KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK
7.6
Tűzálló építőanyagok reciklálása Tárgyszavak: tűzálló anyag; kemencebélés; reciklátum; építőipar.
A földkéreg számunkra is hozzáférhető része 90%-ban szilikátok sokaságából áll, melyeket az emberiség az évezredek során megtanult különféleképpen hasznosítani. Ez vonatkozik természetesen a tűzálló anyagok és a kazánépítés alapanyagaira is. Mióta az ember magas hőmérsékletű eljárásokat alkalmaz különféle anyagok (fémek, üveg, cementek) előállítására, illetve energiatermelésre, szükségessé vált a tűzálló (építő-) anyagok használata. Ezek azonban idővel elhasználódnak, szemétté, hulladékká válnak. Felmerül tehát a kérdés, milyen módon lehet ezeket visszanyerni, újrahasznosítani?
A hulladékhasznosítás általános kérdései A hulladék újrahasznosítása – függetlenül annak fajtájától – gazdasági és ökológiai szempontból is szükséges. Ennek egyik magyarázata, hogy bizonyos elsődleges nyersanyagok csak véges számban vannak jelen a természetben, ezért meg kell tanulnunk ezeket minél jobb hatásfokkal reciklálni. Ennek érdekében máris több állam alkalmaz olyan szabályozást, mely forszírozza a reciklált anyagok nagyobb arányú felhasználását: – Az Európai Tanács és az Európai Parlament egy 2000. májusi ajánlattervezetében (az építési és bontási hulladékokról) a tagállamok számára reciklálási kvótát állapítottak meg: 2005-ig 50– 75%, 2010-ig 70–85%. – Németországban már 1994 óta előírják a cirkulációs gazdaság támogatását és a környezetbarát szemételtávolítás biztosítását.
Ám törvények és javaslatok mit sem érnek, ha a vállalatok – főként gazdasági okokra hivatkozva – minden lehetőséget megkeresnek (és meg is találnak) ezen szabályozások megkerülésére. Mindezek mellett a törvénykező természetesen mindent elkövet, hogy a kiskapukat ritkítsa, és többnyire az ipar is azon van, hogy a hulladékhasznosításban új lehetőségeket nyisson. Természetesen soha nem lesz 100%-os a reciklálás mértéke, de nagymértékben fokozható lenne néhány fontos szempont betartásával: – A termelés során a lehető legkevesebb természetes energia és alapanyag felhasználása. – A termelésből eredő hulladék minimalizálása. – Olyan termékek előállítása, melyek hosszú élettartamúak, javíthatóak, biztonságosak, egészségre ártalmatlanok és szennyezőanyag-mentesek. – Hulladékkezelés rögtön a keletkezés után, miközben a lehető legtöbb energiát vagy másodlagos nyersanyagot kell a hulladékból visszanyerni. – Az elkerülhetetlen, haszontalan hulladék kezelése a problémamentes tárolás érdekében. A hulladék értéke Nehéz a hulladék értékét pontosan meghatározni, mivel az függ a szennyezettségtől és a piaci kereslettől is. A termelés során keletkező szennyezetlen hulladék szinte problémamentes, hisz azonnal reciklálható. Nehezebb azon hulladékok értékének megállapítása, melyek használatuk során megváltoztak (esetleg szennyeződtek), mert fizikai szortírozás és előkészítés szükségeltetik az újrafelhasználásuk előtt, ami az árat jelentősen növelheti. Hulladékmennyiség és gyűjtőkapacitás Az értékesítő számára a hulladék, mint másodlagos nyersanyag, értéket képvisel. Ez a nyersanyag akkor hasznosítható gazdaságosan, ha a gyűjtés során megfelelő mennyiség halmozható fel és ennek költségei bizonyos határokon belül maradnak. Ha egy bizonyos hulladéktípus túl kevés, vagy túlságosan elszórtan fellelhető, nem lehet haszonnal forgalmazni. A hulladék előkészítésének költségei A hulladék többsége más hulladékokkal keverve, a használattól szennyezetten kerül a feldolgozóba. Ez azt jelenti, hogy szét kell válo-
gatni a különféle anyagokat, meg kell őket tisztítani (kémiailag, biológiailag, vagy fizikailag) és elő kell őket készíteni a további felhasználásra. Mindez munkába és energiába kerül, melynek költségei gyakran nagyobbak, mint a természetes nyersanyagok felhasználásának ára. Ez az oka annak, hogy sok reciklálható hulladékot inkább lerakóhelyre visznek. Az anyagkörforgás technológiai határai Az anyagok használat közbeni változása, szennyeződése néha olymértékű, hogy a megtisztítás és előkészítés technológiai vagy gazdasági akadályokba ütközik. Különösen jellemző ez a tűzálló építőanyagokra, melyek bevetésük után nem feltétlenül hasznosíthatók újra.
