A PERNYEHASZNOSÍTÁS ELJÁRÁSTECHNIKAI KÉRDÉSEI

Átírás

1 A Miskolci Egyetem Közleménye A sorozat, Bányászat, 55. kötet, (2001). p "Tiszta Környezetünkért" Szénerőműi pernyék hasznosításával tudományos konferencia A PERNYEHASZNOSÍTÁS ELJÁRÁSTECHNIKAI KÉRDÉSEI Prof. Dr.habil. Csöke Barnabás tanszékvezető egyetemi tanár Miskolci Egyetem 1. Bevezetés Hazánkban a szilárd tüzelőanyagok (kőszén, barnaszén, lignit) még hosszú ideig fontos szerepet fognak játszani az energia-termelésben. Évente mintegy 4 millió tonna pernye és salak keletkezik, melyből 3,5 millió tonna az elektrofilterekben leválasztott finom pernye. A tárolt hulladékanyag amellett, hogy környezeti kockázatot jelent a környező felszíni és felszín alatti vizekre, értékes földterületeket von el a településtől, a mezőgazdaságtól és az ipartól. A hányók egyúttal értékes építőipari nyersanyag-források. A hányók anyagának hasznosításához tehát jelentős környezetvédelmi és nemzetgazdasági érdekek fűződnek. 2. A pernyehányók anyagi tulajdonságai A legfontosabb kémiai és fizikai tulajdonságokat a tiszaújvárosi pernyehány óra közelmúltban elvégzett vizsgálatokon (geodéziai felmérés, fúrásminták megvétele, a minták kémiai összetételének és fizikai tulajdonságainak mérése, a pernyevagyon mennyiségi és minőségi jellemzőinek megállapítása) keresztül mutatjuk be. A Tiszaújvárosi Erőmű pernyetárolójában jelenleg em, azaz 7,23 Mt (száraz) pernye található.

2 142 Csöke Barnabás 2.1. A pernyehányók anyagának kémiai összetétele A tiszaújvárosi tárolt anyag átlagos kémiai összetétele: 56,2-60,3 % SiCV, 22,6...26,3 % A ; 2,52...4,72 % CaO; 1,0... 1,47 % MgO; % izzítási veszteség. A tárolt anyag vastartalma erőteljesebben ingadozik, Fe 2 03-tartalma 7, ,5 %. Ezek az értékek megfelelnek a korábbi tapasztalatoknak: Erőmű Si0 2 A FeaOa CaO MgO KaO Na 2 0 Izz.v. Gyöngyösvisontai ,4-2, ,2-0,0 2,6-6 Borsodi ,5-3 1,0-2,2 1-1,3 1-3 A nedvességtartalom átlagban kb. 26 %. Az átlagminták nehézfém-tartalma - az ólom kivételével - nem haladja meg az átlag talaj nehézfém-tartalmát, az ólom ettől kissé nagyobb koncentrációban van jelen: Pb Cd Zn Ni Cu Cr mg/kg száraz talaj Pernyében mért (Tiszaújváros) 4,7-15,0 <0,5 14,1-35,9 5,3-22,4 12,6-18,5 7,1-12,5 Talaj Átlag konc. 0,1-5 0, EU ajánlás

3 ,4 pernyehasznosítás eljárástechnikai kérdései Javaslat pernyéből kötő- és töltőanyag termékek előállítását szolgáló technológiai rendszer kialakítására 3.1. A javaslat tárgya A javaslat tárgya pernyéből piacképes termékek - kötő- és töltőanyagok - előállítását szolgáló országos technológiai és értékesítő rendszer kialakítása A javaslat célkitűzése A javaslat célkitűzése a hazai erőművekből kikerülő pernyék és salakok hasznosítása. Ilyen újszerű feladat megoldásakor célszerű a nemzetközi tapasztalatokból kiindulni. Az alábbi táblázatokból is megállapítható, hogy az EU országokban a pernye hasznosítása széleskörű, és igen nagymértékű (76 %). Cement-nyersanyag Aszfalt töltőanyag Szerkezetek töltése Cement-keverék Altalaj-stabilizálás Talaj-adalék Beton-adalék Útalap Üregek töltése Légbuborékos betonblokkok Általános töltőanyag Csiszoló por Egyéb betonblokkok Gipsz blokkok Növényi táp Könnyű aggregátum Gipsz-profil Cementkötéskésleltető 1. táblázat: Pernyehasznosítás fő területei Az újrafelhasználásra kerülő erőművi pernye felhasználási területek szerinti megoszlását a következő ábrán látható kördiagram mutatja be (EU, 1998).

