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

Centrum Výzkumu integrovaného systému využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin CVVP Dílčí zpráva II. etapa 27.3. 25.6. 2008 Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava řešitelské pracoviště - VŠB - TU Ostrava Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. řešitelské pracoviště - Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. Brno Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. řešitelské pracoviště-výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. Most

DÍLČÍ CÍL V 001 - VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ VYUŽITÍ DOSTUPNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍCH PALIV S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ Josef VALEŠ, Jaroslav KUSÝ, Stanislav MAČEK, Jan SOBOTKA, Luboš CHYTKA Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. V rámci naplňování cílů výzkumného programu plánovaných pro rok 2008 probíhaly ve 2. čtvrtletí roku 2008 následující činnosti: Aktivita A0801: Zvýšení užitných vlastností směsných paliv Aktivita A0802: Aktualizace legislativních předpisů v součinnosti s dalším řešením V 001 II etapa: 04 06, 2008 Aktivita A0801: Zvýšení užitných vlastností směsných paliv OVĚŘENÍ MOŽNOSTI VYUŽITÍ KALŮ Z ČOV PRO PŘÍPRAVU ADITIVAČNÍHO ODSIŘOVACÍHO ČINIDLA Úvod K zajištění emisních limitů oxidu siřičitého při spalování paliv v některých zařízeních je nutno při vyšším obsahu síry v palivu přidávat odsiřovací činidlo, které umožní vázání části oxidu siřičitého do popelovin. Odsiřovací účinek mají například sloučeniny obsahující vápenné ionty (pálené vápno, vápenný hydrát, vápenec). Tyto látky lze používat přímo, dávkováním k palivu těsně před spalováním nebo zamícháním do paliva u jeho výrobce. Další možností je přidat vápenné ionty do paliva jako součást produktu, vytvořeného z materiálu s energetickým obsahem a obsahujícího vápenné ionty již z předcházejícího technologického procesu např. jeho stabilizace. Konkrétním příkladem takového produktu jsou kaly z ČOV, ke kterým byl za účelem jejich hygienizace přidán vápenný hydrát nebo pálené vápno. Takový produkt potom obsahuje spalitelný, energeticky využitelný podíl a současně obsahuje i potřebný obsah vápenných iontů. V laboratorním měřítku byla studována možnost přípravy takového produktu ze surových kalů z čističky odpadních vod a možnost jeho stabilizace přídavkem vápenných iontů. V další fázi bylo ověřováno, zda je tento produkt použitelný jako odsiřovací činidlo. Ověřování kalu z ČOV pro přípravu odsiřovacího aditiva Po provedení analytických rozborů odebraných vzorků paliv a surového kalu a zhodnocení dosažených výsledků byla provedena příprava vzorku dodaného surového kalu pro technicko technologické ověřování a stanovení procesních parametrů výroby aditivačního odsiřovacího činidla. Surový kal o dodané vlhkosti byl v mísícím zařízení Erich smíchán s vápenným hydrátem (lokalita Mokrá) v poměru 62 hmotnostních dílů kalu na 38 hmotnostních dílů vápenného hydrátu. Vzhledem k vysoké vstupní vlhkosti kalu byla získána po přidání vápenného hydrátu kašovitá až pastovitá hmota. Při míchání složek docházelo k významné tvorbě čpavku, což bylo spojeno s intenzivním charakteristickým zápachem (nepříznivá senzorická vlastnost). Celkově byl připraven 1 kg směsi označené pracovním názvem ADK1-K08. Vzhled aditiva připravený dle výše uvedené receptury vzniklý ze surových kalů a přídavku vápenného hydrátu je patrný z obrázku č. 1. 3

Obrázek č. 1 Odsiřovací aditivum ADK1- K08 směs kalů z ČOV a vápenného hydrátu Mokrá Charakter vzniklé směsi byl kašovitý až pastovitý a vykazoval výrazně plastické vlastnosti. Jeho plasticita by způsobovala problémy při dopravě, dávkování a samotné homogenizaci s ostatním palivem, tj. při aditivaci paliva, proto byl ověřován vliv přídavku dalšího vápenného hydrátu k již připravenému ADK1-K08. Na 50 hmotnostních dílů ADK1-K08 bylo přidáno ještě dalších 10 hmotnostních dílů vápenného hydrátu. Po zamíchání a zapracování přidaného hydrátu došlo k zahuštění vzorku a změně jeho vnitřní struktury a reologických vlastností. Plastická struktura byla převedena na strukturu kusovitou (drobtovitou). Vzhled upraveného aditiva je patrný z obrázku č. 2. Obrázek č. 2 Upravená struktura ADK1- K08/2 přídavkem vápenného hydrátu Po přídavku dalšího vápenného hydrátu k plastickému aditivačnímu činidlu ADK1- K08 byl proveden přepočet složení nově vytvořeného vzorku. Podíl složek v aditivu po přidání hydrátu do ADK1- K08 činil 4

DÍLČÍ CÍL V 001 - VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ cca 55 hmotnostních dílů surového kalu a cca 45 % dílů vápenného hydrátu. Vzorek je označen jako ADK1- K08/2. Použitý podíl vápenného hydrátu ve směsi byl s ohledem na požadované odsiřovací vlastnosti aditiva již značně vysoký a byl motivován především snahou po úpravě fyzikálních a reologických vlastností výsledného vzorku aditiva. Následné laboratorní zkoušky byly proto prováděny s původním vzorkem aditiva ADK1- K08. Předpokládáme se, že plastická struktura připraveného aditivačního odsiřovacího činidla ADK1- K08 bude pro průmyslové použití nevhodná z důvodů dopravy, dávkování a homogenizace s palivem. Fyzikální vlastnosti odsiřovacího aditiva bude proto nutno řešit s použitím surového kalu s nižší vlhkostí (tj. částečně odvodněným kalem) nebo použitím vhodného typu páleného vápna s vysokou reaktivitou. Použití páleného vápna by umožnilo spotřebovat část vody z kalů na hašení páleného vápna za současného vývinu tepla. Ohřev směsi by mohl napomoci k intenzivnější hygienizaci kalů. Použití páleného vápna (obsahu vápenné složky) k přípravě aditivačního odsiřovacího činidla na bázi kalů z ČOV bude nutné posoudit z hlediska ekonomického a technologického. Možnost použití hašeného vápna bude nutno dále ještě posoudit z hlediska zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Ověření odsiřovací aktivity aditiva ADK1-K08 pro černé uhlí V další fázi zkoušek byla ověřována odsiřovací aktivita aditiva ADK1-K08. Největší obsah síry v kontrolovaných palivech byl zjištěn v hnědém a černém uhlí. Proto byla odsiřovací aktivita připraveného aditivačního činidla ADK1-K08 ověřována na těchto palivech. Nejdříve byla ověřena možnost odsíření u vzorku černého uhlí. Celkem byly připraveny tři varianty aditivovaného paliva (černé uhlí : ADK1-K08) s různým množstvím aditiva. Na 100 hmotnostních dílů uhlí bylo přidáno 10, 8 a 6 hmotnostních dílů aditiva ADK1-K08. Vzorky byly homogenizovány v laboratorním mísícím zařízení Erich. Z každého takto vytvořeného aditivovaného paliva byl odebrán vzorek pro stanovení vlastností paliva. Přehled vlastností aditivovaných paliv je uveden v následující tabulce č. 1. Tabulka č. 1 Laboratorní účinnost odsiřování pomocí ADK1- K08 na vzorku černého uhlí W a (%) W t r (%) A r (%) Sd (%) (%) (MJ/kg) (%) popel (%) A a A d Q i r S d účinnost odsíření (%) popis vzorku ČHP- A10 1,16 12,36 14,94 16,85 17,05 23,97 0,50 1,95 66,5 ČHP- A8 1,16 11,22 15,85 17,64 17,85 24,22 0,50 2,13 76,0 ČHP- A6 1,18 10,96 17,02 18,88 19,11 24,15 0,43 1,88 83,6 ČHP 0,58 10,29 17,22 19,19 24,55 0,40 U aditivovaných paliv byla ověřována schopnost odsiřovací příměsi ADK1-08 vázat část síry obsažené v palivu do popela. Vzorek paliva o známém obsahu síry byl spalován při teplotě 850 C a v získaném popelu byl stanoven obsah síry. Výpočtem bylo určeno, jaký podíl síry z paliva byl vyvázán do popeloviny a jaký unikl do ovzduší. Tímto způsobem lze laboratorně stanovit a posoudit účinnost odsíření pro danou teplotu. Skutečná účinnost odsíření při provozním spalování je zpravidla nižší než laboratorní. Proto je laboratorní výsledky vždy nutno ověřit realizací spalovací zkoušky za reálných podmínek. Přídavkem aditiva ADK1-K08 k černouhelnému hruboprachu (ČHP) dochází k zvýšení obsahu celkové vody v palivu, k snížení výhřevnosti paliva a k snížení obsahu popela. Vzhledem k vyššímu obsahu síry v surových kalech dochází ke zvýšení obsahu síry v sušině S d u všech aditivovaných vzorků ve srovnání se vstupním palivem ČHP. 5

Z laboratorně stanovených hodnot byla vypočtena účinnost odsiřování pro různé hmotnostní přídavky aditivačního odsiřovacího činidla ADK1- K08. Z tabulky č. 1 je patrné, že nejúčinnější odsíření proběhlo při použití nejmenšího hmotnostního přídavku činidla ADK1- K08 a jeho úroveň dosáhla cca 84 % účinnosti. Přesto byla ve všech případech zjištěna vysoká hodnota účinnosti odsíření a to nad 66 %. U vzorků popela získaného spálením aditivovaných vzorků uhlí byla zjišťována tavitelnost popela v oxidační atmosféře. Zjištěné hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce: Tabulka č. 2 Tavitelnost popela v oxidační atmosféře popis vzorku tavitelnost popela v oxidační atmosféře ( o C) DT ST HT FT ČHP- A10 1050 1055 1197 1201 ČHP- A8 1024 1031 1217 1223 ČHP- A6 1046 1053 1237 1242 Jak je patrno z tabulky č. 2, vlivem přídavku odsiřovacího aditiva ADK1-K08 k černému uhlí dochází k snížení teplot tavitelnosti popela v oxidační atmosféře, což je patrné zvláště u teplot HT (teplota tání) a FT (teplota tečení). Pro neaditivované uhlí bývají zjišťovány hodnoty teplot HT a FT zpravidla vyšší než 1500 C. Vlivem přídavku vápenných iontů do paliva dochází k jejich poklesu pod 1250 C. Jak je patrno z tabulky, zjištěné hodnoty těchto dvou teplot klesají s rostoucím přídavkem aditiva. Při použití 10 hmotnostních dílů aditiva na 100 hmotnostních dílů černého uhlí se dostávají obě teploty (tání i tečení) na hranici 1200 C. Příliš vysoký přídavek aditiva by při dosažení vysokých teplot při procesu spalování mohl způsobit spékání vznikajícího popela. Ověření odsiřovací aktivity aditiva ADK1-K08 pro hnědé uhlí Vzorek vstupního hnědého uhlí (hnědouhelný hruboprach - HHP) pro aditivaci obsahoval ve srovnání s černým uhlím podstatně vyšší obsah síry v sušině. S ohledem na výše uvedené výsledky, kdy bylo zjištěno, že pro velmi účinné laboratorní odsíření černého uhlí postačuje již 6 hmotnostních dílů aditiva na 100 hmotnostních dílů černého uhlí, bylo hnědé uhlí aditivováno stejným postupem a se stejnými mísícími poměry jako černé uhlí, tj. na 100 hmotnostních dílů hnědého uhlí bylo přidáno 10, 8, resp. 6 hmotnostních dílů aditiva ADK1-K08. Tabulka č. 3 Laboratorní účinnost odsiřování pomocí ADK1- K08 na vzorku hnědého uhlí W a (%) W t r (%) A r (%) Sd (%) (%) (MJ/kg) (%) popel (%) A a A d Q i r S d účinnost odsíření (%) popis vzorku HHP- A10 17,06 28,16 11,83 13,66 16,47 16,07 1,04 3,91 61,9 HHP- A8 14,72 29,20 10,14 12,21 14,32 16,34 1,02 3,57 50,1 HHP- A6 15,35 28,63 10,28 12,19 14,40 16,42 1,01 3,88 55,3 HHP 9,33 29,31 9,21 13,03 16,72 1,02 Přídavkem aditiva ADK1-K08 k HHP dochází k mírnému snížení výhřevnosti paliva a k zvýšení obsahu popela. Vliv přídavku aditiva na obsah síry v palivu se v podstatě neprojevil. Z laboratorně stanovených hodnot byla vypočtena účinnost odsiřování pro různé hmotnostní přídavky aditivačního odsiřovacího činidla ADK1-K08. Z tabulky č. 3 je patrné, že nejúčinnější odsíření proběhlo při použití nejvyššího hmotnostního přídavku činidla ADK1-K08, kdy byla vypočtena účinnost odsíření cca 62 % účinnosti. Přesto byla ve všech případech zjištěna poměrně vysoká hodnota účinnosti odsíření a to nad 50 %. U vzorků popela získaného spálením aditivovaných vzorků uhlí byla zjišťována tavitelnost popela v oxidační atmosféře. Zjištěné hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce: 6

DÍLČÍ CÍL V 001 - VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ Tabulka č.4 Tavitelnost popela v oxidační atmosféře popis vzorku tavitelnost popela v oxidační atmosféře ( o C) DT ST HT FT HHP- A10 1054 1061 1233 1239 HHP- A8 1037 1044 1272 1279 HHP- A6 1030 1037 1282 1286 Jak je patrno z tabulky č. 4, vlivem přídavku odsiřovacího aditiva ADK1-K08 k hnědému uhlí také dochází k snížení teplot tavitelnosti popela v oxidační atmosféře, což je patrné zvláště u teplot HT (teplota tání) a FT (teplota tečení). Pro neaditivované uhlí bývají zjišťovány hodnoty teplot HT a FT zpravidla vyšší než 1500 C. Vlivem přídavku vápenných iontů do paliva dochází k jejich poklesu pod 1300 C. Jak je patrno z tabulky, zjištěné hodnoty těchto dvou teplot klesají podobně jako u černého uhlí s rostoucím přídavkem aditiva. Při použití 10 hmotnostních dílů aditiva na 100 hmotnostních dílů hnědého uhlí se pohybují obě teploty (tání i tečení) okolo 1235 C. Příliš vysoký přídavek aditiva by při dosažení vysokých teplot při procesu spalování mohl způsobit spékání vznikajícího popela. Při porovnání teplot tavitelnosti zjištěných u obou typů aditivovaných paliv po přídavku stejného množství aditiva, je dosaženo mírně vyšších teplot u hnědého uhlí. Ověření možnosti použití páleného vápna při hygienizaci kalů Při použití vápenného hydrátu pro přípravu ADK1-K08 při mísícím poměru kaly 62 hmotnostních dílů na 38 hmotnostních dílů vápenného hydrátu byl získán kašovitý až pastovitý materiál. Důvodem byla poměrně vysoká vstupní vlhkost kalů. Proto byla hledána možnost snížení konečné vlhkosti směsi. Takovou cestou by měla být náhrada vápenného hydrátu páleným vápnem. Při použití páleného vápna dojde k reakci části vody ze surových kalů s páleným vápnem za vzniku vápenného hydrátu. Přitom cena páleného vápna je porovnatelná s cenou vápenného hydrátu., ba může být dokonce mírně nižší. Vzhledem ke skutečnosti, že reakce je exotermická, dojde k poměrně silnému zahřátí reakční směsi a může docházet, docházet k odpařování vody ze směsi. Celkový efekt použití vápna by měl při vhodném uspořádání reaktoru přispět ke snížení obsahu vody v aditivu a i ke zvýšení teploty při hygienizaci kalů a tím zajištění sterilizace kalů. Reakce byla sledována v laboratorním měřítku. Míchání směsi bylo prováděno v mísícím zařízení Eirich. Do míchací nádoby bylo odváženo 0,62kg surových kalů a k nim bylo přidáno 0,38kg páleného vápna CL 90 1 min (vápenka Vitošov). Měření rozložení teplot v nádobě bylo prováděno pomocí termovizní kamery. Kontrola měření byla prováděna dotykovým teploměrem. Vstupní teplota kalu byla okolo 20 C. Obrázek č. 3 Měření teploty termovizní kamerou Obrázek č. 4 Kontrolní měření teploty 7

Po 1 minutě míchání byla naměřena teplota směsi okolo 60 C. Tato teplota postupně stoupala až k hodnotě okolo 66 C. Nejvyšší teplota byla dosažena po cca 8-10 minutách od počátku míchání. Konečný vzhled připraveného aditiva ADK1-K08/3 ze surových kalů a hašeného vápna je patrný z obrázku č. 5. Obrázek č. 5 Vzhled aditiva ADK1-K08/3 Původně bylo očekáváno, že teplota směsi může překročit až 100 C. Vzhledem k skutečnosti, že počáteční teplota složek směsi před smícháním byla okolo 20 C podobně jako teplota nádoby. Vzhledem ke skutečnosti, že nádoba je z nerezové oceli a váží okolo 10 kg, byla část reakčního tepla spotřebována na ohřev nádoby. Bylo odhadnuto, že na ohřev nádoby mohlo být spotřebováno až 40% uvolněného reakčního tepla. Aby docházelo k sterilizaci kalů, bylo by potřeba, aby reakční teplota byla nad 100 C. V případě, že bude reakce probíhat ve větším reaktoru, kdy bude teplo odváděné do okolí zanedbatelné vůči množství reakčního tepla vznikajícího, dojde ke zvýšení teploty směsi. Budou proto provedeny zkoušky zamíchání většího množství směsi, aby byla zjištěna maximální dosažitelná teplota reakční směsi. U aditiva ADK1-K08/3 bude proveden chemický rozbor a stanoven celkový obsah vody, síry, popela, výhřevnosti, stopových prvků, obsahu vápníku, dusíku atd. Toto aditivační činidlo by mělo být aktivnější z hlediska odsiřování, neboť by mělo obsahovat větší koncentraci vápenatých iontů než aditivum ADK1- K08/1. Z tohoto důvodu budou opakovány laboratorní í testy odsiřovací aktivity s hnědým uhlím. U reaktoru pro přípravu aditivačního činidla ze surových ČOV kalů a páleného vápna bude nutno zajistit odtah čpavkových par a jejich další zpracování. Při reakci dochází k vývoji amoniaku, který se vznikající vodní párou vytvoří čpavkovou vodu. Odváděním par či čpavkové vody z reaktoru dojde k posunu chemické rovnováhy ve prospěch uvolňování dalšího amoniaku z kalů. Zvýšení teploty směsi nad 100 C umožní sterilizaci kalů a současně umožní snížení obsahu vody v aditivačním činidle. 8

