Dílčí úkoly: vybrat vhodné VEP; navrhnout soubor metod testování vlastností směsí;

Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUOV003 - „Navrhnout a ověřit nové neaplikované

způsoby využití vedlejších energetických produktů pro ostatní odvětví průmyslu“

Dílčí cíl byl zaměřen na využití VEP ze spalování uhlí pro stabilizaci/solidifikaci odpadů z výroby železa a oceli a uplatnění takto vyrobených směsí jako suroviny pro geotechnické aplikace.

Dílčí úkoly:► vybrat vhodné VEP;► navrhnout soubor metod testování

vlastností směsí;► navrhnout receptury směsí s

vlastnostmi odpovídajícími dalšímu využití;

► prokázat vhodnost navržených směsí pro geotechnické aplikace.

Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO

Typ bariéry Charakteristika

Cement - Bentonit Bariéra poskytující pevnost s malou stlačitelností. Její použití je směřováno do oblastí s nižší stabilitou zemin. Hydraulická vodivost se pohybuje kolem 10-6 cm/s.

Bentonit - Zemina Jedná se o levnější variantu C-B bariér. Vybudované bariéry dosahují nižší hydraulické vodivosti. Hydraulická vodivost se pohybuje kolem 10-7 cm/s.

Cement – Bentonit - Aditiva

Přechodný stupeň bariér mezi C-B a B-Z, který kombinuje pevnost bariér s nízkou hydraulickou vodivostí.

Betonové bariéry Poskytují vyšší pevnosti než klasické cementové bariéry. jejich použití se koncentruje na aplikace ve větších hloubkách.

Směsné (kombinované) bariéry

Zahrnují kombinace různých materiálů, které vylepšují vlastnosti umělých bariér (propustnost, odolnost, stabilitu) pro dosažení minimalizace transportu látek do okolního prostředí.

Těsnící bariéry

V003 - „Navrhnout a ověřit nové neaplikované způsoby využití vedlejších energetických produktů pro

ostatní odvětví průmyslu“


Těsnící bariéry

Typy výplňových hmot na bázi popílků

• Popílkové hmoty• Popílko – cementové hmoty• Hmoty – popílek/cement/zrnitý materiál• Hmoty s popílky a aditivy




1) Suché remediační hmotyHmoty jsou vhodné pro rekultivace odkališť, odvalů a poklesových kotlin vzniklých poddolováním území.

2) Polosuché remediační hmotyPolosuché hmoty tvoří přechodný stupeň ve formě upravených hmot, které snižují nepříznivou prašnost materiálů při transportu hmot na větší vzdálenosti.

3) Mokré remediační hmotyHmoty s vyšším obsahem vody jsou předurčeny k aplikacím v hlubinném prostředí při zaplavování vydobytých důlních děl, proplavování závalů, atd.. Mokré hmoty jsou dopravovány na místo aplikace pomocí potrubních systémů, které jsou standardní výstrojí důlních prostředí. Důležitým faktorem při dopravě hmot jsou z technologického hlediska velikosti částic a tzv. parkovatelnost.

Důlně-stavební a rekultivačně-sanační hmoty





Cíl: Vybrat vhodné VEP

na základě provedených analýz vstupních surovin byla vytvořena databáze odpadů a VEP potenciálně vhodných pro stabilizaci/solidifikaci


Použité materiály:

úletové popílky z energetického spalování uhlí ložový popel z energetického spalování uhlí slévárenské písky různé druhy kalů z hutního průmyslu portlandský cement jílová složka – Bentonit kamenivo –

i) přírodní kamenivo (štěrkopísky) ii) sekundární kamenivo (betonový recyklát),

voda



Cíl: Vybrat vhodné VEP



Cíl: navrhnout soubor metod testování vlastností směsí


Sedimentační rychlost Pevnost v prostém tlaku Pórovitost Propustnost Mikrostrukturní charakteristiky Studium vyluhovatelnosti hmot Stanovení UPV Zmrazování a rozmrazování vzorků hmot Stanovení absorpce a Initial surface absorption test (ISAT) Odolnost hmot proti vlivům agresivního prostředí


ostatní odvětví průmyslu“Cíl: navrhnout soubor metod testování vlastností

směsí


Získané výsledky:

