Instytutu Szk³a, Ceramiki Materiałów Ogniotrwa³ych i Budowlanych

Instytutu Szk³a, Ceramiki Materiałów Ogniotrwa³ych i Budowlanych

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
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333
456
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 przemys³owego 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 nadaj¹ siê do rekultywacji gruntów. W myœl obowi¹zuj¹cych od 2005 r. dyrektyw UE powinny byæ gromadzone na specjalnie przygotowanych wy³¹cznie
do tego celu sk³adowiskach lub poddawane recyklingowi w zak³adach wytwarzaj¹cych te p³yty.
1. Wstêp
W artykule przedstawiono problem utylizacji odpadów poprodukcyjnych powstaj¹cych w procesie wytwarzania ró¿nych odmian p³yt gipsowo-kartonowych. 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 stanowi ok. 8% ich masy. Oceniono te¿ mo¿liwoœæ wykorzystania tych materia³ów
w innych technologiach poza rolnictwem.
Oznaczano ca³kowit¹ zawartoœæ pierwiastków œladowych oraz ich wymywalnoœæ, analizuj¹c wyci¹gi wodne 1:10 wed³ug wytycznych zawartych w rozporz¹dzeniu 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.
! "#$%& '#()*)+) ,-./0& 12!03"."& 40)2!"0/56 78#"9)!60/*:; " <+=96>0#*:; 6 ?0!(-06"2&
7==-"0/ 4"#2!0>#*:; 40)2!"0/56 <+=96>0#*:; 6 @!0.96"2%
!!
"#$%& '$('
2. Materia³ do badañ
Materia³ do badañ stanowi³y fragmenty trzech rodzajów p³yt gipsowo-kartonowych, oznaczonych jako K 1, K 2, K 3. P³yty K 1 i K 2 by³y zbrojone w³óknem
szklanym, co by³o widoczne makroskopowo. P³yta K 1 by³a dodatkowo pokryta
pow³ok¹ zwiêkszaj¹c¹ odpornoœæ na oddzia³ywanie wilgoci. P³yty zosta³y wytworzone z syntetycznego gipsu, powsta³ego w instalacji do odsiarczania gazów
z kot³a opalanego wêglem brunatnym.
3. Metody badañ
Program badawczy obejmowa³ analizê sk³adu fazowego spoiwa zawartego
w p³ytach oraz oznaczenie zawartoœci pierwiastków metali ciê¿kich w spoiwie
z p³yt. Do badañ sk³adu fazowego oraz oznaczenia zawartoœci pierwiastków œladowych przygotowano próbki, z których papier zosta³ usuniêty mechanicznie
przez zmia¿d¿enie rdzenia gipsowego w taki sposób, aby nie uszkodziæ warstw
papieru. Po skruszeniu gipsu zdjêto papier w ca³oœci.
Przeprowadzono badania sk³adu fazowego próbek spoiwa p³yt metod¹ analizy termicznej oraz rentgenograficznej. Badania wykonano na analizatorze termicznym
NETZSH STA 409 EP oraz dyfraktometrze rentgenowskim Philips PW 1380.
Badania zawartoœci metali ciê¿kich w spoiwie p³yt K 1, K 2 i K 3 przeprowadzono za pomoc¹ spektrometru emisyjnego z plazm¹ wzbudzon¹ indukcyjnie
ICP-AES „Plasma 400” firmy Perkin-Elmer.
4. Wyniki badañ
4.1. Sk³ad fazowy
Wyniki badañ rentgenowskich i termograwimetrycznych sk³adu fazowego p³yt
K 1–K 3 przedstawiono na rycinach 1–6. W tabeli 1 zestawiono zawartoœæ
sk³adników w spoiwach p³yt, wyliczone z efektów ubytków masy na krzywych
termograwimetrycznych.
!"#$! %
!"!#$%&' ()*+, " *#-./!01 *23$ ()*+%"%4/!#$%5%"3016 "37)08%5!
5! *%9+$!"): !5!7)83 $:#;)085:<
&'(!)*+'
E-)! '1364!$+.!93/*!
I.J>9+ 0!$*#
I!&N O < P!N Q73$+9.-*!
. 7-)3 '1364!$+.!93/*#/R
T 1 2 ) ( -U N01!9-7!*+# 7(!6*#C
,-).!/ 012"'+ . 0(34 5+06-7-8'!14-*-739:
;%
;<
;=
.!7!14->? 6'(!)*+'! @A B!6CD
%FGH
%FG=
%FG=
KGF
KGL
KGM
FLG%S
F<G<=
F<G<=
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333
!"# 3# %!&'()*+,'(- .'/0)1 2 3
!"# $# %!&'()*+,'(- .'/0)1 2 $
456
!"
