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

Transkript

1 Centrum Výzkumu integrovaného systému využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin CVVP Dílčí zpráva III. etapa 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

2 DÍLČÍ CÍL V VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ AKTUALIZACE LEGISLATIVNÍCH PŘEDPISŮ A REŠERŠE VHODNÝCH TECHNOLOGIÍ SOUVISEJÍCÍ S DANOU PROBLEMATIKOU Lubomír CHYTKA, Marcela ŠAFÁŘOVÁ, Pavel SEDLÁČEK, Josef VALEŠ Cílem třetí etapy etap řešení dílčího úkolu V 001 za rok 2007 provedení rešerše vhodných technologií pro využití odpadů a aplikace výrobků na tyto technologie a dále aktualizace legislativních předpisů. souvisejícíh s danou problematikou. Rešerše vhodných technologií pro využití odpadů a aplikace vyvíjených výrobků na tyto technologie Je zpracovávána rešerše s názvem Zhodnocení možnosti použití stávajících technologií (ko-procesing) pro využití upravených odpadů jako paliv, stanovení nutných technologických úprav zařízení k rozšíření sortimentu využívaných paliv. Zpracovaná rešerše poslouží pro vytipování vhodných zdrojů, které budou využity pro ověření vyvíjených alternativních paliv v provozních podmínkách v příštích letech řešení projektu výzkumného centra. Dále se předpokládá prezentování výsledků v odborných časopisech a odborné veřejnosti. Aktualizace legislativních předpisů v součinnosti s dalším řešením V001 V rámci třetí etapy byly aktualizovány změny legislativních dokumentů, týkající se spalování alternativních paliv, ochrany ovzduší a ostatních souvisejících dokumentů. Zpracovaný přehled slouží jako podklad pro další směry výzkumu a vývoje v oblasti alternativních paliv. Hlavní změny a nové limity jsou uvedeny v následující části této zprávy. Shrnutí dosavadního stavu Stávající vyhláška 357/2002 Sb. byla nevyhovující především z hlediska definice alternativních paliv. Vyhláška byla často obcházena, kdy jako alternativní paliva mohlo být certifikováno jakékoliv palivo, které bylo definováno jako směs spalitelných materiálů přírodního nebo umělého původu bez nebezpečných vlastností uvedených pod kódy H1, H4 až H14 v příloze č. 2 zvláštního právního předpisu. Skutečné složení alternativního paliva se ověřuje autorizovanou zkušebnou. V průběhu měsíců února a března byla navržena novelizace vyhlášky. Následovalo připomínkové řízení ze strany MPO. V následující části jsou uvedeny rozdíly mezi navrhovanými verzemi a jejich porovnání se stávajícím návrhem. Tento komentáře se zaměřuje z pohledu působnosti VÚHU a.s. pouze na tuhá paliva. 2 Základní pojmy V původním návrhu vyhlášky 357/2002 jsou definována paliva takto - tuhý, kapalný nebo plynný hořlavý materiál určený ke spalování ve zdrojích znečišťování za účelem získání jeho energetického obsahu, který splňuje požadavky stanovené touto vyhláškou. V návrhu z února 2007 nejsou tuhá paliva v tomto paragrafu definována. Jsou definována v 3 jako tuhá paliva referenční a to následovně: Za tuhá referenční paliva se považují a) biomasa včetně paliv vyrobených z biomasy ve formě briket, pelet a jiných výlisků a směsných briket, pelet a jiných výlisků se 100% obsahem biomasy, b) černé uhlí a tuhá paliva vyráběná z černého uhlí, včetně briket a koksu, c) hnědé uhlí a tuhá paliva vyráběná z hnědého uhlí, včetně briket a polokoksu, d) palivová rašelina nebo rašelinové brikety, e) ropný koks. 3 ( 4) Požadavky na kvalitu tuhých paliv V předchozích návrzích a v původním znění vyhlášky jsou tuhá paliva definována a proto považuji za logické uvedení požadavků na jejich kvalitu. V novém návrhu toto není, takže nechápu jaké požadavky resp. na jaká tuhá paliva jsou definována. 3

3 V původním znění jsou definovány pouze požadavky na dřevěné pelety a brikety vyrobené z biomasy. V návrhu z února 2007 byly limity na tyto výrobky přesunuty do přílohy č.1 a došlo ke zpřísnění obsahu vody (z 21% na 12%) a chloru (z 300 mg/kg na 50 mg/kg!!!!). Tyto požadavky se týkají pouze výše uvedených paliv. V návrhu z února 2007 byla nově vytvořena příloha č.4 POŽADAVKY NA KVALITU ALTERNATIVNÍCH PALIV. toto bylo podle mého názoru logickým tahem a alternativní paliva mohla být vyřešena. Limity ze strany MŽP byly nastaveny dosti přísně a v připomínkovém řízení ze strany MPO byly tyto limity logicky dosti zvolněny. Očekávalo se řešení v podobě kompromisu limitních hodnot. Z posledního návrhu však byly alternativní paliva úplně vyjmuty, resp. zařazeny do požadavků pro jednotnou definici tuhých paliv. Navíc hodnoty navržené MŽP jsou dosti přísné a podle výsledků laboratorních rozborů to bude znamenat likcidaci výrobců alternativních paliv (tak jak byla myšlenka alternace myšlena není možné toto akceptovat.) viz. níže. V posledním návrhu novelizace je v 3 Požadavky na kvalitu tuhých paliv uvedeno: odst.1 (1) Měrná sirnatost černého uhlí, určeného ke spalování v malých a středních stacionárních zdrojích... znamená to, že na tříděné druhy spalované ve velkých zdrojích se vyhláška nevztahuje?. Měrná sirnatost u hnědých uhlí vyšla vstříc těžebním společnostem resp. MU a.s. a nebude pro ni problém tyto limity dodržet. (Alespoň do roku 2014) odst.2 (2) Požadavky na kvalitu tuhých paliv, s výjimkou paliv uvedených v odst. 1 Pokud bylo dobře pochopeno vysvětlení, jedná se o všechna ostatní paliva, která budou vyráběna např. mícháním, viz. směsné pelety a alternativní paliva a s výjimkou rostlé biomasy a rostlé biomasy upravené pouze fyzikálními postupy, jsou stanoveny v příloze č. 1 k této vyhlášce. Zde se myslí dřevěné pelety a brikety? Pokud ano, kde jsou pro ně stanoveny limity? Pokud jsou z vyhlášky vyjmuty uhlí a rostlá biomasa, není legislativní problém ve výrobě směsných pelet z uhlí a biomasy? Souhrn V navrhované úpravě chybí definice tuhého paliva Vyhláška vyjímá z limitních hodnot hnědé a černé uhlí a čisté pelety a brikety vyrobené pouze z biomasy. Nejsou pro ně stanoveny emisní limity. Zavádí jednotné limity pro tuhá paliva, ovšem bez jejich definice. Pro porovnání byly shromážděny výsledky rozborů z akreditované laboratoře VÚHU a.s. pro uhlí, čistou, biomasu, výrobky z biomasy a tuhá alternativní paliva. Výsledky rozborů, resp. hodnoty navrhované limitovat vyhláškou jsou uveden v následující tabulce : 4

4 DÍLČÍ CÍL V VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ Kvalitativní ukazatel Voda Výhřevnost Obsah síry a jejích sloučenin Obsah chlóru a jeho sloučenin Obsah arsenu a jeho sloučenin Obsah kadmia a jeho sloučenin Obsah rtuti a jejích sloučenin Obsah olova a jeho sloučenin Obsah niklu a jeho sloučenin Jednotka % hm. MJ kg -1 % hm. mg kg -1 mg kg -1 mg kg -1 mg kg -1 mg kg -1 mg kg -1 limitní hodnoty < 15 > 15 < 0,3 < 50 < 1 < 0,5 < 0,05 < 10 < 3 piliny 30,86 18,98 0, ,061 ± 9 0,410 ± 0,055 uhlí 27,22 27,43 0, ,25 ± 0,33 < 0,1 pelety z biomasy 13,74 18,53 0,1 54 nestanoven nestanove n 0,010 ± 1 0,122 ± 9 nestanove n ADK 1 19,65 4,23 0, ,82 ± 0,70 0,79 ± 0,11 1,65 ± 0,12 Obsahy v bezvodém stavu ADK 2 26,47 3,64 0, ,75 ± 0,69 0,64 ± 0,08 1,11 ± 0,08 uhlí 20,28 1, ,57 ± 0,23 0,186 ± 0,025 pelety 5,78 19,13 0, <0,02 <0,1 štěpky 51,62 18,66 0,8 52 0,021 ± 3 0,57 ± 0,08 TAP Rumpold 1,38 28,3 0, ,51 ± 0,07 <0,1 0,198 ± 0,014 7 ± 1 0,014 ± 2 0,032 ± 4 0,54 ± 0,11 nestanoven 6,6 ± 1,3 nestanoven nestanove n 0,063 ± 0,013 0,053 ± 0,011 nestanoven nestanoven nestanoven 4,06 ± 0,81 nestanoven 0,085 ± 0,017 0,350 ± 0,070 nestanoven nestanoven 3,59 ± 0,71 nestanoven šťovík 9,99 14,83 0, ,061 0,1 0,172 1,15 nestanoven vojtěška 9,35 15,97 0, ,056 0,1 0,126 2 nestanoven šťovík 7,9 15,96 0, ,117 0,413 0,012 1,16 nestanoven katalog Ko 26,5 27,1 0,9 405* 7,5 0,8 Neuvedeno 5,41 Neuvedeno katalog O1 26,3 27, * 8,1 0,81 Neuvedeno 8,15 Neuvedeno Katalog O2 26,3 26, * 9,6 0,78 Neuvedeno 5,6 Neuvedeno Z výsledků vyplývá, že limity stanoveném novým návrhem vyhlášky 357/2002 Sb. resp. její novelizací nesplňují nejen vzorky alternativních paliv, ale také vzorky, uhlí, biomasy i ostatních testovaných paliv. 5

5 6

6 DÍLČÍ CÍL V VYUŽITÍ JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO PŘÍPRAVU MATERIÁLŮ VHODNÝCH PRO EKOLOGICKÉ VYUŽITÍ BOBTNÁNÍ BENTONITŮ Jiří MALIŠ Úvod Bobtnání vedle plastičnosti a iontové výměny jílů je jedním z nejvýznamnějších přírodních jevův interakci jíl-voda. Bobtnání mění strukturu, propustnost, soudržnost (kohezi) a erodovatelnost půd; má vliv na hydrologii geologických formací, může ovlivňovat stabilitu cest, přistávacích či startovacích drah letišť, stabilitu budov, tunelů, přehradních zdí či břehů a nejrůznějších dalších staveb včetně deponií na zemském povrchu i v podzemí, a konečně může velmi nepříznivě ovlivnit vrtné geologické práce, zejména v naftonosných vrstvách. Bobtnání jílů je v přímém vztahu k jejich těsnicím vlastnostem. Nejsilněji bobtnavé sodné bentonity jsou nejúčinnějšími těsnicími jíly. K bobtnání jílových minerálů dochází v důsledku interakce mezi nimi a vodou nebo jinou polární kapalinou. Faktorů podmiňujících bobtnání je několik. Bobtnání sensu stricto je výsledkem stavu strukturních vrstev jílových minerálů, hydratační síly sorbovaných kationtů vyrovnávajících negativní náboj vrstev a množství sorbované vody včetně uspořádání jejích molekul (nebo jiné polární kapaliny). Zásadním je charakter krystalové struktury, která umožňuje rozdělit jílové minerály na: Expandující, což jsou smektity, u nichž negativní náboj strukturních vrstev na 1 / 2 krystalové buňky O 10 (OH) 2 je nízký, mezi 0,2-0,6 a expanze či bobtnání jsou silné a vermikulity o náboji 0,6-0,9 tedy středně velkém, jejichž expanze a bobtnání jsou střední až silné. Neexpandující a nejevící vnitřně krystalické bobtnání což jsou minerály ze skupiny illitu o vysokém náboji 0,9-1, kde je mimořádně silná přitažlivost mezi M + a strukturními 2:1 vrstvami v důsledku slabé hydratační síly mezivrstevního kationtu K +. Dále pak nábojově neutrální struktury 2:1, pyrofylit a mastek, spolu se strukturní 1:1 skupinou kaolinitu a serpentinu a se strukturní 2:1:1 skupinou chloritů a elektrostaticky neutrální až velmi slabě negativní pseudofylosilikáty - vláknité hořečnaté hydrosilikáty sepiolit a palygorskit. K dalším faktorům ovlivňujícím povahu bobtnání patří už výše zmíněná hydratační síla vyměnitelných adsorbovaných kationtů, povaha a množství sorbované polární kapaliny a uspořádání jejích molekul (voda, ethylenglykol, glycerol aj.), koncentrace kationtů v okolním elektrolytu a chemické reakce, jimž může být jílový minerál vystaven (např. iontová výměna, hydrolýza). Sledujeme-li tento proces od samého začátku sorpce vody suchým expandujícím jílovým minerálem, rozlišujeme dva druhy a tím i dvě fáze bobtnání: 1) Vnitřně krystalické bobtnání nebo prostě jen krystalické bobtnání, které je způsobeno jednak hydratací vyměnitelných kationtů v suchém jílovém minerálu, jednak nábojovým rozmístěním v jeho strukturní mřížce. Vyměnitelné kationty v mezivrstevním prostoru smektitu, vyrovnávající náboj na elektrostaticky nenasycené trojsíťové vrstvě, odnímají během své hydratace molekuly vody z daného prostředí. Tato první fáze bobtnání expandujících jílových minerálů je spolehlivě měřitelná difrakcí RTG paprsků jako číselná hodnota vzdálenosti d 00l nebo také parametru c 0 u elementární buňky krystalu. Krystalické bobtnání má postupně schodovitý expanzní průběh. Jílové minerály první kategorie, tj. smektity a vermikulity, představují minerální druhy, pro něž je krystalické bobtnání charakteristické. 2) Vnější bobtnání nebo častěji osmotické bobtnání, kdy k dalšímu zvětšování objemu jílu dochází, existuje-li velký rozdíl mezi koncentrací iontu sorbovaného k povrchu jílového minerálu a koncentrací téhož iontu v okolní pórové vodě. Kationty přitahující molekuly vody během osmotického bobtnání jsou drženy na povrchu jílového minerálu elektrostatickými silami různého původu. Hlavním zdrojem těchto sil jsou nábojově nenasycené tetraedry kyslíků obsazené trojmocnými kationty a kyslíko-hydroxylové oktaedry obsazené dvojmocnými kationty, tyto elektrostatické síly se projevují na vnějších bazálních rovinách. Dále to mohou být přerušené vazby na okrajích strukturních vrstevních jednotek a konečně nejmenší význam mají kationty nahrazující vodíky hydroxylů vystavených na některých aniontových 7

