7/27/2019 08-zgura-cenusi

1/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

77

V. ZGURILE METALURGICE I CENUILE DE TERMOCENTRAL

tiina care definete att principiile, ct i metodele de prelucrare iconcentrare a componenilor utili din minereuri i din crbuni poart numelede Mineralurgie (Dobrescu, 1979; Ivan, 1999). Mineralurgia posed o bazteoretic proprie care se refer la relaiile dintre proprietile mineraleloricapacitatea acestora de a putea fi prelucrate, sau, cu alte cuvinte, lapreparabilitatea acestora. Pentru a putea fi valorificate, substaneleminerale utile n stare brut sunt supuse unor operaiuni de preparare,

reprezentate n principal prin:- mrunire - sfrmare i mcinare, n urma crora dimensiunilesubstanelor minerale sunt micorate, iar asociaiile minerale suntdesfcute parial;

- clasare, prin care produsele sunt mprite n clase relativ omogene cagranulaie;

- concentrare, prin care se ndeprteaz o parte din sterilul coninut nsubstana mineral brut, n scopul obinerii unuia sau a mai multorconcentrate mbogite n substane utile.

5.1. Zguri metalurgice

Produsele rezultate prin prepararea minereurilor sunt ulterior prelucratetermic n scopul separrii constituenilor metalici i nemetalici i apoireduse la metal liber. In procesul de separare a metalelor de nemetale,unele minerale (de exemplu sulfurile) sunt de obicei transformate n oxiziprin nclzire la temperaturi sub punctul lor de topire - procesul de prjire(sulful fiind eliminat sub form de SO2). Reducerea ionilor metalici la metalliber se face n cadrul procesului de topire propriu-zis, n care produsul"prjit" este amestecat cu un agent reductor (de exemplu cocs7), alturide CO i H2. In urma acestui proces, metalul se separ gravitaional, iarrezidiul rmas constituie zgura propriu-zis.

Astfel, zgurile metalurgice sunt definite ca fiind produse secundare, de

consolidare a unor topituri rezultate din procesul de extragere a metalelordin minereuri sau de la topirea diferitelor metale. Din punct de vedere

7 Cocs = produs solid bogat n carbon, rezultat din carbonizarea la temperaturi nalte acrbunilor, a reziduurilor de petrol sau a gudroanelor. Este ntrebuinat drept combustibil ica materie prim sau auxiliar la fabricarea fontei, a carburii de calciu etc. (cocs metalurgic= cocs de calitate superioar, folosit ca agent de reducere i combustibil n metalurgie lafurnalele nalte) (Mic dicionar enciclopedic, Ed.Enciclopedic romn, Bucureti, 1972)

7/27/2019 08-zgura-cenusi

2/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

78

compoziional reprezint un amestec de silicai, aluminai i aluminosilicai.Macroscopic, culoarea lor variaz de la cenuiu nchis la negru, au unaspect sticlos i granulaie variabil.

In Fig.5.1. este schiat procedeul de topire a unor concentrate de cupru.Cuprul i fierul, sub form de topitur, "curg" spre partea inferioar acuptorului, n timp ce sulful se combin cu oxigenul formnd SO2 ce esteeliminat. Cuprul, fierul i silicea formeaz dou strate n partea bazal acuptorului. Stratul superior, mai uor, este o zgur alctuit din fier, silice ialte impuriti, n timp ce stratul inferior, alctuit n principal din cupru iceva fier este denumit mat 8. Separarea cuprului de sulf este unul dintre

cele mai importante aspecte ale procesului de topire. Sulful din minereu idin zguri, este important deoarece reprezint att un factor de combustie,ct i un agent reductor. Sulfurile reacioneaz cu oxigenul (o reacieexoterm) determinnd oxidarea concentratului i topirea materialului. Matapoate conine cupru, provenit din concentratul primar, fieri sulf, alturi deimpuriti de arsen, bismut, nichel, plumb, stibiu, zinc, aur i argint. Dincuptor, mata este transferat spre convectoare unde sufer un proces deoxidare, iar impuritile, n special fierul i sulful sunt ndeprtate. Zgurile seformeaz att n cuptor, ct i n convertoare, unde sunt, de obicei, maibogate n cupru.

