Oktatási és kutatási kihívások a másodnyersanyagok feldolgozása területén a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karán

Átírás

1 Nagy Sándor, Mucsi Gábor, Bokányi Ljudmilla, Faitli József, Rácz Ádám Oktatási és kutatási kihívások a másodnyersanyagok feldolgozása területén a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karán ORSZÁGOS BÁNYÁSZATI KONFERENCIA november Egerszalók

2 TARTALOM - Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, NyKE Intézet - Oktatás - Műszaki Földtudományi-Környezettudományi oktató-kutató és innovációs központ - Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Laboratóriumai - Hulladékgazdálkodásról - Másodnyersanyagok feldolgozása Pernyék - Másodnyersanyagok feldolgozása Meddők - Másodnyersanyagok feldolgozása TSZH - Másodnyersanyagok feldolgozása Elektronikai hulladékok

3 PORTFÓLIÓ Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet OKTATÁS Műszaki Földtudományi BSc - Nyersanyagelőkészítési specializáció Környezetmérnöki BSc - Környezettechnikai specializáció ALAPKÉPZÉSEK (BSc) Környezetmérnöki MSc Angol nyelven - Hulladékgazdálkodási modul Alapanyag-gyártási Folyamatmérnök MSc létesítés alatt Bánya- és Geotechnikai mérnöki MSc - Nyersanyagelőkészítés specializáció MESTERKÉPZÉSEK (MSc) Hidrogeológus mérnöki MSc Angol nyelven részvétel oktatásban

4 PORTFÓLIÓ Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet OKTATÁS Hulladékfeldolgozási és Hasznosítási Szakmérnöki PhD képzés Mikoviny Sámuel Földtudományi Doktori Iskola Részvétel angol nyelvű nemzetközi MSc képzésekben: AMIR, OpESEE Hulladékfeldolgozásiés Hasznosítási Szakmérnöki A képzést elvégzők ismerik a hulladékgazdálkodás alapelveit és az azt meghatározó jogi formákat, valamint ismeri a háztartásokban és ipari folyamatok által termelt hulladék típusokat, azok osztályozási, minősítési rendszerét. Jártassá válik a megismert hulladék típusok feldolgozására, ártalmatlanítására és kezelésére szolgáló technológiákkal és technológiai rendszerekkel, valamint megismeri a hulladék gyűjtés és szállítás módszertanát. Birtokában vannak a hulladékfeldolgozás során fontos egészség és környezetvédelmi ismeretekkel, valamint ismeri a hulladékfeldolgozási üzemek menedzsment és üzemgazdasági módszertanát. A képzést elvégzők képesé válnak a különböző hulladékáramok begyűjtését célzó feladatok megszervezésére, a hulladék ártalmatlanítás és feldolgozás technológiai megszervezésére, hulladékfeldolgozó üzemek műszaki irányítására. Képesek a hulladék összetételek meghatározására, valamint a hasznosítást legjobban szolgáló feldolgozási technológiák megválasztására és üzemeltetésére. Képesek hulladékfeldolgozó üzemekben műszaki irányítói feladatok ellátására, illetve képesek jelentős hulladék áramokat generáló iparvállalatok hulladékgazdálkodási feladatainak megszervezésére.

5 PORTFÓLIÓ Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet KUTATÁS KUTATÁS Folyamatok oldaláról: Aprítás és Őrlés, Finomőrlés, mechanikai aktiválásötvözés és bevonatolás Osztályozás, finomosztályozás és mechanikai szétválasztás Reakciótechnika, biológiai, kémiai és termikus eljárások Ömlesztett anyagok és porok kezelése, tulajdonságok meghatározása és alakítása Reológiai mérések és zagyszállító rendszerek Darabosítás Anyag oldaláról: Primer nyersanyagok és meddők Salakok és pernyék Hulladék TSZH, WEEE, veszélyes hulladékok Víz és Szennyvíz Biomasszák, talajok SZOLGÁLTATÁSOK Laboratóriumi mérések, anyagtulajdonságok Mintavételezés Eszköz és berendezés fejlesztése Oktatás és Szaktanácsadás