7 bazálních rovinách. Osmotické bobtnání probíhá do mnohem větších vzdáleností, neboť je dáno chemickou nerovnováhou mezi povrchem jílového minerálu a okolní pórovou vodou. Z běžných smektitů sorbuje Na-montmorillonit podstatně více celkového množství vody než Ca-montmorillonit během pokračující sorpce. Hydratační energie iontu Na + je dostatečně velká, aby převážila nad elektrostatickou silou (mezi Na + a 2:1 sousedními vrstvami) i van der Waalsovou přitažlivou silou působící v mezivrstevním prostoru expanzívních fylosilikátů. Naproti tomu dvojnásobně větší náboj Ca 2+ zvětšuje elektrostatickou energii přitažlivosti mezi kationty vápníku a 2:1 strukturními lupínky, při čemž současně vytváří pevnější, ledu podobnou strukturu adsorbovaných vrstev molekul vody. Neexpandující jílové minerály, jako třeba druhy ze skupiny illitu nebo kaolinitu a serpentinu. chloritů, mastku a pyrofylitu, palygorskitu a sepiolitu, neprojevují ve styku s vodou vnitřně krystalické bobtnání (až na vzácné výjimky). Jejich osmotické bobtnání může být střední, slabé až nulové. Kationty přitahující molekuly vody během osmotického bobtnání jsou drženy na povrchu jílového minerálu elektrostatickými silami různého původu: deficitem kladných nábojů způsobeným isomorfní záměnou v tetraedrických a oktaedrických sítích, přerušenými vazbami v krystalové struktuře a konečně poměrně vzácnou náhradou vodíku v hydroxylových skupinách vystavených v bazálních rovinách. Záměrem práce v této fázi řešení dílčího cíle V002 bylo charakterizovat režim bobtnání bentonitu pomocí jeho sycení solnými roztoky. Pro kvantifikaci charakteristik bobtnání bylo použito RTG difrakce. Měření mezivrstevních vzdáleností naduřelých jílů bylo prováděno 24 hodin po přípravě vzorků. Získané difraktogramy ukazují kontrastně stanovené vrcholy při nízkých úhlech, hodnota difrakce d 001 je vyšší než 50 Å. Bobtnání jílů bylo způsobeno dvěmi typy mechanismů: krystalickým bobtnáním (limitovaný vzrůst mezivrstevní vzdálenosti) a osmotickým bobtnáním (vysoké hodnoty mezivstevní vzdálenosti). Existuje jistá hodnota koncentrace roztoku soli při které se bobtnání jílů mění z krystalického na osmotické (tzv. kritická koncentrace soli KKS). Použitá metoda umožňuje určit podmínky při kterých dochází k osmotickému bobtnání a při kterých se snižuje propustnost sedimentů. Bobtnání jílů je zejména určováno složením vodných roztoků se kterými jíly přicházejí do kontaktu. Strukturní vrtsvy jílů vykazují negativní náboj, který je však vyrovnán substitucí mezivrstevního kationtu. Vzdálenost dvou po sobě jdoucích strukturních jednotek (hodnota bazální difrakce d 001 ) závisí na typu výměnného kationtu, složení roztoku a složení jílu. Bobtnání jílu je hodnoceno přímo, rostoucí hodnotou d 001, jestliže jsou výměnné kationty hydratovány vodnými roztoky. Příprava vzorků a použité metody Pro experiment byly použity tři vzorky bentonitů. Dva přírodní neupravené bentonity ze severočeských lokalit: Černý vrch (CVB) a Stránce (SB) a jeden vzorek upraveného Na-bentonitu (NaB). Vzorky přírodních bentonitů složené ze smektitu - montmorillonitu, muskovitu a křemene byly nejprve očištěny od možných zbytků organické hmoty promytím v roztoku H 2 O 2. Následně byly syceny roztoky NaCl, KCl a CaCl 2 různých koncentrací a při váhovém poměru jíl/roztok 2:5 pro Na-bentonit a 7:5 pro přírodní bentonity. Měření bazálních difrakcí bylo prováděno metodou RTG práškové difrakce na pracovišti Institutu geologického inženýrství difraktometrem Seifert FPM (Co katoda 0, nm). Výsledky a diskuse Difraktogramy obr.1 ukazují výsledky dosažené použitím roztoku NaCl v různých koncentracích. Pro porovnání je zobrazen difraktogram neupraveného, suchého vzorku. Jeho bazální difrakce d 00l s hodnotou 12Å má zřetelný, kontrastní vrchol. K významným změnám v pozici vrcholu dochází v přítomnosti roztoku. V roztoku 1,0M a 0,5M byla pozice vrcholu přibližně stejná a bentonit vykazoval hodnotu bobtnání 60%. Tomuto typu bobtnání se říká krystalické. Při něm Na-bentonit může absorbovat tři vrstvy strukturní vody vykazující koherentní difrakci 19Å. K významnému nárůstu d 001 difrakce dochází při hodnotách koncentrace roztoku NaCl pod 0,4M a hodnota bobtnání vzrůstá od 60% při 1,0M až na 380% při 0,1M. Zároveň je z difraktogramu patrné že vrcholy se stávají širšími a difuznějšími. Tento typ bobtnání charakterizovaný širokou distribucí hodnot d 001 namísto ostrých vrcholů a zároveň vysokým růstem 8

8 DÍLČÍ CÍL V VYUŽITÍ JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO PŘÍPRAVU MATERIÁLŮ VHODNÝCH PRO EKOLOGICKÉ VYUŽITÍ hodnoty d 001 je nazýván osmotickým bobtnáním. Obr. 2 a 3 ukazují difraktogramy pro roztoky KCl a CaCl 2. Je z nich patrné jak krystalické tak osmotické bobtnání. Je třeba zaznamenat že krystalického bobtnání je dosaženo s menšími koncentracemi KCl a CaCl 2 než v případě NaCl. Tento jev způsobují ionty K + a Ca 2+ které z roztoku postupně nahradí vyměnitelný iont Na + a tyto ionty adsorbují menší množství vody. Obrázek 1. XRD difraktogram Na-bentonitu v roztoku NaCl. Tabulka 1. Hodnoty difrakce d 001 Na-bentonitu získané v rozdílných koncentracích solných roztoků. Tučně jsou zvýrazněny kritické koncentrace solí. Číselné porovnání intenzity bobtnání Na-bentonitu vůči různě koncentrovaným roztokům solí je ukázáno v tabulce 1. Výsledky zahrnují vypočítanou možnou chybu měření. Podle výsledků uvedených v tabulce 1 a na obrázcích 1 3, byly kritické koncentrace solí následující: 0.5M pro NaCl, 0.4M pro KCl a 0.2M pro CaCl 2, přičemž hodnota d 001 se pro dané koncentrace pohybovala kolem 20Å. Dále byly stanoveny podmínky bobtnání přírodních bentonitů z ložisek Černý vrch a Stránce v přítomnosti solných roztoků. XRD difraktogramy obou těchto přírodních bentonitů vystavených působení roztoků byly velmi 9

9 podobné. Číselné porovnání intenzity bobtnání vzorků CVB a SB vůči různě koncentrovaným roztokům solí je ukázáno v tabulkách 2 a 3. Ve vzorcích bentonitů dochází ke krystalickému bobtnání ve více koncentrovaných roztocích a k osmotickému bobtnání v roztocích koncentrovaných méně. Hodnoty kritické koncentrace solí se u přírodních bentonitů neliší od hodnoty v Na-bentonitu. Obrázek 2. XRD difraktogram Na-bentonitu v roztoku KCl. Tabulka 2. Hodnoty difrakce d 001 CVB získané v rozdílných koncentracích solných roztoků. Tučně jsou zvýrazněny kritické koncentrace solí. 10

10 DÍLČÍ CÍL V VYUŽITÍ JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO PŘÍPRAVU MATERIÁLŮ VHODNÝCH PRO EKOLOGICKÉ VYUŽITÍ Obrázek 3. XRD difraktogram Na-bentonitu v roztokucacl 2. Tabulka 3. Hodnoty difrakce d 001 SB získané v rozdílných koncentracích solných roztoků. Tučně jsou zvýrazněny kritické koncentrace solí. Závěr Použitá metoda RTG práškové difrakce nám umožňuje účinně stanovit míru bobtnání bentonitu. Všechny tři vzorky vykazovaly přibližně stejnou intenzitu bobtnání a také stejnou kritickou koncentraci solných roztoků. Nejsilněji ovlivňoval bobtnání roztok CaCl 2, pro který se i při nízkých koncentracích hodnota bazální difrakce pohybovala kolem 20Å. Naopak jako inhibitor bobtnání působí při vyšších koncentracích KCl, kdy je během krystalického bobtnání hodnota bazální difrakce ovlivněna jen minimálně. 11

11 12

12 DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ 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 III. čtvrtletí 2007 Ing. Jaroslava Ledererová, CSc. (garant okruhu VOO3) Ing. Ivana CHROMKOVÁ Ing. Pavel LEBER (řešitele okruhu VOO3) Ing. Vladimír TĚHNÍK (poradce pro problematiku využití energosádrovců v cementářském průmyslu) Ing. Lubomír LEJSEK (poradce pro problematiku využití energosádrovců pro výrobu anhydritu, sádry a sádrových výrobků) Martin VYVÁŽIL Ing. Jaromír Vojáček, Paed. Dr. Miloslava Koutná, Aleš Rubek, Ivo Fryčer, Petr Doubek, Věra Bojanovská, Lubomír Zavřel (spoluřešitelský tým - technologická část) Ing. Žaneta PRŮDKOVÁ Ing. Milan Vítámvás, Ing. Zuzana Letková, Ing. Jaroslava Tichá, Luděk Ondráček,Katharina Syová, Alena Gregorová, Lenka Stuhlová, Mgr. Vilma Poloučková, PhD. (spoluřešitelský tým - ekologická část) Výsledky dle plánovaných aktivit za III. čtvrtletí 2007 A0712 (průběžné výsledky) A0714 (průběžné výsledky) A0717 (ukončení aktivity) 13

13 Název aktivity: Číslo aktivity: A0712 LABORATORNÍ ZKOUŠKY VÝROBY UMĚLÉHO KAMENIVA Z VEP II. ETAPA ( III. ČTVRTLETÍ 2007) A0714 URČENÍ VHODNOSTI VYBRANÝCH VEP PRO VÝROBU RŮZNÝCH DRUHŮ A TYPŮ UMĚLÉHO KAMENIVA A0712, A0714 Termín plnění aktivity: , Zpracoval: Martin Vyvážil 1 Ověřování ekologické vhodnosti popílků pro výrobu umělého kameniva Z dosavadních výsledků a poznatků laboratorního a poloprovozního ověřování výroby umělého kameniva na bázi VEP byly vybrány dvě optimální receptury z pohledu technologického i ekonomického. V tabulce 1 uvádíme skladby receptur pro výrobu umělého kameniva. Tabulka 1. skladba receptur Receptury (zastoupení složek v %) Cement 32,5 II R B/S - 5 Vysokoteplotní popílek Pk 35/ Fluidní popílek - filtr Pf 39/1 5 - Fluidní popel - lože Pf 38/ Vodní součinitel 0,26 0,26 Z ekologického hlediska byly porovnány jednotlivé VEP s vybranými těžkými kovy (As, Cd, Cr, Hg, Ni, Pb, V). Těžké kovy byly vybrány z přílohy č. 10 vyhlášky č.294/2005 Sb. Zjištěné hodnoty ukazatelů jednotlivých VEP byly pro názornost porovnány s koncentracemi škodlivin v sušině uvedených ve vyhlášce 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 (viz. tab. 2). Tabulka 2. zjištěné hodnoty u vybraných VEP Dle vyhlášky Fluidní popílek - filtr Fluidní popel - lože Vysokoteplotní popílek Ukazatel Jednotka Pf 39/1 Pf 38/1 Pk 35/1 294/2005 Sb. Limit pro podzemní prostory a povrchy terénu As mg/kg sušiny 42,4 71,4 10,3 10 Cd mg/kg sušiny 0,45 <0,49 <0,50 1 Cr celk. mg/kg sušiny Hg mg/kg sušiny 0,823 0,02 0,232 0,8 Ni mg/kg sušiny Pb mg/kg sušiny 35 14, V mg/kg sušiny U dvou vybraných receptur, technologicky i ekonomicky optimálních, byly rovněž porovnány hodnoty výše uvedených těžkých kovů (viz. tab. 3) 14

14 As Cd Cr Hg Ni Pb V As Cd Cr Hg Ni Pb V DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Tabulka 3. zjištěné hodnoty ukazatelů u vybraných receptur Dle vyhlášky 294/2005 Sb. Ukazatel Jednotka receptura 11 receptura 13 Limit pro podzemní prostory a povrchy terénu As mg/kg sušiny 24,1 22,0 10 Cd mg/kg sušiny <0,50 <0,47 1 Cr celk. mg/kg sušiny 60,0 54,1 200 Hg mg/kg sušiny 0,219 0,178 0,8 Ni mg/kg sušiny 52,9 47,5 80 Pb mg/kg sušiny 27,9 26,2 100 V mg/kg sušiny 121,7 107,6 180 Pro názornost uvádíme i grafické srovnání zjištěných hodnot jednotlivých ukazatelů s limitními hodnotami a to pro jednotlivé popílky i receptury (viz. obrázek 1 až 5) Fluidní popílek- filtr Pf 39/1 mg/kg sušiny Hodnoty fluidního popílku - filtru Limit pro podzemní prostory a povrchy terénu Obrázek 1. Fluidní popel- lože Pf 38/1 mg/kg sušiny Hodnoty fluidního popele - lože Limit pro podzemní prostory a povrchy terénu Obrázek 2. 15

15 As Cd Cr Hg Ni Pb V As Cd Cr Hg Ni Pb V As Cd Cr Hg Ni Pb V Vysokoteplotní popílek Pk 35/1 mg/kg sušiny Hodnoty vysokoteplotního popílku Limit pro podzemní prostory a povrchy terénu Obrázek 3. Receptura 11 mg/kg sušiny Hodnoty receptury 11 Limit pro podzemní prostory a povrchy terénu Obrázek 4. Receptura 13 mg/kg sušiny Hodnoty receptury 13 LImit pro podzemní prostory a povrchy terénu Obrázek 5. 16

16 DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU U všech vybraných VEP byla stanovena ekotoxicita dle přílohy č. 10 vyhlášky č.294/2005 Sb. Výsledky ekotoxikologických testů jsou uvedeny v tab. 4. Tabulka 4. výsledky ekotoxikologických testů pro VEP Ukazatel LIMIT Fluidní popílek - filtr Fluidní popel - lože Vysokoteplotní popílek 294/2005 Sb. Pf 39/1 Pf 38,1 Pk 35,1 ph vodného výluhu - 12,3 8,01 12,7 7,97 11,99 7,86 Mortalita ryb Mortalita perlooček Daphnia magna Straus Inhibice růstu sladkovodních řas Inhibice růstu kořene hořčice bílé , , ,1 77,5 66,9 32,5 96,9 83,8 81,8 57,2 80,6 45,1 68,1 30, ,1 31,3 47,6 60, ,2 Ekotoxicita umělého kameniva byla stanovena na laboratorních válečcích. Výsledky ekotoxikologických testů jsou uvedeny v tab. 5. Tabulka 5. výsledky ekotoxikologických testů pro umělé kameniva Ukazatel LIMIT 294/2005 Sb. Receptura 15 Receptura 15c ph vodného výluhu - 9,1 8,0 8,5 8,0 Mortalita ryb Mortalita perlooček Daphnia magna Straus Inhibice růstu sladkovodních řas Inhibice růstu kořene hořčice bílé ,7 7,8 30 6,7 9,9 Ověřené receptury splnily hodnoty ekotoxicity. 17