Reciklált tűzálló anyagok hasznosítása a szakmán belül A következőkben a tűzálló technológia területéről mutatok be néhány példát, milyen módon tudják saját hulladékaikat, másodlagos nyersanyagaikat (reciklátum) hasznosítani. A kerámiaégetés során használt égetőedények példája Korábban, mikor az égetőkemencékben szilárd tüzelőanyagot alkalmaztak, jelentős mennyiségű samott-tégelyt használtak fel, amik képlékeny agyag-samott keverékből állottak és melyek reciklálhatók voltak. Ennek megvolt az a gazdasági előnye, hogy nem kellett a nyers samottot külső helyről beszerezni. Egy idő után természetesen oly mértékben szennyeződtek ezek a tégelyek, hogy alkalmatlanná váltak újbóli felhasználásra, ilyenkor a nyers samott vásárlása maradt az egyetlen megoldás. Ez is azt bizonyítja, hogy az elhasználódási folyamat révén egy bizonyos idő után már nem lehet reciklálni az anyagokat, azok egyszer így is, úgy is használhatatlan hulladékká válnak. A karbidtartalmú (SiC) égetőeszközök alapanyaga energia- és költségigényes, ami indokolttá tenné a karbid visszanyerését és reciklálását. A tüzelőanyag okozta szennyeződés azonban – különösen a kovasavképződés – erősen rontja az SiC jó tulajdonságait, így a reciklálás során romlik a minőség. Felmerül a kérdés, lehet-e ezeket a karbidokat más területen hasznosítani, pl. tűzálló anyagokban adalékként (a cementgyártásban).
Az alaktalan (amorf) tűzálló anyagok példája Ezen széles skálája a tűzálló anyagoknak különösen alkalmas reciklátumok (mint nyersanyagbázis) felhasználására, hiszen szinte kizárólag használt, alakos, tűzálló anyagokból (tűzálló kövek, kazánbélés) készülnek, miután azokat szétválogatták és megtisztították (hamutól, salaktól, üveg- és fémmaradványoktól). Következzék néhány példa a reciklátumok alkalmazására: – A cseppfolyósan öntött, mullit-, korund- vagy bedeleiit-korund alapú üveg-kádkő az elhasználódás után kiváló alapanyagot képez magas tűzállóságú beton készítéséhez. – A samottbélés (nehéz vagy könnyű) – különböző kötőanyagokkal együtt (vízüveg, foszfátok, portland- vagy agyagföldcement) – részben vagy egészben felhasználható tűzálló betonadalékként az 1300 °C-os hőmérséklet-tartományban. – Reciklátumok, mint a sűrűre szinterezett alumoszilikátok, részben jól hasznosíthatók speciális tűzálló betonokban kiváló alkáli- és CO-ellenállóképességük miatt. Szinte az összes kötőanyaggal megférnek, így igen költséghatékony az alkalmazásuk. Ezeket a példákat még sokáig folytathatnánk, de ne felejtsük el, hogy ezek alakos termékekből készült amorf reciklátumok, melyek felhasználási arányára nagyon oda kell figyelni, nehogy túlzott alkalmazásuk a tartósság rovására menjen. A bauxit manapság a tűzálló beton egyik leggyakrabban alkalmazott alapanyaga, és nem ritka a nagyobb mennyiségű bauxit-reciklátum alkalmazása sem. Egy kísérlet során 3-féle betonkeveréket vizsgáltak meg. Az elsőben 100% eredeti bauxitot használtak, a másodikban 50% volt az eredeti és 50% a reciklált bauxit aránya, a harmadikba pedig 100%-ban reciklált bauxitot kevertek, mint tűzálló adalékot. Megvizsgálták ezen keverékek fizikális és kémiai tulajdonságait és a következő eredményekre jutottak: – A bauxit-reciklátum használata az alsóbb hőmérséklet-tartományban kis mértékben rontja a szilárdságot, de szinterezés után a szilárdság kismértékű javulását figyelték meg. – A beton tömörségét a bauxit-reciklátum fellazítja (1400 °C felett a tömörség eredeti bauxittal 2,70 g/cm3 volt, 100% reciklátum alkalmazása mellett pedig 2,30 g/cm3). – A részleges vagy 100%-os reciklátum-használat a kémiai összetételre is jelentős hatással van. Ez abban mutatkozik, hogy egyrészt az Al2O3-hányad csökken (80,5-ről 67,0 %(m/m)-ra), másrészt a
