Klasické a fluidní popely Odpadní produkty z elektrárenských a teplárenských provozů tvoří co do množství a vhodných vlastností velkou a významnou skupinu zbytkových průmyslových materiálů vhodných pro další využití, zejména ve stavebním průmyslu. Pevné produkty spalování tuhých paliv se od sebe po...
Klasické a fluidní popely
Odpadní produkty z elektrárenských a teplárenských provozů tvoří co do množství a vhodných vlastností velkou a významnou skupinu zbytkových průmyslových materiálů vhodných pro další využití, zejména ve stavebním průmyslu.
Pevné produkty spalování tuhých paliv se od sebe po stránce chemických, fyzikálně mechanických i ekologických vlastností značně odlišují. Tato skutečnost je způsobena jednak druhem spalovaného paliva v různých oblastech (hnědé a černé uhlí, lignit, méně hodnotné odpady a kaly z těžby uhlí apod.), odlišnými režimy spalování v kotlích různých konstrukčních typů, jednak přítomností odsiřovacího sorbentu, jeho druhem a použitým množstvím. Produkty spalování se liší i v rámci jednoho systému podle místa jejich vzniku.
VYUŽITÍ
Fosilní paliva se používají v moderních elektrárnách pro výrobu elektrické energie po celém světě. Objem produkovaných popelů a popílků v zahraničí dosahuje závratných hodnot. Například ve Velké Británii je to ročně přibližně 10 mil. tun, v USA okolo 89 mil. tun, v Austrálii přibližně 8 mil. tun a v Japonsku přibližně 5 mil. tun. Tyto velké objemy způsobují neobvyklé problémy s jejich uložením. Vzhledem k tomu, že popílky je zpravidla možno využít pro rozličné účely, jsou podporovány výzkumné projekty, které vedou k rozšiřování možností jejich průmyslového uplatnění ve funkci druhotných surovin.
Základní směry využívání popílků:
[*] výroba pojiv,
[*] výroba suchých směsí,
[*] výroba betonů,
[*] výroba kameniva do betonů,
[*] stabilizace zemin,
[*] základy silnic.
V případě výroby pojiv se nejedná pouze o např. směsné popílkové cementy, ale přímo o použití jako součásti surovinové směsi při výrobě portlandského slínku. V úvahu přicházejí i systémy vedoucí ke snížení obsahu zbytkového paliva, úprava vlastností betonu (zvýšení pevnosti, redukce odměšování, zlepšení čerpatelnosti, redukce vlivu síranů apod.), získání a využívání tzv. cenosfér, aktivace křemičité složky popílků alkaliemi atd. O těchto zahraničních aktivitách svědčí každoročně nově podávané přihlášky vynálezů.
Původcům odpadů v České republice byla teprve zákonem č. 125/97 Sb., o odpadech uložena povinnost nabízet odpadní materiály ke zpracování a teprve pro ten odpad, který zpracovat nelze, zajistit bezpečné zneškodnění (viz § 3 Všeobecné povinnosti odst. 1: "Každý je povinen předcházet vzniku odpadů, omezovat jejich množství a nebezpečné vlastnosti", § 5 Povinnosti původců odpadů odst. 1 písm. b) a c) "Původce odpadu je povinen: b) odpady, které sám nemůže využít, trvale nabízet k využití jiné právnické nebo fyzické osobě, a to buď přímo nebo prostřednictvím k tomu zřízené právnické osoby, c) nelze-li využít odpady podle písmena b) zajistit zneškodnění odpadu").
V praxi se s tímto postupem setkáváme jen sporadicky, přestože existuje jen velmi málo zcela nevyužitelných odpadních materiálů. Například tzv. inertní odpady jsou stoprocentně využitelnou druhotnou surovinou šetřící přírodní zdroje, energii, a tím i finanční prostředky.
Mezi pevné produkty spalování tuhých paliv můžeme zařadit popílky z odlučovačů, škváru z roštů, ložový popel z fluidního spalování, popílek z cyklonů i filtrů z fluidního spalování. Dále sem patří produkty odsiřování spalin, obsahující síran vápenatý nebo siřičitan vápenatý podle způsobu odsiřování (mokrá vápencová vypírka, polosuchá metoda).
POŽADAVEK STABILITY
Dlouhodobé sledování popílků klasických i fluidních a průběžné statistické zpracovávání dat jejich chemických, mechanických, fyzikálních i jiných vlastností ukazuje, že jednotlivé druhy popílků se mezi sebou z hlediska šíře kolísání těchto vlastností liší. Podstatně menší jsou rozdíly v rámci jedné elektrárny či teplárny v chemickém složení u klasických popílků, fyzikální vlastnosti však kolísají podstatněji.
Vlastnosti fluidních popelů a popílků kolísají vlivem přidávání sorbentu značně i po stránce chemického složení. Pokud jde o zpracovávání produktů spalování v technologickém procesu výroby, je nutno zajistit požadovanou homogenitu vlastností. Z hlediska dlouhodobých zkušeností při zpracovávání zejména klasických popílků v technologických provozech vyplynul jednoznačně požadavek na stabilitu vlastností těchto popílků.