17 Název aktivity: Číslo aktivity: MOŽNOSTI VYUŽITÍ ENERGOSÁDROVCŮ PRO VÝROBU SÁDRY - STUDIE A0717 Termín plnění aktivity: Zpracoval: Ing. Lubomír Lejsek Úvod V první části studie je krátká rekapitulace otázek vzniku nejen energosádrovce, ale současně i tzv. chemosádrovců, tj. odpadů z chemického průmyslu. Dále jsou popsány otázky dehydratace dihydrátu síranu vápenatého a podmínky vzniku alfa- a beta-polohydrátu a oblasti existence anhydritu I III, včetně vazby na použité dehydratační agregáty. Navazující druhá část studie pojednává o jednotlivých druzích sádrových pojiv a sádrových výrobků s výčtem norem k nim se vztahujícím a s rozsáhlým soupisem použité literatury. Stručný výpis poznatků z 2. části studie: 1 Sádrové výrobky výroba, vlastnosti, použití 1.1 Přehled, rozdělení a definice pojiv a malt Ucelený a vyčerpávající přehled sádrových výrobků a výrobků ze sádry tak, jak jej připravuje CEN Evropský výbor pro normalizaci, je uveden v návrhu evropské normy pren Prefabrikované sádrokartonové panely s pórovitým kartónovým jádrem Definice, požadavky a zkušební metody (Prefabricated gypsum plasterboard core Definitions, requirements and test methods). Tento návrh je v současné době (březen 2007) v připomínkovém řízení. Pro lepší orientaci a informovanost v dané oblasti uvádíme následující možností využití sádrovce. Sádrovec 1) Sádrové pojivo pro přímé použití na stavbě 2) Sádrové pojivo pro další procesy Sádrové malty pro vnitřní omítky: B1 - Sádrová stavební malta B2 - Sádrová malta na bázi sádry B3 - Sádro-vápenná malta B4 - Sádrová lehká stavební malta B5 - Lehká stavební malta na bázi sádry B6 - Lehká sádro-vápenná stavební malta B7 - Sádrová stavební malta pro omítaní se zvýšenou tvrdostí povrchu Sádrová malta pro speciální použití: C1 - Sádrová malta pro vláknité výrobky C2 - Sádrová malta pro zdění C3 - Malta pro zvukovou izolaci C4 - Tepelně izolační malta C5 - Ohnivzdorná malta C6 - Malta pro tenkovrstvé omítky 18

18 DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Průmyslově vyráběné výrobky Sádrové tvárnice Lité sádrové výrobky vyztužené vlákny Stropní podhledové prvky Sádrokartonové desky Sádrové desky vyztužené vlákny Vlastnosti sádrových malt, zkoušených podle EN , musí vyhovět požadavkům uvedeným v tabulce 1. Tabulka 1. požadavky na sádrové malty Sádrová malta Obsah sádrového pojiva (%) Počátek tuhnutí (minuty) Sádrová malta pro ruční zpracování Sádrová malta pro strojní zpracování Pevnost v tahu za ohybu (MPa) Pevnost v tlaku (MPa) Tvrdost povrchu (MPa) Přídržnost (MPa) B1 > 50 B2 < 50 B3 B4 > 50 B5 < 50 B6 a a > 20 > 50 1,0 2,0 - Porušení se objeví ve vlastní omítce nebo v podkladu. Jestliže se porušení objeví mezi maltou a podkladem, musí být hodnota 0,1 B7 > 50 2,0 6,0 2,5 a Podle 3.3, 3.4, 3.5 a Sádry pro stavební účely Stručně můžeme uvést následující rozdělení sáder a sádrových směsí používaných pro stavební účely: Stavební sádry bez továrně přidávaných přísad - Sádra štukatérská sestávající z beta-polohydrátu vznikajícího částečným odvodněním sádrovce při nízké teplotě. Používá se pro výrobu sádrokartonových desek, sádrových stavebních prvků, pro vnitřní povrchové úpravy v podobě sádrové omítky, sádro-vápenné a vápeno-sádrové omítky, pro práce štukatérské, formovací a práce s rabicovým pletivem. - Sádra omítková sestávající z beta-polohydrátu a anhydritu II, vznikající částečným odvodněním sádrovce při nízké teplotě. Používá se pro přípravu omítkových sáder pro vnitřní povrchové úpravy v podobě sádrové omítky, sádro-vápenné a vápeno-sádrové omítky i pro práce s rabicovým pletivem. Omítková sádra začíná zpravidla tuhnout dříve než sádra štukatérská, ale má delší interval zpracovatelnosti. Stavební sádry s továrně přidávanými přísadami Pro tyto účely se jako výchozí složka používá štukatérská nebo omítková sádra, k nímž se ve výrobě přidávají přísady regulující určité vlastnosti výrobku (deriváty celulózy, regulátory tuhnutí). Jako plniva se používají perlit (expandovaný), jemně mletý vápenec a zrnitý vápenec, podle požadovaných vlastností hotového výrobku. 19

19 Z následujících druhů se pouze Maschinenputzgips nanáší strojním stříkáním, ostatní druhy se zpravidla nanášejí ručně. - Sádra pro nanášení stříkáním se zpravidla používá pro vnitřní omítky, jedno nebo vícevrstvé. Regulační přísady umožňují kontinuální práci. - Přilnavá sádra se nanáší ručně, zpravidla na obtížně přilnavé povrchy. Přidávají se regulační přísady a plniva. Používá se jako jednovrstvá k nanášení na velmi hladké plochy. - Pro jednovrstvou ruční povrchovou úpravu v podstatě jakéhokoliv zdiva se používá tzv. Fertigputzgips. I v tomto případě se upravují její vlastnosti regulačními přísadami a plnivy. - Pro upevňování sádrokartonových, sádrovláknitých desek prostřednictvím terčů se používá tzv. Ansetzgips. I zde musí být provedena úprava vlastností přísadami. - Spárovací sádra Fugengips se používá k vyplnění spar při montáži sádrokartonových desek i při montáži příčkových maloformátových dílců (u nás dříve nazývaných Promonta ). Tento výrobek rovněž vyžaduje úpravu vlastností přísadami. - Špachtlovaní sádra se používá k nanášení v tenké vrstvě na sádrové dílce, ale i na jiné druhy dílců např. z pórobetonu, normálního betonu. Nezbytná je regulace vlastností přísadami. 1.3 Sádroviny Připravují se zpravidla z rychletuhnoucí sádry její hydratací s různými solemi, následuje nový výpal a opětné rozemletí. Ze známějších sádrovin možno uvést např.: Keenova (Mac Lean): sádra se rozmíchá s kamencem /KAl(SO 4 ) 2 /, znovu vypálí do slabě červeného žáru a semele; po rozdělání s vodou nebo roztokem kamence tuhne po 1 12 hodinách. Vyznačuje se velkou pevností a tvrdostí. De Wyldeho: sádra se rozmíchá s vodním sklem, vypálí při C a následně rozemele. Schottova: sádra se smíchá se 30 % CaO a vypálí do zhutnění. Parianská: sádra se rozmíchá s boraxem (Na 2 B 4 O 7 ), vypálí do červeného žárna a rozemele. Rozdělává se s roztokem vinného kamene (vinan draselný); tuhne po 2 3 hodinách. Sádroviny se používají na přípravu umělého mramoru, výrobu uměleckých předmětů, pro zhotovení speciálních omítek, spárovacích malt apod. 1.4 Směsná sádrová pojiva Sádru, jak známo, řadíme k tzv. vzdušným maltovinám vzhledem k určitému stupni rozpustnosti dihydrátu síranu vápenatého ve vodě (2,05 g CaSO 4 v 1 l vody při 20 C). Tato skutečnost předurčuje používání sádrových výrobků pouze do prostředí, kde relativní vlhkost nepřekročí 75 % (V. Lach). Rovnovážná vlhkost zatvrdlé sádry činí při 80 % relativní vlhkosti prostředí a při normální teplotě 0,2 %, při 90 % r.v. to je již 0,4 %. Tato malá množství vody na krystalech dihydrátu zmenšují odpor proti přetvoření. Dotvarování se zmenšuje s rostoucí objemovou hmotností. Studiem vlivu vlhkosti a možnostmi jeho omezení se velmi obšírně zabývali sovětští autoři zvučných jmen (Volženskij, Jung a řada dalších) v období padesátých a šedesátých let minulého století. Výsledkem těchto obsáhlých studií bylo zavedení výroby sádrocementopucolánového a sádrostruskocementopucolánového pojiva. Na bázi těchto pojiv pak vznikla v býv. SSSR rozsáhlá výroba různých typů stavebních prvků, a to zejména: - příčkových panelů, - nosných panelů vnitřních stěn, 20

20 DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU - bloků a panelů s ventilačními kanály, - velkorozměrových bloků a panelů pro vnější stěny (nosné i samonosné), - podlahových a stropních panelů, - sanitárně-technických kabin, - okenních parapetů, - pórobetonových výrobků (pěno- i plyno-), - výrobků vyztužených hlinitoborosilikátovými vlákny. Výroba těchto modifikovaných sádrových pojiv nedoznala rozšíření mimo býv. Sovětský svaz. Jistě zde sehrává určitou úlohu i obava z dlouhodobého chování ettringitu, na jehož bázi jsou tato pojiva založena, a dále převládající stavební systémy používané v té které zemi. 2 Přehled norem vztahujících se k sádrovému průmyslu Pro úplnost uvádíme dále přehled normativní dokumentace platné nyní v České republice v oblasti sádrových pojiv, sádrových výrobků a podlahových potěrů. - ČSN EN Sádrová pojiva a sádrové malty pro vnitřní omítky Část 1: Definice a požadavky - ČSN EN Sádrová pojiva a sádrové malty pro vnitřní omítky Část 2: Zkušební metoda - ČSN Sádrová pojiva. Klasifikace. Všeobecné technické požadavky. Zkušební metody. Změna 4.81 a ČSN Sádrovec a anhydrit jako přísada do cementu. Změna 9.74 a ČSN EN Pojiva, kompozitní pojiva a průmyslově vyráběné maltové směsi pro podlahové potěry ze síranu vápenatého Část 1: Definice a požadavky - ČSN EN Pojiva, kompozitní pojiva a průmyslově vyráběné maltové směsi pro podlahové potěry ze síranu vápenatého Část 2: Zkušební metody - ČSN EN Potěrové materiály a podlahové potěry Definice ČSN EN Potěrové materiály a podlahové potěry Potěrové materiály vlastnosti a požadavky - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 1: Odběr vzorků, zhotovení a ošetřování zkušebních těles - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 2: Stanovení pevnosti v tahu za ohybu a pevnosti v tlaku - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 3: Stanovení odolnosti proti obrusu metodou Böhme - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 4: Stanovení odolnosti proti obrusu metodou BCA - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 5: Stanovení odolnosti potěrů sloužících jako užitková vrstva proti opotřebení valivým zatížením - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 6: Stanovení tvrdosti povrchu

21 - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 7: Stanovení odolnosti potěrů s podlahovou krytinou proti opotřebení valivým zatížením - ČSN EN Zkušební metody potěrových materiálů Část 8: Stanovení přídržnosti ČSN EN 250 Sádrokartonové desky Definice, požadavky a zkušební metody ČSN EN Sádrové tvárnice Definice, požadavky a zkušební metody ČSN EN Sádrové prvky pro zavěšené podhledy Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN EN Sádrokartonové tepelně a zvukově izolační kompozitní panely - Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN EN Kovové konstrukční prvky pro sádrokartonové systémy - Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN EN Předtvarované sádrokartonové lišty - Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN EN Sádrová lepidla pro sádrové tvárnice - Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN EN Upravené výrobky ze sádrokartonových desek - Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN EN Sádrová lepidla pro tepelně a zvukově izolační kompozitní panely a sádrokartonové desky - Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN EN Spárovací materiály pro sádrokartonové desky - Definice, požadavky a zkušební metody - ČSN Navrhování, příprava a provádění vnitřních sádrových omítkových systémů - ČSN EN Lité sádrové výrobky vyztužené vlákny - Definice, požadavky a zkušební metody Snad ještě pro doplnění uvádíme, že ve stádiu návrhů jsou pokud je nám známo (září 2007) následující normy: - pr EN Kovové profily a lišty pro upevnění sádrokartonových desek - Definice, požadavky a zkušební metody - pr EN Mechanické upevňovací prostředky pro sádrokartonové desky - Definice, požadavky a zkušební metody - pr EN Navrhování a provádění systémů ze sádrových tvárnic - pr EN Prefabrikované sádrokartonové panely s pórovitým kartonovým jádrem - Definice, požadavky a zkušební metody 22

22 DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU 3 Závěr Obecně možno konstatovat, že používání sádrových výrobků, zejména sádrokartonových desek, si v našem průmyslu vydobylo své oprávněné postavení. Sádrové dílce nacházejí již také pozvolna širší uplatnění. Výroba sádrokartonových desek je u nás v rukou zahraničních firem a ovlivňování investiční politiky v této oblasti je z české strany problematické. Z hlediska technického zůstává u nás otevřená výroba alfa-sádry, ať již kontinuálním (suspenzním) nebo diskontinuálním způsobem. Rovněž výroba různých druhů omítkových směsí a tmelů s obsahem sádry skýtá nové možnosti jejího uplatnění. Samozřejmě to záleží na reálných realizačních podmínkách a zájmu trhu. S jistotou lže říci, že sádra svými vlastnostmi a malou energetickou náročností pro její výrobu skýtá širší možnosti uplatnění v našem stavebnictví, než tomu je dosud. Snad tato studie pomůže novým úvahám o tomto tématu. Za pozornost samozřejmě stojí i výroba anhydritu, který se zejména v poslední době stává velmi používaným materiálem pro podlahovinářské účely. Celá studie o možnosti využití energosádrovců pro výrobu sádry je k dispozice na Výzkumném ústavě stavebních hmot, a.s.,brno. 23

23 24

24 DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU ZMĚNY KVALITATIVNÍCH VLASTNOSTÍ GRANULÁTŮ, ENERGOSÁDROVCE A SMĚSÍ S VÝSYPKOVÝMI ZEMINAMI Pavel SCHMIDT V rámci dlouhodobého úkolu sledování vývoje kvalitativních znaků technologicky upravených pevných produktů spalování - granulátů - z klasického vysokoteplotního i fluidního spalování vč. jejich směsí s výsypkovými zeminami MUS, a.s. závod Jan Šverma (DJŠ) bylo realizováno dle přípravných dokumentací v blízkosti otočného bodu závodu Jan Šverma stanoviště kontrolního sledování monitoringu, s cílem získat následně průkazný soubor výsledků, který by dokladoval, že ve vazbě na přirozené geologické prostředí nejsou ohroženy zájmy ochrany životního prostředí a zdraví lidu při variantním velkoobjemovém báňsko technologickém využití v oblasti povrchových uhelných dolů, rekultivační činnosti a sanačních prací v různých oblastech průmyslu. Ve vybraném prostoru DJŠ bylo vybudováno šest monitorovacích kazet s označením K1 K6 o obsahu cca 15 m3. S cílem ověření sorpčních vlastností výsypkových zemin (geologické pozadí) byly u monitorovací kazety K4 instrumentačně vystrojeny dva monitorovací vrty pro možnost odběrů vzorků vody a monitorování jejího chemického složení. Vrt MV1 ve vzdálenosti 3 m od horní hrany monitorovacího stanoviště, vrt MV2 ve vzdálenosti 6 m. U kazety K1 byly zhotoveny další dva vrty MV3,4. Kazeta K1 stěny a dno kazety nehutněny náplň : granulát z United Energy a.s. Komořany kazeta otevřena atmosférickým vlivům (nekrytá) Kazeta K2 stěny a dno kazety nehutněny náplň : technologická směs G - granulát z United Energy a.s. Komořany a výsypkových zemin DJŠ ( Z ) v přibližném objemovém poměru G : Z 1 : 2 kazeta otevřena atmosférickým vlivům (nekrytá) Kazeta K3 stěny a dno kazety hutněny náplň : granulát z United Energy a.s. Komořany stanoviště překryto zhutněnou vrstvou výsypkových zemin DJŠ ve vrstvě tl. 0,3 m Kazeta K4 stěny a dno kazety nehutněny náplň : granulát z elektrárny Mělník (EMĚ) kazeta otevřena atmosférickým vlivům (nekrytá) Kazeta K5 stěny a dno kazety nehutněny náplň : technologická směs G - granulát z elektrárny Mělník a výsypkových zemin DJŠ ( Z ) v přibližném objemovém poměru G : Z 1 : 2 kazeta otevřena atmosférickým vlivům (nekrytá) Kazeta K6 stěny a dno kazety hutněny náplň : granulát z elektrárny Mělník (EMĚ) stanoviště překryto zhutněnou vrstvou výsypkových zemin DJŠ ve vrstvě tl. 0,3 m 25

