PRACE
Instytutu Szk³a, Ceramiki Materia³ów Ogniotrwa³ych i Budowlanych
Scientific Works of Institute of Glass, Ceramics Refractory and Construction Materials
Nr 4
ISSN 1899-3230
Rok II Warszawa–Opole 2009
IWONA KOSK
Ograniczenia zastosowania odpadowych p³yt gipsowo-kartonowych do ponownego
wykorzystania w przemyœle materia³ów budowlanych i rekultywacji gruntów w œwietle przepisów Unii Europejskiej
W artykule przedstawiono wyniki badañ odpadów z trzech rodzajów p³yt gipsowo-kartonowych w celu okreœlenia mo¿liwoœci ich ponownego prze- mys³owego zagospodarowania. Odpady takie mo¿na wykorzystaæ jako regulator czasu wi¹zania w przemyœle cementowym, w miejsce naturalnego gipsu, po ograniczeniu iloœci papieru do <1% masy. Drugim warunkiem jest odpowiednie ich rozdrobnienie. Odpady z p³yt gipsowo-kartonowych nie na- daj¹ siê do rekultywacji gruntów. W myœl obowi¹zuj¹cych od 2005 r. dyrek- tyw UE powinny byæ gromadzone na specjalnie przygotowanych wy³¹cznie do tego celu sk³adowiskach lub poddawane recyklingowi w zak³adach wyt- warzaj¹cych te p³yty.
1. Wstêp
W artykule przedstawiono problem utylizacji odpadów poprodukcyjnych po- wstaj¹cych w procesie wytwarzania ró¿nych odmian p³yt gipsowo-kartono- wych. Badano próbki tych p³yt w celu okreœlenia mo¿liwoœci ich utylizacji przez wykorzystanie w przemyœle materia³ów budowlanych i do rekultywacji gruntów. P³yty by³y pokryte zewnêtrznie dwoma warstwami papieru, który sta- nowi ok. 8% ich masy. Oceniono te¿ mo¿liwoœæ wykorzystania tych materia³ów w innych technologiach poza rolnictwem.
Oznaczano ca³kowit¹ zawartoœæ pierwiastków œladowych oraz ich wymywal- noœæ, analizuj¹c wyci¹gi wodne 1:10 wed³ug wytycznych zawartych w roz- porz¹dzeniu Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 7 wrzeœnia 2005 r. – w sprawie kryteriów dopuszczania odpadów do sk³adowania na sk³adowiskach odpadów danego typu [1]. Badano sekwencjê metali ciê¿kich najczêœciej wymienianych przy ocenie oddzia³ywania odpadów na œrodowisko.
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333 456
! "#$%& '#()*)+) ,-./0& 12!03"."& 40)2!"0/56 78#"9)!60/*:; " <+=96>0#*:; 6 ?0!(-06"2&
7==-"0/ 4"#2!0>#*:; 40)2!"0/56 <+=96>0#*:; 6 @!0.96"2%
2. Materia³ do badañ
Materia³ do badañ stanowi³y fragmenty trzech rodzajów p³yt gipsowo-kartono- wych, oznaczonych jako K 1, K 2, K 3. P³yty K 1 i K 2 by³y zbrojone w³óknem szklanym, co by³o widoczne makroskopowo. P³yta K 1 by³a dodatkowo pokryta pow³ok¹ zwiêkszaj¹c¹ odpornoœæ na oddzia³ywanie wilgoci. P³yty zosta³y wy- tworzone z syntetycznego gipsu, powsta³ego w instalacji do odsiarczania gazów z kot³a opalanego wêglem brunatnym.
3. Metody badañ
Program badawczy obejmowa³ analizê sk³adu fazowego spoiwa zawartego w p³ytach oraz oznaczenie zawartoœci pierwiastków metali ciê¿kich w spoiwie z p³yt. Do badañ sk³adu fazowego oraz oznaczenia zawartoœci pierwiastków œla- dowych przygotowano próbki, z których papier zosta³ usuniêty mechanicznie przez zmia¿d¿enie rdzenia gipsowego w taki sposób, aby nie uszkodziæ warstw papieru. Po skruszeniu gipsu zdjêto papier w ca³oœci.
