně provádění prací při průzkumu trhu. 11. Zpracování projektových podkladů jednodušších sestav a konstrukčních řešení jednoduchých výrobků včetně stanovení technických podmínek. 12. Stanovování technologických postupů podle rámcových pokynů nebo standardních postupů. 13. Příprava nebo realizace investic menšího rozsahu nebo dílčích částí velkých investic. 14. Řízení odborných prací na vymezeném technologickém výrobním nebo provozním úseku (mistr, dispečer).

8. tarifní stupeň Zajišťování komplexu činností s obecně vymezenými vstupy, rámcově stanovenými výstupy, značnou variantností způsobu řešení a postupů a specifickými vazbami na široký okruh procesů (dále jen "systémové práce"), například provozní systémová činnost, oceňování, financování, odměňování, vzdělávání, audit, interpretace (uměleckého díla), obchodní činnost, technické činnosti, diagnostika, příprava a realizace investic. Předmětem práce jsou komplexní systémy složené ze samostatných různorodých dílčích systémů se zásadními určujícími vnitřními a vnějšími vazbami, například rozsáhlý personální systém, který se člení na organizačně samostatné úseky (oddělení), správní celopodnikový systém, který není hlavním předmětem činnosti organizace, investice nebo majetek (se stavební a technologickou částí). Provádění složitých odborných specializovaných prací, kde je předmětem činnosti složitý, komplexní a samostatný systém složený z dalších celků, například ekonomický celopodnikový systém malé organizace, složitý účetní systém, který se člení na samostatné účetní úseky (účtárny). Řízení, koordinace a usměrňování odborných specializovaných prací. Odpovědnost za neodstranitelné a nenahraditelné škody, které mohou vzniknout vlastní činností, nebo za škody, které mohou vzniknout jednáním široké skupiny pracovníků mimo organizaci, v důsledku chybného rozhodnutí, příkazu nebo opatření, odstranitelné pouze za pomoci širokého kolektivu pracovníků (i mimo organizaci) za velmi dlouhé období. Odpovědnost za škody s negativními dopady na jednání širokých skupin osob, které nemají možnost jiné volby (postupují podle obecně závazného předpisu). Příklady prací 1. Komplexní správa (technická správa) značně rozsáhlých majetkových souborů. 2. Zajišťování vnějších vztahů organizace. 3. Komplexní zajišťování účetnictví v organizaci, daňové nebo cenové agendy anebo souhrnných činností ve finanční agendě. 4. Zajišťování obchodní agendy organizace, zásobování a odbytu včetně průzkumu a vyhodnocování trhu. 5. Zajišťování správy lokálních počítačových sítí, ochrany, údržby a aktualizace složitých databází, odborné práce při zavádění a aplikaci počítačových systémů.

152


6. Samostatná řešení projektových úkolů méně složitých objektů nebo jednodušších ucelených částí staveb a konstrukčních řešení modelů, tvarů a vzorů výrobků nebo částí souborů a celků. 7. Samostatné zajišťování technologické přípravy ucelených výrob nebo provozů. 8. Řízení odborných specializovaných prací na vymezeném technologickém, výrobním nebo provozním úseku (mistr, dispečer). 9. Zajišťování požadované úrovně kvality (jakosti).

9. tarifní stupeň Složité systémové práce, dílčí metodické a koncepční práce, například komplexní zajišťování nejsložitějších úseků a agend, marketing, komplexní obchodní činnost, příprava a realizace investic, optimalizace uspořádání, právní činnost, vzdělávání, audit, konzultační a poradenská činnost. Předmětem práce jsou dílčí obory činností se širokou působností, například celopodnikové systémy jako ekonomický, obchodní, provozní, výrobní, správní nebo jiné soubory komplexních různorodých systémů nebo jinak složité systémy. S výkonem prací je spojena značná psychická námaha vyplývající z velké složitosti poznávacích procesů a vyššího stupně abstraktního myšlení, z požadavků na představivost, generalizaci a z nutnosti rozhodování mezi značným počtem možných postupů podle různých kritérií nebo rozhodování o použití kritérií rozhodování, z vysokého stupně abstraktnosti užívaných jevů a ze značné míry jejich kombinovatelnosti a proměnlivosti. Příklady prací 1. Stanovování programů rozvoje firemních soustav a systémů, například personálního, finanční nebo obchodní politiky a marketingu. 2. Komplexní zajišťování právní agendy. 3. Práce s technickými a programovacími prostředky osobních počítačů. Zajišťování správy jednotlivých aplikací systémů výpočetní techniky včetně metodického usměrňování uživatelů více systémů výpočetní techniky. Navrhování databází a zajišťování jejich ochrany a údržby. Zajišťování správy sítí. 4. Zpracovávání projektů stavebních a technologických částí. Navrhování architektonických a urbanistických řešení. 5. Navrhování složitých konstrukčních řešení, například strojů a zařízení řízených elektronickými systémy. 6. Komplexní technologická příprava výrob a provozů. 7. Řízení složitých odborných specializovaných prací na vymezeném technologickém výrobním nebo provozním úseku (mistr, dispečer). Řízení a koordinace systémových prací. 8. Komplexní usměrňování redaktorských prací. 9. Výchova a vzdělávání žáků základní školy.

10. tarifní stupeň Komplex systémových činností s variantními obecnými vstupy, rámcově stanovenými výstupy a předem nespecifikovanými způsoby a postupy se širokými vazbami na další procesy (dále jen "systémové specializované práce"), například analytická činnost, metodická činnost, projektová činnost, tvůrčí umělecká interpretace, diagnostická, preventivní a léčebná činnost, vzdělávací, výchovná, vědecká, výzkumná, vývojová, umělecká a další tvůrčí činnost na vysoké škole, nejnáročnější právní činnost, mezinárodní právní činnost. Předmětem práce jsou nejsložitější komplexní technické a technologické systémy, složitý technicko provozní systém složený ze subsystémů a s rozsáhlými vnějšími a vnitřními vazbami, obor vědeckovýzkumné nebo umělecké disciplíny, hudebně dramatické dílo, látka vysokoškolského studia, počítačový víceoborový systém (inženýrský, komunikační, informační, vědeckotechnický, grafický apod.), s mimořádným objemem dat a nejnáročnějšími způsoby jejich zpracování a přenosu. Práce předpokládají pracovní vztahy s proměnlivými skupinami právních subjektů na celostátní a mezinárodní úrovni. Řízení, komplexní koordinace a usměrňování systémových prací. Vysoká psychická námaha vyplývající z vysokých nároků na tvůrčí myšlení, objevování nových postupů a způsobů. Přenos a aplikace metod a způsobů z jiných odvětví a oblastí. Prostor a volnost pro rozhodování v rámci značně kombinovatelných spíše abstraktních a různorodých jevů a procesů z různých odvětví a oborů.

153

Příklady prací 1. Právní činnost ve složitých případech, například podle mezinárodního práva nebo práva cizí země. 2. Stanovování finanční, personální, obchodní a jiné strategie organizace. 3. Vývoj, hodnocení a stanovování nejúčinnějších programovacích prostředků. Komplexní správa nejsložitějších operačních systémů, aplikací, databází a sítí výpočetní techniky. 4. Tvůrčí řešení konstrukcí a technologické přípravy nejsložitějších výrob a provozů. 5. Projektování rozsáhlých a složitých investičních celků, jejich stavební i technologické části. 6. Řízení a koordinace složitých systémových a dílčích metodických a koncepčních prací.

11. tarifní stupeň Činnosti s nespecifikovanými vstupy, způsoby řešení a velmi rámcově vymezenými výstupy s velmi širokými vazbami na další procesy, tvůrčí rozvojová a koncepční činnost, systémová koordinace, například hodnotové řízení, výzkum, vývoj, nejsložitější vývojová koncepční projektová a architektonická činnost, nejsložitější diagnostická, preventivní a léčebná činnost, vrcholná tvůrčí umělecká činnost (dále jen "tvůrčí systémové práce"). Předmětem práce jsou nejsložitější systémy nebo soubor oborů činnosti s dopadem na široké skupiny obyvatelstva. Nejsložitější systémové specializované práce, jejichž předmětem jsou výzkumné, vývojové a vědecké obory, umělecké disciplíny, včetně jejich případného řízení, koordinace a usměrňování. Práce mají širokou (celostátní, příp. zahraniční) působnost. Odpovědnost za neodstranitelné škody, které mohou vzniknout v důsledku chybného rozhodnutí, příkazu nebo opatření činností široké skupiny osob, organizací nebo dalších subjektů. Odpovědnost za škody s negativními dopady na jednání na mezinárodní úrovni. Příklady prací 1. Řízení a koordinace systémových specializovaných prací. 2. Stanovování zaměření a způsobů realizace podnikatelské filozofie organizace zásad tvorby marketingových strategií a tvorby a používání marketingových nástrojů. 3. Projektování nových nebo zásadních úprav stávajících počítačových systémů, například operačních, multimediálních, pro řízení báze dat, komunikačních a informačních. Navrhování nových aplikací, například vědeckých, vědeckovýzkumných, technických, inženýrských, informačních. 4. Tvůrčí řešení vědeckých, výzkumných a vývojových úkolů nebo tvůrčí aplikace výsledků základního výzkumu. Tvůrčí činnosti v oblasti umění spojené s rozvíjením poznávacích a tvořivých schopností studentů a absolventů vysokých škol, organizování a vedení jejich účasti na výzkumu včetně přednášení a vedení přednášek.

12. tarifní stupeň Nejsložitější tvůrčí systémové práce a činnosti s nespecifikovanými vstupy, způsobem řešení i výstupy s možnými vazbami na celé spektrum dalších činností, kde jsou předmětem jednotlivé vědní obory a disciplíny a jiné nejširší a nejnáročnější systémy. Velmi vysoká psychická námaha vyplývající z vysokých nároků na převážně tvůrčí myšlení ve vysoce abstraktní rovině při značné variabilitě a kombinovatelnosti procesů a jevů a na schopnosti nekonvenčního systémového nazírání v nejširších souvislostech. Při výkonu prací nejsou stanoveny ani známy limitující podmínky a rozhodování vychází pouze z velmi obecných hypotéz. Plnění hledisek složitosti, odpovědnosti a namáhavosti práce uvedených v nižších tarifních stupních se předpokládá i v tarifních stupních vyšších, pokud se u těchto druhů prací vyskytují. Tarifní mzda pracovníka může být zvýšena o tzv. nadtarifní složku, kterou vedoucí pracovník oceňuje individuální přístup pracovníka k plnění pracovních povinností a plnění zadaných úkolů organizační jednotkou jako celku. Ve výrobních podnicích se nadtarifní složka označuje jako prémie. Plní-li pracovník úkoly nad rámec pracovních povinností, může udělit manažer odměnu. Manažer by měl při odměňování pracovníků usilovat jednak o motivaci pracovníků a jednak o optimalizaci nákladů. Na konečnou podobu mezd má vliv i řada dalších faktorů (např. trh práce, průměrná výše mezd, region).

154


V 2. čtvrtletí 2006 činila průměrná hrubá měsíční nominální mzda 20 036 Kč, což je meziročně o 6,9 % více, reálná mzda vzrostla o 3,9 %. V podnikatelské sféře se průměrná mzda zvýšila o 7,1 %, v nepodnikatelské sféře o 6,0 %. [19] Mzda pracovníka je východiskem pro výpočet výše zdravotního a sociálního pojištění. Výše zdravotního pojištění je 13,5 % z vyměřovacího základu. Pro zaměstnance je vyměřovacím základem hrubá mzda, z níž zaměstnavatel strhává 4,5 %, dalších 9 % připlácí jako vedlejší náklad práce k hrubé mzdě. Výše pojistného je upraveno zákonem č. 48/1997 Sb., o veřejném zdravotním pojištění a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů. Zákon č. 589/1992 Sb., o pojistném na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti, ve znění pozdějších předpisů upravuje problematiku sociálního pojištění. Sazby pojistného z vyměřovacího základu činí u organizace a malé organizace 26 %, z toho 3,3 % na nemocenské pojištění, 21,5 % na důchodové pojištění a 1,2 % na státní politiku zaměstnanosti. Pro úplnost dodáváme, že pojištění u zaměstnanců je 8 %, z toho 1,1 % na nemocenské pojištění, 6,5 % na důchodové pojištění a 0,4 % na státní politiku zaměstnanosti. Nákladové položky týkající se pracovníků, které byly popsány výše v textu, zbývá popsat pomocí vztahů. Prvním vztah vyjadřuje mzdové náklady.

N Mzi = N MT + N P + N OD [Kč]

(19)

kde: NMzi – mzdové náklady i-tého pracovníka [Kč] NMT – tarifní mzda [Kč] NMT – nadtarifní složka mzdy (prémie) [Kč] NOD – odměna [Kč] Osobní náklady i-tého pracovníka jsou kromě mzdových náklady tvořeny zdravotním a sociálním pojištěním a dále pak sociálními náklady, které konkrétní pracovník pobírat. Osobní náklady vyjadřájeme:

N ONi = N Mzi + N Mzi ⋅ s zp + N Mzi ⋅ s sp + N Si [Kč]

(20)

kde: NONi – osobní náklady i-tého pracovníka [Kč] NMzi – mzdové náklady i-tého pracovníka [Kč] szp – sazba zdravotního pojištění [%] ssp – sazba sociálního pojištění [%] NSi – sociální náklady i-tého pracovníka [Kč] Celkové osobní náklady jsou pak dány součtem osobních nákladů jednotlivých pracovníků.

N ON =

m

∑N i =1

ONi

[Kč]

(21)

kde: NONi – osobní náklady i-tého pracovníka [Kč] m – počet pracovníků Realizace výrobního procesu nespotřebovává pouze uvedené náklady. Kromě uvedených se jedná ještě o náklady za služby, cestovné, poplatky aj. Tyto náklady podrobně rozebírat nebudeme a zahrneme je všechny do položky náklady ostatní No. Celkové náklady tak lze vyjádřit následovně:

N = Nod + Nvz + N ON + N O [Kč]

(22)

kde: NOd – odpisy celkem [Kč]

155

Nvz – náklady za spotřebované výrobní zásoby [Kč] NON – celkové osobní náklady [Kč] NO – ostatní náklady [Kč] Výsledný vztah popisující celkové náklady z hlediska druhového třídění nákladů je vlastně základním abstraktním nákladovým modelem. Dosazením výše uvedených vztahů bychom model dále upřesnili. Jakmile je abstraktní model vytvořen, nezbývá než ekonomický model zapsat pomocí programovacího jazyka a vytvořit model simulační. Jeho tvorba bude náplní další práce. Nejprve budeme model vytvářet v prostředí tabulkového kalkulátoru. Naší ambicí je rovněž vytvořit funkční simulační model i pomocí softwarového produktu Powersim Studio 2003.