25 Po dokončení všech odběrů budou vzorky postupně zpracovávány. Cílem stanoveného rozsahu průkazních zkoušek vstupních komponent je stanovit základní parametry, které budou následně využity. Zdravotně - ekologické parametry : zkoušky vyluhovatelnosti Fyzikálně - mechanické parametry vlhkost objemová hmotnost sypná suchá zdánlivá hustota pevných částic pórovitost stupeň nasycení objemová hmotnost po zhutnění PS 100% objemová hmotnost po zhutnění PS 50% objemová hmotnost setřesená parametry smykové pevnosti efektivní propustnost pevnost v prostém tlaku 26

26 DÍLČÍ CÍL V APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY MOŽNOSTI ZÍSKÁVÁNÍ Ti Z JÍLÚ SOKOLOVSKÉ PÁNVE LOUŽENÍM LYČKOVÁ G., CECHLOVÁ K., FEČKO P., ČABLÍK V., MUCHA N., PEČTOVÁ I. Úvod Titan se vyznačuje mimořádnou chemickou stálostí, je zcela netečný k působení vody a atmosférických plynů a odolává působení většiny běžných minerálních kyselin i roztoků alkalických hydroxidů. Zvolna se rozpouští v horké HCl, naopak kyselina dusičná jeho povrch pasivuje. Pro jeho rozpuštění je nejúčinnější HF nebo její směsi s jinými minerálními kyselinami. Titan reaguje pomalu s kyselinou dusičnou, se zředěnou kyselinou sírovou a se slabými louhy. Rozpouští se v kyselině solné, v lučavce královské. V další etapě výzkumného centra byla řešena problematika získávání titanu z jílů Sokolovské hnědouhelné pánve z lomu Družba aplikací chemického loužení. Testy byly realizovány na třech vzorcích -lapilový tuf, červený tuf, analcimický jílovec. Tato zpráva navazuje na zprávu předchozí, ve které byly uvedeny výsledky za použití kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné. V této fázi výzkumu byla problematika věnována chemickému loužení pomocí lučavky královské a kyseliny fluorovodíkové. Experimentální část Vzorky byly nejdříve upraveny k analýze (drcení, mletí, sítování pod 0,5 mm), poté byl stanoven obsah sušiny v jednotlivých vzorcích. Obrázek 1. Pohled na jednotlivé vzorky Testy probíhaly za těchto podmínek: Navážka 10 g (sušiny) do 100 ml - 5% a 20% roztoky lučavky královské a kyseliny fluorovodíkové. Doba loužení 3, 5 a 10 hodin na elektromagnetické míchačce a následná filtrace. 27

27 Obrázek 2. Laboratorní experiment Stanovení ve výluhu: obsah Ti stanoven atomovou absorpční spektrometrií po zfiltrování vzorku ve vodném výluhu. Stanovení v pevné fázi (vstupní vzorek): obsah Ti stanoven spektrometrem Spectroscan MAKC GVII sekvenční vlnově disperzní rentgenfluorescenční spektrometr. Získané výsledky Loužení s 5% a 20% lučavkou královskou V tabulce 1 jsou uvedeny koncentrace jednotlivých vzorků, jejich vstupní hodnoty (koncentrace Ti), koncentrace Ti ve vodném výluhu a v neposlední řadě procentuální účinnost loužení. Tabulka 1. Titan - lučavka královská Analcimický jílovec vzorek č. 3 název kyseliny doba luhování koncentrace Ti v pevné fázi koncentrace Ti ve výluhu % účinnost získání Ti ve výluhu [ppm] [ppm] [%] lučavka královská 3 h ,00 45,23 5% 5 h ,00 41,19 10 h ,00 34,00 lučavka královská 3 h ,00 65,57 20% 5 h ,00 65,57 10 h ,32 Poznámka: barevně označena maximální účinnost získání Ti ve výluhu v jednotlivých vzorcích 28

28 DÍLČÍ CÍL V APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY Pokračování Tabulky 1. název kyseliny doba luhování Lapilový tuf vzorek č. 1 koncentrace Ti v pevné fázi koncentrace Ti ve výluhu % účinnost získání Ti ve výluhu [ppm] [ppm] [%] lučavka královská 3 h ,05 5% 5 h ,00 13,69 10 h ,00 38,83 lučavka královská 3 h ,00 73,07 20% 5 h ,41 10 h ,41 název kyseliny doba luhování Červený tuf vzorek č. 2 koncentrace Ti v pevné fázi koncentrace Ti ve výluhu % účinnost získání Ti ve výluhu [ppm] [ppm] [%] lučavka královská 3 h ,00 5,39 5% 5 h ,00 8,41 10 h ,92 lučavka královská 3 h ,00 12,18 20% 5 h ,00 16,16 10 h ,98 Poznámka: barevně označena maximální účinnost získání Ti ve výluhu v jednotlivých vzorcích Jak je z tabulky 1 patrné, největší koncentrace Ti ve vstupních vzorku (v pevná fázi) byla stanovena ve vzorku č. 2, červený tuf (24400 ppm). Nejmenší zastoupení Ti ve vstupním vzorku bylo prokázáno u vzorku č. 3 analcimický jílovec a to v koncentraci 9400 ppm. Obrázky 3, 4, 5 ukazují koncentrace Ti ve výluhu 5% a 20% lučavky královské po 3, 5, 10-ti hodinách loužení ve všech třech vzorcích. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% lučavky královské po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 1 - Lapilový tuf ppm h 5 h 10 h 3 h 5 h 10 h 5% 5% 5% 20% 20% 20% Obrázek 3. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% lučavky královské po 3, 5, 10-ti hodinách loužení - vzorek č. 1 Lapilový tuf 29

29 Jak je z obrázku 3 patrné, největší koncentrace titanu byla získání po 3 hodinách loužení s 20% roztokem lučavky královské. Účinnost loužení Ti v 5% roztoku HCl byla velmi nízká. Nejvyšších hodnot bylo získáno s použitím 20% kyseliny chlorovodíkové, účinnost získání Ti ve vodném výluhu byla v tomto případě velmi vysoká a to 73,07 %. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% lučavky královské po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 2 - Červený tuf 450 ppm h 5 h 10 h 3 h 5 h 10 h 5% 5% 5% 20% 20% 20% Obrázek 4. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% lučavky královské po 3, 5, 10-ti hodinách loužení - vzorek č. 2 Červený tuf Koncentrace Ti ve vzorku č. 2 byla nejvíce získána ve vodném výluhu po 5-ti hodinách loužení s použití 20% lučavkou královskou, jak ukazuje obrázek 4. V tomto případě bylo ze vzorku získáno 16,16 % Ti, což můžeme pokládat za velmi malou výtěžnost. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% lučavky královské po 3,5, 10-ti hodinách loužení - vzorek č. 3 - Analcimický jílovec ppm h 5 h 10 h 3 h 5 h 10 h 5% 5% 5% 20% 20% 20% Obrázek 5. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% lučavky královské po 3, 5, 10-ti hodinách loužení - vzorek č. 3 Analcimický jílovec Z předchozího obrázku 5 je patrné, že největší koncentrace Ti byla získána z 65,57% účinnosti ve vodném výluhu s použitím 20% lučavky královské a to po třech a pěti hodinách loužení. Nejmenších hodnot bylo získáno s použitím 5% lučavky královské po 10-ti hodinách a to v koncentraci 3196 ppm. 30

30 DÍLČÍ CÍL V APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY Loužení s 5% a 20% kyselinou fluorovodíkovou V tabulce 2 jsou uvedeny koncentrace jednotlivých vzorků, jejich vstupní hodnoty (koncentrace Ti), koncentrace Ti ve vodném výluhu a v neposlední řadě procentuální účinnost loužení. Tabulka 2. Titan - HF Lapilový tuf název kyseliny doba luhování vzorek č. 1 koncentrace Ti v pevné fázi koncentrace Ti ve výluhu % účinnost získání Ti ve výluhu [ppm] [ppm] [%] HF 3 h ,00 57,19 5% 5 h ,00 23,14 10 h ,00 37,46 HF 3 h ,00 94,05 20% 5 h ,00 83,22 10 h ,17 Červený tuf název kyseliny doba luhování vzorek č. 2 koncentrace Ti v pevné fázi koncentrace Ti ve výluhu % účinnost získání Ti ve výluhu [ppm] [ppm] [%] HF 3 h ,00 15,60 5% 5 h ,00 12,24 10 h ,00 11,93 HF 3 h ,16 20% 5 h ,00 88,39 10 h ,00 83,84 název kyseliny doba luhování Analcimický jílovec vzorek č. 3 koncentrace Ti v pevné fázi koncentrace Ti ve výluhu % účinnost získání Ti ve výluhu [ppm] [ppm] [%] HF 3 h ,92 5% 5 h ,00 31,64 10 h ,00 54,28 HF 3 h ,17 20% 5 h ,00 88,60 10 h ,00 87,71 Poznámka: barevně označena maximální účinnost získání Ti ve výluhu v jednotlivých vzorcích 31

31 Z tabulky 2 je patrné, že největší koncentrace Ti ve vstupních vzorku (v pevná fázi) byla stanovena ve vzorku č. 2, červený tuf. Nejmenší zastoupení Ti ve vstupním vzorku bylo prokázáno u vzorku č. 3 analcimický jílovec. Obrázek 6, 7, 8 ukazují koncentrace Ti ve výluhu 5% a 20% HF po 3, 5, 10-ti hodinách loužení ve všech třech vzorcích. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HF po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 1 - Lapilový tuf ppm h 5 h 10 h 3 h 5 h 10 h 5% 5% 5% 20% 20% 20% Obrázek 6. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HF po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 1 Lapilový tuf Z obrázku 6 vyplývá, že největší koncentrace Ti byla získána ve vodném výluhu s 20% kyselinou fluorovodíkovou po třech hodinách loužení s účinností 98,16 %. Naopak nejmenší množství bylo získáno s 5% kyselinou fluorovodíkovou a to ve všech časech loužení, procentuální účinnost se pohybovala od 11,93 až 15,60 %. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HF po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 2 - Červený tuf ppm h 5 h 10 h 3 h 5 h 10 h 5% 5% 5% 20% 20% 20% Obrázek 7. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HF po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 2 Červený tuf Maximální výtěžek titanu ve vodném výluhu byl u vzorku č. 2 získán po třech hodinách loužení a to ve 20% kyselině fluorovodíkové. Účinnost v tomto případě byla 91,17 %. 32

32 DÍLČÍ CÍL V APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HF po 3,5,10-ti hodinách loužení - vzorek č. 3 - Analcimický jílovec ppm h 5 h 10 h 3 h 5 h 10 h 5% 5% 5% 20% 20% 20% Obrázek 8. Koncentrace Ti ve vodném výluhu 5% a 20% HF po 3, 5, 10-ti hodinách loužení vzorek č. 3 Analcimický jílovec Z obrázku 8 je patrné, že maximální výtěžnost titanu ve vodném výluhu 20% kyselině fluorovodíkové byla získána po třech hodinách loužení. Nejmenší koncentrace byly získány ve vodném výluhu 5% kyseliny fluorovodíkové, účinnost se v tomto případě pohybovala mezi 31,64 až 81,92 %. Diskuse a závěr V další etapě výzkumného centra byla řešena problematiky získávání titanu z vodného výluhu. Testy byly realizovány na třech vzorcích lapilový tuf, červený tuf, analcimický jílovec. Z dosažených výsledků vyplývá, že nejúčinnější pro získávání Ti z vodného výluhu jsou více procentní roztoky kyselin, v našem případě 20% lučavka královská a 20% kyselina fluorovodíková. Účinnost získávání Ti ve vodném výluhu s použitím nízko procentních roztoků kyselin byla velmi nízká. Největší koncentrace Ti byla získána z 98,16 % ve 20% vodném výluhu HF ze vzorku č. 2, červený tuf a to po třech hodinách loužení. S použitím 20% lučavky královské byla největší koncentrace Ti získána u vzorku č. 1 lapilový tuf. Porovnání účinnosti získání Ti z vodného výluhu 20% lučavky královské a 20% HF u maximálně dosažených hodnot % Lapilový tuf Červený tuf Analcimický jílovec 20% LK 73,07 16,16 65,57 20% HF 94,05 98,16 91,17 Obrázek 9. Porovnání účinnosti získání Ti z vodného výluhu 20% lučavky královské a 20% HF u maximálně dosažených hodnot 33

33 Na základě získaných výsledků se domníváme, že pro získání Ti z vodného výluhu je v tomto případě účinnější kyselina fluorovodíková, jak jednoznačně ukazuje obrázek 9. Jak již bylo zmíněno v úvodu, tato fáze výzkumu je pokračováním fáze předešlé, ve které byla zkoumána účinnost chemického loužení Ti v kyselině chlorovodíkové a kyselině dusičné. Na následujícím obrázku (obrázek 10) je uvedeno porovnání všech čtyř použitých kyselin a následné vyhodnocení nejúčinnější z nich. Porovnání účinnosti získání Ti z vodného výluhu 20% HCl, 20% HNO 3, 20% lučavky královské a 20% HF u maximálně dosažených hdonot 10 8 % % HCl 20% HNO3 20% LK 20% HF Lapilový tuf 95,93 43,46 73,07 94,05 Červený tuf 9,30 7,18 16,16 98,16 Analcimický jílovec 50,34 17,41 65,57 91,17 Obrázek 10. Porovnání účinnosti získání Ti z vodného výluhu 20% HCl, 20% HNO 3, 20% lučavky královské a 20% HF u maximálně dosažených hodnot Z obrázku 10 je patrné, že nejúčinnější pro získávání Ti z jílů Sokolské pánve loužením je 20% kyselina fluorovodíková, a to zejména v případě vzorku č. 2 červený tuf a vzorku č. 3 analcimický jílovec. Pro vzorek č. 1 lapilový tuf je nejúčinnější 20% kyselina chlorovodíková. LITERATURA GREENWOOD N.N., EARNSHAW A.: Chemie prvků, Informátorium, Praha, 1993 ŠPALDON F.: Chemické sposoby úpravy nerastných surovín, Alfa Bratislava,

34 DÍLČÍ CÍL V APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY V004 - III. etapa ( ) Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. V oblastech podkrušnohorských hnědouhelných pánví severočeské, sokolovské a chebské - se v dobývacích prostorách v současnosti provozovaných a perspektivních lomových hnědouhelných lokalitách a v jejich blízkém okolí nalézají potencionální ložiska surovin vhodných pro použití při výrobě barviv, plniv a keramiky. Ve 3. čtvrtletí roku 2007 byla provedena úprava vzorků okrů z lokality Svatý Kříž u Chebu a jejich příprava pro provedení technologických zkoušek ve výzkumném pracovišti a.s. SYNPO Pardubice. Vzorky odebraného okru z lokality Sv. Kříž byly rozplaveny a jemná frakce byla koagulována a oddělena od hrubé frakce. Získaný vzorek byl usušen při C. Tímto by měl být zaručen přechod všech modifikací hydroxidů železa obsažených ve sledovaném materiálu na stabilní modifikac1 α, tak jak je popsáno v dílčí zprávě za 1. pololetí. 35