4 144 Csöke Barnabás Betonadalé Cement keverék Cement nyersanyag Termelés: 43,7 Mt Hasznosítási Tok: 41 % 1. ábra: A pernye újrafelhasználási területek arányai az Európai Unióban (1998) A legjelentősebb felhasználási területek: betonadalékként, cementadalékként (beleértve a cementnyersanyagkcnt) való hasznosítás, valamint az útépítés Pernye hasznosíthatósága az útépítésben E hulladékok útépítési hasznosításának kérdése nem új keletű, számos hasznosítási módot tankönyvekben is megtalálunk, továbbá a magyar és a klilíoldi szabványok, építési előírások (ÚT , ÚT , ÚT , ME , MSZ ) is rendelkezésre állnak. Az autópályák példájával szemléltetve: a legalsó alapréteg a védőréteg, amely homok-kavics; középső és felső alapréteg sovány beton, amely ásványi szemcsés vázanyagból (kavics-homok vagy zúzottkő) és a kötőanyagból áll.

5 A pernyehasznosítás eljárástechnikai kérdései A kötőanyag cement vagy (a cementet részben vagy egészében helyettesítő) hidraulikus pernye, ill. mész + nem hidraulikus pernye (1:4, 1:5 arányú) keverék lehet. Kopóréteg Kötőréteg 2. ábra: Útpálya szerkezete 3.4. Pernye hasznosíthatósága az építőiparban A pernye építőipari felhasználása, legfontosabb területei. A pernye felhasználható a cementgyártáshoz, mint klinker megtakarítást szolgáló helyettesítő anyag (pl. a savanyú pernyét max. 35 tömeg %-ban adagolják). A pernyéből építési szilikátblokk készítése a hazai építőipari gyakorlatban közismert. A pernyét közvetlenül betongyártásban is felhasználják, elsősorban töltőanyagként, amellyel cementet takarítanak meg. A cement-pernye arány a kívánt betonszilárdságtól függően: % cement és % pernye.

6 146 Csöke Barnabás 3.ábra. Castor és Pollux toronyházuk Frankfurtban Egy jellemző példa (3. ábra): Castor és Pollux toronyházak Frankfurtban klasszikus beton épületek. A magasabbik 130 méter. Egybefüggő betonalapon épültek, amelyhez 180 kg cementet és 120 kg pernyét használtak fel m' - énként, ezzel alacsony hidratációs hőt tudtak elérni. Az alap felső rétege nagy koptató ellenállásra volt méretezve, így m-enként 280 kg portlandcementet és 70 kg pernyét használtak fel e réteg kialakítására. A belső falakat nagy teherbírásra méretezték, így nagyobb tér kialakítására nyílt lehetőség. A belső falak B65-ÖS betonjához 400 kg cementet és 100 kg pernyét alkalmaztak m-enként. A tartó pillérek Bl 15- ös nagy szilárdságú betonjához 470 kg cementet, 120 kg pernyét és 35 kg mikrokovaföldet kevertek össze m-enként. 90 nap után a tartó pillérek szilárdsága elérte a 130 N/mm 2 -t. A fentiekből kitűnik, hogy a pernye építőipari és útépítési hasznosítása széles körben lehetséges, ennek szakmai akadálya nincs. Mi az oka akkor azonban annak, hogy hazánkban lényegében nem hasznosítják az útépítésben a pernyét, és beton adalékként való alkalmazása is csekély.