6 Műszaki Földtudományi-Környezettudományi oktatókutató és innovációs központ

7 NyKE Intézet Laboratóriumai I. Aprító - Osztályozó Darabosító laboratórium 1.1 Aprítási laboratóriumi egység 1.2 Osztályozási laboratóriumi egység 1.3 Darabosító laboratóriumi egység 1.4 Finomőrlő és osztályozó laboratóriumi egység II. Nyersanyagelőkészítési és hulladékelőkészítési laboratórium, 2.1 Gravitációs dúsítási laboratóriumi egység 2.2 Flotáló laboratóriumi egység 2.3 Mágneses-elektromos és optikai dúsító laboratóriumi egység III. Nanoeljárástechnikai laboratórium IV. Bioeljárástechnikai Laboratórium V. Szennyvíztechnológiai-laboratórium VI. Portechnikai és Keverékáramlási Laboratórium VII. Kőzetfizikai (kőzetminősítő) vizsgáló laboratórium VIII. Méréstechnikai laboratórium IX. Szilikát tartalmú ipari hulladék Laboratórium X. Innovatív Finomőrlési-Szemcsetervezési Technológiák Laboratórium

8 NyKE Intézet Laboratóriumai X. Innovatív Finomőrlési-Szemcsetervezési Technológiák Laboratórium kamerás szemcseméret-elemző, multifunkciós por reométer, nagy energiasűrűségű bolygómalom (HEM), izotermikus kaloriméter (ICC), asztali pásztázó elektron-mikroszkóp (SEM), BET fajlagos felület mérő, EDEM modellező szoftver.

9 NyKE Intézet Laboratóriumai

10 NyKE Intézet Laboratóriumai

11 Hulladékgazdálkodásról A Hulladék az az anyag vagy energia, melyet a tulajdonosa nem tud vagy akar (gazdasági, technikai, társadalmi okokból) használni. Magyarországon a legfontosabb szabályozó: Hulladéktörvény. Az Európai Unió folyamatosan alakítja a hazai szabályozást. Hulladékhierarchia:

12 Hulladékgazdálkodásról EU cél: TSZH 65% hasznosítás 2030-ig; EU cél: Csomagolási hulladék 75% hasznosítás 2030-ig; Roncsautókra EU cél: 95%-os haszn. arány, min. 85% anyagában; A TSZH maximum 10% -a kerül lerakásra 2030-ig; Az elkülönítetten gyűjtött hulladékok általános lerakási tilalma; Pénzügyi, gazdasági eszközök a lerakástól való eltérítésre ; Egyszerűsített és egységesített számítási módszer a hasznosítási arány meghatározására az EU-ban; Konkrét lépések az újrahasználat népszerűsítésére és ipari szektoriális szimbiózis megteremtésére az egyik iparág melléktermékét a másik alapanyagává alakítani; A környezetbarát és könnyen hasznosítható hulladékká váló termékeket előállító gyártók előnyhöz juttatása; Egyszer használatos műanyag termékek mennyiségének csökkentése.

13 Lehetőségeink a kutatásban és termelésben 1. Az ásványi, és szekunder nyersanyagok előkészítése során a lehető legnagyobb feldolgozottsági fokra kell törekedni (cél a késztermék). 2. A nagy hozzáadott értékű ásványi és szekunder eredetű termékek gyártása kiemelkedő jövedelmezőség mellett. 3. A modern technikai felhasználásban a termékek tisztasága, finomsága mellett gyakran a szemcsék alakja, struktúrája, felületi aktivitása, a felület kívánt mértékű módosítása is fontos, e területen a termékminőség tudatosabb szabályozásának irányában jelentős kutató-fejlesztő munkára van szükség. 4. Számos esetben a megfelelő tisztaságot csak a mechanikai és a fizikai-kémiai, kémiai és/vagy biológiai és termikus eljárások kombinálásával lehet elérni. 5. A Kutatóhelyek és az Ipar szorosabb együttműködésére van szükség alapkutatási eredményeken alapuló valódi innováció megvalósításával az eredmények oktatásba való visszacsatolásával.