35 36

36 DÍLČÍ CÍL V DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY Výsledky monitoringu a výzkumu demineralizace důlních vod VI.etapa Jiří VIDLÁŘ, Radmila KUČEROVÁ, Silvie HEVIÁNKOVÁ, Vojtěch VÁCLAVÍK, Lucie JAVŮRKOVÁ, Josef HALÍŘ Využití ettringitového kalu k odstranění iontů mědi a zinku Schopnost materiálu adsorbovat lze určit stanovením jodového čísla, přičemž dobře adsorbující vzorky mají jodové číslo kolem 700 mg.g -1, do střední třídy se řadí vzorky s jodovým číslem v rozmezí mg.g -1 a vzorky s jodovým číslem pod 3 mg.g -1 mají sorpční vlastnosti velmi nízké. Bylo tedy provedeno stanovení jodového čísla ettringitového kalu. Z naměřených výsledků vyplývá, že ettringitový kal lze zařadit do střední třídy, protože průměrná hodnota jodového čísla, získaná ze tří měření, byla I prům = 106,66 mg.g -1. Odstranění mědi a zinku z modelové vody Při laboratorních zkouškách odstranění mědi byly modelové roztoky připravovány se síranu a dusičnanu měďnatého. Měď byla z těchto roztoků odstraněna se stoprocentní účinností. Vzhledem k faktu, že připravený modelový roztok má kyselé ph a přídavkem ettringitového kalu dochází ke zvyšování ph, nebylo možné určit, do jaké míry se jedná o srážení pomocí OH iontů, resp. sorpci na ettringitu. Druhým kovem odstraňovaným z vodného roztoku byl zinek. Modelová voda byla připravena z dusičnanu zinačnatého Zn(NO 3 ) 2. 6H 2 O. I v tomto případě je ph modelové vody kyselé a přídavkem ettringitu dochází tedy k redukci zinku pravděpodobně kombinací srážení a sorpce. Z tohoto důvodu byly připraveny modelové roztoky těchto kovů, v nichž jsou Cu a Zn vázány v amoniakálním komplexu.. Odstranění mědi a zinku vázaných v amoniakálním komplexu Do modelového roztoku mědi byl v přebytku dávkován amoniak, přičemž dochází k vázání mědi do amoniakálního komplexu [Cu(NH 4 )] 2+, který je značně stabilní, navíc roztok má silně alkalický charakter (ph cca 11) a přídavkem ettringitového nedochází již ke zvyšování ph. Lze tedy předpokládat, že při odstranění takto vázané mědi na ettringitu dochází právě sorpcí. Účinnost odstranění je závislá na dávce a době kontaktu modelové vody s ettringitem. Při vhodné dávce (7g vysušeného kalu) a době kontaktu (30min) lze měď vázanou v amoniakálním komplexu odstranit sorpcí s prakticky stoprocentní účinností. Při odstranění zinku vázaného v amoniakálním komplexu, přičemž roztok byl připraven z dusičnanu zinečnatého rozpuštěného v destilované vodě v přebytku amoniaku, došlo při vhodně zvolené dávce a době kontaktu s etringitovým kalem, k odstranění zinku s cca 80% účinností. Při odstraňování mědi a zinku vázaných v amoniakálním komplexu ze společného roztoku bylo zjištěno, že redukce mědi v roztoku je vyšší než zinku, z čehož lze usoudit, že se měď sorbuje přednostně. Měď i zinek bývá vázán v amoniakálním komplexu v odpadních vodách z galvanizoven, proto mohou být získané výsledky zajímavé i z hlediska využití v praxi. PROKÁZÁNÍ VLIVU ÚPRAVY DESULFATAČNÍHO KALU V SÁDROVÝCH SMĚSÍCH V rámci VI. etapy výzkumného centra jsme se zabývali přípravou, úpravou desulfatačního kalu a fyzikálně mechanickými vlastnosti sádrových směsí na bázi desulfatačního kalu ve stáří 2hod. a 7 dnů. Složení experimentálních směsí SG0, SG1E, SG2E, SG3E a SG4E je uvedeno v tab

37 A. VYMEZENÍ POJMŮ: Desulfatační kal jedná se o směsný kal z desulfatace důlní vody z lokality MOST ČSA. Příprava a úprava desulfatačního kalu vstupní surovina (důlní voda) pro přípravu desulfatačního kalu byla odebrána v lomu ČSA v množství 1300 l. Ihned při odběru následovalo měření ph a teploty a následný transport odebrané vody do úpravny důlních vod velkolomů ČSA a JŠ. Po transportu byla provedena úprava ph na hodnotu 12,5 pomocí Ca(OH) 2 (±3g.l -1 ) a následně byl nadávkován hlinitan sodný NaAlO 2 (2,2-3 g.l -1 ) podle obsahu síranů - SO 2-4. Vzniklý desulfatační směsný kal (směsný, protože v průběhu desulfatace nebyl oddělen alkalizační kal) byl odsazen a následně zahuštěn na deskovém kalolisu. V rámci úpravy desulfatačního kalu následovalo sušení v sušárně při teplotách 105 C a 200 C a v muflové obloukové peci při teplotách 400 C a 600 C. Získané podíly byly pomlety a přesety na požadovanou frakci (velikost zrna < 0,25 mm). Sádrová směs pro prokázání vlivu úpravy desulfatačního kalu na fyzikálně mechanické vlastnosti (pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku na konci trámečků), byla vybrána pro pevnostní charakteristiky experimentální sádrová směs s obsahem 5 % hmot. upraveného desulfatačního kalu Složení jednotlivých experimentálních směsí je uvedeno v tabulce 1. B. SLOŽENÍ EXPERIMENTÁLNÍCH SÁDROVÝCH SMĚSÍ: Tabulka 1 Složení testovaných směsí SG0, SG1E, SG2E, SG3E a SG4E Množství jednotlivých složek v (g) Experimentální sádrová směs Sádra šedá Upravený desulf. kal při 105 C Upravený desulf. kal při 200 C Upravený desulf. kal při 400 C Upravený desulf. kal při 600 C Voda Vodní součinitel SG ,50 0,77 SG1E 712,50 37,50 577,50 0,77 SG2E 712,50-37, ,50 0,77 SG3E 712, ,50-577,50 0,77 SG4E 712, ,50 577,50 0,77 Pozn.: Procentuální náhrada sádrového pojiva upraveným desulfatačním kalem byla provedena v množství 5 % hmot. C. OVĚŘENÍ FYZIKÁLNĚ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ EXPERIMENTÁLNÍCH SÁDROVÝCH SMĚSÍ Stanovení fyzikálně mechanických vlastností experimentálních sádrových směsí na bázi desulfatačního kalu bylo provedeno v souladu s ČSN Sádrová pojiva a ČSN EN Sádrová pojiva a sádrové malty pro vnitřní omítky část 2: Zkušební metody. Jako zkušební tělesa byly použity trámečky rozměrů 40x40x160 mm. Stáří zkušebních těles bylo 2 hod. a 7 dnů. Výsledky pevnostních zkoušek jsou uvedeny v tabulce 2 a 3 a grafický průběh je znázorněn na obr. 1 a 2. 38

38 DÍLČÍ CÍL V DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY Tabulka 2 Pevnostní parametry po 2 hod. stáří experimentálních sádrových směsí SG0, SG1E, SG2E, SG3E a SG4E Experimentální sádrová směs Pevnost v (MPa) v tahu za ohybu v tlaku SG0 1,03 2,57 SG1E 1,03 2,74 SG2E 0,94 2,74 SG3E 0,99 2,78 SG4E 1,06 2,85 Tabulka 3 Pevnostní parametry po 7 dnech stáří experimentálních sádrových směsí SG0, SG1E, SG2E, SG3E a SG4E Experimentální sádrová směs Pevnost v (MPa) v tahu za ohybu v tlaku SG0 0,75 2,38 SG1E 0,82 2,48 SG2E 0,92 2,54 SG3E 0,80 2,63 SG4E 0,88 2,62 3,00 2,50 2,57 2,74 2,74 2,78 2,85 Pevnost (MPa) 2,00 1,50 1,00 1,03 1,03 0,94 0,99 1,06 v tahu za ohybu v tlaku 0,50 SG0 SG1E SG2E SG3E SG4E Obrázek 1 Pevnostní charakteristiky experimentálních sádrových směsí (ve stáří 2 hod.) 3,00 2,50 2,38 2,48 2,54 2,63 2,62 Pevnost (MPa) 2,00 1,50 1,00 0,75 0,82 0,92 0,80 0,88 v tahu za ohybu v tlaku 0,50 SG0 SG1E SG2E SG3E SG4E Obrázek 2 Pevnostní charakteristiky experimentálních sádrových směsí (ve stáří 7 dnů) 39

39 Z výše uvedených obrázků je patrné, že se zvyšující se teplotou úpravy desulfatačního kalu (105, 200, 400 a 600 C) dochází k nárůstu pevnostních charakteristik oproti komparační sádrové směsi SG0. U sádrových směsí stáří 2 hod. největší nárůst pevnostních charakteristik oproti komparační směsi SG0 byl zaznamenán u směsi SG4E (u pevnosti v tlaku cca o 10 %, u pevnosti v tahu za ohybu cca o 3 %). U sádrových směsí stáří 7 dnů největší nárůst pevnostních charakteristik oproti komparační směsi SG0 byl zaznamenán u směsi SG4E (u pevnosti v tlaku cca o 10 %, u pevnosti v tahu za ohybu cca o 17 %). Doporučení pro další etapu: Úprava desulfatačního kalu sušením v muflové obloukové peci při teplotách 800, 1000, 1200, 1400 C. Zjištění fyzikálně mechanických vlastností sádrových směsí s výše upraveným desulfatačním kalem. Zjištění fyzikálně mechanických vlastností a zkouška rozplavitelnosti sádrových směsí SG0, SG1E, SG2E, SG3E a SG4E po 28 dnech stáří. Sokolovská uhelná, právní nástupce, a.s. V této etapě byly odebrány vzorky důlních vod, které přitékají z lomu Medard a hlubiny Jiří na ÚDV Svatava. Jak již bylo uvedeno v předešlých etapách, problematické důlní vody v lomu Jiří jsou především z ČS J3 a Lomnice 2B. Společnost Sokolovská uhelná, právní nástupce, a.s. se rozhodla vést tyto vody na ÚDV Svatava. V šesté etapě bylo testováno složení důlní vody, která vzniká smícháním stávajících důlních vod na úpravně s výše uvedenými důlními vodami z lomu Jiří. Vody byly odebrány a na místě okamžitě smíchány v poměru, který byl vypočten na základě údajů o průtocích výše uvedených důlních vod. Pomocí rychlotestů byl na místě okamžitě po smíchání proveden základní chemický rozbor, čímž se předešlo případným změnám chemického složení vody. Vody byly poté převezeny do laboratoře Technologie vody na VŠB-TUO, kde byly upraveny s ohledem na eliminaci železa a manganu. Tabulka 4 Složení důlní vody po smíchání na místě ph c(fe) c(mn) c(so 2-4 ) mg.l -1 mg.l -1 mg.l Odmanganování důlní vody z ČS J3 úpravou ph do vysoce alkalické oblasti s následnou neutralizací pomocí CO 2 Důlní voda byla odebrána z čerpací stanice J3. Vstupní koncentrace manganu byla cca 12 mg.l -1. V předchozí etapě bylo provedeno odmanganování obdobně, pouze s rozdílem ve způsobu distribuce CO 2. V páté etapě byl CO 2 aplikován v podobě velkých bublin, v šesté etapě ve formě velmi jemných bublin. Z pokusů vyplynulo, že při neutralizaci oxidem uhličitým ve formě jemných bublin dochází prakticky okamžitě k požadovanému snížení ph. Pokusy byly prováděny vždy s jedním litrem důlní vody. Po odstranění manganu úpravou ph hydroxidem vápenatým do alkalické oblasti (ph nad 9) byla voda probublávána cca 1 vteřinu oxidem uhličitým, přičemž došlo ke snížení na hodnotu ph cca 7. Regenerace ettringitového kalu Důlní vody v lokalitě Sokolovská uhelná, a.s. jsou zatíženy vysokou koncentrací síranů. Sírany byly v rámci předešlých etap odstraňovány chemickým srážením, využívajícím kombinace iontů Ca 2+, Al 3+, OH -, AlO 2 -. Produktem předmětné technologie je vyčištěná voda a čistírenský kal. Voda je s požadovanou účinností zbavena rozpuštěných síranů, železa a dalších iontů. Ve složení čistírenského kalu převažuje hydratovaný síran hlinitovápenatý (ettringit), proto bývá tento kal označován také jako kal ettringitový. Z pohledu technologie čištění vod daného typu jako celku je tento kal technologickým odpadem. 40

40 DÍLČÍ CÍL V DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY Současně realizovaný výzkum je zaměřen na regeneraci čerstvě vysráženého ettringitového kalu jako donoru hlinitých iontů, opětovně využitelných pro srážecí reakci síranů in situ. Vyřešení tohoto úkolu úzce souvisí s možností snížení nákladů na čistírenskou technologii včetně nakládání se zbytkovým čistírenským kalem. Prvním předpokladem této recyklace bylo nalezení metody pro selektivní uvolnění hliníku z vysrážené tuhé fáze. Byly testovány kyseliny HCl, H 2 SO 4, H 3 PO 4, HNO 3. Nejúčinnější, z hlediska uvolnění Al iontů, byla kyselina sírová. Použití silných hydroxidů pro selektivní rozpuštění hliníku (při jeho amfoterním charakteru) se ukázalo jako nevhodné. Po uvolnění hlinitých iontů byla dále řešena otázka opětovného využití uvolněných Al iontů do srážecí reakce síranů. Bylo testováno mnoho způsobů, přičemž za pozitivní lze považovat postup, který je znázorněn na obrázku č. 3. Do přiváděné surové důlní vody je dávkován hydroxid vápenatý k ph 12,4-12,6 (A). K suspenzi je v první etapě srážení síranů dávkováno srážecí činidlo hlinitan sodný (AlR-F) (B). Produkty jsou voda, vyčištěná s požadovanou účinností, a ettringitový kal (C). K ettringitovému kalu, rozvolněnému v malém množství destilované vody, je dávkována kyselina sírová k požadovanému ph - cca 3,6 (D). Filtrací suspenze je získán filtrát 1 (E) s uvolněnými hlinitými ionty a kal, jehož složení odpovídá hemihydrátu síranu vápenatého a je konečným produktem této technologie. K filtrátu 1 je dávkován hydroxid sodný k ph 5,5 až 7 (F). Získaná sraženina odpovídá složením nečistému hydroxidu hlinitému. Filtrací (G) získaný filtrát 2, zatížený sírany, je veden k surové důlní vodě. Tyto sírany obsažené ve filtrátu zvýší celkovou koncentraci síranů v důlní vodě a je tedy potřebné alkalizovat vodu vyšší dávkou hydroxidu vápenatého, která vysráží přebytečné sírany na koncentraci odpovídající součinu rozpustnosti síranu vápenatého. Ke sraženině čerstvého hydroxidu hlinitého je dávkován hydroxid sodný (H). Roztok čerstvého hlinitanu sodného je opětovně dávkován do alkalizované důlní vody namísto AlR-F. Produkty jsou vyčištěná voda a ettringitový kal. 41