Przeprowadzono badania sk³adu fazowego próbek spoiwa p³yt metod¹ analizy ter- micznej oraz rentgenograficznej. Badania wykonano na analizatorze termicznym NETZSH STA 409 EP oraz dyfraktometrze rentgenowskim Philips PW 1380.
Badania zawartoœci metali ciê¿kich w spoiwie p³yt K 1, K 2 i K 3 przeprowa- dzono za pomoc¹ spektrometru emisyjnego z plazm¹ wzbudzon¹ indukcyjnie ICP-AES „Plasma 400” firmy Perkin-Elmer.
4. Wyniki badañ
4.1. Sk³ad fazowy
Wyniki badañ rentgenowskich i termograwimetrycznych sk³adu fazowego p³yt K 1–K 3 przedstawiono na rycinach 1–6. W tabeli 1 zestawiono zawartoœæ sk³adników w spoiwach p³yt, wyliczone z efektów ubytków masy na krzywych termograwimetrycznych.
! " # $ ! % !"!#$%&' ()*+, " *#-./!01 *23$ ()*+%"%4/!#$%5%"3016 "37)08%5!
5! *%9+$!"): !5!7)83 $:#;)085:<
&'(!)*+' ,-).!/ 012"'+ . 0(34 5+06-7-8'!14-*-739:
; % ; < ; =
.!7!14->? 6'(!)*+'! @A B!6CD
E-)! '1364!$+.!93/*! %FGH %FG= %FG=
I.J>9+ 0!$*# KGF KGL KGM
I!&N O < P!N Q73$+9.-*!
. 7-)3 '1364!$+.!93/*#/R FLG%S F<G<= F<G<=
T 1 2 ) ( -U N01!9-7!*+# 7(!6*#C
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333 456
!"# $# %!&'()*+,'(- .'/0)1 2 $ !"# 3# %!&'()*+,'(- .'/0)1 2 3
Wyniki badañ (ryc. 1–3) wskazuj¹, ¿e g³ównym sk³adnikiem wszystkich p³yt jest gips dwuwodny. Ponadto na rentgenogramach zidentyfikowano anhydryt i gips pó³wodny, których zawartoœæ mo¿na szacowaæ na 2–3%, oraz nieznaczne iloœci kwarcu. Tak wiêc ca³kowita zawartoœæ siarczanu wapnia w badanych prób- kach p³yt kartonowych wynosi 96–97%.
Z kolei wed³ug analizy termograwimetrycznej zawartoœæ CaSO x 2 H!O w prób- ce K 1 wynosi 94%, a w próbkach K 2 i K 3 po 92% (ryc. 4–6). Pozosta³oœæ, tj.
od 4 do ponad 9%, to zmienna iloœæ substancji organicznej pochodz¹cej g³ównie z papieru i organicznych zwi¹zków typu modyfikatorów, dodawanych w proce- sie produkcji p³yt gipsowo-kartonowych w celu nadania im odpowiednich w³aœciwoœci. Udzia³ modyfikatorów itp. w sk³adzie p³yt gipsowo-kartonowych jest jednak niewielki.
!"# $# %!&'()*+,'(- .'/0)1 2 $
!"# 3# 45'-+,'(- .'/0)1 2 6
4.2. Metale ciê¿kie
Wyniki oznaczeñ ca³kowitej zawartoœci metali ciê¿kich podano w tabeli 2. Na- tomiast tabela 3 zawiera porównanie zawartoœci metali ciê¿kich w badanych próbkach p³yt gipsowo-kartonowych oraz w ró¿nych odmianach gipsów synte- tycznych i gipsów naturalnych. Rezultaty oznaczeñ wymywalnoœci metali ciê¿- kich z czêœci spoiwowej z próbek K 1–K 3 zaprezentowano w tabeli 4. Wyniki tych analiz porównano z wartoœciami dopuszczalnych stê¿eñ normowych zamie- szczonych w cytowanym rozporz¹dzeniu dotycz¹cym sk³adowania odpadów obojêtnych i innych ni¿ obojêtne i niebezpieczne.