DÍLČÍ CÍL V 001 - VYUŽITÍ DOPROVODNÝCH ENERGETICKÝCH SUROVIN PRO VÝROBU ALTERNATIVNÍHO PALIVA S CÍLEM ÚSPORY PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ - METODIKA ZPRACOVÁNÍ V rámci spolupráce na řešení projektu byl od VŠB TU Ostrava přijat cca 50 kg vzorek upravené uhelné hmoty u kterého byl bakteriálním loužením snižován obsah síry. Z pracovního vzorku byl odebrán analytický vzorek pro stanovení kvalitativních ukazatelů ZTR, voda veškerá, stanovení stopových prvků atp. Stejný rozsah analytických rozborů byl proveden ze vstupního uhlí. Na desulfurizovaném pracovním vzorku uhelné hmoty probíhaly experimentální práce s cílem stanovení optimální receptury pro přípravu peletizační směsi. Po jejím dokončení bude celý vzorek peletizován pro provedení spalovací zkoušky na EC VŠB Ostrava. Aktivita A0802: Aktualizace legislativních předpisů v součinnosti s dalším řešením V 001 Ve druhém čtvrtletí roku 2008 byl sledován vývoj legislativních změn a připomínkových řízení k novelizaci vyhlášky MŽP ČR č. 357/2002 Sb., kterou se stanoví požadavky na kvalitu paliv z hlediska ochrany ovzduší. Vývoj v této oblasti stagnoval. Je avizována celá řada změn proti původnímu návrhu vyhlášky. V nově předkládaném návrhu připomínkované vyhlášky je definováno pouze palivo a jsou limitovány minimální hodnoty kvalitativních požadavků na pevná paliva - výhřevnost v bezvodém stavu Q i d [MJ.kg -1 ] a měrná sirnatost MS r [g.kg -1 ]. Je vypuštěna tabulka znečišťujících látek pro tuhá paliva (jejich obsahy v palivu). Vyhláška postihuje paliva určená pro malé a střední tepelné spotřebiče (zdroje znečišťujících látek). Pro další řešení problematiky alternativních paliv je nezbytné vyčkat konečného znění a postupovat v řešení jednoznačně podle její dikce. V průběhu 2. čtvrtletí roku 2008 nebyl návrh novelizované vyhlášky schválen a nenabyl platnosti. 9

10

DÍLČÍ CÍL V 002 - VYUŽITÍ JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO PŘÍPRAVU MATERIÁLŮ VHODNÝCH PRO EKOLOGICKÉ VYUŽITÍ V 002 - Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití. Lukáš ŽIŽKA Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. Aktivita A0830 Vytipování vhodných hornin, stanovení minerálního a chemického složení, včetně strukturních vlastností. I. IV. etapa: 01 12/2008 Odběr vytipovaných vzorků proběhne podle dohody s řešitelem (VŠB-TU Ostrava) v letních měsících r. 2008. 11

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 II. čtvrtletí 2008 Jaroslava LEDEREROVÁ (garant okruhu V 003) Martin VYVÁŽIL Pavel LEBER (řešitelé okruhu V 003) Jaromír VOJÁČEK, Jaroslava JANČOVÁ, Petr BIBORA, Aleš RUBEK, Andrea VANČUROVÁ, Petr DOUBEK, Věra BOJANOVSKÁ, Milan VÍTÁMVÁS, Alena GREGROVÁ, (spoluřešitelský tým) Úvod Výstup roku 2008 (1.1. 31.12.) zahrnuje dle metodiky CVVP následující aktivity: 1. A0807 Ověřování VEP pro výrobu speciálních kompozitních směsí s ochrannou funkcí II.etapa 1.1.2008 až 31.12.2008 2. A0808 Nové principy a postupy výroby ekologicky vhodných stavebních směsí na bázi VEP II.etapa 1.1.2008 až 31.12.2008 3. A0809 Laboratorní zkoušky výroby umělého kameniva z VEP - III.etapa 1.1.2008 až 31.12.2008 4. A0810 Laboratorní ověřování výroby anhydritu II.etapa 13

Název aktivity: Číslo aktivity: OVĚŘOVÁNÍ VEP PRO VÝROBU SPECIÁLNÍCH KOMPOZITNÍCH SMĚSÍ S OCHRANOU FUNKCÍ II.ETAPA A0807 Termín plnění aktivity: 1.1 31.12.2008 Zpracoval: Ing. Jaromír Vojáček 1. Ověřování vhodnosti aplikace vybraných vedlejších energetických produktů V návaznosti na zkoušky provedené v I. čtvrtletí byly pro testování vybrány ještě další popílky, a to popílek z vysokoteplotního způsobu spalování a popílek z fluidního spalování. Oproti prvnímu čtvrtletí došlo k upravení skladby složek, a to k snížení dávkování plastifikátoru a skelných vláken. Pro ověřování vhodnosti aplikace vybraných vedlejších energetických produktů (dále jen VEP) jako součásti izolačních cementových výstelek byla opět vyrobena zkušební tělesa standardních receptur (bod 1) a receptur se zapracovanými vybranými VEP (bod 2). 1) Sada těles představovala standardní recepturu izolačních výstelek na ochranu vnějšího povrchu ocelových trubek. 2) Byly připraveny sady těles s jednotlivými druhy zapracovaných popílků. K již dříve vybraným popílkům Pk 43/1, Pk 36/1, Pk 37/1, Pf 291/1 a Pf 72/1 byly přidány, pro testování vhodnosti jejich použití do cementových izolačních výstelek, popílek fluidní filtr PFF 811/1 a popílek z vysokoteplotního spalování PKL 768/1. Popílek PFF 811/1 je od stejného producenta jako popílek Pf 291/1 použitý v I. čtvrtletí, byl testován z důvodu možné variability vlastností izolačních výstelek. 2. Vybrané vlastnosti nově testovaných popílků Granulometrii nově testovaných popílků uvádí tabulka č. 1. Síto [mm] Tabulka č. 1: Granulometrie popílků Popílek fluidní - filtr PFF 811/1 zbytek na sítě [%] Popílek vysokoteplotní PKL 768/1 4 0 0 1 0 0 0,5 0,15 0,6 0,25 1,96 0,72 0,125 14,43 3,9 0,09 13,86 7,41 0,063 19,33 17,11 0,04 13,66 16,6 Propad 36,61 53,66 3. Aplikace VEP do cementových výstelek Předpokladem bylo nahrazení určité části jednotlivých složek cementových izolačních výstelek příslušnými popílky a popely. Při přípravě jednotlivých směsí cementových výstelek se částečně nahrazoval cement určitým podílem VEP. 14

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Aplikace probíhala na dvou skladbách receptur izolačních výstelek. Oproti předchozím zkouškám došlo navíc ke zapracování popílku z fluidního spalování PFF 811/1 a popílku z vysokoteplotního spalování PKL 768/1. U popílku PFF 811/1 nejsou v současnosti dostupné údaje pevnostních charakteristik, jelikož zkušební tělesa se kondicionují ve vodním uložení. Celkově došlo tedy ke zapracování sedmi popílků, dvou z fluidního způsobu spalování a pěti z vysokoteplotního. Pro ověřování vhodnosti použití VEP do cementových izolačních výstelek byly vyrobeny sady zkušebních těles rozměrů 40 x 40 x 160 mm. Oproti navrženým skladbám jednotlivých komponent izolačních výstelek na ochranu vnějšího povrchu ocelových trubek, uvedených v minulé zprávě za I. čtvrtletí 2008, došlo ke snížení poměru vláken a plastifikátoru. Skladbu receptur pro výrobu zkušebních těles se zapracovanými popílky a popely uvádí tabulka č. 2. Písek 0-1mm (%) Tabulka č. 2: Skladba receptur CEM I 52,5 R (%) VEP (%) skelné vlákno (% na cement) superplastifikátor (% na cement) Standardní receptura 60,3 39,7 0 0,1 0,2 Receptura A (náhrada cementu 10% VEP) Receptura B (náhrada cementu 25% VEP) 60,3 35,7 4 0,1 0,2 60,3 29,7 10 0,1 0,2 Vyrobená zkušební tělesa standardních receptur i receptur se zapracovanými VEP byla kondicionována ve vodním uložení v souladu s podmínkami uvedených v normě ČSN EN 196-1 Metody zkoušení cementu - Část 1: Stanovení pevnosti. Na vybraných zkušebních tělesech byla po 28 dnech zrání stanovena pevnost v tlaku a tahu za ohybu. Dílčí výsledky jsou uvedeny v kapitole pevnostní charakteristiky. Jednotlivé VEP mají odlišné vlastnosti, což se projevuje různým vodním součinitelem. Snahou bylo dodržet konstantní rozlití namíchané hmoty cca 200 mm. Vodní součinitel směsi udává následující tabulka. VEP Tabulka č. 3: Vodní součinitel směsi s VEP vodní součinitel vztažený na VEP + CEM I 52,5 R REC A (10% VEP) REC B (25 % VEP) Popílek fluidní- filtr Pf 291/1 0,467 0,618 Popílek fluidní filtr Pf 72/1 0,466 0,632 Popílek vysokoteplotní Pk 43/1 0,559 0,625 Popílek vysokoteplotní Pk 37/1 0,497 0,513 Popelovina Pk 36/1 0,469 0,516 Popílek vysokoteplotní PKL 768/1 0,448 - Standard (bez VEP) 0,450 4. Pevnostní charakteristiky Po 28 dnech uložení ve vodním prostředí byla na tělesech stanovena pevnost v tlaku a tahu za ohybu, viz. tabulka č. 4 a grafy na obrázcích č. 1 a 2. 15

Tabulka č. 4: Pevnostní charakteristiky s VEP VEP Pevnost v tahu za ohybu (MPa) Pevnost v tlaku (MPa) REC A (10% VEP) REC B (25 % VEP) REC A (10 % VEP) REC B (25 % VEP) Popílek fluidní- filtr Pf 291/1 8,3 5,9 45,1 28,9 Popílek fluidní filtr Pf 72/1 8,4 5,5 47,9 31,7 Popílek vysokoteplotní Pk 43/1 7,6 5,6 35,6 32,4 Popílek vysokoteplotní Pk 37/1 7,5 6,4 45,5 38,5 Popelovina Pk 36/1 7,7 6,1 39,1 34,7 Popílek vysokoteplotní PKL 768/1 8,2 -* 45,4 -* Standard (bez VEP) 8,7 59,7 *popílek PKL 768/1 nebyl v této době ještě dovezen Pevnosti v tahu za ohybu po 28 dnech vodního uložení 25 % VEP 10 % VEP Pevnost v tahu za ohybu (MPa) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 5,9 Popílek Pf 291/1 8,3 8,4 5,5 5,6 Popílek Pk 72/1 Popílek Pk 43/1 7,6 7,5 7,7 6,4 Popílek Pk 37/1 6,1 Popelovina Pk 36/1 8,2 Popílek Pk 768/1 St 8,7 Obrázek č. 1: Pevnosti v tahu za ohybu Pevnosti v tlaku po 28 dnech vodního uložení 25 % VEP 10 % VEP Pevnost v tlaku (MPa) 70 60 50 40 30 20 10 28,9 45,1 47,9 35,6 31,7 32,4 38,5 45,5 39,1 34,7 45,4 59,7 0 Popílek Pf 291/1 Popílek Pk 72/1 Popílek Pk 43/1 Popílek Pk 37/1 Popelovina Pk 36/1 Popílek Pk 768/1 St Obrázek č. 2: Pevnosti v tlaku 16

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU V současnosti probíhají další zkoušky s upravenou skladbou receptur. Byl změněn poměr plastifikátoru, poměr cementu a písku a množství zapracovaných VEP. 5. Závěr Přidáním VEP místo cementu (10 % a 25 %) do nově připravovaných směsí cementových výstelek došlo k poklesu výsledných pevností v tlaku oproti standardu pod požadovanou hodnotu 50 MPa. Po vybrání vhodných popílků a stanovení jejich optimálního obsahu v cementových výstelkách budou následovat zkoušky ekologické vhodnosti a také další zkoušky technologické vhodnosti. Z ekologických zkoušek provedených na připravených výstelkách se jedná o stanovení škodlivin ve výluhu, hmotnostní aktivity přírodních radionuklidů a ekotoxicity. U technologické vhodnosti jde kromě sledování pevnostních charakteristik především o přídržnost výstelek na rourách, objemové změny v čase a další trvanlivostní zkoušky. 17

Název aktivity: Číslo aktivity: NOVÉ PRINCIPY A POSTUPY VÝROBY EKOLOGICKY VHODNÝCH STAVEBNÍCH SMĚSÍ NA BÁZI VEP II.ETAPA A0808 Termín plnění aktivity: 1.1. 31.12.2008 Zpracoval: Ing. Jaroslava Jančová 1. Úvod Vstupní analýza popelů a popílků je nutnou součástí procesu pro určení vhodnosti jejich použití. Jedná se především o chemickou analýzu, ekologickou analýzu a některé fyzikální zkoušky. Pro výzkum užití odpadních materiálů do suchých maltových směsí byly vybrány následující produkty fluidního a vysokoteplotního spalování: - popílek z fluidního spalování filtr - Pf -296/1 - popílek z fluidního spalování lože - Pf -585/1 - popílek z fluidního spalování filtr - Pf 39/1 V současnosti je používána již nová dodávka tohoto popílku pod označením Pf 766/1 a je prováděna srovnávací chemická analýza. - popílek z fluidního spalování lože - Pf 38/1 - popílek z vysokoteplotního spalování - Pk-37/1 - popílek z vysokoteplotního spalování - Pk 35/1 2. Chemické vlastnosti popelů a popílků Chemické analýzy vzorků fluidních popelů a popílků a popílků vysokoteplotních jsou uvedeny v tabulce. č. 1. Tabulka č. 1: Chemické vlastnosti popelů a popílků Jedn. Pf 296/1 Pf 585/1 Pf 39/1 Pf 38/1 Pk 37/1 Pk 35/1 Chemický rozbor SiO 2 % hm. 44,49 36,55 28,4 39,17 54,07 48,45 TiO 2 % hm. 0,99 0,92 1,49 1,92 1,74 0,93 AL 2 O 3 % hm. 21,95 18,28 17,27 24,61 28,03 20,28 Fe 2 O 3 % hm. 5,62 5 3,67 8,96 6,49 3,87 FeO % hm. 0,43 1,03 2,84 0,56 1,51 2,31 P 2 O 5 % hm. 0,67 0,6 0,26 0,35 0,35 0,14 MnO % hm. 0,089 0,062 0,084 0,07 0,038 0,13 MgO % hm. 2,37 1,56 1,41 1,63 1,04 2,51 CaO % hm. 9,51 16,2 26,22 13,39 2,56 3,89 Na 2 O % hm. 0,48 0,54 0,28 0,49 0,4 0,33 K 2 O % hm. 2,55 2,09 0,76 1,01 1,91 2,46 ztr. žíh. % hm. 7,53 10,47 1,11 1,63 1,31 14 Celk. SO 3 % hm. 3,16 6,67 16,08 5,97 0,43 0,48 Celkem % hm. 99,84 99,97 99,87 99,79 99,88 99,78 SO 3 sír. % hm. 3,08 6,44 16,04 5,52 0,36 0,29 Cl - % hm. 0,031 0,01 5,52 0,005 0,007 Vol. Cao % hm. 2,78 6,4 7,59 2,9 <0,01 <0,01 Vlhkost: % hm. 0,07 0,21 + 0,1 0,16 0,21 18

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU 3. Fyzikální vlastnosti popelů a popílků Následující tabulka uvádí fyzikální parametry vzorků fluidních popelů a popílků a vysokoteplotních popílků: Tabulka č. 2: Fyzikální vlastnosti popelů a popílků Jedn. Pf 296/1 Pf 585/1 Pf 39/1 Pf 38/1 Pk 37/1 Pk 35/1 Měrná hmotnost kg/m 3 2421 2683 2875 2117 2179 Měrný povrch kg/m 3 674 785 56 343 295 Sypná hmotnost volně sypaná kg/m 3 573 1455 562 1218 745 927,5 setřesená kg/m 3 679 1639 696 1358 810 1056,3 Sítový rozbor Zbytek na sítě 8,0 mm % hm. - 3 - - - - 4,0 mm % hm. 0 1 0 2,3 0 0 2,0 mm % hm. - 2,8 - - - - 1,0 mm % hm. 0 5 0 7,5 0 0 0,5 mm % hm. - 12,4 - - - - 0,2 mm % hm. 0 44,2 0,8 50,1 3,5 2,5 0,125 mm % hm. 4,4 22,2 6,4 27,8 4 6 0,090 mm % hm. 9,2 6,4 12,8 9,6 6,5 7,5 0,063 mm % hm. 12,8 2 10,4 1,6 8,5 9,5 0,040 mm % hm. 16 0,8 11,6 0,4 14,5 15 propad % hm. 57,6 0,2 58 0,7 63 59,5 4. Ekologické vlastnosti popelů a popílků Ekologické posouzení je prováděno na základě hodnot následujících zkoušek: - stanovení škodlivých látek ve výluhu - stanovení škodlivých látek v sušině - stanovení ekotoxikologie - stanovení hmotností aktivity radionuklidů Stanovení vlastností pro vyhodnocení ekologické vhodnosti je časově náročné a některé zkoušky stále probíhají. Vyhodnocení je provedeno podle vyhlášky 294/2005 Sb. Na základě dosud získaných výsledků lze říci, že z hlediska vyluhovatelnosti lze fluidní popele a popílky zařadit do skupiny IIb. Popílky z vysokoteplotního spalování pak díky zvýšenému množství arsenu (u vzorku Pk 37/1 2,47 mg/l), kde je limita 0,2 mg/l, a zvýšenému množství selenu (u vzorku Pk 35/1 0,069 mg/l), kde je limita 0,05 mg/l, řadíme do třídy IIa. Z hlediska ekotoxilogie nevyhovuje žádný z vybraných popelů a popílků. Nejméně škodlivé jsou popílky vysokoteplotního spalování, jejichž aspoň některé parametry vyhovují kritériím stanovené ve vyhlášce. Množství škodlivých látek stanovených v sušině přesahuje také ve většině případů povolené limity. Nejméně škodlivých látek bylo naměřeno u produktů vysokoteplotního spalování. Na základě provedené zkoušky hmotnostní aktivity radionuklidů lze říci, že vybrané popele a popílky vyhovují pro použití do stavebních materiálů (viz tabulky č. 3). 19

