K.P.B. Politechniki Śląskiej Gliwice - Kokotek, 28.09 - 01.10.2000 r.
Jan M IK O Ś 1
BUDOWLANY GIPS SYNTETYCZNY Z ODSIARCZANIA SPALIN
1. Surow iec i w ielk ość p rod u k cji gipsu syn tetyczn ego
G ips syntetyczny stosow any w bud o w n ictw ie u zyskuje się w procesie o d siarczan ia spalin z dw utlenku siarki S 0 2. G łów nym i źródłam i em isji S 0 2 s ą zakłady energetyczne i ciepłow nicze. Jednym z najw ażniejszych zadań ochrony śro d o w isk a je s t zm n iejszen ie em isji zw iązków siarki do atm osfery. Z aw arto ść S 0 2 w atm osferze p ow oduje kw aśne deszcze. Te zaś znacznie p rzy śp ieszają procesy d estrukcyjne rów nież w budow nictw ie. N isz c z ą w szystko co nas otacza. S ą p rzy czy n ą w ielu chorób. W zględy w ięc ekologiczne zadecydow ały o w ykorzystaniu S 0 2 ja k o surow ca do pro d u k cji gipsu syntetycznego na d u ż ą skalę p rzem y sło w ą w procesie o d siarczan ia spalin w ęglow ych.
W w ielu krajach kilkanaście lat tem u a w P olsce k ilk a lat tem u , opracow ano program y od siarczan ia spalin zgodnie z zaleceniam i E W G . N a św iecie w y b udow ano (U SA , Japonia, N iem cy i inne kraje) kilk ad ziesiąt zakładów produ k u jący ch z dw utlenku siarki S 0 2 gips syntetyczny. W N iem czech od 1987 roku p rodukuje się gips syntetyczny po d n a z w ą R E A -gips (R auchgas E ntschw elungsanlagen).
W P olsce w ybudow ano w 1994 r. w B ełch ato w ie na licencji holenderskiej pierw szy zakład odsiarczan ia spalin produkujący gips syntetyczny d w u w o d n y ja k o surow iec do produkcji budow lanego gipsu syntetycznego.
F irm a n iem iecka K N A U F w 1994 roku w y g rała przetarg na w y b u d o w an ie zakładu produkcji płyt gipsow o-kartonow ych w B ełch ato w ie który w y b u d o w ała w 1997 r. F irm a ta w 1999 r. od d ała rów nież do użytku zakład produkcji suchych m ieszanek tynk o w y ch z gipsu syntetycznego w Jaw orznie (fot. 1).
F irm a N O R D -G IP S u ruchom iła w 1998 r. zakład produkcji w yrobów z gipsu sy ntetycznego przy E lektrow ni O pole.
O becnie w w ielu polskich elektrow niach trw a ją intensyw ne prace nad uruchom ieniem instalacji odsiarczania spalin i zakładów produkujących w yroby z gipsu syntetycznego.
P o lsk a w najbliższych latach b ędzie p ro d u k o w ała około 2,5 m in to n /ro k gipsu syntetycznego. O becnie np. N iem cy p ro d u k u ją ju ż około 5,0 m in to n /ro k , a w roku 2000 p lan u ją produkow ać około 6 m in ton/rok.