14 Másodnyersanyagok feldolgozása Pernyék

15 Másodnyersanyagok feldolgozása Pernyék A geopolimerek alumino-szilikát tartalmú anyagok (erőműi pernye, salak stb.) lúgos közegben (NaOH, KOH) végbemenő reakciójával állíthatók elő. Geopolimer Indo Hungarian Berente fly ash (brown coal 1) Tiszaújváros fly ash (brown coal 2) TéT projekt ( ) 12 Pécs fly ash (black coal) Compressive strength of geopolymer, MPa 8 4 Mucsi G Specific Surface Area, cm2/g A nagyobb fajlagos felület nem eredményez egyértelműen nagyobb szilárdságot. Optimális finomság a pernye típusától nagymértékben függ.

16 Másodnyersanyagok feldolgozása Pernyék Különböző hulladékok szinergikus hasznosítása GOP ( ) Geopolimer beton pernyéből és kohászati salakból

17 Másodnyersanyagok feldolgozása Pernyék Különböző hulladékok szinergikus hasznosítása - PIAC 13 projekt ( ) Polisztirol hulladék geopolimerbe ágyazása hőszigetelő fejlesztés a) b) c) d)

18 Másodnyersanyagok feldolgozása Pernyék Különböző hulladékok szinergikus hasznosítása - GP PS ( )

19 Másodnyersanyagok feldolgozása Pátkai meddő SMART GROUND projekt: SRM-re vonatkozó adatok összegyűjtése, publikus felületen való hozzáférhetővé tétele (Európai Unió Horizon 2020) FLUORIT-TARTALMÚ PÁTKAI MEDDŐHÁNYÓ 3-4,2% fluorit; % kvarc; illite (14,1%) és orthokláz (14,4%).

20 Másodnyersanyagok feldolgozása Rudabányai érces meddőhányó Sziderit, Barit, Szulfidos ásványok, Meddőásványok

21 Másodnyersanyagok feldolgozása TSZH SMART GROUND projekt: SRM-re vonatkozó adatok összegyűjtése, publikus felületen való hozzáférhetővé tétele (Európai Unió Horizon 2020) Debreceni lerakó: I-V. ütemeken a év végéig összesen m3 ( tonna) hulladék került lerakásra. I-VI. ütemek kapacitása közel 4,2 millió m3.

22 Másodnyersanyagok feldolgozása TSZH Anyagkategóriák becsült teljes tömege (I V. ütem) [et]

23 Másodnyersanyagok feldolgozása TSZH Mobil üzemrész a lerakón Nyershulladék és kitermelése Lerakott települési hulladék előkészítése 100 % Aprítás kalapácsos shredderrel, <400 mm <75 mm Szitálás dobszitával,75 mm Fix telepítésű üzemrész 70 % Mágneses szeparálás >75 mm 30 % Mágneses szeparálás Mágneses szeparálás Szeparálás légáramban Aprítás, <30 mm vagy <70 mm 69,5 % 0,5 % 1 % Vas 0,5 % Nehéztermék Örvényáramú szeparálás 24 % Finom földszerű, bio- és egyéb finom anyag Vas 4 % Inert 1 % Nemvasfémek (Al) Könnyű termék, (Papír, műanyag, textil) Tüzelőanyag Mintázási pontok