5.1.1. Clasificarea zgurilor metalurgice (Mercus, 1981; Pietraru, 1982;Vasilescu, 2000)

Clasificare din punct de vedere a compoziiei chimice (dup coninutul noxizi principali):- zguri acide (IB < 1)B- zguri bazice (IB > 1)B

unde IB =B)OAl(SiO%

MgO)(CaO%

322 ++ , (IBB

- indice de bazicitate)

8 Mat = produs metalurgic intermediar ntre minereul brut i produsul finit, coninnd sulfuria mai multor metale. Prin prjire parial se concentreaz treptat sulfura metalului cutat.

7/27/2019 08-zgura-cenusi

3/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

79

Fig.5.1. Reprezentarea schematic a procesului de ardere dintr-un furnal

Clasificare din punct de vedere al procesului metalurgic- zguri de furnal = subproduse nemetalice (oxidice), rezultate din

procesul de obinere a fontei n furnale, unde are loc topirea minereuluide fier amestecat cu cocs i cu substane fondante (de exempludolomit). n creuzetul furnalului, la partea inferioar se obine fonta9, iar

la partea superioar zgura.- zguri de oelrie - rezult din procesul de obinere a oelului prin diferiteprocedee: cuptor Martin, convertizor, cuptor electric.

- zguri de la extragerea metalelor neferoase, ce au o compozi ie chimicfoarte variat, depinznd de compoziia chimic a minereului, detemperatura de topire i de viteza de rcire a topiturii.

Clasificare din punct de vedere a regimului de rcire- zguri rcite brusc, ce conin o cantitate important de faz vitroas chiar

i atunci cnd au un caracter bazic: zguri metalurgice granulate = materiale fin granulare rezultate

prin rcirea zgurei de furnal n ap mult; zguri de furnal expandate = materiale spongioase obinute prin

rcirea brusc a zgurei de furnal adus la incandescen ninstalaii speciale, n prezena unei cantiti mici de ap care sevaporizeaz;

9 font = aliaj fier-carbon cu un coninut de carbon de peste 1,7 % i cu elemente nsoitoare(Si, Mn, S, P etc.), casant, cu temperatura de topire de 1050-1250C, putnd fi turnat uor;se obine din minereuri de fier n furnale (font brut sau font de prim fuziune) sau printopirea n cubilouri a fontei brute, a fontei vechi i diferite adaosuri (font de a doua fuziune).

7/27/2019 08-zgura-cenusi

4/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

80

- zguri rcite lent, n care componenii minerali sunt bine cristalizai iindividualizai (cnd zgurile au un caracter bazic) sau sunt preponderentsticloase (n cazul zgurilor acide). Aceste zguri se pot prezenta i camateriale friabile (zguri cu cantiti mari de CaO, n care are loctransformarea larnitului din Ca2[SiO4] n Ca2[SiO4], primul avndproprieti de ntrire hidraulic, iar al doilea nu).

Compoziia chimic a zgurilor este complex: alturi de oxizii principali(CaO, MgO, Al2O3, SiO2), ele conin cantiti mici de MnO, TiO2, P2O5 etc.Ponderea acestor oxizi n zgur este variabil fiind n funcie de cantitateai compoziia minereului i de procesul metalurgic. Faza vitroas este

bogat n Pb-Zn-Cu-Cd-Ba. Dintre elemente urm pot fi menionate Zn, Cu,Pb, Cd, As.

Compoziia chimic a zgurilor romneti (Vasilescu, 2000) este: 33-39 %SiO2, 6-12 % Al2O3, 0,15-1 % Fe2O3, 43-49 % CaO, 3-6 % MgO, 0,5-2 %MnO, 0,3-0,6 % Na2O, 0,4-1 % K2O, max. 1,1 % SO3.

5.1.2. Mineralogia zgurilor metalurgice

Diferenele mineralogice i chimice dintre diferitele tipuri de zguri sedatoreaz n primul rnd temperaturii din furnal, compoziiei chimice aarjei i duratei de timp n care zgura rmne n furnal. Alturi de sticl, n

funcie de natura zgurilor metalurgice este posibil prezena a diferite fazecristaline, prezentate n Tabelul 5.1.