1 Prof. d r inż. - K atedra Procesów B udow lanych Politechniki Ś ląskiej, ul. A kadem icka 5, 44-100 G liw ice, e-m ail: sekretariat@ kaproc.bud.polsl.gliw ice.pl
Fot. 1 O gólny w idok firm y K N A U F - zakładu produkcji suchych m ieszanek tynkow ych w Jaw orznie
2. M etoda produkcji gipsu syn tetyczn ego dw u w od n ego C a S 0 4 • 2 H 20 O becnie znanych je s t kilkanaście przem ysłow ych m etod produkcji gipsu syntetycznego dw uw odnego. N ajpow szechniej sto so w an ą w św iecie m eto d ą od siarczan ia spalin je s t m etoda m okra w ap ien n a stosując w apień ( C a C 0 3) lub w apno palone (C aO ). M etoda ta została rów nież zastosow ana w pierw szej w kraju instalacji od siarczan ia spalin w B ełchatow ie. N a rys. 1 p okazano uproszczony schem at m etody od siarczan ia spalin. P olega ona na absorbcji S 0 2 w w odnej zaw iesinie m ączki z kam ienia w apiennego. Schłodzone „surow e” spaliny bezprzeponow o przez w trysk do w ody k ierow ane są do absorbenta, gdzie zachodzi w ym yw anie S 0 2 z utw orzeniem siarczynów , utleniania jo n ó w siarczynow ych i w ytrącenie gipsu syntetycznego dw uw odnego C a S 0 4 ■ 2 H 20 .
R eakcja chem iczna procesu odsiarczania spalin i produkcji gipsu syntetycznego d w uw odnego (R E A -gipsu) przebiega w następujących etapach:
C a C 0 3 + 2 H + » C a2+ + H 20 + C 0 2 C aO + H 20 --- » C a2+ + 2 OH
2 C a2++ 2 H S 0 3 + 0 2 + 4 H20 » 2 C a S 0 4 • 2 H 20 + 2 H +
U tw o rzo n a zaw iesin a gipsu je s t zagęszczana i odbierana w postaci p roszku o kolorze beżow ym i zaw artości 10% w ilgoci. S zkodliw e zanieczyszczenia usuw a się przez płukanie.
R E A -gips m ożna brykietow ać i przechow yw ać w kaw ałkach przez k ilk a lat.
W zależności od m etody o d siarczania struktura kryształów m oże być igłow a lub kulista. K ryształy zaś tego gipsu osiąg ają różny rozm iar.
b>
Spaliny i 400 m g M h/m *
W ęgiel Pow idlAC
Kociuł
Oi
}
SO 2W a p ie ń WwLi
Puwiclj^:
K Ł A
CaCOi 4- 2 li20
I SO,
V/ Ol
\_____ V I CilW4 2 i l 20
Cii PS dw uw odny z w i l g u i i ^ r r s / . |k u w i (
(Ok. 10%) Rys. 1 M etoda m okra o d siarczan ia spalin
A .bez odsiarczania B. odsiarczanie spalin
U zyskiw any dw uw odny gips-R E A m usi spełniać o kreślone w ym ogi np.:
zaw artość gipsu - 95%
zaw artość w ilgoci - 1 0 %
ciężar nasypow y - 0,5 do 1,2 t/m 3
pH - 5 + 8
siarczyn w apniow y C a S 0 3 • !4H20 - 0,5 i w iele innych
P roces w ięc odsiarczan ia gipsu d w u w odnego (R E A -gipsu) m usi być p row adzony pod śc isłą kontrolą, aby surow iec do dalszej przeróbki był je d n o ro d n y . O d b io rca je d n a k m usi rów nież też um ieć reagow ać dom ieszkam i, aby gips syntetyczny półw odny i w yroby z niego posiadały stałe w łaściw ości.
Instalacje do zrealizow ania opisanego w sposób u proszczony procesu produkcji gipsu syntetycznego dw uw odnego s ą złożone i kosztow ne, fin an so w an e ze środków na o chronę środow iska, najczęściej s ą to środki zagraniczne pom ocow e.
N ajw iększym o d b io rcą gipsu syntetycznego je s t budow nictw o.
C a S 0 4 • 2 H zO PrazCTie' lemP 160°c >C a S 0 4 ■ 2 H 20
K ażda firm a, która chce produkow ać w yroby z gipsu syntetycznego b udow lanego w dużej ilości, buduje przy zakładzie produkcji w yrobów np. płyt gipsow o-kartonow ych, oddział suszenia i prażenia. O dbiorcy w m ałych ilościach tego gipsu do produkcji zw łaszcza różnych drobnych w yrobów , m o g ą zakupić gips syntetyczny u dużych producentów je śli p ro w ad zą ta k ą działalność. M u sz ą się je d n a k liczyć z p o trz e b ą d o stosow ania je g o do sw oich potrzeb.
