hornicko-geologická fakulta vŠb–tuo
DESCRIPTION
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO. V004 - „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty (žáruvzdorná ostřiva a plniva)“. VEŘEJNÁ SOUTĚŽ VE VÝZKUMU A VÝVOJI Výzkumná centra - 1M poskytovatel - MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY. Definice dílčích cílů V 004. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUOHornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
VEŘEJNÁ SOUTĚŽ VE VÝZKUMU A VÝVOJI Výzkumná centra - 1M
poskytovatel - MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY
V004 - „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty
(žáruvzdorná ostřiva a plniva)“
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Definice dílčích cílů V004
Dílčí cíl - zhodnocení hlušiny doprovázející těžbu uhlí jako potenciální druhotné suroviny pro výrobu hlinito-křemičitých žáruvzdorných ostřiv a plniv s uplatněním především v keramickém průmyslu.
Úkoly: • vytipování lokalit obsahující vhodné jílové sedimenty pro výrobu žáruvzdorných ostřiv a plniv;
• posouzení obsahu a stupně kaustické metamorfózy kaolinitických jílovců vzniklých zahořením odvalů;
• prokázat vhodnost této druhotné suroviny pro výrobu žáruvzdorných ostřiv a plniv;
• návrh úpravy předmětných materiálů na surovinu srovnatelnou s průmyslově vyráběnými ostřivy;
• návrh technologie odtěžování a likvidace odvalů jako ekologické zátěže.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Výběr vhodných lokalit
Kritéria výběru:
• vhodné petrografické složení hlušinového materiálu odvalu (velký podíl jílovců, prachovců, jílovitých hornin s uhelnou příměsí a uhelné hmoty);
• prokázaný endogenní požár na odvalu (teplota vyšší než 900 oC);
• množství přepáleného skládkovaného materiálu;
• vyřešené střety zájmů.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Výběr vhodných lokalit
Studované oblasti:
• česká část hornoslezské pánve (především ostravská část OKR);
• limnické pánve lugika (především dolnoslezská pánev);• kamenouhelné pánve středočeské oblasti (především
kladenská pánev);• rosicko oslavanská oblast;• podkrušnohorské terciérní pánve.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Ostravská část OKR
Vhodné lokality
• odval Dolu Heřmanice (17 mil. m3);• odval Dolu Odra (3,75 mil. m3);• odval Dolu Petr Bezruč (8 mil. m3).
Podmínečně vhodné lokality
Výběr vhodných lokalit
• odval Dolu Šverma (5 / 0,32 mil. m3).
HeřmaniceOdra
Šverma Ema
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Vhodné lokality
• odval Ronna (2,1 mil.
m3);• odval
Tuchlovice (18,3 mil. m3);
• odval V Němcích (5,2 mil. m3);
• odval U Jiřího (2,15 mil.
m3).
Výběr vhodných lokalit
Kladenská pánev
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Vybrané lokality
• rekultivovaný odval Nové Dvory;• rekultivovaný kamenolom Dobrčice;• výchoz Sezemice;• výchoz Nechranice.
Výběr vhodných lokalit
Podkrušnohorské terciérní pánve
• na odvalech deponováno velké množství skrývkového materiálu / malé množství organické hmoty;
• odvaly s deponovaným materiálem z hořících uhelných slojí již rekultivovány nebo odtěženy;
• pozornost zaměřena na přírodní lokality výskytu porcelanitů.
Poznatky
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Odběry vzorků
Odběry vzorků
► Pozornost zaměřena na termicky modifikovaný materiál – makropetrografická klasifikace (Králík 1984).
► Určení místa maximální termické aktivity není možné (chybí dokumentace skládkového hospodářství, nebyl prováděn monitoring endogenních požárů).
► Vzorky odebírány z povrchu odvalů, z erozních rýh, starých zářezů nebo z partií odkrytých při rekultivaci.
► Odběry vzorků z větších hloubek pomocí mechanizace není možné provést – nebezpečí zažehnutí endogenního požáru (viz odval Heřmanice, Odra).
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Laboratorní výzkumu byl zaměřen na:
• komplexní stanovení chemického složení;
• mineralogického složení tepelně alterovaného materiálu.
Celkem bylo analyzováno 47 vzorků.
