Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO Kapitola 4 „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty“ Jan Jelínek, Vladimír Slivka, Jiří Mališ, Tomáš Daněk VEŘEJNÁ SOUTĚŽ VE VÝZKUMU A VÝVOJI Výzkumná centra - 1M poskytovatel - MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY

Obsah kapitoly Úvod 4.1 Tepelně alterovaný materiál v odvalech Problematika využití hlušiny doprovázející těžbu uhlí jako potenciální druhotné suroviny pro výrobu hlinito-křemičitých žáruvzdorných ostřiv a plniv s uplatněním především v keramickém průmyslu; 4.1 Tepelně alterovaný materiál v odvalech 4.2 Lokality 4.2.1 Kladensko-rakovnická oblast 4.2.2 Ostravsko-karvinský revír 4.2.3 Severočeský hnědouhelný revír Princip vzniku záparů a endogenních požárů v odvalech; dosahované teploty v centrech endogenních požárů; šíření požárů v odvalech; popis kaustické přeměny jílových hornin; petrografická charakteristika antropogenních porcelanitů. 4.3 Odběr vzorků a makropetrografický popis 4.3.1 Tuchlovice 4.3.2 Ronna 4.3.3 Odra 4.3.4 Heřmanice 4.4 Použité analytické a experimentální metody 4.5 Výsledky a diskuse 4.6 Návrh využití antropogenních porcelanitů 4.7 Závěr

Odběry vzorků Nově vytvořený postup vzorkování, založený na principech určených normou ČSN 72 1152 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 a zářezů. Odběry vzorků z větších hloubek pomocí mechanizace není možné provést – nebezpečí zažehnutí endogenního požáru (viz odval Heřmanice, Odra).

Odběry vzorků 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). Heřmanice Odra Ema Šverma odval Dolu Šverma (5 / 0,32 mil. m3).

Odběry vzorků Kladenská pánev 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).

Laboratorní výzkum Laboratorní výzkumu byl zaměřen na: komplexní stanovení chemického složení; mineralogického složení tepelně alterovaného materiálu. 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 Výsledky laboratorního výzkumu: Chemické složení   Al2O3 SiO2 [%] Tuchlovice 26,12 62,31 Ronna 26,33 56,98 Odra 20,39 60,90 Heřmanice 20,58 61,24 Podle chemického složení zkoumaný materiál splňuje podmínky kladené na průmyslové ostřivo. Požadavky na křemenný šamot Druh žáruvzdorných hmot minerální složení produktu chemický obsah hlavních surovin použití Šamot křemenný mulit, cristobalit, tridymit, křemen 10-30% Al2O3 do 1670 ˚C Šamot jílový (normální) mulit 35-45% Al2O3 do 1750 ˚C Šamot vysoce hlinitý mulit, cristobalit, korund 45-60% Al2O3 do 1840 ˚C

Laboratorní výzkum Výsledky laboratorního výzkumu: Minerální složení   amorfní křemen mulit cordierit cristobalit hematit muskovit ostatní [%] Tuchlovice 41.47 24.36 6.32 1.18 1.72 1.46 12.35 11.9 Ronna 59.28 18.1 3.75 0.83 4.81 3.54 9.68 Odra 36.9 25.39 3.56 3.03 24.38 6.73 Heřmanice 22.7 26.83 2.11 1.64 1.84 3.29 33.1 7 Pro potřeby keramického průmyslu je nezbytné zájmový materiál zušlechtit.

Zušlechtění zájmového materiálu 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). Postup prací: Drcení a homogenizace; rozdělení vzorků na podsítné a nadsítné (0,063 mm); výpal jednotlivých vzorků na 900oC, 1100oC, 1250oC a 1400oC; zjištění minerálních fází pomocí RTG práškové difrakce; makropetrografický popis dílčích vypálených vzorků.

Zušlechtění zájmového materiálu Metodický postup postup prací byl testován na dvou referenčních vzorcích; experimentálně zjištěný postup byl ověřen na zbývajících vzorcích; výsledky byly statisticky vyhodnoceny.

Výsledky Výsledky testů: 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 s prodlouženou dobou výpalu na 3 hodiny. Výpal: 400 °C/h 800 °C /h 1000 °C/h 1250 °C/h Výdrž: 3 h Ochlazení: samovolné chladnutí pece

Výsledky Minerální složení   amorfní křemen mulit cordierit cristobalit hematit muskovit ostatní [%] Tuchlovice 41.47 24.36 6.32 1.18 1.72 1.46 12.35 11.9 45.3 11.33 35.66 0.48 5.36 1.88 Ronna 59.28 18.1 3.75 0.83 4.81 3.54 9.68 40.22 6.59 38.98 0.3 9.12 4.54 0.24 Odra 36.9 25.39 3.56 3.03 24.38 6.73 62.24 5.25 26.47 0.47 5.58 Heřmanice 22.7 26.83 2.11 1.64 1.84 3.29 33.1 7 67.85 6.01 19.63 2.66 0.82 3.04 Po zušlechtění zkoumaný materiál splňuje podmínky kladené na ostřivo a plnivo do křemenného šamotu.

Návrh technologie odtěžování a likvidace odvalů jako ekologické zátěže Návrh využití Návrh technologie odtěžování a likvidace odvalů jako ekologické zátěže 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.

Závěr Zhodnocení: 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.

Kapitola 4 - Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty Děkuji za pozornost.