Tabulka č. 3: Index hmotnostní aktivity popelů a popílků Pf 296/1 Pf 585/1 Pf 39/1 Pf 38/1 Pk 37/1 Pk 35/1 limit Index hmotnostní aktivity 1 0,74 1,1 0,46 1 0,94 2 226Ra [Bq/kg] 136 67 101 33 94 77 300 5. Doba tuhnutí popelů a popílků Ke stanovení doby tuhnutí se použije kaše normální hustoty připravené podle ČSN EN 196-3 s tím, že cement je nahrazen popílkocementovou směsí v hmotnostním poměru 75 % hm. vysokoteplotního popílku či FPP a 25 % hm. cementu. Samotná zkouška se provádí Vicatovým přístrojem podle popisu uvedeném v ČSN EN 196-3. Zkouška zahrnuje stanovení počátku a konce tuhnutí, viz tabulka č. 4. Před provedením byl na základě požadavku normy ložový popel upraven na zrnitost pod 0,5 mm. Vodní součinitel (normální hustota) Tabulka č. 4: Doba tuhnutí popelů a popílků Jedn. Pf 296/1 Pf 585/1 Pf 766/1 Pf 38/1 Pk 37/1 Pk 35/1 - Cem I 42,5 Mokrá 0,623 0,223 0,653 0,337 0,440 0,307 0,287 Počátek tuhnutí min 530 210 320 200 390 330 210 Doba tuhnutí min 610 240 380 240 480 430 260 6. Objemová stálost Stanovení objemové stálosti (pro vysokoteplotní popílky) Zkušební malta se připravuje z 1 hm. dílu pojiva složeného z 25 hm. % zkoušeného popílku a 75 hm. % srovnávacího cementu a 4 hm. dílů normalizovaného písku při vodním součiniteli 0,7. Zkušební malta byla připravena podle postupu stanoveného normou ČSN 72 2071 (kap. 10.8.2.3). Stanovení objemové stálosti (pro FPP) Zkušební malta se připravuje strojním mícháním směsi 1 hmotnostního dílu pojiva složeného ze 75 hm. % zkoušeného FPP a 25 hm. % srovnávacího cementu a 4 hmotnostních dílů normalizovaného písku při vodním součiniteli 0,7. Zkušební malta byla připravena podle postupu stanoveného normou ČSN P 72 2080 (kap. 10.8.2.3). Postup stanovení objemové stálosti koláčkovou metodou za studena a objemové stálosti na cihle je shodný jako u zkoušení malt s vysokoteplotním popílkem, viz tabulka č. 5. Obj. stálost koláčkem Obj. stálost na cihle Tabulka č. 5: Objemová stálost popelů a popílků Jedn. Pf 296/1 Pf 585/1 Pf 766/1 Pf 38/1 Pk 37/1 Pk 35/1 deformace ne ne ne ne ne ne výskyt trhlin ne ne ne ne ne ne deformace ne -* ne -* ne ne výskyt trhlin ne -* ne -* ne ne * malta obsahující tento popel měla příliš suchou konzistenci, z toho důvodu nebylo možné ji nanést ve formě klínu na normou určený podklad 20

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Normou stanovený vodní součinitel 0,7 nebyl vhodný pro vyrobení maltových koláčků a klínů, na nichž se hodnotí objemová stálost malt. Především malty, v nichž byly použity ložové popele, byly příliš suché a z toho důvodu nebylo možné klíny vytvořit. Na koláčcích se sice žádné deformace ani trhliny nevytvořily, ale přesto bude tato zkouška opakována s vhodnějším množstvím vody. Maltové směsi obsahující fluidní popílky a vysokopecní popílky nevykazovaly ani po 28 dnech žádné deformace ani trhliny. 7. Index účinnosti Stanoví se jako procentuální poměr pevnosti v tlaku (v tahu za ohybu) trámečků 40 40 160 mm připravených z cementopopílkové směsi k pevnosti v tlaku (v tahu za ohybu) trámečků připravených pouze ze srovnávacího cementu zkoušených ve stejném stáří. Pevnost v tlaku se provádí a vyhodnocuje podle ČSN EN 196-1 s tím, že místo navážky cementu je použito cementopopílkové směsi, zkušební malta obsahuje tedy 1 hmotností díl směsi 25 % hm. zkoušeného popílku a 75 % hm. srovnávacího cementu a 4 hmotnostní díly normalizovaného písku při vodním součiniteli 0,5. Vzhledem k tomu, že tento vodní součinitel není díky větší savosti některých popílků (větší spotřebě vody některých popílků) pro namíchání malty o vhodné konzistenci dostačující, byla jako konstanta zvolena hodnota konzistence rozlitím stanovená na srovnávací cementové směsi bez popílku při normou stanoveném vodním součiniteli 0,5. Pro tuto zkoušku byly ložové popele upraveny mletím pod 0,5 mm. Index účinnosti popelů a popílku je uveden v tabulce č. 6. Vodní součinitel Konzistence rozlitím Tabulka č. 6: Index účinnosti popelů a popílků Jedn. Pf 296/1 Pf 585/1 Pf 766/1 Pf 38/1 Pk 37/1 Pk 35/1-0,69 0,66 0,71 0,66 0,66 0,66 mm 120 115 120 120 120 130 Index účinnosti - podíl pevnosti v tahu za ohybu 3 dny % 66 71 114 45 93 88 7 dní % 91 35 108 37 90 98 28 dní % 114 - * 89 - * 111 110 Index účinnosti - podíl pevnosti v tlaku 3 dny % 66 56 108 41 84 74 7 dní % 85 57 111 35 80 82 28 dní % 127 - * 139 - * 121 105 * probíhá zrání vzorku, výsledky budou dodány později 8. Posouzení vhodnosti použitých popelů a popílků Na základě vstupní analýzy popelů a popílků a díky stanoveným základním parametrům fyzikálních zkoušek je možné částečně posoudit, zda bude daný odpadní produkt vhodný pro zabudování do námi zvoleného stavebního materiálu. Případně poukáže na některé nedostatky, na něž bude muset být při navrhování suché maltové směsi brán ohled. Kritéria pro vhodnost popelů a popílků jsou dány normami: ČSN 72 2072-2 Popílek pro stavební účely - Část 2: Popílek jako příměs při výrobě malt ČSN P 72 2081-9 Fluidní popel a fluidní popílek pro stavební účely - Část 9: Fluidní popel a fluidní popílek pro výrobu suchých maltových směsí 21

Tabulka č. 7: Posouzení vhodnosti popelů a popílků z fluidního spalování Název zkoušky Jedn. Kritérium Pf 296/1 Pf 585/1 Pf 39/1 Pf 38/1 Chemické zkoušky Ztráta sušením % hm. Max 2 0,50 0,04 0,23 0,13 Ztráta žíháním při tepl. 850 C % hm. Max 5 10,47 2,91 1,63 1,11 Obsah celkové síry (jako SO 3 ) % hm. Max 12 6,67 5,54 5,97 16,08 Obsah síranové síry % hm. Max 12 6,44 5,52 5,52 16,04 Obsah volného CaO % hm. Max 10 6,40 3,11 2,90 7,59 Fyzikální zkoušky Zrnitost (celk. zbytek na sítě 4 mm) 1) % hm. Max 0,5 0 4 0 2,3 Počátek tuhnutí směsi FPP s cementem 2) minuty Min 30 530 210 320 200 Konce tuhnutí směsi FPP s cementem 2) minuty Max 600 610 240 380 240 Zkoušky technologické vhodnosti Objemová stálost na cihle 2) bez trhlin - Vyhov. - 3) Vyhov. - 3) Objemová stálost koláčkovou zkouškou 2) bez trhlin a deformací - Vyhov. - 3) Vyhov. - 3) Chemické zkoušky Tabulka č. 8: Posouzení vhodnosti popílků z vysokoteplotního spalování Název zkoušky Jedn. Kritérium Pk 35/1 Pk 37/1 Ztráta sušením % hm. Max 2 0,12 0,21 Ztráta žíháním při tepl. 850 C % hm. Max 10 14 1,31 Obsah celkové síry (jako SO 3 ) % hm. Max 5 0,48 0,43 Fyzikální zkoušky Zrnitost (celk. zbytek na sítě 4 mm) % hm. Max 0,5 0 0 Zkrácení začátku tuhnutí cementu minut Max 20 +120 +180 Prodloužení doby tuhnutí cementu minut Max 180 +170 +220 Stanovení indexu aktivity Zkoušky technologické vhodnosti % Min 75, popř 85 105 121 Objemová stálost na cihle - bez trhlin vyhovuje vyhovuje Objemová stálost koláčkovou zkouškou - Bez trhlin a deformací vyhovuje vyhovuje Součástí posouzení vhodnosti jednotlivých odpadních produktů pro užití do stavebních materiálů je samozřejmě velmi důležitá i ekologická vhodnost. Vzhledem především k časové náročnosti provedení ekologických zkoušek, budou provedeny už jen na vybraných popelech a popílcích vykazujících nejvhodnější vlastnosti pro užití do suchých maltových směsí. 22

Název aktivity: Číslo aktivity: DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU LABORATORNÍ ZKOUŠKY VÝROBY UMĚLÉHO KAMENIVA Z VEP III.ETAPA A0809 Termín plnění aktivity: 1.1. 31.12.2008 Zpracoval: Martin Vyvážil 1. Ověřování technologické vhodnosti popílku pro výrobu umělého kameniva V prvním čtvrtletí 2008 byly provedeny započaté zkoušky na pórovitém kamenivu do betonu podle příslušné normy ČSN EN 13055-1 Pórovité kamenivo - Část 1: Pórovité kamenivo do betonu, malty a injektáží malty. Ve druhém čtvrtletí roku 2008 proběhlo pokračování započatých zkoušek a doplnění některých parametrů po 28 dnech. V tabulce č. 1 jsou popsány receptury, jejichž hlavní složku tvořil popílek z vysokoteplotního spalování v kombinaci s přídavky menších podílů popelu z fluidního spalování. Součásti surovinové směsi byl malý podíl cementového a vápenatého pojiva. V tabulce č. 2 jsou popsány receptury, jejichž hlavní složku tvořil popílek z fluidního spalování v kombinaci s přídavky menších podílů jiných druhů VEP. Součásti surovinové směsi byl malý podíl cementového pojiva. Tabulka č. 1: Receptury s větším podílem popílku z vysokoteplotního spalování Laboratorní označení l1 H C KLV I KLV II Receptura 10 13 7 15 16 Jednotlivé složky [%] [%] [%] [%] [%] Popílek vysokoteplotní Pk 35/1 75 75 85 75 70 Popílek fluidní - lože - Pf 38/1 25 20-20 20 Cement 32,5 II R B/S - 5 15 - - Vápno pálené V 207/1 - - - 5 10 Vodní součinitel 0,23 0,23 0,23 0,25 0,25 Tabulka č. 2: Receptury s větším podílem popílku z fluidního spalování Laboratorní označení O1 O2 O3 N R Receptura 2 4 8 19 20 Jednotlivé složky [%] [%] [%] [%] [%] Popílek fluidní - filtr - Pf 39/1 100 95 85 90 85 Cement 32,5 II R B/S - 5 15 5 5 Mletá struska St 269/1 - - - 5 10 Vodní součinitel 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 2. Zkoušení pórovitého kameniva do betonu Specifikace zkoušek lehkých kameniv 1. sítový rozbor (viz zpráva 1. čtvrtletí 2008) 2. manipulační pevnost (viz zpráva 1.čtvrtletí 2008) 3. stanovení vlhkosti 4. stanovení nasákavosti 23

5. sypná hmotnost volně sypaná, sypná hmotnost setřesená, objemová hmotnost v pyknometru 6. stanovení odolnost proti drcení 7. stanovení odolnosti proti zmrazování a rozmrazování 3. Vyhodnocení zkoušek 3.1. Stanovení vlhkosti Umělé kamenivo se suší při teplotě 105-110 C po dobu 24 hodin. Vlhkost je stanovena v procentech vysušeného kameniva. Výsledné hodnoty vlhkosti kameniva zobrazuje tabulka č. 3. Tabulka č. 3: Vlhkost umělého kameniva Teplota sušení 105-110 C Zkoušky po vyrobení 3 dnech 7 dnech 28 dnech Receptury Vlhkost % % % % 10 20,7 14,0 10,1 9,3 13 16,1 14,1 6,5 6,5 7 18,5 8,1 6,9 6,9 15 21,1 11,2 10,7 5,0 16 19,5 5,9 4,7 4,7 2 51,7 43,6 37,7 22,9 4 45,5 41,7 28,7 23,9 8 43,7 34,8 29,5 23,8 19 46,6 40,3 29,8 21,3 20 44,3 40,8 30,2 25,2 Výrobní označení 3.2. Stanovení nasákavosti Nasákavost jednotlivých druhů kameniva se stanovila vysušením při teplotě 105-110 C na ustálenou hmotnost a ponořením do vody po dobu 4 ± 0,2 hodin. Výsledné hodnoty nasákavosti kameniva zobrazuje tabulka č. 4 Tabulka č. 4: Nasákavost umělého kameniva Doba uložení ve vodě 4 ± 0,2 hodin Zkoušky 3 dnech 7 dnech 28 dnech Receptury Nasákavost % % % 10 26,1 27,6 24,0 13 27,2 26,2 23,8 7 21,8 28,2 18,4 15 23,3 25,4 19,7 16 23,7 21,8 21,3 2 50,5 49,4 49,0 4 48,3 49,1 51,6 8 46,5 46,7 47,2 19 47,5 46,2 48,1 20 47,0 44,1 48,3 Výrobní označení 24

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU 3.3. Sypná hmotnost volně sypaná, sypná hmotnost setřesená, objemová hmotnost v pyknometru U jednotlivých druhů kameniva se stanovila sypná hmotnost volně sypaná, sypná hmotnost setřesená a objemová hmotnost v pyknometru. Výsledné hodnoty sypné hmotnosti volně sypané, sypné hmotnosti setřesené a objemové hmotnosti v pyknometru u umělého kameniva s větším podílem popílku z vysokoteplotního spalování je uvedeno v předchozí zprávě 1. čtvrtletí 2008. Výsledné hodnoty sypné hmotnosti volně sypané, sypné hmotnosti setřesené a objemové hmotnosti v pyknometru u umělého kameniva s větším podílem popílku z fluidního spalování zobrazuje tabulka č. 5. Tabulka č. 5: Výsledné hodnoty objemové hmotnosti u umělého kameniva s větším podílem popílku z fluidního spalování Laboratorní označení O1 O2 O3 N R Receptury 2 4 8 19 20 Frakce kameniva 4/8 8/16 4/8 8/16 4/8 8/16 4/8 8/16 4/8 8/16 Objemová hmotnost po vyrobení [kg/m 3 ] Volně sypaná 894 866 853 864 887 875 862 854 851 844 Setřesená 949 942 950 944 949 957 918 929 900 901 Objemová hmotnost po 3 dnech [kg/m 3 ] Volně sypaná 851 846 845 828 830 815 818 828 812 816 Setřesená 941 903 906 896 896 867 877 869 877 848 Objemová hmotnost po 7 dnech [kg/m 3 ] Volně sypaná 811 817 809 782 785 782 781 791 799 777 Setřesená 888 847 882 832 856 866 833 842 851 839 V pyknometru 1090 1130 1100 1120 1170 1110 1100 1140 1110 1100 Objemová hmotnost po 28 dnech [kg/m 3 ] Volně sypaná 704 638 705 694 750 745 730 716 735 744 Setřesená 760 690 764 739 805 795 785 756 785 790 V pyknometru 1040 1050 1010 1030 1100 1110 1090 1120 1100 1080 3.4. Stanovení odolnosti proti drcení Stanovení odolnosti proti drcení bylo provedeno dle normy ČSN EN 13055-1 Pórovité kamenivo - Část 1: Pórovité kamenivo do betonu, malty a injektážní malty. Vzorek je vložen do specifikovaného ocelového válce a zhutněn vibrací. Následně je kamenivo pístem stlačováno ve válci na stanovenou vzdálenost, přičemž se změří síla, která vyjadřuje odolnost proti drcení. Odolnost proti drcení se stanovuje pouze na frakci v rozmezí 4 až 22 mm. V našem případě byla stanovena na frakci: 4/8 mm 8/16 mm Výsledné hodnoty odolnosti proti drcení u frakce 8/16 jsou uvedeny v tabulkách č. 6 a 7. 25