41 Ca(OH) 2 AlR-F (1) Vyčištěná voda (1) DV A B C Filtrát 4 (2) Ettringitový kal (1) Kal (2) D H 2 SO 4 Neutralizační NaOH F Filtrát 2 (2) E Filtrát 3 (2) G CaSO 4.0,5H 2 O Odpad Al(OH) 3 NaAlO 2 (2) H Regenerační NaOH Obrázek 3 Schéma regenerace etringitového kalu : A srážení síranů hydroxidem vápenatým; B srážení síranů v prvním cyklu pomocí AlR-F, ve druhém cyklu připraveným hlinitanem sodným; C filtrace 1; D selektivní loužení kys. sírovou; E filtrace 2; F srážení Al iontů pomocí NaOH; G filtrace3; H rozpouštění Al(OH) 3 pomocí NaOH Na obrázku 4 je graf, který znázorňuje hodnoty koncentrace síranů v důlní vodě upravené pouze pomocí hydroxidu vápenatého (červeně), dále koncentrace síranů po úpravě důlní vody pomocí hydroxidu vápenatého a AlR-F (žlutě) a konečně obsah síranových iontů po úpravě důlní vody hydroxidem vápenatým a regenerací získaným hlinitanem sodným (modře). 42

42 DÍLČÍ CÍL V DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY (mg/l) Obsah SO Číslo pokusu Obrázek 4 Koncentrace síranových iontů v upravené důlní vodě po dávkování : Ca(OH) 2 (1); Ca(OH) 2 + AlR-F (2); Ca(OH) 2 + NaAlO 2 připraveném in situ (3) Na obrázku 5 je srovnání rtg-difrakčních záznamů vzorku ettringitového kalu, připraveného srážením síranů pomocí AlR-F, kalcinovaného při teplotě 900 C, a vzorku ettringitového kalu, který byl připraven srážením síranů regenerovaným NaAlO 2 a byl rovněž kalcinován při teplotě 900 C. Difrakční záznamy obou vzorků kalů jsou prakticky identické, což znamená, že při použití regenerovaného hlinitanu sodného dochází ke srážení síranů do formy ettringitu. Obrázek 5 Srovnání difrakčních záznamů kalcinovaných vzorků kalu (při teplotě 900 C), získaných srážením síranů pomocí AlR-F (a)) a srážením síranů regenerovaným NaAlO 2 (d)) V následné etapě bude ověřena možnost použití CO 2 ke snížení ph namísto H 2 SO 4. 43

43 44

44 DÍLČÍ CÍL V DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY STRUČNÁ HISTORIE VÝSYPEK (sběr dat, výskyt povrchových a mělkých podzemních vod) lokalita Radovesice V005 III. etapa ( ) rozbor provedených prací Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. V rámci této etapy řešení byly zpracovány tyto body : vymezení zájmového území geologická charakteristika území historie a způsob zakládání výsypky hydrogeologická charakteristika území prozkoumanost území hydrologická situace hydrogeologické poměry a jejich vývoj v závislosti na těžbě uhlí a zakládání výsypky současné odvodnění povrchu výsypky lokalizace vývěrů vod na výsypce Radovesice 45

45 46

46 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ METODIKA EKONOMICKÉHO HODNOCENÍ 3. čtvrtletí 2007 Jaroslav DVOŘÁČEK, Michal VANĚK Úvod Práce ve 3. čtvrtletí se odvíjely ve struktuře stanovené od počátku řešení, přičemž tato struktura byla tvořena charakterem jednotlivých průmyslových aplikací: a) Využití materiálů na bázi průmyslových odpadů (V 003) b) Využití netradičních surovin (V 001, V 002, V 004) ad a) Využití materiálů na bázi průmyslových odpadů Deklarovaným východiskem řešení bylo hledání nových způsobů využití velkoobjemových průmyslových odpadů na bázi vedlejších energetických produktů resp. jiných průmyslových odpadů, z nichž lze vyrábět sanační a jiné stavební směsi, rekultivační výplňové a posypové směsi. Praktická realizace navrhovaných řešení je podmíněna dosažením nezáporného hospodářského výsledku při uskutečňování navrhovaných aktivit. Proto dosavadní postup řešení v rámci dílčího cíle V 006 směřoval k odvození teoretických vztahů potřebných k určení hospodářského výsledku při využívání materiálů na bázi průmyslových odpadů a ke kvantifikaci základních faktorů potřebných pro konkrétní vyčíslení tohoto hospodářského výsledku. K těmto faktorům lze zařadit: - receptury jednotlivých důlně - stavebních a sanačně - rekultivačních směsí (základkových hmot); - ceny za odběr jednotlivých průmyslových odpadů použitelných pro tvorbu těchto základkových hmot; - průměrnou cenu základkové směsi odvíjející se od receptury směsi a cen za odběr příslušných průmyslových odpadů; - teoretickou výrobní kapacitu výroby a ukládání základkových hmot; - jednicové variabilní náklady spojené se zpracováním průmyslových odpadů a ukládáním vzniklých základkových hmot. Shrneme-li, pak z výsledků předchozích čtvrtletí vyplynuly následující průměrné hodnoty těchto faktorů: Průměrná cena základkové směsi: Důlně-stavební hmoty: a) vyrobené z ostatních odpadů: Kč/t b) vyrobené z nebezpečných odpadů: Kč/t Sanačně rekultivační hmoty: a) vyrobené z ostatních odpadů: Kč/t Teoretická výrobní kapacita tvorby a ukládání základkových hmot: m 3 /den Jednicové variabilní náklady zpracování a uložení základkových hmot: 180 Kč/t Pro určení hospodářského výsledku je nutno doplnit tzv. ostatní faktory, k nimž patří: - skutečná výrobní kapacita tvorby a ukládání základkových hmot; - fixní (trvalé) náklady spojené s použitím základkových hmot; - dostupnost průmyslových odpadů. 47

47 Tyto tzv. ostatní faktory podmiňují stanovení hospodářského výsledku činností spojených s využíváním průmyslových odpadů resp. podmiňují realizaci těchto činností vůbec (dostupnost průmyslových odpadů). Skutečná výrobní kapacita tvorby a ukládání základkových hmot Na základě publikovaných údajů v literatuře byla ve 4. čtvrtletí 2006 stanovena kapacita výroby a ukládání základkových hmot ve výši m 3 / den. Tuto hodnotu lze označit jako teoretickou a srovnat ji se skutečnou výrobní kapacitou při likvidaci Dolu Jan Šverma základkovými hmotami vyrobenými z průmyslových odpadů. Množství základkových hmot bylo v tomto případě evidováno v tunách. Budeme-li předpokládat měrnou hmotnost základkových směsí 1,6 t/m 3, pak teoretické kapacitě m 3 /den odpovídá t/den. Pro likvidaci Dolu Jan Šverma byla vyrobena míchací stanice s vypočtenou (teoretickou) kapacitou výroby směsi 90 t/hod. Zakládání Dolu Jan Šverma probíhalo ve dvousměnném provozu, kdy v jedné směně byla horizontální i vertikální a velkoprostorová důlní díla zaplňována po oddělených úsecích základkovými hmotami vyrobenými z průmyslových odpadů, ve druhé směně pak byla vypouštěna vycezená technologická voda a čerpána na povrch. Tato situace teoreticky odpovídá výrobní kapacitě 720 t/den. Průměrné hodnoty dosažené při likvidaci Dolu Jan Šverma byly oproti těmto teoretickým hodnotám menší. Od poloviny roku 1993 do konce roku 2005, tedy za 12,5 roku, bylo založeno tun zpracovaných odpadů, což činí v průměru tun za rok, tedy 185 tun/den při 260 pracovních dnech. Maximální množství bylo uloženo v roce 1995, a to tun/rok, tedy 347 tun za den. Rozdíly mezi kapacitou zakládání v jednotlivých letech byla dána dostupností zdrojů průmyslových odpadů v přijatelně vzdáleném okolí (s ohledem na dopravní náklady). Hodnotu 347 tun /den tedy nemusíme považovat za nikterak extrémní, možnosti zvyšování výrobní kapacity spočívající v rozšíření denního fondu efektivní pracovní doby, ve využití typu likvidovaných důlních děl (např. omezení technologických přestávek při dovrchním zakládání důlních děl), ve využití určité sezónnosti likvidačních prací větší rozsah zakládání při nižších cenách elektrické energie pro důl. Protože údaje firmy Gemec- Union, a.s, která zlikvidovala Důl Jan Šverma, se vztahovaly k bezvodým základkovým směsím (kvůli evidenci zpracovaných průmyslových odpadů), zatímco ostatní publikované údaje se vztahují k vlhkým základkovým směsím, lze za teoretickou denní hodnotu považovat 400 tun bezvodé směsi za den vyrobené z průmyslových odpadů. Jejich dostupnost v relativně blízkém okolí, tedy za přijatelných dopravních nákladů, je apriorním předpokladem. Fixní (trvalé) náklady spojené s použitím základkových hmot Ve 2. čtvrtletí 2007 bylo předpokládané použití základkových hmot rozděleno na použití při: - likvidaci hlubinného dolu (důlně-stavební hmoty); - likvidaci lomu (sanačně-rekultivační hmoty); - při ostatních činnostech (převážně sanačně-rekultivační hmoty). Fixní (trvalé) náklady jsou spojovány s existencí a provozem těchto kapacit, které jsou s pomocí základkových směsí v podstatě likvidovány, uváděny do původního nebo žádoucího stavu, protože v této etapě hlubinný důl, povrchový lom ani jiná kapacita již není v provozu, ale použitím základkových hmot se odstraňují nebo eliminují bezpečnostní a environmentální rizika spojená s příslušnými kapacitami, jejichž provoz nebo využití bylo ukončeno. Z terminologického hlediska lze podotknout, že pojem trvalé náklady se vztahuje ke kapacitě s ukončenou produkcí, zatímco fixní náklady jsou spojeny s určitou úrovní výroby např. problematika průběžné rekultivace. Základním problémem trvalých resp. fixních nákladů je jejich variabilita odvozená od rozsahu likvidovaných kapacit, jejich struktury, způsobu likvidace, doby útlumu atd. Např. trvalé náklady 48

48 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ likvidovaných hlubinných dolů v OKR v období 1998 až 2001 se u jednotlivých dolů pohybovaly v následujících hodnotách vyjádřených jako průměr v daném roce v mil. Kč/měsíc: důl č. 1 : 7,5 až 14,1 důl č. 2 : 2,9 až 20,8 důl č. 3 : 2,1 až 7,8 Trend těchto trvalých nákladů byl klesající, avšak meziroční výkyvy byly značné. Tato skutečnost v zásadě vylučuje pokusy o stanovení průměrných hodnot, a to i v rámci výše uvedených skupin likvidovaných kapacit. Trvalé resp. fixní náklady je tedy nutno brát jako vnější faktor, jehož výše pro konkrétní případ bude v zásadě rozhodovat o znaménku hospodářského výsledku realizované aktivity. Dostupnost průmyslových odpadů Praktické zkušenosti při likvidaci Dolu Jan Šverma ukazují, že průběh likvidace a zejména ekonomické výsledky této činnosti byly výrazně ovlivněny dostupností, tedy zdroji průmyslových odpadů. Jde o určitý paradox, avšak skutečností je, že konkurence existuje i v oblasti odběru průmyslových odpadů. Údaje o produkci a zdrojích průmyslových odpadů v ostravském regionu jsou následující: Hornictví: flotační hlušiny : roční produkci lze odhadnout ve výši 15 % z těžby uhlí, zdrojem jsou pouze stará odkaliště kusová hlušina : roční produkci lze odhadnout ve výši 20 % z těžby uhlí, zdrojem jsou pouze staré odvaly Energetika: elektrárna 1 : roční produkce zhruba 50 kt bez deponie elektrárna 2 : roční produkce kolem 120 kt s deponií 3 mil. tun hutní podnik 1 : roční produkce zhruba 200 kt bez deponie hutní podnik 2 : roční produkce cca 80 kt bez deponie Hutnictví: hutní podnik 1: vysokopecní kaly : roční produkce kolem 15 kt, deponie 1,2 mil. tun ocelářské kaly : roční produkce asi 70 kt, deponie 1,0 mil. tun kaly ČOV : roční produkce asi 35 kt, bez deponie struska : roční produkce kolem 50 kt, bez deponie hutní podnik 2: kaly z Oxyvitu : roční produkce zhruba 8 kt, bez deponie hutní podnik 3: vysokopecní kaly : roční produkce asi 50 kt, deponie 1 mil. tun jemné kaly : roční produkce na 50 kt, deponie 0,2 mil. tun Produkce průmyslových odpadů není zanedbatelná, na druhé straně je nutno vzít v úvahu konkurenci podniků provozujících skládky průmyslových odpadů i jejich zpracování. Konkurence vede nejen k problémům v zajištění dostatečného množství průmyslových odpadů, ale tlačí dolů i ceny za odběr průmyslových odpadů. Na základě kvantifikace tzv. základních a ostatních faktorů ovlivňujících hospodářský výsledek lze přistoupit k jeho stanovení. Stanovení hospodářského výsledku Při stanovení hospodářského výsledku lze vycházet z následujících předpokladů: - neovlivnitelné (dané) je složení základkových směsí (receptury); - dané jsou trvalé resp. fixní náklady kapacity, v níž jsou základkové směsi používány. 49

49 V prvém případě z receptury vyplývající bezpečnostní a ekologické charakteristiky základkových směsí, které jsou zjištěny a potvrzeny laboratorně, takže z této skutečnosti je nutno vyjít. V druhém případě je nutno akceptovat rozdílnost technických a přírodních podmínek jednotlivých kapacit, resp. organizační stránku činnosti, z nichž vyplývají tyto trvalé náklady. Zatímco lze změnit výrobní kapacitu technologické linky na zpracování průmyslových odpadů, dojednat vyšší ceny za odběr průmyslových odpadů, nalézt jiné zdroje průmyslových odpadů a tím změnit variabilní náklady, trvalé náklady se ovlivňují hůře, proto budou brány jako proměnná, která rozhoduje o ekonomické proveditelnosti činnosti za daných technických a ekonomických podmínek. Předpoklad o jejich neovlivnitelnosti je nutno chápat jako neovlivnitelnost relativní, neboť z praktických zkušeností vyplývá, že trvalé náklady likvidované kapacity se dají snížit technickými i organizačními opatřeními. Tato opatření jsou však často složitá a časově náročná. Hospodářský výsledek HV vyplývající ze zpracování průmyslových odpadů a založení vzniklých základkových směsí lze určit podle následujícího vztahu: HV = V N = c Q Q nvj NT = Q( c nvj ) NT (1) kde: V... výnosy z tvorby a použití základkových směsí N... celkové náklady spojené s tvorbou a použitím základkových směsí c... průměrná cena základkové směsi vyplývající z cen za odběr průmyslových odpadů k její tvorbě n vj... jednicové variabilní náklady tvorby a použití základkových směsí N T... trvalé náklady kapacity, kde jsou základkové směsi používány Pro konkrétní výpočet můžeme použít následující hodnoty zaokrouhlené z údajů uvedených na počátku této části resp. u sanačně-rekultivační hmoty brané s ohledem na tvorbu směsi: Důlně-stavební hmoty: průměrná cena směsi a) vyrobené z ostatních odpadů 310 Kč/t b) vyrobené z nebezpečných odpadů Kč/t Sanačně-rekultivační hmoty: průměrná cena směsi a) vyrobené z ostatních odpadů 600 Kč/t variabilní jednicové náklady tvorby a použití základkových směsí: 180 Kč/t skutečná výrobní kapacita tvorby a ukládání základkových směsí: 400 t/den Pak lze určit: Důlně-stavební hmoty; ostatní odpady: HV = ( ) N T = 13, 52 NT [mil. Kč/rok] Důlně-stavební hmoty; nebezpečné odpady: HV = ( ) N T = 142, 48 NT [mil. Kč/rok] Sanačně-rekultivační hmoty; ostatní odpady: HV = N T = 43, 68 N [mil. Kč/rok] ( ) T Konkrétní hodnota hospodářského výsledku závisí na výši trvalých resp. fixních nákladů dané kapacity. Obecné cesty maximalizace hospodářského výsledku jsou triviální. Patří zde: - maximalizace množství vyrobených základkových směsí (při lineárním průběhu celkových variabilních nákladů); - maximalizace průměrné ceny základkové směsi; - minimalizace jednicových variabilních nákladů; - minimalizace trvalých (fixních) nákladů. Problémem ovšem je, zda z důvodu dostupnosti vhodných průmyslových odpadů lze předpokládat, že celá roční kapacita zakládání se bude realizovat pouze z jednoho druhu odpadů, tedy např. pouze ze 50