Tabel 5.1. Minerale frecvente n zgurile metalurgiceDenumire Compoziia chimic

Elemente nativearsen Ascupru Cugrafit Cfier Fenichel Niplumb Pb

staniu Snstibiu Sbsulf S

Sulfurialabandin MnSbornit Cu5FeS4calcopirit CuFeS2

7/27/2019 08-zgura-cenusi

5/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

81

cubanit CuFe2S3digenit Cu9S5galenit PbSoldhamit CaSpirit FeS2pirotit Fe1-xSsfalerit (Zn,Fe)Swurtzit (Zn,Fe)S

Oxizibrownmillerit Ca2(Al,Fe

3+)2O5cristobalit SiO2

franklinit (Zn,Mn

2+

,

Fe

2+

)(Fe

3+

,Mn

3+

)2O4gahnit ZnAl2O4hercinit Fe2+Al2O4magnetit Fe3O4manganozit MnOpericlaz MgOspinel MgAl2O4tridimit SiO2wstit FeOoxid de Ca CaO

Nezosilicaibredigit (belit ) Ca2[SiO4] sau Ca7Mg[SiO4]4

fayalit Fe2[SiO4]forsterit Mg2[SiO4]granai X3Y2[SiO4]3kirschsteinit CaFe2+[SiO4]knebelit (fayalit cu Mn) (Fe, Mg, Mn)2[SiO4]larnit (belit ) Ca2[SiO4]merwinit Ca3Mg[SiO4]2monticellit CaMg[SiO4]olivin (Mg,Fe)2[SiO4]spurrit Ca5[SiO4](CO3)tefroit Mn2[SiO4]willemit Zn2[SiO4]

Sorosilicaiakermanit Ca2Mg[Si2O7]gehlenit Ca2Al[(SiAl)O7]hardystonit Ca2Zn[Si2O7]melilit (Ca,Na)2(Al,Mg)[(Si,Al)2O7]rankinit Ca3[Si2O7]

7/27/2019 08-zgura-cenusi

6/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

82

Inosilicaiaugit (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)[(Si,Al)2O6]clinoenstatit Mg2[Si2O6]diopsid CaMg[Si2O6]hedenbergit CaFe[Si2O6]parawollastonit (= wollastonit-2M) Ca[SiO3]pseudowollastonit Ca[SiO3]rodonit (Mn,FeMg,Ca)[SiO3]wollastonit Ca[SiO3]

Tectosilicai

anortit Ca2[Si2Al2O8]Sunt de menionat zgurile de la Laurion (Grecia), rezultate n urmaprelucrrii n antichitate (exploatri datate nainte de anul 1000 .Ch.) asulfurilor de plumb, zinc i fier n scopul obinerii de argint pentruconfecionarea de monede. Zgurile rezultate n urma procesului metalurgicerau depozitate n mare, iar reaciile chimice dintre elementele componentei cele existente n apa de mare (Na+, Cl- i alte elemente urm) au datnatere la cristale perfecte aparinnd diferitelor specii minerale 10, uneledintre ele foarte rare sau fiind semnalate doar aici (de exemplu, thorikositPb3(Sb

3+,As3+)O3(OH)Cl2).

5.2. Cenui de termocentral ("cenui zburtoare")

Crbunii sunt combustibili solizi din care, prin procedee diferite se obincombustibili artificiali (mangal, semicocs, cocs, brichete de crbuni). Infuncie de calitate se disting: crbuni inferiori avnd QI

I < 3000 kcal/kg (QII =

puterea calorific inferioar raportat la starea iniial a combustibiului),combustibili medii, cu QI

I = 3000-5000 kcal/kg i combustibili superioriavnd QI

I > 5000 kcal/kg. In funcie de natura resturilor organice, modul deacumulare i condiiile de carbonificare, crbunii se mpart n: humici,formai prin incarbonizarea plantelor; sapropelici, formai din alge i mlsapropelic; liptobiolitici, formai prin incarbonizarea substanelor rinoasei ceroase. Constituenii crbunilor sunt reprezentai att prin material

biogen, ct i detritic (minerale argiloase, cuar etc.), respectiv autigen(calcit, pirit etc).

