Világítástechnikai üveghulladék tégla- és cserépipari felhasználhatóságának lehetőségei 1. rész

Átírás

1 Világítástechnikai üveghulladék tégla- és cserépipari felhasználhatóságának lehetőségei 1. rész Laczkó László 1) Gyutai Zsolt 1) Korim Tamás 2) Pósa Imre 1) laborvezető helyettes kutató analitikus intézetigazgató egyetemi docens 1) SZIKKTI Labor Szilikátkémiai Anyagvizsgáló-Kutató Kft. (Budapest) 2) Pannon Egyetem (Veszprém) Anyagmérnöki Intézet okl. gépészmérnök XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

2 Célkitűzés EU-s előírás, hogy a képződött üveghulladékot minimum 80%-ban újra kell hasznosítani. A lámpaüveg hulladék újraolvasztása környezetvédelmi okok miatt nem, vagy csak korlátozott mértékben lehetséges, ezért az építőanyag-ipar más szegmenseiben keresik az újrahasznosítási lehetőségeket. Kísérleti munkánk célja az építőipari alkalmazás egy szegmensének az agyagbázisú építőelemek (tégla és tetőcserép) előállításának vizsgálata volt. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

3 Az üveghulladék építőipari újrahasznosítása XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

4 Az előadás vázlata - A felhasznált anyagok jellemzése - Formázással kapcsolatos tulajdonságok vizsgálata (megmunkálási víztartalom, Pfefferkorn-féle képlékenységi szám) - Száradással kapcsolatos tulajdonságok vizsgálata (száradási zsugorodás, Macey-féle száradási érzékenység vizsgálat) - Égetés utáni tulajdonságok vizsgálata (égetési zsugorodás, fáziösszetétel-változás, morfológia, testsűrűség, porozitás, hajlítószilárdság) XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

5 A kísérletekhez felhasznált agyag és üveg kémiai összetétele szürke agyag (Solymár) üveg minta kémiai összetétel, m / m % izzítási veszteség (1000 C) 11,82 - SiO 2 49,88 72,36 Al 2 O 3 16,47 2,14 Fe 2 O 3 5,53 0,13 CaO 8,06 4,89 MgO 3,06 3,26 SO 3 0,92 0,17 K 2 O 2,71 0,68 Na 2 O 0,57 16,23 TiO 2 0,75 0,06 Mn 2 O 3 0,05 < 0,01 P 2 O 5 0,12 0,01 SrO 0,05 0,04 ZnO 0,01 < 0,01 ZrO 2 < 0,01 0,03 XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

6 A kísérletekhez felhasznált agyag ásványi összetétele azonosított fázisok fázisösszetétel, m / m % illit [K(H 3 O) + ]Al 2 [SiO 3 AlO 10 ](OH) 2 montmorillonit (0,5Ca,Na) 0,7 (Mg 0,7 Al 3,3 )[(Si 8 O )(OH) 4 ] 25 chamosit (thüringit) (Fe 2+,Mg) 5 Al(AlSi 3 O 10 )(OH) 8 10 kvarc SiO 2 albit NaAlSi 3 O 8 5 kalcit CaCO 3 10 dolomit (Ca,Mg)(CO 3 ) 2 5 gipsz CaSO 4.2H 2 O 1 pirit FeS 2 1 röntgenamrof - 3 XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

7 850 C 950 C 1050 C A kísérletekhez felhasznált agyag termoanalitikai vizsgálata H 2O H2O f g 2 szerves anyag CO 2 (sz) Fe2O3 H (sz) 2O g OH Fe O 3H O(g) α - FeO OH 2 Fe 2 3(sz) 2 3(sz) CaCO 3 CO CaO sz sz 2 g XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

8 Masszakészítés világítástechnikai üvegzúzalék (egyenes fénycsőüveg) solymári agyag solymári agyag + üvegzúzalék XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