Tabulka č. 6: Odolnost proti drcení u kameniva s větším podílem popílku z vysokoteplotního spalování Receptury Frakce Zkoušky Výrobní označení 10 8/16 13 8/16 7 8/16 15 8/16 16 8/16 Odolnost proti drcení C a N/mm 2 po vyrobení 0,16 3 dnech 0,35 7 dnech 0,61 28 dnech 2,16 po vyrobení 0,09 7 dnech 0,37 3 dnech 1,10 28 dnech 3,18 po vyrobení 0,17 3 dnech 0,42 7 dnech 1,92 28 dnech 3,44 po vyrobení 0,14 3 dnech 0,46 7 dnech 1,27 28 dnech 3,50 po vyrobení 0,21 3 dnech 0,36 7 dnech 0,73 28 dnech 3,35 Tabulka č. 7: Odolnost proti drcení u kameniva s větším podílem popílku z fluidního spalování Receptury Frakce Zkoušky Výrobní označení 2 8/16 4 8/16 8 8/16 19 8/16 20 8/16 Odolnost proti drcení C a N/mm 2 po vyrobení 0,29 3 dnech 1,40 7dnech 1,52 28 dnech 2,36 po vyrobení 0,32 3 dnech 1,99 7dnech 2,04 28 dnech 2,74 po vyrobení 0,27 3 dnech 1,95 7dnech 3,41 28 dnech 3,45 po vyrobení 0,22 3 dnech 1,23 7dnech 1,60 28 dnech 3,15 po vyrobení 0,19 3 dnech 1,31 7dnech 1,60 28 dnech 3,53 Srovnání setřesené sypné hmotnosti a odolnosti proti drcení u umělého kameniva frakce 8/16 mm je provedeno graficky na obrázku č.1 a 2. 26

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU 4,0 1100 rec. 10 - Odolnost proti drcení [N/mm2] odolnost proti drcení [N/mm 2 ] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 po vyrobení 3 dní 7 dní 28 dní doba uložení 1000 900 800 700 600 500 400 300 objemová hmotnost setřesená [kg/m 3 ] rec. 13 - Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 7 - Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 15 - Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 16 - Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 10 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 13 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 7 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 15 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 16 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] Obrázek č. 1: Objemová hmotnost setřesená/odolnost proti drcení kameniva s vysokoteplotním popílkem frakce 8/16 mm 4,0 1100 rec. 2 - Odolnost proti drcení [N/mm2] odolnost proti drcení [N/mm 2 ] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 po vyrobení 3 dní 7 dní 28 dní doba uložení 1000 900 800 700 600 500 400 300 objemová hmotnost setřesená [kg/m 3 ] rec. 4 - Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 8 - Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 19- Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 20 - Odolnost proti drcení [N/mm2] rec. 2 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 4 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 8 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 19- Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] rec. 20 - Objemová hmotnost setřesená [kg/m3] Obrázek č. 2: Objemová hmotnost setřesená/odolnost proti drcení kameniva s fluidním popílkem frakce 8/16 mm 3.5. Stanovení odolnosti proti zmrazování a rozmrazování Zkouška je prováděna tak, že se navážka pórovitého kameniva po nasáknutí vodou při atmosférickém tlaku vystaví 20 cyklům zmrazování a rozmrazování. To zahrnuje vystavení navážky mrazu -15 C ve vzdušném prostředí a následně rozmrazení ve vodě o teplotě 20 C. Po tomto zkoušení se kamenivo vizuálně posoudí, zda nedošlo k vytvoření trhlinek apod. a stanoví se ztráta jeho hmotnosti na sítě, které odpovídá velikosti poloviny rozměru spodní frakce kameniva (u frakce 4/8 se posuzuje propad sítem velikosti 2 mm atd.). Ztráta hmotnosti se vyjádří procentem a je označena parametrem F. Odolnost pórovitého kameniva proti zmrazování a rozmrazování je testována pouze na zrnech velikosti větší než 4 mm, testována byla tedy pouze směs popele a škváry těchto frakcí: 4/8 mm 8/16 mm 27

Výsledné hodnoty odolnosti proti zmrazování a rozmrazování budou uvedeny v další zprávě. V následujícím období se bude i nadále pokračovat v započatých zkouškách umělého kameniva podle normy ČSN EN 13055-1 Pórovité kamenivo - Část 1: Pórovité kamenivo do betonu, malty a injektážní malty a jeho vyhodnocení a posouzení vhodnosti kameniva do betonu. 28

Název aktivity: Číslo aktivity: DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU LABORATORNÍ OVĚŘOVÁNÍ VÝROBY ANHYDRITU - II.ETAPA A0810 Termín plnění aktivity: 1.1. 31.12.2008 Zpracoval: Ing. Petr Bibora Ve druhém čtvrtletí roku 2008 byly v rámci aktivity CVVP s názvem: Laboratorní výroba anhydritu II.etapa zahájeny laboratorní práce na dostupných energosádrovcích. Za tímto účelem byly svezeny dva různé typy energosádrovců, vzniklých z procesů odsíření tepelných elektráren. Konkrétně se jedná o energosádrovce z elektráren Dětmarovice a Opatovice. Lokality byly vybrány dle jejich, pokud možno co nejvhodnější, dostupnosti. V budoucnu je plánován svoz a následné odzkoušení energosádrovců z jedné až dvou dalších lokalit. Enerosádrovce byly uskladněny do igelitových pytlů uložených v uzavíratelných plastových sudech, aby nedocházelo k výraznějším změnám jejich vlastností vlivem kontaktu s vnějším okolím (např. změna vlhkosti apod.). Z těchto sudů byly následně odebrány reprezentativní vzorky od každého energosádrovce pro účely laboratorního testování. Nejprve byly tyto vzorky vysušeny při 45 0 C do ustálené hmotnosti. Takto nízká teplota byla zvolena proto, aby proces vysoušení vzorků probíhal co nejšetrněji a nedošlo tak k počátku rozkladu složek energosádrovce vlivem vysoké teploty. Následně byly vysušené vzorky podrobeny chemickému rozboru a difrakční termické analýze za účelem stanovení jejich chemického složení, určení ph, vázané vody, ztráty žíhání a dalších chemicko-fyzikálních vlastností. Rovněž byl stanoven obsah dihydrátu síranu vápenatého C a SO 4.2H 2 O dle následujícího předpokladu a to že všechen SO 3 síranový (ať už včetně či korigovaný o SO 2 ) je v energosádrovci obsažen ve formě C a SO 4.2H 2 O. Všechny tyto chemicko-fyzikální vlastnosti znázorňují následující tabulky. Byl také proveden sítový rozbor, kdy nás zajímal především zbytek na sítě 0,063 mm a stanovena byla objemová (litrová) hmotnost setřesená a volně sypaná. 29

Tabulka č. 1: Chemicko-fyzikální vlastnosti energosádrovce Opatovice a Dětmarovice Vlastnost Jednotka Opatovice Dětmarovice EG 400/1 EG 765/1 Vázaná voda % hmotn. <0,1 0,1 Obsah CaSO 4.2H 2 O Ze ztráty žíháním při 300 0 C % hmotn. 93,4 94,3 z celkového SO 3 % hmotn. 95,1 96,5 z vázané vody % hmotn. 93,2 94,1 Vlhkost % hmotn. 0,05 0,07 Barva - šedá matně bílá Zápach - neutrální neutrální Hodnota ph vodního výluhu - 7,6 7,9 Zbytek na sítě 0,063 mm % hmotn. 5,26 5,57 Obsah SiO 2 % hmotn. 2,06 1,05 Obsah TiO 2 % hmotn. 0,04 <0,01 Obsah Al 2 O 3 % hmotn. 1,07 0,47 Obsah Fe 2 O 3 % hmotn. 0,29 0,26 Obsah FeO % hmotn. <0,01 <0,01 Obsah P 2 O 5 % hmotn. 0,03 0,08 Obsah MnO % hmotn. 0,011 0,012 Obsah MgO % hmotn. 0,14 0,06 Obsah CaO % hmotn. 31,42 32,13 Obsah Na 2 O % hmotn. 0,092 0,07 Obsah K 2 O % hmotn. 0,2 0,11 Obsah SO 3 celk. % hmotn. 44,23 44,88 Ztráta žíháním 900 o C % hmotn. 20,62 0,44 CELKEM % hmotn 100,2 99,90 Obsah SO 3 síran. % hmotn. 44,11 44,85 Obsah CaO vol. % hmotn. <0,01 <0,01 Obsah CO 2 % hmotn. 0,73 0,32 Obsah Cl- % hmotn. 0,007 0,017 Ztráta žíháním 300 o C % hmotn. 19,53 19,73 Ztráta žíháním 600 o C % hmotn. 20,19 0,61 Obsah vodorozpust. Na 2 O % hmotn. 0,003 0,001 Obsah vodorozpustného K 2 O % hmotn. 0,006 0,004 Obsah vodorozpustného CaO % hmotn. 0,93 0,80 Obsah vodorozpustného SO 3 % hmotn. 1,3 1,22 V tabulce č. 1 jsou znázorněny zjištěné údaje o hodnotách jednotlivých vlastností zkoušených energosádrovců Opatovice a Dětmarovice. Nebyly doposud stanoveny hodnoty kritérií, které by měly testované energosádrovce splňovat. O těchto kritériích bude rozhodnuto až po určení konkrétních směrů využití. Už nyní však můžeme říci, že naprostá většina zjištěných hodnot vyhovuje požadavkům ať už cementářského, sádrového či jiného oboru výrobců stavebních hmot. Důležitým kritériem je zejména obsah sádrovce, tzn. dihydrátu síranu vápenatého v energosádrovci. V tabulce č. 1 vidíme, že jeho hodnota v testovaných energosádrovcích se pohybuje v rozmezí zhruba 93 až 96% v závislostí na daném postupu stanovení. Právě stanovení obsahu dihydrátu síranu vápenatého je ne zcela jasnou problematikou. Výpočet obsahu dihydrátu síranu v energosádrovci totiž nebyl dosud stanoven žádnou normou či předpisem a výpočet dle stávající normy pro přírodní sádrovec tedy nemůže dát správný výsledek. 30

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Byly rovněž zadány požadavky na odzkoušení obsahu složek v sušině a výluhu. V době vyhotovení této dílčí zprávy však ještě nebyl všechny výsledky zkoušek kompletní, proto tyto hodnoty budou uvedeny v dílčí zprávě za třetí čtvrtletí 2008. Pro co nejobsáhlejší informaci o vstupních surovinách (energosádrovcích), před zahájením jednotlivých experimentálních výpalů na anhydrit, byly provedeny i zkoušky na ekotoxicitu. Výsledky provedených zkoušek znázorňuje tabulka č. 2. Ekotoxicita energosádrovce Opatovice a Dětmarovice Tabulka č. 2: Výsledky zkoušek ekotoxicity pro energosádrovec Opatovice a Dětmarovice Ukazatel Opatovice Dětmarovice Vyhláška EG - 400/1 EG - 765/1 294/2005 Sb. Mortalita ryb 0 0 Mortalita perlooček Daphnia magna Straus 3 3,3 Inhibice růstu sladkovodních řas - biomasa 51,1 25,4 Inhibice růstu kořene hořčice bílé 42,5 12,9 ph neupraveného vodného výluhu 7,45 6,96-0 30 30 30 Jak je z tabulky č. 2 patrné, u vzorku energosádrovce Opatovice se jeví nevyhojující zjištěné hodnoty zkoušek inhibice růstu sladkovodních řas a hořčice bílé. V obou případech tyto hodnoty nesplňují limit inhibice růstu. Má být nižší než 30% v porovnání s kontrolními vzorky. Jelikož se však jedná pouze o vstupní surovinu, budou prozatím tyto negativní výsledky tolerovány až po odzkoušení anhydritu, vzniklého výpalem tohoto energosádrovce. Bude rozhodnuto, zda se energosádrovec Opatovice jeví vhodný pro další laboratorní práce. U energosádrovce Dětmarovice se všechny zjištěné hodnoty zkoušek ekotoxicity projevily jako vyhovující. Byly zahájeny experimentální výpaly energosádrovců na anhydrit. Teploty výpalu začínaly od 100 0 C a byly postupně navyšovány po sto stupňových intervalech až do teploty 1000 0 C, tak aby byl odzkoušen pokud možno co nejvyšší rozsah vypalovacích teplot. Výpal byl proveden v elektrické superkantalové peci a to pro energosádrovec Opatovice i Dětmarovice. Výstupem bude určení fázového složení pomocí RTG analýzy, zjistíme tak konkrétní obsahy anhydritu I až III a ověříme si zároveň množství dihydrátu a hemihydrátu síranu vápenatého ve vypálených energoanhydritech. Následně tedy budou moci být zvoleny jednotlivé směry využití takto vypálených anhydritů, jejich optimální teploty výpalu a budou moci být rovněž určeny hodnoty kritérií, které je potřeba dodržet. 31

32

DÍLČÍ CÍL V 003 NAVRHNOUT A OVĚŘIT NOVÉ NEAPLIKOVANÉ ZPŮSOBY VYUŽITÍ VEDLEJŠÍCH ENERGETICKÝCH PRODUKTŮ PRO OSTATNÍ ODVĚTVÍ PRŮMYSLU Dílčí cíl V 003 Navrhnout a ověřit nové, dosud neaplikované způsoby využití vedlejších energetických produktů pro ostatní odvětví průmyslu. Pavel SCHMIDT, Petr ŠAŠEK Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. Aktivita A0810: Monitoring vývoje kvalitativních parametrů stavebně-rekultivačních směsí na bázi popelovin v interakci s okolním prostředím v poloprovozním režimu II. etapa: 04. 06.2008 V průběhu druhého čtvrtletí roku 2008 pokračoval monitoring stavebněrekultivačních směsí na bázi popelovin v poloprovozním režimu, který byl započat v říjnu 2007. V souladu s harmonogramem prací proběhl odběr vzorku č. 6, jehož výsledky jsou v současnosti zpracovávány. Tabulka 1. Termín odběru vzorků č.odběru datum dny REF 3.10.2007 0 1 2.11.2007 30 2 3.12.2007 61 3 3.1.2008 92 4 1.2.2008 121 5 3.3.2008 152 6 3.4.2008 183 7 1.8.2008 303 8 28.11.2008 422 9 27.3.2009 541 10 25.7.2009 661 11 2.9.2009 700 Laboratorní testování bylo prováděno podle platných doporučujících ČSN a schválených interních metodických předpisů (IMP) akreditované laboratoře testování hornin VÚHU, a.s. 33

34

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY STUDIUM FYZIKÁLNÍCH A KERAMICKO-TECHNOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ TEPELNĚ ALTEROVANÉ HLUŠINY A SROVNÁNÍ S PRŮMYSLOVĚ VYRÁBĚNÝMI ŽÁRUVZDORNÝMI OSTŘIVY koordinátor: Vladimír SLIVKA řešitel: Jan JELÍNEK spoluřešitelé: Tomáš DANĚK, Jiří MALIŠ VŠB- Technická univerzita Ostrava Úvod Úkolem v této části řešení dílčího cíle projektu V 004 bylo na základě získaných laboratorních výsledků získaných v předešlé etapě řešení dílčího cíle provést u vybraných analyzovaných vzorků stanovení fyzikálních a keramicko-technologických vlastností. V rámci řešení dílčího cíle V 004, zaměřeného na zhodnocení jílovitých hornin doprovázejících těžbu uhlí jako potenciální druhotné suroviny pro výrobu žáruvzdorných ostřiv a plniv použitelných v keramickém průmyslu, byl proveden laboratorní výzkum chemického složení, složení minerálních fází ve vztahu ke kaolinitickým jílovcům kalcinovaným klasickou technologií. Výzkum byl zaměřen především na stálost chemického a mineralogického složení studovaných žáruvzdorných ostřiv. Celkově bylo analyzováno 34 vzorků ze tří vybraných oblastí. V ostravské části ostravsko-karvinského revíru bylo odebráno 8 vzorků ze čtyř lokalit, v kladenském černouhelném revíru bylo odebráno 13 vzorků ze čtyř lokalit a v severních Čechách bylo odebráno 13 vzorků ze čtyř lokalit. Hlavními analytickými metodami stanovení chemického a mineralogického složení studovaných vzorků tepelně alterovaného materiálu jsou RTG prášková difrakce spolu s RTG fluorescencí. Rentgenometrické záznamy byly pořízeny na rentgenovém práškovém difraktometru Seifert FPM (Co katoda 0,179026 nm). Pro stanovení elementárního složení vzorků pomocí vlnově disperzního rentgenfluorescenčního spektrometru (WD XRF) byl použit spektrometr Spectroscan MAKC GVII, který umožňuje plně automatickou analýzu pevných i kapalných vzorků, prášků, filmů, filtrů a malých objektů v rozsahu od Na po U. Výsledkem této aktivity byl detailní popis charakteristik jednotlivých vzorků tepelně alterované hlušiny, který slouží pro další experimentální aktivity. Na základě získaných informací byly výsledky tohoto laboratorního výzkumu navzájem porovnávány. Sledovaly se rozdíly ve stupni vypálení na jednotlivých lokalitách, rozdíly ve složení vypáleného materiálu odebraného na různých lokalitách a z různých regionů. Pozornost byla zaměřena na zjištění, zda se na jedné lokalitě jedná o zonální přechod různého stupně vypálení jednoho materiálu, nebo zda se jedná o jiný materiál, který reagoval na termodynamické podmínky jiným způsobem. Sledoval se také rozdíl v charakteru a stupni vypálení mezi přírodně a antropogenně vypálenými porcelanity. V této následující etapě prací bylo u vybraných analyzovaných vzorků na základě získaných laboratorních výsledků provedeno studium jejich fyzikálních a keramicko-technologických vlastností. V následující fázi budou získané výsledky porovnány s parametry průmyslově vyráběných žáruvzdorných ostřiv. Postup zjišťování fyzikálních a keramicko-technologických vlastností porcelanitů se řídí podmínkami stanovenými Tománkem (1959). V první fázi prací se posuzoval vzhled a barva vzorku, následně se vzorek podrtil na maximální zrno 4 mm a provedla se sítová analýza. Propad 0-2 mm se použil pro vytvoření čtyř shodných vzorků kvartováním. Tři díly se zhutnily a znovu vypálily. První vzorek na teplotu 900 o C, druhý na 1100 o C a třetí na 1400 o C. Doba výpalu byla stanovena na 2 hodiny. U vzorků se sledoval stupeň spečení, změna barvy, váhový úbytek a znovu se provedla RTG prášková difrakce. Výsledky poslouží pro určení změny amorfní fáze vůči původnímu vzorku. Výběr referenčních vzorků Na základě výsledků laboratorního výzkumu se další práce zaměřily na studium fyzikálně-mechanických vlastností vybraných vzorků. Z 34 laboratorně analyzovaných vzorků odebraných na 12 lokalitách bylo nezbytné vybrat ty, u nichž se předpokládá další možné využití. Za poslední dva roky některé lokality zanikly a některé se staly neperspektivní z hlediska dalšího výzkumu. Z výběru byly vyřazeny také ty lokality, kde se využití antropogenně vzniklých porcelanitů do budoucna nepředpokládá nebo kde nejsou vyjasněny střety 35