► na základě provedených analýz vstupních surovin byla vytvořena databáze odpadů a VEP potenciálně vhodných pro stabilizaci/solidifikaci

► podle stanovených chemických a fyzikálních vlastností připraveny z VEP a odpadů stabilizované/solidifikované směsi;

► laboratorním výzkumem vybraných chemických, fyzikálních a strukturních vlastností byla ověřena vhodnost připravených směsí pro využití jako výplňové a rekultivační materiály.




Navržené skupiny směsí

1. Směsi tvořené úletovým popílkem-slévárenským pískem-kalem

2. Směsi tvořené úletovým popílkem-ložovým popelem-kalem

3. Směsi tvořené úletovým popílkem-kalem

4. Směsi tvořené úletovým popílkem-cementem-kalem

5. Směsi tvořené úletovým popílkem-cementem-bentonitem-kamenivem



Cíl: navrhnout receptury směsí s vlastnostmi odpovídajícími dalšímu využití


Graf sedimentačních křivek směsí A1-A6

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

110,0

0 1 10 100

Doba sedimentace [min]

Obj

. % s

uspe

nze A1

A2

A3

A4

A5

A6


Pórovitost

Po 2 týdnech zrání

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Průměr pórů [mm]

Obj

em p

órů

[ml/g

]

C4 (30% cementu)

C5 (20% cementu)

C6 (10% cementu)

C1 (0% cementu)


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000


Obj

em p

órů

[ml/g

]

C4 (30% cementu)

C5 (20% cementu)

C6 (10% cementu)

C1 (0% cementu)


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000


Obj

em p

órů

[ml/g

]

C4 (30% cementu)

C5 (20% cementu)

C6 (10% cementu)

C1 (0% cementu)


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000


Obj

em p

órů

[ml/g

]C4 (30% cementu)C5 (20% cementu)C6 (10% cementu)C1 (0% cementu)


Propustnost

Označení směsi Složení směsi 14 dnů [m/s] 28 dnů [m/s] 56 dnů [m/s] 120 dnů [m/s]

C1 UNHKovNH - 7030 1,43x10-9 0,96 x10-9 N N

C2 UNHKovNH - 5050 0,44 x10-9 0,49 x10-9 N N

C3 UNHKovNH - 3070 N N N N

C4 UNHCKovNH - 403030 0,12 x10-12 N N <0,01 x10-12

C5 UNHCKovNH - 502030 1,07 x10-12 0,19 x10-12 N 0,32 x10-12

C6 UNHCKovNH - 601030 N 3,25 x10-12 2,34 x10-12 1,98 x10-12

Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUOMineralogické charakteristiky

Mikrostrukturní vlastnosti




UPV a pevnost v prostém tlaku

0.0

0.1

1.0

10.0

100.0

0,0V1

0,0V2

0,0V3

6,7V4

6,7V5

6,7V6

10,0V7

10,0V8

10,0V9

13,4V10

13,4V11

13,4V12

Zastoupení popílku [hmot %]

Pevn

ost [

MPa

]

7 28 56

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

3.67 3.84 3.60 3.42 3.82 4.21 4.38 4.58 4.71 4.57 4.75 4.80

UPV [km/s]

Pevn

ost [

MPa

]

7 28 56

Z časového hlediska je patrný nárůst pevností u všech vzorků hmot. Vyšší nárůst byl pozorován u hmot V1 až V6, kde byly rozdíly po 7 a 28 dnech o jednotky až desítky jednotek. Po 56 dnech bylo dosaženo nejvyšších pevností u hmoty V2, která vykazovala konečnou pevnost 48,40 MPa.