#$%&' (%)(
!"# $# %!&'()*+,'(- .'/0)1 2 $
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 próbkach p³yt kartonowych wynosi 96–97%.
Z kolei wed³ug analizy termograwimetrycznej zawartoœæ CaSO x 2 H!O w próbce 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 procesie produkcji p³yt gipsowo-kartonowych w celu nadania im odpowiednich
w³aœciwoœci. Udzia³ modyfikatorów itp. w sk³adzie p³yt gipsowo-kartonowych
jest jednak niewielki.
!"# 3# 45'-+,'(- .'/0)1 2 6
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333
454
!"# 3# %&'()*'+( ,'-./0 1 4
!"# $# %&'()*'+( ,'-./0 1 2
4.2. Metale ciê¿kie
Wyniki oznaczeñ ca³kowitej zawartoœci metali ciê¿kich podano w tabeli 2. Natomiast tabela 3 zawiera porównanie zawartoœci metali ciê¿kich w badanych
próbkach p³yt gipsowo-kartonowych oraz w ró¿nych odmianach gipsów syntetycznych i gipsów naturalnych. Rezultaty oznaczeñ wymywalnoœci metali ciê¿kich z czêœci spoiwowej z próbek K 1–K 3 zaprezentowano w tabeli 4. Wyniki
tych analiz porównano z wartoœciami dopuszczalnych stê¿eñ normowych zamieszczonych w cytowanym rozporz¹dzeniu dotycz¹cym sk³adowania odpadów
obojêtnych i innych ni¿ obojêtne i niebezpieczne.
!"
#$%&' (%)(
!"#$! %
!"#$%&%'( )&*+!$',(- .&$&",!/)' 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'.!$&%8)6 0"#?+&)6 0*8, @AB
.!/*! 0(1"-'
2'0+ +34,#,35/43 / 67+'!(5/!4'!
+06'*6 / 0>3, 2'0+6*6)
&'#() 06*+,!8953 * '4+,!$!58!5: 60!$!435: 2'0+ 4!,=(!$43
)-!(,646*35:
*'!)
*;2$#<
/ -60!$4'
+,#-!<'#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
@FAOLKFPT
@F@OL@@OFOO
OFO@LMOFOO
AFO
@@FO
AFO
J=
U 026 L 064'V#8 2(!4'53 6/4!5/!$46B5'W
X ( 1 7 > 6Y Z!- * ,!"W @W
Oprócz pierwiastków oznaczonych w próbkach porównanych w tabeli 2, w tabeli 3 podano ca³kowit¹ zawartoœæ: Co, Sb, Mo, Se i Ba.
Wszystkie analizowane próbki odpadów z p³yt gipsowo-kartonowych charakteryzuje wysoka zawartoœæ CaSO x 2 H!O, oraz podwy¿szona zawartoœæ kilku,
spoœród oznaczanych, pierwiastków metali ciê¿kich. Dotyczy to szczególnie
As, Zn i Hg (tab. 2). P³yty zbrojone w³óknem szklanym nie mog¹ byæ wykorzystywane do rekultywacji gruntów, poniewa¿ w³ókna szklane pod wp³ywem
zmiennych warunków atmosferycznych mog¹ siê oddzielaæ od p³yt i s¹ niebezpieczne dla uk³adu oddechowego ludzi i zwierz¹t.
C&*+!$',& .&$&",!/D %'(+,#"8)6 0'("$'&1,+#$ 2(,&3' )'45+')6
$ 0*8,&)6 9'01!$!E+&",!%!$8)6
.!/*! 0(1"-' 0>3,3
2'0+6*6)-!(,646*#8
?@
?%
?A
X ( 1 7 > 6Y Z!- * ,!"W @W
J6
OFP
@
@
Q!*!(,6BC 0'#(*'!+,-! D<2E-2F 00<G
["
\6
[#
M
R@FP
RAO
RP
R@FP
RAO
RP
R@FP
RAO
!"#$! A
]!
T
S
T
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333
!"!#$%&'() *+,-#+$./01# ",/$%+ 2+340+25 6 *7!/ 8+*.'#'90$-/'&'#!25
!"#$%
&'(#)*
!"#$! %
+,-,'.$/0 &*1'-*,2.), 3"45)46 &&"7
82
94
:'
+;
=B!.,
CD
EF6GF
!""