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333 454
!"# $# %&'()*'+( ,'-./0 1 2 !"# 3# %&'()*'+( ,'-./0 1 4
Oprócz pierwiastków oznaczonych w próbkach porównanych w tabeli 2, w ta- beli 3 podano ca³kowit¹ zawartoœæ: Co, Sb, Mo, Se i Ba.
Wszystkie analizowane próbki odpadów z p³yt gipsowo-kartonowych charakte- ryzuje wysoka zawartoœæ CaSO x 2 H!O, oraz podwy¿szona zawartoœæ kilku, spoœród oznaczanych, pierwiastków metali ciê¿kich. Dotyczy to szczególnie As, Zn i Hg (tab. 2). P³yty zbrojone w³óknem szklanym nie mog¹ byæ wykorzy- stywane do rekultywacji gruntów, poniewa¿ w³ókna szklane pod wp³ywem zmiennych warunków atmosferycznych mog¹ siê oddzielaæ od p³yt i s¹ niebez- pieczne dla uk³adu oddechowego ludzi i zwierz¹t.
! " # $ ! % !"#$%&%'( )&*+!$',(- .&$&",!/)' 0'("$'&1,+#$ 2(,&3' )'45+')6 $ !70&7!$8)6 9'01&)6 0!$1,&*8)6 $ 0"!)(1&)6 !71'&").&%'& 10&3'% 2(,!7: 2!+": $&0'(%%: ;9'01 18%,(,8).%8<=
$ 9'01'( %&,>"&3%82 !"&. $ &%&3'.!$&%8)6 0"#?+&)6 0*8, @AB
&'#()
*'!)+,#-
.!/*! 0(1"-' 2'0+ +34,#,35/43 / 67+'!(5/!4'!
06*+,!8953 * '4+,!$!58!5: 60!$!435:
*;2$#< 2'0+ 4!,=(!$43
/ -60!$4'
+06'*6 / 0>3, 2'0+6*6) )-!(,646*35:
-!<'#443< "(=4!,43< ? @ ? % ? A
/!*!(,6BC 0'#(*'!+,-! D<2E-2F 00<G
H+ 0,48–2,70 0,48–2,70 pgo*–3,14 42,0 69,0 33,0
I2 0,03–1,32 2,00–2,67 <0,006–0,09 3,0 1,0 1,0
J( @F@KLMFN% %FOOLNOFOO OFOO%LPOFOO @FO %FO @FO
Q4 <3,00–33,20 24,30–75,00 <3,00–41,00 115,0 21,0 22,0
J7 ROFO%LOF%M OFO@L%OFOO OFO@L%OFOO OFP @FO @FO
&" R%FPOL%%FOO RAFOOL%SFOO OF%OL%SFOO %@FO %SFO %NFO
J6 OFOTL@FAT OFSMLPOFOO OFOSLSOFOO OFP @FO @FO
.' OFAOL@%FMO @FTALSFOO OFAOL@AFSO SFO SFO TFO
J= @FAOLKFPT @F@OL@@OFOO OFO@LMOFOO AFO @@FO AFO
U 026 L 064'V#8 2(!4'53 6/4!5/!$46B5'W X ( 1 7 > 6Y Z!- * ,!"W @W
! " # $ ! A C&*+!$',& .&$&",!/D %'(+,#"8)6 0'("$'&1,+#$ 2(,&3' )'45+')6
$ 0*8,&)6 9'01!$!E+&",!%!$8)6 .!/*! 0(1"-' 0>3,3
2'0+6*6)-!(,646*#8
Q!*!(,6BC 0'#(*'!+,-! D<2E-2F 00<G
J6 [" \6 [# ]!
? @ OFP M R@FP RAO T
? % @ RP R@FP RAO S
? A @ RP R@FP RAO T
X ( 1 7 > 6Y Z!- * ,!"W @W
W próbce p³yty K 2 stwierdzono przekroczenie dopuszczalnej granicznej warto- œci wymywania dla As, a w próbce K 1 dla Hg (tab. 4).
