W 2000 r. grupa przedsiębiorców z Białegostoku zwróciła się do Zakładu Technologii Nieorganicznej i Ceramiki Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej z propozycją współpracy w korzystnym ekonomicznie zagospodarowaniu ubocznych produktów spalania węgla, tych nagromadzonych w latach ubiegłych na hałdach, których w Polsce jest obecnie ponad 500 mln Mg, jak i tych z bieżącego wypadu z elektrowni i elektrociepłowni.

Widok fabryki kruszywa

Badania prowadzono w Białymstoku i w ZTNiC, w ramach projektu 501E/0040 finansowanego przez ZUT „Unimasz” Sp. z o.o., projektu badawczego rozwojowego R 05 040 02 finansowanego przez MNiSzW oraz projektu nr POIG.01.04-04.01.00-21-010/09 dofinansowanego przez PARP.

Zaproponowano własną, oryginalną koncepcję zagospodarowania popiołów elektrownianych polegającą na ich przerobie na lekkie kruszywo spiekane, któremu nadano nazwę LSA, przydatne w budownictwie, drogownictwie i do wielu innych zastosowań. Opracowano sposób otrzymywania spiekanego kruszywa ceramicznego wyróżniający się spośród innych technologii produkcji spiekanych kruszyw popiołoporytowych niskimi kosztami wytwarzania. Wynika to z tego, że kruszywo wg proponowanej technologii może być produkowane bez dodatku paliwa zewnętrznego, przy wykorzystaniu ciepła spalania pozostałości węglowej zawartej w popiołach elektrownianych, o ile stężenie przekracza 5,5% wag., co w zgromadzonych na hałdach ubocznych produktów spalania jest powszechne. W tej sytuacji kruszywo LSA staje się konkurencyjne cenowo w stosunku do kruszyw naturalnych, a więc jego produkcja, oprócz likwidacji szkodliwych dla środowiska naturalnego hałd ubocznych produktów spalania, sprzyjać będzie równocześnie ograniczeniu degradacji środowiska wynikającej z pozyskiwania kruszywa naturalnego.

Widok sterowni zakładowej

W wyniku podjętych analiz koncepcyjnych oraz prac konstrukcyjnych i wielu doświadczeń prowadzonych głównie w skalach ćwierć-, a przede wszystkim półtechnicznej opracowano technologię otrzymywania lekkiego kruszywa spiekanego z popiołów elektrownianych, w procesie bez dodatku paliwa zewnętrznego, której podstawowe cechy można scharakteryzować następująco:

1. Składanie nadawy surowców z pobranych z hałd popiołów elektrownianych o szerokim zakresie zawartości węgla w popiele, wynoszącym od 5,5 nawet do ok. 20% wag., oraz z lepiszcza mineralnego i/lub odpadowego lepiszcza organicznego z osadami pofermentacyjnymi z oczyszczalni ścieków włącznie.
2. Aglomeracja popiołów elektrownianych z dodatkiem spoiwa mineralnego, a w późniejszym etapie również odpadowego organicznego i mgły wodnej, prowadzonej na talerzu granulacyjnym wykonanym z materiałów eliminujących przyleganie substratów do jego powierzchni roboczej.
3. Suszenie granulatów popiołowych w przeciwprądowej suszarni szybowej z ruchomymi półkami, przeznaczonej do suszenia aglomeratów o niewielkiej wytrzymałości mechanicznej, łatwej do bezpośredniego włączenia w ciąg technologiczny produkcji kruszywa, jako dozownika wstępnie podgrzanej nadawy do pieca obrotowego.
4. Wypalanie substancji palnej zawartej w ziarnach nadawy oraz spiekanie granulatu na kruszywo ceramiczne prowadzone we współprądowym piecu obrotowym z promieniowym podawaniem powietrza do jego szybu, gwarantującym bieg procesu bez dodatku paliwa zewnętrznego, o ile zawartość węgla we wsadzie nie będzie niższa niż 5,5 % wag., z jednoczesną destrukcją szkodliwych substancji organicznych, które mogą powstawać w trakcie biegu procesu.
5. Otrzymane kruszywo ceramiczne charakteryzuje się wysoką porowatością, dostatecznie dużą wytrzymałością mechaniczną, niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła, wysoką mrozoodpornością, niską wymywalnością. Cechy te pozwalają na jego bezpośrednie zastosowanie w drogownictwie, budownictwie i innych działach gospodarki oraz jako składnika lekkich betonów konstrukcyjnych.

Współprądowy piec obrotowy

Do komercjalizacji opracowanej technologii powołano spółkę celową o nazwie LSA Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, która wydzierżawiła od Elektrociepłowni Białystok działkę o powierzchni ponad 2 ha z infrastrukturą (droga dojazdowa, bieżąca woda, podstacja elektryczna) zlokalizowaną w miejscowości Sowlany, u podnóża hałdy popiołów elektrownianych i zapewniła sobie wyłączność na surowiec na 20 lat produkcji kruszywa.

W latach 2012-2014 zbudowano od podstaw fabrykę kruszywa o wydajności 50 tys. Mg rocznie. W chwili obecnej fabryka jest po rozruchu technologicznym i prowadzi normalną produkcję. Pozyskała też pierwszych odbiorców kruszywa.

Uzasadniona ekonomicznie cena kruszywa LSA kształtuje się na poziomie 100 zł za Mg i jest nieco wyższa od ceny kruszywa naturalnego i zdecydowanie niższa od ceny kruszywa popiołoporytowego Pollytag i keramzytu, co dobrze rokuje w pozyskaniu szerszej grupy klientów na rynku zbytu lekkich kruszyw.

Szczegółowy opis badań i założenia powstałej technologii zawarto w monografii [1] wydanej nakładem Oficyny Wydawniczej PW.

Dr hab. inż. Janusz Sokołowski jest adiunktem w Katedrze Technologii Chemicznej, Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej.

[1] Janusz Sokołowski, Technologia otrzymywania kruszywa ceramicznego z popiołów po spalaniu węgla w autotermicznym procesie spiekania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskie, Warszawa 2012