Úkol zajištění stability vlastností bude velmi důležitý zejména u fluidních popelů a popílků, pokud budou dále využívány pro vhodné stavební či jiné účely.
MINISTERSKÝ PROJEKT
V letech 1995-1999 řešil Výzkumný ústav stavebních hmot Brno rozsáhlý projekt Ministerstva průmyslu a obchodu ČR (MPO ČR) "Využití odpadů z elektráren pro zpracování ve stavebním průmyslu v rámci systému bezodpadových technologií", který se zabýval především využitím popelů a popílků z klasického i fluidního spalování a využitím energosádrovců.
Projekt byl postupně rozdělen do dvanácti dílčích projektů, označených A až M, z nichž 7 bylo zaměřeno na řešení konkrétních výrobních technologií.
Dalších pět dílčích projektů sloužilo ke zpracovávání obecných podkladů týkajících se zejména nových informačních podkladů ze zahraničí, vlastností produktů spalování a hmot z nich vzniklých, návrhů nových metod a upřesňování stávajících metod zkoušení popílků pro různé stavební účely, návrhů a vývoje nových měřících zařízeních. Dále zahrnovaly hodnocení stavebních hmot z hlediska vlivu na životní prostředí a hodnocení ekonomie navrhovaných výrobních směrů z pohledu investičních i provozních nákladů.
Na základě dlouhodobých poznatků a zkušeností jsme byli vyzváni Českým normalizačním institutem ke zpracování nového souboru norem s názvem "Fluidní popel a fluidní popílek pro stavební účely - Společná ustanovení, požadavky a metody zkoušení", a k revizi i doplnění stávajícího souboru ČSN 72 2060 až 70 "Popílek pro stavební účely - Společná ustanovení, požadavky a metody zkoušení".
Tento soubor řeší využití tzv. klasických vysokoteplotních popílků. Při řešení uváděného projektu MPO ČR byly zpracovány technické požadavky na klasické i fluidní popely a popílky pro různé účely využití, které se ukázaly vhodné po stránce technologie výroby.
Náš ústav pak ve své režii zpracoval 29 českých norem pro oba uváděné soubory, které po jejich odsouhlasení příslušnou normalizační komisí SK 4 - Pórobeton a lehký beton při TNK 36 Betonové konstrukce předal ČSNI v I. čtvrtletí 2000 konečná znění. Oba soubory by měly být vydány a uvedeny v platnost v 2. pololetí letošního roku.
Z hodnocení klasických i fluidních popelů a popílků, ale i jiných odpadních materiálů, jednoznačně vyplynulo, že chemismus těchto materiálů nemusí být vždy rozhodujícím a postačujícím hlediskem pro jejich využití na stavební účely. Ukázalo se, že ve většině případů je rozhodujícím hlediskem tzv. technologická vhodnost, která představuje simulaci skutečné technologie výroby stavební hmoty nebo skutečného výrobku a dále simulaci jejich vlastního využívání ve vztahu k předpokládanému účelu i prostředí uplatnění.
POSUZOVÁNÍ VHODNOSTI
Zkoušky technologické vhodnosti se tedy úzce váží k účelu použití a provádějí se na definovaných zkušebních tělesech připravených obdobným způsobem jako v praxi. Posouzení výsledků se provádí podle technických požadavků, uvedených pro klasické popílky i fluidní popely a fluidní popílky v příslušných předmětových normách ČSN 72 2072-1 až 11 a ČSN 72 2081-1 až 16, ve vazbě na dosažené hodnoty technických vlastností vyrobených hmot.
Během dalšího vývoje se ukázalo, že je nutno uvažovat také o hodnocení daných stavebních materiálů ve vztahu k životnímu prostředí. Tato rovněž rozhodující oblast posuzování stavebních hmot a výrobků byla nazvána ekologickou vhodností. Prokazuje se na stejných zkušebních tělesech jako technologická vhodnost, tj. tělesech připravených stejným technologickým postupem a s příslušnou skladbou jednotlivých složek.
Ekologická vhodnost hodnoceného zkušebního tělesa vlastně vytváří předpoklad zdravotní nezávadnosti skutečného výrobku na bázi popelů a popílků nebo jiných odpadních materiálů zpracovávaných ve formě druhotných surovin.
Jak u technologické vhodnosti, tak i u ekologické vhodnosti je vždy rozhodující účel použití dané stavební hmoty či výrobku a prostředí, v němž bude stavební hmota realizována. Při zkoušení těchto parametrů musí být tedy zohledněna vždy užitná trvanlivost příslušné stavební hmoty či výrobku. U parametrů charakterizujících technologickou i ekologickou vhodnost musí být sledovány a dále hodnoceny změny jejich hodnot v závislosti na čase a prostředí, na základě nichž je nutno určit příslušné limitní hodnoty.
Nahradit přírodní suroviny je tedy možno takovým klasickým popílkem či fluidním popelem a popílkem, který nezhorší technologické a ekologické parametry charakterizované požadovanými výslednými vlastnostmi dané stavební hmoty či výrobku. Při tom by ale nemělo docházet ke zhoršení ekonomického výsledku vlastní výrobní technologie.
JAROSLAVA LEDEREROVÁ,
ředitelka
Výzkumného ústavu stavebních hmot, Brno
FOTO ARCHÍV