SiO2 és a CaO aránya jelentősen megnő (12,0-ről 24,2 %(m/m)ra, ill. 3,1-ről 4,4 %(m/m)-ra). Ezek a felismerések is bizonyítják, hogy az eredeti bauxit helyettesítése reciklátummal jelentős befolyást gyakorol az anyag kémiai és fizikai tulajdonságaira. Az alakos tűzálló anyagok példája Gyakran alkalmazott eljárás, hogy bizonyos anyagok előállításához saját reciklátumukat alkalmazzák, mint pl. a kazánbélés törmelékét újabb létrehozásához. Ehhez természetesen válogatni, tisztítani és zúzni kell a törmeléket. A kazánbélés esetében nehezítő körülmény, hogy különféle anyagok sokféle kombinációban kerültek felhasználásra, így ezek bontáskor a törmelékben is keveredve jelentkeznek. Ennek következtében nem több mint legfeljebb kb. 50% reciklátum kerül az új bélésanyagba. A Bessemer konverter („körte”) törmelékének példáján (ami a MgO–C-kövek alapanyaga) jól szemléltethetők a törmelékfeldolgozás problémái: – Fontos, hogy a törmelék tiszta, salak- és fémmaradvány-mentes legyen. A dolomitok és a reaktív fémpor később nemkívánatos reakciókat válthatnak ki. Ennek kikerülése érdekében a feldolgozás előtt beiktathatók különböző hatástalanító módszerek, bár kétség kívül a törmelék keletkezésekor történő szétválogatás költséghatékonyabb. – Bár a reciklálás folyamata egy bevett technológiai módszerrel történt, kikerülhetetlen volt a minőségbiztosítási eljárás és néhány kiegészítő munkafázis (szortírozás, homogenizálás és kondicionálás) beépítése a munkamenetbe. Mindez a költségek megemelkedésével járt. A reciklálás során előállított MgO–C-kövek minősége és tartóssága nem marad el a piacon kapható társaikétól. Költségeit tekintve azonban a reciklátum jóval drágább, mint a primer nyersanyag. A hőszigetelő anyagok példája Ezen speciális kemenceépítő-anyagok palettája – mind kémiai, mind fizikai tulajdonságaikat tekintve – igen széles. Egyes termékek, mint pl. az üreges gömbkorund, tűzállóak, de a többségre ez nem igaz. A tűzálló rost alapú termékek sokféle alakban és módon kerültek az ipari kemenceépítésben felhasználásra, reciklálásuk munkavédelmi és gazdasági okokból azonban csak akadozva indul be. Egy tanulmány ke-
retein belül foglalkoztak a problémával, ami következőképpen foglalható össze: – Próbavételre alkalmas, megfelelő berendezések építése, üzemképesség-vizsgálata. – Az elhasználódott rostok előkészítése intenzív keverőben. – Az elhasználódott rostok feldolgozása finom darává, agyaggal megkötött komposzttá (különféle adalékokkal), továbbá hidraulikusan megkötött, tűzálló betonná. – Az elhasználódott, reciklált rostokból készült izoláló, tűzálló beton és könnyű beton gyakorlati vizsgálata. A könnyű, tűzálló beton, melynek hőszigetelő tulajdonságai nagyon kedvezőek (hővezető-képesség 0, 12–0, 35 W/m · K) már ma is megvalósítható.