9 Masszaösszetételek 0% üvegzúzalék 100 % solymári agyag 10% 0-1 mm szemcseméretű üvegzúzalék % 0-1 mm szemcseméretű üvegzúzalék 30% 0-1 mm szemcseméretű üvegzúzalék 40% 0-1 mm szemcseméretű üvegzúzalék % 80 % 70 % solymári agyag solymári agyag solymári agyag 60 % solymári agyag 0% üvegzúzalék 100 % solymári agyag 10% 1-2 mm szemcseméretű üvegzúzalék % 1-2 mm szemcseméretű üvegzúzalék 30% 1-2 mm szemcseméretű üvegzúzalék 40% 1-2 mm szemcseméretű üvegzúzalék % 80 % 70 % solymári agyag solymári agyag solymári agyag 60 % solymári agyag XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

10 Próbatestek készítése 32 x 64 x 15 mm élhosszúságú sablon A sablonból kiemelt nyersminta XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

11 megmunkálási víz mennyisége, m / m % Megmunkálási víztartalom A megmunkálási víztartalom alatt az adott technológia mellett jól formázható massza nedvességtartalmát értjük, a száraz anyag tömegszázalékára vonatkoztatva mm-es üvegzúzalék 0-1 mm-es üvegzúzalék az agyagmassza üvegtartalma, m / m % Az üvegtartalom soványító komponensként viselkedik az agyagmasszában, mert a megmunkálási víztartalom az üvegtartalom függvényében csökken. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

12 nedvességtartalom, m/m% Pfefferkorn-féle képlékenység A képlékenység szoros összefüggésben áll az agyagot alkotó agyagásványok mennyiségével, minőségével, szemcseméretével. A képlékenység számszerű meghatározására dolgozták ki az úgynevezett Pfefferkorn-féle képlékenységi vizsgálatot. A Pfefferkorn-féle képlékenységi szám az a százalékos víztartalom, amelynél egy adott méretű agyagmassza henger meghatározott erő hatására l/0,307 (=3,25) szorosára nyomódik össze , h0/h (összenyomódási viszonyszám) XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

13 Pfefferkorn-féle képlékenységi szám, Pfefferkorn-féle képlékenység m /m % üvegzúzalék mennyisége az agyagmasszában, m / m % 1-2 mm-es üvegzúzalék 0-1 mm üvegzúzalék Az üveghulladék soványító hatású, a 40 m / m % 0-1 mm szemcseméretű üveghulladék tartalmú minta képlékenységi értéke kb. a fele, a 40 m / m % 1-2 mm szemcseméretű agyagmassza képlékenysége kb. az 1/3-a az adalékmentes massza képlékenységi értékének. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

14 száradási zsugorodás, % Száradási zsugorodás A lineáris száradási zsugorodás a próbatest valamely frissen formázott méretének és a kiszárított test ugyanazon méretének különbsége, a frissen formázott test hosszméretének százalékában kifejezve üvegzúzalék mennyisége az agyagmasszában, m / m % 1-2 mm-es üvegzúzalék 0-1 mm-es üvegzúzalék Száradás szempontjából az üveghulladék adagolása kedvező hatású, mivel csökkenti a késztermék méretváltozását, ezáltal kisebb az esély a deformitásra, repedezésre. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

15 Macey-féle száradási érzékenység Egyenlőtlen nedvességeloszlás esetén egyenlőtlen száradási zsugorodás lép fel a szárítandó termékben. Ennek hatására az elemek felületén húzó-, belsejében nyomófeszültségek keletkeznek. Ha ezek a húzófeszültségek túllépik az agyag húzószilárdságát, akkor a mintadarabok (gyártás során a nyerstermékek) megrepednek. A száradási érzékenységet a Macey-féle száradási érzékenységi számmal jellemezzük. A száradásra nem érzékeny agyagoknál a Macey szám < 3,5; a közepesen érzékeny agyagoknál 3,5-7,0 % közötti, > 7,1 -nél már nagy, > 10,1 -nél a massza igen nagy érzékenységűnek mondható. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

