CZ201627A3

CZ201627A3 - Způsob využití azbestocementového odpadu

Info

Publication number: CZ201627A3
Application number: CZ2016-27A
Authority: CZ
Inventors: Theodor Staněk
Original assignee: Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s.
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-03-22
Also published as: CZ306605B6; EP3196178A1

Abstract

Způsob využití azbestocementového odpadu jeho tepelným zpracováním spočívá v tom, že odpad se vcelku vypálí v šachtové nebo obdobné peci tak, že se nechá po dobu 2 až 4 hodin naběhnout na teplotu 1100 až 1250 .degree.C, na této teplotě se udržuje po dobu 6 až 10 hodin a následně se pomalu nechá v peci ochladit, načež po vychladnutí se výsledný materiál pomele k použití jako pojivo do stavebních hmot.

Description

Způsob využití azbestocementového odpadu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu využití nebezpečného azbestocementového odpadu jeho tepelným zpracováním.

Dosavadní stav techniky

Azbest (osinek) je minerál ze skupiny silikátů. V přírodě se vyskytuje ve dvou hlavních formách jako chrysotil (skupina serpentinu) a amfibol (amosit, grunerit, tremolit, krokydolit, anthofylit, aktinolit, riebeckit a cummingtonit). Společnou vlastností všech azbestových minerálů je jejich vláknitá struktura, při níž délka vlákna mnohonásobně převyšuje průřez. Vlákna mají tendenci se stále štěpit po délce. Látkami obsahujícími azbest označujeme látky, přípravky, meziprodukty, výrobky a odpady obsahující více nežli 0,1 % hmotn. azbestu. Četnost a závažnost onemocnění vyvolaných azbestem je dána z poměrem průměru azbestových vláken k jejich délce, typem vláken a jejich schopností ukládat se ve tkáních. Závadná vlákna azbestu mají průměr < 3 pm, délku > 5 pm a poměr délky a průměru >3:1.

Azbest byl zařazen mezi nebezpečné chemické látky do skupin: • karcinogenní, které po vdechnutí, požití nebo proniknutí kůží mohou vyvolat rakovinu, resp. zvýšit četnost výskytu rakoviny, • mutagenní, které po vdechnutí, požití nebo proniknutí kůží mohou vyvolat genetická poškození nebo zvýšit četnost jejich výskytu.

Azbest byl široce využíván pro svoje výborné technologické vlastnosti, jako jsou nehořlavost, odolnost vůči kyselinám i zásadám, pevnost a ohebnost. Z důvodu vysoké tepelné odolnosti byla asbestová vlákna používána jako izolační materiál, brzdové obložení, těsnicí vložky, ohnivzdorné textilie, těsnicí pásky, azbestové nitě a materiál pro zpevnění trubek. Nejširší využití měl ve stavebnictví. Velké množství azbestu je stále obsaženo ve starších stavbách a obecně lze konstatovat, že azbestové materiály se nalézají ve větší nebo menší míře v každém objektu postaveném v České republice před rokem 1990. Azbestový odpad se průběžně likviduje formou nákladného skládkování.

Navíc jsou tyto skládky potenciálním nebezpečím pro budoucí generace.

Jsou známy postupy, jak snížit toto nebezpečí. Ve spisu DE 4j1241620 se navrhuje smísení azbestové drti s dalším nebezpečným odpadem a vytvoření vodní suspenze s přidáním cementu. Ze suspenze se pak vytvoří betonové bloky vhodné k trvalému bezpečnému skládkování. V US £J006^90 se azbestová drť smíchá s AI a Mg v práškové formě, nechá se proběhnout exotermická reakce, při níž se vytvoří prostorové útvary - bloky nebo trubky k dalšímu použití.

Způsob tepelné likvidace obecně minerálních vláken je popsán v DE 4^301551. Látky obsahující azbest nebo jiná minerální vlákna se pomelou, homogenizují a podle jejího složení se do směsi přidá vhodný materiál, jako vápenec, křída, sádrovec apod. Směs se vypálí v cementářské peci při teplotě od 1250 do 145o]fc a po vychladnutí se zpracuje na vlákna, izolační matrace apod. Nevýhodou tohoto způsobu je, že zahrnuje technologický krok mletí, při kterém do okolí nevyhnutelně unikají částice azbestu, přičemž teploty vypalování vyžadují zapojení cementářské pece.

Vynález si klade za úkol navrhnout tepelný způsob přeměny azbestocementových výrobků, jako jsou střešní prvky: šablony, vlnovky, hřebenáče, tvarovky, větrací prvky, podstřešní desky, interiérové a exteriérové velkoplošné desky, tlakové a kanalizační roury a tvarovky, květinové truhlíky a zahradní doplňky, a to při eliminaci uvedených nevýhod známých řešení.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší způsob využití azbestocementového odpadu jeho tepelným zpracováním spočívající v tom, že odpad se vcelku vypálí v šachtové nebo obdobné peci tak, že se nechá po dobu 2 až 4 hodin naběhnout na teplotu 1100 až 1250£C, na této teplotě se udržuje po dobu 6 až 10 hodin a následně se pomalu nechá v peci ochladit. Po vychladnutí se výsledný materiál pomele k použití jako pojivo do stavebních hmot. K odpadu se před vypálením může přidávat čistý kusový vápenec, tak aby tvořil 10 až 80 % hmotn. vsázky.