Dificultile legate de utilizarea crbunilor pe post de combustibil constau,n afara puterii calorifice sczute, n poluarea mediului produs prin arderea

10 de reamintit faptul c majoritatea dintre ele nu sunt considerate minerale, conformdefiniiei lui Nickel (1995)

7/27/2019 08-zgura-cenusi

7/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

83

acestora. Emisia de particule poluante poate fi redus prin utilizareadiferitelor tipuri de filtre, mecanice sau electrostatice, ns emisia de SO2este mult mai greu de controlat. De aceea, este indicat a se utiliza metodede purificare a crbunilor nainte de arderea lor, fie prin metode clasice(splare gravitaional, hidrociclonare, flotaie, extracie chimic), fie pecale magnetic, prin nlturarea sulfului prins n minerale (nu i a celui prinsn compuii organici din crbuni).

In procedeele moderne de ardere, crbunii mcinai sunt transformai ntr-opulbere foarte fini injectai n focare cu ajutorul unui dispozitiv reglabil cadebit i mprtiere.

Cenuile de termocentral sunt materiale preponderent silicioase,granulare (2-20 m diametru), necoezive, rezultate ca produse secundare,prin procese de condensare i aglomerare, n urma arderii la 1300 -1500C a crbunilor fin mcinai sau pulverizai. Granulele constituente aun general o form sferic, sunt vitrifiate la suprafa, iar interiorul esteporos. Suprafaa specific variaz n jurul valorii de 1 m2/g, iarpermeabilitatea este cuprins ntre 1x10-6 8x10-4 cm/s, n funcie degradul de compactare. Radioactivitatea cenuilor zburtoare oscileaz dela valori foarte sczute ctre limita de atenie (5pCi/g 226Ra).

5.2.1. Clasificarea cenuilor de termocentral (Mercus, 1981; Pietraru,

1982; Vasilescu, 2000)

Clasificare din punct de vedere a compoziiei chimice- cenui silico-aluminoase (predomin SiO2i Al2O3)- cenui sulfo-calcice (predomin CaO i SO3)- cenui atipiceCompoziia chimic variaz de la o termocentral la alta, depinznd denatura crbunelui, de modul de ardere i de cel de captare. Cenuile determocentral romneti au compoziia chimic (Vasilescu, 2000): 50-55 %SiO2, 20-28 % Al2O3, 7-11 % Fe2O3, 4-9 % CaO, 0,3-4 % MgO, 0,5-3 %Na2O, 1-2,5 % K2O, max. 2 % SO3.

Clasificare dup natura crbunilor- cenui de huil- cenui de crbune brun- cenui de lignitn Romnia predomin cenuile silico-aluminoase rezultate din ardereahuilei, crbunilor bruni, lignitului i isturilor bituminoase. n majoritateatermocentralelor din Romnia (Ialnia - judeul Dolj, Rovinari - judeul Gorj,Oradea - judeul Bihor, Doiceti - judeul Dmbovia, Ovidiu - judeul

7/27/2019 08-zgura-cenusi

8/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

84

Constana) se utilizeaz lignit i doar la Mintia i Paroeni (judeulHunedoara) crbune brun i huil.

Clasificare pe criterii chimico-fizice (Tabel 5.2.)n S.U.A., ncepnd cu anii 1950, utilizarea cenuilor de termocentral laproducerea de cimenturi i betoane a impus o standardizare a reetelorimetodologiei de lucru (Manz, 1998). Astfel, n 1953 a fost adoptat ASTMC350-54T ce specifica participarea cenuilor zburtoare n amestecuri, iarn 1960 standardul a fost extins i asupra cerinelor privind proprietilepuzzolanice ale acestora. n 1968, caracteristicile i modul de utilizare ncimenturi att a puzzolanelor naturale, ct i a cenuile zburtoare au fost

reunite n ASTM C618. n 1991, pe baza naturii crbunilor ari i achimismului cenuilor rezultate s-a realizat o clasificare n dou clase(clasa F i clasa C) (Tabel 5.2.)

Tabel 5.2. Clasificarea cenuilor zburtoare (ASTM C 618-91)Clasa F Clasa C

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 (min. %) 70,0 50,0SO3 (max. %) 5,0 5,0alcalii (ex. Na2O, max. %) 1,5 1,5umiditate (max. %) 3,0 3,0P.C. (max. %) * 6,0 6,0

* valorile P.C. reflect coninutul de carbon rmas din crbunele nears

- cenuile din clasa F rezult n special n urma arderii crbunilorbituminoi i antracitului i au proprieti puzzolanice;

- cenuile din clasa C rezult n urma arderii isturilor bituminoase i alignitului, au un coninut de CaO mai ridicat i au att proprietipuzzolanice, ct i de ntrire natural, similare cimenturilor.