16 Macey-féle száradási érzékenység A Macey-próbatest a vízzáró réteg eltávolítása után, feldarabolás előtt, sorszámozva A próbatest darabok 1-10-ig, a nedvességgradiens meghatározásához XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

17 Macey-féle száradási érzékenység, m / m % nedvességtartalom, m / m % nedvességtartalom, m / m % Macey-féle száradási érzékenység szeletek száma (1-száradó felület) szeletek száma (1 - száradó felület) 0 % 0-1 mm-es üvegzúzalék 10% 0-1 mm-es üvegzúzalék 0 % 1-2 mm-es üvegzúzalék 10% 1-2 mm-es üvegzúzalék % 0-1 mm-es üvegzúzalék 30% 0-1 mm-es üvegzúzalék % 1-2 mm-es üvegzúzalék 30% 1-2 mm-es üvegzúzalék 40% 0-1 mm-es üvegzúzalék 40% 1-2 mm-es üvegzúzalék üvegzúzalék mennyisége az agyagmasszában, m / m % mm-es üvegzúzalék 0-1 mm-es üvegzúzalék XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

18 nyers hajlítószilárdság, MPa Szárított próbatestek hajlítószilárdsága mm-es üvegzúzalék 1-2 mm-es üvegzúzalék üvegzúzalék tartalom, m / m % XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

19 Égetés Az égetés közben a kerámiák geometriai méretei, porozitása, morfológiája, fázisösszetétele, szilárdsága jól mérhetően változik. Ezen változások nyomon követésére a próbatesteket 3 különböző hőmérsékleten égettük (850, 950, C). A csúcshőmérséklet elérése után 2 órás hőntartást alkalmaztunk, majd a kemencében hagytuk azokat szobahőmérsékletűre hűlni. hőmérséklet növekszik XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

20 összes zsugorodás, % összes zsuorodás, % Száradási + égetési (összes) zsugorodás Az összzsugorodás a próbatestek teljes geometriai változását adja meg, a nedves állapottól kezdve, egészen az égetés utáni állapotig C 950 C 850 C az agyagmassza üvegzúzalék (0-1 mm) tartalma, m / m % égetési hőmérséklet C 950 C 850 C égetési hőmérséklet az agyagmassza üvegzúzalék (1-2 mm) tartalma, m / m % XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október 19-.

21 égetési zsugorodás, % égetési zsugorodás, % Égetési zsugorodás Az égetési zsugorodás a száraz próbatest meghatározott hosszméretének és a kiégetett próbatest hosszméretének különbsége, a száraz próbatest hosszméretében kifejezve az agyagmassza üvegzúzalék (0-1 mm) tartalma, m / m % 1050 C 950 C 850 C az agyagmassza üvegzúzalék (1-2 mm) tartalma, m / m % 1050 C 950 C 850 C XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

22 látszólagos porozitás, V / V % látszólagos porozitás, V / V % Testsűrűség, látszólagos porozitás testsűrűség, g/cm C 950 C C mm-es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % testsűrűség, g/cm C 950 C 850 C 1-2 mm-es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % C C 950 C C C mm-es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % 1-2 mm-es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október C

23 vízfelvétel, m / m % égetési hőmérséklet vízfelvétel, m / m % égetési hőmérséklet látszólagos porozitás, V / V % látszólagos porozitás, V / V % Látszólagos porozitás, vízfelvétel C 950 C C mm-es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % C 950 C C 1-2 mm-es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % C 950 C 1050 C C 950 C 1050 C 0-1 mm szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % 1-2 mm szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

24 Az égetés során bekövetkező morfológiai változások 850 C 950 C 1050 C üvegzúzalék nélkül üvegzúzalék nélkül üvegzúzalék nélkül 850 C 950 C 1050 C % 0-1 mm-es üvegzúzalék % 0-1 mm-es üvegzúzalék % 0-1 mm-es üvegzúzalék XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