24 TSZH komplex feldolgozási technológia BIOGÁZ m /t IX. IV. PIROLÍZIS SZÁRAZ FERMENTÁLÁS prizmában OSZTÁLYOZÁS TISZTÍTÁS PELLETÁLÁS Maradék lerakásra 11 % 9 % 11 % Granulált finom komposzt < mm 36 % VII. CO2 víz 9 % APRÍTÁS vágómalommal és/vagy PELLETÁLÁS Nyers háztartási hulladék 100 % Feladás ELÕAPRÍTÁS kalpácsos törõvel 100 % SZITÁLÁS dobszitával mm mm 31 % AERÓB STABILIZÁLÁS MBH prizmában 23 % SZITÁLÁS mobil dobszitával beépített mágneses dobbal ÖRVÉNYÁRAMÚ SZEPARÁLÁS 11 % VIII. 12 % I. II. > mm 33 % V. VI. 1 % Fe-II. 1 % Inert 1 % Fémek 2 % 1 % RDF- II MJ/kg Lom és válogatómûi maradékok APRÍTÁS forgótárcsás nyíróaprítógéppel <100 mm 33 % MÁGNESES SZEPARÁLÁS 31 % SZEPARÁLÁS LÉGÁRAMKÉSZÜLÉKKEL 10 % ÖRVÉNYÁRAMÚ SZEPARÁLÁS 9 % RDF - I./B MJ/kg 20 % RDF - I./A >20 MJ/kg (fólia-szerû) III. 2 % Fe - I. Inert 1 % Pirolízis-koksz

25 Másodnyersanyagok feldolgozása Elektronikai hulladékok LCD kijelzők 27 kritikus elem ill. elem csoport (2017) Antimon Germánium Foszfor Barit Hafnium Szkandium Berillium Hélium Szilíciumfém Bizmut Indium Tantál Borát Magnézium Volfrám Kobalt Természetes grafit Vanádium Kokszosítható szén Természetes gumi Platinacsoport f. Folypát Nióbium Nehéz RFF Gallium Foszfátérc Könnyű RFF

26 Másodnyersanyagok feldolgozása Elektronikai hulladékok Átlagos fajlagos indium tartalom: 131 mg indium egy kg of LCD panelben, 16 mg egy kg TV készülékben. Criticel projekt (TÁMOP A-11/1/KONV )

27 Másodnyersanyagok feldolgozása Elektronikai hulladékok OLED kijelző OLED (Organic Light-Emitting Diode) azaz szerves fénykibocsátó dióda

28 Másodnyersanyagok feldolgozása Akkumulátorok Elektromos hajtású autók értékesítései (forrás: Takeshita, UMIREX) - Li-ion akkumulátorok igen erős térnyerése, a NiMH-el szemben. - Az értékesített darabszám 2018-ban megközelítheti a 7 millió egységet az elektromos hajtást is használó járművek esetén. - Hazai viszonylatban (GOE) még nem érkeztek be elektromos hajtással rendelkező autók roncsautóként hasznosítóhoz.

29 Másodnyersanyagok feldolgozása Akkumulátorok (NiMH) Főként hordozható elektronikai eszközökben. Az anód a ritkaföldfémeket tartalmazó ötvözet. Fontos komponenseknek a visszanyerése stratégiai jelentőségű (kritikus elemek) Zavaró anyagok (pl. vas) leválasztása a savas kioldás előtt. Mért ritkaföldfém tartalom: 8,52 %. NiMH akkumulátorok mechanikai előkészítése

30 Másodnyersanyagok feldolgozása Akkumulátorok (NiMH) Kémiai összetétel Frakciók <0,5 mm 0,5 1 mm 1 2,5 mm <2.5 mm (calculated) Kihozatal [%] REE [g/kg] REE kihozatal [%] CE [mg/kg] CE kihozatal [%] Cu [mg/kg] Cu kihozatal [%] Fe [mg/kg] Fe kihozatal [%] Ni [mg/kg] Ni kihozatal [%]

31 Másodnyersanyagok feldolgozása Akkumulátorok (Li-ion) Li-ion akkumulátor minta (Laptop akkumulátor)

32 Köszönöm a figyelmet! Nagy Sándor sandor.nagy@uni-miskolc.hu A Fenntartható Nyersanyag-gazdálkodás Tematikus Hálózat RING 2017 Projekt,