Hodnoty UPV plně korelovaly se stanovením pevnosti v prostém tlaku.Skupina hmot V1 až V6 vykazovala po 56 dnech dobrou až výbornou kvalitou materiálu, bez povrchových vad. Stav hmot V7 až V12, bylo možné po 56 dnech charakterizovat jako uspokojivý. Po 56 dnech byla kvalita vyrobených hmot V7 a V8 hodnocena jako dobrá.





Testy mrazuvzdornostiStav materialu Hodnoty UPV [km/s] Hmoty Dobrý 3,6 – 4,6 V1, V4, V7 Uspokojivý 3,1 – 3,5 V2, V3, V6, V8, V11 Slabý 2,1 – 3,0 V5, V9, V10, V12

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 10 20 30 40 50 60

Cyklus

UPV

[km

/s]

V1

V2

V3

V4

V5

V6

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 10 20 30 40 50 60Cyklus

UPV

[km

/s]

V7

V8

V9

V10

V11

V12

Vzorek V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12

UPV [km/s] 4,39 2,54 3,32 4,00 1,67 3,18 4,22 3,36 2,46 2,58 3,12 2,72

Pev. [MPa] 31,80 25,10 28,60 22,90 13,90 10,70 1,70 0,80 0,22 0,21 0,42 0,38



Odolnost hmot proti vlivům agresivního prostředíVzorek V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12

SSUPV [km/s] 4.79 4.73 4.42 4.69 4.62 4.24 4.25 3.86 3.55 3.16 3.76 36.80Pev. [MPa] 37.90 39.50 31.10 29.50 29.70 18.60 2.50 0.79 0.30 0.14 0.42 0.42SLUPV [km/s] 4.71 4.70 4.41 4.62 4.58 4.18 4.35 3.72 3.44 3.70 3.66 3.31Pev. [MPa] 37.80 37.50 31.04 29.44 29.40 18.23 2.40 0.89 0.22 0.44 0.43 0.41

- Vliv popílku se jednoznačně podílel na vyšší odolnosti hmot vůči roztoku Na2SO4. Při 80 % náhradě portlandského cementu popílkem, nebyly na vzorcích pozorovány negativní změny, jako tvorba povrchových prasklin, odlupků a jiných nespojitostí. - Degradační vliv SSV nebyl pozorován na žádném experimentálním vzorku hmot.



Vyluhovatelnost monolitických materiálůPro účely popisu chování hmot při kontaktu s loužícím médiem, byla

provedena analýza vyluhovatelnosti na základě normy EA NEN 7375. Jedná se o postup, jehož účelem je určení vyluhovatelnosti anorganických látek z monolitických materiálů.

Cyklus Čas [dny] Cyklus Čas [dny] Cyklus Čas [dny] Cyklus Čas [dny] 1. 0,25 ± 10 % 2. 1,00 ± 10 % 3. 2,25 ± 10 % 4. 4,00 ± 10 % 5. 9,00 ± 10 % 6. 16,00 ± 10 % 7. 36,00 ± 10 % 8. 64,00 ± 10 %

Testy vyluhovatelnosti Zn a Cu, provedených na vzorcích hmot V1 až V12 ukázaly, že plně saturovaná pórová struktura testované hmoty na bázi cementu, respektive cementu a popílku, nepředstavuje z pohledu migrace „těžkých“ kovů, vybraných jako lehce a/nebo těžce migrující prvky, významné nebezpečí pro prostředí v bezprostředním styku s tímto materiálem. Z výsledků kumulativních hodnot vyluhovatelnosti je patrné, že se vyluhovatelnost chloridových iontů pohybuje v řádech tisícin miligramů vztažených na metr čtverečný. Nárůst hodnot pH v krátkém časovém okamžiku je v souladu s alkalickou podstatou hmot. V porovnání všech hmot V1 až V12 vyplývá, že vyšších hodnot pH obecně dosahovaly hmoty s vyšším podílem popílku. V rámci 8 cyklů vyluhovatelnosti, nedošlo k překročení hranice vymezující konduktivitu povrchových vod.