zájmů. Z tohoto pohledu byly přímo vyřazeny severočeské lokality, protože se jedná o přírodně vypálené porcelanity, které byly studovány jen jako srovnávací vzorky. Odvaly U Jiřího a Němce dolu Schoeller v kladenské oblasti byly vyřazeny z důvodu provádění jejich rekultivace v současné době a v blízké budoucnosti budou zcela rekultivovány. Z výběru byly vyřazeny také odvaly Ema a Šverma v ostravskokarvinské oblasti. Ema se stala významnou dominantou a turistickou součástí Ostravy. Nelze tedy předpokládat její případné rozebrání. Odval Šverma byl z výběru vyřazen z důvodu malého objemu skládkovaného byť kvalitního materiálu. V poli zájmu zůstaly odvaly Tuchlovice a Ronna z kladenské oblasti a odvaly Odra a Heřmanice z ostravsko-karvinské oblasti. Na těchto lokalitách se předpokládá odběr dalších vzorků pomocí kopaných sond z různých částí tak, aby alespoň částečně charakterizovaly materiál uložený v tělese odvalu. Cílem tohoto dílčího úkolu je stanovit nejoptimálnější postup zušlechtění antropogenně přepáleného materiálu na průmyslově využitelnou surovinu. Jedná se o stanovení nejen fyzikálně-mechanických vlastností odebraných vzorků, ale také určení jednotného postupu pro přípravu všech odebraných vzorků z vybraných lokalit pro výpal a stanovit nejvhodnější teplotu výpalu. Celkový počet analyzovaných vzorků se předpokládá kolem 36 nově odebraných vzorků (9 vzorků na lokalitu) a 11 již odebraných vzorků. Vzhledem k tomuto celkovému počtu 47 vzorků bylo nezbytné vybrat referenční vzorky, na kterých bude testována a hledána nejoptimálnější teplota výpalu a postup přípravy vzorku. Současně bylo cílem u referenčních vzorků zjistit, zda přítomný muskovit M1 se při vyšších výpalech bude měnit na 2M1 a v jakém poměru při jakých teplotách. Z toho pak lze usuzovat na podíl přírodního nebo nově tvořeného minerálu. Podobně nás zujímalo, u vzorků s vysokým podílem amorfní fáze, z jakého minerálu vznikla amorfní fáze, a při jakých teplotách z ní budou krystalizovat jaké minerály. Zda amorfní fáze vznikla z kaolinitu (vznikl mullit) nebo z křemene. Na základě všech těchto kritérií byly vybrány za referenční vzorky Odra Od-2 pro vysoký podíl muskovitu a vzorek Ronna Ro-1 pro vysoký podíl amorfní fáze. Vzorek Ronna Ro-1 Vzorek Ro-1 pochází z odvalu Ronna, který se nachází v katastrálním území obce Hnidousy - Kladno. Celkový objem odvalu činní 2,10 mil. m 3 a zaujímá plochu 13,25 ha. Odval je tvořen směsí svrchnokarbonských jílovců, prachovců a pískovců, dále jsou přítomny slepence a břidlice. Menší část pochází z hloubení jámy dolu Ronna, většina z těžby hlavní kladenské sloje. Přítomny jsou rovněž přimíšeniny různorodého materiálu z těžby (dřevo, kovy, zdivo), stavební suť a popel z lokální kotelny. Materiál hlušiny je zrnitostně nevytříděný, nesourodý. Ve východní části převažuje hlušina, ve střední části směs hlušiny a hašené strusky, v severozápadní části je hlavním prvkem odpad ze stavebních prací. Odběr vzorku Ro-1 byl proveden v zářezu lokalizovaném v SZ části odvalu z hloubky 3 m. Obrázek 1. Výsledek RTG difrakční práškové analýzy provedené na vzorku Ro-1 s vyjádřením kvantitativního zastoupení jednotlivých minerálů ve vzorku. 36

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY Na základě makroskopických strukturních a texturních znaků řadíme vzorek Ro-1 do druhého stupně tepelné alterace. Barva úlomků, které se rozpadají podle původní vrstevnatosti na prach, je červenobílá. Vyskytují se zde drobné spečence. Do stejného stupně tepelné alterace řadí tento vzorek také výsledky RTG prášková difrakce (obr. 1). Střední stupeň tepelné alterace hlušinového materiálu je provázen výraznějšími změnami minerálního složení základní jílové hmoty horniny. Tyto změny podle Králíka (1984) souvisejí s celkovou dehydratací a dehydroxylací fylosilikátů a vznikem izotropního metakaolinitu. Vedle metakaolinitu bývá v tomto středním stupni často přítomen i mullit. Tato nová fáze se tvoří během výpalu hlavně tepelnou alterací základní aleuropelitické hmoty sedimentů. Klastická zrna, hlavně křemen, bývají vesměs zachována, neboť nedošlo k jejich tavení vzhledem k jejich tepelné stabilitě. Pro tento druhý stupeň tepelné alterace je charakteristické, že horniny mají sice vzhled porcelanitů, avšak plastická deformace se ještě výrazně neprojevila a úlomky si často zachovávají svůj původní tvar. U některých vzorků byly zjištěny znaky počátečního tavení základní hmoty. Teplotní rozmezí charakteristické pro tento stupeň přeměny lze zhruba určit mezi 400 až 1000 o C. Vyskytuje se zde již vysoký podíl rentgen-amorfní fáze cca 71%. Jílové minerály jsou již alterované a podíl muskovitu úplně vymizel. Vzorek Odra Od-2 Vzorek Od-2 pochází z odvalu Odra, který se nachází v katastrálním území Ostrava Přívoz a je lokalizován jihovýchodně od areálu Koksovny Svoboda, v prostoru mezi levým břehem řeky Ostravice a ulicí Muglinovská. Jedná se o mohutné těleso s plochou 15,75 ha a objemem nasypaných hlušin 3,75 mil. m 3. V současné době je odval Dolu Odra stále termicky aktivní na severozápadním svahu, jenž přiléhá ke Koksovně Svoboda. Nyní termická aktivita v této části odvalu doznívá. Teplota naměřená přibližně 2 m pod povrchem v posledních letech jen zřídka přesahuje teplotu 30 C. Petrografické složení deponovaného materiálu odpovídá karbonským pískovcům, prachovcům a jílovcům hrušovských a petřkovických vrstev ostravského souvrství. Vzhledem k tomu, že se jedná o starý odval, lze zde předpokládat vysoký obsah uhelné hmoty. Charakter termicky alterované hlušiny je v celém tělese odvalu různorodý. Vyskytuje se zde materiál jak termicky nealterovaný, tak materiál středního až vysokého stupně termické alterace (Králík 1984). Odběr vzorku Od-2 byl proveden na jihovýchodním svahu z erozní rýhy. Obrázek 2. Výsledek RTG difrakční práškové analýzy provedené na vzorku Od-2 s vyjádřením kvantitativního zastoupení jednotlivých minerálů ve vzorku. Z výsledků RTG práškové difrakce (obr. 2) vyplývá, že vzorku Od-2 patří do přechodné skupiny mezi nízkým a středním stupněm tepelné alterace. U vzorku byly zjištěny znaky počátečního tavení základní hmoty (amorfní fáze cca 21 %), ale mullit se zde nevyskytuje. Křemen je stále zachován. Teplotní rozmezí charakteristické pro tento stupeň přeměny lze zhruba určit mezi 400 až 1000 o C. U tohoto vzorku je zajímavý vysoký podíl muskovitu cca 48 %. 37

Metodika Postup zjišťování fyzikálních a keramicko-technologických vlastností porcelanitů se řídí podmínkami stanovenými Tománkem (1959). Způsob výpalu antropogenně vzniklých porcelanitů nebyl nikým dosud stanoven. Proto bylo nezbytné vytvořit vlastní postup, který by odrážel podobné postupy práce s jinými materiály. Pro vytvoření postupu byla použita za základ norma ČSN 72 1082 (Vypalovací zkoušky keramických surovin) a pro posuzování jakosti pak norma ČSN 72 1300 (Žárovzdorné pálené zeminy jakost a klasifikace). V první fázi prací se posuzoval vzhled a barva vybraných referenčních vzorků. Následně se vzorky podrtily na maximální zrno 4 mm a byla provedena sítová analýza. Vzhledem k možnosti ovlivnění výsledku výpalu různou velikostí úlomků, bylo provedeno rozdělení každého vzorku na nadsítné a podsítné. Limitní hodnota velikosti oka síta byla stanovena na 0,063 mm. Každý vzorek byl tedy rozdělen na psamitickou a lutitickou složku. Tyto dvě složky byly použity pro vytvoření čtyř shodných vzorků kvartováním. První kvart vzorku slouží jako kontrolní a další tři kvarty byly podrobeny různému stupni výpalu. Zjištění nejoptimálnější teploty pro výpal vzorků je velmi složité. Nelze s jistotou u takto nehomogenních vzorků určit konkrétní teplotu vhodnou pro všechny vzorky. Dosud známé teploty modifikace určitých materiálů jsou stanovovány pro homogenní vzorek. Pro stanovení hledané teploty byly vybrány tři teplotní úrovně. Výběr těchto úrovní se opíral o modifikační poměry SiO 2 a ternární diagram soustavy MgO-Al 2 O 3 - SiO 2. První kvart vzorků se vypaloval při teplotě 900 o C, druhý při teplotě 1100 o C a třetí při teplotě 1400 o C. Postup výpalu vycházel z normy ČSN 72 1082 (Vypalovací zkoušky keramických surovin) pro sypané, zrněné a neplastické materiály. Sledovaným parametrem byl také váhový úbytek vzorku. Proto byl každý vzorek před výpalem a po výpalu vysušen při teplotě 120 o C a následně zvážen. Vysušený vzorek byl volně nasypán do neglazované žárovzdorné misky do výšky 25 mm. Připravený vzorek se vložil do studené elektrické pece podle doporučení zmíněné normy. Vlastní výpal se prováděl ve vzdušném prostředí tak, že do 800 o C se teplota zvyšovala rychlostí 400 o C/h, nad 800 o C pak rychlostí 100 o C či 200 o C/h podle potřeby. Bohužel zvyšování teploty se nepodařilo zvyšovat zcela rovnoměrně. Doba výdrže výpalu při dosažení limitní teploty 2 hodiny byla odvozena z příslušných předpisů a normy ČSN 72 1300 pro jakost materiálů. Po uplynutí 2 hodin byla pec vypnuta. Po samovolném ochlazení pece byl vzorek vyjmut, vysušen při teplotě 120 o C a zvážen. U každého vzorku se následně sledoval stupeň spečení, změna barvy, váhový úbytek a znovu se provedla RTG prášková difrakce. Výsledky výpalu referenčních vzorků Popis vzorku Ronna Ro-1 Původní odebraný vzorek je nehomogenní s velikostí úlomků přibližně od 80 mm až do lutitické frakce. Poměr mezi lutitickou a hrubozrnnější frakcí (psefitickou a psamitickou) je 50 : 50 %. Barva drobných úlomků (5 20 mm) je světlešedá až bílá, některé úlomky jsou světle oranžové. Jemnozrnnější materiál je světlešedý až mírně načervenalý. Ve vzorku se vyskytuje struskovitý materiál, který se rozpadá na psamit až lutit nebo vytváří pevné spečence o velikosti nad 60 mm. Tyto spečence jsou cihlově červené až zcela černé. Uvnitř těchto spečenců lze identifikovat úlomky původních hornin, především jílovců, prachovců a pískovců. Samostatné menší úlomky jílovců mají světlešedou až bílou barvu, mají zachovanou původní texturu a střípkovitě se rozpadají na prach. Původní prachovce až pískovce jsou světlešedé až bílé barvy s polohami na povrchu zbarvenými zrny psamitů hematitem. Organická složka obsažená v úlomcích zcela vyhořela a zůstaly po ní dutiny. Úlomky psamitických hornin jsou o velikosti 30 60 mm. Vzorek bylo nezbytné pro další analýzy pomlít. Maximální velikost zrna z mlýnku je 4 mm. Vzorek se ovšem rozpad při drcení především na lutitickou až psamitickou složku. Z výsledků sítové analýzy vyplývá (tab. 1 a graf 1), že při drcení se původní vzorek rozpadl na frakci pod 2 mm (nadsítné 2 mm je pouze 5 %). Vzorek je tedy tvořen z cca 19% jemnou lutitickou frakcí a zbylých cca 81% tvoří především psamitická frakce (tab. 1). Nadsítné nad 2 mm bylo dodatečně podrceno pod tuto hodnotu. 38

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY Oba referenční vzorky byly rozděleny na podsítné - lutitická složka (P) a nadsítné (N). Limitní hodnota velikosti zrna je 0,063 mm. Každý vzorek byl rozdělen následně na čtyři kvarty: 1P původní (nevypalovaný vzorek); 2P 1400 o C. 3P 1100 o C; 4P 900 o C; 1N původní (nevypalovaný vzorek); 2N 1400 o C. 3N 1100 o C; 4N 900 o C; Otvor síta (mm) Tabulka 1. Výsledky sítové analýzy vzorku Ronna Ro-1. Hmotnost zůstatku materiálu (R i ) (g) Procenta zůstatku materiálu R i 100 M 1 Součtové procento propadu R i 100 100 M1 4 R 5 0 0 100 2 R 6 5,46 2 98 1 R 7 52,71 24 73 0,500 R 8 42,12 19 54 0,250 R 9 28,47 13 41 0,125 R 10 23,24 11 31 0,063 R 11 23,69 11 20 Materiál na dně P = 41,6 Procento jemných částic f 18,97 % Vzorek Ro-1, 1P je vzorek původní, který nebyl vystaven výpalu. Barva vzorku je šedohnědá mírně načervenalá. Tento materiál byl volně nasypán do neglazovaných žáruvzdorných kelímků do výšky 25 mm. Po výpalu na 900 o C (vzorek Ro-1, 4P, 900) změnil barvu směrem do červené. Výsledná barva je červeno šedohnědá. Konzistence vzorku zůstala stejná jako u původního vzorku. I přes váhový úbytek 3,82 % (tab. 3) vzorek výrazně nezměnil svůj objem. Vzorek Ro-1, 3P, 1100 je původní vzorek vypálený při teplotě 1100 o C. Jeho barva odpovídá barvě původního vzorku, tedy šedohnědé mírně načervenalé. Z červené barvy získané při teplotě 900 o C tedy vzorek přešel zpět do šedohnědé. Vzorek zmenšil svůj objem (obr. 3) a spekl se. Spečenec tvoří drobná přibližně oválná tělíska velikosti až 1 mm. Váhový úbytek vzorku je 5,13 %. Zcela rozdílný výsledek přinesl výpal původního vzorku na teplotu 1400 o C (Ro-1, 2P, 1400). Vzorek vytvořil jakoby glazuru tmavohnědé až kávové barvy na vnitřní straně povrchu celého kelímku. Síla glazury je 0,4 mm. Uvnitř je vzorek černý a vyskytují se zde bubliny. 39

Grafické vyjádření výsledků (čára zrnitosti) 100 0 90 10 Součtová procenta propadů 80 70 60 50 40 30 20 20 30 40 50 60 70 80 Součtová procenta zůstatků 10 90 0 100 0.063 0.125 0.25 0.5 1 2 4 8 16 Síta se čtvercovými otvory (mm) Graf 1. Výsledky sítové analýzy vzorku Ronna Ro-1. Obrázek 3. Foto keramických kelímků se vzorkem Ronna Ro-1 podsítné vypáleného na různou teplotu. Vzorek Ro-1, 1N je vzorek původní (nadsítné), který nebyl vystaven výpalu. Barva vzorku je obtížně definovatelná. Nacházejí se zde úlomky béžové až bílé barvy, šedohnědé, červenohnědé, černohnědé a místy i cihlově červené. Tento materiál byl volně nasypán do neglazovaných žáruvzdorných kelímků do výšky 25 mm. Po výpalu na 900 o C (vzorek Ro-1, 4N, 900) změnil barvu směrem do červené, především u původně světlešedých a hnědošedých úlomků (obr. 4). Váhový úbytek vzorku je 1,91 % (tab. 3). Vzorek Ro-1, 3N, 1100 je původní vzorek vypálený při teplotě 1100 o C. Barvy jednotlivých úlomků se zvýraznily. Původní světlešedé úlomky jsou bílé slabě narůžovělé, červenohnědé nebo šedohnědé úlomky jsou nyní tmavě červenohnědé, růžovošedé či světle žlutobílé. Tmavohnědé úlomky změnily barvu na černou. Lze snadno identifikovat jednotlivá zrna. Jemnější materiál se pravděpodobně částečně spekl s většími úlomky. Váhový úbytek tohoto vzorku je 1,98 %. Vzorek vypálený na 1400 o C (Ro-1, 2P, 1400) se spekl, až roztavil. Na povrchu je vzorek tmavohnědý až kávové barvy, uvnitř je černý. Ve vzorku lze identifikovat samostatné úlomky bílé barvy. Vzorek obsahuje samostatné bublinky až propojené póry. Vzorek je velmi pevný. Jeho váhový úbytek je 3,95 %. 40