Studiile prin difracie de raze X a cenuilor din clasa C au pus n evidenvariabilitatea compoziiei mineralogice a acestora, sugernd luarea nconsiderare i a altor criterii n vederea unei mai bune clasificri. Astfel,standardul canadian CSA A23.5 (Canadian Standards Association), care afost luat ca model n 1997 i de cel american (ASTM C618) clasific

cenuile zburtoare n funcie de efectul lor asupra proprietilor betoanelorproaspete i ntrite. innd cont de faptul c granulometria i coninutultotal de calciu, exprimat ca % CaO, sunt cei mai importani parametri,cenuile au fot mprine n trei categorii: F, CI i CH (Tabel 5.3.)

7/27/2019 08-zgura-cenusi

9/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

85

Tabel 5.3. Clasificarea cenuilor n funcie de coninutul total de calciuTip % CaO P.C.F < 8 8CI 8 20 6CH > 20 6

Cu toate c cenuile bogate n CaO par s ofere un avantaj asupracelorlalte, n special prin creterea reactivitii i a rezistenei cimenturilor,nu ofer aceeai rezisten la atacurile chimice (sulfai sau reacii alcalii-silice).

5.2.2. Mineralogia cenuilor de termocentral

Impuritile minerale din crbuni reprezentate n majoritatea lor prin silicai,carbonai, sulfuri, sulfai i diferii oxizi de Al, Fe, Ca, Mg i mai puin prinsilice, fosfai i oxizi ai metalelor rare vor da natere prin ardere la topitur(pn la 85 %) cu o compoziie variati diferite faze cristaline, subordonat(Tabel 5.4.). Compoziia mineralogic a acestor produse secundare(cenuile zburtoare i cele depuse gravitaional la baza furnalelor) vadepinde att de mineralogia crbunilor utilizai, ct i de condiiile deardere. Astfel, aluminosilicaii de tipul mineralelor argiloase se descompundnd natere la mullit; carbonaii (calcit, dolomit, ankerit, siderit) se vor

disocia cu formare de CaO, periclaz i eliberare de CO2; sulfurile (deexemplu pirit FeS2) se vor oxida, pierznd SO2i formnd sulfai (anhidrit)i oxizi de fier (hematit, magnetit); clorurile se vor volatiliza sub form deNaCl i KCl; cuarul rmne de obicei neafectat.

Tabel 5.4. Minerale i compui sintetici ntlnii n diferite tipuri de cenuide termocentral

Denumire Compoziie chimicSulfuri

pirit FeS2Cloruri

halit NaClOxizi

baddeleyit ZrO2brownmillerit Ca2(Al,Fe

3+)2O5corindon Al2O3cristobalit SiO2cromit FeCr2O4cuar SiO2

7/27/2019 08-zgura-cenusi

10/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

86

hematit Fe2O3hercinit Fe2+Al2O4ilmenit FeTiO3magnetit Fe3O4magnezioferit MgFe2O4periclaz MgOoxid de Ca CaOoxid de Ba BaOoxid de Ba-Ca (Ba,Ca)Opiroluzit MnO2perowskit CaTiO3

rutil TiO2spinel MgAl2O4tenorit CuOulvospinel TiFe2O4

Carbonaiankerit Ca(Fe2+,Mg,Mn)[CO3]2calcit Ca[CO3]dolomit CaMg[CO3]2magnezit Mg[CO3]

Sulfaianglezit Pb[SO4]anhidrit Ca[SO4]

barit Ba[SO4]gips Ca[SO4].2H2Ojarosit KFe3[(SO4)2(OH)6]

Fosfaiapatit Ca5[(PO4)3|F,OH,Cl]monazit (Ce,La,Nd,Th,Sm)[PO4]

Silicaialuminosilicai de Ca-Fealuminosilicai de Fe-Mgaluminosilicai de Ca-Fe-Mgcaolinit Al2[Si2O5(OH)4]celsian Ba[Al2Si2O8]feldspai plagioclazi Na[Si3AlO8] - Ca[Si2Al2O8]gehlenit Ca2Al[(SiAl)O7]larnit (belit ) Ca2[SiO4]melilit (Ca,Na)2(Al,Mg)[(Si,Al)2O7]mullit Al6Si2O13 sau Al2[(SiAl)O4O]feldspat potasic K[Si3AlO8]silicai de Ca-Fe