5. Podsumowanie i wnioski
Analizuj¹c mo¿liwoœci utylizacji i warunki sk³adowania odpadów p³yt gipsowo- -kartonowych nale¿y uwzglêdniæ fakt, ¿e w myœl obowi¹zuj¹cej w krajach Unii Europejskiej od 16 lipca 2005 r. Dyrektywy Europejskiej 2003/22/EC, odpady zawieraj¹ce gips powinny byæ sk³adowane na osobno wydzielonych i odpowied- nio zabezpieczonych sk³adowiskach.
Do marca 2007 r. w Unii Europejskiej mia³y zostaæ zlikwidowane wszystkie sk³adowiska odpadów gipsowych, w których gromadzono je ³¹cznie z innymi
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333 456
! " # $ ! % !"!#$%&'() *+,-#+$./01# ",/$%+ 2+340+25 6 *7!/ 8+*.'#'90$-/'&'#!25
!"#$%
&'(#)*
+,-,'.$/0 &*1'-*,2.), 3"45)46 &&"7
82 94 :' +; :< =# :$ >* # ?$ :@ 1 A,
=B!.,
C D EF6GF !"" F6FH F6FG F6FH EF6FD F6FH F6FI F6HF EF6FJ F6FH EF6I F6DK
=B!.,
C H "!"# F6FL F6FD F6FI F6FH EF6FD F6FH F6FL EF6FD EF6FJ F6FK EF6I F6DL
=B!.,
C J EF6GF F6FH EF6FD F6FI F6FH EF6FD F6FH EF6FD EF6FD EF6FJ F6FH EF6I F6DG M$&@2NO
PN,%;1 4',;*PNO
;1 -,'O .$/P*
-!"!O
-,;*, F6GF F6FD F6GF K6FF F6FK F6GF #Q<Q F6KF F6FI F6GF H6FF F6DF HF M$&@2NO
PN,%;1 4',;*PN&
;1 -,'O .$/P*
-!"!O
-,;*, H F6HF DF GF D DF #Q<Q DF F6L DF GF F6G DFF
' ($! )*+!(,-!./! .! )*+!(,-/)*0 ,(1!(2- ,",345.678 9:!+;7:./* < (, =,:1,=:;(:#./! >/./)5=!
?,)1,(!=*/ / @=!76 : (./! A -=:#B./! CDDE =FG H:FIF : CDDE =F .= JKLG 1,:F JEE<MF
' ($! )*+!(,-!./! .! )*+!(,-/)*0 ,(1!(2- /..678 ./N ./#"#:1/#7:.# / ,",345.# 9:!+;7:./* % (,
=,:1,=:;(:#./! >/./)5=! ?,)1,(!=*/ / @=!76 : (./! A -=:#B./! CDDE =FG H:FIF : CDDE =F .= JKLG 1,:F JEE<MF
O = 2 ( + ,P Q!* - 5!"F JF
odpadami komunalnymi. Stwierdzono bowiem, ¿e wspólne sk³adowanie wymie- nionych odpadów powoduje powa¿ne zagro¿enie dla œrodowiska naturalnego.
ród³em tego zagro¿enia s¹ procesy oddzia³ywania CaSO (z odpadów gipso- wych) z bakteriami z odpadów komunalnych, podczas których tworzy siê siar- kowodór i inne toksyczne substancje, które mog¹ siê przedostawaæ do gleb, wód powierzchniowych i podziemnych.
Podsumowuj¹c wykonane badania odpadów z p³yt gipsowo-kartonowych nale¿y stwierdziæ, ¿e:
• Badania fazowe wykaza³y, ¿e próbki K 1–K 3 p³yt gipsowo-kartonowych, po- zbawione papieru, zawieraj¹ 96–97% siarczanu wapniowego, w tym 92–94%
gipsu dwuwodnego. Udzia³ papieru w p³ytach wynosi ok. 8% masy.