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY Obrázek 4. Foto keramických kelímků se vzorkem Ronna Ro-1 nadsítné vypáleného na různou teplotu. Popis vzorku Odra Od-2 Původní odebraný vzorek je nehomogenní s velikostí úlomků přibližně od 40 mm až do lutitické frakce. Poměr mezi lutitickou a hrubozrnnější frakcí (psefitickou a psamitickou) je 30 : 70 %. Barva větších úlomků je tmavě červená až našedlá. Místy se vyskytují bílé drobné úlomky (velikost kolem 5 mm). Načervenalá barva psamitických úlomků, které mají zachovanou původní strukturu a texturu, je způsobena povlaky hematitu. Směrem do středu úlomku lze pozorovat zonální přechod od tmavočervené do šedohnědé (pravděpodobně původní barva horniny). Úlomky jílovců a prachovců mají zachovanou původní vrstevnatost, podle které se rozpadají. Jejich barva je tmavě červená, červenohnědá, místy narůžovělá. Některé úlomky bílé barvy se rozpadají na prach. Vzorek bylo nezbytné pro další analýzy pomlít. Maximální velikost zrna z mlýnku je 4 mm. Vzorek se ovšem rozpad při drcení především na lutitickou až psamitickou složku. Z výsledků sítové analýzy vyplývá (tab. 2 a graf 2), že při drcení se původní vzorek rozpadl na frakci pod 2 mm (nadsítné 2 mm je pouze 0,23 %). Vzorek je tedy tvořen z cca 26 % jemnou lutitickou frakcí a zbylých cca 74 % tvoří především psamitická frakce (tab. 2). Nadsítné nad 2 mm bylo dodatečně podrceno pod tuto hodnotu. Otvor síta (mm) Tabulka 2. Výsledky sítové analýzy vzorku Odra Od-2. Hmotnost zůstatku materiálu (R i ) (g) Procenta zůstatku materiálu R i 100 M 1 Součtové procento propadu R i 100 100 M1 4 R 5 0 0 100 2 R 6 0,23 0 100 1 R 7 16,57 8 92 0,500 R 8 42,41 20 72 0,250 R 9 31,24 15 57 0,125 R 10 27,47 13 44 0,063 R 11 38,57 18 26 Materiál na dně P = 54,83 Procento jemných částic f 25,83 % Vzorek Od-2, 1P je vzorek původní, který nebyl vystaven výpalu. Barva vzorku je rezavohnědá či světlehnědá s nádechem do červené. Tento materiál byl volně nasypán do neglazovaných žáruvzdorných 41

kelímků do výšky 25 mm. Po výpalu na 900 o C (vzorek Od-2, 4P, 900) změnil barvu směrem do červené. Výsledná barva je cihlově červená. Konzistence vzorku zůstala stejná jako u původního vzorku. I přes váhový úbytek 3,6 % (tab. 4) vzorek nezměnil svůj objem. Vzorek Od-2, 3P, 1100 je původní vzorek vypálený při teplotě 1100 o C. Jeho barva je cihlově červená, identická se vzorkem vypáleným na 900 o C. Vzorek zmenšil svůj objem (obr. 5) a spekl se. Spečenec tvoří drobná přibližně oválná tělíska velikosti až 1 mm. Váhový úbytek vzorku je 4,69 %. Zcela rozdílný výsledek přinesl výpal původního vzorku na teplotu 1400 o C (Od-2, 2P, 1400). Vzorek vytvořil porézní spečenec černé barvy, který zmenšil svůj objem a zachoval přibližný zmenšený vnitřní tvar kelímku. Velikost pórů je max. 2 mm. Na povrchu je vzorek tmavě červenohnědý. Jeho váhový úbytek vzorku je 5,14 %. Grafické vyjádření výsledků (čára zrnitosti) Součtová procenta propadů 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 Síta se čtvercovými otvory (mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Součtová procenta zůstatků Graf 2. Výsledky sítové analýzy vzorku Odra Od-2. Obrázek 5. Foto keramických kelímků se vzorkem Odra Od-2 podsítné vypáleného na různou teplotu. Vzorek Od-2, 1N je vzorek původní (nadsítné), který nebyl vystaven výpalu. Barva vzorku je rezavohnědá či světlehnědá s nádechem do červené. Tento materiál byl volně nasypán do neglazovaných žáruvzdorných kelímků do výšky 25 mm. Po výpalu na 900 o C (vzorek Od-2, 4N, 900) změnil barvu směrem do červené. Výsledná barva je cihlově červená. Konzistence vzorku zůstala stejná jako u původního vzorku. Váhový úbytek je 3,31 % (tab. 4). Vzorek Od-2, 3N, 1100 je původní vzorek vypálený při teplotě 1100 o C. Jeho barva je cihlově červená, identická se vzorkem vypáleným na 900 o C. Vzorek zmenšil svůj objem (obr. 5) a spekl se. Spečenec tvoří drobná přibližně oválná tělíska velikosti až 1 mm. Místy se nacházejí bílé či narůžovělé úlomky. Váhový úbytek vzorku je 4,27 %. Zcela rozdílný výsledek přinesl výpal původního vzorku na teplotu 42

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY 1400 o C (Od-2, 2N, 1400). Vzorek vytvořil porézní spečenec černé barvy, který mírně zvětšil svůj objem. Velikost pórů je max. 2 mm. Na povrchu je vzorek tmavě červenohnědý. Ve vzorku lze identifikovat bílé úlomky. Váhový úbytek vzorku je 5,37 %. Obrázek 6. Foto keramických kelímků se vzorkem Odra Od-2 nadsítné vypáleného na různou teplotu. Váhový úbytek Zkoumán byl také váhový úbytek vzorku při výpalu na různou teplotu. Potvrdil se předpoklad vlivu velikosti úlomků na výpal. Váhový úbytek u většiny vzorků nadsítného je mnohem menší než u podsítného. Se zvyšující se úrovní vzrůstá i míra váhového úbytku. Porovnáme-li výsledky vzorku Ronna Ro-1 s výsledky vzorku Odra Od-2 vidíme, že rozdíl váhového úbytku mezi nadsítným a podsítným u Od-2 není tak výrazný jako u vzorku Ro-1. Tabulka 3. Váhový úbytek vzorku Ronna Ro-1 při různých teplotních úrovních výpalu. Vzorek Váha vysušeného vzorku při teplotě 120 o C [g] Váhový úbytek [%] Před výpalem Po výpalu Ro-1, 4N, 900 14,9245 14,6396 1,91 Ro-1, 4P, 900 13,9472 13,4145 3,82 Ro-1, 3N, 1100 14,9555 14,6594 1,98 Ro-1, 3P, 1100 11,8889 11,2793 5,13 Ro-1, 2N, 1400 14,7668 14,1829 3,95 Ro-1, 2P, 1400 12,2457 Rozpad kelímku Rozpad kelímku Tabulka 4. Váhový úbytek vzorku Odra Od-2 při různých teplotních úrovních výpalu. Vzorek Váha vysušeného vzorku při teplotě 120 o C [g] Váhový úbytek [%] Před výpalem Po výpalu Od-2, 4N, 900 14,7598 14,2716 3,31 Od-2, 4P, 900 11,2302 10,8253 3,60 Od-2, 3N, 1100 14,8315 14,1979 4,27 Od-2, 3P, 1100 11,1156 10,5940 4,69 Od-2, 2N, 1400 14,8331 14,0361 5,37 Od-2, 2P, 1400 11,3384 10,7561 5,14 43

RTG Laboratorní výzkum minerálních fází referenčních vzorků tepelně alterovaných materiálů byl proveden pomocí RTG práškové difrakce. Na základě poznatků Králíka (1984) o minerálních fázích vzniklých v sedimentech kaustickou přeměnou byly očekávány extrémně jemnozrnné nedokonale krystalované minerální fáze s větším podílem skelné fáze. Rentgenometrické záznamy byly pořízeny na rentgenovém práškovém difraktometru Seifert FPM (Co katoda 0,179026 nm). Analyzované vzorky byly podrceny, homogenizovány podrceny na analytickou jemnost pod 50 μm. Mletí se provádělo v kryogenním mlýnku. Podrobný popis metodiky RTG difrakční práškové analýzy a RTG fluorescence včetně postupu vyhodnocování záznamů byl uveden v dřívější dílčí zprávě. Tabulka 5. Výsledky chemického rozboru referenčních vzorků pomocí vlnově disperzního rentgenfluorescenčního spektrometru (WD XRF). Označení Na 2 O MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 SO 3 Cl K 2 O CaO TiO 2 MnO Fe 2 O 3 hm % Ronna Ro-1 < 1 1,78 22,93 47,76 0,087 1,27 0,035 1,38 1,86 0,52 0,594 18,64 Odra Od-2 < 1 0,87 21,31 59,80 0,20 0,145 0,034 3,76 0,40 0,79 0,058 6,21 Obrázek 7. Výsledky RTG difrakční práškové analýzy vzorku Ronna Ro-1 rozděleného na podsítné a nadsítné, vypáleného na různou teplotní úroveň. Koláčové grafy vyjadřují kvantitativní zastoupení jednotlivých minerálů ve vzorku. 44

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY RTG prášková difrakce u vzorku Ronna Ro-1 900 nadsítné i podsítné ukazuje prakticky shodu s původním vzorkem. Poměr amorfní fáze je podobný, stejně jako poměr křemene. Pouze magnetit u podsítného chybí, což může být způsobeno tím, že magnetit je vázán na větší úlomky. Je pravděpodobné, že teplota výpalu v odvalu, při které vznikal tento vzorek, byla přibližně kolem testovaných 900 o C. U vzorku vypáleného na 1100 o C (podsítné i nadsítné) je patrné, že z amorfní fáze a křemene krystalizoval mulit a cristobalit. Magnetit přešel na hematit, což je patrné u nadsítného, kde magnetit vymizel a vzrost podíl hematitu. Tento fakt dokládá i podsítné, kde magnetit nebyl zastoupen, a proto podíl hematitu nevzrostl. U vzorku vypáleného na 1400 o C (podsítné i nadsítné) lze sledovat, že hematit reaguje s kyslíkem v amorfní fázi a vzniká magnesioferit, patřící do skupiny spinelu. Poměr mulitu je prakticky zachován, protože byl spotřebován na jeho krystalizaci veškerý Al 2 O 3. Veškerý křemen přešel do amorfní podoby. Obrázek 8. Výsledky RTG difrakční práškové analýzy vzorku Odra Od-2 rozděleného na podsítné a nadsítné, vypáleného na různou teplotní úroveň. Koláčové grafy vyjadřují kvantitativní zastoupení jednotlivých minerálů ve vzorku. 45

U vzorku Odra Od-2 900 RTG prášková difrakce ukazuje rozdíl mezi nadsítným a podsítným. Jemnozrnný lutitický materiál obsahuje především částice muskovitu a ortoklasu. Křemen je zastoupen stejným podílem jak u nadsítného tak i u podsítného. U nadsítného je zastoupena amorfní fáze, která u podsítného prakticky chybí. Lze předpokládat, že teplota výpalu v odvalu, při které vznikal tento vzorek, byla přibližně kolem testovaných 900 o C. U vzorku vypáleného na 1100 o C (podsítné i nadsítné) žádné větší rozdíly mezi nasítným a podsítným nevidíme. Podobně jako o vzorku Ro-1 i zde je patrné, že z amorfní fáze a křemene krystalizoval mulit a částečně hematit. Cristobalit se zde nevyskytuje. Zvýšil se podíl amorfní fáze. Část křemene byla roztavena. U vzorku vypáleného na 1400 o C (podsítné i nadsítné) lze sledovat, že hematit se roztavil a jen malá část přešla na magnesioferit. Poměr mulitu je stejně jako u Ro-1 prakticky zachován. Veškerý křemen přešel do amorfní podoby. Diskuze Analýza fyzikálních a chemických dějů, které proběhly při výpalu testovaných vzorků je velmi komplikovaná. Vzorky svým složením neodpovídají žádné směsi používané pro výpal žáruvzdorných hmot. Aby bylo možné alespoň částečně popsat tyto složité děje, byla použita analogie s ději probíhajícími při výpalu jílových surovin, křemene a živce (viz Gregerová et al. 2002). U těchto materiálů při teplotě 450 650 o C probíhá dehydroxidace jílových minerálů a uvolňuje se chemicky vázaná voda, zvyšuje se pórovitost. Tento jev ve vzorcích nebyl pozorován. Buď proces již proběhl dříve v odvalu při jeho prohořívání (předpokládáme teplotu výpalu testovaných antropogenních porcelanitů v odvalu v rozmezí 800 900 o C) nebo zafungoval jiný faktor. Při teplotě 850 o C se rozkládají některé sloučeniny (např. sírany, sulfidy, uhličitany) a uvolňuje se plynný SO 2 a CO 2. Současně začíná vznik krystalického mulitu a amorfního SiO 2. Od 1050 o C se objevuje první tavenina především ze živců. Se vznikem taveniny je spojeno slinování. Hmota přechází do pyroplastického stavu (Gregerová et al. 2002). Při testované teplotě 1100 o C skutečně došlo k vykrystalizování mulitu. Mullit vzniká z metakaolinitu A1 2 Si 2 0 7 nepřímo (obr. 9), kdy poměrně složitým mechanismem vzniknou nejdříve mezifáze a z nich teprve vzniká ortorombický mullit polymorfní přeměnou kubického mullitu a dokončením krystalizace slabě krystalického ortorombického mullitu v teplotním intervalu 1150 až 1250 o C. Současně probíhá nukleace mullitu z amorfní hlinitokřemičité fáze s následným růstem jeho krystalů při teplotách nad 1250 o C. Tento fakt dokládá i malý nárůst podílu mulitu ve vzorcích vypalovaných na 1400 o C. Podle standardních postupů výpalu kaolinitových surovin při teplotě okolo 1400 C se směs mění na směs mullitu a skla bohatého oxidem křemičitým, s příměsí cristobalitu. Tento jev lze částečně pozorovat již při teplotě 1100 o C u vzorku Ro-1, kde ovšem dosud nebyl roztaven veškerý křemen a hematit. Tato nižší teplota vzniku podobné směsi je možná způsobena přítomností alkálií, které působí jako tavidlo. Obrázek 9. Fázová změna kaolinitu při různých teplotách výpalu (Hlaváč 1981). Vznik magnesioferitu při teplotě 1400 o C ve vzorky Ronna Ro-1 je vysvětlován přítomností MgO (1,78 hm%) vůči 0,87 hm% ve vzorku Odra Od-2. Tento malý rozdíl poměru MgO ve vzorcích je jediným vysvětlením jeho vzniku. Objemové změny vzorků, především smrštění a mírné spečení bylo pozorováno při teplotě 1100 o C. Výrazné natavení až roztavení vzorků (především u vzorku Ro-1 2P 1400) proběhlo při teplotě 1400 o C. K tomuto procesu výrazně přispěl velký podíl Fe 2 O 3 ve vzorcích. Především vzorek Ronna Ro-1 obsahuje až 18,64 hm% Fe 2 O 3. Tento vyšší podíl Fe 2 O 3 a sice nízká přítomnost 1,86 hm% CaO způsobily roztavení vzorku Ro-1 2P. Pokud totiž směs obsahuje uhličitany, které se při výpalu rozpadají za vzniku oxidu kovu a oxidu 46

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY uhličitého, dochází k reakci s oxidem křemičitým a vzniku sloučeniny s nízkým bodem tání (Gregerová et al. 2002). Vznik pórů ve vzorcích vypalovaných na teplotu 1400 o C souvisí také s přítomností Fe 2 O 3 ve směsi. Při teplotě kolem 1000 o C se Fe 2 O 3 rozpadá na FeO za vzniku elementárního kyslíku. Tlak kyslíky dosáhne barometrického tlaku při teplotě kolem 1350 o C. Pokud je již materiál roztaven, kyslík nemůže volně unikat a vzniká sekundární pórovitost (Gregerová et al. 2002). Vysoký podíl amorfní fáze SiO 2 ve vzorcích vypálených na 1400 o C a vymizení cristobalitu vzniklého při 1100 o C lze vysvětlit způsobem chladnutí a fázovým diagramem SiO 2 (obr. 10). Cristobalit vzniká především krystalizací amorfního Si0 2 vzniklého rozkladem jílových minerálů. Z amorfního Si0 2 vzniká cristobalit od teploty 945 o C. Cristobalit sám má dva polymorfy, a to vysokoteplotní neboli β-cristobalit, představující vysokoteplotní izometrickou formu a nízkoteplotní α-cristobalit, metastabilně existující za nízkých teplot jako tetragonální forma. Vysokoteplotní β-cristobalit je stabilní mezi teplotami 1470-1713 C a taje při 1728 o C. Při nižších teplotách je metastabilní. Metastabilní fáze pod (teplotou 1470 o C) je přechodnou formou mezi tridymitem. Vysokoteplotní β-cristobalit se při teplotě 268 o C mění na α-cristobalit. Vykrystalizovaný cristobalit byl zjištěn ve vzorku Ro-1 vypáleném na 1100 o C. Jeho roztavení při teplotě 1400 o C lze vysvětlit přítomností tavidel (alkálií) ve směsi a vyšším podílem oxidů železa. Vysvětlení otázky proč se cristobalit nenachází ve vzorku vypáleném na 1400 o C je ve způsobu chladnutí. Chladnutí je nejnebezpečnější etapa výpalu. Při maximální teplotě výpalu je hmota v pyroplastickém až roztaveném stavu. Při teplotě kolem 850 o C tavenina tuhne. β-cristobalit se mění na β-tridymit a při teplotě pod 200 o C až na α- tridymit. Pravděpodobně rychlé chlazení testovaných vzorků nebo přítomnost železa zabránily opětovnému vykrystalizování cristobalitu. Obrázek 10. Modifikační přeměny SiO 2 v řadě křemen - tridymit - cristobalit - sklo v závislosti na teplotě (Hanykýř a Kutzendorfer 2000). Technické žárovzdorné hmoty Vzhledem k výsledkům provedených analýz nás zajímají technické hmoty, u kterých se jako vstupní surovina používá rengen-amorfní SiO 2, indialit, cordierit, mulit či cristobalit. Chemicky vyjádřeno SiO 2, Al 2 O 3 a dále pak CaO, MgO, K 2 O a TiO 2. Pozornost proto byla zaměřena na žáruvzdorné hmoty především pálené výrobky z mulitu, šamot a hrubou keramiku (Al 2 O 3 * SiO 2 ). Pro výrobu je důležitý chemický obsah hlavních surovin a minerální složení produktu (tabulka 6). Z tabulky 6 vyplývá, že minerálním složením produktu a současně chemickým obsahem splňují přibližně daná kritéria oba vzorky pro křemenný šamot. Obsahují již při výpalu na 1100 C mulit a amorfní fázi. Jejich obsah Al 2 O 3 je kolem 20 %. Pokud se vzorky vypálí na 47