Tűzálló hulladékok alternatív hasznosítási lehetőségei Ha a tűzálló hulladékot nem lehet, vagy nem éri meg tűzálló anyagok előállításához újrahasznosítani, alternatív lehetőségeket kell keresni. Legvégső esetben hulladéklerakóba lehet ugyan szállítani, de ez igen költséges, mivel a kemencetörmelék különleges hulladékként kezelendő. Jobban megéri tehát reciklálni. Agyagtartalmú regenerátumokat, akár önmagukban, akár mésszel keverve a fémkohászatban tudnak salakmegkötésre hasznosítani. Ezek az anyagok a cementiparban is felhasználhatóak Al2O3-hordozóként. A bázikus kemencetörmelék megfelelő MgO-tartalom mellett akár dolomitmész pótlására is alkalmas lehet. A törmelék egyéb, szennyezett részeit útépítéseknél, vagy lerakóhelyek építésénél töltőanyagként lehet hasznosítani, bár ez utóbbi lehetőség inkább gyors megszabadulás az anyagtól, mintsem annak korszerű hasznosítása.
Nem tűzálló (idegen) anyagok hasznosítása tűzálló anyagok előállítása során Idegen hulladékok reciklálása már most sem idegen a szakmától, ha azok – kémiai és fizikai tulajdonságaikból kifolyólag – alkalmasak, vagy költséghatékonyan alkalmassá tehetők tűzálló anyagok előállítására. A fémkohászat különféle folyamataiból származnak olyan salakok, melyek hőtani „múltja” és kémiai összetétele lehetővé teszik, hogy kemenceépítés során felhasználják. A porózus hamuüledék, mely a széntermelés
során a hulladékok kiégetésekor keletkezik, nagyon jól hasznosítható könnyű, tűzálló beton adalékaként. Ugyanez érvényes a barna- és feketekőszén égetése során keletkező hamura, mely igen hőálló, porózus mikrokapszulákat hagy maga után. Azonban néhány mikro-kitöltőanyagot (pl. a „silica fume”, ami a vas- és szilíciumtermelésre jellemző példa) eleve csak lerakandó hulladékként könyveltek el, holott ma már jó tulajdonságaik miatt keresett nyersanyaggá váltak. Mindez azzal járt, hogy míg kezdetben szinte ingyen jutottak hozzá a felhasználók a nyersanyaghoz, ma már nekik is viselniük kell a nyersanyaggá válás költségeit. Mindez általában is jellemző volt az idegen anyagok (pl. fáradt olaj, szulfitlúgok stb.) hasznosítására.
Tapasztalatok, következtetések A tűzálló anyagok reciklálása a következő okok miatt szükséges: – A jogi szabályozás következtében a tűzálló anyagokat előállító iparág köteles az elhasznált anyagokat reciklálni. – Az utóbbi évtizedekben állandóan nőtt a tűzálló anyagok minősége, ami ezek árát is növelte. Emiatt várható az alapanyag hiánya, illetve drágulása. – A lerakás (deponálás) költségei szisztematikusan növekednek, ami végső soron a végtermék árát is növeli, ezen kívül a jövőben a lerakóhelyek száma is csökkenni fog. A tűzálló anyagok többé-kevésbé intenzíven elhasználódnak, minek során nem csak mechanikai anyagveszteséggel, de – különféle reakciók következtében – anyagváltozással is számolni kell. A veszteséget tetézi, hogy a törmelék jellegéből adódóan a különféle anyagok keverednek. Mindebből következik, hogy az anyagnak csupán kb. 50%-a nyerhető vissza. Figyelembe kell venni továbbá, hogy a reciklátumok a primer nyersanyaggal szemben gyengébb minőséget képviselnek. Ez a „DownCycling” (reciklálás pejoratív értelemben – leértékelés) sajnos jellemző a tűzálló reciklátumokra, hiszen rosszabb minőséget nagyobb anyagi ráfordítással előállítani nem éppen kecsegtető. Ilyen pesszimista kijelentések dacára is foglakozni kell a tűzálló reciklátumok felhasználási lehetőségeivel, hiszen ez mind környezetvédelmi, mind foglalkoztatási szempontból jól felfogott érdekünk. A reciklálás gazdaságosságának érdekében a következő problémákra kell a jövőben összpontosítani: – Jobb építési koncepciók kifejlesztése, minek következtében a lebontás és az újrahasznosítás egyszerűbben megoldható lenne.