156


ad c)

Úprava důlních vod

Věcná stránka řešení je směrována na doplnění technologie úpravy důlních vod lomového podniku s cílem získání vody s kvalitativními parametry umožňující komerční využití. Vyjděme proto z podrobnějšího popisu stávající technologie úpravy důlních vod v podmínkách lomového dobývání uhlí, tedy z popisu výchozího stavu. Předmětem popisu je úpravna důlních vod sloužící k úpravě vod z lomu Jan Šverma a lomu ČSA (dále ÚDV ČSA-JŠ). Na vlastní úpravnu jsou surové důlní vody čerpány z hlavních čerpacích stanic umístěných v těchto lokalitách. Výpustný recipient tvoří řeka Bílina a ve zvláštních specifikovaných případech Hutní potok. Úpravna důlních vod zabezpečuje vyčištění důlních vod tak, aby bylo zajištěno dodržení platných emisních limitů ve vypouštěných důlních vodách, zejména v ukazatelích mangan, nerozpuštěné látky a železo. Předpokládaný objem vypouštěných vod je zhruba 2 500 000 m3 za rok, což však závisí na ročním úhrnu dešťových srážek.

Princip úpravy vody Principem úpravy důlní vody je oxidace vzdušným kyslíkem nebo manganistanem draselným, úprava pH suspenzí vápenného mléka, flokulace a sedimentace. Oxidací dochází ke změně mocenství odstraňovaných kationů (Fe2+ → Fe3+, Mn2+ → Mn4+), tyto kationy následně přecházejí na velmi málo rozpustné hydroxidy a ve formě sraženiny jsou společně s dalšími nerozpuštěnými látkami přítomnými v důlní vodě flokulovány a separovány sedimentací. Jedná se o fyzikálně-chemický postup skládající se z těchto postupných kroků: • Akumulace a čerpání důlních vod • Úprava pH (alkalizace) vápenným mlékem • Oxidace vzdušným kyslíkem nebo manganistanem draselným • Flokulace (dávkování flokulantu a řízené míchání ve flokulační komoře) • Separace vzniklé sraženiny sedimentací, zahuštění a odvodnění kalu Proces probíhá automaticky podle algoritmů v řídícím systému a na základě hodnot, zadávaných obsluhou. Jednotlivé stroje je možno ovládat buď dálkově z řídícího systému nebo ručně.

1

Přehled a popis objektů úpravy důlních vod

1.1

Vyrovnávací nádrže

Slouží k akumulování důlních vod z lomů ČSA a Jan Šverma. Nádrž VN 1 má kapacitu maximální 100 000 m3 a nádrž VN 2 maximální kapacitu 50 000 m3. Plnění nádrží probíhá přes vtokový-rozdělovací objekt, do kterého jsou zaústěny výtlačné řady z lomu ČSA a výtlačné řady z lomu Jan Šverma. Zařízení umožňuje plnit každou nádrž zvlášť nebo obě najednou. Vzhledem k tomu, že surové vody z HČS lom JŠ v některých obdobích vyhovují předepsaným jakostním ukazatelům, je možno tyto vody samostatně akumulovat (tzn. nemísit je s vodami z lokality ČSA). K tomuto účelu je využita původně slepá odbočka z výtlaku před směšovací komorou u vyrovnávacích nádrží, která byla vybavena elektricky ovládanou uzavírací armaturou a novým potrubím DN 500. Tímto potrubím je možné odvést z HČS lomu JŠ vody do vyrovnávací nádrže VN 2. Vody z vyrovnávací nádrže VN 2 mohou být v případě vyhovující jakosti čerpány samostatným nově osazeným ponorným čerpadlem do výtlačného potrubí ze stávající čerpací stanice v provozní budově, které je zaústěno do obtokového kanálu ÚDV (neprocházejí flokulační komorou, aeračními a dosazovacími nádržemi),jsou odváděny do řeky Bíliny.

1.2

Odběrné objekty

Před stávající odběrné objekty jsou osazena tzv. přepadová hradítka, která určují minimální hladinu ve vyrovnávacích nádržích v případě, že surové důlní vody budou čerpány stávajícími horizontálními čerpadly se sacími koši. Toto opatření omezuje přítok bahna a mechanických nečistot ze dna vyrovnávacích nádrží do prostoru sání čerpadel a následně omezuje ucpávání sacích košů. V případě

157

potřeby úplného vyprázdnění vyrovnávací nádrže se hradítko ručně zvedne a surové důlní vody jsou čerpány pomocí nově osazených kalových čerpadel schopných čerpat i vodu se zvýšeným obsahem mechanických nečistot. Pro případ, kdy budou surové vody z HČS lomu JŠ svou jakostí vyhovovat platnému rozhodnutí a mohou být vypouštěny přímo do Bíliny (viz. výše), je ve vyrovnávací nádrži VN 2 v blízkosti odběrného objektu osazeno ponorné čerpadlo SIGMA GFPP-150. Vypouštěné důlní vody budou minimálně 1x denně nebo častěji dle aktuální situace (např. po přívalovém dešti, visuelně patrným zhoršením kvality vody, apod.) kontrolovány na sledované jakostní ukazatele budˇ pomocí přenosných analytických přístrojů, které má obsluha k dispozici, nebo v laboratoři provozovatele. Rozsah sledování přenosnými přístroji: pH, zákal a z toho nepřímo odvozený údaj o ukazateli NL (105oC), Fe, Mn.

1.3

Původní provozní budova

Zde je umístěna čerpací stanice důlních vod pro jejich čerpání do dalšího stupně čištění, vápenné hospodářství, kalolis s příslušenstvím, provozní místnost (bývalá laboratoř), ve které je umístěn regulační uzel pro automatický odběr vzorků z jednotlivých profilů, analyzátory, dále velín a zázemí pro obsluhu. Nátok vody do kanálu k čerpadlům surové vody je ovládán samostatnými šoupaty z obou nádrží. Čerpací stanice je osazena dvěma vertikálními čerpadly typu SIGMA NHD o výkonu Q = 87,5 l.s-1 a dvěmi ponornými kalovými čerpadly GFPP-150-07-LC-003-N-1504 o minimálním dopravním výkonu Q = 60 l.s-1. Vyjmenovaná čerpadla jsou propojena do společného výtlačného potrubí (ocel, DN 350), které je následně rozděleno do dvojice potrubí (rovněž ocel DN 350) . Obě potrubí jsou osazena průtokoměry . Levý výtlak je určen výhradně pro čerpání surových důlních vod do technologické linky ÚDV, pravý výtlak přednostně pro čerpání do obtokového kanálu (je možno nastavit režim, kdy je současně z VN 2 čerpáno do obtokového kanálu a z VN 1 do technologie), ale je možno jej alternativně použít pro čerpání do technologie (v tomto případě již není možné současné čerpání do technologie a do obtoku). Do výtlačného potrubí vertikálních a kalových čerpadel je dávkováno vápenné mléko. Vápenné mléko je dávkováno výhradně do proudu surové důlní vody procházející technologickou linkou ÚDV, v žádném případě nesmí být dávkováno do proudu vod čerpaného do obtoku.

1.4

Budova dmychadel

Zděná budova sloužící pro umístění dmychadel. Dmychadla slouží jako zdroj vzduchu pro aerační nádrže (1 + 1 ks instalovaná rezerva, dmychadla jsou pravidelně střídána), dále pro provzdušnění hladiny sedimentačních nádrží v případě mrazů.

1.5

Nová provozní budova

V nové provozní budově jsou umístěny dvě dávkovací stanice: • dávkovací stanice flokulantu • dávkovací stanice manganistanu draselného

1.5.1

Dávkovací stanice flokulantu

Slouží k přípravě roztoku flokulantu a k jeho dávkování do proudu důlních vod na vstupu do flokulační komory. Zařízení pracuje automaticky, obsluha periodicky do zásobníku doplňuje sypký flokulant. Dávkování probíhá dle algoritmu zadaného do řídícího systému v závislosti na průtoku upravované důlní vody. Průtok roztoku flokulantu je regulován pomocí frekvenčního měniče ve vztahu k průtoku důlní vody automaticky. Objemová dávka flokulantu (v gramech na m3, nastavuje obsluha) je tedy určena průtokem surové vody (určuje obsluha volbou počtu čerpadel surové důlní vody, případně regulací jejich výkonu) a koncentrací roztoku flokulantu (rovněž nastavuje obsluha).

1.5.2

Dávkovací stanice manganistanu draselného

Slouží k přípravě roztoku manganistanu draselného a k jeho dávkování do aeračních nádrží.Dávkování je ovládáno z ŘS na základě zadaného algoritmu automaticky, určujícím parametrem pro automatické

158


nastavení dávky je koncentrace celkového manganu v surové důlní vodě. ŘS automaticky podle koncentrace Mn v surové vodě a podle koncentrace roztoku manganistanu draselného vypočte objemovou dávku roztoku manganistanu draselného. V algoritmu je jako výchozí zadána velikost dávky manganistanu (gramy manganistanu na gramy manganu v surové důlní vodě) 1 : 1. Tato hodnota je dále korigována koeficientem, jehož velikost zadává obsluha. Je – li hodnota koeficientu 1, platí poměr 1 : 1, v případě hodnoty menší než jedna je poměr dávky manganistanu ve vztahu ke změřené koncentraci Mn v surové důlní vodě menší (např. koeficient 0,7 znamená, že je manganistan dávkován v poměru 0,7 g KmnO4 na 1 g Mn obsaženého ve vstupní surové důlní vodě). Koeficient obsluha nastavuje v rozsahu 0,4 až 3,0. O nutnosti zahájení dávkování a o hodnotě koeficientu rozhodne zodpovědná osoba provozovatele. Obecně platí, že dávkování manganistanu je nutno zahájit v případě, že oxidací v aeračních nádržích za současného dodržení maximální možné hodnoty pH v aeračních nádržích nelze docílit odstranění Mn z důlní vody pod hodnotu 0, 7 mg/l (měřeno provozním analyzátorem Mn). Hodnota 0,7 je nižší, než povolená hodnota na odtoku (1,0 mg/l). Nižší hodnota je zvolena z důvodu možné odchylky provozního měření koncentrace manganu na odtoku od laboratorního akreditovaného měření.

1.6

Flokulační komora

Flokulační komora byla vybudována ze stávajícího dosud nevyužitého prostoru mezi obtokovým kanálem a aeračními nádržemi. Prostor je rozdělen na dvě části, obě jsou osazeny míchadly. Před vstupem do komory je do proudu vody dávkován roztok flokulantu. V první části dojde k rychlému promíchání roztoku flokulantu s proudem chemicky upravené důlní vody, ve druhé ke tvorbě vloček kalu za současného pomalého míchání. Míchadlo ve druhé části flokulační komory je vybaveno frekvenčním měničem pro možnost ruční regulace otáček (otáčky míchadla ovlivňují velikost vloček kalu a tím i jeho sedimentační vlastnosti). Nastavení otáček provede zodpovědná osoba provozovatele, výchozí hodnota je 50 Hz, v případě špatně sedimentujících vloček se hodnota ručně sníží. Minimální hodnota je 30 Hz . Protože nezbytné pomalé míchání produkuje těžké vločky kalu, které zejména při nižších průtocích sedimentují již v části prostoru flokulační komory, byl do druhé části komory instalován přívod tlakového vzduchu, umožňující rozmíchání usazeného kalu. Míchání vzduchem je ovládáno pouze ručně – obsluha dle potřeby (cca 1 x týdně až 1 x denně po dobu cca 10ti minut).

1.7

Rozdělovací objekt

Je upraven a osazen hradítky tak, aby umožňoval usměrnění toku surových důlních vod takto: a) přímo do obtoku b) sériově přes aerační nádrže c) vody z HČS LOM JŠ (z VN 2) do obtoku, vody z HČS LOM ČSA (z VN 1) sériově přes aerační nádrže d) do všech tří aeračních nádrží paralelně Výchozí nastavení je provedeno tak, že surové důlní vody čerpané přes průtokoměr č. 5 procházejí sériově aeračními nádržemi a následně zbývajícími částmi technologické linky. Jedná se o vody z VN 1, případně i VN 2, rozhodující je, že tyto vody nevyhovují ukazatelům určeným příslušným rozhodnutím pro jakost vypouštěných důlních vod. Surové důlní vody čerpané přes průtokoměr č. 6 natékají do obtokového kanálu a neprocházejí technologickou linkou ÚDV, tzn. nejsou upravovány. Rozhodující je, že tyto vody vyhovují ukazatelům určeným příslušným rozhodnutím pro jakost vypouštěných důlních vod a nemusí být nijak upravovány. Volbu způsobu čerpání (přes technologii nebo mimo technologii) provede zodpovědná osoba provozovatele. Z technologického schématu je zřejmé, že je možno současně čerpat vyhovující vody z VN 2 do obtokového kanálu a nevyhovující vody z VN 1 do technologické linky.

159

1.8

Sedimentační nádrže

Slouží k separaci kalu a vyčištěné vody. Vyčištěná voda odtéká přes měrný objekt do odtokové kanalizace, kal je shrabován do kalových kapes a periodicky odtahován do kalových jímek. Sedimentační nádrže jsou vybaveny mostovými shrabováky ovládanými časově. Frekvenci shrabování určuje zodpovědná osoba provozovatele, minimální frekvence je 6 x za 24 hodin. Nátoková hradítka, přes která natéká již „navápněná“ důlní voda z rozdělovacího kanálu mezi aeračními a sedimentačními nádržemi do sedimentačních nádrží byla vyměněna za hradítka ovládaná servopohony a slouží k regulaci nátoku tak, aby nedocházelo k překročení maximální hydraulické kapacity sedimentačních nádrží (40 l.s-1 na jednu nádrž +/- 15 %). V ŘS jsou definovány polohy těchto hradítek pro různé průtoky a podle nastaveného průtoku surových důlních vod dochází k automatickému přestavení polohy hradítek. Dále jsou sedimentační nádrže vybaveny potrubím pro gravitační nebo nucený odtah kalu. Odtah kalu probíhá z každé kalové kapsy zvlášť (tři sedimentační nádrže, 6 kalových kapes), kal gravitačně odtéká do kalové jímky a následně je čerpán do zahušťovací nádrže k dalšímu zpracování.

1.9

Měrný objekt

Je tvořen třemi trojúhelníkovými ostrohrannými měrnými přepady, které jsou osazeny v pravoúhlých betonových kanálech odvádějících vody z jednotlivých sedimentačních nádrží. Výstup z těchto průtokoměrů je zaveden do řídícího systému (okamžitý průtok v l.s-1 a součtový průtok v m3/měsíc). Součtový průtok je v ŘS archivován 1 měsíc zpětně.

1.10 Kalové hospodářství Kalové hospodářství se skládá z kalové jímky, zahušťovací nádrže kalu a zařízení pro odvodnění a odvoz kalu. Kalové hospodářství je s technologickou linkou ÚDV propojeno přepadem kalové vody ze zahušťovací nádrže – odtahovaný kal gravitačně odtéká do kalové jímky (jedná se o dvojici trvale propojených jímek), odkud je průběžně čerpán do zahušťovací nádrže. Zahušťovací nádrž je provozována při stálé hladině dané úrovní přepadu. V této nádrži dochází ke zvýšení koncentrace kalu sedimentací, kalová voda přepadem odtéká do nátokového kanálu před aerační nádrže, tzn. prochází společně se surovou důlní vodou technologií úpravny.