7/27/2019 08-zgura-cenusi

11/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

87

sillimanit Al2[SiO4O]wollastonit Ca[SiO3]zircon Zr[SiO4]* mineralele cu bold sunt cele mai frecvente, comune n majoritateatipurilor de cenui

Studiile prin difracie de raze X a cenuilor zburtoare indic o scdere acantitii fazelor cristaline i o cretere a fazei vitroase odat cu cretereagradului de finee. Aceste observaii sunt de obicei bine reflectate deprezena n cantitate mai ridicat a cuarului i mullitului n special ncenuile cu o granulaie mai ridicat.

5.3. Domenii de utilizare a zgurilori cenuilor de termocentral

Inca de la nceputul perioadei industriale, zgurile au fost consideratemateriale inestetice, ns neduntoare. Deoarece au fost consideratemateriale inerte din punct de vedere chimic, zgurile au fost amestecate cuciment i utilizate n construcia de drumuri sau suporturi pentru drumuri,fabricarea de plci pentru acoperiuri (igle) sau puri simplu ca materialantiderapant n condiii de iarn. n general, zgurile metalurgice acide suntutilizate ca zguri expandate sau ca vat mineral pentru obinerea deproduse termo-fono-izolante, iar zgurile bazice (cel mai adesea zgurigranulate de furnal) sunt utilizate ca adaosuri n cimenturi, n scopul

mbuntirii caracteristicilor acestora:- stabilitate chimic ridicat la aciunea coroziv a apelor dulci, acide i

sulfurate,- exotermicitate redus (cantitatea de cldur ce se degaj n procesul

de ntrire a cimenturilor de zgur cu clincher reprezint cca. 55-60 %din cldura degajat la ntrirea cimentului Portland fr adaos),

- o bun stabilitate,- rezisten crescut la foc i nghe.Astfel, cimenturile compozite cu adaos de zgur de furnal se pot folosi naceleai domenii ca i cimenturile Portland, iar datorit caracteristicilor lorsunt indicate n construcii subterane i subacvatice, la construcii masivedatorit exotermicitii sczute, precum i la fabricarea betoanelor

refractare.

7/27/2019 08-zgura-cenusi

12/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

88

Cenuile de termocentral sunt utilizate cu precdere la obinerea lianilor,ele aparinnd categoriei "trass"-urilor ("puzzolane"11) artificiale, adic amaterialelor silicioase sau silico-aluminoase cu proprieti de ntrirehidraulic latent. Totodat, pot servi ca material de umplutur nconstrucii, ramblee de ci ferate, la tratarea apelori nmolurilor rezidualemenajere i industriale sau la obinerea de diferite prefabricate (panouri,tuburi).Cu toate acestea, studii recente (Vassilev et al.,2001) atrag atenia asuprariscului utilizrii n stare brut a cenuilor zburtoare, risc datorat posibililorcompui toxici coninui de acestea. Se apreciaz c doar 20-30 % din

ntreaga cantitate de cenui este reutilizat, restul fiind depozitat sub

diferite forme. Se pune astfel problema att a elementelor chimice cuimpact negativ asupra mediului, ct i a celorlalte, cu valoare economic,dar care rmn nefolosite. n urma studiului menionat anterior, se propun oserie de combinaii de metode convenionale n scopul separriicomponenilor utili / duntori mediului nconjurtor i obinerea unorconcentrate distincte:(1) concentrat de cenosfere ceramice, obinut prin separarea gravitaional

(plutire) n ap distilat;(2) concentrat de sruri solubile n ap, obinut prin evaporarea i

cristalizarea soluiilor alcaline levigate din cenui dup separareacenosferelor ceramice;

(3) concentrat magnetic, obinut prin separare magnetic pe cale uscat a

cenuilor, ulterior izolrii cenosferelor ceramice i a srurilor solubile;(4) concentrat de crbune, obinut prin cernerea (> 20 m) i flotareaspumant a cenuilor dup separarea celorlalte concentrate;

(5) concentrat de elemente grele, obinut prin separare gravitaional nbromoform a rezidiului rmas de la operaiunile anterioare;

(6) cenui zburtoare mbuntite, acestea fiind rezultatul final alseparrilor anterioare.