0.002.004.006.008.00

10.0012.0014.0016.0018.0020.00

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10V11V12

Nas

ákav

ost [

hmot

%]

Označení vzorků

7 28 56

Stanovení nasákavosti a počáteční absorpce hmot

Z porovnání hodnot získaných po 7 dnech od počátku zrání hmot až po 56 den, kdy bylo provedeno poslední měření nasákavosti, je patrný pokles nasákavosti hmot vyjádřený v procentuálním hmotnostním zastoupení vody.

Nasákavost byla doplněna určením rozsahu proudění vody do jednotkové plochy materiálu za určitý čas a při konstantní výšce hladiny a teplotě. - z pohledu času je patrný výrazný

pokles počáteční nasákavosti.- vyšší podíly popílků a bentonitu,

zvyšovaly počáteční povrchové sorpce

- povrchové sorpce dosahovaly desetin jednotek ml/m2/s – oblast vymezená pro materiály s vysokou počáteční absorpční aktivitou. (Podmínky testu).


Provedené ověření receptur umožnilo vyspecifikovat oblasti uplatnění testovaných hmot na bázi popílků po spalování tuhých paliv a dalších aditiv.

Vzhledem k recepturou definovaným nízkým pevnostem je možné využití s/s směsí pro účely sanování a rekultivování starých zátěží.

Uplatnění rekultivačně sanačních a stavebních výplňových s/s směsí je také v oblasti hornictví. (eliminace nežádoucích projevů důlní činnosti zahrnující práce v činných nebo uzavřených částech dolů a dále rovněž práce na povrchu).

V případě uzavírání hlavních důlních děl je vyžadováno z pohledu státní správy dodržení limitních pevností v prostém tlaku a to 2MPa v místech mezi nárazišti a 5 MPa v oblasti nárazišť. Jak je z výsledků pevností patrné, dosažení takových pevností je při vhodném uspořádání surovinové vsázky dobře dosažitelné, neboť výsledky provedených analýz poskytly podrobný popis chování hmot v definovaných zastoupeních vstupních surovin.




Výzkumem byla prokázána vhodnost navržených směsí pro využití na geotechnické účely.

Postupy pro výrobu navržených směsí jsou chráněny dvěma patenty zaregistrovanými u Úřadu průmyslového vlastnictví ČR a Úřadu priemyselného vlastníctva SROV.

Výsledky řešení tohoto dílčího cíle byly dosud prezentovány na mezinárodních konferencích a publikovány v odborných knihách a v zahraničním recenzovaném periodiku.



Indikátory dosažení dílčího cíle



Realizace sanačních prací s využitím S/S směsí na bázi VEP.



- Navržené receptury tvoří skupinu nových materiálů na bázi VEP, kterou je možné doplnit novými recepturami tzv. alkalicky modifikovaných materiálů.

- Dosavadní práce proto bude využita při navrhování nových geopolymerních struktur, které v rámci minimalizace pojivových složek přispějí k vytvoření stabilizovaných a solidifikovaných produktů s minimálním vlivem na své okolí.

- Navazující práce budou využívat prostudovanou skupinu vedlejších energetických produktů a dalších materiálů spojených s průmyslovou činností.

- S minimalizací podílu standardních anorganických a organických pojiv se bude formovat prostorová síť geopolymerních materiálů inkorporujících do své struktury zájmové prvky.

Směřování využití vedlejších energetických produktů v oblasti S/S

Date post:	14-Mar-2016
Category:	Documents
Upload:	aquila-mendoza
View:	30 times
Download:	0 times

Dílčí úkoly: vybrat vhodné VEP; navrhnout soubor metod testování vlastností směsí;

Documents