1.11 Vápenné hospodářství Sestává ze dvou zásobníků typu ZC 60 každý o objemu 60 m3 práškového hydrátu. Práškový hydrát je k zásobníkům ZC 60 dopravován po kolejích železničními vozy typu „RAJ“, nebo nákladními auty s výbavou pro přepravu sypkých hmot. Zásobníky jsou vybaveny zařízením k zamezení tvoření nálepů. Jedná se o soustavy vzduchových děl typu VSR BLASTER 20 N ( na každém zásobníku 3 ks ). Zásobu vzduchu pro „Děla“ zajišťuje samostatný kompresor typ „ORLÍK PKS 17“. Ze zásobníků se dopravuje vápenný hydrát pomocí dávkovače vápna DC 151 do dvou mísících nádrží každá o obsahu 20 m3.

2

Provoz objektů úpravny důlních vod

2.1

Akumulace a čerpání důlních vod

Důlní vody z lomů „JŠ“ a „ČSA“ jsou společně, nebo odděleně akumulovány ve vyrovnávacích nádržích VN 1 a VN 2. Nádrže jsou vybaveny stávajícími odběrnými objekty v rámci rekonstrukce upravenými tak, že umožňují buď odběr surové důlní vody ze dna, nebo z profilu 600 mm nade dnem (výška je dána přepadovou hranou ručně ovládaných hradítek). Odběr vody je realizován pomocí 4 ks podávacích čerpadel, a to buď nových ponorných kalových čerpadel Ca-M1, Cb-M1 nebo pomocí stávajících horizontálních čerpadel Cc-M1, Cd-M1 umístěných v provozní budově. Z VN č. 2 je rovněž možné čerpat důlní vodu novým ponorným kalovým čerpadlem M 201 nainstalovaným přímo v této nádrži. Toto čerpadlo slouží výhradně pro čerpání odděleně akumulovaných důlních vod pocházejících z HČS Jan Šverma do obtokového kanálu (v případě vyhovující kvality takto akumulovaných vod). Čerpadlo je umístěno na betonovém soklu (výška soklu 600 mm nade dnem = cca výška sání). Toto umístění čerpadla bylo zvoleno z důvodu zamezení nasátí kalu usazeného na dně vyrovnávací nádrže. Nádrž nelze tímto čerpadlem vyčerpat až do dna, při poklesu vody pod minimální 160


pracovní hladinu (1460 mm nade dnem) ve vyrovnávací nádrži je nutné nádrž vyčerpat pomocí kalových podávacích čerpadel, tzn., že tento podíl vod již nelze čerpat do obtoku. Při běžném provozu jsou hradítka v dolní poloze, tzn. důlní vody jsou odebírány přes přepadovou hranu. Účelem tohoto opatření je omezení průniku mechanických nečistot sunutých po dně nádrže do prostoru sání podávacích čerpadel. Při tomto nastavení je možné používat kterékoliv z podávacích čerpadel. V případě potřeby vyčerpání nádrže do dna přestaví obsluha hradítko do horní polohy. Při tomto nastavení je možné pro čerpání používat pouze nově instalovaná kalová čerpadla Ca-M1 nebo Cb-M1 a je nutné uzavřít ručně ovládané hradítko mezi sacím prostorem nových a stávajících čerpadel. Provoz čerpadel je řízen automaticky z ŘS, případně jsou ovládána ručně. Výkon čerpadel je možno regulovat dvěma způsoby – frekvenčním měničem nebo škrcením pomocí regulačních armatur. Frekvenční měnič reguluje vždy pouze jedno čerpadlo. V provozu mohou být současně maximálně dvě čerpadla. Tyto armatury jsou v základním stavu otevřeny, regulace průtoku škrcením se provádí dálkově z ŘS. Jsou možné tři varianty provozu z hlediska průtoku: • • •

2.2

Jedno čerpadlo na plný výkon Jedno čerpadlo na redukovaný výkon Jedno čerpadlo na plný výkon, druhé na redukovaný tak, aby výsledný součtový průtok činil maximálně 120 l.s-1

Dělení důlních vod podle jejich kvality

Jsou možné dvě alternativy nastavení průtoku důlních vod úpravnou mimo havarijních stavů: A. Vody z obou lomů jsou čerpány do obou vyrovnávacích nádrží bez ohledu na jejich kvalitu, nebo vody z lomu „Jan Šverma“ jsou z části čerpány do Hutního potoka . B. Vody z lomu „Jan Šverma“ jsou čerpány výhradně do VN 2 nebo částečně do Hutního potoka, vody z lomu „ČSA“ výhradně do VN 1. Volbu jednotlivých alternativ provádí provozovatel.

Alternativa A. Vody z obou lomů jsou čerpány do obou vyrovnávacích nádrží bez ohledu na jejich kvalitu a následně procházejí procesem čištění, v tomto případě je nutné, aby čistícím procesem prošel celý objem důlních vod vyčerpaných na ÚDV ČSA-JŠ. Při tomto způsobu je možné pouze částečně odlehčit úpravně čerpáním z HČS JŠ do Hutního potoka (v případě vyhovující kvality). Je nutno vzít v úvahu, že při zanesení VN 2 sloučeninami Mn může docházet k jejich zpětnému rozpouštění do důlní vody. Tato skutečnost může v budoucnu oddálit (do „vypláchnutí“ nádrže) nebo znemožnit přechod na variantu B. bez vyčištění této nádrže.

Alternativa B. Vody z lomu „Jan Šverma“ jsou akumulovány ve VN 2, vody z lomu „ČSA“ ve VN 1. Vody z HČS „JŠ“ budou přímo na této čerpací stanici posuzovány z hlediska jejich kvality a v případě vyhovujících sledovaných parametrů čerpány do Hutního potoka. V případě nevyhovujícího pH a koncentrace Mn jsou čerpány buď do VN 1 (pH nižší než 6,5, Mn vyšší než 1,0 mg.l -1). V případě vyhovujícího pH a koncentrace Mn jsou čerpány buď do VN 2 (pH vyšší než 6,5, Mn nižší než 1,0 mg.l -1) bez ohledu na koncentraci nerozpustných látek a Fe. Vzhledem k objemu a ploše hladiny VN 2 lze reálně předpokládat pokles koncentrace Fe a nerozpustných látek pod stanovený limit přirozenou oxidací Fe a sedimentací (vnos kyslíku hladinou bude po většinu roku dostatečný).

161

Na základě průběžných rozborů vzorků odebíraných z prostoru odběrného objektu VN 2 – vzorkovací místo VM 6 (tzn. na konci nádrže, voda před odběrem prošla celou délkou nádrže) provozovatel (obsluha) rozhodne, zda budou vody čerpány do obtoku nebo nátokového kanálu aeračních nádrží.

Čerpání do Hutního potoka Je společné pro obě varianty. V případě vyhovující kvality a po předchozím souhlasu vodohospodářského orgánu je možno vodu z HČS Jan Šverma do Hutního potoka čerpat stávajícím výtlačným potrubím. Pro tento účel byl na výtlak v budově stávající čerpací stanice osazen průtokoměr a ruční armatury vyměněny za armatury se servopohonem. Nastavení čerpací trasy (ovládání armatur) provádí obsluha místně z ovládacích skříněk. Čerpání je povoleno pouze v případě, že kvalita vod vyhovuje stanoveným limitním ukazatelům, kontrolu provádí obsluha nebo určený zaměstnanec provozovatele pomocí mobilních analytických přístrojů. V průběhu čerpání odebírá obsluha 1 x za 8 hodin vzorek ze vzorkovacího ventilu na výtlačném potrubí a kvalitu čerpané důlní vody kontroluje. Výsledky rozborů zaznamenává do provozního deníku. Současně zaznamenává ( 1 x za směnu) údaj o vyčerpaném množství (odečítá průtokoměr).

2.3

Oxidace kyslíkem nebo manganistanem draselným

Oxidace vzdušným kyslíkem probíhá trvale – do aeračních nádrží je vháněn vzduch prostřednictvím stávajícího jemnobublinného aeračního zařízení. Aerační zařízení musí být v provozu nepřetržitě, pokud jsou čerpány důlní vody. V případě, že účinnost oxidace kyslíkem nestačí pro oxidaci Mn (projeví se koncentrací Mn ve vyčištěné vodě vyšší než 1,0 mg.l-1 při pH 9,0 nebo vyšším v AEN 1), je nutné dávkovat roztok manganistanu draselného v potřebném množství. Oxidace manganistanem se předpokládá především v zimních měsících, kdy pokles teploty důlní vody zhoršuje účinnost odmanganování. Dávku manganistanu nelze paušálně stanovit, obecně platí, že dávka by měla činit maximálně 2,5 mg na 1 mg manganu přítomného v důlní vodě ve formě Mn2+. Optimální dávku je třeba stanovit zkusmo. Při překročení optimální dávky dojde ke zvýšení koncentrace Mn ve vyčištěné vodě. O zvolené dávce roztoku manganistanu, době dávkování a vlivu dávky na koncentraci Mn na odtoku provede technolog záznam do provozního deníku. Výtlak dávkovacích čerpadel manganistanu je zaústěn do všech aeračních nádrží. Při zahájení provozu a současném nárůstu koncentrace Mn ve vyčištěné vodě nad 1,0 mg.l-1 bude roztok manganistanu dávkován v určeném množství do aerační nádrže č. 2, případnou změnu místa zaústění určí zodpovědná osoba provozovatele na základě koncentrace Mn ve vyčištěné vodě. Předpokládá se dávkování do nádrže č. 2 nebo 3, případně do obou současně. Dávkovací čerpadla jsou ovládána zodpovědnou osobou provozovatele (dálkově, nebo místně), jejich chod je blokován minimální hladinou roztoku v zásobních nádržích. Přípravu roztoku manganistanu provádí obsluha ručně. Jsou instalovány dvě zásobní (a rozpouštěcí) nádrže. Po přiblížení aktuální hladiny v nádrži k hladině nastavené jako pracovní minimum řídící systém obsluhu upozorní na nutnost přestavění trasy sání na druhou nádrž. Pokud tak obsluha neučiní, řídící systém po dosažení hladiny pracovního minima čerpadlo vypne a tento zásah oznámí hlášením na monitoru. Po změně nádrže obsluha ve vyprázdněné nádrži připraví novou dávku roztoku.

Příprava zásobního roztoku manganistanu

•

162

Obsluha otevřením solenoidového ventilu zahájí dopouštění vody do příslušné nádrže, po dosažení maximální pracovní hladiny se dopouštění automaticky vypne a zapne se míchadlo. Za chodu míchadla obsluha vsype do nádrže určené množství manganistanu draselného. Množství bude určeno výpočtem na základě objemu dopuštěné vody. Objem dopuštěné vody nebude ve všech případech shodný, neboť prodleva od upozornění na potřebu změny nádrže do skutečně provedené změny nádrže ručním přestavěním trasy sání bude různá. Informaci o množství dopuštěné vody a potřebném množství doplněného manganistanu (stanoví se odměřením objemu a přepočtem podle sypné hmotnosti) získá obsluha z hlášení na monitoru (formou tabulky – aktuální hladina v mm : hmotnost dávky v kg : objem dávky v litrech).


•

Flokulace

Účelem flokulace je „sbalení“ jemných částic sraženiny vzniklých v předchozím stupni a částic obsažených ve vstupní vodě (jíl, apod.) do dobře sedimentujících vloček. K flokulaci dochází působením organického polymerního flokulantu dávkovaného do důlní vody ve formě vodného roztoku. Roztok je řízeným způsobem (podle průtoku vody) dávkován na vstup flokulační komory. Účelem flokulační komory je rychlá homogenizace dávkovaného roztoku flokulantu do objemu protékající důlní vody a následný vznik vloček kalu. Velikost vloček závisí na množství energie, předané mícháním ve druhé části komory. Flokulační komora je rozdělena do dvou částí osazených míchadly. V první části dochází k rychlé homogenizaci, otáčky míchadla jsou konstantní. Ve druhé části dochází ke tvorbě vloček, míchadlo pro tuto část flokulační komory je vybaveno frekvenčním měničem pro regulaci otáček. Zásobní roztok flokulantu je připravován automatickou flokulační stanicí. Obsluha do zásobníku flokulační stanice doplňuje sypký flokulant a pravidelně chod stanice kontroluje, případně mechanicky odstraňuje nálepy flokulantu, zejména v oblasti vyústění dávkovacího šneku. Flokulační stanice je ovládána místním řídícím automatem. Obsluha volí koncentraci připravovaného roztoku flokulantu (je určená dobou chodu dávkovacího šneku v závislosti na měřeném objemu dopouštěné vody). Jako výchozí bude nastavena koncentrace 1 kg.m-3.

2.4

Sedimentace, odtah kalu

Probíhá ve trojici stávajících sedimentačních nádrží. Sedimentací jsou vločky kalu vzniklé v předchozím stupni separovány z vyčištěné důlní vody na ploše dna sedimentačních nádrží a shrabovacím zařízením soustředěny do kalového prostoru (jednotlivých kalových kapes). Sedimentační nádrže jsou osazeny přístroji pro měření kalového rozhraní. Chod shrabovacích zařízení je buď ovládán na základě výšky hladiny kalu nebo časově. V případě, že je řízen výškou kalu a jeho hladina nedosáhne nastavené úrovně do 3 hodin od posledního setření kalu, automaticky se provede stírací cyklus. Z kalového prostoru je kal gravitačně přepouštěn do dvojice navzájem propojených kalových jímek a z nich je čerpán do zahušťovací kalové nádrže a následně odvodňován na stávajících kalolisech. Kal z kalových jímek je odčerpáván kalovými čerpadly (M 303, M 304) ovládanými od hladiny. Hladina je měřena ultrazvukovou sondou, měření hladiny je umístěno pouze v jedné z jímek. Na základě rozdílu výšky hladiny v těchto jímkách oproti hladině v sedimentačních nádržích dochází ke gravitačnímu odtoku kalu z kapes sedimentačních nádrží. Každá z kapes je vybavena samostatným odkalovacím potrubím, osazeným dálkově ovládanými armaturami se servopohony (M 311 až M 316). Odkalování probíhá automaticky, každá kapsa je odkalována jednotlivě, v rámci jednoho odkalovacího cyklu proběhne postupně odkalení všech kapes. Po odkalení poslední kapsy a uzavření příslušné armatury se kalové jímky automaticky odčerpají na minimální pracovní hladinu.

2.5

Zahuštění, uskladnění a odvodnění kalu

Zahušťovací nádrž Má užitný objem 703 m3. Do zahušťovací nádrže je kal čerpán ze dvou kalových studní kalovými čerpadly (M 303, M 304) typu SIGMA 100 GFHU o výkonu Q = 25 l.s-1. Proces sedimentace pevných částí do fáze optimálního zahuštění probíhá asi týden.Čistá, odsazená voda odtéká přepadem zpět do technologického procesu.

Čerpadla pro dopravu kalu Doprava kalu ze zahušťovací nádrže ke kalolisům je zajištěna dvěma vzduchově membránovými čerpadly typu „Blagdon B 50“ (výrobce BLAGDON PUMP LTD.), z nichž jedno slouží jako stoprocentní rezerva. Čerpadla jsou umístěna v prostoru pod zahušťovací nádrží.