25 Az égetés során bekövetkező morfológiai változások 850 C 950 C 1050 C üvegzúzalék nélkül üvegzúzalék nélkül üvegzúzalék nélkül 850 C 950 C 1050 C % 1-2 mm-es üvegzúzalék % 1-2 mm-es üvegzúzalék % 1-2 mm-es üvegzúzalék XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

26 Az égetés során bekövetkező fázisösszetétel változások % 0-1 mm szemcseméretű fénycsőüveg zúzalék tartalmú, 850 C on égetett kerámia % 0-1 mm szemcseméretű fénycsőüveg zúzalék tartalmú, 950 C on égetett kerámia % 0-1 mm szemcseméretű fénycsőüveg zúzalék tartalmú, 1050 C on égetett kerámia XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

27 Az égetés során bekövetkező fázisösszetétel változások % 1-2 mm szemcseméretű fénycsőüveg zúzalék tartalmú, 850 C on égetett kerámia % 1-2 mm szemcseméretű fénycsőüveg zúzalék tartalmú, 950 C on égetett kerámia % 1-2 mm szemcseméretű fénycsőüveg zúzalék tartalmú, 1050 C on égetett kerámia XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

28 anortit tartalom, m / m % égetési hőmérséklet kvarctartalom, m / m % égetési hőmérséklet muszkovit tartalom, m / m % égetési hőmérséklet Az égetés során bekövetkező fázisösszetétel változások SiO 2 KAl 2 [Si 3 AlO 10 (OH) 2 ] 850 C 1050 C C 1050 C üvegzúzalék tartalom, m / m % (üvegzúzalék szemcsemérete, mm) üvegzúzalék tartalom, m / m % (üvegzúzalék szemcsemérete, mm) Ca 2 Al 2 Si 2 O C 1050 C üvegzúzalék tartalom, m / m % (üvegzúzalék szemcsemérete, mm) XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

29 hajlítószilárdság, MPa égetési hűmérséklet diopszid tartalom, m / m % égetési hőmérséklet szodalit típusú tektoszilikát tartalom, m / m % égetési hőmérséklet Az égetés során bekövetkező fázisösszetétel változások CaMg[Si 2 O 6 ] 850 C 1050 C Na 6 Ca 2 Al 6 [SiO 4 ] C 1050 C üvegzúzazék tartalom, m / m % (üvegzúzalék szemcsemérete, mm) üvegzúzalék tartalom, m / m % (üvegzúzalék szemcsemérete, mm) % 10 (0-1) 10 (1-2) (0-1) (1-2) 30 (0-1) 30 (1-2) 40 (0-1) üvegzúzalék tartalom, m / m % (üvegzúzalék szemcsemérete, mm) 40 (1-2) 850 C 1050 C XXXII. TÉGLÁS NAPOK 29

30 hajlítószilárdság, MPa égetési hűmérséklet hajlítószilárdság, MPa égetési hőmérséklet hajlítószilárdság, MPa égetési hőmérséklet Hajlítószilárdság vizsgálatok C 950 C 850 C C 950 C 850 C 0-1 mm -es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % 1-2 mm-es szemcseméretű üvegzúzalék tartalom, m / m % % 10 (0-1) (1-2) (0-1) (1-2) (0-1) (1-2) (0-1) (1-2) C 1050 C üvegzúzalék tartalom, m / m % (üvegzúzalék szemcsemérete, mm) XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

31 A kiégetett kísérleti termékek (0-1 mm szemcseméretű egyenes fénycsőüveg adalékkal) 10% üveg; 850 C % üveg; 850 C 30% üveg; 850 C 40% üveg; 850 C 10% üveg; 950 C % üveg; 950 C 30% üveg; 950 C 40% üveg; 950 C 10% üveg; 1050 C % üveg; 1050 C 30% üveg; 1050 C 40% üveg; 1050 C XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