7 A pernyehasznosítás eljárástechnikai kérdései 147 A hazai és részben a külföldi építőipar idegenkedése e hulladékok alkalmazásától elsősorban a következő okokra vezethető vissza: az égetőműi maradékok ingadozó fizikai-mechanikai és kémia tulajdonságai; különösen is jelentős ingadozásra számíthatunk, azoknál az erőműi pernyéknél, ahol többféle szenet dolgoznak, ill. dolgoztak fel; ezzel szemben a cement stabil, szabványos minőségű kötőanyag, ahol a tervezőt és az építőt nem érheti meglepetés, felelőssége, kockázata - az építési előírások betartása esetén - elhanyagolható; kétségtelen az is, hogy nincs elegendő hazai alkalmazási tapasztalat sem az ilyen utak készítésében, valamint az így készített utak tartósságára, sem pedig az ilyen betontermékek előállítására A technológiai rendszer és a gyártott termékek A fenti hátrányok megszüntetése érdekében: => garantált állandó minőségű pernyetermékek előállítását kell megvalósítani; => e termékekhez minőségtanúsítványt és felhasználási utasítást, leírást kell adni; => e célra korszerű eljárástechnikai technológiai rendszert kell kialakítani; => e pernye termékeket a mai felhasználói technológiai rendszerek által igényelt (pl. a cementhez hasonló) kiszerelésben (tartálykocsi, zsák) kell a felhasználó rendelkezésére bocsátani; => a meglévő beton- és aszfaltkeverő telepeken plusz egy vagy két tartály (puccolán - kötőanyag és/vagy pernyés töltőanyag) beiktatásával új építési és útépítési beton és aszfalt termékek jelenhetnek meg.

8 148 Csöke Barnabás A tervezett termékek: Útépítési puccolán termékek: útépítési puccolán: pernye + égetett mész megfelelő finomságra őrölt keveréke; útépítési gipszes puccolán: pernye + égetett mész + gipsz megfelelő finomságra őrölt keveréke; Útépítési aszfalt töltőanyagok: pernyés aszfalt töltőanyag: kiszárított és finomra (<0,09 mm) őrölt pernye; mészköves pernyetöltőanyag: kiszárított és finomra őrölt pernye és mészkőliszt megfelelő arányú keveréke; Építési töltőanyagok: pernyés betontöltőanyag: kiszárított és a megfelelő finomságra őrölt pernye; adalékanyagos pernyés betontöltöanyagok: kiszárított és finomra őrölt pernye és a beton tulajdonságokat (fagyállóságot, bedolgozhatóságot) javító adalékanyagok keveréke. A fenti termékeket az alábbi rendszerrel lehet előállítani. ábrákon vázlatosan bemutatott technológiai A puccolán-kötöanyag előállításakor a technológiai folyamat az alábbi müveleteket foglalja magába: a nyers pernye kitermelése (jövesztés és rakodás) és a feldolgozó rendszerre történő feladása; kalapácsos vagy golyós malomban való szárító őrlése 80 % <0,09, mm; ezzel párhuzamosan a darabos mészkő égetését és az égetett mész porráoltását (e folyamatlépcső feleslegessé válik, ha a mészhidrát-port vásároljuk); valamint az így kapott mészhidrát és száraz őrölt pernye pornak folytonos dobkeverővel történő megfelelő 1:4 1:5 arányú összekeverését; a végtermék tárolását; és megfelelő kiszerelését.

9 A pernyehasznosítás eljárástechnikai kérdései 149 Pernye-hányó ; Darabos mészkő Jö vesztés: kitermelés a hánvóból Mészkő kiégetés Pernye szárítása és őrlése Égetett mész porráoltása és őrlése Szárított és őrölt pernye tárolása Égetett mész-por tárolása 1 Pernye és mészhidrát keverék előállítása VÉGTERMÉK TÁROLÁS 4.ábra: Puccolán termékek előállítása