In acest fel, cele ase tipuri de produse obinute n mod secvenial pot fiutilizate (cu sau fr un tratament adiional) n diferite scopuri: ceramicispeciale, filler, pigmeni, materie prim pentru metalurgie, sinteze de noiminerale (de exemplu zeolii), catalizatori, fertilizatori etc.In mod similar, valorificarea complex a cenuilor de termocentral este

vizat de Bdulescu & Traist (1998), cu separarea unui produs magneticutilizabil n industria siderurgic, a unui produs nemagnetic radioactiv

11 Puzzolane = materiale care nu prezint prin ele nsele proprieti de prizi ntrire, darcare fin mcinate i amestecate cu Ca(OH)2 sau cu substane donoare de hidroxid decalciu, sunt capabile s se ntreasc hidraulic, inclusic la temperatur normal, ca urmarea fixrii hidroxidului de calciu i formrii de compui cu structuri rezistente. Exemple depuzzolane naturale sunt cenuile i tufurile vulcanice.

7/27/2019 08-zgura-cenusi

13/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

89

utilizabil pentru recuperarea uraniului i a unui steril utilizabil n industriamaterialelor de construcii.

Sinteza zeoliilor utiliznd cenui zburtoare este un alt mod de utilizare aacestora n scopul obinerii de produse acceptate de mediul nconjurtori utile acestuia (Querol et al.,1999; Endres et al.,2001). Printre multe alteaplicaii, aceste produse se preteaz n special la decontaminarea solurilori a apelor industriale uzate, deoarece zeoliii de sodiu i potasiu, sraci nsilice, au o capacitate de schimb de ioni ridicat, n special pentru metalegrele (Pb, Zn, Fe, Cu) i amoniac.

Un alt mod de utilizare a zgurilori cenuilor de termocentral l reprezintsinteza materialelor vitrocristaline piroxenice rezistente la uzur i agenichimici (Duca & Duca, 1999). Astfel, se utilizeaz un amestec (35-60 %zgur sau cenu de termocentrala, 20-30 % dolomit, 0-21 % deeuri demarmur, 10-20 % nisip, 1-20 % oxid de crom) care se topete la 1420-1450C, cu meninerea unui palier de 2 ore i cristalizare n dou etape:etapa I, temperatur de 750C, palier 1 or, etapa a II-a, temperatur de1100C, palier 2 ore; n diagrama de cristalizare, ridicarea temperaturii seface cu 5C/min, iar rcirea masei cristalizate se desfoar cu o vitez de40C/or, timp de 20 ore. Materialele vitrocristaline piroxenice obinute auurmatoarea compoziie chimic: 42-55 % SiO2, 9-18 % Al2O3, 0,2-0,4 %TiO2, 5,5-8,64 % Fe2O3; 13,4-24,10 % CaO; 6,54-8,64 % MgO i 1,1-1,5 %

oxizi alcalini. Fazele cristaline (90-94 %) sunt reprezentate prin diopsid,aluminat de calciu i wollastonit, alturi de cca. 6-10 % sticl.

Eforturile ntreprinse n scopul reducerii impactului emisiilor de sulf asupramediului au dus la o serie de modificri a metodelor de prelucrare a gazeloreliberate n urma arderii crbunilor n termocentrale. Astfel, una dintre celemai utilizate metode de combatere a oxizilor sulfului, const n adugareade calciu n scrubere12, calciu ce va reaciona cu sulful producnd uncompus solid ce este colectat nainte ca gazele s fie eliberate natmosfer. Aceti compui solizi sunt ulterior depozitai n halde speciale.Urmrindu-se n timp comportamentul acestor produse (Butalia et al., 2001;Wolfe et al.,2001a; Wolfe et al.,2001b) s-au observat modificri n ceea ce

privete mineralogia acestora, respectiv formarea de hannebachitCa[SO3].0,5H2O, gips Ca[SO4].2H2O, ettringit Ca6Al2[SO4|(OH)4]3.26H2O i

12 Scruber = aparat de contact gaz lichid, cu circula ie n contracurent a celor dou fluide,folosit n industria chimic fie la splarea gazului de impuriti (pulberi, picturi), fie lareinerea unor componeni ai acestuia cu sau fr reacii chimice, fie la rcirea lui direct.Inventat n 1960, funcioneaz att pe cale umed, ct i uscat, iar n cazultermocentralelor servete doar la reinerea emisiilor de SO2.