Azbestocementový odpad se do pece s výhodou zaváží s vápencem ve střídavých vrstvách.

Podle literárních údajů dochází k tepelné degradaci chrysotilu a jeho přeměně na jiné bezpečné fáze při 650 až 80yC. U amfibolových azbestů je tato teplota vyšší a pohybuje se mezi 900 až 1100(,°C.

Azbestocementové výrobky mají příhodné chemické složení, které se podobá portlandskému slínku pro výrobu cementu, pouze s nízkou hodnotou sycení vápnem. Chemické složení je ale v podstatě totožné jako složení hydraulického vápna (tab. 1). Navíc materiál obsahuje velké množství nezhydratovaných fází portlandského cementu - kalcium silikáty alit a bělit.

Tabulka 1: Příklad chemické analýzy vzorku střešní krytiny - eternitu

Hydraulické maltoviny jsou charakterizovány následujícími základními chemickými parametry:

Sycení vápnem - SLP = 100*CaO/(2,8*SiO2 + 1,18*AI2C>3 + 0,65*Fe2O3) Silikátový modul - Ms = Si02/(AI203 + Fe203)

Aluminátový modul - Ma = ΑΙ203/ Fe203 Hydraulický modul - HM = CaO/(SiC>2 + Al203 + Fe203) V tabulce 2 jsou uvedeny vypočtené základní parametry pro příklad chemického složení eternitu z tabulky 1.

Tabulka 2: Základní chemické parametry vypočtené z chemické analýzy vzorku eternitu

Hydraulická vápna se dělí podle hodnoty hydraulického modulu na: ν' 1. Slabě hydraulické vápno - HM = 6 w.9 2. Středně hydraulické vápno - HM = 3&6 j 3. Silně hydraulické vápno - HM = 1,7>4.3 Z tohoto pohledu výpalem dochází k degradaci nebezpečného azbestu a vzniku silně hydraulického vápna. V šachtových nebo tunelových pecích lze tento materiál pálit bez jakékoli úpravy drcením nebo mletím a tím se minimalizuje manipulace s nebezpečným odpadem. Pokud je odpad zabalen do hořlavých přepravních obalů, je odvoz do pece podobný odvozu na skládku. Při tepelné přeměně při teplotě nad 110O^C dojde k degradaci všech typů azbestů a jejich přeměně na neškodné fáze, zůstane zachována většina nezhydratovaných cementových fází alitu a belitu a dojde k vytvoření dalšího jemně zrnitého belitu a to reakcí ostatních složek v pevné fázi, zejména Ca(OH)2, CaC03, Si02 a pojivových C-S-H gelů, případně za účasti slínkové taveniny, která v těchto podmínkách při zvýšeném obsahu Fe lokálně vzniká.

Vzhledem k tomu, že azbestocementové výrobky jsou převážně plošného charakteru, je lépe při výpalu v šachtových pecích pro zlepšení tahových podmínek přidávat kusový vápenec určený pro výpal vápna. Materiál se přitom vrství a jednotlivé vrstvy plošných azbestocementových výrobků se prokládají vrstvami kusového vápence v poměru dle volby výrobce. Tím vzniknou hydraulické maltoviny s volitelným obsahem volného vápna vytvořeného přeměnou vápence, a to podle požadavků, jaké výrobce klade na vlastnosti a využití finálního produktu - hydraulického vápna. Při výpalu pouze azbestocementových výrobků vznikne hydraulická maltovina s minimálním nebo žádným obsahem volného vápna. Příklady uskutečnění vynálezu Příklad 1 K přípravě hydraulického pojivá bylo použito 5 kg znečištěné, netříděné eternitové krytiny, včetně mechů, příměsi hlíny apod. Pomocí RTG difrakční analýzy bylo zjištěno, že materiál je tvořen zejména portlanditem (Ca(OH)2), kalcitem (CaC03) a zbytky nezhydratovaných slínkových minerálů (identifikován byl zejména p-C2S (Ca2Si04)). Jako azbestový minerál je obsažen ve významném množství pouze chryzotil (Mg3Si205(0H)4). V malém množství byl identifikován křemen (Si02), markazit (FeS2) a jílové minerály.

Vzorek byl vypálen v elektrické superkantalové peci postupem simulujícím výpal v šachtové peci - náběh 3 hodiny na teplotu HOO^C, výdrž 8 hodin při této teplotě a pomalé chlazení v peci na teplotu kolem 200^C. Po výpalu je patrné, že vzorek je pevný bez známek rozpadu, i když přešel pomalých chlazením přes kritickou teplotu kolem 500^C, kdy dochází k transformaci p-C2S na modifikaci y, která způsobuje rozpad slínku a je hydraulicky neaktivní.

Po výpalu byl vzorek pomlet a stanoveno kvantitativní fázové složení metodou RTG difrakce, které je uvedeno v tabulce 3.