Použité analytické metody: chemického složení
- vlnově disperzní rentgenfluorescenční spektrometr - WD XRF (Spectroscan MAKC GVII) složení minerálních fází
- RTG difrakční prášková analýza (Seifert – FPM (Co katoda 0,179026 nm)
Laboratorní výzkum
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Střední až nejvyšší stupeň tepelné alterace vykazují vzorky Heřmanice Hr-2 a Šverma Šv-1.
Zjištěné minerály indialit, mullit, a cristabalit ve vzorcích, potvrzují teplotu výpalu kolem 1000oC.
Výsledky laboratorního výzkumu:
Laboratorní výzkum
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Střední až nejvyšší stupeň tepelné alterace vykazují vzorky Heřmanice Hr-2 a Šverma Šv-1.
Zjištěné minerály indialit, mullit, a cristabalit ve vzorcích, potvrzují teplotu výpalu kolem 1000oC.
Nejvyšší stupeň tepelné alterace vykazují také vzorky Tuchlovice TU-1 a Ronna Rn-2.
Zjištěné minerály indialit, mullit, a cristabalit ve vzorcích, potvrzují teplotu výpalu kolem 1100oC.
Podle zjištěných obsahů novotvořených minerálů (indialit - až 31 %, mulit - až 25 %, cristabalit - až 28 %, tridymit - až 12,5 %) prošly nejvyšším stupněm výpalu přírodní porcelanity.
Výsledky laboratorního výzkumu:
Laboratorní výzkum
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Zkoumaný materiál splňuje podmínky pouze s ohledem na chemické složení.
Pro potřeby keramického průmyslu je nezbytné zájmový materiál zušlechtit.
Požadavky na křemenný šamot:
• chemické složení 10 – 30 % Al2O3;
• minerální složení mulit, cristobalit, tridymit, křemen.
Laboratorní výzkum
Tuchlovice Ronna Odra Heřmanice
Objem [mil. m3] 4,92 2,10 3,75 17
Uhelná hmota (odhad) [%] 7 17 14-17 15
Al2O3 [%] 26 26 20 21
SiO2 [%] 62 57 61 61
Průměrnéhodnoty
amorfní křemen mulitcordiérit-
indialit cristobalit hematit muskovit ostatní
%
Tuchlovice 41.47 24.36 6.32 1.18 1.72 1.46 12.35 11.90
Ronna 59.28 18.10 3.75 0.00 0.83 4.81 3.54 9.68
Odra 36.90 25.39 3.56 0.00 0.00 3.03 24.38 6.73
Heřmanice 22.70 26.83 2.11 1.64 1.84 3.29 33.10 7.00
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUOZušlechtění zájmového materiálu
Stanovení nejoptimálnějšího postupu zušlechtění antropogenně přepáleného
materiálu
• stanovení nejvhodnější přípravy vzorku pro výpal; • stanovení nejvhodnější teploty a doby výdrže
výpalu vzorků;• zjistit u vzorků s vysokým podílem amorfní fáze
teplotní úrovně novotvořených minerálních fází (především mulitu).
Dílčí úkoly:
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Metodický postup
Metodický postup vychází z podmínek zjišťování fyzikálních a keramicko - technologických vlastností porcelanitů (Tománek 1959) a normou ČSN 72 1082 (Vypalovací zkoušky keramických surovin).
• homogenizace a podrcení vzorků pod 4 mm;• sítová analýza;• rozdělení vzorků na podsítné a nadsítné (0,063 mm);• rozdělení vzorků na kvarty;• výpal jednotlivých kvartů na 900oC, 1100oC a 1400oC;• stanovení váhového úbytku;• zjištění minerálních fází pomocí RTG práškové difrakce;• makropetrografický popis dílčích vypálených vzorků.
Postup prací:
Zušlechtění zájmového materiálu
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
• postup prací byl testován na dvou referenčních vzorcích;
• experimentálně zjištěný postup byl ověřen na zbývajících vzorcích;
• výsledky byly statisticky vyhodnoceny.