50 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ zpracovaných ostatních nebo pouze ze zpracovaných nebezpečných odpadů. Při jejich kombinaci bude hospodářský výsledek následující: podíl odpadů ostatních [%] podíl odpadů nebezpečných [%] tonáž odpadů ostatních [t/rok] tonáž odpadů nebezpečných [t/rok] hospodářský výsledek [mil. Kč/rok] ,52 -N T 39,312 -N T 65,104 -N T 90,896 -N T 116,688 -N T 142,480 -N T Je tedy zřejmé, že charakter uvedených propočtů bude simulační a konkrétní hospodářský výsledek bude vyplývat z daných předpokladů. Jedinou konstantou je, že hranici ekonomické proveditelnosti představuje nulový hospodářský výsledek. 51

51 ad b)využití netradičních surovin (V 001, V 002, V 004) Práce ve III. čtvrtletí pokračovaly v zahájeném procesu upřesňování obecného ekonomického modelu. Doposud byl upřesněn Investiční model a byla zahájena práce na Nákladovém modelu. V rámci Nákladového modelu byl zpracován Materiálový model a byla modelována spotřeba elektrické energie. Naše pozornost se nyní zaměří na další oblasti, které Nákladový model zastřešuje. Těžiště naší práce ve třetím čtvrtletí bylo modelování osobních nákladů. Obdobně jako v minulém období budeme při ekonomickém modelování pracovat v prostředí tabulkového kalkulátoru MS Excel Abychom mohli vytvořit Model osobních nákladů, bude nezbytné nejprve modelovat počet pracovníků. Pracovníky ve výrobním podniku lze rozdělit do dvou základních skupin. První skupinu tvoří dělníci a druhou potom technicko-hospodářští pracovníci (manažeři). Pro podrobnější propočty vyjděme z následujícího členění: [Němec, 2002] 1) dělníci výrobní (jednicoví) L Dv se přímo podílejí na tvorbě produktů, jejich práce je normovatelná a zpravidla odměňována úkolovou mzdou; 2) dělníci režijní L Dr pracují v časové mzdě (skladoví dělníci, údržbáři, manipulanti); 3) provozní manažeři L PM (např. mistři a výkonní úředníci, konstruktéři, technologové, kontroloři, plánovači, účetní); 4) střední manažeři L SM (vedoucí útvarů např. provozů, oddělení); 5) vrcholoví manažeři L VM (ředitelé a jejich náměstci). Celkový počet pracovníků L je potom dán součtem jednotlivých skupin, což vyjádříme vztahem: L = L + L + L + L + L [osob] (2) Dv Dr PM SM VM Pro uplatnění vztahu (2) a stanovení celkového počtu pracovníků je nutné znát počty výše uvedených skupin pracovníků. Zabývejme se nejprve dělníky a poté manažery. Určení počtu výrobních dělníků vychází především z objemu práce, který mají tito pracovníci za dané časové období udělat. Nezbývá tedy, než objem práce QP t stanovit, což provedeme pomocí vztahu: OPt = t N qt k zm [Nh/období] (3) kde: t N norma spotřeby času připadající na jednici produkce [Nh/m 3 ], [Nh/t]; q t počet vyrobených jednic za dané období [m 3 /rok], [t/rok]; k zm koeficient zmetkovitosti. Norma spotřeby času se udává v normohodinách (Nh), což je hodina práce určena podle výkonových norem pro nejrůznější druhy konkrétních prací nebo pro jejich souhrn. Naproti tomu odpracovaná hodina (Oh) je hodina skutečně odvedené práce. [Němec, 2002] Nh O h = [Nh/h] (4) k pn kde: k pn koeficient plnění norem. Ze vztahů (3) a (4) je zřejmé, že stanovení objemu práce se opírá o normování spotřeby práce. Tato skutečnost byla v transformační euforii 90. let opomíjena a normování práce se dostalo na samý okraj zájmů řídících pracovníků. Do popředí se dostala intuice a zkušenost. Moderní řízení se však nemůže opírat pouze o praxi, ale významným aspektem managementu se stává exaktní přístup. Snahou manažerů je optimalizovat, rozumějme minimalizovat spotřebu vstupních výrobních činitelů. Jen stěží lze naplnit toto úsilí bez relevantních podkladů. Normotvorná činnost, a to nejen na poli normování spotřeby práce, je proto klíčovou oblastí, jenž by rozhodně neměla být opomíjena. 52

52 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Vraťme se však k problematice stanovení počtu výrobních dělníků. K jeho stanovení potřebujeme znát kromě objemu práce, který má být jimi v daném období vykonán, ještě efektivní časový fond v tomto období a koeficient plnění norem k pn. Potřebný počet stanovíme: [Němec, 2002] t N qt k zm = LDv FefD k pn (5) kde: L Dv dělníci výrobní (jednicoví) [osob] F efd efektivní časový fond dělníka [h/rok]; k pn koeficient plnění norem. L Dv t N qt k zm = (6) F k efd pn Počet výrobních dělníků můžeme také určit s ohledem na typ pracoviště, ve kterém jednotliví dělníci realizují pracovní proces. Je nepochybné, že ruční, montážní a strojní pracoviště se nebudou odlišovat jen svým charakterem, ale také pracností a plněním norem. Při výpočtu postupujeme plně v souladu s logikou vyjádřenou vztahy (5) a (6), ale s upřesněním pracnosti a koeficientu norem pro každý typ pracoviště (např. t Ns pracnost strojních operací, k pns plnění norem na strojích). Jestliže norma spotřeby času není k dispozici, nezbývá než ji pomocí měření spotřeby času stanovit. Je-li však nemožné časoměření realizovat, nezbývá než počet pracovníků stanovit jiným způsobem. Při určení počtu výrobních dělníků potom vycházíme z úplného výrobního postupu, přičemž zřetel dáváme na jednotlivé obslužné profese a jejich potřebný počet, plánované doby trvání jednotlivých výrobních operací. Získáme tak nejen přesnou znalost počtu pracovníků, ale také představu o době trvání celého výrobního procesu. Zejména znalost doby trvání se stane neocenitelným vodítkem při vlastní organizaci a řízení výrobního procesu. V našem modelování počtu pracovníků předpokládáme, že navrhované výrobní procesy budou obsahovat 10 obslužných míst. Do příslušné buňky se zapisují počty pracovníků daného obslužného místa. Ať už budeme při kvantifikaci počtu výrobních dělníků postupovat jedním či druhým způsobem, bude vhodné počty výrobních dělníků zohlednit koeficienty předpokládaných přesčasů a absence, což vyjádříme: CLDv = LDv k př kab [osob] (7) kde: CL Dv celkový počet výrobních dělníků [osob]; k př koeficient přesčasové práce; k ab koeficient absence práce. Vztahové vyjádření je jasné, avšak rozhodující jsou hodnoty koeficientů, s kterými se celkový počet výrobních dělníků počítá. Zabývejme se nejprve přesčasovou prací. Vyjdeme-li ze zákona č. 262/2006 Sb., zákoník práce, potom podle 96, odst. 1 nesmí nařízená práce přesčas činit u zaměstnance více než osm hodin v jednotlivých týdnech a 150 hodin v kalendářním roce. Budeme-li předpokládat jednosměnný provoz, potom nominální časový fond je 2008 hodin. Budeme-li dále předpokládat maximální využití přesčasové práce, potom koeficient přesčasové práce nabude hodnoty 0,075. Je ovšem otázkou, do jaké míry bude přesčasová práce využívána. Proto pro naše účely budeme pracovat pouze s 50% využitím přesčasové práce, což odpovídá hodnotě koeficientu 0,

53 Při stanovení hodnoty koeficientu absence jsme vycházeli z průměrné doby trvání 1 případu pracovní neschopnosti uváděného v kalendářních dnech. Není bez zajímavosti, že v roce 1995 činila průměrná doba neschopnosti 24,4 dne a o 10 let později v roce 2005 už 32,79 dne. Na následujícím obrázku můžeme vidět, jaká byla v roce 2004 průměrná doba trvání jednoho případu pracovní neschopnosti pro nemoc v jednotlivých regionech ČR. Zdroj:Český statistický úřad Obrázek 1. Průměrná doba trvání jednoho případu pracovní neschopnosti v regionech ČR v roce 2004 Pracovní neschopnost není jedinou příčinou absence pracovníka. Zaměstnanec má právo čerpat dovolenou. Základní výměra dovolené je upravena 213, odst. 1 zákoníku práce a činí 4 týdny v kalendářním roce. V současnosti není neobvyklé, že v rámci kolektivního vyjednávání se zaměstnavatel se zástupci zaměstnanců dohodnou na dalším týdnu dovolené. Uvažujme proto dále, že pracovníci mohou čerpat 5 týdnů. Průměrná absence pracovníka za jeden kalendářní rok potom je 57,79 dne, což představuje z nominálního časového fondu 23,02 %. Protože během roku může zaměstnanec čerpat volno i z jiných příčin (např. tzv. studijní volno), uvažovali jsme při modelování s absencí na úrovni 24 %. Protože stanovujeme, resp. modelujeme počet výrobních dělníků trojím způsobem, je nutné zvolit ten počet výrobních dělníků, s nímž chceme dále ve výpočtech pracovat. Provedeme tak v sešitu Počet pracovníků zapsáním jedné z číslic 1, 2 a 3. do buňky E1. Číslice 1 představuje určení pracovníků při znalosti normy spotřeby času, číslice 2 potom upřesňuje počty pracovníků s ohledem na typ pracoviště a konečně zadáme-li 3, budeme pracovat s počtem, jenž vychází z úplného výrobního postupu. 54

54 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Lze předpokládat, že časové normy nebudou v době ekonomického posuzování produktů a jejich výrobních postupů k dispozici, proto počet pracovníků budeme odhadovat na základě navržených technologických postupů a výrobních zařízení. Jakmile stanovíme výrobní dělníky, můžeme přistoupit k určení režijních dělníků. Protože jejich práce se složitě normuje, vycházíme při kvantifikaci režijních dělníků z počtu dělníků výrobních. Odlišnost charakteru výroby vyjadřujeme koeficientem, který nabývá hodnoty 0,25 u kusové výroby a hodnoty až 1,20 při výrobě automatizované. Počet režijních dělníků lze potom vyjádřit: [Němec, 2002] LDr = k Dr CLDv [osob] (8) kde: CL Dv celkový počet výrobních dělníků; k Dr koeficient režijních dělníků. Celkový počet dělníků je potom dán součtem dělníků výrobních L Dv a dělníků režijních L Dr. L = CL + L [osob] (9) D Dv Dr Charakter výrobního procesu však může být takový, že výrobní dělníci sice absentovat nebudou, ale povaha jejich pracovního výkonu bude spíše odpovídat dělníkům režijním. Zejména tak bude v provozech s vysokým stupněm automatizace výrobního procesu. Výkon dělníka tak nebude bezprostředně ovlivňovat počet vyrobených jednic (např. t, m 3 ). Dělníci budou zastávat pozice především obsluhy daných zařízení a jejich počet vychází jednak z daného technologického řešení a jednak z úrovně nasazených strojů a výrobních zařízení. Při modelování tak bude nezbytné vycházet z konkrétních navržených technologických řešení. Jakmile známe počty dělníků, můžeme přistoupit ke kvantifikaci manažerů. Postupujeme analogicky jako u určení režijních dělníků. Nyní však budeme pracovat s celkovým počtem dělníků a koeficienty pro jednotlivé manažerské úrovně. Níže uvádíme příslušné vztahy a intervaly, v nichž se pohybují hodnoty manažerských koeficientů. LPM = k PM LD [osob] (10) kde: L PM počet pracovníků provozního managementu; L Dv počet výrobních dělníků; k PM koeficient provozního managementu (0,15 0,25; čím menší provoz a složitější výroba, tím větší koeficient). LSM = k SM LD [osob] (11) kde: L SM počet pracovníků středního managementu; L Dv počet výrobních dělníků; k SM koeficient středního managementu (0,08 0,12; čím složitější výroba, tím větší koeficient). LVM = kvm LD [osob] (12) kde: L VM počet pracovníků vrcholového managementu; L Dv počet výrobních dělníků; k VM koeficient vrcholového managementu (0,01 0,03; čím menší podnik, tím větší koeficient). Výše uvedené vztahy jsou vlastně abstraktním modelem počtu pracovníků. Jak byl abstraktní model zachycen simulačním modelem, zachycují obrázky 2 a 3. Pro potřeby organizace práce bude potřebné se dále zabývat směnností. Směnnost se zohledňuje při zadávání použitelného časového fondu dělníka F pd. Jestliže se určuje počet výrobních dělníků na základě výrobního postupu, dosazujeme do modelu počty dělníků jednotlivých obslužných míst s ohledem na provozní podmínky, resp. směnnost, což je patrné i z následujících obrázků. 55

55 Obrázek 2. Model počtu pracovníků -1/2 Obrázek 3. Model počtu pracovníků -2/2 56

56 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Protože v době zpracování této zprávy nebyly k dispozici podrobnější informace, stanovení počtu pracovníků bylo provedeno na obecné úrovni. Jakmile budou technologické postupy upřesněny a budou rovněž známa výrobní zařízení, jež budou nasazena do výrobního procesu, dojde k reálnému stanovení počtu dělníků i potřebných manažerů. Jakmile získáme představu o počtech pracovníků a jejich struktuře, lze přistoupit ke kvantifikaci nákladů, které jsou s těmito pracovníky spojeny. Jedná se o tzv. osobní náklady. Osobní náklady tvoří tři základní nákladové položky, a sice mzdové náklady, náklady na sociální a zdravotní pojištění a sociální náklady. Osobní náklady jsme modelovali v listu se stejnojmenným názvem. Protože rozhodující položkou osobních nákladů jsou mzdové náklady, zaměřme se nejprve na ně. Pokud se v technicko-ekonomickém hodnocení spokojíme s velmi hrubým odhadem mzdových nákladů, stačí, vynásobíme-li počet pracovníků předpokládanou průměrnou mzdou daného provozu, což vyjadřujeme vztahem: N Mz = L Mz [Kč/období] (13) kde: N Mz mzdové náklady [Kč/období]; L celkový počet pracovníků [osoby]; ØMz průměrná mzda daného provozu [Kč/období/os.]. Než se blíže zaměříme na průměrnou mzdu, připomeňme, co tvoří mzdové náklady pracovníka. U dělníků se jedná o tarifní mzdu, nadtarifní složky mzdy (prémie), případné odměny za mimořádný výkon a příplatky vzhledem k charakteru práce a prostředí. Tarifní mzda dělníka je ovlivněna jednak náročností vykonávané práce, resp. zařazením dělníka do příslušného tarifního stupně a jednak odpracovanými léty, jež vyjadřuje tarifní třída. Technicko-hospodářští pracovníci, resp. manažeři jsou odměňování pevným platem, který může být doplněn o odměny vyplývající z dosahovaných hospodářských výsledků. Výše základního platu závisí zpravidla na pozici, kterou daný pracovník zastává a z ní vyplývající odpovědnosti. Pokud pro účely technicko-ekonomického hodnocení bude hrubý odhad mezd dostačující, zbývá ještě vyřešit problém stanovení výše průměrné mzdy. Jestliže nové technologie zpracovávající netradiční suroviny, které budou výsledkem práce výzkumných týmů V001, V002, V004, budou nasazeny v rámci zcela funkčního provozu, potom je možno použít průměru daného hospodářského subjektu. Další možností je vycházet z republikových, regionálních nebo oborových průměrů nominálních měsíčních mezd. Podívejme se tedy nejprve, jak se v ČR vyvíjela průměrná hrubá měsíční nominální mzda mezi lety Obrázek 4. Průměrná hrubá měsíční nominální mzda v ČR Zdroj:Český statistický úřad 57