1400 C, křemen se roztaví. Nejvhodnější vzorek jako ostřivo do šamotu je vzorek Odra Od-2 vypálený na 1400 C. Obsahuje pouze amorfní fázi a cca 30 % mulitu. Problémy nastávají s oxidy železa ve vzorku Ronna Ro-1, které způsobují tavení směsi při nižších teplotách. Šamot Šamot se vyrábí pálením kaolinitových jílovců. K výrobě se používají také keramické suroviny sloužící jako plnivo nebo ostřivo. Do této kategorie patří zjištěný mulit, skelná fáze či cordierit. Při výrobě šamotu se žáruvzdorné suroviny drtí, třídí a mísí na požadovanou zrnitostní skladbu. Po stmelení kaolinovým jílem a tváření následuje vypalování. Při výpalu se v technické praxi často vyžaduje zvýšený obsah Al 2 O 3 (např. mulit), čímž se posouvá produkt do oblasti vysoce hlinitých žáruvzdorných hmot. Vznik mulitu při výpalu je předpokladem pro dosažení dobrých tepelně-mechanických a antikorozivních vlastností šamotu a dalších hlinitokřemičitých keramických produktů pálených při vysokých teplotách. Zatímco syntetický mulit tvoří velké kostrové krystaly a sloupečky, krystalky mulitu vznikající v keramické hmotě jsou velmi jemně jehličkové až tence sloupečkovité (lze je pozorovat pomocí elektronového mikroskopu). Jemné krystalky mullitu však mají mnohem příznivější tepelně mechanické vlastnosti. Použití šamotu záleží na jeho typu. Lehčený šamot má izolační vlastnosti pro provozní teploty do 1200 C. Lehčený šamot je značně pórovitý. Pórovitost je způsobena přídavkem spalitelných ostřiv do vytvářecí hmoty, které při výpalu vyhoří a zanechají po sobě drobné póry. Mastkového šamotu se používá hlavně pro elektrické pícky a spotřebiče. Odolává náhlým změnám teploty, má malou tepelnou roztažnost, malou elektrickou vodivost. Obsahuje až 6% MgO (označení steatit, cordit). Šamot zvláštní je určen především pro vyzdívky sklářských vanových pecí. Základní požadavkem tohoto šamotu je, aby odolával vlivům roztavené skloviny a aby se uvolňující šamotová zrna ve sklovině zcela rozpustila a netvořila kazy a šmouhy. Tabulka 6. Přehled běžných druhů žárovzdorných hmot, jejich složení a teplota použití (Gregerová et al. 2002). 48

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY Závěr V této etapě řešení dílčího cíle projektu V 004, bylo provedeno testování fyzikálních a keramickotechnologických vlastností vybraných referenčních vzorků (Ronna Ro-1 a Odra Od-2). Vzorky byly podrobeny sítové analýza a výpalu při různých teplotách. Pro zjištění změny složení minerálních fází byl použit RTG práškový difraktometr Seifert FPM (Co katoda 0,179026 nm). Bohužel výše popsané fázové modifikace testovaných referenčních vzorků lze jen velmi obtížně přirovnat k fázovým diagramům jílových hmot, živce a křemene (obr. 9 a 10). Příkladové fázové diagramy byly vytvořeny pro přesně definované směsi minerálů. Testované vzorky antropogenních porcelanitů jsou svým složením podstatně komplikovanější. Při výpalu zde probíhají některé děje za jiných teplot. Je to způsobeno přítomností tavidel a oxidů železa. Výsledky testů ukázaly tyto skutečnosti: Při výpalu obou referenčních vzorků na teplotu 1100 C vykrystalizoval z amorfní fáze mulit (19 26 %). Při výpalu na 1400 C vzrostl podíl mulitu již nepatrně (27 31 %). U vzorku Ronna Ro-1 z amorfní fáze vykrystalizoval kromě mulitu také částečně cristobalit, který se následně při teplotě 1400 C roztavil. Pravděpodobně z důvodu rychlého chladnutí jeho opětovné vykrystalizování neproběhlo. Přítomnost alkálií a vyššího podílů oxidu železa způsobují tavení směsi při nižších teplotách, než uvádějí fázové diagramy (obr. 9 a 10). Vyšší podíl oxidů železa způsobil ve vzorcích vypálených na 1400 C značnou pórovitost. Vyšší podíl oxidů železa při teplotě 1400 C způsobuje značné roztavení podsítného. Při teplotě 1400 C dochází k fázové přeměně hematitu na magnesioferit. Teplota výpalu testovaných vzorků v odvalu byla přibližně kolem 900 C. U všech vzorků vypalovaných na tuto teplotu k výrazným fázovým změnám nedošlo. Na výpal vzorků při teplotách 1100 až 1400 C nemá vliv zrnitost směsi. Bude nezbytné ještě testovat způsob výpalu, aby vyhovoval všem testovaným vzorkům. Z testovaných směsí se svým složením hodí jako ostřivo do šamotu nejvíce vzorek Odra Od-2 vypálený na 1400 C. Obsahuje pouze amorfní fázi a z cca 30 % mulit. V další etapě prací proběhne úprava vypalovacího režimu a jeho testování na referenčních vzorcích. Vypalovací režim je stanoven takto: Výpal: 400 C/h 800 C /h 1000 C/h 1250 C/h výdrž 3h Ochlazení: samovolné chladnutí pece na 950 C výdrž 2h samovolné chladnutí pece Jedním ze základních požadavků v průmyslové výrobě pálených keramických těles různého alumosilikátového složení, včetně porcelánu o vysoké pevnosti, je nalézt optimální podmínky pro tvorbu krystalů mulitu. Proto byl náběh teploty zvolen podle normy ČSN 72 1082 (Vypalovací zkoušky keramických surovin). Teplota výpalu byla stanovena s ohledem na podmínky krystalizace mulitu. Krystalizace mulitu je intenzivnější v uspořádaném kaolinitu. V neuspořádaném kaolinitu při páleni pouze na teplotu okolo 900 C je segregace oxidu hlinitého a oxidu křemičitého tak velká, že přímá krystalizace mulitu z metakaolinitu je podstatně zeslabena. Teprve při větším zahřátí na teplotu 1100 až 1200 C dochází i zde ke krystalizaci tzv. "pozdního mulitu", jež se projevuje difúzním exotermním efektem, kdy reagují segregované fáze γ Al 2 0 3 a SiO 2. Prodloužené pálení tedy podporuje krystalizaci mulitu (Konta 1982). Prodloužením vypalovacího času ze dvou na tři hodiny otestujeme Kontův předpoklad. Teplota 1250 C je stanovena jako limitní. Testováním se ověřilo, že při teplotě 1400 o C se u obou referenčních vzorků podíl mulitu výrazně nezvýšil. Při vyšších teplotách dochází k překročení barometrického tlaku kyslíkem, který se uvolňuje při tavení oxidů železa, což má za následek vznik pórů. Způsob chlazení byl zvolen s ohledem na fázový přechod a krystalizaci cristobalitu z amorfní fáze. V následující etapě prací bude proveden odběr zbývajících vzorků z vytypovaných lokalit. Celkový počet analyzovaných vzorků se předpokládá kolem 36 nově odebraných vzorků (9 vzorků na lokalitu) a 11 již 49

odebraných vzorků. Všechny vzorky budou analyzovány a vypáleny podle předem stanoveného vypalovacího režimu. Po výpalu se budou vzorky vzájemně porovnávat, aby se zjistila různorodost materiálu v různých částech odvalů. Zjištěné parametry zušlechtěných vzorků budou porovnány s parametry průmyslově vyráběných žáruvzdorných ostřiv. Reference ČSN 72 1082. Vypalovací zkoušky keramických surovin. ÚNM Praha, 1986. ČSN 72 1300. Žárovzdorné pálené zeminy jakost a klasifikace. ÚNM Praha, 1982. GREGEROVÁ, M., FOJT, B., VÁVRA, V. Mikroskopie horninotvorných a technických minerálů. MZM Brno, 2002. ISBN 80-7028-195-2. HANYKÝŘ, V., KUTZENDORFER, J. Technologie keramiky. Hradec Králové: Vega, s.r.o., 2000. 287. ISBN 80-900860-6-3. HLAVÁČ, J. Základy technologie silikátů. SNTL, Praha, 1981. KONTA, J. Keramické a sklářské suroviny. Praha: UK Praha, 1982. 364. ISBN 60-023-82. TOMÁNEK, V. Žáruvzdorné lupky a technologie jejich úpravy. Praha: VST Kladno, 1959. 247. 50

DÍLČÍ CÍL V 004 - APLIKACE JÍLOVÝCH SEDIMENTŮ PRO UŠLECHTILÉ STAVEBNÍ HMOTY V 004 Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty. Vlastimil MACŮREK Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. Aktivita A0829: - Prověření možnosti uplatnění červeně Bolus v keramické výrobě a zejména v sektoru památkové péče. II. etapa: 04 06. 2008 Byl odebrán objemový vzorek suroviny z lokality Bílence Nezabylice v množství cca 250 kg. V současnosti probíhá úprava suroviny (rozplavení) k vlastní výrobě barviva v hydrocyklonu. 51

52

DÍLČÍ CÍL V 005 - DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY DESULFATAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD Etapa IX. 1.4.2008-30.6.2008 Jiří VIDLÁŘ, Radmila KUČEROVÁ, Iva BESTOVÁ, Vojtěch VÁCLAVÍK, Petra MALÍKOVÁ, Jitka HAJDUKOVÁ VŠB Technická univerzita Ostrava Regenerace ettringitového kalu V této etapě byly provedeny opět testy regenerace ettringitového kalu na vzorcích důlní vody z lokality Sokolovská uhelná, právní nástupce a.s., Sokolov, konkrétně důlní vody z lomu Jiří (ČS J3 a Lomnice 2B). Odběr důlní vody proběhl 25.4.2008. Analýzy vody a testy byly provedeny v laboratoři IEI. Tabulka 1: Průměrné koncentrace vybraných složek důlní vody c(so 2- ph 4 ) c(fe) c(mn) c(al) (mg.l -1 ) (mg.l -1 ) (mg.l -1 ) (mg.l -1 ) 3,0 1173 53 4 6 V prvním kroku byla provedena desulfatace (chemické srážení). Zkoušky byly provedeny v 0,5l důlních vod s použitím krystalického hlinitanu sodného. Vzniklý směsný ettringitový kal byl odvodněn na vývěvě, ve filtrátu byla stanovena koncentrace síranových iontů. Výsledky desulfatace jsou uvedeny v tabulce 2. Dívka Ca (OH) 2 (g.l -1 ) Tabulka 2: Desulfatace důlní vody Dívka krystalického hlinitanu sodného (g.l -1 ) c(so 4 2- ) ve filtrátu (mg.l -1 ) Účinnost desulfatace (%) 2,6 2,2 78 93,35 3,0 2,2 28 97,61 3,2 2,2 21 98,21 3,2 3,0 48 95,91 V druhém kroku byla provedena regenerace ettringitového kalu (dle postupu aplikovaného v předešlých etapách). Vzniklý roztok hlinitanu sodného byl testován v procesu desulfatace důlních vod. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 3. Tabulka 3: Výsledky desulfatace s použitím regenerovaného hlinitanu sodného c(al 3+ ) v 50ml roztoku hlinitanu sodného (mg/50ml) c(so 4 2- ) ve filtrátu (mg.l -1 ) Účinnost desulfatace (%) 10 944 15,26 200 850 27,54 750 750 36,06 2900 550 53,11 2900 480 59,08 Opět se prokázalo, že hlinitan sodný (připravený regenerací čerstvého ettringitového kalu) má desulfatační účinky kolem 60%. 53

Testování ettringitového kalu jako sorbentu Hlavním cílem testů je posoudit možnosti použití ettringitu pro odstranění iontů kovů z modelových vod, konkrétně pro imobilizaci iontů Fe, Cu a Cd. Pro testy byl použit ettringit připravený z důlní vody Lomnice 2B. Charakteristika použitých vzorků je uvedena v tabulce 4. Tabulka 4: Použité vzorky ettringitu Vzorek Popis vzorku 1 Čistý ettringit, vysušený při laboratorní teplotě, zrnitost pod 0,25mm 2 Čistý ettringit, vysušený při 105 C, zrnitost pod 0,25mm 3 Čistý ettringit, vysušený při teplotě 600 C, zrnitost pod 0,25mm 4 Směsný ettringit, vysušený při teplotě 105 C, zrnitost pod 0,25mm Posouzení kvality ettringitu z pohledu jeho sorpčních vlastností stanovení jodového čísla (I) Vzorky ettringitu byly testovány na míru sorpční schopnosti metodou stanovení jodového adsorpčního čísla. Jodové adsorpční číslo je udáváno jako množství jodu v miligramech, které se adsorbuje na 1 g tuhé fáze z roztoku jodu v jodidu draselném o definované koncentraci. Pro stanovení jodového adsorpčního čísla (I), které nám poskytuje informace o mikropórovité struktuře vzorků, byla použita norma ASTM D4607 Standard Test Method for Determination of Iodine Number of Activated Carbon. Naměřená jodová adsorpční čísla pro jednotlivé vzorky jsou uvedena v tabulce 5. Tabulka 5: Hodnoty jodových adsorpčních čísel jednotlivých vzorků ettringitu Vzorek 1 2 3 4 I (mg.g -1 ) 55 36 58 124 110 135 138 147 169,75 140 128 135 I prům. (mg.g -1 ) 50 123 152 134 Nejvyšší jodové adsorpční číslo bylo naměřeno u vzorku 3 (čistý ettringit, vysušený při teplotě 600 C). Naopak nejnižší jodové adsorpční číslo bylo naměřeno u vzorku 1 (čistý ettringit, vysušený při laboratorní teplotě). U vzorku 3 lze tedy předpokládat největší fyzikální adsorpci (v porovnání s ostatními vzorky). Odstraňování iontů kovů z modelových vod Možnost použití ettringitu pro odstranění kovů byla testována na modelových roztocích Cu, Fe a Cd o vstupní koncentraci přibližně 1,000 g.l -1. 54

DÍLČÍ CÍL V 005 - DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY Zkoušky byly provedeny se vzorky čistého ettringitu získaného z důlní vody Lomnice 2B. Ettringit byl odvodněn na vývěvě, zhomogenizován a vysušen při 105 C. Pro laboratorní testy byla použita zrnitost pod 0,25 mm. K 50 ml modelových roztoků bylo přidáno 0,200 g vzorku čistého ettringitu. Roztok byl míchán při 105 ot.min -1 za konstantních podmínek (teplota 25 C). V předem stanovených intervalech byla stanovena koncentrace příslušného kovu a hodnota ph. Výsledky měření jsou znázorněny v grafu 1 a grafu 2. Z modelového roztoku kadmia byl po 12 hodinách míchání jeho úbytek 84%. Z modelového roztoku železa bylo odstraněno 77,78% a z modelového roztoku mědi 79,97%. Obsah příslušného kovu (%) 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 t (min.) Obsah kationtů železa v čase Obsah kationtů mědi v čase Obsah kationtů kadmia v čase Graf 1: Změna obsahů sledovaných kationtů kovů po nadávkování ettringitu 7,50 7,25 7,00 6,75 6,50 6,25 6,00 ph 5,75 5,50 5,25 5,00 4,75 4,50 4,25 4,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 t (min) Fe Cu Cd Graf 2: Změna ph modelových roztoků po nadávkování ettringitu 55

Další etapa výzkumu bude zaměřena na: Testování ettringitového kalu jako sorbentu těžkých kovů Možnost použití ettringitového kalu v procesu číření Příprava směsného desulfatačního kalu z důlní vody povrchového lomu ČSA MOST Množství vody odebrané ke zpracování: 5 000 litrů Použité chemikálie: Ca(OH) 2 (Vápenka Čertovy schody a.s. Čerťák ) NaAlO 2 (CHEMAX, s. r. o. Chemanal 10) Použité přístroje: míchadla EUROSTAR IKA WERKE ph metr laboratorní pec Clasic 3013L (regulátor Clare 4) Postup: V úpravně důlních vod (dále jen UDV) byla odebírána voda na přítoku voda z dolu ČSA. Směsný desulfatační kal (dále jen SD kal) byl připravován v prostorách UDV. Byla provedena alkalizace pomocí Ca(OH) 2 na ph 12,5 a následně nadávkován NaAlO 2 podle množství SO 2-4. Vzniklý SD kal (směsný, protože v průběhu desulfatace nebyl oddělen alkalizační kal) byl odsazen a následně zahuštěn pomocí filtrační textilie, bylo vyrobeno přibližně 200 l SD kalu o 82,78 % sušině. Vyrobený SD kal byl pak po transportu na náš institut volně sušen na vzduchu a poté tepelně upraven při teplotě 1100ºC. Získaný podíl byl semlet a prosítován na požadovanou frakci (velikost zrna < 0,25 mm). Postup přípravy SD kalu je znázorněn na Obr. 1 Obr. 8. Obr. 1: Vyrovnávací nádrž 1 (přítok na UDV ČSA) Obr. 2: Výroba SD kalu Obr. 3: Zahušťování SD kalu Obr. 4: Vyrobený SD kal 82,78 % sušina 56