F6FH
F6FG
F6FH EF6FD F6FH
F6FI
=B!.,
CH
"!"#
F6FL
F6FD
F6FI
F6FH EF6FD F6FH
=B!.,
CJ
456
EF6GF F6FH EF6FD F6FI
:<
=#
:$
>*
#
?$
:@
1
A,
F6HF EF6FJ F6FH
EF6I
F6DK
F6FL EF6FD EF6FJ F6FK
EF6I
F6DL
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
-,;*,
F6HF
DF
GF
D
DF
#Q<Q
DF
F6L
DF
GF
F6G
DFF
H
' ($! )*+!(,-!./! .! )*+!(,-/)*0 ,(1!(2- ,",345.678 9:!+;7:./* < (, =,:1,=:;(:#./! >/./)5=!
?,)1,(!=*/ / @=!76 : (./! A -=:#B./! CDDE =FG H:FIF : CDDE =F .= JKLG 1,:F JEE<MF
' ($! )*+!(,-!./! .! )*+!(,-/)*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
W próbce p³yty K 2 stwierdzono przekroczenie dopuszczalnej granicznej wartoœci 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 odpowiednio zabezpieczonych sk³adowiskach.
Do marca 2007 r. w Unii Europejskiej mia³y zostaæ zlikwidowane wszystkie
sk³adowiska odpadów gipsowych, w których gromadzono je ³¹cznie z innymi
!"
#$%&' (%)(
odpadami komunalnymi. Stwierdzono bowiem, ¿e wspólne sk³adowanie wymienionych odpadów powoduje powa¿ne zagro¿enie dla œrodowiska naturalnego.
ród³em tego zagro¿enia s¹ procesy oddzia³ywania CaSO (z odpadów gipsowych) z bakteriami z odpadów komunalnych, podczas których tworzy siê siarkowodór 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, pozbawione 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 deszczów.
• 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 wi¹zania w cementowniach w miejsce naturalnego gipsu. Bior¹c pod uwagê wczeœniejsze pozytywne próby stosowania gipsu z procesu odsiarczania spalin metod¹
mokr¹ wapienn¹ jako regulatora czasu wi¹zania cementu, mo¿na zak³adaæ przydatnoœæ takiego materia³u nawet z wiêksz¹ iloœci¹ papieru. Warunkiem powodzenia w tym przypadku jest odpowiednie rozdrobnienie p³yt, w stopniu zabezpieczaj¹cym przed zatykaniem papierem przegród w m³ynach do cementu.
• Z uwagi na zawartoœæ w³ókien szklanych, organicznych zwi¹zków chemicznych 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 odpadów tego rodzaju [6–11], podstawowym kierunkiem gospodarczego wykorzystania odpadów p³yt gipsowo-kartonowych jest recykling gipsu ze spoiwa w fabrykach p³yt, po oddzieleniu papieru.
!"#$%&'($%# '#)* ) +#$%# ,-#, +.&/ -0.* !%-) + 12#"* $ +.&/333
456
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 &$%< !;;9 , !;;G<
!"#$%&%'( )'*+, %&-,"&.%()! / )'*+(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<
9" H * 4 2 * ' / I<B J , + K ' $ ) / L<I<B M , . @ * ' -<B
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>'$&* R C*+T
S0'2 9::!B A5&.>S'*454O,+A<K,%" XY<!!<9::QZ<
9!.':'H'=&-'!%I+-&;'.'/&-'!% !H *!$(" *.&%$&+-(+ J *!-(%-'&. $&-(" *!..,-&%-+ >&=,.-2 !H K'%'%) &%: D(!.!)2B D+,c*'.,/5 $W H*OA'0)*B
E" - 0 ' , + 2 $ c , d P<B e $ . / , d T 3 > O * 2 ]< */ 0O<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<$'A<0>" XY<!!<9::QZ<
L!0*&"&-'N( LE&"&=-("'+-'=+ !H >DF
+,.H&-(O"'=E &%: +,.H'-(O"'=E +=",;;(" 0&-("'&. J 6;+-"&=-8 >'%&. -(=E%'=&. "(*!"- B iOO,+$,. D+,T
!!" - 0 O @ $ / ' 0 h<P<B h 0 O , S K * 3<P<B H $ / @ 0 M<B
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 regulator in cement industry instead of natural gypsum, providing that amount of
paper will be limited to <1% mass. The second condition is their proper comminution. 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.