163

Filtrace Po uzavření kalolisu je automaticky uvedena do chodu filtrace a čerpání kalu. Plnění kalolisu je řízeno ručně přes plnící ventil, který je nutno otevírat postupně podle hustoty kalu a tlaku na manometru. Hustota kalu je důležitá pro průběh filtrace. Regulace probíhá ručně ovládáním šoupěte v závislosti na vývoji tlaku na manometru. Při rychlém stoupání tlaku na manometru je třeba více přivřít šoupě a přebytečný kal vracet vybudovaným zpětným okruhem do kalových studní. Filtrace probíhá 60 až 180 minut v závislosti na hustotě kalu. Na začátku filtrace je odebírán vzorek kalu pro orientační zjištění podílu sušiny (pevných částí v kalu), jejíž optimální úroveň pro práci kalolisu se pohybuje v hodnotách 1,5 - 4,0 %. Ukončení filtrace je indikováno kontaktním manometrem. Při dosažení nastaveného tlaku uzavře hydraulický ventil vstup kalu do kalolisu.

Profuk Následuje okamžitě po filtraci, trvá krátce (asi 5 sec.) a jeho účelem je odstranit kal z přiváděcího potrubí ke kalolisu.

Sušení Následující operace, která tlakovým vzduchem vysušuje odfiltrovaný kal na 18-22 % sušiny. Nastavení doby sušení je možné upravovat podle potřeby.

Vyprázdnění kalolisu Konečná operace, která začíná rozsvícením kontrolky „FILTR OTEVÍRÁ“. Otevření filtru spíná automatické rozřazování filtračních desek a plachetek. Dále uvádí do chodu pásové dopravníky, kterými je filtrovaný kal dopravován do LH-vozů. Filtrát se vrací zpět do nátokového kanálu surové vody. Každou uvedenou operaci lze provádět ručně pomocí příslušných spínačů a případně je opakovat. Zastavení operace se provede tlačítkem „STOP“ na ovládacích skříních.

2.6

Odběr vzorků, provozní měření a kontrola kvality

V prostoru ÚDV je definováno 7 vzorkovacích míst. Další vzorkovací místo je definováno na HČS Jan Šverma (vypouštěcí profil výtlačného potrubí před vstupem výtlaku do podzemní štoly). Odběr vzorků je prováděn ručně nebo automaticky. Automatický odběr je naprogramován v ŘS. Automaticky odebrané vzorky jsou čerpány do určené místnosti v provozní budově (bývalá laboratoř). Zde jsou umístěny analyzátory Mn a Fe. V ŘS je naprogramována posloupnost a četnost odběru vzorků z jednotlivých vzorkovacích míst. Mimo program lze z ŘS dálkově zvolit odběr mimořádného vzorku ze kteréhokoliv vzorkovacího místa VM 1 až VM 7. Pro hodnocení funkce ÚDV je rozhodující kvalita vyčištěné vody na odtoku (vzorkovací místo VM 7). • • • • • •

VM1, VM2 – odběr vzorků z výtlačných řadů „HČS JŠ“ VM2, VM3 – odběr vzorků z výtlačných řadů „HČS ČSA“ VM5 – odběr vzorků z vyrovnávací nádrže č. 1 VM6 – odběr vzorků z vyrovnávací nádrže č. 2 VM7 – odběr vzorků vyčištěné vody z odtokové šachty VM8 – odběr vzorků vody čerpané z „HČS JŠ“ do toku Hutního potoka

Provozní měření, kontrola kvality Provozní měření slouží k regulaci provozu a k archivaci hodnot o kvalitě a objemu důlních vod proteklých kontrolovanými profily ÚDV. Kontrola kvality slouží pro hodnocení funkce ÚDV. Hodnocení kvality vyčištěné důlní vody se provádí rozborem slévaných nebo bodových vzorků ve sledovaných ukazatelích. Rozbor provádí výhradně akreditovaná laboratoř. Četnost odběru vzorků, typ odebíraných vzorků a rozsah stanovení je pro tento účel dána platným vodohospodářským rozhodnutím. 164


Pro průběžné operativní sledování kvality vody v různých stupních její úpravy má provoz k dispozici přístroje umožňující stanovit pH, obsah celkového Mn, celkového Fe a nerozpustných látek.

Použitá literatura

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

DVOŘÁČEK, Jaroslav. Analýza hospodářské činnosti báňského podniku. Ostrava : VŠB – TU Ostrava, 1997. 156 s. ISBN 80-7078-515-2. HUŠEK, Roman; MAŇAS, Miroslav. Matematické modely v ekonomii. Praha : SNTL, 1989. 402 s. ISBN 80-03-00098-X. RÁBOVÁ, Zdeňka a kol. Modelování a simulace. 3. přepracované vydání. Brno : Vysoké učení technické v Brně, 1992. 227 s. ISBN 80-214-0480-9. SYNEK, Miroslav a kol. Manažerská ekonomika. 3. přepracované vydání. Praha : Grada Publishing, 2003. 466 s. ISBN 80-247-0515-X . VODÁČEK, Leo; VODÁČKOVÁ, Olga. Management : teorie a praxe v informační společnosti. 4. rozšířené vydání. Praha : Management press, 2001. 314 s. ISBN 80-7261-041-4 Zákon č. 586/1992 Sb, o daních z příjmů, ve znění pozdějších předpisů Zákon č. 563/1991 Sb, o účetnictví, ve znění pozdějších předpisů Zákon č. 143/1992 Sb, o platu a odměně za pracovní pohotovost v rozpočtových a v některých dalších organizacích a orgánech, ve znění pozdějších předpisů Nařízení vlády č. 333/1993 Sb., o stanovení minimálních mzdových tarifů a mzdového zvýhodnění za práci ve ztíženém a zdraví škodlivém pracovním prostředí a za práci v noci, ve znění 514/2005 Sb. http://www.airways.cz/zpravy/zprava.asp?id=716 http://www.cni.cz/NP/NotesPortalCNI.nsf/key/produkty_a_sluzby~normy?Open http://en.wikipedia.org/wiki/Just_In_Time http://www.bloomberg.com http://www.lme.co.uk http://www.nymex.com http://cs.wikipedia.org/wiki/Incoterms http://www.noviny-mpsv.cz/clanek.php?id=929 http://www.atre.cz/zakony/page0105.htm http://www.czso.cz/csu/csu.nsf/informace/cpmz083106.doc

165

166

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 – IV. 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 2006 (1. 3. – 31. 12.) prováděný ve třech etapách zahrnuje dle metodiky CVVP následující body: 1. Vypracování metodiky ekonomického hodnocení pro jednotlivé etapy řešení 2. Analýza stávající situace na trhu ČR, tzn.: a. Situace na trhu substitučních produktů, kvalita, vlastnosti, ceny b. Prodejní strategie stávajících výrobců s cílem vymezení tržního místa pro nový produkt Vzhledem k potřebě získat co nejširší okruh vědomostí z oblasti využití vedlejších energetických produktů jsme I. a II. etapu rozšířili o dva nové dílčí cíle, tj.: 3. Informace ze zahraničí. 4. Dosavadní zkušenosti VUSTAH

1. Vypracování metodiky ekonomického hodnocení pro jednotlivé etapy řešení Viz dílčí zpráva za II. čtvrtletí

167

2. Analýza stávající situace na trhu ČR V tomto čtvrtletí pokračoval průzkum a zmapováním trhu všech druhů kameniv v České republice. Tyto údaje jsou důležité pro následné hodnocení tržního potenciálu, tržní kapacity a stupně nasycenosti trhu. 2.1 Přírodní kamenivo Ve třetím čtvrtletí byla podrobněji rozpracována tabulka na drcené kamenivo (DK). Stejným způsobem byla nově zpracovávána tabulka a mapa pro písek a štěrkopísek (SP). Do mapy byly tyto dobývací prostory zaneseny podle jejich využití, tzn. jako ložisko těžené; zastavená těžba; rezervní ložisko; ukončená těžba a ukončená likvidace; ložisko v průzkumu nebo v otvírce Dobývací prostory DK Do skupiny DK je zahrnuto kamenivo drcené, kamenivo silniční, kamenivo do betonu, kamenivo pro asfaltové směsi, štěrkodrť, štěrk pro silniční účely, kolejové lože, podkladové vrstvy, posypový materiál. Tabulky uvedené v průběžné zprávě V 006 za III. čtvrtletí byly rozšířeny o další lokality. Následující tabulky obsahují konečnou verzi průzkumu.

Tabulka 1: Přehled dobývacích prostor DK HLAVNÍ MĚSTO PRAHA Název

Nerost

Využití

Okres

Čeňkov

Spilit

Ložisko těžené

Praha východ

Husinec (Klecany)

algonkická droba

Ložisko těžené

Praha východ

Husinec I

droba

Ložisko těžené

Praha východ

Husinec II

droba

Ložisko těžené

Praha východ

Chomutovice

algonk. prachovce a břidlice

Ložisko těžené

Praha východ

Zbraslav III - Jíloviště

kámen

Ložisko těžené

Praha

STŘEDOČESKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Družec

spilit

Ložisko těžené

Kladno

Bělice

kámen

Ložisko těžené

Benešov

Bohdaneč

amfibolit

Zastavená těžba

Kutná Hora

Borovsko

serpentinit

Ložisko těžené

Benešov

Hrabří (Štileček)

kontaktní rohovce a amfibolity

Ložisko těžené

Příbram

Hryzely

rula

Zastavená těžba

Kolín

Chrášťany (Votice)

rohovec

Zastavená těžba

Benešov

Krhanice

granodiorit

Ložisko těžené

Benešov

Libodřice

amfibolit

Ložisko těžené

Kolín

Libouchec

čedič

Rezervní ložisko

Ústí n. L.

Líchovy

žula

Zastavená těžba

Příbram

Martinice

granodiorit

Ložisko těžené

Benešov

Miličín

rula

Ukončená likvidace

Benešov

Mladovice

rula

Ložisko těžené

Benešov

168


Název

Nerost

Využití

Okres

Mrač

granodiorit

Ložisko těžené

Benešov

Nečín

žula

Ložisko těžené

Příbram

Nová Ves

rula, migmatit

Ukončená těžba

Kolín

Oráčov

algonkické droby,břidlice

Zastavená těžba

Rakovník

Ostrov

amfibolit

Rezervní ložisko

Kutná Hora

Pecerady

gabro

Rezervní ložisko

Benešov

Plaňany

rula

Ložisko těžené

Kolín

Radíč

granodiorit

Zastavená těžba

Příbram

Senec

křemencový porfyr

Ložisko těžené

Rakovník

Solopysky

granodiorit

Ložisko těžené

Příbram

Stříbrná Skalice

amfibolit

Ložisko těžené

Kolín

Suchomasty

mramor

Zastavená těžba

Beroun

Sýkořice (Zbečno)

spilit

Ložisko těžené

Rakovník

Štětkovice - Bořená Hora

granodiorit

Zastavená těžba

Příbram

Takonín

droba

Ložisko těžené

Benešov

Vacíkov (Černá skála)

porfyritové tufy a tufity

Rezervní ložisko

Příbram

Vlastějovice

skarny a ortoruly

Ložisko těžené

Kutná Hora

Vrchotovy Janovice

granodiorit

Ložisko těžené

Benešov

Vševily

granodiorit

Ložisko těžené

Příbram

Žleby

amfibolit

Ložisko těžené

Kutná Hora

Zaječov

diabas

Ložisko těžené

Beroun

JIHOČESKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Číměř

granit

Ložisko v průzkumu, otvírce

Jindř. Hradec

Dačice

žulorudy, aplit

Ložisko těžené

Jindř. Hradec

Deštná

žula

Ložisko těžené

Jindř. Hradec

Dobrá Voda

žula

Ložisko těžené

Jindř. Hradec

Drahenický Málkov

granodiorit

Ložisko těžené

Strakonice

Bližná

grafit

Ložisko těžené

Č. Krumlov

Černá v Pošumaví

rula, vápenec

Ložisko těžené

Č. Krumlov

Černětice

kámen

Ložisko těžené

Strakonice

Hnojná Lhotka

kámen

Ložisko těžené

Tábor

Horní Němčice

žula

Ložisko těžené

Jindř. Hradec

Horní Pole

granit dvojslídný


Jindř. Hradec

Horní Radouň

žula

Ukončená těžba

Jindř. Hradec

Chlum u Blatné

granodiorit

Ložisko těžené

Strakonice

Chvalšiny

kámen

Ložisko těžené

Č. Krumlov

Kaplice

granodiorit

Ložisko těžené

Č. Krumlov

Kobylí hora

kámen

Ložisko těžené

Prachatice

169

Název

Nerost

Využití

Okres

Kožlí u Čížové

žula

Ložisko těžené

Písek

Nihošovice

žula

Ložisko těžené

Strakonice

Písek - Kamenné Doly

kámen

Ložisko těžené

Písek

Ložisko těžené

Č. Krumlov

Plešovice Prachatice

biotitická rula granitická

Ložisko těžené

Prachatice

Rudolfov

rula

Ložisko těžené

Č. Budějovice

Skaličany

granodiorit - KA

Zastavená těžba

Strakonice

Slavětice

pararula

Ložisko těžené

Písek

Sumrakov

granodiorit

Ložisko těžené

Jindř. Hradec

Ševětín

granodiorit

Ukončená těžba

Č. Budějovice

Těšovice

ortoruly

Zastavená těžba

Prachatice

Trhové Sviny I

kámen

Ložisko těžené

Č. Budějovice

Zahořany

kvarc. rohovec, rula

Ložisko těžené

Písek

PLZEŇSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Hamr u Sušice

biotitická rula

Ložisko těžené

Klatovy

Březín

Čedič

Ložisko těžené

Plzeň sever

Kladruby u Stříbra

rohovec

Ložisko těžené

Tachov

Klatovy-Svrčovec

kámen

Ložisko těžené

Klatovy

Klíčov/Tisová

amfibolit

Ložisko těžené

Domažlice

Kožlany I

kámen

Zastavená těžba

Plzeň sever

Litice

kámen

Ložisko těžené

Plzeň

Mítov

kámen

Ložisko těžené

Plzeň jih

Mladotice

Spilit

Ložisko těžené

Plzeň sever

Okrouhlé Hradiště

kámen

Zastavená těžba

Tachov

Smržovice

kámen

Zastavená těžba

Domažlice

Svrčovec

kámen

Ložisko těžené

Klatovy

Svržno

kámen

Ložisko těžené

Domažlice

Těškov

kámen

Ložisko těžené

Rokycany

Trnčí

metamorfovaný spilit

Ložisko těžené

Klatovy

Třebnuška

křemen. Porfyr

Ložisko těžené

Rokycany

Úlice

kámen

Ložisko těžené

Plzeň sever

Úlice I

kámen

Ložisko těžené

Plzeň sever

Zahrádka

Spilit

Ložisko těžené

Plzeň sever

KARLOVARSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Číhaná

čedič

Ložisko těžené

Karlovy Vary

Děpoltovice

kámen

Ložisko těžené

Karlovy Vary

Háje

tavný čedič

Rezervní ložisko

Cheb

Háje I

tavný čedič

Ložisko těžené

Cheb

170


Název

Nerost

Využití

Okres

Háje II

tavný čedič


Cheb

Háje III

tavný čedič


Cheb

Heřmanov

trachyt

Ložisko těžené

Karlovy Vary

Hlavno II

čedič

Ložisko těžené

Sokolov

Horní Tašovice

kámen

Ložisko těžené

Karlovy Vary

Hroznětín III

bentonit

Zastavená těžba

Karlovy Vary

Krásno I

živcová surovina

Ložisko těžené

Sokolov

Libá

kámen

Ložisko těžené

Cheb

Libá I

kámen

Ložisko těžené

Cheb

Libá II

kámen

Ložisko těžené

Cheb

Lipná

žula

Ložisko těžené

Cheb

Mokrá I

čedič

Ložisko těžené

Karlovy Vary

Ratiboř

kámen

Ložisko těžené

Karlovy Vary

Stráž nad Ohří

čedič

Ložisko těžené

Karlovy Vary

Třebouň

kámen

Rezervní ložisko

Karlovy Vary

Vítkov I

žula

Ložisko těžené

Sokolov

ÚSTECKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dětaň IV

kámen

Rezervní ložisko

Louny

Dobkovičky

čedič

Ložisko těžené

Litoměřice

Dolánky

čedič

Ložisko těžené

Teplice

Dubičná

tefrit

Ložisko těžené

Litoměřice

Braňany II

bentonit

Ložisko těžené

Most

Braňany III

bentonit

Ložisko těžené

Most

Braňany V

fonolit

Rezervní ložisko

Most

Císařský

olivinický čedič

Ložisko těžené

Děčín

Chraberce

čedič

Ložisko těžené

Louny

Kamýk

čedič

Ložisko těžené

Litoměřice

Libochovany

čedič

Ložisko těžené

Litoměřice

Libochovany I

čedič

Ložisko těžené

Litoměřice

Libochovany III

čedič

Ložisko těžené

Litoměřice

Litochovice

čedič

Ložisko těžené

Litoměřice

Litochovice I

kámen

Rezervní ložisko

Litoměřice

Lochočice I

čedič

Rezervní ložisko

Ústí n. L.

