Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO

1. 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 - 1Mposkytovatel - MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Výběr vhodných lokalit 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 Podmínečně vhodné lokality • odval Dolu Šverma • (5 / 0,32 mil. m3).

6. Výběr vhodných lokalit 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).

7. Výběr vhodných lokalit Podkrušnohorské terciérní pánve Poznatky • 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. Vybrané lokality • rekultivovaný odval Nové Dvory; • rekultivovaný kamenolom Dobrčice; • výchoz Sezemice; • výchoz Nechranice.

8. 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).

9. 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) Celkem bylo analyzováno 47 vzorků.

10. Laboratorní výzkum Výsledky laboratorního výzkumu: • 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.

11. Laboratorní výzkum Výsledky laboratorního výzkumu: • 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.

12. Laboratorní výzkum • Požadavky na křemenný šamot: • chemické složení 10 – 30 % Al2O3; • minerální složení mulit, cristobalit, tridymit, křemen. • Zkoumaný materiál splňuje podmínky pouze s ohledem na chemické složení. • Pro potřeby keramického průmyslu je nezbytné zájmový materiál zušlechtit.

13. Zušlechtění zájmového materiálu Stanovení nejoptimálnějšího postupu zušlechtění antropogenně přepáleného materiálu Dílčí úkoly: • 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).

14. 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). • 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:

15. 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.

16. Zušlechtění zájmového materiálu 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; • prodloužení doby výpalu na 3 hodiny při teplotě 1250 °Cprokázalo pozitivní vliv na zvýšení množství mulitu. Upravený výpal referenčních vzorků Výpal:400 °C/h 800 °C /h1000 °C/h 1250 °C/h Výdrž: 3 h Ochlazení:samovolné chladnutí pece

17. Zušlechtění zájmového materiálu

18. Zušlechtění zájmového materiálu Po zušlechtění zkoumaný materiál splňuje podmínky kladené na ostřivo a plnivo do křemenného šamotu.

19. Technologie odtěžování a likvidace 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.

20. V004 - „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.

21. V004 - „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty (žáruvzdorná ostřiva a plniva)“ • 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.

22. V004 - „Aplikace jílových sedimentů pro ušlechtilé stavební hmoty (žáruvzdorná ostřiva a plniva)“ • Děkuji za pozornost.