4. P odstaw ow e w łaściw ości bu d ow lan ego gipsu syn tetyczn ego
G ips syntetyczny budow lany (półw odny C a S 0 4 • 0,5 H 20 ) p o siad a zbliżony skład chem iczny i w łaściw ości do gipsu naturalnego głów nie w stanie stw ardniałym . P osiada je d n a k w ięk szą w ytrzym ałość niż gips naturalny (ok. 35 + 40% ). G ips b udow lany syntetyczny w stanie ciekłym posiada szereg różnic tj.:
• bardzo krótki czas w iązania,
• je s t trudniej urabialny,
• p o siad a m a łą spoistość ziarnow ą,
• p o siad a barw ę lekko krem ow ą,
• charakteryzuje się szybszym przyrostem w ytrzym ałości.
T e różnice sp raw iają szereg kłopotów głów nie drobnym odbiorcom . B udow lany gips syntetyczny w ym aga stosow ania dom ieszek m odyfikujących w łaściw ości gipsu w zależności od rodzajów produkow anych w yrobów .
O becnie gips ten je s t w ykorzystyw any ja k o p ełnow artościow y m ateriał do produkcji różnych w yrobów z gipsu na rów ni z gipsem naturalnym przy uw zględnieniu je g o specyficznych w łaściw ości reologicznych. K ażda firm a p o siad a w łasny sposób ich
m odyfikacji w zależności od potrzeb.
K atedra Procesów B udow lanych P olitechniki Śląskiej pod kierunkiem au to ra tej publikacji prow adzi okresow e badania w łaściw ości budow lanego gipsu syntetycznego produkow anego przez firm ę K N A U F w B ełchatow ie, a ostatnio w Jaw orznie.
N a szczególne podkreślenie zasługuje fakt, że badania p rzeprow adzone w I kw.
1997 r. stężenia naturalnych izotopów prom ieniotw órczych (potasu K -40, radu R -226, toru T h-232) w przeliczeniu na w skaźniki zgadnie z in stru k cją ITB 234/95 u zyskują w artości
fi = 0,026 ± 0,005 co stanow i 2 ,6 % w artości dopuszczalnej f2 = 7,73 B q/kg ± 1,26, co stanow i 4 ,2% w artości dopuszczalnej.
Z przeprow adzonych przez nas badań w 1994 r. (po uruchom ieniu odsiarczania spalin w B ełchatow ie) w skaźniki te kształtow ały się odpow iednio
f, = 0,02 f2 = 5,47 B q/kg
S ą to w artości zbliżone a n aw et nieco niższe niż w gipsie naturalnym . G ips syntetyczny budow lany je s t w ięc m ateriałem czystym ek o logicznym zb liżo n y m do w ap n a i drew n a (R ys. 2).
ESmin ■ śred
& &
8 9
□ max
R ys. 2. W skaźniki prom ieniotw órczości naturalnej spoiw budow lanych:
1 - cem en t ogółem , 2 - cem ent 35 b ez dodatków , 3 - cem en t 35 z dodatkam i, 4 - cem ent hutniczy, 5 - w apno palone, 6 - gips budow lany, 7 - gips naturalny, 8 - gips
R EA , 9 - gips syntetyczny 5. W n iosk i i p od su m ow an ie
P rodukow anie gipsu budow lanego syntetycznego z d w utlenku siarki S 0 2 je s t skutecznym i racjonalnym działaniem ekologicznym oczyszczającym atm osferę.
U tylizacja S 0 2 dokonyw ana przy pom ocy środków na och ro n ę środow iska (rów nież przy w ykorzystaniu środków pom ocow ych zag ran iczn y ch ) staje się w
gipsu syntetycznego.