• Zawartoœæ pierwiastków metali ciê¿kich w próbkach p³yt bez papieru oraz wymywalnoœæ tych pierwiastków s¹ porównywalne do charakterystyki innych wyrobów gipsowych z gipsów syntetycznych z procesu odsiarczania spalin z wêgla brunatnego.
• Jak dot¹d, w Polsce odpady z p³yt by³y sk³adowane razem z innymi odpadami komunalnymi na sk³adowiskach. W lipcu 2004 r. w Europie przeklasyfikowano je na niebezpieczne, poniewa¿ wymieszane z odpadami organicznymi powoduj¹ tworzenie siê SO!, który jest odpowiedzialny za powstawanie kwaœnych de- szczów.
• Odpady z p³yt gipsowo-kartonowych mog¹ byæ ponownie wykorzystane w przemyœle materia³ów budowlanych, np. w cementowym, je¿eli zawartoœæ papieru zostanie ograniczona do 1% masy, zgodnie z wytycznymi unijnymi.
W tym przypadku materia³ ten mo¿e byæ stosowany jako regulator czasu wi¹za- nia w cementowniach w miejsce naturalnego gipsu. Bior¹c pod uwagê wczeœ- niejsze pozytywne próby stosowania gipsu z procesu odsiarczania spalin metod¹ mokr¹ wapienn¹ jako regulatora czasu wi¹zania cementu, mo¿na zak³adaæ przy- datnoœæ takiego materia³u nawet z wiêksz¹ iloœci¹ papieru. Warunkiem powo- dzenia w tym przypadku jest odpowiednie rozdrobnienie p³yt, w stopniu zabez- pieczaj¹cym przed zatykaniem papierem przegród w m³ynach do cementu.
• Z uwagi na zawartoœæ w³ókien szklanych, organicznych zwi¹zków chemicz- nych oraz papieru nie mo¿na stosowaæ odpadów z p³yt gipsowo-kartonowych do rekultywacji gruntów.
• Zgodnie z Dyrektyw¹ 2003/22/EC, programem unijnym WRAP [5] oraz œwiatowymi doœwiadczeniami i praktyk¹ stosowanymi w zakresie utylizacji od- padów tego rodzaju [6–11], podstawowym kierunkiem gospodarczego wykorzy- stania odpadów p³yt gipsowo-kartonowych jest recykling gipsu ze spoiwa w fa- brykach p³yt, po oddzieleniu papieru.
Literatura
!" #$%&$'%()%*+,* -,+,./'0 1$.&$)0'2, , 3'045 % )+,0 6 7'%*8+,0 9::; '< 7 .&'07,* 2'5/*',=7 )$&>.%4%0+,0 $)&0)=7 )$ .2?0)$70+,0 +0 .2?0)$7,.204@ $)&0)=7 )0+*A$ /5&>B C%<D< % 9::; '<
+' !EFB &$%< !;;9 , !;;G<
9" H * 4 2 * ' / I<B J , + K ' $ ) / L<I<B M , . @ * ' -<B !"#$%&%'( )'*+, %&-,"&.%()! / )'*+(0 (.(1-"!$%'&%20 345678 9*"&$!/:&%'( / ;&:&< ' (1+*("-2/& %& /.(=(%'( >,%:&=?' @&:&$=/(?