Zušlechtění zájmového materiálu
Metodický postup
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Výsledky testů:
Zušlechtění zájmového materiálu
• přítomnost alkálií a vyššího podílů oxidu železa způsobují tavení směsi při nižších teplotách, než uvádějí fázové diagramy - krystalizace mulitu při teplotách do 1100 °C;
• při výpalu na 1400 °C vzrůstá podíl mulitu již nepatrně;• vyšší podíl oxidů železa způsobil ve vzorcích vypálených na
1400 °C značnou pórovitost případně roztavení vzorku;• nejvhodnější teplota výpalu pro tvorbu mulitu je 1250 °C;• prodloužení doby výpalu na 3 hodiny při teplotě 1250 °C
prokázalo pozitivní vliv na zvýšení množství mulitu.
Upravený výpal referenčních vzorků
Výpal: 400 °C/h 800 °C /h 1000 °C/h 1250 °C/h
Výdrž: 3 h
Ochlazení: samovolné chladnutí pece
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Průměrnéhodnoty před zušlechtěním
amorfní křemen mulitcordiérit-
indialit cristobalit hematit muskovit ostatní
%
Tuchlovice 41.47 24.36 6.32 1.18 1.72 1.46 12.35 11.90
Ronna 59.28 18.10 3.75 0.00 0.83 4.81 3.54 9.68
Odra 36.90 25.39 3.56 0.00 0.00 3.03 24.38 6.73
Heřmanice 22.70 26.83 2.11 1.64 1.84 3.29 33.10 7.00
Průměrnéhodnoty po zušlechtění
amorfní křemen mulitcordiérit-
indialit cristobalit hematit muskovit ostatní
%
Tuchlovice 45.30 11.33 35.66 0.48 5.36 1.88 0.00 0.00
Ronna 40.22 6.59 38.98 0.30 9.12 4.54 0.00 0.24
Odra 62.24 5.25 26.47 0.00 0.47 5.58 0.00 0.00
Heřmanice 67.85 6.01 19.63 2.66 0.82 3.04 0.00 0.00
Zušlechtění zájmového materiálu
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Tuchlovice Ronna Odra Heřmanice
hematit
cristobalit
cordiérit-indialit
křemen
mulit
amorfní
Zušlechtění zájmového materiálu
Tuchlovice Ronna Odra Heřmanice
Objem [mil. m3] 4,92 2,10 3,75 17
Uhelná hmota (odhad) [%] 7 17 14-17 15
Al2O3 [%] 26 26 20 21
SiO2 [%] 62 57 61 61
Po zušlechtění zkoumaný materiál splňuje podmínky
kladené na ostřivo a plnivo do křemenného
šamotu.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
• selektivní odtěžení termicky modifikovaného materiálu;
• drcení, mletí a homogenizace;
• tepelné zpracování v rotačních pecích při teplotě 1250 °C a snížené rychlosti posunu suroviny;
• drcení výsledné suroviny na požadovanou zrnitost.
Technologie odtěžování a likvidace
Návrh technologie odtěžování a likvidace odvalů jako ekologické zátěže
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUOV004 - „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé
stavební hmoty (žáruvzdorná ostřiva a plniva)“
Výsledky:
► Byly vybrány čtyři nejvhodnější odvaly.► Předmětný materiál bez úpravy nesplňuje podmínky kladené na
průmyslové ostřivo - je nutné jeho zušlechtění.► Byl navržen a experimentálně vyzkoušen postup zušlechtění
zájmového materiálu na úroveň parametrů průmyslově vyráběných ostřiv.
► Výzkumem byla prokázána vhodnost použití této zušlechtěné druhotné suroviny pro výrobu žáruvzdorných ostřiv a plniv.
► Byla navržena technologie odtěžování a průmyslového zušlechtění předmětných materiálů.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Výsledky:
► Výsledky řešení tohoto dílčího cíle byly dosud prezentovány na mezinárodních konferencích a publikovány v zahraničních odborných periodikách.
► V přípravě je kapitola do monografie a souhrnná publikace v zahraničním odborném recenzovaném periodiku.
► Výsledky tohoto dílčího cíle budou aplikovány v návazném výzkumu CVVP při studiu využití vedlejších produktů z těžby, úpravy a zpracování energetických surovin (VEP) jako výchozích surovin pro přípravu nových geopolymerních materiálů.
V004 - „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty
(žáruvzdorná ostřiva a plniva)“
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Děkuji za pozornost.
V004 - „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty
(žáruvzdorná ostřiva a plniva)“