ISTRAŽIVANJA VEZANA ZA KORIŠĆENJE OTPADA
Vorkapić Žaklina
Prirodno matematički fakultet
Trg Dositeja Obradovića 3, Novi Sad
[email protected]
___________________________________________________________________________
Apstrakt
U Evropskoj uniji i u Sjedinjenim Američkim Državama leteći pepeo praktično više nije
nusproizvod sagorevanja uglja u termoelektranama. Razlog tome je što se sav pepeo, koji se proizvede,
koristi za proizvodnju građevinskog materijala, najčešće betona i cementa. Na taj način smanjuje se
potreba za deponijama pepela. Mogućnost upotrebe letećeg pepela je višestruka. Leteći pepeo se koristi u
izgradnji puteva (npr. asfalt beton), u proizvodnji cementa, u proizvodnji veziva i maltera, u proizvodnji
opeke, itd. Osim toga što povećava kvalitet betona i cementa, upotreba letećeg pepela ima mnoge
pozitivne efekte sa ekonomskog i ekološkog aspekta, uključujući i uštedu energije.
Ključne reči:
leteći pepeo, cement, beton, reciklaža, deponovanje
__________________________________________________________________________________
Sadržaj
1. UVOD................................................................................................................... 2
2. OPIS LETEĆEG PEPELA.................................................................................2
2.1. OPŠTE KARAKTERISTIKE LETEĆEG PEPELA.........................................................................3
2.1.1. Fizička svojstva...............................................................................................................................3
2.1.2. Hemijska svojstva...........................................................................................................................4
2.1.3. Zaštita životne sredine................................................................................................................... 6
2.1.4. Uticaj letećeg pepela na zdravlje.................................................................................................. 6
3. PRIMENA LETEĆEG PEPELA.......................................................................7
3.1. SADAŠNJE MOGUĆNOSTI PRIMENE...........................................................................................7
3.1.1. Reciklaža......................................................................................................................................... 8
3.1.2. Deponovanje...................................................................................................................................8
3.2. PROIZVODNJA ASFALT BETONA.................................................................................................9
3.3. PROIZVODNJA BETONA OD PORTLAND CEMENTA............................................................10
3.4. IZRADA NASIPA ILI ISPUNE.........................................................................................................12
3.5. IZRADA STABILIZOVANOG NOSEĆEG SLOJA I POSTELJICE..........................................12
3.6. PROIZVODNJA ŽITKE ISPUNE (FLOWABLE FILL)...............................................................14
4. ZAKLJUČAK....................................................................................................15
5. LITERATURA...................................................................................................16
_________
e-mail adresa:
[email protected]
1. UVOD
Leteći pepeo, nusproizvod sagorevanja uglja u termoelektranama u Evropi se već 50 godina
koristi kao građevinski materijal, posebno u proizvodnji betona i cementa. U razvijenim evropskim
zemljama pepeo se tretira kao proizvod koji ima svoju upotrebnu vrednost, tržište i cenu, što je dovelo do
toga da u nekim zemljama praktično više ne postoji nijedna deponija pepela. Sve što se proizvede ide
direktno u proizvodnju građevinskih materijala, pre svega betona i cementa (Obradović, 2011)
Za razliku od vremena kada je pepeo odlagan u prirodu i od njega nije bilo nikakve koristi već
samo ekološke štete, danas se leteći pepeo koristi kao aditiv u proizvodnji betona i cementa. Takav beton
je bolji nego kada se koristi samo cement. Takođe, korišćenjem letećeg pepela smanjuje se potrošnja
cementa, za čiju se proizvodnju koristi mnogo energije. Rezultat je da se korišćenjem pepela kao sirovine
u građevinarstvu smanjuje potrošnja i resursa i energije, budući da je u proizvodnji cementa potreban
aluminijum, koji se uzima iz gline. Umesto toga, moguće je iskoristiti leteći pepeo, koji ne mora da se
iskopava. Dakle, koristi od upotrebe letećeg pepela su brojne. Prvenstveno koristi se materijal koji već
postoji i raspoloživ je. Sa ekonomskog aspekta značajno je to što se koristi jeftiniji i bolji materijal u
gradnji. Sa ekološkog aspekta značajno je što se pepeo ne odlaže kao otpad u prirodu i što se njegovom
primenom postiže energetska ušteda (Obradović, 2011).