A9@ 5++(% ' B"/(+/(%'& >(:("&.%()! "/(02+C, D'*+!$()! ' D'*+!$2=E C2- @,:!$.&%2=E F&"0+-&:-B N5)< #,A,&. 3$O.20 P&< % $<$<B N0'.%070 !QQF<
G" 1O$..0'5 R H0.*K$0') R 3O0./*'K$0')B 777<4$S&*/,/,$+T4$SS,..,$+<$'A<>2U'*&V&>KU<<<U9EF AO$..0'5<&)W" XY<!!<9::QZ<
Y" D2*+,0 "(=2=.'%) '% -E( G!"-E$(+-B [H,$454O*\ !QQQB I>O5<
;" N#]3 3O0./*'K$0') 3'$A'0SS* 9::; R P/02*@$O)*' M$'>S #*&$'/B 777<7'0&<$'A<>2"
XY<!!<9::QZ<
F" L0'2*'B H5'$+ !QQ; R ] /*4@+,^>* /$ '*454O* A5&.>S _`C C*K',. #*454O,+AB M0OO !QQ;B a$'/@ _0'$O,+* DP]B 777<70./*40&7,<$'AU)'570OOUH,KO,$A'0&@5$+15&.>SC'570OO<&)W"
XY<!!<9::QZ<
6" b*..$+. W'$S /@* W,'./ 4$S&O*/* A5&.>SU&O0./*'K$0') '*454O,+A &'$A'0SS* ,+ J>'$&* R C*+T S0'2 9::!B A5&.>S'*454O,+A<K,%" XY<!!<9::QZ<
E" - 0 ' , + 2 $ c , d P<B e $ . / , d T 3 > O * 2 ]< */ 0O<B 9!.':'H'=&-'!%I+-&;'.'/&-'!% !H *!$(" *.&%-
$&+-(+ J *!-(%-'&. $&-(" *!..,-&%-+ >&=,.-2 !H K'%'%) &%: D(!.!)2B D+,c*'.,/5 $W H*OA'0)*B H*OA'0) 9::Y<
Q" - > . , 4 2 -<B 4(=2=.'%) D2*+,0 H"!0 LMF F(;"'+ @'!=2=.(f -0'4@ !QQ9<
!:" 15&.>S 3O0./*'K$0') 9::; R 1$$) J+c,'$+S*+/0O _@$,4* ]>./'0O,0 b/)B g@* ]>./'0O,0+ J4$T O0K*O 3'$A'0Sf ]>./'0O,0+ a0/,$+0O D+,c*'.,/5 _0S&>. N*./$+ _'**2 _0+K*''0B 777<A*40<$'A<0>" XY<!!<9::QZ<
!!" - 0 O @ $ / ' 0 h<P<B h 0 O , S K * 3<P<B H $ / @ 0 M<B L!0*&"&-'N( LE&"&=-("'+-'=+ !H >DF +,.H&-(O"'=E &%: +,.H'-(O"'=E +=",;;(" 0&-("'&. J 6;+-"&=-8 >'%&. -(=E%'=&. "(*!"-B iOO,+$,. D+,T c*'.,/5B P$>/@*'+ 9::!B 777<WO50.@<$'AU9::GU0.@&)WU!9S0O4@<&)W" XY<!!<9::QZ<
!9" # * , + ) O I<B @';.'!)"&*E2 !% D2*+,0 F"2$&.. J 6;+-"&=- !H "(*!"-B #$.2,OO i+W$'S0/,$+ P*'T c,4*. 9::YB 777<70./*40&7,<$'AU)'570OOUH,KO,$A'0&@5$+15&.>SC'570OO<&)W" XY<!!<9::QZ<
!G" # 0 S 0 4 @ 0 ) ' 0 + h<P< */ 0O<B P&%:;!!1 !H QE("0&. 6%&.2+'+ !H L!%+-",=-'!% K&-("'&.+B i+T )>./'5 3>KO,40/,$+. P*'c,4*.B 9::GTa$5*. 3>KO,40/,$+UN,OO,0S ]+)'*7 3>KO,.@,+AB a$'T 7,4@Ra*7 j$'2 9::G<
IWONA KOSK
LIMITATION IN APPLICATION OF WASTE GYPSUM PLASTERBOARDS FOR RE-UTILIZATION IN BUILDING MATERALS INDUSTRY AND LAND
RECULTIVATION IN VIEW OF EU REGULATIONS
In the paper results of investigations of wastes from three types of gypsum plasterboards (G-K) are presented in order to determine possibilities of their industrial re-utilization. Such a wastes can be used as a setting time regula- tor in cement industry instead of natural gypsum, providing that amount of paper will be limited to <1% mass. The second condition is their proper com- minution. Wastes from G-K panels are not suitable for land recultivation.
In accordance with EU directives in force from 2005 they should be stored in special prepared, only for this purpose, landfills or recycled in G-K panels works.
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333 456