Louchov

rula

Rezervní ložisko

Chomutov

Malé Žernoseky

křemenný porfyr

Ložisko těžené

Litoměřice

Měděnec

muskovit

Zastavená těžba

Chomutov

Měrunice

čedič

Ložisko těžené

Teplice

Měrunice I

čedič

Ložisko těžené

Teplice

171

Název

Nerost

Využití

Okres

Obřice

čedič

Ložisko těžené

Litoměřice

Přední Lhota

čedič

Ložisko těžené

Děčín

Přední Lhota I

čedič

Ložisko těžené

Děčín

Soutěsky

čedič

Ložisko těžené

Děčín

Úhošťany

čedič

Ložisko těžené

Chomutov

Všechlapy

čedič

Ložisko těžené

Teplice

LIBERECKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Frýdlant I

kámen

Zastavená těžba

Liberec

Heřmanice u Frýdlantu

čedič

Zastavená těžba

Liberec

Heřmanice u Frýdlantu I

čedič

Zastavená těžba

Liberec

Heřmanice u Frýdlantu II

čedič

Zastavená těžba

Liberec

Heřmanice u Frýdlantu III

čedič

Zastavená těžba

Liberec

Bezděčín

melafyr

Ložisko těžené

Jablonec n. N.

Bezděčín I

melafyr

Ložisko těžené

Jablonec n. N.

Hořensko

křemenný porfyrit

rezervní ložisko

Semily

Chlum I

znělec

Ložisko těžené

Česká Lípa

Chuchelna (Slap)

čedič

Ložisko těžené

Semily

Chuchelna I

čedič

Ložisko těžené

Semily

Jílové u Držkova

břidlice

Zastavená těžba

Jablonec n. N.

Jirkov

břidlice

Zastavená těžba

Jablonec n. N.

Jirkov I

břidlice

Zastavená těžba

Jablonec n. N.

Košťálov I

melafyr

Ložisko těžené

Semily

Košťálov II

melafyr

Ložisko těžené

Semily

Krásný Les

olivinický čedič

Ložisko těžené

Liberec

Kristiánov

čedič

Zastavená těžba

Liberec

Luhov

čedič

Zastavená těžba

Česká Lípa

Polevsko

čedič

Zastavená těžba

Česká Lípa

Polevsko I

čedič

Zastavená těžba

Česká Lípa

Radčice

sericiticko-chloritické břidl.

Ložisko těžené

Jablonec n. N.

Smrčí

čedič

Ložisko těžené

Semily

Tachov I

znělec

Ložisko těžené

Česká Lípa

Tachov II

znělec

Ložisko těžené

Česká Lípa

Záhoří - Proseč

čedič

Ložisko těžené

Semily

Žandov

čedič

Ložisko těžené

Česká Lípa

Železný Brod

čedič

Zastavená těžba

Jablonec n. N.

Železný Brod I

čedič

Zastavená těžba

Jablonec n. N.

172


KRÁLOVEHRADECKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Horní Lánov I

mramor

Rezervní ložisko

Trutnov

Javornice

granodiorit

Zastavená těžba

Rychnov n. K.

Královec

porfyr

Ložisko těžené

Trutnov

Královec I

křemenný porfyr

Rezervní ložisko

Trutnov

Pěčín

gabro, žula

Zastavená těžba

Rychnov n. K.

Rožmitál

porfyr

Ložisko těžené

Náchod

PARDUBICKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dolní Morava

mramor

Ložisko těžené

Ústí n. O.

Budislav

křemenný diorit

Ložisko těžené

Svitavy

Bystřec

žula

Zastavená těžba

Ústí n. O.

Bystřec I

rula

Ložisko těžené

Ústí n. O.

Ctětín

granodiorit

Ložisko těžené

Chrudim

Chornice

droba

Ložisko těžené

Svitavy

Chrtníky

diabas

Ložisko těžené

Pardubice

Chvaletice I

kámen

Ložisko těžené

Pardubice

Jaroměřice

kámen

Ložisko těžené

Svitavy

Leštinka I

granodiorit

Zastavená těžba

Chrudim

Leštinka II

granodiorit

Zastavená těžba

Chrudim

Leštinka u Skutče

granodiorit

Rezervní ložisko

Chrudim

Litice nad Orlicí

granodiorit (žula)

Ložisko těžené

Ústí n. O.

Skuteč (Humperky)

droby a drobové břidlice

Ložisko těžené

Chrudim

Skuteč I (Litická)

žula

Ložisko těžené

Chrudim

Skuteč II

opuka

Ložisko těžené

Chrudim

Švihov I

granodiorit

Zastavená těžba

Chrudim

Vrbatův Kostelec

granodiorit

Ložisko těžené

Chrudim

Vrbatův Kostelec

granodiorit

Zastavená těžba

Chrudim

Zárubka

Chrudim

Zdechovice

kámen

Ložisko těžené

Pardubice

Zderaz

žula

Ložisko těžené

Chrudim

Žumberk

diorit

Ložisko těžené

Chrudim

VYSOČINA Název

Nerost

Využití

Okres

Bílý Kámen

žula

Ložisko těžené

Jihlava

Boršov

žula

Ložisko těžené

Jihlava

Horní Bory

rula biotitická

Ložisko těžené

Žďár n. S.

Kamenná Lhota

žula


Havl. Brod

Kosov

syenit

Ložisko těžené

Jihlava

Krásněves

pararula

Zastavená těžba

Žďár n. S.

173

Název

Nerost

Využití

Okres

Velká Bíteš

rula bítešská

Ložisko těžené

Žďár n. S.

Lipnice I (Pětka)

žula

Zastavená těžba

Havl. Brod

Lipnice Trojka

žula

Zastavená těžba

Havl. Brod

Mirošov

rula biotitická

Ložisko těžené

Žďár n. S.

Mysletice

žula

Ložisko těžené

Jihlava

Ondřejov

žula

Zastavená těžba

Pelhřimov

Ořechov

žula

Ložisko těžené

Žďár n. S.

Pohled

biot. migmatitizované pararuly

Ložisko těžené

Havl. Brod

Police

rula

Ložisko těžené

Třebíč

Polnička

rula amfibolická

Ložisko těžené

Žďár n. S.

Příštpo (Královec)

žula biotitická a syenity

Ložisko těžené

Třebíč

Rácov

žula

Ložisko těžené

Jihlava

Radňov

migmat.-biotit. ruly

Ložisko těžené

Pelhřimov

Rančířov

rula

Ložisko těžené

Jihlava

Řásná

žula

Ložisko těžené

Jihlava

Těchobuz

rula

Ložisko těžené

Pelhřimov

Utín

rula

Zastavená těžba

Havl. Brod

Vanov

biot. pararula, leukokartní žula

Ložisko těžené

Jihlava

Velký Beranov

rula

Ukončená těžba

Jihlava

Vícenice

rula

Ložisko těžené

Třebíč

JIHOMORAVSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dolní Kounice I

granodiorit

Ložisko těžené

Brno venkov

Dolní Libina

rula

Ložisko těžené

Blansko

Černá Hora

granodiorit

Zastavená těžba

Blansko

Hostěradice

rula, amfibolit

Ložisko těžené

Znojmo

Hostěradice I

amfibolit, granulity

Rezervní ložisko

Znojmo

Ivančice - Réna

bentonit

Zastavená těžba

Brno venkov

Křtiny

mramor

Rezervní ložisko

Blansko

Lhota Rapotina

křemitý diorit

Ložisko těžené

Blansko

Luleč

kulmská droba/slepenec břidl.

Ložisko těžené

Vyškov

Mašovice

žula

Ložisko těžené

Znojmo

Olbramovice

granodiorit

Ložisko těžené

Znojmo

Olšany

kulmská droba

Ložisko těžené

Vyškov

Omice

biotitická rula a diorit

Ložisko těžené

Brno venkov

Opatovice I

kulmská droba

Ložisko těžené

Vyškov

Opatovice u Vyškova

droba

Ukončená těžba

Vyškov

Pavlice

rula

Ložisko těžené

Znojmo

Předklášteří I

rula a vápence

Ložisko těžené

Brno venkov

Předklášteří u Tišnova

žulorula

Ložisko těžené

Brno venkov

174


Název

Nerost

Využití

Okres

Příbram

rula

Ložisko těžené

Brno venkov

Tasovice II

granodiorit, slepenec

Ložisko těžené

Znojmo

Želešice

amfibolovec

Ložisko těžené

Brno venkov

OLOMOUCKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Belkovice

Okres Olomouc

Dolní Skorošice

žula, granodiorit

Ložisko těžené

Jeseník

Domašov n. Bystřicí

droba a pískovec

Ukončená těžba

Olomouc

Hanušovice

amfibolit, rula

Ložisko těžené

Šumperk

Hanušovice I

ortorula

Rezervní ložisko

Šumperk

Bludov

wollastonit


Šumperk

Brodek

kulmská droba

Ložisko těžené

Prostějov

Bukovice

amfibolit

Ložisko těžené

Šumperk

Hrabůvka

droba

Ložisko těžené

Přerov

Hrubá Voda

droba

Ložisko těžené

Olomouc

Hrubá Voda I

droba

Ložisko těžené

Olomouc

Hrubá Voda II

štípatelská břidlice


Olomouc

Chabičov

droba

Ložisko těžené

Olomouc

Jívová

droba

Ložisko těžené

Olomouc

Kokory

travertin

Zastavená těžba

Přerov

Kozí Vrch u Loštic

droba

Ložisko těžené

Šumperk

Krásné

amfibolická rula

Ložisko těžené

Šumperk

Lipník nad Bečvou (Podhůra)

droba

Ložisko těžené

Přerov

Mladoňov

rula

Zastavená těžba

Šumperk

Nejdek

droba

Ložisko těžené

Přerov

Nová Červená Voda

žula

Ložisko těžené

Jeseník

Nová Ves u Litovle

droba

Ložisko těžené

Olomouc

Petrovice II

Hadec


Jeseník

Rozstání

droba

Ložisko těžené

Prostějov

Velký Újezd

droba

Ložisko těžené

Olomouc

Ložisko těžené

Olomouc

Výkleky Veselíčko

droba

Ložisko těžené

Přerov

Zábřeh na Moravě - Račice

rula

Ložisko těžené

Šumperk

ZLÍNSKÝ KRAJ Název Komňa-Bučník

Nerost andezit

Využití Ložisko těžené

Okres Uh. Hradiště

175

MORAVSKOSLEZSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Deštné

Droba

Ložisko těžené

Opava

Heřmanice u Oder

Droba

Ložisko těžené

Nový Jičín

Annino údolí

Droba

Ložisko těžené

Opava

Bílčice

Čedič

Ložisko těžené

Bruntál

Bohučovice

Droba

Ložisko těžené

Opava

Krásné Loučky (Kobylí)

Droba

Ložisko těžené

Bruntál

Kobeřice

sádrovec

Ložisko těžené

Opava

Lhotka u Vítkova

kámen-břidlice

Ložisko těžené

Opava

Litultovice

Droba

Ložisko těžené

Opava

Litultovice I

Droba

Ložisko těžené

Opava

Svatoňovice

břidlice

Ložisko těžené

Opava

Valšov I

Droba

Ložisko těžené

Bruntál

Valšov II

Droba

Ložisko těžené

Bruntál

Pro tvorbu výše uvedených tabulek byly získány informace od Státní báňské správy a od jednotlivých producentů kameniv – viz Reference, body [1.] a [30.].