Ehhez jobb együttműködésre lenne szükség az építő és bontó vállalkozások között. – A bontásnál is fontos a minőségi munka, különös tekintettel a válogatásra, szakszerű tárolásra, szennyeződések elkerülésére, szitálásra stb. – A reciklátumok használatával kapcsolatos előítéleteket le kell rombolni, fontos, hogy a másodlagos nyersanyagot (reciklátum) szakszerűen hasznosítsák. – Jobb gépek és berendezések építése, pl. megfelelő aprítóberendezés, erős-mágneses szűrő, optikai elven működő válogatórendszer. – Új eljárások kifejlesztése, mint pl. a bázikus maradványanyagok hidrotermális kezelése, vagy a különféle hidroxidok kinyerése és továbbfeldolgozása. Ha tűzálló anyagok bevetéséről van szó, mérlegelni kell, hogy technológiai és gazdasági szempontból megéri-e reciklátumokat bevetni, sok esetben a minőségi követelmények teszik lehetetlenné reciklátumok alkalmazását. Ma már egy egész iparág dolgozik azon, hogy a nagy értékű, minőségileg stabil, hulladék anyagokat szakszerűen kezelje. Ennek eredményeképp olyan másodlagos nyersanyagok (reciklátumok) állnak rendelkezésre, melyek ára és minősége stabil, kalkulálható. Ahhoz, hogy ez a fejlődés ne torpanjon meg, folyamatos kutató- és fejlesztőmunka szükséges. Fontos még, hogy szorosabb, intenzívebb együttműködés alakuljon ki az alapanyag-gyártók, az iparikemence-építők, a kemenceüzemeltetők, a bontók és az újrahasznosítók között. Összeállította: Wünsch Ferenc Seifert, H., Kreuels, N.: Recycling in der Feuerfestindustrie. = Keramische Zeitschrift, 55. k. 11. sz. 2003. p. 870–874. Vilches, L. F.; Fernandez-Pereira, C. stb.: Recycling potencial of coal fly ash and titanium waste as new fireproof products. = Chemical Engineering Journal, 95. k. 1. sz. 2003. szept. 15. p. 155–161.
Röviden… Használaton kívül került hűtőgépek újrafeldolgozása az R12 visszanyerésével Szakszerű kezeléssel a használatból kikerült hűtőgépekből a még hasznosítható anyagok visszanyerhetők, tehermentesítve ezáltal a környezetet. Különösen igaz ez a klórozott és a fluorozott szénhidrogénekre (FCKW), amelyeket az 1990-es évek közepéig használták a hűtőgépekben. A Messer cég ún. Rekusolv-eljárása jól bevált az FCKW-k és a pentángőzök visszanyerésére, illetve a zúzógépek légterének semlegesítésére. Szigorodtak a feldolgozó berendezésekre előírt emissziós értékek: a jelenlegi 20 mg/m3 határérték az összes FCKW-re, így az illékony R12-re is érvényes. Miután ez a határérték a rendelkezésre álló technikai eszközökkel nem tartható be, a Grevenbroich-ban egy újrafeldolgozó berendezést üzemeltető RWE Umwelt Rt. és a Messer Griesheim közösen kifejlesztett egy egyedi megoldást: a Rekusolv-berendezést folyékony nitrogénnel üzemelő utóhűtővel szerelték fel. A hűtőgépek újrafeldolgozásának egyik legnehezebb feladata a gáz halmazállapotú habosító anyag visszanyerése. A hűtő körfolyamatban használt R12-t a kompresszorolajjal együtt közvetlenül elvezetik és szakszerűen kezelik, a habosító anyag ugyanakkor a habpórusokba bezáródik, illetve egy része a poliuretán műanyagba diffundál. A pórusok gázmentesítése csak a hab finomra őrlésével lehetséges. Mindemellett a régebbi hűtőgépek R11gyel vagy R12-vel üzemeltek, az újabb berendezések azonban pentánmentesek, ami robbanásveszélyes atmoszféra kialakulásához vezethet. A Rekusolv eljárás során ezért a keletkező gázokat és gőzöket célzottan vezetik el, a nitrogénhűtőnek köszönhetően a visszatartásra kerülő anyagok kondenzálódnak, illetve kifagynak. A mélyhűtött nitrogén a Rekusolv-berendezésben a hűtőhatás kifejtése során elpárolog. A nitrogén gáz a tűz- és robbanásveszély csökkentésére is szolgál. (Technische Überwachung, 44. k. 7/8. sz. 2003. p. 9.)