5. G ips budow lany syntetyczny obecnie stosow any w budow nictw ie posiada aprobaty i św iadectw a jed n o ste k dopuszczających do stosow ania m ateriałów w b u d o w n ict
w ie. D otyczy to rów nież w yrobów . K ażda firm a pro d u k u jąca gips budow lany i w yroby z tego gipsu m usi posiadać takie dokum enty aby j e m ogła sprzedaw ać.
6. W spom niane poprzednio specyficzne cechy gipsu syntetycznego głów nie św ieżego zaczynu, s ą regulow ane przy użyciu dom ieszek i d odatków w zależności od potrzeb i stan o w ią tajem nicę firm y.
7. C eny gipsu budow lanego syntetycznego k sz ta łtu ją się na rynku i s ą zbliżone do cen gipsu naturalnego i s ą w ysokie (choć m oim zdaniem pow inny być niższe).
8. Z użycie gipsu w budow nictw ie rośnie dynam icznie p onad 3 0 % rocznie. A by je d n a k osiągnąć poziom zużycia w krajach zachodnich m usi je s z c z e w zrosnąć.
9. Z nane pow szechnie zalety gipsu i w yrobów z gipsu tj.: czystość ekologiczna, m ała energochłonność procesu produkcji spoiw a w tem p. 160°C. krótki czas w iązania i tw ardnienia, m ały ciężar, m ała higroskopijność, dobre oddziaływ anie zdrow otne, stw arza korzystny m ikroklim at itp. oraz nieliczne ale istotne w ady tj. d uża nasiąk- liw ość, stosunkow o m ała w ytrzym ałość i znaczny je j spadek przy zaw ilgoceniu (naw et o 80% ), duże pełzanie w stanie zaw ilgocenia, m ała odporność na uderzenia, p o w o d u ją że obecnie stosow any je s t w budow nictw ie do ro b ó t w ykończeniow ych.
G ips je s t m ateriałem nie tylko dalekiej przeszłości ale i przyszłości. N aturalny gips ja k w iadom o je s t znany i stosow any od tysięcy lat ja k o m ateriał w iążący. Z łoża gipsu naturalnego to m orska skała osad o w a pow stała przed 200 -s- 100 m in lat. G ips syntetyczny to produkt odsiarczania spalin znany i stosow any od kilkunastu lat. O becne o siągnięcia chem ii i technologii budow lanej p o zw alają m odyfikow ać w zależności od potrzeb znacznie je g o strukturę i w łaściw ości. S tosując dom ieszki i dodatki oraz różne tech n o lo g ie form ow ania elem entów z gipsu (w tym rów nież syntetycznego) m ożem y po praw iać je g o zalety i zm niejszać lub elim inow ać w ady tw orzyw gipsow ych.
A u to r tej publikacji od szeregu lat prow adzi badania nad kom pozytam i g ip so w ym i i posiada sposoby na istotne zm iany w łaściw ości w yrobów z gipsu w tym synte
tycznego, co w ym aga je d n a k określonych działań w drożeniow ych. Istnieje realna m o ż
liw ość zasto so w an ia gipsu w tym syntetycznego nie tylko do robót w ykończeniow ych.
Te aspekty stosow ania tw orzyw gipsow ych s ą przedm iotem oddzielnego artykułu.
B U IL D IN G SY N T H E T IC G Y P SU M FR O M D E S U L P H U R IZ IN G C O M B U ST IO N
S u m m a r y
In th e p a p e r an o u tlin e o f p ro d u ctio n m eth o d o f b u ild in g elem en ts, m ad e from sy n th e tic g y p su m is p resen ted . T h e resu lts from re se a rc h on g y p su m p ro v e th a t th is m aterial re c e iv e d from d e su lp h u riz in g c o m b u stio n is a v alu ab le ec o lo g ic a l m aterial. In th e article th e m ain p ro p e rtie s o f sy n th e tic g y p su m , w ith p a rtic u la r reg ard for its eco lo g ical pu rity , are presen ted .