Tabulka 3: Fázové složení vypáleného eternitu stanovené RTG difrakční analýzou v % hmotn.

Ze vzorku vypáleného eternitu, do kterého byl přidán vhodný regulátor tuhnutí, bylo mletím na měrný povrch 418 m2/kg připraveno hydraulické pojivo pro technologické zkoušky.

Podle normy EN 196-3 byla stanovena objemová stálost a doba tuhnutí. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 4.

Podle normy EN 196-1 byly z normové malty připraveny trámečky 4 x 4 x 16 cm pro testování pevností v tlaku a v tahu za ohybu. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 5.

Tabulka 4: Tuhnutí a objemová stálost podle EN 196-3

Tabulka 5: Pevnosti v tahu za ohybu a v tlaku podle EN 196-1 v MPa

Příklad 2 K přípravě hydraulického pojivá byly použity 3 kg azbestocementových obkladových desek. Pomocí RTG difrakční analýzy bylo zjištěno, že materiál je tvořen zejména portlanditem (Ca(OH)2), kalcitem (CaC03) a zbytky nezhydratovaných slínkových minerálů (identifikován byl zejména P-C2S (Ca2SiC>4)). Jako azbestové minerály byly identifikovány chrysotil (Mg3(Si205)(0H)4), riebeckit (Na2Fe5(Si8022)(0H,F)2) a amozit Fe7Si8022(0H)2.

Vzorek byl vypálen v elektrické superkantalové peci postupem simulujícím výpal v šachtové peci - náběh 3 hodiny na teplotu 120(|°C, výdrž 8 hodin při této teplotě a pomalé chlazení v peci na teplotu kolem 200^C. Po výpalu je patrné, že vzorek je pevný bez známek rozpadu, i když přešel pomalých chlazením přes kritickou teplotu kolem 500^C, kdy dochází k transformaci p-C2S na modifikaci y, která způsobuje rozpad stínku a je hydraulicky neaktivní.

Po výpalu byl vzorek pomlet a stanoveno kvantitativní fázové složení metodou RTG difrakce, které je uvedeno v tabulce 6.

Tabulka 6: Fázové složení vypáleného vzorku azbestocementových obkladů stanovené RTG difrakční analýzou v % hmotn.

Ze vzorku vypáleného eternitu, do kterého byl přidán vhodný regulátor tuhnutí, bylo mletím na měrný povrch 474 m2/kg připraveno hydraulické pojivo pro technologické zkoušky.

Podle normy EN 196-3 byla stanovena objemová stálost a doba tuhnutí. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 7.

Podle normy EN 196-1 byly z normové malty připraveny trámečky 4 x 4 x 16 cm pro testování pevností v tlaku a v tahu za ohybu. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 8.

Tabulka 7: Tuhnutí a objemová stálost podle EN 196-3

Tabulka 8: Pevnosti v tahu za ohybu a v tlaku podle EN 196-1 v MPa

Příklad 3 K přípravě hydraulického pojivá bylo použito 2,5 kg znečištěné, netříděné eternitové krytiny z příkladu 1 a 1,5 kg čistého vápence. Vzorek byl vypálen v elektrické superkantalové peci postupem simulujícím výpal v šachtové peci - náběh 3 hodiny na teplotu 120C^C, výdrž 8 hodin při této teplotě a pomalé chlazení v peci na teplotu kolem 2oriřc. o

Po výpalu byl vzorek pomlet a stanoveno kvantitativní fázové složení metodou RTG difrakce, které je uvedeno v tabulce 9.

Tabulka 9: Fázové složení vypáleného směsného vzorku vápence a eternitu v poměru 1 : 3 stanovené RTG difrakční analýzou v % hmotn.

Ze vzorku vypáleného eternitu, do kterého byl přidán vhodný regulátor tuhnutí, bylo mletím na měrný povrch 425 m2/kg připraveno hydraulické pojivo pro technologické zkoušky.

Podle normy EN 196-3 bylo provedeno stanovení objemové stálosti a doby tuhnutí. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 10.

Podle normy EN 196-1 byly z normové malty připraveny trámečky 4 x 4 x 16 cm pro testování pevností v tlaku a v tahu za ohybu. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 11.

Tabulka 10: Tuhnutí a objemová stálost podle EN 196-3

Tabulka 11: Pevnosti v tahu za ohybu a v tlaku podle EN 196-1 v MPa

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob využití a*bestocementového odpadu jeho tepelným zpracováním, vyznačující se tím, že odpad se vcelku vypálí v šachtové nebo obdobné peci tak, že se nechá po dobu 2 až 4 hodin naběhnout na teplotu 1100 až 1250^C^ na této teplotě se udržuje po dobu 6 až 10 hodin a následně se pomalu nechá v peci ochladjt^ načež po vychladnutí se výsledný materiál pomele k použití jako pojivo do stavebních hmot.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že k odpadu se před vypálením přidá čistý kusový vápenec, ta^aby tvořil 10 až 80 % hmotn. vsázky.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že a^bestocementový odpad se do pece zaváží s vápencem ve střídavých vrstvách.