176


Obrázek 1: Mapa k tabulkám – dobývací prostory DK

177

Dobývací prostory SP Skupina SP zahrnuje písek, štěrkopísek, pískovec, slévárenský a sklářský písek, dekorační pískovec a maltařské písky

Tabulka 2: Přehled dobývacích prostor SP HLAVNÍ MĚSTO PRAHA Název Zbraslav IV

Nerost

Využití Ložisko v průzkumu, otvírce

štěrkopísek

Okres Praha

STŘEDOČESKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dolní Bousov

štěrkopísek


Mladá Boleslav

Doubrava u Kostomlat

štěrkopísek

Ložisko těžené

Nymburk

Bakov nad Jizerou

štěrkopísek


Mladá Boleslav

Borek nad Labem

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Borek nad Labem I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Čečelice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Černuc

štěrkopísek

Ložisko těžené

Kladno

Hostín

štěrkopísek,štěrk

Ložisko těžené

Mělník

Hradištko I

štěrkopísek

Ukončená těžba

Kolín

Jabkenice

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Mladá Boleslav

Jeviněves

štěrkopísek

Zastavená těžba

Mělník

Kolín

štěrkopísek

Ložisko těžené

Kolín

Ledčice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Lužec nad Vltavou (Vraňany)

štěrkopísek

Ukončená těžba

Mělník

Lužná

štěrkopísek

Zastavená těžba

Rakovník

Lužná I (Hlavačov)

štěrkopísek

Ložisko těžené

Rakovník

Nelahozeves

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Obruby

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mladá Boleslav

Poděbrady - Kluk

štěrkopísek

Ložisko těžené

Nymburk

Sadská

štěrkopísek

Zastavená těžba

Nymburk

Sojovice I

štěrkopísek

Ukončená těžba

Mladá Boleslav

Sojovice II

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mladá Boleslav

Sojovice III

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mladá Boleslav

Stará Lysá

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Nymburk

Tišice I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Uhy

štěrkopísek

Ložisko těžené

Kladno

Ujkovice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mladá Boleslav

Velký Osek

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Kolín

Velký Osek I

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Kolín

178


Název

Nerost

Využití

Okres

Veltruby I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Kolín

Veselá

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mladá Boleslav

Vlíněves

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Vliněves I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

Vraňany I

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Mělník

Všestudy

štěrkopísek

Ložisko těžené

Mělník

JIHOČESKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Cep

štěrkopísky

Ložisko těžené

Jindřichův Hradec

Cep I

štěrkopísky

Ložisko těžené

Jindřichův Hradec

Cep II

štěrkopísky

Ložisko těžené

Jindřichův Hradec

Horusice

štěrkopísky

Zastavená těžba

Tábor

Horusice I

štěrkopísky

Ukončená těžba

Tábor

Novosedly nad Nežárkou

štěrkopísky

Ložisko těžené

Jindřichův Hradec

Pístina

štěrkopísky

Zastavená těžba

Jindřichův Hradec

Planá nad Lužnicí

štěrkopísky

Ložisko těžené

Tábor

Stráž n. Nežárkou

štěrkopísky

Rezervní ložisko

Jindřichův Hradec

Tušť

štěrkopísky

Ložisko těžené

Jindřichův Hradec

Tušť I

štěrkopísky

Zastavená těžba

Jindřichův Hradec

Veselí n. Lužnicí

štěrkopísky


Tábor

Veselí nad Lužnicí I

štěrkopísky


Tábor

PLZEŇSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Bukovec

štěrkopísky

Ložisko těžené

Plzeň

Kůští

štěrkopísky

Ložisko těžené

Plzeň sever

Vejprnice I

štěrkopísky

Rezervní ložisko

Plzeň sever

Vejprnice II

štěrkopísky

Ložisko těžené

Plzeň sever

KARLOVARSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dolní Dvory

štěrkopísky


Cheb

Dřenice

štěrkopísky

Ložisko těžené

Cheb

Dřenice I

štěrkopísky

Ložisko těžené

Cheb

Hluboká u Milhostova

štěrkopísek


Cheb

Obilná

štěrkopísky

Ukončená těžba

Cheb

Obilná I

štěrkopísky

Ložisko těžené

Cheb

Velký Luh I

písky slévárenské, sklářské

Ložisko těžené

Cheb

Vrbová

štěrkopísek


Cheb

179

ÚSTECKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dobříň

štěrkopísek

Ložisko těžené

Litoměřice

Kostomlaty pod Řípem

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Litoměřice

Kostomlaty pod Řípem I

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Litoměřice

Lišany

štěrkopísek

Ložisko těžené

Louny

Lišany I

štěrkopísek

Ukončená těžba

Louny

Lišany II

štěrkopísek


Louny

Nučničky I

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Litoměřice

Počaply u Terezína

štěrkopísek


Litoměřice

Račice II

štěrkopísek

Zastavená těžba

Litoměřice

Račiněves

štěrkopísek

Ložisko těžené

Litoměřice

Rvenice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Louny

Rvenice I

štěrkopísek


Louny

Selibice

štěrkopísek

Ukončená těžba

Louny

Straškov

štěrkopísek

Ložisko těžené

Litoměřice

Travčice

písek

Ložisko těžené

Litoměřice

Vrbice u Mšeného Lázní

dekorační pískovec


Litoměřice

Želeč

štěrkopísek

Ložisko těžené

Louny

LIBERECKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dubnice

štěrkopísek

Zastavená těžba

Česká Lípa

Dubnice I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Česká Lípa

Grabštejn

štěrkopísky

Ložisko těžené

Liberec

Česká Lípa

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Česká Lípa

Horní Řasnice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Liberec

Krásný Les I

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Liberec

Okřešice

sklářské a slév. písky

Ložisko těžené

Česká Lípa

Provodín I


Ložisko těžené

Česká Lípa

Provodín II

písky sklářské a slévárenské

Ložisko těžené

Česká Lípa

Václavice I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Liberec

Václavice II

štěrkopísek

Ložisko těžené

Liberec

Velký Grunov

štěrkopísek

Ložisko těžené

Česká Lípa

Veselí


Ložisko těžené

Česká Lípa

180


KRÁLOVEHRADECKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Havlovice

pískovec pro dekor. účely

Ložisko těžené

Trutnov

Běleč nad Orlicí I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Hradec Králové

Božanov

pískovec

Ložisko těžené

Náchod

Božanov I

pískovec

Ložisko těžené

Náchod

Kosičky

štěrkopísek

Ložisko těžené

Hradec Králové

Libná

pískovec

Ložisko těžené

Náchod

Lípa nad Orlicí II

štěrkopísek

Zastavená těžba

Rychnov n. K.

Lípa nad Orlicí III

štěrkopísek

Ložisko těžené

Rychnov n. K.

Obědovice I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Hradec Králové

Ostroměř

pískovec

Ložisko těžené

Jičín

Písek u Chlumce

štěrkopísek

Ložisko těžené

Hradec Králové

Předměřice I

štěrkopísek


Hradec Králové

Roudnice-sever

štěrkopísek


Hradec Králové

Správčice I

štěrkopísek


Hradec Králové

Střeleč


Ložisko těžené

Jičín

Štít

štěrkopísek

Ukončená těžba

Hradec Králové

Štít I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Hradec Králové

Žďár nad Orlicí

písek, štěrkopísek

Ložisko těžené

Rychnov n. K.

PARDUBICKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Čeperka

štěrkopísek

Ložisko těžené

Pardubice

Čeperka I

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Pardubice

Čeperka II

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Pardubice

Čeperka III

štěrkopísek

Rezervní ložisko

Pardubice

Kostelec u Heřmanova Městce

písky a pískovce

Ložisko těžené

Chrudim

Stéblová

štěrkopísek

Ukončená těžba

Pardubice

Stéblová II

štěrkopísek

Ložisko těžené

Pardubice

Stéblová III

štěrkopísek

Ukončená těžba

Pardubice

Stéblová IV

štěrkopísek

Ložisko těžené

Pardubice

Stéblová V

štěrkopísek

Ukončená těžba

Pardubice

Stéblová VI

štěrkopísek

Ložisko těžené

Pardubice

Svitavy-Předměstí

slévárenské písky

Ložisko těžené

Svitavy

Újezd u Chocně

štěrkopísek

Zastavená těžba

Ústí n. O.

VYSOČINA Název Podhorní Újezd

Nerost pískovec

Využití Ložisko těžené

Okres Jičín

181

JIHOMORAVSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Blansko


Rezervní ložisko

Blansko

Dolní Lhota II


Ložisko těžené

Blansko

Blansko III - Mošna


Zastavená těžba

Blansko

Boskovice I


Zastavená těžba

Blansko

Velký Karlov

štěrkopísek a písek


Znojmo

Božice V

štěrkopísek

Ložisko těžené

Znojmo

Bratčice

živec a štěrkopísek

Ložisko těžené

Brno venkov

Bzenec I

písky

Ložisko těžené

Hodonín

Černovice I

maltařské písky


Brno město

Černovice II

štěrkopísek

Ukončená těžba

Brno město

Černovice III

štěrkopísek

Zastavená těžba

Brno město

Černovice IV

štěrkopísek

Ukončená těžba

Brno město

Černovice V

štěrkopísek

Ložisko těžené

Brno město

Hodonice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Znojmo

Hrušovany I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Brno venkov

Hrušovany u Brna

štěrkopísek

Ložisko těžené

Brno venkov

Hrušovany u Brna II

živcová surovina, živce, živcové štěrkopísky

Ložisko těžené

Brno venkov

Ledce u Židlochovic

živce, živcové štěrkopísky


Brno venkov

Ledce u Židlochovic I

živce, živcové štěrkopísky


Brno venkov

Němčičky

štěrkopísek


Brno venkov

Nýrov II


Ložisko těžené

Blansko

Rudice - Seč

slév. písky, žáruvzd. jíly

Ložisko těžené

Blansko

Strážnice - Přívoz

stavební písek

Ukončená těžba

Hodonín

Tasovice I

štěrkopísek

Zastavená těžba

Znojmo

Valtice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Břeclav

Valtice II

písky, štěrky

Ložisko těžené

Břeclav

Valtice IV

štěrkopísek

Ložisko těžené

Břeclav

Valtice V

štěrkopísek

Ložisko těžené

Břeclav

Vracov - Bzenec

slév a stav. písek

Ložisko těžené

Hodonín

OLOMOUCKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Grygov

štěrkopísek

Ložisko těžené

Olomouc

Březce

štěrkopísek

Ložisko těžené

Olomouc

Hustopeče nad Bečvou

štěrkopísek

Ložisko těžené

Přerov

Hustopeče nad Bečvou I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Přerov

Mikulovice u Jeseníka

štěrkopísek

Ložisko těžené

Jeseník

Mohelnice

štěrkopísek

Ložisko těžené

Šumperk

182


Název

Nerost

Využití

Okres

Mohelnice I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Šumperk

Moravičany

štěrkopísek

Ložisko těžené

Šumperk

Náklo

štěrkopísek

Ložisko těžené

Olomouc

Ondratice I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Prostějov

Supíkovice II

štěrkopísek

Ložisko těžené

Jeseník

Tovačov I

štěrkopísek

Ukončená těžba

Přerov

Tovačov II

štěrkopísek

Ložisko těžené

Přerov

Tovačov III

štěrkopísek


Přerov

Tovačov IV

písky a písčité štěrky

Ložisko těžené

Přerov

ZLÍNSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Bzová

pískovec

Ložisko těžené

Uherské Hradiště

Hulín

štěrkopísek

Ložisko těžené

Kroměříž

Ostrožská Nová Ves

štěrkopísek

Ložisko těžené

Uherské Hradiště

MORAVSKOSLEZSKÝ KRAJ Název

Nerost

Využití

Okres

Dolní Benešov

štěrkopísek

Ložisko těžené

Opava

Dolní Benešov I

štěrkopísek

Ložisko těžené

Opava

Dolní Lutyně

písek

Ložisko těžené

Karviná

Bělá - Chuchelná

štěrkopísek

Ložisko těžené

Opava

Bohumín

štěrkopísek

Ložisko těžené

Karviná

Bohuslavice

písky

Ložisko těžené

Opava

Kravaře

štěrkopísek

Ložisko těžené

Opava

Palhanec

slév.a maltařské písky

Ložisko těžené

Opava

Polanka nad Odrou

písky pro vysoké pece

Ložisko těžené

Nový Jičín

Řeka

pískovec

Ložisko těžené

Frýdek-Místek

Vrbice (Pudlov)

štěrkopísek

Ložisko těžené

Karviná

Vřesina

písek, štěrkopísek

Ložisko těžené

Opava

Závada

maltařské písky

Ložisko těžené

Opava

Pro tvorbu výše uvedených tabulek byly získány informace od Státní báňské správy a od jednotlivých producentů kameniv – viz Reference body [1.] a [30.].

183

Obrázek 2: Mapa k tabulkám – dobývací prostory DK

184


2.2 Sádrovce a energosádrovce V minulém čtvrtletí byle v technologické části (V 003) otevřena problematika využití produktů odsiřování spalin mokrou vápencovou metodou, tzv. energosádrovců. Z toho důvodů byl v této části zjišťován stav a možnosti přírodních sádrovců V ČR. Česká republika patří mezi země s malým a nízkohodnotnými zásobami přírodního sádrovce, který je těžen na jediném ložisku v Kobeřicích u Opavy. V minulosti byl rozhodující podíl těžby sádrovce zpracován v cementárnách jako přísada regulující tuhnutí cementu a pouze menší podíl kvalitnějšího sádrovce byl využíván pro výrobu sádry ve vlastním závodě v Kobeřicích. Vzhledem k nižší kvalitě a problematické dostupnosti, z hlediska ekonomického je postupně od používání sádrovce jako regulátoru tuhnutí v cementárnách upouštěno a je nahrazován energosádrovcem. Producenti energosádrovce tento materiál buď skládkují nebo nabízejí jako výrobek různým spotřebitelům zejm. ve stavebním průmyslu. Energosádrovec jako surovina je v ČR průmyslově využíván následovně: - V cementářském průmyslu – část cementáren v ČR využívá energosádrovec jako regulátor tuhnutí nebo jako přídavek do surovinové směsi na vázání většího množství alkálií. K tomuto účelu dodávají energosádrovec elektráren Dětmarovice, Počerady, Chvaletice, Prunéřov, Opatovice a Pražské Teplárenské, a.s. - pro výrobu pórobetonu – něktéré pórobetonky v ČR používají energosádrovec k intensifikaci plynotvorné reakce a k dosažení stejnoměrnosti struktury pórobetonu. K tomu jsou využívány produkty z Pražské Teplárenské, a.s. a z elektrárny Opatovice. - Pro výrobu sádry – firma Knauf Počerady (společný podnik ČEZ, a. s. a německé společnosti Knauf), odebírá celou produkci sádrovce z odsíření pěti dvousetmegawattových bloků elektrárny Počerady (ČEZ a.s.). Z něj vyrábí sádru, která splňuje ČSN 72 2301 “Sádrová pojiva”. - pro výrobu sádrokartonových desek – společnost Rigips, s.r.o. Horní Počáply, zpracovává veškerou produkci energosádrovce z elektrárny Mělník (ČEZ, a.s) pro výrobu sádrokartonových desek. - pro výrobu stabilizátů – elektrárna Ledvice (ČEZ, a.s.) nabízí produkt, který je určen pro výrobu stabilizací v silničním stavitelství, tj. pro úpravu zemin nebo jiného zrnitého materiálu s použitím pojiva. V menším měřítku jsou energosádrovce od českých producentů využívány při výrobě omítkových směsí, nosných stavebních profilů a stabilizátorů (např. stabilizátor do suchého odběru popelovin).

185

3. Informace ze zahraničí V této etapě řešení bylo v návaznosti na práce technologické části V 003 sledováno využití produktů odsiřování spalin, tzv. energosádrovců, ve světě. 3.1 Evropská Unie V evropském stavebnictví se energosádrovec využívá už více než 25 let. Od konce 70. let bylo z černouhelných a lignitových elektráren v Evropě vyrobeno více než 100 milionů tun enrgosádrovce. V 90. letech minulého století byl v některých evropských zemích tento vedlejší produkt vyjmut z jejich katalogu odpadů a od té doby je 100% využíván jako druhotná surovina. Podle údajů EUROGYPSUM (Association of European Gypsum Industries, Brussels, BELGIQUE) se ročně vyrobí v 17 evropských zemích 15 milionů tun energosádrovce. Nevětší část - asi 50 % - se vyrábí v Německu s produkcí cca 7,5 mil. tun.