10 150 Csöke Barnabás Töltőanyagok előállítása A töltőanyagok előállításakor a technológiai folyamat műveletei a pernye kitermelését, golyósmalomban vagy kalapácsos malomban való szárító őrlését, ezzel párhuzamosan a mészkő őrlését, valamint az így kapott száraz őrölt pernye és a mészkő egyedi tárolását és kiszerelését, vagy megfelelő arányú összekeverését és tárolását, kiszerelését foglalják magukba. a nyers pernye kitermelése (jövesztés és rakodás) és a feldolgozó rendszerre történő feladása; a pernye golyósmalomban vagy kalapácsos malomban való szárító őrlése; betonba való felhasználáskor 80 % <0,063 mm-re; aszfalt töltőanyagként betonba való felhasználáskor 85 % <0,09 mm-re; ezzel párhuzamosan a mészkő őrlése (aszfalt-töltőanyag célra); a száraz őrölt pernye és a mészkő-por külön-külön tárolása; valamint e termékek kiszerelése; vagy a kapott száraz őrölt pernye és a mészkő-pornak folytonos dobkeverővel történő, a mindenkori felhasználásnak (autópálya, kisfogalmú út..., ill. kopóréteg, alap- vagy kiegyenlítő réteg) és az alapanyagok tulajdonságai által (a laboratóriumi kísérleti tervezés révén) maghatározott megfelelő arányú összekeverése; e keverék végtermék tárolása; és megfelelő kiszerelése.

11 A pernyehasznosítás eljarastechnikai kérdései 151 Pernye-hányó Darabos mészkő Jövesztés: kitermelés a hányóból Mészkő előőrlés Pernye szárítása és őrlése Mészkő töltőanyag tárolás Pernye-töltőanyag tárolása Pernye és mészkő töltőanyag keverék előállítása és tárolása 5.ábra: Töltőanyag-termékek előállítása A 4. és 5. ábra célszerűen egységes technológiai rendszert képez.

12 152 Csöke Barnabás Szárító őrlés 90 % < 0,09 mm-re pneumatikus őrlemény-kihordással ÍTJezen) Feladás,_J Végtermék 1 Feladóbunker 6 Kalapácsos malom 2 Szállítószalag 7 Előleválasztó ciklon 3 Cellásadagoló 8 Filter 4 Forrólevegő bevető 9 Ventilátor 5 Tüzelőberendezés 6.ábra: Liezen őrlőrendszer

13 A pernyehasznosítás eljárástechnikai kérdései A javaslat műszaki-gazdasági és környezetvédelmi jelentősége A javaslat megvalósításának gazdasági hátterét egyrészt a közvetlen eredmény, másrészt a közvetett eredmények képezik: e hulladékok megbízható, környezetet nem károsító elhelyezésének megoldása, jövőbeni lerakó-térfogat igény mérséklése, a természetes primer nyersanyagokkal való takarékoskodással a természet közvetlen bányászattal történő sérülésének mérséklése, amelyek gazdasági értéke messze meghaladja az útépítésben és a betongyártásban jelentkező gazdasági eredményeket. Egy évben a cementből kb. 2 Mt-t a betonkészítésben hasznosítanak, amelyhez % pernye adagolható, azaz átlagban t pernye. Mindebből kitűnik, a pernye-adagolással közel a teljes cementimport gazdaságosan és versenyképesen kiváltható. Irodalom [1] Bokányi L.: A széntüzelésű erőművek maradékanyagainak termelése és hasznosítása a fejlett ipari országokban (Tanulmány). A tiszaújvárosi erőműi pernyehányó ásványvagyona mennyiségi, fizikai és kémiai jellemzőinek meghatározása. (Kutatási jelentés. Miskolci Egyetem, Eljárástechnikai Tanszék, Miskolc, aug.31.) [2] Csöke B.- Erős Gy.-Hegyaljay Gy.: Javaslat pernyéből kötő- és töltőanyag előállítását szolgáló országos technológiai és értékesítő rendszer kialakítására, különös tekintettel a hazai pernyék építési másodnyersanyagként történő hasznosítására (kézirat). Miskolc-Budapest, július 10. [3] Ranze, W.-Herziger, M.: Einsatzgebiete und Antriebsmotoren für Schlägermühlen. ZKG International.No.2/2000. pp: [4] Hammermühlen. Maschinenfabrik Liezen. Ges. M.B.H.(Austria)