32 A kiégetett kísérleti termékek (1-2 mm szemcseméretű egyenes fénycsőüveg adalékkal) 30% 40% 1050 C 10% 40% 10% % 950 C % 30% 30% 30% 10%; 950 C 950 C 1050 C XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

33 Tervezett vizsgálatok - nyomószilárdság vizsgálatok - kioldódó nehézfém-tartalom (Hg, Cd, Pb) - aktív oldható sótartalom (MSZ EN 772-5) - dilatációs vizsgálatok - pórusméret-eloszlás XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

34 Összefoglalás 1) a 0-1 mm-es és az 1-2 mm-es szemnagyságú egyenes fénycsőüveg zúzalék mennyiségének növekedésével a megmunkálási víztartalom és a massza képlékenysége is csökken. 2) A száradási zsugorodás, száradási érzékenység és a nyers hajlítószilárdság csökkenése is megfigyelhető az üvegzúzalék mennyiségének növelésével. 3) Az összes zsugorodás a növekvő üvegzúzalék tartalommal csökken, a 0-1 mm szemcseméretű üvegzúzalékot tartalmazó próbatestek esetében 950 C nál minimumot mutat, és az égetési hőmérséklet emelésével a zsugorodás is növekszik. 1-2 mm-es szemcseméretű üvegzúzalékot tartalmazó próbatestek esetében az összes zsugorodás a növekvő üvegtartalommal és égetési hőmérséklettel csökken. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

35 Összefoglalás 4) A minták testsűrűsége a 0-1 mm szemcseméretű üvegzúzalékot tartalmazó próbatestek esetén a várakozásnak megfelelően alakult, vagyis az üvegtartalom és az égetési hőmérséklet növelésével nő. Az 1-2 mm szemcseméretű üvegzúzalékkal készített minták esetében csak a 850 C on égetett minták testsűrűsége növekszik. 950 és 1050 C os égetésnél, 30% üvegzúzalék tartalom estén a testsűrűség minimumot vesz fel. 5) A minták vízfelvétele az égetési hőmérséklet növekedésével csökken, a legkisebb vízfelvétel a legnagyobb üvegzúzalék tartalmú (40%) 1050 C on égetett mintáknál mérhető. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

36 Összefoglalás 6) A morfológiai vizsgálatok alapján az üvegzúzalék nélküli mintáknál az égetési hőmérséklet növekedésével tömörebb textúra alakult ki. % (0-1 mm szemcseméretű) üvegadalékot tartalmazó mintánál 950 C-nál magasabb égetési hőmérérsékleten olvadék képződése jellemző. Ez különösen jól látszik a hasonló körülmények között készített, nagyobb szemcseméretű (1-2 mm) üvegadalékot tartalmazó mintánál. 7) A minták röntgendiffrakciós vizsgálata alapján megállapítható, hogy 30-40% üvegtartalomnál 950 C feletti égetési hőmérsékleten egyre nagyobb a diopszid (láncszilikát) és egy szodalit típusú tektoszilikát fázis mennyisége. E két ásványi alkotó jelentős mértékben hozzájárul a szilárdság növekedéséhez. XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október

37 Köszönetnyilvánítás a munka elvégzéséhez nyújtott segítségért: Wojnárovitsné Dr. Hrapka Ilona ügyvezető igazgató (SZIKKTI Labor Kft.) Sajó István XRD specialista (SZIKKTI Labor Kft.) Fórizs Katalin Laboratórium vezető (SZIKKTI Labor Kft.) Bakos Ferencné vizsgáló technikus (Pannon Egyetem, Anyagmérnöki Intézet) Farda Zsolt, Vígh Krisztián egyetemi hallgatók (Pannon egyetem) XXXII. TÉGLÁS NAPOK 37

38 Köszönöm megtisztelő figyelmüket! web: tel.: XXXII. TÉGLÁS NAPOK 17. október