DÍLČÍ CÍL V 005 - DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY Obr. 5: Sušení SD kalu při laboratorní teplotě Obr. 6: SD kal před tepelnou úpravou Obr. 7: SD kal po tepelné úpravě Obr. 8: SD kal připravený pro další použití Výstavba zkušební stěny Zkušební stěna pro odzkoušení aplikace a pozorování rozvoje mikrotrhlin omítky na bázi nesulfatačního kalu byla postavena v prostorách firmy D&DAXNER TECHNOLOGY s.r.o. jako materiál byla použita tvarovky z lehkého betonu daxner rozměru 290x140x65 mm. Fyzikálně mechanické vlastnosti tvarovky z lehkého betonu daxner jsou uvedeny v Tab. 1. Tabulka 6: Fyzikálně mechanické vlastnosti tvarovky z lehkého betonu daxner Objemová hmotnost (kg m-3) 1031 Pevnost v tlaku (N mm-2) 4,7 Pevnost v tahu za ohybu (N mm-2) 0,97 Požární odolnost (min.) 60 Tepelná vodivost λ (W m-1 K-1) 0,1 Tepelný odpor R (m2 K W-1) při tl. 65 mm 0,63 Součinitel difuzního odporu (m) 9 Vlhkostní roztažnost (mm2 m-1) 4,52 Vážená vzduchová neprůzvučnost RW (db m-2) při tl. 65 mm 37 Třída reakce na oheň B s1, d0 57

Zkušební plocha stěny činí 10 m 2 viz Obr. 9 Tloušťka stěny je 140 mm. Pro vlastní výstavbu stěny byla použita běhounová vazba zdiva viz Obr. 10. Obr. 9: Pohled na zkušební stěnu plochy 10 m 2 Obr. 10: Pohled na detail běhounové vazby zdiva Část zkušební stěny byla rozdělena omítníky (tl. 20 mm) ve vzdálenosti 0,5 m na pásy, ve kterých bude nanesena zkušební omítka komparační a na bázi SD kalu viz Obr. 11. Obrázek 11: Pohled na připravené zkušební pásy pro aplikaci omítky na bázi SD kalu Jako podkladní povrch pro minerální omítku byla použita omítka daxner interiérová s celulózou v tl. cca 5 mm. Fyzikálně mechanické vlastnosti uvedené omítky jsou uvedeny v Tab. 2. Omítka byla nanášena pomocí zubatého nerezového zednického hladítka viz Obr. 12. Tabulka 7: Fyzikálně mechanické vlastnosti omítky daxner interiérové s celulózou Objemová hmotnost 950 kg m -3 Přídržnost k podkladu 0,2 N mm -2 Odolnost proti úderu 5 mm Součinitel difúzního odporu [μ] 35 Tepelná vodivost λ -1 0,29 W m -1 K Pevnost v tlaku 0,4 N mm -2 Vydatnost při vrstvě tl. 5 mm 4,1 kg m -2 Zpracovatelnost 60 min. 58

DÍLČÍ CÍL V 005 - DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY Celková pohled na připravenou zkušební stěnu pro aplikaci minerální omítky na bázi SD kalu je uveden na Obr. 13 Obr. 12: Způsob nanášení omítky daxner interiérové s celulózou pomocí zubatého nerezového zednického hladítka Obr. 13: Pohled na připravenou zkušební stěnu aplikaci minerální omítky na bázi SD kalu Doporučení pro další etapu (červenec-září 2008) Návrh receptury minerální omítky na bázi SD kalu Zjištění fyzikálně mechanických vlastností omítky na bázi SD kalu. Stanovení přídržnosti dle EN 1015-12 a stanovení pevnosti v tahu za ohybu a v tlaku dle EN 1015-11. Nanesení komparační omítky a omítky na bázi SD kalu na zkušební stěnu v tl. cca 15 mm. 59

60

DÍLČÍ CÍL V 005 - DEMINERALIZAČNÍ TECHNOLOGIE ÚPRAVY DŮLNÍCH VOD - NÁVRH KOMPLEXNÍ METODIKY V 005 Demineralizační technologie úpravy důlních vod návrh komplexní metodiky. Vývoj komplexní demineralizační technologie úpravy důlních vod pro komerční využití Josef HALÍŘ Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s. Aktivita: A0831 - Analýza vývoje chemismu vod v lokalitě Jirásek a Radovesice. II.etapa: 04-06/2008 - Sběr a analýza dostupných dat chemismu vod z lokality Radovesice Ve spolupráci s vodohospodářem SD a.s. byla ve druhé etapě řešení úkolu v roce 2008 shromážděna dostupná data chemismu vod z lokality Radovesice. Pro jednotlivá odběrná místa byla vytvořena databáze chemismu vod. Sledované ukazatele kvality vody byly utříděny obdobným způsobem jako u lokality Jirásek v I. etapě. K dispozici pro další řešení úkolu jsou data od roku 2000. Vývoj jednotlivých ukazatelů kvality vody v období let 2000 až 2007 je zpracován do tabelárních a grafických výstupů (pracovní verze). Obdobně jako v I. etapě řešení úkolu byl, ve spolupráci s vodohospodářem SD a.s., sestaven plán odběrů vzorků vod pro rok 2008. Výsledky rozborů chemismu vod v jednotlivých odběrných místech v roce 2008 budou rovněž zahrnuty do řešení úkolu v roce 2008. 61

62

DÍLČÍ CÍL V-006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACI V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ METODIKA EKONOMICKÉHO HODNOCENÍ 2. ČTVRTLETÍ 2008 Jaroslav DVOŘÁČEK, Michal VANĚK VŠB Technická univerzita Ostrava Úvod Práce ve 2. čtvrtletí 2008 se zaměřily na problematiku ekonomického modelování. Těžiště našich aktivit spočívalo především v pokračujícím ověřování funkčnosti vytvořeného modelu. Rovněž jsme se věnovali opravám zjištěných nedostatků a dalšímu zpřesňování a doplňování vytvořeného ekonomického modelu. Ověřování funkčnosti modelu Ekonomický model byl sice postupně ověřován již v průběhu samotné jeho tvorby, ale komplexní prověření modelu provedeno zatím nebylo. Protože simulační ekonomický model byl realizován v prostředí tabulkového kalkulátoru, zápis abstraktního modelu je prováděn pomocí tzv. absolutních a relativních odkazů na adresu buňky. Jelikož byl model postupně upravován a doplňován, mohlo dojít ke vzniku chybných propojení mezi vstupními a výstupními buňkami tvořící simulační model. Odhalení těchto nesprávných propojení je možné teprve až při vlastním modelování, resp. simulování. Ověření funkčnosti modelu je významnou fází ekonomického modelování. Funkčnost modelu jsme ověřovali na následující typové úloze, která disponovala těmito rámcovými vstupními údaji: 1) produkce: 400 t/den; 2) jednosměnný provoz a 250 pracovních dní za kalendářní rok; 3) variabilní náklady dopravy a zpracování 1 tuny směsi 180 Kč/t; 4) fixní náklady ve výši 24 mil. Kč/rok (fixní náklady uvažovat jako exogenní faktor rozhodující o výši hospodářského výsledku); 5) celkový počet pracovníků 50; 6) průměrná měsíční mzda: 21 000 Kč, přičemž uvažovat 60 % mzdy jako fixní náklady; 7) spotřeba elektrické energie: 4 587 tis. Kč/rok, přičemž uvažovat 80 % jako fixní náklady; 8) cenu elektrické energie určit podle platného ceníku společnosti ČEZ. 9) cena za odběr (tržby za 1 tunu odpadové směsi); a) ostatní odpady: 232 575 Kč/t; b) nebezpečné odpady: 1650 4747 Kč/t; Už ze zadání typové úlohy byla zřejmá nezbytnost úpravy ekonomického modelu a to proto, že při jeho tvorbě se vycházelo ze vstupních údajů, které byly jednak druhově členěny a jednak nebyly agregovány. Bylo také zřejmé, že Model tržeb bude nezbytné doplnit o variantu výkupu odpadu, resp. o strukturu odpadu a z něho vyplývající cenu směsi, která bude základem pro výpočet tržby. Při zadávání údajů se postupovalo bod po bodu. Nejprve byla pozornost věnována výrobní kapacitě. Ačkoliv nebyl znám výkon instalovaného technologického zařízení, nebylo obtížně na základě znalosti nominálního časového fondu, expertního odhadu prostojů ve výši 12 % a zadané denní produkce směsi určit předpokládaný výkon nejslabšího hlavního technologického článku. Nominální časový fond ve výši 250 dnů jsme pro zjednodušení uvažovali pro celé desetileté hodnotící období. Rovněž 12% prostoje zůstaly ve výpočtech nezměněny. Jelikož byl zadán jednosměnný provoz, roční použitelný časový fond je potom představován 1760 hodinami. Jelikož byla snaha, aby model nebyl 63

pouze teoretický, nebylo uvažováno 100% využití výkonu technologického zařízení, ale pouze 90%. Byla-li požadovaná denní kapacita 400 t směsi, potom určující skutečný výkon nejslabšího článku je 57 t/h. Jelikož v dosavadním modelu nebylo možno zadat agregovaný vstup variabilní náklady dopravy a zpracování 1 tuny směsi, byl vytvořen další list Nákladového modelu Ostatní jednicové náklady, viz. obrázek 1. Obrázek 1. Ostatní jednicové náklady nový list Nákladového modelu Jak lze vidět z obrázku, list je zařazen za list Materiál a je připraven pro 20 agregovaných jednicových nákladových položek. Protože je znám objem produkce i jednicové náklady, náklady jsou potom získány vynásobením těchto vstupních údajů. Obdobně jako další nákladové listy, je i tento list připraven pro desetileté časové období trvání provozu posuzované technologie. Aby se celkové roční náklady v listu uváděných nákladových položek promítly v celkových nákladech spotřebovaných při provozu posuzované technologie, bylo nezbytné doplnit tyto celkové roční náklady do závěrečného výčtu nákladů, který je proveden v listu Služby a ostatní náklady. Protože k 1.1. 2008 došlo k úpravě ceníku za produkty a služby společnosti ČEZ, byla provedena korekce ceny v listu Energie. Při ověřování modelu byla uvažována distribuční sazba C02 a příkon podle jmenovité proudové hodnoty jističe před elektroměrem v rozmezí 3x125-3x160A. Stálé měsíční platby činí 616 Kč a sazba za spotřebovanou elektřinu ve vysokém tarifu je 3 875,97 Kč MWh. Jelikož v zadání úlohy nebyly fixní náklady blíže specifikovány, roční náklady ve výši 24 mil. Kč byly zadány jako ostatní provozní náklady. Již při modelování osobních nákladů se počítalo s tím, že při modelování se bude zadávat celkový počet pracovníků a průměrná výše mzdy. Model osobních nákladů nebylo třeba upravovat, pouze se zadaly vstupní údaje. Celkový přehled nákladů je proveden v sešitu Simulační model 2 v listu Nákladový model. V tomto listu jsou náklady uvedeny v druhovém členění. Protože modelování umožňuje zjednodušení reality, v rámci ověření funkčnosti modelu zůstaly vstupní údaje během desetiletého období nezměněny. Je zřejmé, že v reálné provozní praxi by ke změnám penězi ocenitelné spotřeby vstupů bezesporu docházelo. Pokud vyjdeme z typové úlohy, potom roční náklady a jejich struktura budou: 64

DÍLČÍ CÍL V-006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACI V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Tabulka 1. Náklady typové úlohy a jejich struktura. Nákladová položka Roční náklady [Kč] Roční náklady [%] Výkonová spotřeba 8 703 642 12,87 spotřeba materiálu 0 0,00 spotřeba energie 8 703 642 12,87 služby 0 0,00 Osobní náklady 16 975 980 25,10 mzdové náklady 12 574 800 18,59 náklady na sociální a zdravotní pojištění 4 401 180 6,51 sociální náklady 0 0,00 Daně a poplatky 0 0,00 Ostatní provozní náklady 41 962 560 62,04 Odpisy DHM a DNM 0 0,00 Finanční náklady 0 0,00 nákladové úroky 0 0,00 ostatní finanční náklady 0 0,00 Mimořádné náklady 0 0,00 Celkové náklady 67 642 182 100,00 Jelikož pro konstrukci nákladové funkce a i s ohledem na zadání typové úlohy je žádoucí členění nákladů ve vztahu k objemu produkce, bylo nutné určit výši fixních a variabilních nákladů. K určení bylo použito klasifikační analýzy, resp. kvalifikovaného odhadu zastoupení fixních a variabilních nákladů v jednotlivých nákladových položkách druhového členění. K vymezení fixních a variabilních nákladů bylo použito koeficientů příslušných nákladových položek, jak můžeme vidět na obrázku 2. Obrázek 2. Fixní a variabilní náklady 65

Uveďme příkladem osobní náklady. Je obvyklé, že mzda pracovníků je tvořena pevnou částkou (tarifní mzdou) a flexibilní částkou, která odráží výkon pracovníka (prémie, odměna). V našem konkrétním případě bylo uvažováno s fixními osobními náklady ve výši 60 %, a proto koeficient fixních mzdových nákladů a nákladů na sociální a zdravotní pojištění byl 0,6. Protože se počítalo s průměrnou mzdou, sociální náklady nebyly uvažovány, resp. byly zahrnuty v průměrné mzdě. Z výše uvedeného je zřejmé, že variabilní osobní náklady byly ve výši 40 %, čemuž odpovídal i příslušný variabilní koeficient. Jakmile bylo známo zastoupení fixních a variabilních položek, byla provedena závěrečná agregace a výpočet jednicových nákladů, což dokládá i následující obrázek 3. Obrázek 3. Celkové fixní a variabilní náklady a výpočet jednicových nákladů Další model, který byl prověřován, byl Model tržeb. Jelikož byly jednicové náklady počítány již v rámci Nákladového modelu, došlo k restrukturalizaci Modelu tržeb. Navíc byly zařazeny dva nové prvky modelu: 1) koeficient prodejnosti produkce; 2) výpočet ceny směsi odpadu. Říká se, že není problém vyrobit, ale prodat. Snahou managementu výrobního podniku proto je prodat vyrobenou produkci. Protože nemusí být vždy tato snaha beze zbytku naplněna, uplatňuje se při modelování tržeb koeficient prodejnosti. V naší typové úloze se uvažuje s odebíráním odpadů za účelem výroby základkových směsí. Z věcného hlediska je odebraný odpad vlastně vstupním materiálem výrobního procesu, na jehož konci je základková směs. Protože dodavatelé za odebírání odpadů platí, je spotřeba tohoto materiálů uvažována se záporným znaménkem. Jelikož se jedná o příjem organizace, modelujeme tuto nákladovou položkou 66

DÍLČÍ CÍL V-006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACI V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ v rámci Modelu tržeb. Protože odebírání odpadů není prodejem produkce, avšak zabečením vstupů, je při modelování uvažován koeficient prodejnosti o hodnotě 1. Při modelování tržeb byly vytvořeny dvě varianty určení výše tržeb. První varianta byla v podstatě založena na cenové kalkulaci a druhá varianta vycházela při určení ceny jednotky produkce z ceny tržní. Logika však byla u obou variant stejná. Díky technologie, která je výsledkem dílčích týmů výzkumného centra, se vyrobí produkt, který se bude dále realizovat na trhu. Výkup odpadu, který je v zásadě příjmem, je posun logiky modelu do další roviny. V zásadě je cena výkupu určována tržní cenou za výkup odpadu a jeho strukturou. Aby bylo možné stávající model využít, bylo nezbytné doplnit stávající model o výpočet ceny odpadu, a to s ohledem na zastoupení jednotlivých složek odpadu (nebezpečný odpad a ostatní odpad). Bylo zjištěno, že cena výkupu nebezpečného odpadu se pohybuje v rozmezí 1650 4747 Kč/t a cena ostatního odpadu se pohybuje v rozmezí 232 575 Kč/t. Při modelování se uvažovalo s nejnižšími cenami na trhu. Předpokládá se, že při simulacích se výkupní ceny budou měnit. Rovněž se předpokládá změna struktury vykupovaného odpadu. Samotné modelování ceny odpadu vidíme na obrázku 4 a modelování tržeb potom na obrázku následujícím. Obrázek 4. Modelování ceny odpadu Protože jsou tržby určovány na základě tržních cen, využívá se pro závěrečné ekonomické posouzení druhé varianty Modelu tržeb. Poslední opravy a korekce, které byly provedeny ve druhém čtvrtletí 2008, se týkaly Hodnotícího modelu. V původním modelu se předpokládala stejná daňová a diskontní sazba během celého období, ve kterém bude technologie posuzována. Ekonomická realita je však jiná, o čemž svědčí i aktivita vlády ČR v oblasti fiskální politiky státu. Proto je nyní v Hodnotícím modelu umožněno vložit daňovou sazbu, která platí, resp. se předpokládá v jednotlivých letech provozu posuzované technologie. Tato skutečnost se také projevila v úpravě propojení při výpočtu čistého zisku v rámci Modelu CF. 67

Obrázek 5. Modelování tržeb Při modelování typové úlohy se ukázalo, že není nezbytně nutné investovat do nové technologie, ale je možné využít stávajících technologických zařízení. Tato skutečnost významně ovlivňuje užití dvou metod hodnocení investic, a sice metodu výnosnosti investic a metodu vnitřního výnosového procenta. V modelu je proto včleněno testování ověřující, zda byla investice realizována či nikoliv. Jestliže se neinvestovalo, objeví se místo chybového hlášení sdělení: nepočítá se. Stejný postup je uplatněn při závěrečném vyhodnocení užitých hodnotících metod. Po provedených úpravách vypadá Hodnotící model následovně, viz obrázek 6. 68

DÍLČÍ CÍL V-006 DOSÁHNOUT VÝSLEDKŮ UMOŽŇUJÍCÍCH APLIKACI V PRAXI S OHLEDEM NA EKONOMICKÉ PARAMETRY NAVRHOVANÝCH VÝSTUPŮ Obrázek 6. Hodnotící model po provedených úpravách Modelováním typové úlohy byla prověřena funkčnost a připravenost modelu ekonomicky posuzovat technologická řešení vzniklá z práce jednotlivých dílčích týmů. V průběhu těchto prací byly zjištěné nedostatky opraveny a model byl dále doplněn a upřesněn. Protože výsledky, které bude námi vytvořený ekonomický model řešitelským týmům poskytovat, mohou významně ovlivnit směr jejich další práce, jsme přesvědčeni o nutnosti vystavit model dalšímu ověřování. Pozornost by se dále měla zaměřit na připravenost modelu k simulování. 69