7/27/2019 08-zgura-cenusi

14/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

90

thaumasit Ca3Si[SO4|CO3|(OH)6].12H2O fr a avea ca urmare procesesemnificative de gonflare a materialului haldat. Astfel, aceste produsesecundare13 se preteaz la utilizarea ca material pentru digurile iazurilor dedecantare, ca material de etanare n zonele afectate de drenaje acide(Stuart et al.,2001;Aljoe & Renninger, 2001) sau ca substrat n amenajrilerutiere.

Utilizarea cenuilor de termocentrala n stabilizarea haldelor de steril cucaracter acid constituie o alt tematic de cercetare cu implicaii practice.Astfel, Lazik et al.(2000), au studiat proprietile mecanice, geochimice ihidraulice ale vechilor halde rmase n urma exploatrilor de lignit, utiliznd

cenui zburtoare injectate pe post de pilieri. Experimentele de laborator auutilizat att ap provenit din precipitaii, ct i ape de min. Forelecapilare ridicate, combinate cu formarea de noi minerale (ettringit) icompui de tipul sulfailor de calciu hidratai, determin compactareapilierilor din cenu, n special n cazul unui mediu acid.

Un domeniu mai aparte al studierii din punct de vedere mineralogic alzgurilor metalurgice l constituie arheometalurgia. Se ncearc astfel s serspund la o serie de ntrebri privind aspectele social-economice aleunor vechi civilizaii (materia prim utilizat natura minereului i a rocilorgazd, procedeele metalurgice - temperatura i atmosfera de ardere, tipulde cuptor, prezena fondanilor etc., precum i producia de metal obinut).

5.4. Aciunea zgurilori cenuilor de termocentral asupra mediului

Cu toate c iniial zgurile erau considerate materiale inerte din punct devedere chimic, n ultimul timp, cercetri de detaliu au pus n eviden nunele dintre aceste tipuri de deeuri (n special n cele rezultate prinprelucrarea minereurilor metalice) o serie de elemente chimice toxice(arsen, plumb, cadmiu, bariu, zinc, mercur, nichel, seleniu, cupru) i carepot fi puse uor n libertate prin procese de disoluie, oxidare sauprecipitare de minerale secundare, determinnd poluarea solurilor, a apelorde suprafa sau a pnzei freatice. Totodat, unele zguri, la fel ca icenuile de termocentral pot conine i radionuclizi de tipul Th sau U

(ajungnd de exemplu pn la 30-200 ppm U), putnd constitui sursepentru emanaii de radon.

Studiile recente privind procesele de dezagregare/alterare ce afecteazdepozitele de zguri i cenui de termocentral (Stutzman & Centeno, 1995;

13 Este de subliniat faptul c aceste produse sunt rezultatul desulfurizrii gazelori nu suntlegate direct de procesul de ardere al crbunilor.

7/27/2019 08-zgura-cenusi

15/15

Capitolul V - Zgurile metalurgice i cenuile de termocentral

91

Ettler et al.,1999; Legendre et al.,2000) au pus n eviden faptul c fazavitroas a acestor deeuri este componentul reactiv, disoluia acesteiaputnd pune n liberatate o serie de metale grele, viteza sa de disoluiecrescnd la un pH > 9 cum este cazul solu iilor din porii betoanelor, n timpce fracia silicatic reprezint o surs neglijabil de elmente/compui toxici.

Depozitarea zgurilori cenuilor ridic mai puine probleme comparativ cualte alte tipuri de deeuri industriale. Problema esenial a haldelorrespective rmne aceea a unei bune drenri (eliminarea i localizareafenomenului de lichefiere), a intercepiei apelor pluviale i a funcionalitiiinstalaiilor de evacuare a apelor din halde n vederea evitrii deversrii

peste coronamentul digurilor acestora i realizarea unui control cantitativ icalitativ al apelor rezultate prin sistemul de drenaj. Conform datelorMinisterului Apelori Proteciei Mediului din Romnia, haldele de zguricenu de termocentral sunt depozitele industriale cu cele mai numeroaseamenajri: impermeabilizare cu substrat mineral, sistem de drenuri pentrucolectarea materialului levigat, diguri pentru stabilitate, foraje de urmrire aapei freatice, sisteme de stropire a suprafeei.