57 Z obrázku je jednoznačně zřejmá dynamika, s jakou se průměrné měsíční nominální mzdy vyvíjely. Jakmile budeme mít k dispozici funkční a ověřený ekonomický model, bude vytvořen nástroj pro simulace. Znalost vývoje průměrných mezd bude bezesporu využita při simulacích zaměřených především na oblast osobních nákladů. Další graf ukazuje, jaké výše dosahovala průměrná měsíční nominální mzda v jednotlivých krajích ČR Zdroj:Český statistický úřad Obrázek 5. Průměrná měsíční nominální mzda v roce 2006 v krajích ČR Pro ilustraci ještě uvádíme údaje za 2. čtvrtletí Podle Českého statistického úřadu dosáhla v Moravskoslezském kraji průměrná mzda hodnoty Kč. Za celou Českou republiku byla průměrná mzda o Kč vyšší, což znamená hodnotu Kč. Jak vypadaly průměrné měsíční nominální mzdy v ČR podle odvětví v roce 2006, zobrazuje následující obrázek 6. Jaké výše průměrné měsíční mzdy bylo dosaženo v roce 2006 v jednotlivých krajích, ukazuje poslední graf věnující se této problematice. A Zemědělství, myslivost, lesnictví B Rybolov a chov ryb C Těžba nerostných surovin D Zpracovatelský průmysl E Výroba a rozvod elektřiny, plynu a vody F - Stavebnictví G Obchod; opravy motorových vozidel H Ubytování a stravování I Doprava, skladování a spoje J Financování a zprostředkování K Činnosti v oblasti nemovitostí a pronájmů, podnikatelské činnosti L Veřejná správa a obrana;povinné soc. zabezp. M Vzdělávání N Zdravotní a sociální péče; veterinární činnosti O Ostatní veřejné a sociální služby 58

58 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Zdroj: Český statistický úřad Obrázek 6. Průměrné měsíční nominální mzdy v ČR podle odvětví v roce 2006 Jestliže chceme přesnější odhady mzdových nákladů, s průměry si nevystačíme. Neobejdeme se však bez mzdových tarifů a zařazení jednotlivých obslužných míst, resp. pracovních pozic do příslušných tarifních tříd. Východiskem pro tvorbu tarifů mohou být minimální mzdové tarify, které jsou upravovány nařízeními vlády. Stávající minimální 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. Aktuální charakteristika platových tříd je potom přílohou již uvedeného nařízení vlády č. 333/1993 Sb., ve znění 514/2005 Sb. Další položkou osobních nákladů je sociální a zdravotní pojištění, které je upraveno příslušnými zákony, a sice zákonem č. 48/1997 Sb., o veřejném zdravotním pojištění a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů a zákonem č. 589/1992 Sb., o pojistném na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti, ve znění pozdějších předpisů. Tyto právní normy určují, jakou výší přispívá na obě pojištění zaměstnavatel. V případě zdravotního pojištění to je 9 % a na sociální pojištění pak 26 % z vyměřovacího základu. Zdravotní a sociální pojištění tak zvyšuje osobní náklady o 35 %. Vyměřovacím základem je v podstatě mzda pracovníka. Poslední položkou osobních nákladů jsou sociální náklady. Sociální náklady představují tzv. benefity, které firmy svým zaměstnancům poskytují. Mezi nejčastější patří příspěvky na stravování a relaxaci. V současnosti mnohé firmy zavádějí tzv. kafeterii, což je flexibilní systém zaměstnaneckých výhod. Přínosem tohoto systému je, že zaměstnanci mohou využívat nabízených benefitů podle vlastního uvážení a aktuálních potřeb. Systém je tak oboustranně výhodný. Zaměstnanec získá benefit a zaměstnavatel eliminuje vynaložení prostředků, které zaměstnanec nevyužije. Vlastní systém motivačních výhod pochopitelně odráží i ekonomickou situaci a to jak kvantitativně i kvalitativně. Sociální náklady tvoří dvě skupiny nákladů, a sice zákonné sociální náklady a ostatní sociální náklady. Do první skupiny řadíme příspěvek zaměstnavatele na stravování (nejčastěji formou příspěvku na stravenky). Ostatní sociální náklady představují zejména ty náklady, které vznikají zpravidla jako důsledek kolektivního vyjednávání a vychází tak z uzavřené kolektivní smlouvy. Například se jedná o příspěvky na: - kulturní a sportovní vyžití; - rehabilitaci; - na penzijní připojištění a životní pojištění; - rekreaci. Ačkoliv je k výrobě konkrétních produktů a jejich následné tržní realizaci ještě dlouhá cesta, tvorba systému odměňování je jednou z významných oblastí zpracování investičního záměru. Jestliže systém bude chybně konstruován, může způsobit jednak drahou a nemotivovanou pracovní sílu. Při tvorbě systému odměňování bychom se měli snažit o nalezení souladu mezi výší mzdy pracovníka a jeho 59

59 výkonem. Do systému by proto měly být vhodně zařazeny nadtarifní složky mzdy a odměny. Jaká bude konkrétní výkonnost pracovníků a jak velké odměny a prémie budou ve skutečnosti vypláceny, lze jen obtížně předvídat. Počítat však pouze s tarifní mzdou by bylo nejen krátkozraké, ale neúplné osobní náklady by se tak pro další práci staly zavádějícími. Jak jsou zpracovány osobní náklady ve formě modelu, prezentuje obrázek 7. Obrázek 7. Model osobních nákladů Z obrázku 7 je patrné variantní modelování osobních nákladů. První variantou je výpočet osobních nákladů na základě průměrné mzdy, druhá varianta vychází z podrobného členění pracovníků podle pracovních pozic a předpokládaných tarifních a nadtarifních složek mzdy. Sociální a zdravotní pojištění, které je placeno zaměstnavatelem, je počítáno automaticky podle zadané úhrnné sazby. Jak již bylo uvedeno výše v textu, aktuální sazba činí 35 % z vyměřovacího základu. Dalším informačním vstupem do modelu je výše sociálních nákladů. Ze vstupních údajů jsou vypočteny průměrné osobní náklady na jednoho zaměstnance. Protože Model osobních nákladů je propojen s Modelem počtu pracovníků, je automaticky získáván předpokládaný počet pracovníků. Na tomto základě je možno vypočítat celkové měsíční osobní náklady, které jsou pro úplnost dále strukturně členěny. Aby bylo možné následné ekonomické hodnocení realizovat za požadované období, je posledním vstupem právě délka tohoto období v měsících. Jelikož se obvykle pracuje s ročním obdobím, je 12 měsíců již předdefinováno. Pokud bychom chtěli určit výši osobních nákladů na základě druhé varianty, je nutné kromě údajů, které se zadávají v první variantě, zadat ještě počet pracovníků zastávající jednotlivé pozice a tarifní a nadtarifní složky mzdy příslušné k těmto pozicím. Protože osobní náklady jsou modelovány variantně, je nutné na závěr zvolit tu variantu, se kterou se bude dále při modelování nákladů pracovat. Učiníme tak dosazením číslice 1 nebo 2 do buňky E37. 60

60 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Číslici 1 volíme, chceme-li pracovat s osobními náklady založenými na průměrné mzdě. Do buňky E37 dosadíme 2 při variantě tarifní mzdy. Výše uvedené modelování by mohlo vytvářet zdání, že problematika osobních nákladů je vyřešena a mohli bychom přistoupit k modelování další nákladové oblasti. Avšak naše práce se nyní nachází ve své polovině. Uvědomme si, že hlavním impulsem naší práce je vytvoření nástroje pro ekonomické posouzení produktů, jež jsou, resp. budou výsledkem práce výzkumných týmů V001, V002, V004. Aby ekonomické hodnocení bylo relevantní, je nezbytné jej provést v časové perspektivě. Domníváme se, že 10 let je dostatečným časovým obdobím, a proto předpokládané simulace budou prováděny právě v tomto časovém horizontu. Při tvorbě simulačních modelů je nutné časovou perspektivu zohlednit, což je provedeno tak, že byly vytvořeny dva nové sešity s názvy Model počtu pracovníků.xls a Model osobních nákladů.xls. Oba sešity tvoří deset listů, a každý list reprezentuje jeden rok předpokládaného provozu nové technologie, což je patrné i z obrázků 2 a 7. Práce na tvorbě simulačního modelu osobních nákladů zaměstnanců je zakončena jeho propojením se Simulačním modelem, jež zastřešuje a agreguje dílčí modelované oblasti. Přesněji se jedná o jeho druhý list s názvem Nákladový model. Modelování odpisů Další oblastí našeho zájmu bude dlouhodobý hmotný majetek, resp. jeho hodnota, která v průběhu výrobního procesu přešla do hodnoty produkce. Peněžním vyjádřením této hodnoty jsou odpisy. Protože odpisy vyjadřujeme nikoliv za účelem výpočtu daně z příjmů, jsou zcela postačující účetní odpisy. Jelikož modelování umožňuje zjednodušovat objektivní realitu, využijme této skutečnosti tím, že dlouhodobý hmotný majetek budeme odpisovat lineárně. Obdobně jako v předchozích případech je model připraven k simulacím v desetiletém časovém horizontu. Podíváme-li se na obrázek 8., vidíme, jak vypadá simulační modelování odpisů. Položky dlouhodobého majetku a jejich vstupní ceny jsou do Modelu odpisy načteny z Investičního modelu. Abychom vypočítali odpisovou sazbu, musíme nejprve určit předpokládanou dobu odpisování. Vodítkem se může stát příloha č. 1 zákona č. 586/1992 Sb., o daních z příjmů, ve znění pozdějších předpisů, která obsahuje položky majetku členěných do odpisových skupin podle doby odpisování upravené 30, odst. 1 uvedeného zákona. Jelikož naše modelování má být nástrojem pro ekonomické hodnocení technologií, které v době přípravy modelu nebyly k dispozici, stěží můžeme určit jaký dlouhodobý majetek budeme potřebovat, resp. jaký majetek budeme odpisovat. Model jsme zatím připravili pro 20 majetkových položek. Jestliže daná technologie bude vyžadovat méně jak 20 technologických zařízení, příslušné řádky budou nevyplněné. Je logické, že nelze ani určit předpokládanou dobu odpisování majetku. Protože se však odpisová sazba počítá podílem vstupní ceny a předpokládané životnosti, objeví se při nulové hodnotě doby odpisování v příslušném sloupci chybové hlášení, oznamující dělení nulou, což má za následek nemožnost provedení celkové sumarizace odpisů. Aby byla celková sumarizace umožněna, byla předem nastavena předpokládaná životnost na hodnotu 1. Pro ověření správnosti odpisování technologických zařízení je prováděn kontrolní rozdíl. Je-li vše v pořádku, nebývá rozdíl nulové hodnoty. Poslední operací, kterou jsme provedli, bylo propojení Modelu odpisy se Simulačním modelem. 61

61 Obrázek 8. Model odpisy Pokud bychom nyní otevřeli Simulační model, zjistili bychom nákladové položky, že chybí ještě upřesnit tyto položky: - služby; - ostatní provozní náklady; - daně a poplatky; - finanční náklady; - mimořádné náklady. Vzhledem k tomu, že nepředpokládáme vznik samostatných podnikatelských subjektů, které by realizovaly výstupy výzkumných týmů, je možno poslední čtyři položky z úvah vyloučit. V Simulačním modelu je proto předem nastavena nula. Pokud by se v následujících obdobích ukázala potřeba upřesnit, resp. modelovat tyto položky, učinili bychom tak v rámci práce našeho výzkumného týmu. Obraťme nyní pozornost na nákladovou položku služby, která zahrnuje náklady za externí výkony od dodavatelů (účetních jednotek). Konkrétně se jedná o vodné a stočné, náklady na poštovné, spoje, nájemné, cestovné, školení, poplatky atd. Výši spotřeby některých služeb jsme schopni odhadnout přímo (vodné a stočné) a některé položky jsme nuceni odhadovat ve vazbě na počet pracovníků, resp. manažerů. Náklady za vodné a stočné jsme v našem modelování označili N vst a jeho výši získáme pomocí vztahu: N vst = c v m i= 1 s v F efr k p kde: c v cena vodného a stočného 1 m 3 vody [Kč/m 3 ]; s v spotřeba vody 1 m 3 na 1 technologické místo [m 3 /h]; F efr efektivní časový fond [h/období]; k p koeficient provozu při spotřebě vody; m počet technologických míst potřebující vodu. [Kč/období] (14) 62

62 DÍLČÍ CÍL V006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACE V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Pro získání představy cen za dodávku pitné vody a vody odvedené uvádíme ceny, za které poskytuje své služby akciová společnost Severomoravské vodovody a kanalizace Ostrava. Pro rok 2007 byla stanovena cena vodného 23,30 Kč/m 3 a cena stočného potom na 21,10 Kč/m 3. Obě ceny jsou uvedeny včetně DPH. Náklady za služby, které stanovujeme s ohledem na počet pracovníků, vyjadřujeme: N vs = n ps L [Kč/období] (15) kde: n ps náklady na poštovné, spoje a ostatní výrobní služby, vztažené na jednoho pracovníka za období [Kč/os./období]; L celkový počet pracovníků [osoby]. Náklady za služby stanovující se na jednoho manažera označujeme N ns a počítáme obdobně jako ve vztahu (15) s tím rozdílem, že místo celkového počtu pracovníků pracujeme s celkovým počtem manažerů. Výše nájmu se odvíjí jednak od ceny, která zohledňuje i rozsah čerpaných služeb, a od pronajaté plochy. Usuzujeme, že výrobní prostory budou zřejmě zajištěny nikoliv formou nájmu, ale investičním nákupem. Nájmům se proto nebudeme zatím dále věnovat, ale předpokládáme, že se k tématu vrátíme v rámci simulací. Nájem je relevantní alternativa a může být za konkrétních podmínek i cestou zajímavou a ekonomicky únosnou. Jak bylo provedeno vlastní modelování ukazují následující dva obrázky výzkumné zprávy za III. čtvrtletí. Obrázek 9. Modelování služeb 1/2 63

63 Obrázek 10. Modelování služeb 2/2 Zcela analogicky jako v předchozích případech, jsme na závěr modelování provedli propojení se Simulačním modelem. Tímto propojením jsme zakončili modelování nákladových položek. V následujícím čtvrtletí naše práce bude pokračovat tvorbou simulačního modelu tržeb a cash flow. Očekáváme rovněž, že tvorba simulačního modelu bude ukončena a budou tak vytvořeny předpoklady pro vlastní simulování. Reference [1] DOLANSKÝ, Václav; MĚKOTA, Vladimír; NĚMEC, Vladimír. Projektový management. 1 vydání. Praha : Grada Publishing, s ISBN [2] NĚMEC, Vladimír. Projektový management. 1 vydání. Praha : Grada Publishing, s ISBN [3] SYNEK, Miroslav a kol. Manažerská ekonomika. 3. přepracované vydání. Praha : Grada Publishing, s. ISBN X. [4] tisic_121707_333cd.html; [5] [6] [7] [8]