Tabulka 3: Produkce energosádrovce v Evropě v roce 2002 [mil. t] Německo

7,18

Česká republika

1,18

Polsko

1,05

Velká Británie

1,05

Španělsko

0,80

Itálie

0,69

Maďarsko

0,35

Nizozemí

0,30

Dánsko

0,28

Bulharsko

0,24

Rakousko

0,08

Belgie

0,06

Finsko

0,05

Francie

0,05

Řecko

0,02

Evropa celkem

13,38

Zdroj: European Association of Mining Industries

186


3.2 Německo V Německu ročně vzniká 30 mil. tun odpadů z tepelných elektráren. Od roku 2005 se nesmí ukládat na haldy žádný odpad, který nebyl předem upraven. Zejména po zavedení odsiřovacích zařízení v hnědouhelných elektrárnách v nových spolkových zemích produkuje celé Německo více než 7 mil. tun energosádrovce ročně. Spotřeba sádry však převyšuje produkované množství energosádrovce a výroba přírodní sádry bude i v budoucnu nutná. Legenda:

bílý sloupec - černé uhlí šedý sloupec - hnědé uhlí

Zdroj: Bundesverband Kraftwerksnebenprodukte e.V.

Obrázek 3: Spotřeba energosádrovce v Německu [vmil. t]

Tabulka 4: Výčet nejdůležitějších producentů energosádrovce v Německu Firma

Sídlo

Albert Huthmann GmbH & Co. KG, Spezialbaustoffe

Stuttgart

BauMineral GmbH

Herten

Beta Füller GmbH

Hamminkeln

Holcim (Deutschland) AG

Hamburg

cb cementbouw mineralen b.v.

AG Heemstede

E.ON Kraftwerke GmbH

Hannover

GFR Ges. f. die Aufbereitung und Verwertung von Reststoffen mbH

Würzburg

Gille-Hermann Jenssen GmbH, Niederl. Bremen

Bremen-Arsten

Grosskraftwerk Mannheim AG

Mannheim

Kremer Baustoffe und Transporte GmbH & Co. KG

Zeil am Main

MINERALplus Gesellschaft für Mineralstoffaufbereitung mbH

Gladbeck

STEAG Saarenergie AG

Saarbrücken

SAFA Saarfilterasche-Vertriebs-GmbH & Co. KG

Baden-Baden

STEAG Entsorgungs-GmbH

Dinslaken

VKN Saar Ges. für die Verwertung Ersatzbrennstoffen mbH & Co. KG

von

Kraftwerksnebenprodukten

Vliegasunie b. v.

und

Ensdorf BB - Nieuwegein

Zdroj: Bundesverband Kraftwerksnebenprodukte e.V. Energosádrovec pocházející z černouhelných elektráren se používá téměř úplně jako surovina sádrového a cementového průmyslu. Jako stavební hmota slouží zejm. na výrobu sádrokartonových desek, omítkové sádry a při výrobě cementu jako regulátor tuhnutí.

187

Energosádrovec pocházející z hnědouhelných elektráren se v minulosti používal jako ekologický materiál k rekultivaci povrchu krajiny po povrchové těžbě uhlí a také pro zemědělské a lesnické účely. Novými čisticími postupy se energosádrovec pocházející z hnědouhelných elektráren vyrovná kvalitě energosádrovce pocházející z černouhelných elektráren. Používá se jako hnojivo k zlepšení půdy, při výrobě sádrovláknitých desek, jako omítková sádra a ve formě alfa sádry jako pojivo do malty v hornictví. Přeměna energosádrovce na alfa sádru probíhá v velkokapacitních autoklávech a dosahuje roční kapacity více než 100 000 tun. Současné a budoucí oblasti použití energosádrovce v Německu: - Sádrokartonové desky

- Hlubinné dolování

o

Stavební sádra

o

Konsolidace

o

Omítková sádra

o

o

Tmelová sádra

Stavební hmota pro náspy a uzávěrové hráze

o

Speciální sádra

o

Zásypy při ražení chodeb

o

Sádrové lehčené výrobky

o

Zásypy ve vyrubaném prostoru

- Regulátor tuhnutí u cementu

- Dřevotříska, sádrokarton, sádrovláknité desky o

Podlahové desky

o

Zdvojené podlahové desky

o

Podzemní podlahy

o

Stěnové prvky

o

Stěnové desky

o

Příčky

- Kamenivo do pórobetonu - Hnojivo a pomocné hmoty ke zlepšení půdy v zemědělství a lesnictví tak jako při rekultivaci - Surovina pro výrobu plniva lepidel, laků a barev - Využití v papírových nátěrových hmotách, popř. plnivo k výrobě papíru

- Vysoce plastické potěry Zdroj: Bundesverband Kraftwerksnebenprodukte e.v. 3.3 Polsko Energosádrovec v Polsku byl poprvé průmyslově použit v cementárně Strzelka Opolska v roce 1984 jako regulátor tuhnutí u portlandského cementu. Surovina pro jeho výrobu pocházela ze Západního Berlína. První elektrosádrovec z polských zdrojů vyprodukovala elektrárna Bełchatów v roce 1994. V dalších letech docházelo k instalaci osiřoven spalin i v dalších velkých elektrárnách. V Polsku se elektrosádrovec vyrábí v osmi elektrárnách, jejich celková produkce je kolem 1390 tis. tun.

Tabulka 5: Nejdůležitější producenti energosádrovce v Polsku Elektrárna

Rok instalace prvního odsiřovacích zařízení

Množství vyrobeného energosádrovce v daném roce (tis. tun) 2000

2001

2002

Bełchatów

1994

600,3

590,0

514,3

Jaworzno III

1994

123,1

106,3

83,1

Opole

1997

170,0

160,0

150,0

Konin

1997

29,1

37,5

26,1

Elekrownia im. T.

1999

92,5

95,0

100,1

188


Elektrárna

Rok instalace prvního odsiřovacích zařízení

Množství vyrobeného energosádrovce v daném roce (tis. tun) 2000

2001

2002

Kościuszki w Połańcu Łaziska

2000

82,0

92,0

76,3

Dolna Odra

2000

24,8

33,3

40,5

Kozienice

2001

-

20,0

50,0

1139,8

1134,2

1040,3

Celkem

Zdroj: Polskigips.pl Použití Energosádrovec v Polsku zpracovává např. firma BAUMIT (výrobky BAUMIT MG 1 Plus a MG 1). Vyrábí z něj např. omítkové směsi, které se používají např. při stavbě obytných domů, ve veřejných i komerčních objektech, může být součástí pórobetonu. Energosádrovec spolu se struskou je součástí hutních materiálů např. cement hutniczy CEM III/A – C. Jako regulátor slouží u portlandského cementu. 3.4 Spojené státy americké Stejně jako v evropských zemích je i v USA patrná trendem využívat jako odpadní materiály jako druhotné suroviny a omezit jejich skládkování. V roce 2000 zde produkce energosádrovce dosáhla 26 mil.tun. Použití energosádrovce v USA: −

Náhrada přírodního sádrovce

−

Výroba sádrokartonových desek

−

Výroba portlandského cementu

−

Kamenivo ve formě plniva do betonových výrobků

−

Výroba podlahových systémů

−

V hornické činnosti

−

Výroba hnojiva a dalších půdních přípravků (stabilizace půdy)

−

Při výrobě skla, papíru, plastu

Uvedenou problematikou se zabývá např. společnost ACAA (American Coal Ash Association), nebo Gerogia-Pacific company. Stát Illinois využívá energosádrovce k výrobě sádrokartonových desek, v cementářském průmyslu a do betonu. I přes toto využívání zůstává dalších 3 miliónů tun nezpracováno. Proto probíhá výzkum možného využití na siřičitany bohatého materiálu v průmyslu dlaždic a bezpapírových sádrových desek nebo přepážek (stěny i stropy). Dále probíhá výzkum přeměny energosádrovce na hnojivo a uhličitan vápenatý. Hnojivo z energosádrovce poskytne zemědělství síru a dusík do půdy, což jsou důležité prvky pro výživu rostlin. V roce 1994 vyvinuli v ISGS (Illinoiský státní geologický průzkum) chemický postup úpravy energosádrovce, kterým lze získat hnojivo síran amonný a jemný uhličitan vápenatý. V Kalifornii předpokládají, že v následujících 20 letech bude produkce nadále stoupat. Objem produkce energosádrovce plně nasytí poptávku výrobců sádrokartonových desek po energosádrovci.

189

Probíhá výzkum využití energosádrovce v zemědělství a jiných krajinných úpravách, avšak nezapomínají na dopady na životní prostředí, jelikož energosádrovec obsahuje rtuť a další kovy. Laboratorní zkoušky a maloparcelové pokusy budou probíhat do roku 2009. 3.5 Další státy −

Itálie – prefabrikované stavební prvky na bázi energosádrovce a popílku ze spalování uhlí. Míchají směs pevných odpadů po spalování (popílek, ložový popel, energosádrovec) s vápencem a 10% vody, ze které vznikne vlhký prach. Materiál se formuje a stlačuje tlakem 20-40 MPa. Dále je tvrzen párou při teplotě 35-80 °C jeden den. Výsledkem je stavební materiál ve formě cihly, bloku nebo desky. 3.6

−

Kanada – Produkce energosádrovce je odhadována na 380 000 t/rok. Energosádrovec používají na výrobu sádrokartonových desek a obkládacích prvků. Rovněž v Kanadě probíhají studie možného využívání energosádrovce v krajinotvorbě.

−

Turecko –V továrnách firmy Knauf v Ankaře a v Izmiru se vyrábějí sádrokartonové desky. Další továrna na se staví v Adaně. Energosádrovec má dodávat nedaleká uhelná elektrárna, která vzniká v rámci projektu BO (Build and Operate) ve spolupráci s podnikem STEAG.

−

Šanghaj – Tříletý akční plán (2006-2008) aplikace energosádrovce do stavebních hmot a v zemědělství. Ověřuje se také možnost znovuvyužití již použitého energosádrovce k dalšímu odsíření. V dalších etapách budou výsledky průzkumu průběžně doplňovány a aktualizovány.

190


4. Dosavadní zkušenosti VUSTAH Pro účely projektu byly v tomto čtvrtletí zpracovány dosavadní zkušenosti Výzkumného ústavu stavebních hmot, a. s., s problematikou řešení využití přírodních i umělých sádrovců (na bázi odpadních síranů) s cílem mít k dispozici ucelený souhrn všech dosavadních poznatků. Názvy a interní čísla dosud prostudovaných zpráv: [1.]

BUREŠ, B., KULÍSEK, K., LEBEROVÁ, J. Likvidace a využití odpadních produktů z chemických leštíren skla. rezortní tematický úkol č. 5, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1971. 35 s.

[2.]

JOCHMAN, J. Návrh technických podmínek pro odpadní síran z Leštíren skla Světlá n. Sáz. Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1975. 1 s.

[3.]

KAŠNÍK, F. Optimalizace dehydratace fosfosádrovce získaného z kolaapatitu extrakčním způsobem. kandidátská disertační práce, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1974. 129 s.

[4.]

KAŠNÍK, F. Základní podmínky dehydratace dihydrátu kalciumsulfátu. Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1973. 55 s.

[5.]

kol. Zpracování fosfosádrovce na fosfosádru a sádrové dílce. realizační rozvaha, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1971. 35 s.

[6.]

LEBEROVÁ, J. Posouzení zpracování odpadního síranu z Lískovce při výrobě pórobetonu. Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1972. 8 s.

[7.]

LEJSEK, L. a kol. Nové hmoty na bázi modifikované a vyztužené sádry, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 235 s.

[8.]

LEJSEK, L. a kol. Nové hmoty na bázi modifikované vyztužené sádry, část A Výzkum výroby a používání sádrovláknitých desek. výroční zpráva úkolu, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 243 s.

[9.]

LEJSEK, L., VRBECKÝ, J. Výzkum výroby a používání příčkových dílců ze sádry, část B Sádrové příčky. zpráva, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 72 s.

[10.] ŘIHÁNEK, S. Laboratorní zkoušky praní sádrovce. zak. č. 4-11-084, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 45 s. [11.] ŘIHÁNEK, S. Laboratorní zkoušky praní sádrovce. zak. č. 4-11-084, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 43 s. [12.] ŘIHÁNEK, S. Posouzení radioaktivity stavebních hmot na bázi fosfosádry z odpadního fosfosádrovce. zak. č. 4-11-086, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 43 s. [13.] ŘIHÁNEK, S. Provozní technologie výroby fosfosádry. závěrečná zpráva, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 220 s. [14.] ŘIHÁNEK, S. Využití odpadního sádrovce z neutralisace odpadních vod CHZ-Přerov, studie zak. č. 4-11-076, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 27 s. [15.] ŘIHÁNEK, S. Zkoušky sádry, sádrovce a dílců Promota z NSR. zpráva, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 49 s. [16.] ŘIHÁNEK, S., Kalina V. Výroba a zpracování energosádry. studie II. etapa, Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 161 s. [17.] VRBECKÝ, J. Výsledky zkoušek sádrokartonových desek z Rottleberode. Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně: 1970. 15 s.

191

Závěr 1. Opět je třeba připomenout, že k úspěšnému zpracování cíle V006 bude třeba od řešitelů ostatních cílů jednoznačně stanovit, příp. zpracovat: - podrobný popis produktu, způsoby užití produktu, - podrobný popis technologie výroby, vč. rozhodnutí, zda se bude výpočet vztahovat ke konkrétnímu producentovi nebo k tzv. „investici na zelené louce“, - strojně-technologická dokumentace vč. požadavků na výši investic do stavební, strojní a elektrotechnické části a pro část měření a regulace, - výrobní kapacita linky, - plánovaná spotřeba surovin, materiálu, paliv a energií, vč. jejich potencionálních dodavatelů, - potřeba lidských zdrojů (v případě konkrétního producenta návrh výše mezd), - ostatní položky (tzn. plánované náklady na opravy a udržování, výrobní a správní režie, náhradní díly apod.), - pořizovací cena stavební, strojní a elektrotechnické části a části pro měření a regulaci, - legislativní omezení týkající se vlastní výroby a/nebo uvedení výrobku na trh, - ochrana práv k duševnímu vlastnictví, případně další náležitosti. 2. Pokračuje zmapování trhu přírodních kameniv v rámci ČR – byly dokončeny mapy výskytu jednotlivých kategorií kameniv, které budou slouží jako vodítko k nalezení vhodných oblastí pro uplatnění různých druhů umělých kameniv, z důvodu lokálního nedostatku jejich přírodních ekvivalentů. V posledním čtvrtletí tohoto roku byla pozornést zaměřena i na produkci přírodních sádrovců v ČR. 3. V tomto čtvrtletí bylo v návaznosti na práce technologické části V 003 sledováno využití produktů odsiřování spalin, tzv. energosádrovců na trhu ČR i celosvětové úrovni – v této etapě byly zjištěny základní údaje o použití energosádrovců v ČR, Německu, Polsku, Itálii, USA, Kanadě, Turecku a Šanghaji. V dalších letech budou výsledky průzkumu průběžně doplňovány a aktualizovány. 4. V posledním čtvrtletí byl zpracován ucelený souhrn všech dosavadních poznatků Výzkumného ústavu stavebních hmot, a. s. v oblasti využití přírodních i umělých sádrovců.