Srbija od šest miliona tona, koliko se godišnje proizvede letećeg pepela, koristi samo 2,7 odsto i
to u industriji cementa (Obradović, 2011)
2. OPIS LETEĆEG PEPELA
Leteći pepeo, koji se dobija sagorevanjem ugljene prašine u kotlovima za sagorevanje uglja, je
fino mleveni, praškasti materijal koji se prenosi dimnim gasom. Pepeo se, obično, sakuplja pomoću
elektrostatičkih taložnika, kontejnera za prikupljanje prašine ili uređaja za mehaničko prikupljanje, poput
ciklona (
Naik at al., 2004
).
U proizvodnji energije primenjuju se tri načina uklanjanja pepela iz kotlovskog postrojenja: suvi,
vlažni i ciklonski. U praksi se najčešće primenjuje suvi postupak. Kada se ugljena prašina uklanja suvim
postupkom, oko 80% sagorelog ostatka napušta peć kao leteći pepeo sadržan u dimnom gasu. Kod
uklanjanja vlažnim postupkom (ili kod peći sa odvodom za šljaku), oko 50% pepela se zadržava u
pećima, a drugih 50% se izdvaja sa dimnim gasom. Kod ciklonskog tipa, gde se kao gorivo koristi ugljena
prašina, 70% do 80% pepela se zadržava kao šljaka u kotlu i samo se 20% do 30% izdvaja iz peći kao suv
pepeo u dimnom gasu (
Naik at al., 2004
).
Američko udruženje za ugljeni pepeo (od eng.
American Coal Ash Association
, ACAA) je
objavilo da je 2006. godine proizvedeno 65,7 miliona metričkih tona (72,4 miliona tona) letećeg pepela
dobijenog iz uglja (
American Coal Ash Association
, 2007, MN/RC–2007-08).
Uobičajeni tok proizvodnje letećeg pepela u kotlovskim postrojenjima predstavljen je na slici 1.
2
Slika 2.
Čestice letećeg pepela (Vujica, M., 2011)
Specifična težina letećeg pepela obično varira od 2,1 do 3,0, dok specfična površina (merena
Blejnovom metodom propustljivosti vazduha) može varirati od 170 do 1000 m
2
/kg (
Quian at al., 2006
).
Boja letećeg pepela je nepouzdan indikator njegovog hemijskog sastava. Pepeo koji se dobija od
lignita ili delimično bitumeniziranog uglja obično ima svetlu ili bledu mrkožutu boju, što ukazuje na
nisku količinu ugljenika kao i prisustvo kreča ili kalcijuma. Leteći pepeo od bitumeniziranog uglja je,
uglavnom, sive boje. Svetlije nijanse sive boje ukazuju na bolji kvalitet pepela, a tamno siva i crna boja se
pripisuju povećanom sadržaju nesagorelog ugljenika (
Quian at al., 2006
).
2.1.2. Hemijska svojstva
Hemijske osobine elektrofilterskog pepela su, u velikoj meri, pod uticajem sadržaja uglja,
strategije kontrole zagađenja vazduha u termoelektranama i tehnika koje se koriste za rukovanje i
skladištenje. U Tabeli 1 su prikazani standardni hemijski sastojci letećeg pepela od bitumeniziranog uglja,
lignita i delimično bitumeniziranog uglja. Pepeo od lignita i delimično bitumeniziranog uglja ima veći
sadržaj kalcijum oksida i niži gubitak žarenjem (eng.
Loss of ignition (LOI)
) u odnosu na onaj od
bitumeniziranog uglja. Elektrofilterski pepeli od lignita i delimično bitumeniziranog uglja mogu imati
veću količinu sulfatnih jedinjenja u odnosu na pepeo dobijen od bitumeniziranog uglja (
Recycled
Materials Resource Center, RMRC, 2010, Report nr 20104201
).
Leteći pepeo od sagorevanja (klasa F -
Spaljivanje antracita i bitumeniziranog uglja obično
proizvodi leteći pepeo klase F. U prirodi to je obično vulkanski leteći pepeo, a sadrži manje od 20%
kreča. Sastojci kao što su silicijum i glina se upotrebljavaju kao cementirajući agensi, kao što su Portland
cement, kreč ili hidratizirani kreč, uz prisustvo vode kako bi se omogućilo dobijanje cementne smeše.