192


Reference Webové stránky, případně ústní informace následujících subjektů: [1.]

Tabulka dobývacích prostorů, Státní báňská správa ČR

[2.]

Oborový portál Beton server

[3.]

ČEZ, a. s.

[4.]

Pražská teplárenská a. s.

[5.]

International Power Opatovice, a. s.,

[6.]

Rigips, s.r.o. Horní Počáply

[7.]

KNAUF Praha s.r.o.

[8.]

KNAUF Zentrale, Iphofen

[9.]

Association of European Gypsum Industries, Brussels

[10.] Bundesverband Kraftwerksnebenprodukte e.V. [11.] E.ON Kraftwerke GmbH [12.] Xella International GmbH [13.] Wopfinger Baustoffindustrie GmbH [14.] Wietersdorfer & Peggauer, Zementwerke GmbH [15.] Baumit Baustoffe GmbH [16.] PolskiGips serwis internetowy [17.] Przyrodniczy portal informacyjny [18.] Illinois State Geological Survey (ISGS) [19.] Electric Power Research Institute (EPRI), Palo Alto, California [20.] Electric Power Research Institute (EPRI), Charlotte, North Carolina [21.] Global Cement Magazine [22.] Cement Americas [23.] Georgia-Pacific company [24.] (ACAA – American Coal Ash Assotiation) [25.] Robert B. Bruce, PhD, David L. Tackett, P.E.: Creating Demand for New FGD Gypsum Sources, Presented at World of Coal Ash; Lexington, USA, April 2005 [26.] P.A. Bhat, K.J. Rogers: Geotechnical Engineering Study of FGD Gypsum for Landfill Operation, 4th International Conference on FGD and Other Synthetic Gypsum, May 16-18, 1995, Toronto, Ontario, Canada [27.] Katerina Dontsova, Yong Bok Lee, Brian K. Slater, Jerry M. Bigham: Gypsum for Agricultural Use in Ohio—Sources and Quality of Available Products, Cooperative effort between Ohio State University Extension and the College of Food, Agricultural, and Environmental Sciences [28.] Tera D. Berland, Debra F. Pflughoeft-Hassett, Bruce A., Dockter, Kurt E. Eylands, David J.

Hassett, and Loreal V. Heebink: Review of handling and use of fgd material, Energy & Environmental Research Center, University of North Dakota [29.] Shawn Sullivan: AWB Honors 13 Companies for Environmental Excellence, Immediate release, 2003

193

[30.] Firmy zahrnuté do analýzy situace primárních stavebních surovin na trhu ČR: Cihlářská a.s., Petrohrad; A.K.U.P.I. CB spol. s r.o., Lišov; AG Skořenice, akciová společnost; Agir spol. s r.o., Skoupý; AGRO Brno - Tuřany, a.s.; AGROPLAST a.s.; Agropodnik Humburky, a.s.; Agrostav Znojmo, a.s.; AGROSTAV, společný podnik "v likvidaci", Staré Město - Baška; Anna Mrázová, lom Žernovka; ATLANTA,a.s.; ATS-SILNICE, spol. s r.o.; B E S s.r.o.; BASALT s.r.o.; BĚLSKÁ PÍSKOVNA a.s.; BENTEX BOHEMIA s.r.o.; BERGER BOHEMIA a.s.; BERON, spol. s r.o.; BETAS MORAVIA akciová společnost; Bludovit, s.r.o.; Bohumil Vejvoda - obchodní činnost VEDA CS; Bratři Řehounkové,cihelna Časy s.r.o.; Brněnské papírny, státní podnik; Brněnské cihelny, státní podnik - v likvidaci; BUILDING SP, spol. s r.o.; C S V spol. s r.o. - v likvidaci; CARMEUSE CZECH REPUBLIK s.r.o.; CEFEUS spol. s r.o.; Cement Hranice, akciová společnost; CIDEM Hranice, a.s.; CIHELNA Čepí společnost s ručením omezeným (s r. o.); Cihelna Hodonín, s.r.o.; Cihelna Litovel - Nasobůrky s.r.o.; Cihelna Malenovice, s.r.o.; Cihelna Prostějov s.r.o.; Cihelna Sedlčany, a.s.; Cihelna Vysoké Mýto s.r.o.; Cihelna Kinský, spol. s r. o.; Cihelna Klíma spol. s r.o.; CIHELNA OSVĚTIMANY, spol. s r.o.; Cihelna Polom, spol. s r.o.; Cihelna Prostějov - Držovice s.r.o.; Cihelna Pulice, spol. s r.o. v likvidaci; CIHELNY KRYRY a.s.; CIHLÁŘSKÝ ZÁVOD v Horkách n/J, spol. s r.o.; CIOS Osenice, spol. s r.o.; CIPO, spol. s r.o; COLAS CZ, a.s.; COMING Plus, a.s.; Completinvest, společnost s ručením omezeným; CZECH TRADING, s.r.o.; ČESKÁ ŽULA spol. s r.o.; České lupkové závody, a.s.; Českomoravské štěrkovny, a.s.; Českomoravský cement, a.s., nástupnická společnost; D M P a.s.; Daniel Štěrba, lom Chodová Planá; Daosz, s.r.o.; David Maurer, lom Jabkenice; DCD Prosenice a.s.; DCK Holoubkov Bohemia a.s.; Delfín, spol. s r.o.; DOBET, spol. s r.o.; Družstvo DRUMAPO; ECODUMP, s.r.o.; ECOMOSYS, spol. s r.o.; EKOFIM, s.r.o.; EKOSTAVBY Louny s.r.o.; EKOZIS spol. s r.o.; EKRA s.r.o.; Filip VÍTEK, lom Lipnice I (Pětka); Finisterrae, s r.o.; FLACHS, a.s.; FORMANSERVIS,s.r.o.; FORT kapitál, a.s. - v likvidaci; František Dvořák, lom Valtice IV; František Jampílek, lom Vlíněves; František Matlák – stavebniny, Lažánky; Froněk, spol. s r.o.; G E T s.r.o.; G.T.S. CZ, s.r.o.; GO Point a.s.; GRANIO s.r.o.; GRANIO s.r.o.; Granit Lipnice, společnost s ručením omezeným; Granit Málkov s.r.o.; GRANITA s.r.o.; GRANITZACH, spol. s r.o.; Gravel, spol. s r.o.; GYPSTREND s.r.o.; GZ - Sand, s.r.o.; H O M E, a.s.; H. Z. C. J. a.s.; HÁJEK s.r.o.; Hanácký agrospolek, s.r.o.; Hanson ČR, a.s.; Hanson Kamenivo, s.r.o.; HASIT Šumavské vápenice a omítkárny, a. s.; HELUZ cihlářský průmysl v.o.s.; HERLIN spol. s r.o.; Holcim (Česko) a.s., člen koncernu; HORNA - DOPRAVA A MECHANIZACE, s.r.o.; HUTIRA - OMICE, s.r.o.; ILBAU spol. s r.o.; Ing. Miroslav Šimáček, lom Vrbová; Ing. Oldřich Jehlička - DIORIT-JEHLIČKA ČÁSTKOV; Ing. Sommer - cihelna Brázdim, spol. s r.o.; JAGOS, spol. s r.o.; JAME, s.r.o.; JAMEL, s.r.o.; Jan Fiala - cihelna Štěrboholy; Jan Hamáček - Stavby Prunéřov; Jana Lobová, lomy Lípa nad Orlicí; Jaromír Slaný , lom Polnička; Jaroslav Sedláček SEDOS Voděrady; JEVIsport,spol. s r.o.; JHF Heřmanovice spol. s r. o.; JIHOKÁMEN, výrobní družstvo ; JIHOTVAR výrobní družstvo Veselí nad Lužnicí; Jindřich Zedníček, lomy Kamenná nad Oslavou a Mrákotín; Josef Máca ml. - Kamenosochařství; Josef Šeda - TAUM; Josef Žirovnický - ŽIRO; K M K GRANIT, spol. s r.o.; K - G R A N I T spol. s r. o.; Kalcit s.r.o.; Kámen a písek, spol. s r.o.; Kámen Brno, spol. s r.o.; Kámen Hudčice, s.r.o.; KÁMEN OSTROMĚŘ s.r.o.; KÁMEN Zbraslav, spol. s r.o.; Kamenolom Císařský a.s.; Kamenolom KUBO s.r.o.; Kamenolom Zderaz s.r.o.; Kamenolomy ČR Herous s.r.o. ; KAMENOLOMY ČR s.r.o. ; Kamenoprůmyslové závody, s.r.o.; Kaolin Hlubany, a.s.; Karel Kubík; KERAMOST, a.s.; KKERAMO, spol. s r.o./v exekuci/; KM Beta MORAVIA s.r.o.; KOTOUČ ŠTRAMBERK, spol. s r. o.; Kozákov - družstvo; KRÁKORKA a.s.; Krkonošské vápenky Kunčice , a.s.; Ladislav Peller Těžba úprava surovin - nákup, prodej a doprava; Lafarge Cement, a.s.; LASSELSBERGER, a.s.; Lesostavby Šumperk, a.s.; Lesy ČR Hradec Králové; Leveko, spol. s r.o.; LHOIST s.r.o.; Libinská AGRO, a.s.; LIGRANIT a.s.; LITH s.r.o.; LIVIA,spol.s r.o.; Lom Horní Pole, s.r.o.; Lom Klecany s.r.o.; Lom Matula Hlinsko, a.s.; LOM NEČÍN, a.s.; Lom Nečín, s.r.o.; Lom Skalka, s.r.o.; LOMY MOŘINA spol. s r.o.; LOMY, spol. s r.o.; Lubomír Kruncl, lomy Počaply u Terezína a Travčice; Lucie Salavcová Babická, lom Vrchotovy Janovice; Lucky CS GOLD s.r.o.; M - SILNICE a.s.; M P C s.r.o.; M. & H. Granit, spol. s r. o.; MATRO,s.r.o.; MAX BÖGL & JOSEF KRÝSL, stavební firma, výroba prefabrikátů a kamenolomy, Plzeň-Dobřany, kom. spol.; MEDIGRAN s.r.o.; Město

194


Mělník, lom Vliněves I; Městské lesy Hradec Králové a.s.; MEX-REAL, s.r.o.; MH stavební , spol. s r.o.; Miláček a spol., s.r.o.; Milan Král - stavební hmoty, v likvidaci; MORAVSKÁ TĚŽEBNÍ, a.s. v likvidaci; Moravské keramické závody a.s.; MP Cihelna,spol. s r.o., v likvidaci; Mramor, spol. s r.o. v likvidaci; M-SILNICE a.s.; MŠENSKÉ PÍSKOVCE spol. s r.o.; MUROŇ spol. s r. o.; Naděžda Veselá; NATRIX, a.s.; NIKA Chrudim s.r.o.; NOBI PLUS spol.s r.o.; NZPK spol. s r.o.; OBEC DUBNICE POD RALSKEM; OBEC KRÁSNĚVES; Obec Miličín; Obec Studená; OBEC VELKÝ BERANOV; OFEX-gis spol. sr.o.; Oldřich Psotka; OMYA a.s.; PARALAX, a.s.; Pavel Dragoun, lomy Háje; P-D Refractories CZ a.s.; PEDOP s.r.o.; Petr Čejka, lom Blovice; PETRALom Číměř s.r.o.; PIKASO,spol. s r.o.; Písek - Beton, a.s.; PÍSEK A ŠTĚRK MORAVA, spol. s r.o.; PÍSEK OSTRAVA s. r. o.; Pískovna Černovice, spol. s r.o.; Pískovna Sojovice, s.r.o.; Pískovny a kamenolomy Poděbrady, státní podnik v likvidaci se sídlem v Poděbradech; Pískovny Hrádek a.s.; PÍSKY - J. Elsnic spol. s r.o.; Plzeňské štěrkopísky, s.r.o.; PRAŽSKÝ KAMENOSERVIS,spol. s r.o.; Provodínské písky a.s.; Průmysl kamene a.s.; Průmysl kamene Brno, s.r.o.; Q - GRANIT s.r.o.; R A L U X spol. s r.o.; Radek Patrný, lom Pěčín; RAKOLUPKY,spol.s r.o.; RASTRA AG-CZ a.s.; REKO a spol. Semily s.r.o.; REKO GRANIT s.r.o.; Reno Šumava spol. s r.o.; REVLAN s.r.o.; RKM - Rekult a.s.; Rosa, s.r.o.; S T A Z co., s.r.o.; SDRUŽENÍ SINGULÁRNÍCH PODÍLNÍKŮ, KOMŇA; Sedlecký kaolin a. s.; SETRA, spol. s r. o.; Severokámen Liberec, státní podnik v likvidaci; SHB,s.r.o.; SILNICE ČÁSLAV - HOLDING, a.s.; SILNICE MORAVA s.r.o.; Silnice Hradec Králové a. s.; Silnice, státní podnik, Hradec Králové v likvidaci; Sklopísek Střeleč, a. s.; SLATE - B.D.S.O., a.s.; SLEZSKÁ ŽULA, spol. s r.o.; Slezský kámen a.s.; S-MOST s.r.o. ; Sofron Trade a.s.; Sokolovská uhelná, právní nástupce, a. s.; SOL-EX, spol. s r.o.; SORRENA INVEST, s.r.o.; SPRÁVA A ÚDRŽBA SILNIC KUTNÁ HORA - vedlejší dopr. činnost, ubytování; STAPO MORAVA, a.s.; Stavby silnic a železnic, a.s.; STONE s.r.o.; Špaček - kamenolomy, spol. s r.o.; Štěrkovny spol. s r. o. Dolní Benešov; Šumavský pramen a.s.; T E K A Z, s.r.o.; TAPAS BOREK, s.r.o.; Tarmac CZ a.s.; TELETÍNSKÁ ŽULA, s.r.o.; Teltras a.s.; Těžba nerostů a.s.; Těžba štěrkopísku spol. s r.o.; THERMOSERVISRECYKLACE, s.r.o.; THORSSEN s.r.o.; TONDACH Česká republika s.r.o.; Travertin Kokory, spol. s r.o.; TVARBET MORAVIA, a.s.; U N I K O M, a.s.; UNIM spol. s r.o. ; Václav Maurer, lomy Černuc, Dolní Bousov a Obruby; VANDE MOORTEL CZ, s.r.o.; VÁPENKA VITOŠOV s.r.o.; VÁPENKA VITOUL s.r.o.; Velkolom Čertovy schody, akciová společnost; VIA - VODA spol. s r.o. ; Vít Karásek, VPAS; W E I S S spol. s r.o.; Wienerberger cihlářský průmysl, a. s.; ZAPA beton a.s.; ZECHMEISTER, spol. s r.o.; Zemědělské družstvo Brusné; Zemědělské družstvo Letovice; Zemědělské družstvo Otice; Zemědělské družstvo Šonov u Broumova; Zemědělské obchodní družstvo Velký Grunov; Zemědělské obchodní družstvo Zálabí; ZEPIKO spol. s r.o.; ZS Kratonohy a.s.; Železniční průmyslová stavební výroba Uherský Ostroh a.s.; Žula Rácov,s.r.o.

195

196

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

Recommend Documents