Alternativno, dodavanje hemijskih aktivatora, kao što su natrijum silikat (vodeno staklo) u pepeo klase F
može dovesti do formiranja geopolimera (
Rangan, 1989
).
4
Tabela 1.
Standradni sadržaj hemijskih jedinjenja u letećem pepelu koji nastaje sagorevanjem različitih
tipova uglja izraženo u procentima po jedinici mase
(
Recycled Materials Resource Center, 2010, Report
nr
20104201)
Jedinjenje
Bitumenizirani ugalj
(%)
Delimično
bitumeniziran ugalj
(%)
Lignit (%)
SiO
2
20-60
40-60
15-45
Al
2
O
3
5-35
20-30
10-25
Fe
2
O
3
10-40
4-10
4-15
CaO
1-12
5-30
15-40
MgO
0-5
1-6
3-10
SO
3
0-4
0-2
0-10
Na
2
O
0-4
0-2
0-6
K
2
O
0-3
0-4
0-4
LOI
0-15
0-3
0-5
Leteći pepeo od sagorevanja (klasa C) -
Leteći pepeo proizveden od spaljivanja mlađeg lignita ili
delimično bituminiziranog uglja, osim što ima pucolanska svojstva poseduje i neka samo-cementirajuća
svojstva. U prisustvu vode, klasa C letećeg pepela od sagorevanja će otvrdnuti i dobiti snagu tokom
vremena. Klasa C letećeg pepela od sagorevanja po pravilu sadrži više od 20% kreča. Za razliku od klase
F, samo-cementirajuća klasa C letećeg pepela ne zahteva aktiviranje (
Rangan, 1989
).
Glavna razlika između letećeg pepela klase F i klase C je u procentualnom sadržaju kalcijuma,
silicijum dioksida, aluminijum oksida i gvožđa. U pepelu klase F ukupna količina kalcijuma obično varira
od 1% do 12%, većinom u obliku kalcijum hidroksida, kalcijum sulfata i staklastih komponenti u
kombinaciji sa silicijum dioksidom i aluminijum oksidom. Nasuprot tome, pepeo klase C sadrži od 30%
do 40% kalcijum oksida. Količina alkalija (kombinovani natrijum i kalijum) i sulfata (SO
4
) je veća u
pepelu klase C nego u onom klase F (
Sirivivatnanon, 1997
).
Iako se oznake klasa F i C strogo primenjuju kada je u pitanju leteći pepeo koji ispunjava zahteve
standarda C
618
Američkog udruženja za testiranje i materijale (eng.
American Society for Testing and
Materials,
ASTM
), ovi termini se često primenjuju uopšteno kako bi se klasa odredila na osnovu porekla
ili sadržaja kalcijum oksida. Ne mogu se svi elektrofilterski pepeli uskladiti sa zahtevima ovog standarda
za beton, mada mnogi „nespecifikovaniˮ imaju vezivna svojstva i mogu se koristiti za stabilizaciju
gornjeg i donjeg nosećeg sloja i posteljice (
Sirivivatnanon, 1997
).
Gubitak pri žarenju, koji predstavlja meru količine ostatka ugljenika koji se zadržao u letećem
pepelu, je jedno od najznačajnijih njegovih hemijskih svojstava. Kod klasifikovanog pepela gubitak
žarenjem može biti od 5% do 6%, prema specifikacijama Američke asocijacije za državne puteve i
transport (eng.
American Association of State Highway and Transportation Officials,
AASHTO
) ili
Američkog udruženja za testiranje i materijale. Gubitak žarenjem može ukazati na podobnost korišćenja
pepela kao zamene za cement u betonu, jer varijacije u sadržaju ugljenika mogu uticati na aktivnost
betonske mešavine i sadržaj vazduha (
Akhand, 1997
).
Pored hemijskog sastava i gubitka žarenjem, kvalitet letećeg pepela je pre svega određen finoćom
i konzistencijom. Finoća utiče na reaktivnost pepela, kao i nivoe sadržaja ugljenika. Leteći pepeo je veće
finoće od portland cementa i kreča, i veličina zrna varira između 10 i 100 mikrona. Pepeo koji se koristi
za proizvodnju betona treba da bude konzistentan, odnosno postojan na promene, kako bi se omogućilo
preliminarno ispitivanje betonske mešavine (
Mindess, 1981
).
5
